滇西保山地塊早古生代碎屑鋯石U-Pb-Hf同位素研究及其對(duì)岡瓦納大陸重建的制約*

周美玲 夏小平 彭頭平 徐健 馬鵬飛

1. 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 5106402. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100493. 中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京 100101

滇西地區(qū)由多個(gè)微陸塊和多條構(gòu)造帶組成，從東到西包括思茅地塊、昌寧-孟連構(gòu)造帶、保山地塊、高黎貢韌性剪切帶、龍陵-瑞麗斷裂帶和騰沖地塊等(圖1)，是青藏高原構(gòu)造帶的東南延伸，是東特提斯構(gòu)造域的重要組成部分(陳福坤等, 2006; 儲(chǔ)著銀等, 2009; Dongetal., 2013; Dengetal., 2014; 李三忠等, 2016; Xingetal., 2017; Zhuetal., 2018)。以昌寧-孟連構(gòu)造帶為界，向西一側(cè)的騰沖、保山地塊的早二疊統(tǒng)地層底部均發(fā)現(xiàn)了與冰川作用有關(guān)的雜礫巖和冷水-冷溫水動(dòng)物群，而岡瓦納大陸早二疊世早期位于南半球的高緯度地區(qū)且被大陸冰川覆蓋，表明騰沖、保山地塊具有岡瓦納大陸親緣性；而向東一側(cè)的思茅地塊二疊系地層呈帶狀的強(qiáng)烈活動(dòng)沉積與穩(wěn)定沉積相間展布，前者主要是類復(fù)理石或復(fù)理石建造，并發(fā)育火山巖，后者以碳酸鹽巖和砂巖、泥巖為主，這些地層內(nèi)保存的生物化石類型為具有揚(yáng)子地塊特征的溫水動(dòng)物群(李興振等, 1990; 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990; 邢曉婉和張玉芝, 2016)，被認(rèn)為具有揚(yáng)子地塊的親緣性。

圖1 滇西保山地塊構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified tectonic map of the Baoshan Block in western Yunnan Province

保山地塊被普遍認(rèn)為是滇緬泰馬(Sibumasu)陸塊的向北延伸部分(鐘大賚, 1998; 姜朝松等, 2000; Metcalfe, 2013)，而滇緬泰陸塊寒武紀(jì)-下二疊統(tǒng)地層中含有的岡瓦納特征古動(dòng)物群化石與西澳大利亞發(fā)現(xiàn)的化石類型具有十分顯著的相似性，說明滇緬泰馬陸塊早古生代可能起源于澳大利亞大陸(Metcalfe, 2013)，因此保山地塊作為滇緬泰陸塊的一部分，在早古生代岡瓦納大陸恢復(fù)中一直被認(rèn)為位于澳大利亞大陸的北緣，陸塊呈東西向延伸，經(jīng)喜山期印度與歐亞大陸碰撞擠壓，形成現(xiàn)在的南北走向(Metcalfe, 2013; Zhaoetal., 2017; Zhangetal., 2018)。

沉積巖或變質(zhì)沉積巖的碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)分析是限定地層沉積時(shí)代和追溯地體親緣性的重要手段(Fedoetal., 2003; Andersen, 2005; Leieretal., 2007; Wangetal., 2007; Gehrelsetal., 2011; Zhuetal., 2011; Cawoodetal., 2012)。 最新的碎屑鋯石物源示蹤研究表明保山地塊早古生代地層如西盟群、勐統(tǒng)群和瀾滄群的沉積盆地主要接受了具有印度大陸，而非澳大利亞大陸物源特征的碎屑沉積物(Lietal., 2015; 邢曉婉和張玉芝, 2016; 王舫等, 2017)。邢曉婉和張玉芝(2016)、王舫等(2017)分別對(duì)西盟群和瀾滄群的變質(zhì)砂巖和石英巖樣品進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)分析，這些樣品的年齡譜中既沒有顯示揚(yáng)子地體特有的870～730Ma峰期(Duanetal., 2011；Chenetal., 2016, 2018)，也沒有澳大利亞大陸的～1170Ma碎屑鋯石年齡峰(Veeversetal., 2005)，而均顯示了980～910Ma年齡峰，證明西盟群和瀾滄群的物源更有可能是印度大陸。Zhaoetal. (2017)對(duì)勐統(tǒng)群、孟定街群和瀾滄群的(變質(zhì))沉積巖的碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，除了～960Ma的主特征峰之外，保山地塊早古生代地層還顯示了一期1200～1060Ma的明顯峰期年齡，由此推測(cè)保山地塊沉積盆地的沉積物同時(shí)具有印度和西澳大利亞的物源特征。因此保山地塊在早古生代岡瓦納大陸中的位置仍未有定論，且相關(guān)的碎屑鋯石的研究工作集中于東部地層(如瀾滄群、西盟群、勐統(tǒng)群等)，對(duì)位于西部的公養(yǎng)河群的研究較少，其沉積時(shí)代仍存在較多爭(zhēng)論。耿馬地區(qū)出露的孟定街群于2003年首次從勐統(tǒng)群中解體出來成為新的地層單元(云南省地質(zhì)調(diào)查院，2003(1)云南省地質(zhì)調(diào)查院.2003. 1:25萬臨滄縣幅、滾龍幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)，其研究程度較淺，仍需更多的工作對(duì)其沉積時(shí)代、物源特征等問題進(jìn)行深入研究。

圖2 公養(yǎng)河群(a)及孟定街群(b)地層柱狀圖Fig.2 The stratigraphic columns of the Gongyanghe Group (a) and the Mengdingjie Group (b)

本文以保山孟定街群和公養(yǎng)河群的砂巖樣品為研究對(duì)象進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb年齡和Hf同位素研究，公養(yǎng)河群可以提供西部的早古生代物源信息，為保山地塊的整體認(rèn)識(shí)提供重要證據(jù)。我們的研究結(jié)果表明，保山地塊早古生代地層來自印度大陸的碎屑物質(zhì)占有統(tǒng)治地位，因此我們認(rèn)為保山地塊在岡瓦納大陸重建中的位置應(yīng)該是在印度大陸的北緣，但是其東側(cè)孟定街群可能也接受了部分來自澳大利亞大陸的碎屑物質(zhì)，因此其東側(cè)應(yīng)該靠近澳大利亞大陸。

1 地質(zhì)背景和樣品

保山地塊位于滇西地區(qū)昌寧-孟連構(gòu)造帶和龍陵-瑞麗斷裂帶之間(圖1)。保山地塊的沉積地層連續(xù)性較好，最古老的地層是出露于該地塊西部的龍陵縣桃子寨、公養(yǎng)河一帶的震旦系-寒武系公養(yǎng)河群，變質(zhì)程度普遍較低，是一套巨厚的、具類復(fù)理石韻律的濁流至半深海相沉積，由淺變質(zhì)的砂巖和泥板巖組成，夾少量灰?guī)r和硅質(zhì)巖，少見生物化石。該群可分為上段和下段，其上段分為三部分(圖2a)，上部含有韻律狀板巖夾石英砂巖，具有少量硅質(zhì)巖和泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r；中部為板巖夾韻律狀板巖、石英砂巖及雜砂巖；下部是板巖夾硅質(zhì)巖和細(xì)粒的長(zhǎng)石石英砂巖。其下段分為兩部分，上部為變質(zhì)含長(zhǎng)石石英砂巖、云母細(xì)砂巖夾板巖；下部為韻律狀板巖夾含長(zhǎng)石細(xì)砂巖。公養(yǎng)河群頂部含化石，在平達(dá)街剖面可見含海綿骨針Protospongiasp.，在酒房街一帶可獲得微古生物Asperatopsophosphaerabavlensis、Baltisphaeridium和Lophosphaeridium等，與其上覆的含晚寒武世三葉蟲的上寒武統(tǒng)核桃坪組為整合接觸關(guān)系。

前寒武紀(jì)-早古生代變質(zhì)地層還包括瀾滄群、西盟群、勐統(tǒng)群和孟定街群，其中瀾滄群位于云縣-勐海一帶，緊鄰二疊紀(jì)瀾滄花崗巖基，呈南北向展布，其主體為一套中元古界-奧陶系低綠片巖相變質(zhì)沉積巖和基性火山巖，其原巖是一套淺海陸緣環(huán)境下沉積的粉砂質(zhì)泥巖和長(zhǎng)石石英砂巖等，并伴有火山活動(dòng)(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990; 翟明國(guó)等, 1990; 鐘大賚, 1998; 王舫等, 2017; 畢麗莎等, 2018)。西盟群位于瀾滄江深斷裂、柯街?jǐn)嗔鸭澳贤『訑嗔阎g，是一套連續(xù)的火山碎屑、陸源碎屑和碳酸鹽巖，厚度>1200m，與周圍古生代淺變質(zhì)巖系之間呈斷層接觸，其變質(zhì)程度較高，古生物化石較少(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990; 邢曉婉和張玉芝, 2016)。勐統(tǒng)群出露于昌寧、耿馬一帶，為一套輕變質(zhì)的類復(fù)理石建造，厚度大于3000m，其巖石組成為千枚巖、板巖、結(jié)晶灰?guī)r和絹云母石英片巖，并含有變質(zhì)長(zhǎng)英質(zhì)-鎂鐵質(zhì)火山巖(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990)。

2003年1:250000滾龍幅和臨滄幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(云南省地質(zhì)調(diào)查院，2003)首次將孟定街群從原來的“勐統(tǒng)群”中解體出來，成為新的地層單位。該群以變質(zhì)程度較低的變質(zhì)砂巖、雜砂巖和千枚狀板巖及板巖為主，夾硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖及基性火山巖(毛曉長(zhǎng), 2016)。按其巖石組合可以劃分為兩段：上段以變質(zhì)石英砂巖為主，夾少量砂巖、含礫砂巖和絹云母板巖；下段的上部為硅質(zhì)絹云母千枚狀板巖和絹云母板巖，并夾基性火山巖，中部以斜長(zhǎng)絹云片巖和石英砂巖為主，下部為斜長(zhǎng)絹云母板巖，夾石英砂巖(圖2b)。毛曉長(zhǎng)(2016)根據(jù)南望河剖面的古生物化石資料將孟定街群劃分為奧陶-志留系地層。其上部砂巖碎屑鋯石中的最小諧和年齡482Ma，暗示孟定街群的最大沉積年齡可能是早奧陶世(Zhaoetal., 2017)。

保山地塊晚寒武世-中侏羅世逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詼\海碎屑巖和碳酸鹽巖沉積為主，晚寒武世-中奧陶世發(fā)生了明顯的差異抬升，西部隆起較早，龍陵一帶缺失晚寒武世-早奧陶世沉積，而東部施甸區(qū)僅缺失早奧陶世沉積。奧陶紀(jì)至泥盆紀(jì)，保山地塊西部發(fā)育粗碎屑和鎂質(zhì)碳酸鹽巖，東部發(fā)育潮坪-淺海相泥巖、粉砂巖、砂巖和石英砂巖等，含豐富的生物化石，由西向東水體逐漸變深(毛曉長(zhǎng), 2016)。缺失中石炭統(tǒng)、上二疊統(tǒng)和下三疊統(tǒng)，在石炭系的頂部出現(xiàn)含冰川漂礫的碎屑巖，并有玄武巖、安山玄武巖的噴溢。中生界地層超覆不整合于不同時(shí)代的老地層之上，以碎屑巖沉積為主，夾中基性和中酸性火山巖，東、西兩側(cè)的頂部發(fā)育紅色磨拉石。新生界地層為上新統(tǒng)砂礫巖和含煤碎屑巖。

本文樣品采自保山地塊西部的公養(yǎng)河群的上段和東部的孟定街群的上段，共6件沉積巖樣品。其中，公養(yǎng)河群的10DX93A和10DX94樣品為石英砂巖，呈灰色塊狀構(gòu)造，主要礦物為次棱角狀石英，含少量黑云母，局部礦物顆粒間隙內(nèi)填充黏土礦物(圖3)。孟定街群的4個(gè)變質(zhì)石英砂巖樣品(10DX108、10DX110B、10DX111B和10DX111F)的主要礦物為次棱角狀石英、少量黑云母和黏土礦物，層理清晰，并有與層理平行的暗色條帶。采樣位置見圖1和圖2。

圖3 滇西保山地塊部分公養(yǎng)河群和孟定街群樣品Q-石英；Bi-黑云母；CL-黏土礦物Fig.3 Samples from the Gongyanghe and Mengdingjie groups in the Baoshan BlockQ-quartz；Bi -biotite；CL-clay mineral

2 分析方法

野外采集的新鮮巖石樣品在河北廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司進(jìn)行碎屑鋯石分選，每個(gè)樣品分選出的鋯石均多于2000粒，然后在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司進(jìn)行制靶并拍攝CL圖像。在雙目鏡下隨機(jī)挑選200粒晶形完好、透明干凈、裂隙少的鋯石顆粒，用雙面膠將鋯石固定在玻璃板上，用環(huán)氧樹脂填充固結(jié)制成鋯石靶，并進(jìn)行拋光、鍍碳。隨后使用掃描電鏡進(jìn)行鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)分析，揭示鋯石的內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)，并以此為選擇分析點(diǎn)的依據(jù)，選點(diǎn)時(shí)避開破裂或者含有包裹體等可能影響測(cè)試結(jié)果的位置。碎屑鋯石的U-Pb定年和Hf同位素分析均在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的激光剝蝕-多接收等電感耦合離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICP-MS)儀器上完成。該儀器配備了美國(guó)Resonetics公司生產(chǎn)的RESOlution M-50 193nm 激光剝蝕系統(tǒng)和Neptune型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。激光剝蝕以He作為載氣，束斑為24μm或44μm，脈沖頻率為4～5Hz，脈沖能量為80mJ/cm2，每個(gè)分析點(diǎn)的氣體背景采集時(shí)間為30s，信號(hào)采集時(shí)間為30s。

鋯石U-Pb定年采用國(guó)際標(biāo)樣91500 (Wiedenbecketal., 1995)進(jìn)行U-Th-Pb比值和U含量分餾校正，每隔10個(gè)樣品點(diǎn)測(cè)定兩次標(biāo)樣，保證樣品和標(biāo)樣的測(cè)試條件一致。鋯石Plesovice (Slámaetal., 2008)被用作監(jiān)控標(biāo)樣，所有標(biāo)樣測(cè)定的年齡值均在其推薦的3%以內(nèi)，分析及計(jì)算的誤差均為1σ。

鋯石Lu-Hf同位素分析采用175Lu/176Lu=0.02655和176Yb/173Yb=0.7963 (Vervoortetal., 2004)進(jìn)行干擾校正，176Hf/177Hf的比值用179Hf/177Hf=0.7325進(jìn)行校正。用標(biāo)準(zhǔn)鋯石Penglai (Lietal., 2010)與樣品交叉分析，每隔8個(gè)樣品測(cè)試點(diǎn)測(cè)定兩次Penglai，以監(jiān)控分析流程的可靠性，標(biāo)樣的測(cè)試結(jié)果在其推薦的±1.5εHf之內(nèi)。計(jì)算初始176Hf/177Hf采用176Lu的衰變常數(shù)為1.867×10-11/a (Schereretal., 2001)，計(jì)算εHf(t)值所使用的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)值為Bouvieretal. (2008)報(bào)道的176Hf/177Hf=0.282785和176Lu/177Hf=0.0336。鋯石單階段模式年齡(tDM1)采用現(xiàn)今虧損地幔值176Lu/177Hf (0.0384)和176Hf/177Hf (0.28325) (Griffinetal., 2000)進(jìn)行計(jì)算，兩階段模式年齡(tDM2)使用平均大陸地殼的176Lu/177Hf值為0.015 (Griffinetal., 2000)。

3 分析結(jié)果

本文樣品的U-Pb和Hf同位素測(cè)試結(jié)果分別見電子版附表1和附表2。因?yàn)?07Pb和206Pb化學(xué)性質(zhì)極相似，丟失率較一致，因此對(duì)于放射成因Pb積累較多的古老鋯石(多存在不同程度的Pb丟失)207Pb/206Pb年齡更為可靠。在實(shí)際分析測(cè)試中207Pb的分析精度較差，而年輕礦物顆粒中206Pb含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于207Pb含量會(huì)造成207Pb/206Pb相當(dāng)大的分析誤差，且年輕鋯石遭受Pb丟失的可能性比較小，故而年輕鋯石使用更加可靠的206Pb/238U年齡。Spenceretal. (2016)收集了～38000個(gè)LA-ICP-MS (Voiceetal., 2011)和約5000個(gè)SIMS (Wingateetal., 2015)鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果，表明使用1500Ma作為選擇206Pb/238U年齡或207Pb/206Pb年齡的交叉值更為合適。因此，本文中對(duì)于206Pb/238U年齡大于1500Ma的老鋯石顆粒以207Pb/206Pb年齡為準(zhǔn)，對(duì)于206Pb/238U年齡小于1500Ma的年輕鋯石顆粒以206Pb/238U年齡為準(zhǔn)。

表1滇西保山地塊碎屑鋯石研究的數(shù)據(jù)匯總

Table 1 Summary of data on detrital zircons of the Baoshan Block

樣品號(hào)GPS巖性地層年齡(Ma)εHf(t)參考文獻(xiàn)10DX93AN24°18.18′、E98°56.42′砂巖公養(yǎng)河群3522～541-22.6～+11.0本文10DX94N24°18.18′、E98°56.42′砂巖公養(yǎng)河群3863～533-37.8～+6.1本文15NDG1變質(zhì)砂巖瀾滄群2543～494-22.97～+9.35Zhao et al. (2017)15NDG2變質(zhì)砂巖瀾滄群2809～504Zhao et al. (2017)15F16石英巖瀾滄群2794～475王舫等(2017)YJ06石英巖瀾滄群3446～418王舫等(2017)YJ08石英巖瀾滄群3433～509王舫等(2017)YJ09石英砂巖瀾滄群3401～508王舫等(2017)11ML-72N22°40.56′、E99°29.01′變質(zhì)砂巖西盟群2755～529-21.28～+7.57邢曉婉和張玉芝(2016)11ML-80N22°43.79′、E99°24.96′變質(zhì)砂巖西盟群2440～531-19.85～+7.21邢曉婉和張玉芝(2016)11ML-81N22°37.28′、E99°26.48′變質(zhì)砂巖西盟群3311～514邢曉婉和張玉芝(2016)CJ1301粉砂巖勐統(tǒng)群3134～563-37.21～+3.51Li et al. (2015)CN1301粉砂巖勐統(tǒng)群3517～568-15.0～+5.1Li et al. (2015)15NDG21石英片巖勐統(tǒng)群3744～487-13.07～+8.56Zhao et al. (2017)10DX108N23°30.90′、E99°07.97′變質(zhì)砂巖孟定街群2800～468-13.2～+9.3本文10DX110BN23°39.02′、E99°19.26′變質(zhì)砂巖孟定街群3097～547-39.5～+10.5本文10DX111BN23°39.18′、E99°19.88′變質(zhì)砂巖孟定街群2519～458-34.0～+8.2本文10DX111FN23°39.18′、E99°19.89′變質(zhì)砂巖孟定街群2848～543 -28.5～+10.5本文15NDG10砂巖孟定街群3058～482Zhao et al. (2017)15NDG12砂巖孟定街群2870～528Zhao et al. (2017)

在碎屑鋯石U-Pb年齡研究中，通常以諧和年齡數(shù)據(jù)作為討論的依據(jù)，但對(duì)于“諧和”的定義，不同學(xué)者往往有不同的標(biāo)準(zhǔn)。通常以U-Pb年齡諧和度70%～95%作為最低諧和度，其中諧和度大于90%是最常見的標(biāo)準(zhǔn)，這取決于不同的數(shù)據(jù)的處理技術(shù)和對(duì)數(shù)據(jù)可靠度的要求。如使用精度較差的定年儀器，如四級(jí)桿等電感耦合離子體質(zhì)譜(Quadrupole ICP-MS)，更容易獲得諧和度高的數(shù)據(jù)(Spenceretal., 2016)，這種對(duì)諧和度選擇的任意性將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的解釋造成顯著的不確定性。本文采用Spenceretal. (2016)推薦的一個(gè)更為嚴(yán)苛的方法，其原則是較大限度的減少Pb丟失造成的誤差對(duì)碎屑鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)解釋的影響。該方法是以207Pb/206Pb年齡值為橫坐標(biāo)，以206Pb/238U年齡值為縱坐標(biāo)，做碎屑鋯石的207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解。在該圖解中，1:1線表示207Pb/206Pb年齡和206Pb/238U年齡完全吻合，樣品不存在Pb丟失。當(dāng)測(cè)試點(diǎn)的誤差橢圓與1:1線相交，表示其207Pb/206Pb年齡和206Pb/238U年齡在誤差范圍內(nèi)吻合，樣品Pb丟失程度較小，該結(jié)果視為“諧和年齡”，否則視為“不諧和年齡”，不諧和年齡不在本文討論范圍之內(nèi)。本文的樣品數(shù)據(jù)中所有按此規(guī)則認(rèn)定的“諧和年齡”的207Pb/206Pb年齡和206Pb/238U年齡接近程度(即一般所謂的諧和度)均大于93%。所有顆粒的Th/U值均大于0.1，陰極發(fā)光圖像均顯示其具有明顯的環(huán)帶狀，可以確認(rèn)它們均為巖漿成因鋯石(Hoskin and Schaltegger, 2003)。樣品中也可見無巖漿環(huán)帶的疑似變質(zhì)鋯石，但本文的物源分析中未有采用，一是因?yàn)樽冑|(zhì)鋯石數(shù)量少，不足以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和構(gòu)筑年齡頻譜圖，二是因?yàn)橐话阍磪^(qū)的巖漿事件更具有容易區(qū)別的年齡譜。

本文中使用Isoplot R軟件(Vermeesch, 2018)繪制碎屑鋯石的207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解和年齡分布KD頻譜圖(Vermeesch, 2012; Spenceretal., 2016)。KD頻譜圖是指在概率頻譜圖的基礎(chǔ)上，用核密度估計(jì)值(Kernel density estimates, KDE)平滑處理反映密度的曲線。其基本原則是在樣品分布的峰值附近使用較窄的頻帶，并在樣品分布稀疏的波谷中使用較寬的頻帶(Vermeesch, 2012, 2018)，對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行優(yōu)化。本節(jié)參考的所有標(biāo)準(zhǔn)均適用于本文實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)和本文所引用的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

圖4 保山地塊公養(yǎng)河群和孟定街群碎屑鋯石CL圖像Fig.4 CL images of detrital zircons from the Gongyanghe and Mengdingjie groups in Baoshan Block

圖5 公養(yǎng)河群碎屑鋯石207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解(a、c)及年齡頻譜圖(b、d)紅線：諧和年齡；藍(lán)線：不諧和年齡；n=諧和年齡個(gè)數(shù)/總測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)Fig.5 Diagrams of 207Pb/206Pb-206Pb/238U age (a, c) and age spectrum distributions (b, d) of detrital zircons from the Gongyanghe GroupRed line: concordant ages；blue line: discordant ages；n=concordant age number/total analyses number

3.1 公養(yǎng)河群樣品

樣品10DX93A：碎屑鋯石顆粒直徑范圍是60～130μm，顆粒形態(tài)呈圓狀至次棱角狀(圖4a)，其中古老鋯石顆粒的磨圓度較好，可能經(jīng)歷了長(zhǎng)距離搬運(yùn)。該樣品共獲取了62個(gè)碎屑鋯石分析點(diǎn)，Th/U值為0.13～1.58，在207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解上共獲得56個(gè)諧和年齡(圖5a)，年齡范圍為3522～541Ma，KD頻譜圖顯示該樣品的主年齡特征峰期為1050～900Ma(峰值為～990Ma)，次級(jí)峰期年齡有2550～2400Ma(峰值為～2470Ma)和1650～1550Ma(峰值為～1580Ma) (圖5b)。該樣品年齡諧和鋯石的εHf(t)值變化于-22.6～+11.0之間，單階段模式年齡(tDM1)為4.03～1.13Ga，二階段模式年齡 (tDM2)為4.62～1.20Ga。

樣品10DX94：碎屑鋯石顆粒大小在50～120μm之間，其形態(tài)呈次圓狀至圓狀(圖4b)。該樣品共64個(gè)碎屑鋯石分析點(diǎn)，Th/U值的范圍是0.13～1.45，在207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解上獲得61個(gè)年齡范圍在3863～533Ma的諧和年齡(圖5c)。在KD頻譜圖中，以～990Ma為主年齡特征峰(1050～950Ma峰期)，～1860Ma和～2600Ma為次級(jí)年齡峰(圖5d)。該樣品年齡諧和鋯石顆粒的εHf(t)值為-37.8～+6.1，單階段模式年齡(tDM1)為3.04～0.98Ga，二階段模式年齡(tDM2)為4.26～1.20Ga。

3.2 孟定街群樣品

樣品10DX108：碎屑鋯石顆粒大小為60～150μm，呈球狀、短柱狀或長(zhǎng)柱狀，磨圓度較好(圖4c)。碎屑鋯石分析點(diǎn)共計(jì)44個(gè)，在207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解上僅獲得19個(gè)諧和年齡(圖6a)，其他碎屑鋯石可能為經(jīng)歷了Pb丟失事件的變質(zhì)鋯石。諧和年齡的范圍在2800～468Ma，Th/U值為0.24～1.48。其中，～520Ma為主年齡特征峰，～960Ma和～2530Ma為次級(jí)年齡峰(圖6b)。樣品的εHf(t)值為-13.2～+9.3，單階段模式年齡(tDM1)為3.14～0.71Ga，二階段模式年齡(tDM2)為3.37～0.86Ga。

圖6 孟定街群碎屑鋯石207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解(a、c、e、g)及年齡頻譜圖(b、d、f、h)紅線：諧和年齡；藍(lán)線：不諧和年齡；n=諧和年齡個(gè)數(shù)/總測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)Fig.6 Diagrams of 207Pb/206Pb-206Pb/238U age (a, c, e, g) and age spectrum distributions (b, d, f, h) of detrital zircons from the Mengdingjie GroupRed line: concordant ages; blue line: discordant ages; n=concordant age number/total analyses number

樣品10DX110B：碎屑鋯石顆粒直徑范圍是60～120μm，磨圓度較好(圖4d)。在62個(gè)碎屑鋯石分析點(diǎn)中，有41個(gè)年齡值為諧和年齡(圖6c)，其范圍是547～3097Ma，Th/U值為0.11～3.07。大部分鋯石U-Pb諧和年齡集中在1150～800Ma范圍內(nèi)，以～1000Ma為主年齡特征峰，少量古老鋯石顯示為～2430Ma的次級(jí)年齡峰(圖6d)。樣品的εHf(t)值為-39.5～+10.5，單階段模式年齡 (tDM1)為3.51～0.92Ga，二階段模式年齡(tDM2)為4.42～1.04Ga。

樣品10DX111B：該樣品的鋯石顆粒大小為70～110μm，顆粒形態(tài)呈圓狀至次棱角狀(圖4e)。65個(gè)碎屑鋯石分析點(diǎn)在207Pb/206Pb-206Pb/238U年齡圖解上共有56個(gè)為諧和年齡(圖6e)，其范圍是2519～458Ma，Th/U值在0.11至2.89之間。在年齡分布KD頻譜圖中顯示了～970Ma的主年齡特征峰和～1120Ma的次級(jí)年齡峰(圖6f)。諧和鋯石顆粒的εHf(t)值范圍是-34.0～+8.2，單階段模式年齡(tDM1)為1.04～3.04Ga，二階段模式年齡(tDM2)為1.19～3.64Ga。

樣品10DX111F：碎屑鋯石顆粒直徑是50～150μm，其形態(tài)呈半圓狀至次棱角狀，部分顆粒為長(zhǎng)柱狀(圖4f)。該樣品的碎屑鋯石分析點(diǎn)共計(jì)61個(gè)，其中有50個(gè)諧和年齡值(圖6g)，范圍是2848～543Ma，Th/U值在0.11～1.57之間。在KD頻譜圖中，該樣品的諧和年齡主要分布在2800～2550Ma和1200～850Ma兩個(gè)峰期，峰值分別為 ～2500Ma和 ～980Ma。部分樣品分布在1700～1550Ma峰期內(nèi)，對(duì)應(yīng)的次級(jí)年齡峰值為～1660Ma(圖6h)。該樣品的εHf(t)值是-28.5～+10.5，單階段模式年齡(tDM1)為1.04～3.44Ga，二階段模式年齡(tDM2)為1.14～4.04Ga。

4 討論

4.1 地層的沉積時(shí)代

4.1.1 公養(yǎng)河群沉積時(shí)代限定

公養(yǎng)河群于1965年由云南省地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)首次命名，最初被認(rèn)為是一套巨厚的細(xì)粒類復(fù)理石建造，與上覆的上寒武統(tǒng)地層為整合接觸關(guān)系。該群的上段含有豐富的寒武系海綿骨針和三葉蟲化石，但其下段部分藻類化石可與緬甸境內(nèi)的晚元古代-寒武紀(jì)Chaung Magyi群對(duì)比，該群不整合于Mogok系之上，并與上覆上寒武統(tǒng)地層呈不整合接觸關(guān)系，因而推測(cè)滇西公養(yǎng)河群下段屬震旦系(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1990)。曹仁關(guān)和陸瑞芳(1991)在公養(yǎng)河群下段的石英砂巖中發(fā)現(xiàn)遺跡化石ParacruzianalonglingensisCao et Lu，為寒武紀(jì)硬殼節(jié)肢動(dòng)物的抓痕，而震旦紀(jì)一般出現(xiàn)軟體動(dòng)物形成的蠕動(dòng)痕跡，所以認(rèn)為其時(shí)代應(yīng)屬早寒武世。但這一結(jié)果受到后來的古生物地層研究結(jié)果的質(zhì)疑，貴州省地質(zhì)調(diào)查院在公養(yǎng)河群的板巖中獲得早奧陶世的腕足化石Sinorthiscf.typicalWang和寒武紀(jì)以后的海百合莖化石Cyclocyclicussp. (黃柏鑫, 2014)。公養(yǎng)河群由于巖性種類較少，化石稀少，通過生物層序法目前還未能準(zhǔn)確限定其沉積時(shí)代。

邦邁地區(qū)的蒲滿哨群是公養(yǎng)河群的上伏地層，二者為整合接觸關(guān)系，楊學(xué)俊等(2012)在蒲滿哨群剖面的變質(zhì)基性火山巖夾層中獲得499.2Ma的鋯石U-Pb年齡。而本次研究結(jié)果表明，公養(yǎng)河群樣品10DX93A和10DX94的碎屑鋯石年齡譜中，最小的峰期年齡為549～533Ma，屬晚元古代與寒武紀(jì)之交。因此，公養(yǎng)河群的最大沉積年齡為早寒武世早期，其沉積時(shí)代不可能是震旦紀(jì)，而應(yīng)該在早寒武紀(jì)早期至晚寒武世早期之間，為早古生代寒武系地層。

圖7 保山地塊公養(yǎng)河群(a)、勐統(tǒng)群(b)、西盟群(c)、瀾滄群(d)和孟定街群(e)碎屑鋯石年齡譜系圖Fig.7 Relative U-Pb age probability for detrital zircons of the Gongyanghe Group (a), Mengtong Group (b), Ximeng Group (c), Lancang Group (d) and Mengdingjie Group (e) of the Baoshan Block

圖8 保山地塊公養(yǎng)河群、勐統(tǒng)群、西盟群、瀾滄群和孟定街群碎屑鋯石Age-εHf(t)圖解Fig.8 U-Pb age (Ma) vs. εHf(t) diagram of detrital zircons of the Gongyanghe, Mengtong, Ximeng, Lancang and Mengdingjie groups of the Baoshan Block

圖9 拉薩(a)、西澳大利亞(b)、保山地塊(c)、西羌塘(d)和高喜馬拉雅(e)碎屑鋯石年齡譜系圖Fig.9 Relative U-Pb age probability for detrital zircons of the Lhasa (a), West Australia (b), Baoshan Block (c), West Qiangtang (d) and Higher Himalaya (e)

圖10 保山、西羌塘、特提斯喜馬拉雅和西澳大利亞各地塊或大陸的碎屑鋯石Age-εHf(t)圖解Fig.10 Detrital zircon U-Pb Age vs. εHf(t) diagram of the Baoshan, West Qiangtang and Tethys Himalaya and West Australia blocks

4.1.2 孟定街群沉積時(shí)代限定

毛曉長(zhǎng)(2016)在孟定街群南襪河剖面的變質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)了中-上志留世的牙形刺(Belode-llacf.resima、Panderodusstriatusstriatus以及Hindeodellaequidentata等)，并在南望河剖面中獲得牙形刺Hindeodellasp.(?)、Gnathodussp.(?)和Ozatkodinasp.(?)，將孟定街群的沉積時(shí)代定為奧陶紀(jì)-志留紀(jì)。本次研究采獲的4個(gè)孟定街群變質(zhì)砂巖樣品中碎屑鋯石諧和年齡的最小峰期為576～458Ma，表明孟定街群最下限沉積年齡為晚奧陶世。由于該群與二疊系地層斷層接觸，與侏羅系地層為不整合接觸，且后期被三疊紀(jì)巖漿侵入，因此孟定街群沉積年齡的上限未能很好限制。孟定街群從勐統(tǒng)群中解體成為新的地層單位時(shí)間不過十幾年，截止目前仍缺乏關(guān)于該群的巖相學(xué)、構(gòu)造學(xué)等各個(gè)方面的研究資料，其沉積時(shí)代和構(gòu)造環(huán)境等問題仍有待進(jìn)一步研究。

4.2 物源分析

保山地塊與緬泰馬陸塊沒有明顯的構(gòu)造分界線，前者一般被認(rèn)為是后者的向北延伸部分(鐘大賚, 1998; 姜朝松等, 2000; Metcalfe, 2013)。緬泰馬陸塊的寒武紀(jì)-早二疊世動(dòng)物群化石和碎屑鋯石研究也表明該陸塊與澳大利亞大陸有一定的親緣性，澳大利亞一直被認(rèn)為是緬馬泰陸塊古生代主要的碎屑物質(zhì)來源(Fang, 1994; Ueno, 2003; Hall and Sevastjanova, 2012; Metcalfe, 2013; Zhangetal., 2018)。保山地塊古生代地層從西到東包括公養(yǎng)河群、勐統(tǒng)群、孟定街群、瀾滄群和西盟群均展開了碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和Lu-Hf同位素的研究(表1)。這些古生代的地層具有大致相似的碎屑鋯石年齡分布頻譜和Hf同位素特征(圖7、圖8)，表明各地層具有相似的沉積物源，整體以～970Ma為主要峰期年齡，～560Ma 和～2470Ma為兩個(gè)次級(jí)年齡峰。年齡在2400～2550Ma之間的碎屑鋯石其εHf(t)值和二階段模式年齡分別為+7.3～-19.7和4.28～2.55Ga，表明其源區(qū)既有來自新生地殼的組分，也有來自早太古代地殼的組分；年齡在1000～850Ma之間的碎屑鋯石其εHf(t)值和二階段模式年齡的范圍更寬，分別為+13.4～-36.8和4.15～0.97Ga；年齡在600～500Ma之間的碎屑鋯石的εHf(t)值和二階段模式年齡范圍分別是+9.3～-37.2和3.83～0.86Ga?！?70Ma和～560Ma兩個(gè)主要年齡峰的碎屑鋯石中有超過60%的顆粒其εHf(t)值為負(fù)值，表明早元古代時(shí)期的新生物質(zhì)在晚元古代-早古生代時(shí)期發(fā)生改造和地殼再循環(huán)作用。

在印度大陸東緣的東高止(Eastern Ghats)造山帶報(bào)道了990～900Ma的巖漿巖體(Dasguptaetal., 2013)，與保山地塊早古生代地層的碎屑鋯石主年齡特征峰相當(dāng)，因此我們的數(shù)據(jù)再次證實(shí)了前人關(guān)于保山地塊古生界地層主要接受了來自印度大陸的碎屑沉積物的結(jié)論。此外，西羌塘(Pullenetal., 2008; Zhuetal., 2011; 董春艷等, 2011)和高喜馬拉雅(Gehrelsetal., 2006)的碎屑鋯石主年齡特征峰也在980～960Ma之間(圖9)，與保山地塊的年齡特征峰契合，且它們碎屑鋯石年齡-Hf同位素分布模式基本(圖10)一致，而之前的研究者一般也都認(rèn)為這些地塊起源于東岡瓦納的印度大陸。

圖11 早古生代東岡瓦納大陸重建圖(據(jù)Meert and Lieberman, 2008；Zhang et al., 2018修改)Fig.11 Reconstruction of East Gondwana continent in the Early Paleozoic (modified after Meert and Lieberman, 2008; Zhang et al., 2018)

值得注意的是，本文的數(shù)據(jù)表明保山地塊東側(cè)的孟定街群還有一個(gè)較為明顯的～1150Ma的次級(jí)年齡峰。這一結(jié)果與Zhaoetal. (2017)關(guān)于瀾滄群和孟定街群的碎屑鋯石數(shù)據(jù)一致，證明了1.15～1.17Ga的碎屑鋯石年齡峰期出現(xiàn)在保山陸塊的早古生代地層中。印度大陸東北部的西隆高原經(jīng)歷了～1600Ma、～1100Ma和～500Ma三期巖漿事件，這與南迦巴瓦地區(qū)的巖漿構(gòu)造活動(dòng)期次一致，可能是喜馬拉雅造山帶中～1100Ma碎屑鋯石的源區(qū)(Yin and Harrison, 2000；王譽(yù)樺等, 2014)。然而，西羌塘與保山地塊具有可對(duì)比的前寒武基底和古生代-中生代巖漿活動(dòng)，以及基本相似的碎屑鋯石年齡譜可以證明二者相連。但是西羌塘地塊和保山地塊西部均缺少～1150Ma的年齡峰記錄，如果來自印度西隆高原的～1100Ma碎屑鋯石可以大量進(jìn)入保山地塊東緣，則無法解釋該期碎屑鋯石在保山地塊西部和西羌塘地塊的缺失。～1170Ma年齡峰值被認(rèn)為是澳大利亞物源的診斷性標(biāo)志(Zhuetal., 2011)。因此我們認(rèn)為西澳大利亞Albany-Fraser造山帶大量出露的～1170Ma的巖漿巖 (Clarketal., 2000)(圖11)最有可能是這期碎屑鋯石的物質(zhì)來源。西澳大利亞(Cawood and Nemchin, 2000; Veeversetal., 2005)、拉薩地體(Leieretal., 2007; Zhuetal., 2011)的碎屑鋯石研究中也發(fā)現(xiàn)了相近的年齡峰值以及U-Pb年齡Hf同位素分布模式(圖9、圖10)?？偟膩碚f，保山地塊早古生代地層的沉積物源主要來自印度大陸，但東部地層顯示可能有一定比例的西澳大利亞物源特征。

4.3 保山地塊在岡瓦納重建中的位置及其構(gòu)造屬性

碎屑鋯石的年代學(xué)和同位素分析及物源示蹤是目前恢復(fù)陸塊古地理位置的重要方法。前人對(duì)保山地塊早寒武世-中奧陶世西盟群帕可組的碎屑鋯石研究中，碎屑鋯石年齡頻譜圖顯示了～570Ma和～960Ma兩個(gè)主特征峰，推測(cè)該地層的沉積來源于特提斯喜馬拉雅構(gòu)造帶(邢曉婉和張玉芝, 2016)。Lietal. (2015)對(duì)鳳慶地區(qū)新元古界勐統(tǒng)群的碎屑鋯石研究，認(rèn)為保山地塊在早古生代起源于印度大陸北緣。然而，在東部瀾滄群和孟定街群的碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素分析中，Zhaoetal. (2017)報(bào)道了1200～1060Ma、～960Ma和650～500Ma三個(gè)特征年齡峰，表明保山地塊東部的沉積盆地可能同時(shí)接受了來自印度和西澳大利亞的物源，在早古生代岡瓦納大陸重建中位于印度大陸和澳大利亞大陸之間。同樣是對(duì)瀾滄群的碎屑鋯石研究，王舫等(2017)的數(shù)據(jù)沒有顯示澳大利亞物源特征的年齡峰，并認(rèn)為該群的物源復(fù)雜，可與西羌塘、特提斯喜馬拉雅和拉薩地體進(jìn)行對(duì)比。本文結(jié)果表明包括西側(cè)公養(yǎng)河群在內(nèi)的整個(gè)保山地塊的早古生代地層碎屑鋯石均以980～960Ma為主要年齡峰期，與印度大陸北緣衍生地體的碎屑鋯石主特征峰相似，沉積物源為印度大陸Eastern Ghats帶內(nèi)的同期巖漿巖體，因此保山地塊起源于印度大陸北緣，而不是澳大利亞的北緣。另外，本文中孟定街群分析結(jié)果證實(shí)了保山地塊東部(包括瀾滄群在內(nèi))可能接受了一定比例的來自西澳大利亞Albany-Fraser造山帶的～1170Ma的巖漿巖體的沉積物，因此保山地塊的東側(cè)在早古生代可能處于靠近西澳大利亞的一端(圖11)。

保山地塊東側(cè)的昌寧-孟連構(gòu)造帶保存了古特提斯洋的巖漿活動(dòng)記錄(張旗等, 1996; 范蔚茗等, 2009; Pengetal., 2013; Dengetal., 2014)，被認(rèn)為是青藏高原中部的龍木錯(cuò)-雙湖古特提斯縫合帶的東南延伸。吉塘巖群出露于安多-類烏齊和北瀾滄江一帶，被認(rèn)為是羌北地塊的前寒武基底。其原巖的形成時(shí)代為中元古代末-新元古代早期，可與保山地塊的崇山群和瀾滄群進(jìn)行對(duì)比(劉一鳴, 2017)。位于昌寧-孟連構(gòu)造帶西側(cè)的保山地塊和位于龍木錯(cuò)-雙湖縫合帶南側(cè)的西羌塘地塊在巖漿活動(dòng)時(shí)空分布上具有相似性。如保山地塊平河巖體的主要結(jié)晶時(shí)代為486～448Ma (董美玲等, 2012; Dongetal., 2013;李再會(huì)等, 2013; Shietal., 2016)，西羌塘地塊的奧陶紀(jì)巖漿記錄為476～471Ma (Zhaoetal., 2014)；保山地塊東部的晚三疊世二長(zhǎng)花崗巖(231Ma)具有負(fù)的εHf(t)值(-26.8～-8.2) (聶飛等, 2012)，西羌塘北緣的晚三疊世花崗巖(212～208Ma)同樣具有負(fù)的εHf(t)值(-7.0～-0.6) (Liuetal., 2016)。因此，保山地塊被認(rèn)為可能是西羌塘地塊經(jīng)東構(gòu)造結(jié)擠壓逃逸的東南延伸部分。本次研究中，保山與西羌塘地塊具有十分相似的碎屑鋯石U-Pb年齡譜以及Hf同位素特征(圖9、圖10)，可推測(cè)二者在早古生代可能是同一塊體，位于印度大陸的北緣，具有相似的沉積物源。

總的來說，在早古生代岡瓦納大陸重建中，西羌塘與保山地塊同為一體，位于印度大陸的北緣(圖11)，共同經(jīng)歷了原特提斯洋、古特提斯洋等構(gòu)造旋回，在新生代印度-亞洲陸-陸碰撞中經(jīng)歷了擠壓變形和逃逸，形成今天的構(gòu)造格局。

5 結(jié)論

(1)公養(yǎng)河群砂巖樣品的碎屑鋯石U-Pb諧和年齡在3862～533Ma之間，其中，最小峰期年齡為549～533Ma，由此可以推測(cè)公養(yǎng)河群的沉積上限為早寒武世早期。在前人研究中，整合于公養(yǎng)河群之上的蒲滿哨群含有巖漿鋯石年齡為499Ma的火山巖夾層，因此公養(yǎng)河群應(yīng)屬寒武系地層。

(2)孟定街群的變質(zhì)砂巖碎屑鋯石諧和年齡范圍是3097～542Ma，其最小峰期年齡為576～458Ma，因此孟定街群的最大沉積年齡為晚奧陶世。由于孟定街群的研究程度尚淺，上部與晚古生代地層為不整合接觸關(guān)系，其沉積上限仍有待進(jìn)一步研究。

(3)保山地塊早古生代沉積物源主要來自印度大陸，其東部可能還接受了部分來自西澳大利亞的沉積物質(zhì)。

(4)保山與西羌塘地塊具有相似碎屑鋯石年齡分布頻譜，并發(fā)育同期巖漿活動(dòng)，可能經(jīng)歷了相似的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。二者在早古生代岡瓦納大陸重建中均位于印度大陸北緣，保山地塊較靠近西澳大利亞一側(cè)。

致謝本研究在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中得到了中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所楊晴工程師、張萬峰工程師、張彥強(qiáng)工程師和張樂工程師的熱心幫助，并且在文章撰寫的過程中獲得了澳大利亞科廷大學(xué)Christopher Spencer高級(jí)研究員的寶貴建議，在此表示最誠摯的感謝！