南瀾滄江帶曼兵島弧花崗巖成因與構(gòu)造啟示：元素地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素約束

孫載波 胡紹斌 周坤 趙楓 李小軍 包佳鳳 張小凡 佘中明

1. 云南省地質(zhì)調(diào)查院，昆明 6502162. 云南省地質(zhì)調(diào)查局，自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 6500613. 中國地質(zhì)大學(xué)，地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000834. 云南省自然資源廳，昆明 6502241.

滇西三江地區(qū)地處歐亞板塊與印度板塊的結(jié)合部位，構(gòu)造復(fù)雜、火山作用異?；钴S，是特提斯造山帶東段的重要組成部分，同時(shí)也是特提斯及喜馬拉雅巨型成礦域的重要組成部分和中國重要的多金屬富集區(qū)(莫宣學(xué)等, 1993, 1998; 劉本培等, 1993; 鐘大賚, 1998; 潘桂棠等, 2003; 李文昌等, 2010)。南瀾滄江帶位于我國三江構(gòu)造帶南部，帶內(nèi)廣泛發(fā)育二疊-三疊紀(jì)巖漿活動(dòng)，主要由臨滄花崗巖體和三疊-侏羅紀(jì)火山巖系組成(圖1)。在該帶內(nèi)沿瀾滄江兩側(cè)出露一系列南北向帶狀展布的弧火山巖-侵入巖體，包括著名的半坡-雅口-南林山晚石炭-早二疊世高鎂閃長巖-輝長巖-輝橄巖組合(云南省地質(zhì)調(diào)查院, 2013(1)云南省地質(zhì)調(diào)查院. 2013. 1:25萬景洪市、勐臘縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)，以往多數(shù)資料認(rèn)為這些巖體侵位于三疊紀(jì)或二疊紀(jì)，形成時(shí)代為印支期(張魁武等, 1991; 張翼飛等, 2001; Lietal., 2012)。近年來，大量資料研究表明該套巖石組合主要形成于晚古生代，具火山弧特點(diǎn)，是古特提斯洋向東俯沖作用的形成的產(chǎn)物(Hennigetal., 2009; 李鋼柱等, 2011, 2012; 張海等, 2013; 孫載波等, 2015; 徐桂香等, 2016; 王曉峰, 2012)。云縣-景洪一帶發(fā)育中生代火山巖，最大厚度可達(dá)8000m。大面積分布于中生代火山巖自下而上可劃分為三疊系中統(tǒng)忙懷組、三疊系上統(tǒng)小定西組和侏羅系下統(tǒng)芒匯河組。忙懷組以酸性火山巖為主，小定西組發(fā)育中基性火山熔巖夾碎屑巖，芒匯河組為一套夾灰色陸緣碎屑沉積巖的酸性、中酸性火山巖，分別代表了瀾滄江弧后小洋盆發(fā)生碰撞、碰撞后的應(yīng)力調(diào)整和后造山階段巖漿作用產(chǎn)物(張保民等, 2004a, b; 彭頭平等, 2006; 劉德利等, 2008; 王碩等, 2012; 呂留彥, 2013; 韋誠等, 2016)。目前以三疊紀(jì)碰撞型的臨滄花崗巖和同時(shí)期的火山巖研究程度較高。然而，昌寧-孟連縫合帶經(jīng)歷了造山后的伸展剝蝕作用及新生代印度-歐亞大陸碰撞作用，導(dǎo)致與古特提斯洋俯沖相關(guān)的巖漿活動(dòng)記錄難以保存。Dengetal. (2017)揭示了二疊紀(jì)臨滄花崗巖鋯石U-Pb年齡(263～251Ma)，但該組樣品在地球化學(xué)上不具備島弧花崗巖特征，因此關(guān)于古特提斯島弧巖漿巖成因、源區(qū)組成和構(gòu)造驅(qū)動(dòng)依然不清晰(Metcalfe, 1996, 2002; Hennigetal., 2009; 孔會(huì)磊等, 2012; Dongetal., 2013; Pengetal., 2013; Wangetal., 2015; Dengetal., 2018; 趙楓等, 2018)。

本文選取瀾滄江構(gòu)造帶南段大勐龍地區(qū)曼兵巖漿巖作為研究對(duì)象，通過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查、巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)及鋯石U-Pb-Hf體系的研究，結(jié)合區(qū)域已有的研究成果，探討該構(gòu)造帶內(nèi)花崗巖巖石學(xué)成因及其動(dòng)力學(xué)背景，為探討昌寧-孟連古特提斯洋的消減過程提供了新的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景與樣品

昌寧-孟連縫合帶位于西南三江特提斯南段，介于東側(cè)思茅地塊和西側(cè)保山地塊之間，呈現(xiàn)一條長約200km，寬5～30km的南北向狹長條帶，其內(nèi)發(fā)育OIB型玄武巖、蛇綠混雜巖、淺海碳酸鹽和遠(yuǎn)洋沉積物。縫合帶東側(cè)為臨滄巖基，主體為三疊紀(jì)花崗巖，主要的巖石組合為花崗閃長巖、黑云母花崗巖、二長花崗巖和堿長花崗巖等。景洪大勐龍曼兵花崗巖體位于臨滄巖基的南段和疆峰、國防兩個(gè)超大型鐵礦的西側(cè)，呈北東-南西向展布，與主構(gòu)造線方向一致，巖體規(guī)模小，呈巖枝狀產(chǎn)出，侵入于古元古界大勐龍巖群(Pt1D)中。巖體長0.5～10.4km，寬0.2～2km，出露面積約11km2(圖2)。通過野外的地質(zhì)調(diào)查工作，前人認(rèn)為該巖體受到復(fù)雜變質(zhì)作用的影響，根據(jù)野外的接觸關(guān)系不足以判定其侵入時(shí)代，所以對(duì)該類花崗巖未給出準(zhǔn)確時(shí)代；1:25萬景洪幅在該巖體進(jìn)行定年工作(云南省地質(zhì)調(diào)查院, 2013)，獲得1件鋯石U-Pb年齡值為444±14Ma，將其形成時(shí)代厘定為奧陶紀(jì)，但因該樣品鋯石顆粒較少，僅獲得5個(gè)同位素年齡點(diǎn)，其形成時(shí)代存在較大爭(zhēng)議。本次樣品采樣點(diǎn)位于曼約村附近，花崗巖巖體內(nèi)局部具片麻狀構(gòu)造，主要巖石類型為黑云花崗閃長巖、黑云英云閃長巖、黑云二長花崗巖、黑云石英閃長巖，并以黑云花崗閃長巖為主(圖3a)。在片麻狀黑云花崗閃長巖中見暗色細(xì)粒斜長角閃巖體，形態(tài)多呈不規(guī)則狀，與片麻狀黑云花崗閃長巖界線較清晰(圖3b)。

圖1 東南亞主要板塊構(gòu)造帶分布(a,據(jù)Sone and Metcalfe, 2008修改)和三江南段地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b,據(jù)Burchfiel and Chen, 2012修改)Fig.1 Distribution of the principal continental blocks and suture and zones in Southeast Asia (a, modified after Sone and Metcalfe, 2008) and geological map of the Changning-Menglian suture in southern Sanjiang orogenic belt (b, modified after Burchfiel and Chen, 2012)

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Qh-第四系；N2s-三營組；Em-勐臘組；J2h1-花開左組一段；J2h2-花開左組二段；Pz2dx-大新山巖組；Pt2h-惠民巖組；Pt2ml-曼來巖組；Pt2m-勐井山巖組；Pt2n-南木林巖組；Pt1D-大勐龍巖群；ηοE-古近系石英二長巖；δηοE-古近系石英二長閃長巖；βE-古近系玄武巖；γO-奧陶紀(jì)花崗巖；γκT-三疊紀(jì)花崗細(xì)晶巖；γT-三疊紀(jì)花崗巖；ηT-三疊紀(jì)二長巖；ητT-三疊紀(jì)花崗細(xì)晶巖；ηγT-三疊紀(jì)二長花崗巖；ηγcT-三疊紀(jì)中粗粒黑云二長花崗巖；γδP-二疊紀(jì)花崗閃長巖；δμP-二疊紀(jì)閃長玢巖；νP-二疊紀(jì)輝長巖；βμP-二疊紀(jì)輝綠巖；δC-石炭紀(jì)閃長巖；νC-石炭紀(jì)輝長巖；βμC-石炭紀(jì)輝綠巖Fig.2 Geological map of the study area

圖3 曼兵花崗閃長巖體野外及鏡下特征(a、c)片麻狀花崗閃長巖；(b、d)斜長角閃巖.Pl-斜長石；Hb-角閃石；Bi-黑云母；Or-正長石；Qz-石英Fig.3 Field and microscopic characteristics of manbing granodiorite(a, c) gneissic granodiorites；(b, d) plagioclase amphibolites. Pl-plagioclase; Hb-hornblende; Bi-biotite; Or-orthoclase; Qz-quartz

灰色中細(xì)粒片麻狀黑云花崗閃長巖：巖石具中細(xì)粒柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，半定向網(wǎng)結(jié)條痕狀構(gòu)造。主要礦物為斜長石(40%)、石英(30%)、鉀長石(15%)；次要礦物為黑云母(14%)、白云母(1%)；副礦物為鋯石、磷灰石、金屬礦物；次生礦物為絹白云母、綠泥石、白鈦石。礦物粒徑多在1.2～3.5mm之間。斜長石為無色半自形板狀，低突起，具鈉長石雙晶，一級(jí)灰白干涉色，強(qiáng)絹白云母化；石英渾圓-他形粒狀，正低突起，一級(jí)灰白干涉色；鉀長石無色他形粒狀，負(fù)低突起，一級(jí)灰白干涉色；黑云母半自形片狀，正中突起；白云母半自形片狀，無色，正中突起，二級(jí)藍(lán)綠干涉色。鏡下見巖石以分布均勻的中細(xì)粒鑲嵌結(jié)構(gòu)半自形斜長石、他形石英鉀長石、片黑云母為主，其中細(xì)粒斜長石和黑云母半定向排列。中粒他形石英、鉀長石似斑晶常包含細(xì)粒云母斜長石等。

深灰色細(xì)粒斜長角閃巖：巖石具細(xì)粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，半定向構(gòu)造。主要礦物為斜長石(40%)、角閃石(59%)；含少量石英及次要礦物。礦物粒徑多在0.1～0.6mm之間。斜長石呈他形粒狀，具鈉長石雙晶，圓化細(xì)?；?，局部見細(xì)粒退變絹云母次變邊。角閃石呈他形粒狀，發(fā)育細(xì)?；俗冴柶鹗G泥石次變邊。

2 測(cè)試方法

樣品全巖的主量元素、微量元素在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。主量元素采用XRF法在AxiosmAX X射線熒光光譜儀上分析完成，其中二價(jià)鐵由化學(xué)滴定法測(cè)定。巖石粉末樣品首先進(jìn)行燒失量分析，然后將巖石粉末樣品熔融治餅，并標(biāo)記樣品名稱以備測(cè)試，對(duì)中國標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)GSR-3的分析結(jié)果表明，分析精度優(yōu)于5%。微量元素利用NexION300D等離子質(zhì)譜儀分析完成。樣品溶解采用1.5mL HNO3+1.5mL HF混合酸在Teflon高壓密閉熔樣彈中進(jìn)行，以確保所有難容礦物均被溶解。

鋯石單礦物分選工作由河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，在雙目鏡下手工挑純。選取代表性的鋯石顆粒制成環(huán)氧樹脂樣品靶。拋光后拍攝鋯石的反射光、透射光及陰極發(fā)光(CL)顯微照片，依據(jù)顯微照片顯示的鋯石特點(diǎn)，選擇合適的顆粒及顆粒的合適部位進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)定。鋯石陰極發(fā)光(CL)照相在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)的掃描電鏡+Gantan公司MonocL4+型陰極熒光探頭上完成，分析電壓為15kV，電流為19nA。

鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用LA-ICP-MS同時(shí)分析完成。詳細(xì)的儀器參數(shù)和分析流程見Zongetal. (2017)。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)組成，ICP-MS型號(hào)為Agilent 7900。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)T型接頭混合，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號(hào)平滑裝置(Huetal., 2015)。本次分析的激光束斑和頻率分別為32μm和5Hz。U-Pb同位素定年和微量元素含量處理中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500和玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST610作外標(biāo)分別進(jìn)行同位素和微量元素分餾校正。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30s空白信號(hào)和50s樣品信號(hào)。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2008, 2010)完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計(jì)算采用Isoplot/Ex_ver3(Ludwig, 2003)完成。

鋯石Hf同位素組成分析是基于陰極發(fā)光(CL)圖像和鋯石U-Pb定年測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。鋯石Lu-Hf同位素原位分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)完成，所用的測(cè)試儀器為NEPTUNE多接受器電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)(Thermo Fisher Scientific, 德國)。詳細(xì)的儀器操作條件和分析方法參考Huetal. (2012)。在本次實(shí)驗(yàn)中，利用實(shí)時(shí)獲取鋯石樣品自身的βYb用于干擾校正。179Hf/177Hf=0.7325和173Yb/171Yb=1.132685(Fisheretal., 2014)被用于計(jì)算Hf和Yb的質(zhì)量分餾系數(shù)βHf和βYb。179Hf/177Hf=0.7325和173Yb/171Yb的比值被用于計(jì)算Hf(βHf)和Yb(βYb)的質(zhì)量偏差(Fisheretal., 2014)。使用176Yb/173Yb=0.79639來扣除176Yb對(duì)176Hf的同量異位干擾。使用176Lu/175Lu=0.02656來扣除干擾程度相對(duì)較小的176Lu對(duì)176Hf的同量異位干擾(Blichert-Toft and Albarède, 1997)。由于Yb和Lu具有相似的物理化學(xué)屬性，因此在本實(shí)驗(yàn)中采用Yb的質(zhì)量分餾系數(shù)βYb來校正Lu的質(zhì)量分餾行為。分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、同位素質(zhì)量分餾校正)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2010)完成。εHf計(jì)算采用176Lu衰變常數(shù)為1.867×10-11a-1(S?derlundetal., 2004)，球粒隕石現(xiàn)今值176Hf/177Hf=0.282772和176Hf/177Hf=0.0332(Blichert-Toft and Albarède, 1997)；單階段虧損地幔Hf模式年齡(tDM1)計(jì)算采用現(xiàn)今虧損地幔值176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384(Griffinetal., 2000)。

圖4 曼兵花崗閃長巖(樣品DMmg-10-1)和斜長角閃巖(樣品DMmg-10-2)鋯石CL圖像及測(cè)點(diǎn)位置實(shí)線圓圈代表U-Pb分析點(diǎn)，虛線圓圈代表Hf分析點(diǎn)Fig.4 CL images and analytical positions of zircons from the Manbing granodiorite(Sample DMmg-10-1) and plagioclase amphibolite (Sample DMmg-10-2)Solid circle represent the U-Pb spots and dotted circle represent the Hf spots

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年

用于本次同位素年代學(xué)研究的4件樣品(DMmy-7-1、DMmy-8-1、DMmg-10-1、DMmg-10-2)采自景洪市大勐龍曼約村子和曼兵小學(xué)附近。陰極發(fā)光圖像顯示(圖4)，DMmy-7-1和DMmg-10-1二件花崗巖類鋯石大多數(shù)顆粒自形，長柱狀，棱角清晰，顆粒長度60～150μm，長寬比介于2:1～3:1之間。發(fā)育核-幔-邊結(jié)構(gòu)，核部和幔部位為繼承鋯石，核部色調(diào)較暗，幔部形狀不規(guī)則，色調(diào)灰白；邊部寬度為10～30μm，色調(diào)黑暗并顯示密集的韻律生長環(huán)帶，表明為巖漿成因。少數(shù)鋯石顆粒僅發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)，核部色調(diào)較亮，圍繞核部發(fā)育韻律環(huán)帶暗色生長邊。DMmy-8-1和DMmg-10-2二件角閃巖類鋯石粒度普遍較小，呈不規(guī)則狀，顆粒長度50～100μm，長寬比介于1:1～2:1之間，大部分鋯石無明顯的振蕩環(huán)帶，少量鋯石為弱振蕩環(huán)帶，無繼承性核、無變質(zhì)增生邊，屬典型基性巖漿鋯石特征。

樣品DMmy-7-1巖性為淺灰白色片麻狀黑云英云閃長巖，共選取30個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)試，全部分析點(diǎn)均位于鋯石邊部的暗色韻律環(huán)帶上，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。Th和U含量分別為63.1×10-6～304×10-6和253×10-6～949×10-6，Th/U比值變化于0.15～0.50。其中3個(gè)點(diǎn)(DMmy-7-1-3、18、26)給出的年齡值分別為：441Ma、544Ma、617Ma，可能為繼承鋯石或捕獲鋯石，反映巖漿區(qū)中含有新元古代、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)的地殼組分；DMmy-7-1-5、6二個(gè)偏離協(xié)和線，所以上述5個(gè)點(diǎn)未納入加權(quán)平均值統(tǒng)計(jì)。其余25個(gè)分析點(diǎn)均落在諧和線上和諧和線附近，具有非常一致的年齡，206Pb/238U年齡介于250～259Ma之間，加權(quán)平均年齡為253.8±1.1Ma(n=25，MSWD=1.5)(圖5a)。

圖5 曼兵花崗閃長巖與斜長角閃巖鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)片麻狀黑云英云閃長巖；(b)深灰色斜長角閃；(c)黑云花崗閃長巖；(d)深灰色斜長角閃巖Fig.5 U-Pb age concordia diagram for zircon from the Manbing granodiorites and plagioclase amphibolites

樣品DMmy-8-1巖性為深灰色片理化斜長角閃巖，共選取32個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)試，全部分析點(diǎn)均位于鋯石邊部的暗色韻律環(huán)帶上，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。Th和U含量分別為10.5×10-6～781×10-6和24.7×10-6～159×10-6，Th/U比值變化于0.16～1.99。其中DMmy-8-1-22給出的年齡值為：401Ma，可能為繼承鋯石或捕獲鋯石，反映巖漿區(qū)中含有泥盆紀(jì)的地殼組分；DMmy-8-1-29、31偏離協(xié)和線，所以上述3個(gè)點(diǎn)未納入加權(quán)平均值統(tǒng)計(jì)。其余29個(gè)分析點(diǎn)均落在諧和線上和諧和線附近，具有非常一致的年齡，206Pb/238U年齡介于250～270Ma之間，加權(quán)平均年齡為259.5±1.9Ma(n=29，MSWD=2.0)(圖5b)。

樣品DMmg-10-1巖性為淺灰色變質(zhì)黑云英云閃長巖，共選取35個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)試，全部分析點(diǎn)均位于鋯石邊部的暗色韻律環(huán)帶上，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。Th和U含量分別為4.21×10-6～89.8×10-6和10.8×10-6～84.9×10-6，Th/U比值變化于0.39～1.06。除DMmg-10-1-34一個(gè)點(diǎn)協(xié)和度較低外，其余34個(gè)分析點(diǎn)均落在諧和線上和諧和線附近，具有非常一致的年齡，206Pb/238U年齡介于238～269Ma之間，加權(quán)平均年齡為251.5±2.7Ma(n=34，MSWD=2.7)(圖5c)。

樣品DMmg-10-2巖性為深灰色斜長角閃巖，共選取30個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行U-Pb同位素測(cè)試，全部分析點(diǎn)均位于鋯石邊部的暗色韻律環(huán)帶上，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。Th和U含量分別為50.3×10-6～209×10-6和66.6×10-6～191×10-6，Th/U比值變化于0.13～1.37。其中6個(gè)點(diǎn)(DMmg-10-2-6、8、19、21、24、27)給出的年齡值分別為：783Ma、1678 Ma、1835Ma、225Ma、265Ma、276Ma，可能為繼承鋯石或捕獲鋯石，反映巖漿區(qū)中含有古元古代、新元古代、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)的地殼組分，其余23個(gè)分析點(diǎn)均落在諧和線上和諧和線附近，具有非常一致的年齡，206Pb/238U年齡介于238～269Ma之間，加權(quán)平均年齡為241.8±0.8Ma(n=23，MSWD=0.1)(圖5d)。

3.2 鋯石Hf同位素特征

本文選擇其中2件樣品進(jìn)行Hf同位素分析，分別為花崗閃長巖樣品DMmg-10-1和斜長角閃巖樣品DMmg-10-2，測(cè)試點(diǎn)位于鋯石測(cè)點(diǎn)附近、且具有相同CL結(jié)構(gòu)的位置。分析結(jié)果見表2和圖6。樣品DMmg-10-1和DMmg-10-2所有測(cè)點(diǎn)的176Lu/177Hf比值均小于0.002，表明這些鋯石在形成后，僅具有較少的放射性成因Hf的積累，因而可以用初始176Hf/177Hf比值代表鋯石形成時(shí)的176Hf/177Hf比值(吳福元等, 2007)?？紤]到樣品的fLu/Hf變化范圍在-0.98～-0.95之間，明顯小于鎂鐵質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.34, Amelinetal., 2000)和硅鋁值地殼的fLu/Hf(-0.72, Vervoortetal., 1996)，故二階段模式年齡525～633Ma和349～525Ma更能反映其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時(shí)間(或其物源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均留存年齡)。

花崗閃長巖樣品DMmg-10-1(176Hf/177Hf)t的變化范圍在0.282904～0.282953之間(表2)，Hf同位素成分比較均一，加權(quán)平均值0.282928，對(duì)應(yīng)的εHf(t)變化范圍在10.1～11.8之間，平均值11.0；地殼模式年齡tDMC變化范圍在525～633Ma，加權(quán)平均值為578Ma，較新的模式年齡反映了虧損地幔來源的新生下地殼為主導(dǎo)的巖漿巖源區(qū)(圖6a)。

表2 曼兵花崗閃長巖與斜長角閃巖鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

圖6 曼兵花崗巖體花崗閃長巖(a)與斜長角閃巖(b)的εHf(t)與鋯石結(jié)晶年齡圖解基性地殼(176Lu/177Hf=0.022)與平均地殼(176Lu/177Hf=0.015)的Hf演化線據(jù)Yang et al. (2008)Fig.6 Plots of εHf(t) versus crystallization age of the magmatic zircons from the Manbing granodiorite (a) and plagioclase amphibolite (b)

圖7 地球化學(xué)判別圖解(a) R1-R2圖解(Batchelor and Bowden, 1985)；(b) A/NK-A/CNK判別圖(Kemp and Hawkesworth, 2003)；(c) SiO2-K2O判別圖(Peccerillo and Taylor, 1976)；(d) Na2O-K2O判別圖(Turner et al., 1996)Fig.7 Discriminant plots by geochemistry(a) R1 vs. R2 plot (Batchelor and Bowden, 1985); (b) A/CN vs. A/CNK plot (Kemp and Hawkesworth, 2003); (c) SiO2 vs. K2O plot (Peccerillo and Taylor, 1976); (d) Na2O vs. K2O plot (Turner et al., 1996)

斜長角閃巖樣品DMmg-10-2(176Hf/177Hf)t的變化范圍在0.282956～0.283032之間(表2)，Hf同位素成分比較均一，加權(quán)平均值0.282980，對(duì)應(yīng)的εHf(t)變化范圍在11.7～14.4之間，平均值12.5；地殼模式年齡tDMC變化范圍在349～525Ma，加權(quán)平均值為469Ma，較新的模式年齡反映了虧損地幔來源的新生下地殼為主導(dǎo)的巖漿巖源區(qū)(圖6b)。

表3 曼兵花崗閃長巖巖的全巖主量(wt%)、微量和稀土(×10-6)元素測(cè)試數(shù)據(jù)

3.3 全巖地球化學(xué)

曼兵花崗閃長巖的主量、微量元素?cái)?shù)據(jù)見表3。該巖體具較高的SiO2(65.55%～70.70%，平均67.70%)、Al2O3(12.61%～15.31%，平均14.22%)含量，富K2O(1.93%～3.83%，平均2.84%)、Na2O(1.27%～3.74%，平均2.31%)，CaO(0.73%～3.75%，平均2.26%)和MgO(0.96%～3.11%，平均2.02%)含量較低。在R1-R2圖解中，樣品點(diǎn)投入花崗閃長巖與二長花崗巖區(qū)域(圖7a)；A/NCK=1.01～1.97，均大于1，大部分大于1.1，為鋁過飽和系列，A/NK=1.31～2.99，在A/CNK-A/NK圖解中(圖7b)，樣品點(diǎn)大多數(shù)落入過鋁質(zhì)區(qū)域；K2O/Na2O較高，均大于1，為1.02～1.66，在SiO2-K2O圖解中，樣品點(diǎn)大部分位于高鉀鈣堿性系列(圖7c)。在Na2O-K2O圖解中(圖7d)，樣品點(diǎn)全部落入鉀質(zhì)區(qū)域。表明該花崗巖體為高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖。

曼兵花崗閃長巖的稀土總量∑REE=217×10-6～366×10-6，具明顯的輕稀土富集，重稀土虧損的特征，(La/Yb)N=9.41～31.5，δEu=0.45～0.69，δCe=0.90～0.98，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式顯示明顯負(fù)銪異常特征圖(圖8a)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖8b)，該花崗巖顯示富集Rb、Th、U、Pb、Sm等元素，具有明顯的Ba、Nb、Ta、Sr、Ti虧損，反映花崗巖巖漿部分熔融或結(jié)晶分異過程中具有斜長石與角閃石的分離。

4 討論

4.1 巖漿形成時(shí)代

圖8 曼兵花崗閃長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace earth element patterns (b) from the Manbing granodiorites

圖9 曼兵花崗閃長巖成因判別圖(a)全巖Y-Sr/Y判別圖(Defant and Drummond, 1990)； 鋯石微量Th/U-Nb/Hf判別圖(b)和Th/Nb-Hf/Th判別圖(c)(Carley et al., 2014)Fig.9 Discrimination diagrams for the genetic types of the Manbing granodiorites(a) Y vs. Sr/Y plot of whole rocks (Defant and Drummond, 1990); Th/U vs. Nb/Hf plot (b) and Th/Nb vs. Hf/Th plot (c) of zircon trace elements (Carley et al., 2014)

昌寧-孟連縫合帶發(fā)育大規(guī)模二疊紀(jì)到三疊紀(jì)花崗巖，其侵位年齡一直被關(guān)注且存在爭(zhēng)議，其中出露面積最大的臨滄巖基花崗巖形成時(shí)代為235～203Ma(Metcalfe, 1996, 1997, 2002; Hennigetal., 2009; 孔會(huì)磊等, 2012; Dongetal., 2013; Pengetal., 2013; Wangetal., 2015; Dengetal., 2018; 趙楓等, 2018)，臨滄花崗巖是古特提斯洋閉合作用的產(chǎn)物，代表了典型的后碰撞背景。近年來，前人對(duì)南瀾滄江構(gòu)造帶內(nèi)幾個(gè)著名的巖體進(jìn)行了詳細(xì)研究，為三江地區(qū)古特提斯發(fā)展演化提供豐富巖石學(xué)和年代學(xué)證據(jù)。Hennigetal. (2009)獲得景洪花崗閃長巖U-Pb年齡為284～282Ma；Jianetal. (2009a, b)獲得半坡雜巖體閃長巖鋯石U-Pb年齡為285Ma；李鋼柱等(2012)采用ID-TIMS鋯石U-Pb年代學(xué)方法獲得景谷半坡雜巖體中輝長閃長巖年齡為294Ma、景洪南林山巖體中閃長巖年齡為298Ma；在瀾滄縣糯扎渡鎮(zhèn)雅口一帶新識(shí)別出一規(guī)模較大基性巖體，并獲得該巖體內(nèi)堆晶輝長巖鋯石U-Pb年齡為296Ma；孫載波等(2015)采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)方法獲得景洪曼秀閃長巖年齡為321～291Ma；徐桂香等(2016)采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)方法獲得景洪南林山閃長巖年齡為300～305Ma。巖石地球化學(xué)特征表明，上述晚石炭-早二疊世(高)鎂閃長巖-輝長巖-輝橄巖組合，均具典型的島弧火山巖的特征，形成于俯沖的構(gòu)造環(huán)境。

本文分析4組鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示曼兵花崗巖體形成于晚二疊世-早三疊世(259～242Ma)，并非前人討論的晚奧陶世，而與整個(gè)瀾滄江構(gòu)造巖漿巖帶內(nèi)的(高)鎂閃長巖-輝長巖-輝橄巖組合相比，其侵入時(shí)代明顯較晚，與該構(gòu)造帶內(nèi)邦沙地區(qū)忙懷組下段致密塊狀島弧安山巖年齡248Ma(范蔚茗等, 2009)相接近，同樣在哀牢山構(gòu)造帶內(nèi)也存在這一時(shí)期巖漿作用，元陽新安寨花崗巖體鋯石U-Pb年齡為251Ma，其時(shí)代均為早三疊世(劉匯川等, 2013)；老王寨花崗斑巖的年齡為255～247Ma(李龔健等, 2013)。但曼兵花崗巖的形成時(shí)代要早于臨滄巖基后碰撞型花崗巖年齡(235～203Ma)。因此，曼兵花崗巖形成于古特提斯洋由洋陸俯沖向陸陸碰撞的轉(zhuǎn)換階段。

4.2 巖石成因與源區(qū)

曼兵花崗巖基于存在角閃石的礦物組合，結(jié)合全巖地球化學(xué)主微量元素分析結(jié)果表明曼兵花崗巖屬于鈣堿性I型系列，其富集大離子親石元素Rb、Th、U、Pb等，虧損Nb、Ta、Sr、Ti等元素，符合島弧巖漿的基本特征。曼兵花崗巖低的Sr/Y(2～13)和La/Yb(14～46)比值(圖9a)，在判別圖解中均落于島弧花崗巖區(qū)域。結(jié)合鋯石微量元素分析結(jié)果在Nb/Hf-Th/U和Hf/Th-Th/Nb圖解中(圖9b, c)，花崗巖樣品的鋯石微量都落于島弧相關(guān)的區(qū)域。因此，曼兵花崗閃長巖屬于典型的島弧巖漿巖。

圖10 曼兵花崗閃長巖源區(qū)判別圖(a) (Na2O+K2O+FeOT+MgO+TiO2)-(Na2O+K2O)/(FeOT+MgO+TiO2)判別圖(Patio Douce, 1999)；(b) Sm/La-Th/La圖解(Plank, 2005)；(c) Ce/Pb-Ce圖解(Sims and Depaolo, 1997)Fig.10 Discrimination diagrams for the source of the Manbing granodiorites(a) (Na2O+K2O+FeOT+MgO+TiO2) vs. (Na2O+K2O)/(FeOT+MgO+TiO2) diagrams (Patio Douce, 1999); (b) Sm/La vs. Th/La plot (Plank, 2005); (c) Ce/Pb vs. Ce plot (Sims and Depaolo, 1997)

圖11 滇西昌寧-孟連縫合帶二疊紀(jì)-三疊紀(jì)火山巖鋯石εHf(t)值和U-Pb年齡圖解數(shù)據(jù)來源：忙懷組流紋巖據(jù)Peng et al. (2013)；小定西組玄武巖據(jù)Wang et al. (2010)；臨滄花崗巖據(jù)Dong et al. (2013), Peng et al. (2013), Wang et al. (2015)和Deng et al. (2018)Fig.11 εHf(t) value vs. U-Pb age of zircon from Permian-Triassic volcanic rocks in Changning-Menglian suture zone, western YunnanData source: Manghui Formation rhyolite from Peng et al. (2013); Xiaodingxi Formation basalt from Wang et al. (2010); Lincang granitoids from Dong et al. (2013), Peng et al. (2013), Wang et al. (2015) and Deng et al. (2018)

前人對(duì)于島弧巖漿的成因一直存在爭(zhēng)議，主要有以下幾種解釋，包括(1)俯沖洋殼的部分熔融(Drummond and Defant, 1990)；(2)鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融(Atherton and Petford, 1993; Atherton and Sanderson, 1985)和(3)初生地殼物質(zhì)(地幔楔)的部分熔融(Atherton and Sanderson, 1985; Sajonaetal., 1996)。對(duì)于俯沖洋殼形成的熔體通常具有埃達(dá)克質(zhì)的特征，與曼兵花崗巖熔體相比，其具有更明顯的輕重稀土的分異和更高的Sr/Y比值，因此，曼兵花崗質(zhì)熔體不是由俯沖洋殼的部分熔融形成。鎂鐵質(zhì)下地殼的高溫作用指示部分熔融產(chǎn)生的熔體與俯沖板片熔體相似，并且地幔橄欖巖的部分熔融只能產(chǎn)生高鎂安山巖的成分，只有在較低程度下的部分熔融才產(chǎn)生花崗質(zhì)的巖漿，而本文中的花崗巖具有較低的Al含量和高度虧損的Hf同位素特征，因此鎂鐵質(zhì)下地殼的低程度的部分熔融不能產(chǎn)生曼兵花崗質(zhì)巖漿。

板片匯聚邊緣是大陸地殼生長的顯要場(chǎng)所，大量的新生地殼成分主要來源于洋殼的俯沖消減作用導(dǎo)致地幔楔的部分熔融，因此使地殼增長。與曼兵花崗巖同層產(chǎn)出的斜長角閃巖具有虧損的εHf(t)值(11.7～14.4)和年輕地殼模式年齡tDMC(525～349Ma)代表了新生地殼。在Na2O+K2O+FeOT+MgO+TiO2對(duì)(Na2O+K2O)/(FeOT+MgO+TiO2)圖解中(圖10a)，元素點(diǎn)主要落于角閃巖源區(qū)；在Sm/La-Th/La和Ce/Pb-Ce圖解中(圖10b, c)，曼兵花崗巖具有低的Th/La、Sm/La和Ce/Pb值，同時(shí)表明了新生地殼受到了沉積物的混染，導(dǎo)致強(qiáng)烈的Nb、Ta虧損。結(jié)合曼兵花崗巖虧損的εHf(t)值(10.1～11.8)和地殼模式年齡tDMC(633～525Ma)，指示了曼兵花崗巖的巖漿應(yīng)該來自初生地殼的角閃巖源區(qū)的部分熔融。

4.3 構(gòu)造意義

昌寧-孟連古特提斯洋開啟于泥盆紀(jì)，閉合于中三疊世(Dengetal., 2014)。由于縫合帶內(nèi)發(fā)育廣泛的后碰撞花崗巖，因此前人對(duì)古特提斯洋的閉合過程已經(jīng)取得突破性進(jìn)展。然而，昌寧-孟連縫合帶內(nèi)缺少島弧巖漿作用，導(dǎo)致古特提斯洋的消減過程尚不明確。結(jié)合區(qū)域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)記錄：(1)瀾滄群與俯沖相關(guān)的高壓變質(zhì)巖帶，藍(lán)閃石、多硅白云母Ar-Ar年齡在293～242Ma(Zhangetal., 1993; Fanetal., 2009)；(2)灣河蛇綠混雜巖帶中的高壓退變質(zhì)榴輝巖，鋯石U-Pb年齡245～230Ma，代表了古特提斯洋由消減到碰撞的轉(zhuǎn)換階段(孫載波等, 2018; Wangetal., 2019)；(3)忙懷組同碰撞中酸性火山巖，鋯石U-Pb年齡241～231Ma，指示了古特提斯洋同碰撞階段的巖漿作用(Wangetal., 2010; Pengetal., 2013)；(4)臨滄花崗巖基與同時(shí)代的中基性小定西組火山巖火山巖(230～200Ma)，揭示了同碰撞的伸展的階段導(dǎo)致高壓榴輝巖和藍(lán)片巖抬升至地表。曼兵島弧花崗閃長巖和斜長角閃巖形成于260～241Ma，根據(jù)Hf同位素分布，古特提斯洋在俯沖階段，俯沖板片的遠(yuǎn)洋沉積物發(fā)生脫水，導(dǎo)致地幔楔的部分熔融形成新生地殼，在持續(xù)俯沖的作用下殼發(fā)生部分熔融作用，形成以曼兵花崗閃長巖為代表的島弧花崗質(zhì)熔體。在240Ma之后，隨著保山板塊與思茅板塊的碰撞發(fā)生，以地殼基底為主導(dǎo)物質(zhì)源區(qū)熔融產(chǎn)生了以忙懷組和臨滄巖基為代表的同碰撞和后碰撞巖漿巖(圖11)。

5 結(jié)論

詳細(xì)的巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素和巖石地球化學(xué)研究表明：

(1)南瀾滄江構(gòu)造巖漿巖帶內(nèi)曼兵花崗巖體片麻狀花崗閃長巖和斜長角閃巖的鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡分別為251.5±2.7Ma、253.8±1.1Ma和241.8±0.8Ma、259.5±1.9Ma，主體時(shí)代為晚二疊世，并非原先認(rèn)為的晚奧陶世。

(2)2件樣品鋯石εHf(t)分別為10.1～11.8和11.7～14.4，平均為11.0和12.5；Hf的二階段模式年齡分別為525～633Ma和349～525Ma。表明曼兵I型鈣堿性島弧花崗閃長巖是以角閃巖源區(qū)為主的新生地殼的部分熔融生成。

(3)曼兵花崗閃長巖和斜長角閃巖形成與俯沖有關(guān)的島弧火山巖，結(jié)合區(qū)域上普遍缺失早三疊世地層的特征，暗示古特提斯主洋盆的閉合時(shí)間至少到早三疊世早期之后才完成。

致謝本次研究的測(cè)試分析得到中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和武漢上譜分析測(cè)試有限公司實(shí)驗(yàn)室工作人員的幫助；論文成文過程中得到云南省地質(zhì)調(diào)查院李靜、張虎和俞賽贏三位教授級(jí)高工的指導(dǎo)；二位審稿人提出了寶貴的修改意見；在此一并表示衷心的感謝。