桂西南那坡盆地河口組沉凝灰?guī)r的時代與來源及其大地構(gòu)造意義*

夏磊 閆全人 向忠金 鄭洪波 牛睿

1.云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，云南省地球系統(tǒng)科學(xué)重點實驗室，昆明 650500 2.中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049 3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037 4.河南省巖石礦物測試中心，鄭州 450012

沉凝灰?guī)r是介于火山碎屑巖和正常沉積巖之間的過渡類型巖石，是火山噴發(fā)事件的直接記錄(邱家驤, 1985)。沉凝灰?guī)r的成分以火山碎屑物質(zhì)為主，混有少量陸源碎屑物質(zhì)，來源于沉積盆地周緣的火山噴發(fā)活動。通過觀察和統(tǒng)計沉積地層中沉凝灰?guī)r厚度、層數(shù)及粒度等特征，可推測火山灰搬運的距離以及火山噴發(fā)活動的頻次和強度(Huangetal., 1980; Roseetal., 2003; Careyetal., 2010)。更重要的是，隨著近年鋯石U-Pb定年技術(shù)的發(fā)展，可用沉凝灰?guī)r中的巖漿鋯石年齡準確測定盆地沉積時代，尤其是缺乏化石的“啞”地層，這也為區(qū)域地層劃分與對比以及生物滅絕事件的時限厘定提供重要的年代學(xué)依據(jù)(Lehrmannetal., 2003, 2006; Shenetal., 2011, 2019; 高林志等, 2013, 2014)。此外，有研究者通過分析沉凝灰?guī)r全巖地球化學(xué)特征及鋯石微量元素和Hf同位素等信息，探討其火山物質(zhì)(巖漿)源區(qū)特征和構(gòu)造環(huán)境，進而揭示造山過程和盆地演化之間的耦合關(guān)系(張輝等, 2014; Scudderetal., 2016; Chen and Robertson, 2021; Liuetal., 2021)。

近年來，有關(guān)華南地區(qū)古特提斯分支洋盆俯沖閉合過程的研究已成為地學(xué)界關(guān)注的熱點(Yangetal., 2012; 宋博等, 2013, 2014; Faureetal., 2014, 2016; Halpinetal., 2016; Xiaetal., 2021)，位于中越邊境地區(qū)的八布-Song Hien構(gòu)造帶(即滇-瓊縫合帶西段，Cai and Zhang, 2009)是解答上述科學(xué)問題的關(guān)鍵區(qū)域(圖1)。然而，關(guān)于該構(gòu)造帶的大地構(gòu)造屬性，國內(nèi)外學(xué)者仍存在不同認識，包括：(1)印支期古特提斯分支洋盆俯沖閉合形成的縫合帶(吳根耀等, 2001; Cai and Zhang, 2009; Halpinetal., 2016)；(2)峨眉山地幔柱成因的被動大陸邊緣裂谷(Hoaetal., 2008a; Tranetal., 2016; Faureetal., 2014, 2016)；及(3)古特提斯分支洋盆或古太平洋俯沖形成的弧后裂谷或弧后洋盆(方維萱等, 2011; Thanhetal., 2014; Duanetal., 2020)。隨著國內(nèi)外學(xué)者對該構(gòu)造帶內(nèi)八布地區(qū)及北越Cao Bang地區(qū)超鎂鐵質(zhì)-鐵鎂質(zhì)巖石開展構(gòu)造成因和形成時代方面的深入研究，進一步證實它們屬于晚古生代(328～265Ma)洋中脊型(N-MORB型)蛇綠巖(圖1b，Wuetal., 1999; Zhongetal., 1999; 吳根耀等, 2001; 張斌輝等, 2013; Halpinetal., 2016; Liuetal., 2018; 向忠金等, 2020)，其形成時代明顯早于峨眉山地幔柱活動時間(～260Ma, Heetal., 2007)。這些蛇綠巖組合或以逆沖推覆巖片的形式構(gòu)造就位于三疊系濁積巖之上(Zhongetal., 1999)，或連同晚古生代碳酸鹽巖、晚二疊世-早三疊世島弧火山巖和花崗巖一起，以巖塊形式構(gòu)造裹挾至三疊系濁積巖中，從而形成構(gòu)造混雜帶(Halpinetal., 2016)。在八布-Song Hien構(gòu)造帶北-東部的富寧、靖西及憑祥地區(qū)斷續(xù)出露晚二疊世-晚三疊世島弧火山巖(吳根耀等, 2000, 2001; 覃小鋒等, 2011; Qinetal., 2012; 胡麗沙等, 2012; 劉兵等, 2018; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021; 向忠金等, 2021)。此外，部分學(xué)者對該構(gòu)造帶內(nèi)那坡盆地及北側(cè)南盤江盆地中的晚古生代深水硅質(zhì)巖進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表現(xiàn)出成熟洋盆的地球化學(xué)特征，指示自晚泥盆世至中二疊世南盤江盆地已然發(fā)生裂解，并逐漸演化至開闊洋盆(黃虎等, 2013; 黃志強等, 2013)。上述研究成果揭示，華南地塊南緣存在古特提斯分支洋盆(八布-Cao Bang分支洋盆)，該洋盆于晚二疊世-中三疊世向北俯沖消減，但其最終閉合時限和過程仍不確定。

圖1 華南地塊南緣區(qū)域大地構(gòu)造綱要圖(a, 據(jù)Cai and Zhang, 2009; Metcalfe, 2013; Faure et al., 2014, 2016修改)與地質(zhì)構(gòu)造簡圖(b, 據(jù)Xia et al., 2021修改)

那坡盆地位于八布-Song Hien構(gòu)造帶中段的Cao Bang混雜巖與富寧弧火山巖之間，發(fā)育早-中三疊世巖漿巖和巨厚海相碎屑巖系，是研究華南地塊南緣古特提斯造山過程的理想載體。筆者所在團隊通過對那坡盆地開展了詳細的沉積相序及其組合特征分析，結(jié)合巖相學(xué)、地球化學(xué)和碎屑鋯石年代學(xué)證據(jù)，確定其構(gòu)造原型為早-中三疊世弧前盆地，充填物主要來自盆地北側(cè)晚二疊世-中三疊世中-基性島弧火山巖和晚古生代地層(夏磊等, 2018; Xiaetal., 2021)。然而，關(guān)于那坡盆地沉積時代的上限仍缺少確切的年齡約束，碎屑鋯石最年輕峰值年齡僅能限定地層的最大沉積時代。因此，在詳細的剖面測量基礎(chǔ)上，本文選取那坡盆地上部中三疊統(tǒng)河口組中的沉凝灰?guī)r為研究對象，開展了系統(tǒng)的巖石學(xué)、全巖地球化學(xué)和鋯石U-Pb-Hf同位素分析與研究，準確測定了那坡盆地沉積充填的時代上限，并分析了沉凝灰?guī)r中火山物質(zhì)的源區(qū)性質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境，為進一步探討華南地塊南緣古特提斯分支洋盆俯沖閉合時限和過程提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

那坡早-中三疊世盆地位于滇桂兩省交界且與越南接壤的邊境地區(qū)，部分延伸至越南境內(nèi)。大地構(gòu)造位置上，該盆地位于八布-Song Hien構(gòu)造帶中段(圖1b)，盆地內(nèi)充填物以下-中三疊統(tǒng)巨厚海相碎屑巖為主，可見少量滑塌堆積，受后期構(gòu)造作用影響與盆地周緣古生界(中-上寒武統(tǒng)、泥盆系-二疊系)呈斷層接觸關(guān)系(圖2)。1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局, 1976(1)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局.1976.1:20萬百色幅、德隆幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告; 云南省地質(zhì)局, 1978(2)云南省地質(zhì)局.1978.1:20萬富寧幅地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)顯示，那坡地區(qū)下-中寒武統(tǒng)以白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖為主，奧陶系缺失。下泥盆統(tǒng)為富含生物化石的細碎屑巖，中-上泥盆統(tǒng)為灰?guī)r夾含燧石結(jié)核灰?guī)r、薄層硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥巖。石炭系和下-中二疊統(tǒng)以厚層碳酸鹽巖為主，包括塊狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、內(nèi)碎屑灰?guī)r和白云巖。上二疊統(tǒng)以灰?guī)r和燧石灰?guī)r為主，局部夾硅質(zhì)巖和火山碎屑巖。

圖2 廣西那坡區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局, 1976; 云南省地質(zhì)局, 1978)

研究區(qū)巖漿巖普遍發(fā)育，以基性侵入巖為主，局部出露中-基性噴出巖。前人根據(jù)基性侵入巖地球化學(xué)特征及相互穿插關(guān)系(云南省地質(zhì)局, 1978)，將其劃分為二期：第一期為高Ti堿性輝長輝綠巖(又稱“半瓦型”巖體)；第二期為低Ti輝長蘇長巖和輝長閃長巖(又稱“安定型”巖體)。Zhouetal.(2006)測得二期侵入巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為260～258Ma，將其解釋為峨眉山地幔柱作用的產(chǎn)物。然而，最新的野外地質(zhì)調(diào)查和年代學(xué)結(jié)果表明，“安定型”巖體的形成時代要晚于“半瓦型”巖體，其時代介于244～215Ma(皮橋輝等, 2016; 劉兵等, 2018; 江文等, 2017; Jiangetal., 2021)，為中-晚三疊世。

研究區(qū)的噴出巖可劃分為二期。第一期是晚泥盆世拉斑玄武巖及早石炭世堿性玄武巖，出露于那坡縣城以南，被解釋為古特提斯分支洋盆打開時的產(chǎn)物(吳根耀等，2000；Xiangetal., 2021; Guoetal., 2004)；第二期是晚二疊世-中三疊世鈣堿性中-基性玄武巖和玄武安山巖(胡麗沙等，2012；向忠金等，2021)，主要出露于盆地以北的富寧皈朝-架街一帶，部分沿那坡百都-德隆一線展布，具有典型島弧火山巖的地球化學(xué)特征，是古特提斯分支洋盆的俯沖作用的產(chǎn)物。

此外，覃小鋒等(2011)、Qinetal.(2012)及Ganetal.(2021)對靖西和憑祥一帶的基性-酸性火山巖開展了系統(tǒng)的地球化學(xué)和年代學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)這些火山巖同樣具有弧巖漿巖特征，其形成時代為晚二疊世-中三疊世(251～246Ma，圖1b)，與富寧-那坡地區(qū)的弧火山巖高度一致。李政林等(2019)對憑祥地區(qū)島弧英安巖的鋯石定年結(jié)果表明，與古特提斯分支洋盆俯沖導(dǎo)致的弧巖漿作用可能持續(xù)至晚三疊世早期(228Ma)。在北越Song Hien地區(qū)沿Cao Bang-Lang Son斷裂零星出露一些早三疊世流紋巖和英安巖(Hoaetal., 2008a; Halpinetal., 2016)，這些巖石多被后期構(gòu)造作用裹挾至三疊系濁積巖中。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集與描述

本文研究的樣品采自那坡盆地南部中三疊統(tǒng)河口組中部和上部，均為沉凝灰?guī)r(圖3)。其中，用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的樣品19BN-1和19BN-3坐標分別為23°01′27.2″N、105°49′21.5″E和23°01′35.1″N、105°48′57.1″E。

圖3 廣西那坡地區(qū)清華-百南早-中三疊世地層綜合柱狀圖(據(jù)Xia et al., 2021修改)

野外觀察顯示，河口組沉凝灰?guī)r呈灰綠色-淺灰色，塊狀構(gòu)造，局部夾硅質(zhì)泥巖，可見細小的水平紋層，偶見輕微的軟沉積變形構(gòu)造(圖4a-c)。河口組下部為一套濁積扇外扇-盆地平原相粉砂質(zhì)泥巖和含Mn泥巖(Xiaetal., 2021)。由此分析，沉凝灰?guī)r沉積于地形相對平坦的深海平原環(huán)境，輕微的軟沉積變形可能與火山、地震活動引發(fā)的重力失穩(wěn)有關(guān)。鏡下薄片觀察顯示，沉凝灰?guī)r主要由細小的石英和長石晶屑組成，具明顯定向性，絹云母化蝕變強，基質(zhì)則以隱晶質(zhì)和黏土礦物為主，整體表現(xiàn)為凝灰結(jié)構(gòu)(圖4d, e)。

圖4 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r野外地質(zhì)特征(a-c)和顯微照片(d-e)

2.2 分析方法

鋯石挑選在河北廊坊宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，采用常規(guī)重力和磁力分選方法分選，在雙目鏡下手工精選出透明、無裂隙鋯石。將待測樣品的鋯石顆粒粘置環(huán)氧樹脂中，磨至約1/2，然后進行透射、反射和陰極發(fā)光(CL)照相，觀察其表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，以便選取合適的測定分析部位。鋯石制靶和陰極發(fā)光(CL)照相均在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素測試分析在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。U-Pb同位素分析采用AnlyitikJena PQMS Elite型ICP-MS進行測定，剝蝕系統(tǒng)為ESI NWR 193nm，激光束斑直徑為32μm，頻率為8Hz，能量密度約為2.01J/cm2，采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣。詳細測試流程以及儀器運行條件等參見侯可軍等(2009)。測定時采用國際標準鋯石91500作為外標，微量元素含量校正采用NIST SRM 610作為外標，29Si作為內(nèi)標。數(shù)據(jù)處理基于ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)，年齡計算及諧和圖繪制采用Isoplot 4.15完成(Ludwig, 2012)，單個測點誤差為1σ，采用206Pb/238U年齡，其加權(quán)平均值具95%置信度，分析結(jié)果見表1。

表1 廣西那坡地區(qū)河口組沉凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

Lu-Hf同位素測試采用Neptune plus型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)及配套的Resolution SE 193nm準分子激光剝蝕系統(tǒng)，激光束斑直徑為35μm，頻率為10Hz，能量密度為7～8J/cm2，測試時同樣采用標準鋯石GJ-1作為外標，氦氣作為載氣。利用175Lu和172Yb對176Lu和176Yb進行同質(zhì)異位素的干擾校正，采用179Hf/177Hf=0.7325對176Hf/177Hf比值進行指數(shù)歸一化校正(Wuetal., 2006)。176Hf/177Hf初始值和εHf(t)值參考球粒隕石均一庫(CHUR)計算，虧損地幔模式年齡(tDM)采用現(xiàn)今的虧損地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384計算(Griffinetal., 2000)，而Hf同位素地殼模式年齡(tDMC)則是通過假設(shè)其母巖漿來自平均大陸地殼(176Lu/177Hf=0.015)計算獲得(Griffinetal., 2002)，分析結(jié)果見表2。

沉凝灰?guī)r樣品13NP-1、13NP-2、13NP-3及13NP-6的全巖主量、微量和稀土元素含量測定在中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)實驗測試中心完成，樣品19BN-1和19BN-3的元素含量測定在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。主量元素通過X射線熒光光譜儀(XRF-1800/3080E)測定，分析精度為5%。微量和稀土元素通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS-Excel/Agilent 7500)測定，含量大于10×10-6的元素測試精度為5%，含量小于10×10-6的元素測試精度為10%，分析結(jié)果見表3。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

那坡盆地南部河口組沉凝灰?guī)r中的鋯石呈短柱或長柱狀，半自形-自形，粒徑70～150μm，發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶，個別鋯石具核幔結(jié)構(gòu)(圖5a)。絕大部分鋯石Th/U比值大于0.01(表1)，輕、重稀土分餾明顯，呈向左傾斜的輕稀土虧損型模式(數(shù)據(jù)略)，整體表現(xiàn)出典型的巖漿鋯石特征(圖5b)。

樣品19BN-1共測試了30個點，獲得了27個諧和年齡，僅測點#10、#20及#22諧和度小于95%。其中，22個測點的206Pb/238U諧和年齡介于231～238Ma之間，加權(quán)平均年齡為236.3±0.8Ma(MSWD=0.55)(圖5c)，為晚三疊世早期(卡尼期)。另有4個測點年齡介于241～248Ma之間，記錄了早期的巖漿活動，測點#25獲得495±4Ma的較老年齡，為捕獲的早古生代鋯石。

樣品19BN-3測點共計30個，僅測點#10、#13及#18年齡不諧和。14個測點的年輕206Pb/238U諧和年齡介于238～242Ma之間，加權(quán)平均年齡為240.6±1.0Ma(MSWD=0.35)(圖5d)，為中三疊世晚期(拉丁期)。其余測點年齡在244～256Ma范圍內(nèi)，推測來自早期的巖漿活動，測點#22獲得913±7Ma的古老年齡，代表捕獲的新元古代鋯石。

圖5 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像、U-Pb年齡與εHf(t)值(a)、鋯石球粒隕石標準化稀土元素配分圖(b)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖和206Pb/238U年齡加權(quán)平均值(c、d)

3.2 鋯石Hf同位素

對沉凝灰?guī)r樣品19BN-1和19BN-3中已測定U-Pb年齡的部分鋯石開展Lu-Hf同位素原位分析。分析結(jié)果顯示(表2)，樣品19BN-1中鋯石(t=232～248Ma，206Pb/238U年齡)的176Hf/177Hf初始值為0.282102～0.282445，εHf(t)為-18.6～-6.6(圖6a)，其對應(yīng)的虧損地幔模式年齡(tDM)為1157～1608Ma，地殼模式年齡(tDMC)介于1680～2434Ma之間(圖6b)。

表2 廣西那坡地區(qū)河口組沉凝灰?guī)r鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

樣品19BN-3中鋯石年齡(t=238～256Ma)較老于前者，但具有相近的176Hf/177Hf初始值(0.282123～0.282449)和εHf(t)=-17.6～-6.3(圖6a)，及虧損地幔模式年齡(1134～1600Ma)和地殼模式年齡(1664～2383Ma)(圖6c)。上述結(jié)果表明，兩套沉凝灰?guī)r為同源巖漿演化的產(chǎn)物，且均來源于古老地殼物質(zhì)的再造。

圖6 沉凝灰?guī)r鋯石εHf(t)-年齡圖解(a)與地殼模式年齡(b、c)

3.3 巖石地球化學(xué)特征

沉凝灰?guī)r相學(xué)特征表明，兩套沉凝灰?guī)r均含有大量石英和長石晶屑及隱晶質(zhì)和黏土礦物基質(zhì)。通過與下部砂巖碎屑鋯石年齡譜及鄰區(qū)弧火山巖年齡分布特征進行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)廣泛分布于砂巖中的兩組碎屑鋯石(分別為480～420Ma和400～320Ma，Xiaetal., 2021)在該沉凝灰?guī)r樣品中幾乎不可見，同時沉凝灰?guī)r鋯石年齡分布集中，且與富寧、憑祥弧火山巖基本一致(覃小鋒等, 2011; Ganetal., 2021; 向忠金等, 2021)。因此，結(jié)合沉凝灰?guī)r鏡下特征分析，我們認為河口組沉凝灰?guī)r中絕大多數(shù)組分來源于火山灰，而陸源碎屑物質(zhì)極為有限，其地球化學(xué)特征能夠反映其火山源區(qū)特征。

分析結(jié)果(表3)表明，那坡盆地河口組沉凝灰?guī)r主量元素總體具有較高的SiO2(74.02%～82.41%)和K2O(2.15%～5.81%)，較低的TiO2(0.20%～0.28%)、Al2O3(9.78%～15.04%)、Na2O(0.26%～2.50%)和CaO(0.10%～0.28%)。所有樣品的MgO、FeOT和P2O5明顯較低，含量分別為0.37%～0.48%、1.27%～1.48%和0.03%～0.12%。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.6～2.8，平均值為2.2，表現(xiàn)出殼源巖石過鋁質(zhì)的特征。全堿含量(Na2O+K2O)為3.32%～7.46%，平均值為5.57%。在火成巖TAS(SiO2-Na2O+K2O)分類圖上，本文分析的6個樣品均投點在流紋巖區(qū)域內(nèi)(圖7a)，顯示為亞堿性?？紤]到樣品本身存在輕微的硅化和絹云母化蝕變作用，可能會導(dǎo)致樣品中SiO2含量偏高。因此，本文采用抗蝕變元素圖解進一步確定巖石類型。在Nb/Y-Zr/TiO2×0.0001判別圖上，本文分析的樣品均投在英安巖區(qū)域內(nèi)(圖7b)，暗示這些沉凝灰?guī)r樣品是中酸性火山噴發(fā)的產(chǎn)物。結(jié)合鏡下薄片鑒定結(jié)果，本文分析的沉凝灰?guī)r樣品屬于亞堿性英安質(zhì)，與憑祥和北越Lang Son地區(qū)的酸性火山巖較為相近(覃小鋒等, 2011; Halpinetal., 2016; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021)。

圖7 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)rSiO2-ALK圖解(a, 據(jù)Le Maitre et al., 2002)和Nb/Y-Zr/TiO2×10-4圖解(b，據(jù)Winchester and Floyd, 1977)

表3 廣西那坡河口組沉凝灰?guī)r主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

沉凝灰?guī)r稀土總量為124×10-6～236×10-6，平均值181×10-6。在球粒隕石標準化稀土元素配分圖(圖8a)上，樣品具有一致的配分曲線，表現(xiàn)為輕稀土元素(LREEs)相對富集、重稀土元素(HREEs)相對平坦的特征，輕、重稀土元素分異明顯，(La/Yb)N比值介于4.5～7.3之間，具明顯Eu負異常(δEu=0.18～0.26)，指示巖漿演化過程中經(jīng)歷了斜長石分離結(jié)晶作用。對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)6件沉凝灰?guī)r樣品的稀土配分曲線較為一致，推測為同源區(qū)不同期次火山活動的產(chǎn)物，且與憑祥、越南Lang Son及Truong Son地區(qū)的酸性火山巖稀土元素含量基本一致。

在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8b)上，所有樣品相對富集大離子親石元素(LILEs)、Rb、Th和U，虧損高場強元素(HFSEs)，具有顯著的Nb、Ta和Ti負異常，整體反映出較多的殼源物質(zhì)加入，與島弧火山巖地球化學(xué)特征一致。

圖8 廣西那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

4 討論

4.1 沉積時代

20世紀70年代，前人對那坡地區(qū)巨厚的海相碎屑巖開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局, 1976; 云南省地質(zhì)局, 1978)，將這套海相碎屑巖劃分為下三疊統(tǒng)羅樓組、中三疊統(tǒng)百逢組和河口組。由于該套碎屑巖中化石記錄稀缺，這套碎屑巖的確切沉積時代一直存在爭議。最近，夏磊等(2018)、Xiaetal.(2021)通過開展詳細的野外地質(zhì)調(diào)查和沉積學(xué)研究，結(jié)合碎屑鋯石U-Pb定年分析結(jié)果，認為沿德隆-平孟斷裂出露的下三疊統(tǒng)羅樓組為一套斜坡相火山巖-碳酸鹽巖混雜型滑塌堆積，并緊密伴生有碎屑流和鈣質(zhì)濁積巖，其砂巖碎屑鋯石最年輕峰值年齡為247Ma，位于奧羅尼克期與安尼期界線處。中三疊統(tǒng)百逢組和河口組由北向南可識別出扇三角洲相和濁積扇相，整體表現(xiàn)為一套向南變深變細的沉積序列。百逢組下-中段砂巖碎屑鋯石最年輕峰值年齡分別為247Ma和240Ma，指示沉積時期為安尼期至早拉丁期。河口組下-中段砂巖碎屑鋯石最年輕峰值年齡分別為243Ma和239Ma，指示拉丁期的沉積時代。

本文研究的兩個沉凝灰?guī)r樣品(19BN-3和19BN-1)分別采自河口組中部和上部，除部分捕獲的較老鋯石外(如鋯石19BN-1#25與19BN-3#22)，其余年輕鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為240.6±1.0Ma和236.3±0.8Ma。這一測年結(jié)果準確地限定了那坡盆地河口組碎屑巖沉積時代為中三疊世拉丁期，部分為晚三疊世卡尼期早期，可與滇東南地區(qū)蘭木組進行對比(張斌輝等, 2019)。

4.2 巖石成因

巖相學(xué)和地球化學(xué)特征表明，廣西那坡盆地南部河口組沉凝灰?guī)r屬于亞堿性系列英安質(zhì)巖石，REE配分模式呈右傾型，相對富集LREEs和LILEs，虧損HFSEs，具明顯的Eu、Nb、Ta負異常，與中越邊境地區(qū)中-酸性火山巖高度相似，均表現(xiàn)出與俯沖相關(guān)的島弧火山巖一致的地球化學(xué)特征。

考慮到火山碎屑和火山塵在搬運、堆積、固結(jié)成巖過程中受流體影響會導(dǎo)致部分活動性較強的元素含量發(fā)生變化，因此本文選擇活動性較弱、穩(wěn)定性強的不相容元素(如Nb、Ta、Rb、Y等)含量及其比值來判別沉凝灰?guī)r源區(qū)構(gòu)造環(huán)境。研究區(qū)河口組沉凝灰?guī)r的Nb和Ta含量分別為6.30×10-6～12.0×10-6和0.68×10-6～1.13×10-6，Nb/Ta比值介于8.7～10.8之間，平均值為9.9，明顯低于虧損地幔(Nb/Ta=15.5±1.0，Rudnicketal., 2000)，與大陸地殼(Nb/Ta=10～14，Taylor and McLennan, 1985)相近。在沉凝灰?guī)r全巖(Y+Nb)-Rb判別圖中，大部分樣品投在Syn-COLG(同碰撞)和VAG(火山弧)區(qū)域，僅樣品13NP-1投在WPG(板內(nèi))區(qū)域(圖9a)。在Y-Nb判別圖中，除樣品13NP-1和19BN-3投在ORG(大洋中脊花崗巖)區(qū)域，其余樣品均投在VAG+Syn-COLG區(qū)域(圖9b)。對比發(fā)現(xiàn)，那坡河口組酸性沉凝灰?guī)r與憑祥、越南Lang Son及Truong Son地區(qū)的酸性島弧火山巖具有相似的地球化學(xué)特征。

圖9 那坡地區(qū)中三疊統(tǒng)河口組沉凝灰?guī)r構(gòu)造環(huán)境判別圖(據(jù)Pearce et al., 1984)

Grimesetal.(2007, 2015)通過大量統(tǒng)計大洋中脊、大洋島弧及巖漿弧環(huán)境下鋯石的微量元素含量及其比值后發(fā)現(xiàn)，利用Hf-U/Yb圖解能夠有效區(qū)分來自洋殼和陸殼的鋯石。在鋯石Hf-U/Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖10a)中，研究區(qū)所有沉凝灰?guī)r鋯石樣品均投在陸殼范圍內(nèi)。Yangetal.(2012)提出利用鋯石Th/Nb與Hf/Th相關(guān)性將其劃分為弧相關(guān)/造山帶環(huán)境和板內(nèi)/非造山帶環(huán)境。在Th/Nb-Hf/Th圖解(圖10b)中，絕大多數(shù)鋯石樣品投在弧相關(guān)/造山帶區(qū)域內(nèi)，僅樣品19BN-3#22落在兩者的重疊區(qū)域。結(jié)合沉凝灰?guī)r鋯石較低的εHf(t)值(-18.6～-6.3)、較老的地殼模式年齡(1664～2434Ma)以及俯沖環(huán)境微量元素特征分析，推斷形成該沉凝灰?guī)r的火山灰來源于島弧火山巖，且?guī)r漿源區(qū)存在殼源物質(zhì)的加入。

圖10 河口組沉凝灰?guī)r鋯石Hf-U/Yb(a, 據(jù)Grimes et al., 2015)和Th/Nb-Hf/Th(b, 據(jù)Yang et al., 2012)構(gòu)造環(huán)境判別圖

考慮到那坡地區(qū)河口組兩套酸性沉凝灰?guī)r厚度大(分別為94m和93m)、連續(xù)性好，推測其火山灰沉降區(qū)與火山口距離較近，因此排除來自Truong Son弧的可能。從火山噴發(fā)時間分析，河口組沉凝灰?guī)r(240～236Ma)對應(yīng)的火山活動要明顯晚于北越Lang Son地區(qū)的酸性火山巖(252～250Ma, Halpinetal., 2016)，與憑祥酸性弧火山巖的時代一致(246～228Ma, 覃小鋒等, 2011; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021)。因此，本文認為那坡盆地河口組酸性沉凝灰?guī)r與憑祥地區(qū)中-晚三疊世弧火山巖密切相關(guān)，記錄了華南板塊南緣古特提斯分支洋盆俯沖過程中的島弧火山噴發(fā)活動。

4.3 構(gòu)造意義

印支造山帶是由古特提斯分支洋盆(哀牢山-Song Ma-Song Chay洋盆與八布-Cao Bang洋盆)俯沖閉合、華南地塊與北越、印支地塊發(fā)生匯聚拼合形成的(Cai and Zhang, 2009; Metcalfe, 2013; Faureetal., 2014, 2016; Xiaetal., 2021)。研究表明，哀牢山-Song Ma-Song Chay古特提斯分支洋盆自晚古生代開始向南俯沖消減(Liuetal., 2012; Faureetal., 2014, 2016; Lietal., 2021)，并于早三疊世-中三疊世早期沿Song Chay縫合帶閉合，這使得印支地塊東部與北越地塊首先發(fā)生碰撞(圖11a)，從而導(dǎo)致北越地塊形成大量同碰撞花崗巖(252～245Ma, Rogeretal., 2012; Chenetal., 2014)和NE指向的逆沖推覆構(gòu)造(Lepvrieretal., 2011)。這也使得北越地塊不斷向北推進，在一定程度上促進了八布-Cao Bang洋盆俯沖消減、閉合。此外，Zhangetal.(2013)測得Song Ma縫合帶內(nèi)的榴輝巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為230.5±8.2Ma。Xuetal.(2019)通過對哀牢山縫合帶東西兩側(cè)三疊紀碎屑巖開展了鋯石U-Pb-Hf同位素詳細研究，發(fā)現(xiàn)在中-晚三疊世之交(～237Ma)沉積物源存在明顯變化。上述結(jié)果表明，華南地塊與印支地塊沿哀牢山-Song Ma縫合帶完全碰撞拼合的時限為晚三疊世早期(圖11b)。

圖11 華南地塊南緣三疊紀構(gòu)造演化模式(據(jù)Faure et al., 2014, 2016; Xiang et al., 2021修改)

如前文所述，華南地塊與北越地塊之間的八布-Cao Bang古特提斯分支洋盆在晚石炭世-中二疊世已然形成，并于晚二疊世-中三疊世向北俯沖，形成了沿富寧-那坡-靖西-憑祥一帶分布的島弧火山巖(圖11a, 覃小鋒等, 2011; Qinetal., 2012; 胡麗沙等, 2012; 劉兵等, 2018; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021; Xiangetal., 2021; 向忠金等, 2021)及與之配套的那坡-憑祥弧前盆地沉積(宋博等, 2013, 2014; Xiaetal., 2021)。然而，關(guān)于八布-Cao Bang分支洋盆閉合的時限仍不明確。前人對八布蛇綠巖中的角閃巖(變玄武巖)開展了40Ar-39Ar定年(231～230Ma, Wuetal., 1999)，結(jié)果指示其構(gòu)造就位的時限為晚三疊世早期，暗示八布-Cao Bang洋盆于該時期閉合，這與哀牢山-SongMa洋盆閉合時間基本一致。但最新的研究成果表明，憑祥地區(qū)酸性島弧火山巖的時代介于246～228Ma之間(覃小鋒等, 2011; 李政林等, 2019; Ganetal., 2021)，說明在憑祥地區(qū)該分支洋盆的俯沖作用可能持續(xù)至晚三疊世。本文研究結(jié)果同樣揭示，那坡盆地中三疊統(tǒng)河口組上部的英安質(zhì)沉凝灰?guī)r的火山物質(zhì)來源于憑祥地區(qū)的島弧火山巖，其記錄的火山噴發(fā)時代(241～236Ma)與憑祥島弧火山巖極為一致?？紤]到研究區(qū)沉凝灰?guī)r的沉積環(huán)境為深海盆地平原相，進一步暗示在那坡南部地區(qū)八布-Cao Bang洋盆于晚三疊世早期尚未閉合，該時期那坡弧前盆地南部仍處于深海環(huán)境，并持續(xù)接受沉積。

綜上所述，本文推斷華南地塊南緣八布-Cao Bang分支洋盆是自西向東呈“剪刀”式俯沖閉合的(圖11b)，這可能受華南地塊南緣不規(guī)則大陸形態(tài)的影響。具體來說，華南地塊與北越地塊在滇東南八布地區(qū)首先發(fā)生碰撞拼合(時代約為230Ma)，這與該區(qū)域局部出露的晚三疊世磨拉石相礫巖沉積相吻合(張斌輝等, 2019)；而在桂西南憑祥地區(qū)兩者碰撞拼合可能發(fā)生在晚三疊世中晚期，這與憑祥盆地中三疊世殘余弧前盆地沉積(宋博等, 2013, 2014)，以及八布-Song Hien構(gòu)造帶東南段上三疊統(tǒng)與下伏地層的不整合接觸關(guān)系(Lepvrieretal., 2011)相匹配。

5 結(jié)論

(1)廣西那坡盆地南部中三疊統(tǒng)河口組兩套沉凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡約為241Ma和236Ma，準確限定河口組碎屑巖屬于中三疊世拉丁期沉積物，部分為晚三疊世卡尼期早期。

(2)河口組中-晚三疊世沉凝灰?guī)r屬于亞堿性英安質(zhì)，富集LREE和LILEs，具有明顯的Nb、Ta和Ti負異常，結(jié)合鋯石微量元素和Hf同位素特征分析，認為形成該沉凝灰?guī)r的火山灰與俯沖作用密切相關(guān)，推測其來源于憑祥地區(qū)中-晚三疊世酸性島弧噴發(fā)活動。

(3)華南地塊南緣八布-Cao Bang古特提斯分支洋盆于晚二疊世至晚三疊世早期向北俯沖，隨后自西向東呈“剪刀”式逐漸閉合。華南地塊與北越地塊完全碰撞拼合的時間發(fā)生在晚三疊世中晚期。

致謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)時上鈞、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所碩士生張鈺哲參與了野外地質(zhì)調(diào)查和采樣工作；樣品全巖地球化學(xué)和鋯石同位素測試分析得到了中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)實驗測試中心和北京科薈測試技術(shù)有限公司的支持；感謝侯泉林教授和衛(wèi)巍副研究員在野外調(diào)查過程中給予的指導(dǎo)；衷心感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所閆臻研究員、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所張曉暉研究員及中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院孫金鳳副教授對本文提出的寶貴意見和建議。