云南哀牢山-紅河剪切帶新生代富堿侵入巖中榍石年代學(xué)和地球化學(xué)特征*

馬倩 楊岳衡 趙志丹 佟鑫 武精凱 苗壯 李晨 雷杭山

1.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，中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 1000832.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

榍石(CaTi[SiO4]O)是中酸性鈣堿性-堿性巖漿巖和基性變質(zhì)巖中常見的副礦物之一(Frostetal.,2000；向華等，2007；Kohn,2017)，另外在矽卡巖中也有產(chǎn)出(Lietal.,2010;朱喬喬等，2014)。榍石通常含有中等含量的U(10×10-6～1000×10-6)，其U-Pb同位素體系具有較高的封閉溫度(660～700℃)，因此可以進(jìn)行U-Pb定年(Tilton and Grunenfelder,1968;Cherniak,1993;Scott and St-Onge,1995;Aleinikoffetal.,2002;Amelin,2009)。由于礦物晶體內(nèi)元素的類質(zhì)同象替代，榍石非常富集高場強(qiáng)元素(HFSE)和稀土元素(REE)，榍石中Nd含量可以達(dá)到500×10-6～5000×10-6，且具有較低的Sm/Nd比值(一般<0.5)，是進(jìn)行激光原位Sm-Nd同位素分析的理想對(duì)象，榍石中Nd同位素體系封閉溫度約為850～950℃(Cherniak,1995)，可以用來示蹤巖漿或熱液來源(Tiepoloetal.,2002;Gregoryetal.,2009;Laurentetal.,2017)。與鋯石或其他副礦物不同，榍石具有較強(qiáng)的活動(dòng)性，易于與其他礦物或流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而其同位素體系和微量元素易隨著多期的生長而發(fā)生變化，存在一定的成分環(huán)帶。因此，原位獲取榍石礦物內(nèi)部Sm-Nd同位素組成空間變化的信息，結(jié)合微區(qū)的U-Pb年齡測定和微量元素分析，可以為礦物和巖石的成因演化提供重要的制約參數(shù)(Sunetal.,2010;Caoetal.,2015)。

近年來，四級(jí)桿/多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(Quadrupole/Multi-Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry,Q/MC-ICP-MS)結(jié)合激光剝蝕系統(tǒng)(Laser Ablation,LA)已成為榍石原位微區(qū)微量元素分析、U-Pb年代學(xué)和Sm-Nd同位素分析的重要技術(shù)手段(Willigersetal.,2002;Simonettietal.,2006;Storeyetal.,2006;Gaoetal.,2012;楊岳衡等，2016)。該方法不僅可以揭示礦物內(nèi)部隨空間變化的成分信息，同時(shí)也避免了冗長的化學(xué)前處理，分析效率明顯提高。前人采用基體匹配的榍石作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，成功解決了成分不同的標(biāo)樣和樣品之間存在的基體效應(yīng)問題，極大地推進(jìn)了榍石U-Pb年代學(xué)和Sm-Nd同位素體系的研究(Heaman,2009;Kennedyetal.,2010;孫金鳳等，2012;Spandleretal.,2016;Maetal.,2019)。

三江地區(qū)多金屬成礦帶是我國最具資源潛力的成礦帶之一，其中，富堿斑巖型多金屬成礦系統(tǒng)是其獨(dú)具特色的成礦特征之一，矽卡巖型為最主要的礦化類型。這些礦床與新生代富堿侵入巖有密切的時(shí)空和成因關(guān)系，受到了國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家們的高度關(guān)注(侯增謙等，2004；Geetal.,2009)。近三十年來，隨著研究工作的不斷深入，前人已取得了大量研究成果。其中，同位素年代學(xué)和地球化學(xué)的研究是三江地區(qū)富堿巖漿巖帶和多金屬成礦帶自發(fā)現(xiàn)以來開展的重要工作之一，其目的是為了準(zhǔn)確厘定成巖成礦時(shí)代，揭示巖漿和成礦物質(zhì)來源，以及探討成巖成礦關(guān)系(呂伯西等，1993；張玉泉和謝應(yīng)雯，1997；Luetal.,2013;Dengetal.,2014)。然而，目前對(duì)于成礦規(guī)律以及成礦作用過程中的元素遷移規(guī)律、控制因素和成礦物質(zhì)來源等問題仍存在較大爭議(鄧軍等，2010)。榍石在三江富堿侵入巖和相關(guān)矽卡巖礦床中廣泛存在，多期生長榍石的原位微量元素、U-Pb年代學(xué)和Sm-Nd同位素等信息詳細(xì)記錄了其經(jīng)歷的巖漿或熱液地質(zhì)過程，對(duì)研究成巖成礦關(guān)系、元素遷移過程和物質(zhì)來源具有重要意義，有助于揭示成礦規(guī)律，為進(jìn)一步找礦提供理論依據(jù)。前人對(duì)三江地區(qū)富堿侵入巖和相關(guān)熱液礦床中榍石已取得了一些研究成果，但已有的工作主要是基于溶液方法、激光微量元素和U-Pb年代學(xué)開展的，暫無Sm-Nd同位素的研究，因而一定程度損失了巖漿或成礦流體物質(zhì)來源的信息(Zhang and Sch?rer,1996,1999;Xuetal.,2015;Fuetal.,2016,2018)。

本文以哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖為研究對(duì)象，開展了榍石激光原位微區(qū)微量元素、U-Pb年代學(xué)和Sm-Nd同位素工作，識(shí)別了榍石成因類型。對(duì)比分析榍石U-Pb年齡和鋯石等其他礦物年齡、榍石Sm-Nd同位素和全巖Sm-Nd同位素的異同，探討了該地區(qū)富堿侵入巖形成時(shí)代和榍石Sm-Nd同位素的地質(zhì)意義，為三江地區(qū)富堿巖石成巖成礦關(guān)系和物質(zhì)來源研究提供了新的研究思路和研究手段。

1 地質(zhì)背景與巖相學(xué)特征

本文研究區(qū)位于三江地區(qū)哀牢山-紅河富堿侵入巖帶中段和南段。從地理上，三江地區(qū)是指怒江、瀾滄江、金沙江所穿過的地區(qū)，包括川西、滇西、藏東以及青海省西南部玉樹等地區(qū)，向南延伸到緬甸，老撾和越南，面積約為50萬平方千米(Moetal.,1994)(圖1a)。自65Ma印度-歐亞大陸碰撞以來，三江地區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈的陸內(nèi)變形，形成了規(guī)模不同的微陸塊和剪切帶。在三江地區(qū)南部，由東向西包括揚(yáng)子板塊、印支地塊和滇緬泰馬地塊，分別被哀牢山縫合帶和昌寧-孟連縫合帶分割開來；在三江地區(qū)北部，由北向南包括松潘甘孜地塊、東羌塘地塊和拉薩地塊，分別為金沙江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶所分割(Dengetal.,2014)。哀牢山-紅河剪切帶是三江地區(qū)東側(cè)最主要的邊界構(gòu)造，是揚(yáng)子板塊和思茅地塊(印支板塊)的邊界。三江地區(qū)新生代富堿侵入巖主要沿金沙江-哀牢山-紅河剪切帶及其兩側(cè)分布，主要由淺成相的富堿侵入巖組成，也包含大量火山噴發(fā)相的堿性火山巖，巖漿活動(dòng)峰期為～35Ma(圖1b)。

本文樣品采自哀牢山-紅河剪切帶中段的桃花巖體、寧蒗-永勝巖體和南段的哈播巖體、銅廠巖體、十里村巖體(圖1b)。所采集樣品均具有富堿(K2O+Na2O>8%)的特征(李晨，2019；武精凱等，2019)，手標(biāo)本均為灰色-肉紅色，塊狀構(gòu)造，副礦物有鋯石、榍石、磷灰石等，鏡下觀察到榍石多數(shù)呈信封狀，自形程度良好(圖2)。

圖1 三江地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾偷乩砦恢煤唸D(a,據(jù)Deng et al.,2014修改)及金沙江-哀牢山剪切帶新生代富堿巖漿活動(dòng)分布圖(b,據(jù)Lu et al.,2013;Chen et al.,2017修改)各巖體文獻(xiàn)年齡引自Chen et al.,2017及其中參考文獻(xiàn).IYZS-雅魯藏布縫合帶；BNS-班公湖-怒江縫合帶；JSS-金沙江縫合帶；CMS-昌寧-孟連縫合帶；ASS-哀牢山縫合帶；ARSZ-哀牢山-紅河剪切帶Fig.1 Simplified tectonic map of the Sanjiang Region showing the major continental blocks and suture zones (a,modified after Deng et al.,2014) and tectonic framework of the western Yangtze Craton and Simon Block,showing the distribution and ages of Cenozoic alkali-rich intrusions along the Ailaoshan-Red River Shear Zone (b,modified after Lu et al.,2013;Chen et al.,2017)Ages within the rectangle from Chen et al.,2017,and references therein.IYZS-Indus-Yarlung Zangbo Suture Zone;BNS-Bangong-Nujiang Suture Zone;JSS-Jinsha Suture Zone;CMS-Changning-Menglian Suture Zone;ASS-Ailaoshan Suture Zone;ARSZ-Ailaoshan-Red River Shear Zone

根據(jù)鏡下觀察鑒定，識(shí)別出四種巖石類型，分別是黑云二長斑巖、黑云角閃正長巖、正長斑巖和角閃正長斑巖。其中，桃花巖體(SG1708)和寧蒗-永勝巖體樣品(YS1601、YS1612)均為黑云二長斑巖，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶約占整體的75%，主要為鉀長石(30%～40%)、斜長石(30%～40%)、黑云母(10%～15%)及少量角閃石(圖2a,b)。樣品SG1708肉眼可見黃鐵礦和少量的黃銅礦，約占整體的10%。哈播巖體樣品(LC1601、LC1605)為黑云角閃正長巖，中-粗粒結(jié)構(gòu)，主要礦物為鉀長石(40%～50%)、斜長石(15%～20%)、角閃石(10%～15%)和黑云母(10%～15%)(圖2c,d)。銅廠巖體樣品(TCX1608)為正長斑巖，斑晶約占整體的70%，主要為鉀長石(50%～60%)和斜長石(15%～20%)，角閃石含量約為5%(圖2e)。十里村巖體樣品(BSZ1604、BSZ1605)為角閃正長斑巖，斑晶約占整體的70%，主要為鉀長石(40%～50%)、斜長石(20%～30%)和角閃石(10%～15%)(圖2f)。

圖2 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖的鏡下特征Amp-角閃石;Bi -黑云母;Kfs-鉀長石;Q-石英;Ttn-榍石Fig.2 The microscopic characteristics of the alkali-rich intrusion from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang RegionAmp-amphibole;Bi-biotite;Kfs-K-feldspar;Q-quartz;Ttn-titanite

2 測試方法

榍石分選采用電磁法完成。將分選的待測榍石顆粒粘貼在雙面膠上，將其放入環(huán)氧樹脂中制成樣品靶，對(duì)其進(jìn)行拋光處理以露出顆粒中心，之后對(duì)榍石分別進(jìn)行透射光、反射光和背散射(Backscattered electron,BSE)照相，檢查榍石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選擇表面平整、無裂隙和包裹體的區(qū)域進(jìn)行激光原位分析。

榍石激光原位微量元素分析和U-Pb定年在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室完成，采用的儀器是美國Coherent公司生產(chǎn)的Geolas Pro 193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)與美國Agilent公司的Agilent 7500a四級(jí)桿電感耦合等離子體質(zhì)譜(Q-ICP-MS)。詳細(xì)的儀器參數(shù)見相關(guān)文獻(xiàn)(Maetal.,2019)。本文中榍石微量元素和U-Pb定年分析測試采用點(diǎn)剝蝕方式，束斑直徑為40μm，剝蝕頻率為8Hz。每7個(gè)未知樣品點(diǎn)插入2個(gè)微量元素標(biāo)樣(NIST 610)、2個(gè)榍石年齡主標(biāo)樣(MKED1)和2個(gè)榍石年齡副標(biāo)樣(BLR-1或OLT1)，每個(gè)樣品點(diǎn)總測試時(shí)間為90s，其中采集背景信號(hào)15s，激光剝蝕取樣時(shí)間60s，沖洗樣品池及管路時(shí)間15s。微量元素含量的計(jì)算采用Glitter 4.0軟件(Griffinetal.,2008)，以NIST610作為外標(biāo)，以43Ca作為內(nèi)標(biāo)元素(CaO含量由電子探針分析獲取)。U-Pb同位素分餾效應(yīng)和質(zhì)量歧視的校正計(jì)算采用Glitter 4.0軟件，207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U(235U=238U/137.88)、208Pb/232Th的比值采用榍石標(biāo)樣MKED1作為外標(biāo)進(jìn)行校正，外標(biāo)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差設(shè)定為2%，采用榍石BLR-1或OLT1作為副標(biāo)樣監(jiān)測年齡準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)投圖采用Isoplot 3.0程序完成(Ludwig,2003)。對(duì)含有普通鉛的榍石，采用207Pb校正方法進(jìn)行普通鉛校正，其圖形等價(jià)形式為Tera-Wasserburg(TW)圖解。在TW圖解中，樣品普通鉛組成和實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)連線的延長線與諧和線相交所獲得的下交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的年齡即為樣品207Pb校正后的206Pb/238U年齡。樣品普通鉛的組成由地球鉛兩階段演化曲線計(jì)算獲得(Stacey and Kramers,1975)。

榍石激光原位Sm-Nd同位素分析同樣在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室完成，采用的儀器是美國Coherent公司生產(chǎn)的Geolas Pro 193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)和Thermo Fisher公司生產(chǎn)的型號(hào)為Neptune的多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)。詳細(xì)的儀器參數(shù)見Maetal.(2019)。在年齡測點(diǎn)附近進(jìn)行Sm-Nd同位素分析，根據(jù)榍石樣品Nd含量的高低，測試激光束斑直徑在40～60μm之間，剝蝕頻率為8Hz。使用146Nd/144Nd=0.7219及指數(shù)方程校正Nd同位素之間的質(zhì)量歧視。使用147Sm/149Sm= 1.08680(Duboisetal.,1992)和指數(shù)方程校正Sm同位素間的質(zhì)量分餾，并進(jìn)一步利用144Sm/149Sm=0.22332(Isnardetal.,2005)校正144Sm對(duì)144Nd的同質(zhì)異位素干擾(楊岳衡等，2008)。利用榍石外部標(biāo)準(zhǔn)BLR-1校正147Sm/144Nd的質(zhì)量歧視和元素分餾。實(shí)驗(yàn)所測榍石副標(biāo)樣Ontario的147Sm/144Nd和143Nd/144Nd比值分別為0.1922±0.0030(2σ,n=38)和0.512807±0.000026(2σ,n=38)，與參考值147Sm/144Nd=0.1928±0.0011(2σ,n=4)和143Nd/144Nd=0.512833±0.000008(2σ,n=4)(Maetal.,2019)在誤差范圍內(nèi)一致。激光分析測試獲得的穩(wěn)定同位素比值145Nd/144Nd和推薦值(0.348415,Wasserburgetal.,1981)在誤差范圍內(nèi)一致，表明該校正方法可以準(zhǔn)確校正Sm對(duì)Nd的同質(zhì)異位素干擾，經(jīng)過外部校正后，可以獲得可靠的Sm-Nd同位素比值。

3 分析結(jié)果

通過以上測試，本文共獲得了8件富堿侵入巖樣品中榍石的微量元素(見電子版附表1)、U-Pb年齡(見電子版附表2)和7件樣品的Sm-Nd同位素(見電子版附表3)結(jié)果。

3.1 榍石微量元素

在BSE圖像上，本文所測試的多數(shù)榍石樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)具備規(guī)則的震蕩環(huán)帶和扇形分帶(圖3)，單個(gè)樣品的微量元素含量變化范圍不大(附表1)。

圖3 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖中榍石背散射圖像其中實(shí)線紅色圓圈和虛線黃色圓圈分別代表U-Pb年齡激光剝蝕位置(直徑40μm)和Sm-Nd同位素激光剝蝕位置(直徑40～60μm)Fig.3 Backscattered electron for titanites from the alkali-rich intrusions from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang RegionThe red solid and yellow dashed circles refer to the locations of the laser ablation for titanite U-Pb analyses (diameter=40μm) and titanite Sm-Nd isotopic analyses (diameter=40～60μm),respectively

微量元素分析結(jié)果表明不同樣品中榍石具有十分相似的稀土元素和微量元素特征，具有中等的輕重稀土分餾特征((La/Yb)N=8～17)。桃花巖體、十里村巖體和部分哈播巖體中榍石(SG1708、BSZ1604、BSZ1605、LC1605)基本無Eu異常(Eu/Eu*=0.83～1.08)，寧蒗-永勝、哈播和銅廠巖體中榍石(YS1601、YS1612、LC1601、TCX1608)具有中等-弱的Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.37～0.72)(圖4a)。與全巖微量元素相比，榍石虧損Rb、Ba、Pb、Sr等大離子親石元素，富集Th、U、Nb、Ta、Zr和Hf等高場強(qiáng)元素和稀土元素(圖4b)。

圖4 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖中榍石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton,1984)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)全巖微量元素?cái)?shù)據(jù)引自Lu et al.(2013),Chen et al.(2017),韓美芝(2017),李晨(2019),武精凱等(2019)Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalizing data from Boynton,1984) and primitive mantle-normalized trace-element spidergrams (b,normalizing data from Sun and McDonough,1989) of titanites from the alkali-rich intrusions from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang RegionThe whole rock trace element data from Lu et al.(2013),Chen et al.(2017),Han (2017),Li (2019),Wu et al.(2019)

3.2 榍石U-Pb年代學(xué)

本文三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖中榍石 U-Pb年齡數(shù)據(jù)匯總于附表2中。

桃花巖體黑云二長斑巖SG1708取得21個(gè)榍石測點(diǎn)的207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為37.6±3.3Ma(2σ，n=21，MSWD=0.23)(圖5a)。Th/U比值為3.8±0.8(2SD，n=21)，普通鉛含量(f206=206Pb普通/206Pb實(shí)測，即普通206Pb占總206Pb的比例)較高，變化于0.62～0.77之間，因此單點(diǎn)年齡誤差較大。寧蒗-永勝巖體黑云二長斑巖YS1601和YS1612兩個(gè)樣品取得40個(gè)榍石測點(diǎn)207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為32.7±0.8Ma(2σ，n=40,MSWD=0.43)。榍石YS1612的普通鉛含量較高，f206=0.74±0.08(2SD，n=20)；榍石YS1601普通鉛變化范圍較大，f206在0.23～0.75之間；數(shù)據(jù)點(diǎn)在TW圖解中呈線性分布(圖5b)。哈播巖體黑云角閃正長巖LC1601和LC1605榍石的普通鉛含量變化范圍較大，f206變化在0.13～0.84之間，數(shù)據(jù)點(diǎn)在TW圖解中呈線性分布，33個(gè)測點(diǎn)給出207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為35.5±0.5Ma(2σ，n=33,MSWD=0.53)(圖5c)。銅廠巖體正長斑巖TCX1608中榍石的Th/U比值為3.6±2.3(2SD，n=19)。普通鉛含量較高且變化范圍較大，f206=0.52±0.16(2SD，n=19)。獲得207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為33.2±1.1Ma(2σ，n=19,MSWD=0.35)(圖5d)。十里村巖體角閃正長斑巖中榍石BSZ1604的Th/U比值為0.55±0.11(2SD，n=21)，榍石BSZ1605的Th/U比值為0.52±0.25(2SD，n=21)。測點(diǎn)在TW圖解中分布較為分散，2個(gè)樣品共同獲得207Pb校正的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為35.6±1.5Ma(2σ，n=42,MSWD=2.0)(圖5e)。

圖5 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖的榍石U-Pb年齡Tera-Wasserburg圖解(a)桃花巖體;(b)寧蒗-永勝巖體;(c)哈播巖體;(d)銅廠巖體;(e)十里村巖體Fig.5 U-Pb Tera Wasserburg diagrams of the titanites from alkali-rich intrusions from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang Region (a) Taohua intrusion;(b)Ninglang-Yongsheng intrusion;(c) Habo intrusion;(d) Tongchang intrusion;(e) Shilicun intrusion

3.3 榍石Sm-Nd同位素

本文總共對(duì)7件三江地區(qū)富堿侵入巖中的榍石進(jìn)行了激光原位Sm-Nd同位素分析，數(shù)據(jù)結(jié)果列于附表3和圖6中。從分析結(jié)果來看，各樣品中榍石的Sm-Nd同位素組成比較均一，均具有富集的Nd同位素組成，桃花黑云二長斑巖中榍石(SG1708)的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512517±0.000035(2σ,n=19)，εNd(t)為-2.74～-1.52；寧蒗-永勝黑云二長斑巖中榍石YS1601的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512465±0.000042(2σ,n=19)，YS1612的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512479±0.000033(2σ,n=19)，εNd(t)為-4.21～-2.64；哈播黑云角閃正長巖中榍石LC1601的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512429±0.000072(2σ,n=16)，LC1605的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512453±0.000070(2σ,n=30)，εNd(t)為-5.18～-2.07；銅廠巖體正長斑巖中榍石TCX1608的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512279±0.000051(2σ,n=21)，εNd(t)為-7.34～-5.68；十里村角閃正長斑巖中榍石BSZ1605的143Nd/144Nd實(shí)測值為0.512407±0.000037(2σ,n=22)，εNd(t)為-4.98～-4.25。

圖6 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖中榍石激光原位LA-MC-ICP-MS Sm-Nd同位素分析結(jié)果全巖數(shù)據(jù)后標(biāo)a據(jù)李晨(2019)；標(biāo)b據(jù)武精凱等(2019)Fig.6 Diagrams of Nd isotopic data of titanites from the alkali-rich intrusions from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang Region using LA-MC-ICP-MS in this studyData symbol a after Li (2019);symbol b from Wu et al.(2019)

4 討論

4.1 榍石成分特征與成因

榍石稀土元素特征對(duì)榍石的成因具有一定的指示意義。一般情況下，巖漿成因的榍石具有明顯的輕重稀土分異特征，稀土配分模式呈現(xiàn)明顯右傾，不具有或具有弱的Eu負(fù)異常；而熱液榍石的輕重稀土分異并不明顯，Eu異常變化范圍較大(圖7)。本文榍石樣品的稀土配分圖均呈現(xiàn)明顯右傾，不具有或具有弱的Eu負(fù)異常，是典型的巖漿成因榍石特征。

圖7 巖漿榍石和熱液榍石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素圖解文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來自Li et al.(2010)，Deng et al.(2015)，F(xiàn)u et al.(2016,2018).本文榍石圖例同圖4Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of titanites from igneous titanites and hydrothermal titanitesReference data from Li et al.,2010;Deng et al.,2015;Fu et al.,2016,2018.Legends of titanites in this study are the same as Fig.4

榍石的Th/U比值對(duì)于榍石的成因也具有指示意義。一般來說，熱液榍石具有較低的Th/U比值，大多<1；而巖漿榍石的Th/U比值較高(Dengetal.,2015；Fuetal.,2016，2018)。本文的榍石樣品Th/U比值在0.4～9.1之間，大部分樣品的Th/U比值大于1。同時(shí)，與典型的熱液榍石相比，本文榍石的Th/U比值明顯偏高(圖8)，進(jìn)一步表明其為巖漿成因。

圖8 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿巖石中巖漿榍石和矽卡巖中熱液榍石的Th/U對(duì)總REE含量(a)、LREE/HREE (b)、Ce/Ce* (c)、Eu/Eu* (d)、Zr/Hf (e)及Nb/Ta (f)二元圖解文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來自Li et al.(2010)，Deng et al.(2015)，Xu et al.(2015)和Fu et al.(2016,2018)Fig.8 Diagrams of Th/U against total REE (a),LREE/HREE (b),Ce/Ce* (c),Eu/Eu* (d),Zr/Hf (e) and Nb/Ta (f) of magmatic and hydrothermal titanites from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang RegionReference data from Li et al.(2010),Deng et al.(2015)，Xu et al.(2015),Fu et al.(2016,2018)

此外，與云南北衙、馬廠箐矽卡巖礦床中的熱液榍石相比，本文榍石在稀土元素組成上，具有較高的總REE含量、LREE/HREE、Ce/Ce*比值和較低的Eu/Eu*、Zr/Hf、Nb/Ta比值(圖8)。在巖漿體系中，Zr和Hf、Nb和Ta這樣一些電價(jià)相同、離子半徑相似的“雙胞胎”元素通常比值變化較小(Green,1995)，然而當(dāng)有流體參與作用時(shí)，這些元素比值將發(fā)生顯著變化(Bau,1996;Dostal and Chatterjee,2000;Ballouardetal.,2016)，這是由于在流體作用中，元素在礦物和熔體間的分配不再僅受離子半徑和電價(jià)控制，更多是由化學(xué)絡(luò)合作用控制(Irber,1999)。榍石的Zr/Hf和Nb/Ta比值受到寄主巖漿化學(xué)組成的影響，巖漿成因榍石的Zr/Hf和Nb/Ta比值變化范圍較小，而熱液成因榍石的Zr/Hf和Nb/Ta比值受流體成分不同的影響變化范圍較大。本文中榍石的Zr/Hf和Nb/Ta比值一般小于30(平均值：Zr/Hf = 16.5，Nb/Ta = 17.1)，且變化范圍較?。欢毖?、馬廠箐礦床熱液榍石的Zr/Hf和Nb/Ta比值可以高達(dá)60，并且變化范圍較廣(圖8e,f)，這種高的Zr/Hf、Nb/Ta比值特征反映了礦物形成時(shí)流體的特征。綜上所述，本文三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖中榍石為巖漿成因。

和鋯石相似，巖漿榍石和熱液榍石中Ce/Ce*比值主要由氧逸度決定。Ce有Ce3+和Ce4+兩種氧化態(tài)。Ce3+的半徑為1.02?，Ce4+的半徑為0.87，氧化條件下Ce以+4價(jià)存在，不易置換Ca2+，從而較低的Ce/Ce*比值。Eu/Eu*的影響因素對(duì)于巖漿榍石來說主要為斜長石的分離結(jié)晶(Ballardetal.,2002;Bietal.,2002)，熱液榍石中Eu/Eu*的影響因素主要是氧逸度(朱喬喬等，2014)。Eu有兩種氧化態(tài)Eu2+和Eu3+，Eu3+的離子半徑為0.95?，與Ca2+的半徑1.00?相似，因此可以發(fā)生置換作用，而Eu2+的半徑是1.17?，難與Ca2+發(fā)生置換，氧化條件下，Eu以+3價(jià)存在，易置換Ca2+進(jìn)入榍石，從而較高的Eu/Eu*比值。如圖8c和8d，文獻(xiàn)中北衙和馬廠箐礦床熱液榍石與本文中巖漿榍石相比，具有更低的Ce/Ce*和更高的Eu/Eu*比值，表明北衙和馬廠箐礦床形成于較高的氧逸度條件下，這與前人得到的結(jié)論一致(Bietal.,2009;Heetal.,2016;沈陽等，2018；鮑新尚等，2019)。

4.2 榍石U-Pb年齡記錄富堿侵入巖形成時(shí)代

本文測定的富堿侵入巖中榍石U-Pb年齡為32.5～37.9Ma。與前人研究中采用鋯石U-Pb等定年方法獲得的結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致。鋯石U-Pb體系具有很高的封閉溫度(>1000℃)，因此其記錄的年齡一般為巖石的形成年齡。與鋯石相比，榍石U-Pb封閉溫度較低，為600～750℃。據(jù)前人研究，三江地區(qū)富堿巖漿的溫度明顯高于榍石的U-Pb體系封閉溫度(畢獻(xiàn)武等，2005；Bietal.,2009;沈陽等，2018；鮑新尚等，2019)，本文使用榍石Zr飽和溫度計(jì)計(jì)算獲得榍石的結(jié)晶溫度在667～846℃之間(附表1)(Haydenetal.,2008)，也高于榍石的U-Pb封閉溫度，因此榍石記錄的年齡為巖漿冷卻至封閉溫度時(shí)的年齡。

本文通過收集前人數(shù)據(jù)，對(duì)比了各富堿巖體中鋯石、榍石U-Pb年齡、全巖K-Ar年齡、全巖Rb-Sr年齡、黑云母K-Ar年齡(封閉溫度為250～350℃)和長石K-Ar年齡(封閉溫度為150～250℃)，結(jié)果表明，這幾種封閉溫度不同的礦物定年結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致(表1)，表明三江地區(qū)富堿巖漿冷卻結(jié)晶是一個(gè)非?？焖俚倪^程，因此榍石的U-Pb年齡可以代表巖體形成時(shí)代。這些富堿巖體的形成時(shí)間與三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶及其附近新生代富堿巖漿活動(dòng)高峰期(～35Ma)一致，屬于青藏高原晚碰撞期巖漿作用的產(chǎn)物，是對(duì)印度-歐亞大陸碰撞作用的響應(yīng)(Chungetal.,1997;洪濤等，2015；徐恒等，2016)。

表1 三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿巖石定年結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of dating results of alkali-rich intrusions from the Ailaoshan-Red River Shear Zone in the Sanjiang Region

4.3 榍石Sm-Nd同位素的地質(zhì)意義

榍石的Sm-Nd同位素組成代表了榍石結(jié)晶時(shí)富堿巖漿的同位素特征，而當(dāng)巖漿同位素組成發(fā)生變化時(shí)，晶體的生長環(huán)帶可以記錄這一變化。因此，榍石的微區(qū)Sm-Nd同位素為示蹤巖漿源區(qū)和演化過程提供了有效手段(孫金鳳等，2009)。本文巖石樣品中榍石顆粒的Nd同位素組成均一，沒有隨著生長環(huán)帶發(fā)生明顯改變，說明榍石結(jié)晶過程中寄主巖漿Nd同位素組成沒有發(fā)生明顯變化。各個(gè)富堿巖體之間的榍石Nd同位素組成變化范圍不大(εNd(t)=-7.9～-2.1)。前人對(duì)三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶富堿侵入巖開展了詳細(xì)的全巖Sr、Nd同位素地球化學(xué)研究，顯示這些富堿侵入巖具有高的(87Sr/86Sr)i值(0.7056～0.7100)和低的εNd(t)值(-7.1～1.8)，表明其源區(qū)具有富集地幔的地球化學(xué)特征(胥磊落等，2011;Luetal.,2013;Chenetal.,2017;Liuetal.,2017,2020;Xuetal.,2019;武精凱等，2019)。本文與前人通過全巖同位素方法獲得的結(jié)果一致(表2、圖9)。因此，榍石的原位微區(qū)Sm-Nd同位素可以作為富堿侵入巖研究中有效的示蹤手段之一。

圖9 榍石和全巖εNd(t)值頻率直方圖榍石為本文數(shù)據(jù)，全巖數(shù)據(jù)來自表2中參考文獻(xiàn)Fig.9 Frequency histograms showing variations of εNd(t) for titanites (this study) and whole rocksData of titanites from this study and whole rocks from references in Table 2

此外，在風(fēng)化作用過程中，富堿巖石的Sm/Nd比值一般會(huì)發(fā)生不同程度的變化，而榍石的抗風(fēng)化作用較強(qiáng)，它的原位Sm-Nd同位素基本代表了榍石結(jié)晶時(shí)巖漿的Nd同位素組成。因此，對(duì)于風(fēng)化程度較高的的富堿巖石，我們可以通過分析榍石的Sm-Nd同位素組成來獲取全巖的同位素信息。再者，榍石的原位微區(qū)Sm-Nd同位素分析和全巖同位素分析相比，分析更加經(jīng)濟(jì)，效率也大大提高。

續(xù)表2Continued Table 2

5 結(jié)論

(1) 本文研究的三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶新生代富堿侵入巖中榍石為巖漿成因。

(2) 榍石微區(qū)原位LA-Q-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果表明，研究區(qū)富堿侵入巖中榍石結(jié)晶年齡在32.5～37.9Ma之間，代表了巖體形成時(shí)代，與三江地區(qū)哀牢山-紅河剪切帶及其附近新生代富堿巖漿活動(dòng)高峰期(～35Ma)一致，屬于青藏高原晚碰撞期巖漿作用的產(chǎn)物。

(3) 榍石微區(qū)原位LA-MC-ICP-MS Sm-Nd同位素分析結(jié)果表明，富堿巖體中榍石Nd同位素組成變化在-6.8～-2.1之間，與前人通過全巖Nd同位素方法獲得的結(jié)果一致。榍石的Sm-Nd同位素可以代表榍石結(jié)晶時(shí)巖漿的Nd同位素組成，因此，榍石的原位微區(qū)Sm-Nd同位素可以作為富堿侵入巖研究中有效的示蹤手段之一，與全巖同位素分析相比，分析效率大大提高。

致謝審稿人和本刊編輯對(duì)本文提出諸多建設(shè)性修改建議，獲益匪淺，在此表示誠摯感謝!