云南綠春縣馬玉巖體巖石地球化學(xué)特征及意義

呂 佳，楊欽淞，易邦進(jìn)，唐 驥，李凌杰

(1.云南省地質(zhì)科學(xué)研究所，云南 昆明 650051；2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650200；3.昆明理工大學(xué) 云南 昆明 650504)

滇西北三江地區(qū)金沙江造山帶是古特提斯巨型造山帶中一個(gè)重要造山帶，是二疊紀(jì)洋內(nèi)弧和陸緣弧于早中三疊世拼貼碰撞形成的復(fù)雜造山帶。東部以金沙江-紅河斷裂帶為界，與裂離于揚(yáng)子大陸西緣的中咱微陸塊相接，西部增生于昌都思茅微陸塊東緣[1]；前人對(duì)江達(dá)-德欽-維西火山巖漿弧中段滇西北德欽巖體花崗巖研究表明：金沙江結(jié)合帶在255Ma 已經(jīng)進(jìn)入弧陸碰撞-后碰撞的地質(zhì)歷史時(shí)期[2]。綠春馬玉巖體位于江達(dá)-德欽-維西火山巖漿弧南段。本文通過(guò)馬玉巖體巖石學(xué)、地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石 U-Pb 年代學(xué)研究，以厘定巖體形成時(shí)代和巖石成因，討論巖漿構(gòu)造背景，對(duì)三江地區(qū)造山帶構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)有著重要意義。

1 巖體地質(zhì)與巖石學(xué)特征

綠春馬玉巖體位于滇東南綠春地區(qū)共埂-布魯斯斷裂北東側(cè)作播斷片內(nèi)，靠近斷裂帶附近，出露面積40Km2，呈北西-南東展布近橢圓狀巖株產(chǎn)出。與南西側(cè)上三疊統(tǒng)歪古村組呈斷裂接觸，其余方向與志留系下統(tǒng)水菁組呈侵入接觸，北部上三疊統(tǒng)歪古村組部分覆蓋其上。圖1。綠春馬玉巖體主體為花崗閃長(zhǎng)巖，淺灰色，中細(xì)粒不等粒粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，個(gè)別可見(jiàn)角礫構(gòu)造。成分主要斜長(zhǎng)石(35%～70%，40%～50%居多)、石英(25%～40%)，鉀長(zhǎng)石(0～20%，變化較大)、黑云母(3%～5%，高者達(dá)7%)。副礦物以磁鐵礦常見(jiàn)，可見(jiàn)磷灰石、鋯石、黃鐵礦及褐鐵礦。斜長(zhǎng)石為中細(xì)粒自形板狀、細(xì)粒不規(guī)則粒狀，無(wú)定向分布，可見(jiàn)聚片雙晶，部分發(fā)生絹云母化蝕變；鉀長(zhǎng)石為表面較潔凈的中細(xì)粒不等粒粒狀結(jié)構(gòu)，少數(shù)厚板狀，多充填于斜長(zhǎng)石粒間；黑云母為片狀，多與斜長(zhǎng)石相間分布，有時(shí)可包裹斜長(zhǎng)石，部分蝕變較弱，呈棕色，多色性明顯，部分為綠泥石所交代。

圖1 綠春1∶5萬(wàn)構(gòu)造綱要圖(據(jù)李建康等[14]修改)Fig 1.1∶50000 Tectonic Outline Map of Luchun

2 巖體地球化學(xué)特征

2.1 主量元素地球化學(xué)特征

據(jù)馬玉巖體全巖化學(xué)分析結(jié)果(表1)，w(SiO2)62.02%～71.79%，屬中酸性-酸性巖類。DI 56.1～82.38，平均75.43，反映巖體經(jīng)歷一定程度分異演化。w(K2O+Na2O)5.4%～8.1%，K2O/Na2O 0.64～1.64，平均值1.01，里特曼指數(shù)σ<3.3，屬于鈣堿性系列。在硅堿圖解中，除個(gè)別樣品落在鈣堿性系列，多數(shù)樣品落于高鉀鈣堿性系列區(qū)域內(nèi)，A/CNK 0.91～1.61，平均值1.09，為過(guò)鋁質(zhì)巖石。SiO2與∑FeO、MgO，Al2O3與CaO呈負(fù)相關(guān)，與K2O、Na2O表現(xiàn)出正相關(guān)，與巖漿一般演化規(guī)律一致。

表1 馬玉巖體全巖數(shù)據(jù)成分結(jié)果Tab 1.Rock Composition Analysis of Mayu Rock Body

續(xù)上表

2.2 微量及稀土元素地球化學(xué)特征

馬玉巖體∑REE147.13μg/g～324.26μg/g，平均197.34μg/g，低于酸性巖平均值285μg/g(表2)。其中∑LREE/∑HREE 6.58～16.25，平均8.85，反映稀土分餾程度(La/Yb)N比值較高，介于6.54～26.62之間，平均值12.49，屬輕稀土富集型。(La/Sr)N比值2.48～5.17，平均值4.06，比值較高，說(shuō)明輕稀土內(nèi)部分餾明顯。而(Gd/Yb)N比值1.18～2.90，平均值為1.82，相較世界花崗巖，比值較低，說(shuō)明重稀土分餾較差；稀土元素配分顯示富集右傾型(圖2)，δEu 0.84～1.21，平均值為1.01，無(wú)Eu的異常，表明巖漿演化過(guò)程中斜長(zhǎng)石結(jié)晶分離不明顯，反映其分異演化程度不高。但Ce有弱負(fù)異常，可能是由于風(fēng)化較強(qiáng)所致。

表2 馬玉巖體微量元素和稀土元素成分表(×10-6)Tab 2.Trace Element and REE Composition of Mayu Rock Body

續(xù)上表

微量元素中，整體富集Cs、Rb、Ba、Th、U、La、Ce、Nd和Sm，貧La、Ta、Sr、Zr、Hf、Sc、Cr、Yb和Y，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖2)中，明顯虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta，Rb/Sr值為0.20～0.60，平均0.43，與巖漿早期演化階段平均略小于0.5一致，說(shuō)明馬玉巖體的巖石是巖漿早期演化的產(chǎn)物，結(jié)晶分異程度較低[3]。

圖2 馬玉巖體巖稀土微量元素蛛網(wǎng)圖( 球粒隕石據(jù) Boynton，1984；原始地幔據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig 2.REE Trace Element Cobweb Diagram of Mayu Rock Body

3 鋯石U-Pb定年

3.1 測(cè)試方法

鋯石分選工作在河北廊坊地球物理地球化學(xué)勘查研究所完成，經(jīng)粉碎、細(xì)磨、篩選、淘洗、磁選和重液分離，雙目鏡下盡量挑選無(wú)包裹體、無(wú)裂紋、透明度好的單顆粒鋯石樣品。將待測(cè)的鋯石與鋯石標(biāo)樣TEM置于環(huán)氧樹(shù)脂中做成的樣品靶上。將靶上鋯石磨去約一半，使其內(nèi)部暴露，用于透射光、反射光和陰極發(fā)光研究及隨后的SHRIMP U-Pb分析。陰極發(fā)光圖像在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院完成，鋯石U-Pb分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心完成，樣品分析流程及原理[3、4]。數(shù)據(jù)處理采用Execl的ComPbCorr#3-15G程序(2002)，對(duì)普通Pb進(jìn)行校正。

樣品D3458H(花崗閃長(zhǎng)巖)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。共測(cè)試31個(gè)點(diǎn)，由于14個(gè)點(diǎn)偏離諧和線或顯示明顯的繼承鋯石特征，僅分析其余17個(gè)點(diǎn)，結(jié)果顯示U含量141×10-6～4620 ×10-6，除個(gè)別點(diǎn)Th/U比值較低，大部分比值在0.24～0.65之間，具有典型巖漿鋯石的Th / U比值(0.31～0.83)[5]。鋯石LA-ICPMS U-Pb測(cè)年結(jié)果表明本樣品中17個(gè)分析點(diǎn)206Pb /238U年齡值257Ma～273Ma，在一致曲線圖(圖3)中，數(shù)據(jù)點(diǎn)在誤差范圍內(nèi)非常和諧，其206Pb /238U年齡加權(quán)平均值263.6±2.4Ma(MSWD=3.3 n=17)。

表3 花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡分析數(shù)據(jù)Tab 3.Zircon U-Pb Dating of Granodiorite

圖3 馬玉巖體鋯石U-Pb協(xié)和圖Fig 3.U-Pb Concordia of Zircon of Mayu Rock Body

Chappell和White[5]在研究澳大利亞南部Lachlan褶皺帶內(nèi)花崗巖后，據(jù)野外觀察、礦物特征、化學(xué)成分和其他標(biāo)準(zhǔn)將其劃分為兩大類：一類是沉積巖及相應(yīng)變質(zhì)巖形成的，稱為S型花崗巖；一類是由火成巖及相應(yīng)的變質(zhì)巖形成的，為I型花崗巖。White在演講該地區(qū)I型花崗巖的過(guò)程中，又從中分出A型和M型兩類花崗巖。馬玉巖體中花崗閃長(zhǎng)巖K2O/Na2O介于0.64～1.36之間，平均值1.01，根據(jù)A/CNK劃分I型花崗巖和S型花崗巖的界限(A/CNK<1.0 為I型花崗巖；A/CNK>1.1為S型花崗巖)，屬于I型花崗巖。ACF分類圖解(圖4)中，巖體落在I型花崗巖和S型花崗巖過(guò)渡地帶，位于斜長(zhǎng)石-黑云母-堇青石之間。從巖相學(xué)特征看，花崗閃長(zhǎng)巖中含有黑云母和角閃石，并未發(fā)現(xiàn)白云母，說(shuō)明它是I型花崗巖而非S型花崗巖。花崗閃長(zhǎng)巖的鋁飽和指數(shù)(A/CNK)0.938～1.053，平均1.011，輕重稀土分異明顯，稀土配分曲線為右傾輕稀土富集型，與I型花崗巖曲線相似；巖體表現(xiàn)出Rb、Th、U、La等大離子親石元素正異常及高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Zr、Hf等負(fù)異常，微量元素特征與典型的I型花崗巖相似，明顯不同于S型或A型花崗巖[5、6、7、8]。

圖4 馬玉巖體ACF圖解(據(jù)文獻(xiàn)[9])Fig 4.ACF Diagram of Mayu Rock Body

4.2 巖漿源區(qū)討論

目前，大多數(shù)巖石學(xué)家認(rèn)為，花崗巖類巖石的差異是因?yàn)椴煌瑏?lái)源造成的，一般認(rèn)為主要有三種來(lái)源：殼源、幔源和殼幔混源。

地殼和地幔所產(chǎn)生的物質(zhì)具有不同的化學(xué)特征，所產(chǎn)生的花崗巖類型可依據(jù)其化學(xué)特性判別。鋁飽和指數(shù)(ASI=n(Al2O3)/[n(CaO)+n(Na2O)+n(K2O)])是判別強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類(ASI>1.1)、過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類(ASI>1)和偏鋁質(zhì)花崗巖類(ASI<1)的化學(xué)識(shí)別指標(biāo)。偏鋁質(zhì)成分可進(jìn)一步劃分為鈣堿性花崗巖類或堿性至過(guò)堿性花崗巖類。過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類巖石成巖物質(zhì)主要來(lái)源于地殼，鈣堿性花崗巖類巖石主要成巖物質(zhì)主要表現(xiàn)為殼幔相互作用的特征，而堿性至過(guò)堿性花崗巖類巖石成巖物質(zhì)可能主要來(lái)源于地幔。馬玉巖體鋁飽和指數(shù)ASI=(0.91～1.61，平均值1.09)>1，屬過(guò)鋁質(zhì)花崗巖類。說(shuō)明巖體屬于地殼來(lái)源[10]。

Castro(1991)認(rèn)為很多造山帶花崗巖都存在巖漿混合作用，并認(rèn)為I型花崗巖并不屬于一種獨(dú)立巖漿，而是S型(殼源)與M型(幔源)兩個(gè)端元巖漿混合作用的產(chǎn)物。在反應(yīng)巖漿演化方式TFeO-MgO圖解(圖5)中，馬玉巖體沿著混合線分布，說(shuō)明馬玉巖體并不是巖漿直接分離結(jié)晶的產(chǎn)物，而是經(jīng)過(guò)一定的巖漿混合作用。

圖5 TFeO-MgO圖解(據(jù)文獻(xiàn)[11])Fig 5.TFeO-MgO Diagram

根據(jù)Sylvester(1998)CaO/Na2O比值和數(shù)據(jù)點(diǎn)在Rb/Sr-Rb/Ba和A/MF-C/MF圖解上分布特征對(duì)花崗巖源區(qū)物質(zhì)成分進(jìn)行判別。馬玉巖體CaO/Na2O比值0.2～1.5，都小于0.3，反映其源區(qū)物質(zhì)為泥質(zhì)巖。巖石在Rb/Sr-Rb /Ba圖解(圖6)上，由于具有較低的Rb/Sr(0.20～0.60)和Rb /Ba(0.08～0.19)比值，而分布于貧粘土源區(qū)。在A/MF-C/MF(圖7)圖解上，巖體數(shù)據(jù)主要投影于變質(zhì)砂巖區(qū)和變質(zhì)泥巖區(qū)，個(gè)別數(shù)據(jù)靠近基性巖區(qū)。Rb/Sr大多小于5，表明熔融反應(yīng)可能與黑云母脫水作用有關(guān)，反映巖漿可能為地幔底辟引起地殼深熔作用的產(chǎn)物。

圖6 Rb/Sr-Rb/Ba(據(jù)Sylvester，1998)圖解Fig 6.Rb/Sr-Rb/Ba Diagram

圖7 C/M F-A/MF(據(jù)Altherr et al1，2000)圖解Fig 7.C/MF-A/MF Diagram

綜上，馬玉巖體的巖漿是由地殼物質(zhì)和地幔物質(zhì)相互混合作用的產(chǎn)物，且以地殼為主，屬于造山期花崗巖。

4.3 構(gòu)造背景討論

研究區(qū)處于特提斯-金沙江-哀牢山造山帶東南段與揚(yáng)子陸塊結(jié)合部。經(jīng)歷了古生代-新生代印支陸塊(蘭坪-思茅地塊)與揚(yáng)子陸塊相互裂離、碰撞拼貼及陸內(nèi)會(huì)聚作用。研究表明(劉增乾等，1993)，古哀牢山洋盆于早石炭世打開(kāi)，至早二疊世洋盆邊緣已演化成為成熟的被動(dòng)大陸邊緣。晚三疊統(tǒng)歪古村組礫巖中有蛇綠巖的超鎂鐵巖礫石，顯示蛇綠巖構(gòu)造侵位應(yīng)早于晚三疊世(董云鵬等，2001)，與本文所研究馬玉巖體的地質(zhì)特征相吻合，俯沖碰撞應(yīng)早于晚三疊世。研究區(qū)北側(cè)東部發(fā)育一套上二疊統(tǒng)(P3)火山巖帶，具有島弧火山巖地球化學(xué)特征(魏?jiǎn)s等，1997；董云鵬等，2000)，屬于“俯沖同步型”陸緣弧火山巖(魏?jiǎn)s等，1997)，是哀牢山洋盆向西俯沖的產(chǎn)物(魏?jiǎn)s等，1997；董云鵬等，2000)，但該套弧火山巖在本區(qū)并未發(fā)現(xiàn)。

圖8 AFM圖解(據(jù)文獻(xiàn)[12])Fig 8.AFM Diagram

圖10 Yb-Ta圖解(文獻(xiàn)[15])VAG-火山弧花崗巖 ORG-洋脊花崗巖Fig 10.Yb-Ta Diagram.VAG-Volcanic Arc Granite ORG-Oceanic Ridge Granite

圖11 Yb+Ta-Rb圖解(文獻(xiàn)[15])WPG-板內(nèi)花崗巖 syn-COLG-同碰撞花崗巖Fig 11.Yb+Ta-Rb Diagram WPG-Granite in Plate； Syn-COLG-Syn-Collision Granite

圖12 Rb/30-Hf-Ta*3圖解Fig 12.Rb/30-Hf-Ta*3 Diagram

圖13 Na-K-Ca圖解Fig 13.Na-K-Ca Diagram

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5 結(jié) 論

(1)馬玉花崗巖體中花崗閃長(zhǎng)巖LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡 263.6±2.4Ma，說(shuō)明馬玉巖體形成于古生代晚二疊世，屬于華力西期-早印支期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2)通過(guò)巖體礦物學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)特征，馬玉巖體巖漿來(lái)源為地殼和地幔物質(zhì)相互混合作用的產(chǎn)物，屬于造山期花崗巖。

(3)墨江-綠春島弧帶上的馬玉巖體形成于板塊碰撞前和同碰撞期，具有陸緣弧花崗巖特征，揭示金沙江-哀牢山結(jié)合帶在263.6Ma已經(jīng)開(kāi)始了俯沖碰撞。