2017, Vol. 33
点苍山-哀牢山杂岩带位于青藏高原东南缘 (图 1a)，为云南三江地区一条重要的造山带 (钟大赉, 1998)，由扬子板块和印支板块于晚二叠世-中晚三叠世碰撞拼合而成。同时，该杂岩带也是新生代印度-亚欧板块碰撞导致印支板块向东南逃逸的东侧边界，经历了岩石圈尺度的左行走滑-剪切运动和大量中酸性、基性岩体的侵入 (Tapponnier et al., 1990; Schärer and Tapponnier, 1994; Schärer et al., 1990; Leloup and Kienast, 1993; Leloup et al., 1995, 2001; Gilley et al., 2003; Searle, 2006; Searle et al., 2010; 张进江等, 2006; Tang et al., 2013)。近年来，大量研究者对杂岩带内构造变形、岩浆-深熔事件、大规模区域性走滑-剪切的启动机制和时间及造山型金矿进行了深入研究 (Tapponnier et al., 1990; 刘俊来等, 2006, 2008; 曹淑云等, 2009; 王舫等, 2011, 2013; Cao et al., 2012; Liu et al., 2013, 2015a; Deng et al., 2014a, b, 2015)，取得了大量可靠的年代学、显微构造、岩石地球化学数据，揭示了杂岩带经历了多期构造-岩浆事件。然而，由于后期构造运动和岩浆活动对早期演化历史的叠加改造，致使杂岩带内变质作用的研究还存在着明显的争议 (Tapponnier et al., 1990; Leloup and Kienast, 1993; Leloup et al., 1995, 2001; Searle, 2006; Searle et al., 2010; Liu et al., 2013, 2015a)，早期研究认为杂岩带内变质作用主要与新生代红河-哀牢山区域尺度的深剪切有关 (Leloup and Kienast, 1993; Leloup et al., 1995, 2001)，深剪切导致地幔热流上涌伴随剪切摩擦产生的热量共同引起剪切带周边岩石温度升高，导致含水矿物脱水熔融进而产生大量的花岗质岩浆。然而，近年来点苍山-哀牢山杂岩带南延进入越南北部的马江杂岩带中发现了中三叠世高压麻粒岩和榴辉岩 (Nakano et al., 2008, 2010; Zhang et al., 2013)，指示岩石经历了高压变质作用。点苍山-哀牢山杂岩带内变沉积岩和变基性岩锆石中矿物包裹体组合和年代学研究发现岩石经历了中晚三叠世高压麻粒岩相变质作用以及新生代变质和深熔等复杂的演化历史 (Liu et al., 2013, 2015a)。但截至目前，杂岩带内记录中晚三叠世变质作用的岩石仅在大理点苍山地区和哀牢山南部的元江地区有点状发现 (Liu et al., 2013)。因此点苍山-哀牢山杂岩带中是否存在多期变质作用还存在不同的认识，对于记录扬子板块与印支板块碰撞拼合的变质事件的岩石的空间展布、岩石类型、变质作用类型、锆石年代学及地球化学特征还不清楚。
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图 1 哀牢山变质杂岩带在青藏高原东南缘分布及构造位置图 (a, b, 据Deng et al., 2014a修改) 和哀牢山杂岩带地质简图 (c, 据Liu et al., 2015b) Fig. 1 Distribution and tectonic location of the Ailao Shan metamorphic complex on the southeast of Tibetan Plateau (a, b, after Deng et al., 2014a), simplified geological map of Ailao Shan metamorphic complex (c, after Liu et al., 2015b) |
同时，对于哀牢山岩群 (杂岩) 的形成时代也存在较大争议，早期通过地层对比、Sm-Nd同位素、模式年龄等方面研究认为哀牢山杂岩与其东侧的大红山群同为扬子板块古元古代结晶基底 (翟明国等, 1990; 云南省地质矿产局, 1990)；但也有学者认为，哀牢山岩群 (杂岩) 形成于新元古代的洋陆转换之后的复理石沉积+火山沉积 (王铠元, 1993)，与扬子板块上部的陆相沉积澄江组和苏雄组为同时异相沉积；而近年来杂岩带内花岗质糜棱岩年代学研究认为至少哀牢山杂岩不全属于扬子结晶基底 (李宝龙等, 2008, 2009; 戚学祥等, 2010)，因此很有必要进一步加强哀牢山杂岩中变沉积岩年代学和锆石形貌研究。
鉴于上述两方面原因，本文选取哀牢山北段的嘎洒地区含石榴子石斜长二云母片岩和夕线石榴黑云二长片麻岩为研究对象，在详细野外观测和岩相学研究的基础上，进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、锆石中矿物包裹体、锆石形貌学和锆石中微量元素地球化学研究，为揭示点苍山-哀牢山变质杂岩带中变沉积岩的碎屑物质来源、变质作用的时代、变质锆石的生长过程和不同类型锆石微量元素特征和差异提供新资料，同时对完善古特提斯碰撞-造山过程中点苍山-哀牢山变质杂岩带的大地构造属性提供新的依据。
2 区域地质背景点苍山-哀牢山变质杂岩带作为扬子板块与印支板块的分界 (图 1b) 宽约20~40km，延伸达800km以上。地理上北起云南大理点苍山，经楚雄、新平、元江、元阳、红河、金平各县，最后进入越南北部与马江变质杂岩带相连。杂岩带北段为北西-南东向展布，经元江-墨江处转向北西西-南东东方向，呈北窄南宽的喇叭状。哀牢山变质杂岩带主要由东侧的深变质带和西侧的浅变质带构成，两者以哀牢山断裂作为分界，沿断层侵入有多期花岗岩体。深变质带的北东边界为红河断裂 (戚学祥等, 2010)，断层向北东方向陡倾，北东侧为沉积于扬子基底上的三叠纪地层或沿红河断裂发育的新生代盆地，沿断裂北东边界杂岩带中岩石多发生强烈的糜棱岩化、混合岩化，部分位置发育构造角砾岩。浅变质带的南西边界为九甲-安定断裂 (张进江等, 2006)，属于浅变质沉积地层与印支板块的分界线 (图 1c)。
深变质带中岩石变质程度可达高角闪岩相，局部含麻粒岩透镜体 (Liu et al., 2015b)，称为点苍杂岩和哀牢山杂岩，早期哀牢山杂岩带斜长角闪岩中获得过1367.1±46.1Ma的Sm-Nd等时线年龄 (翟明国等, 1990)，并据此认为哀牢山杂岩原岩形成时代为早元古代。根据岩性差异自西向东大体上将哀牢山杂岩分为小羊街岩组、清水河岩组、阿龙岩组三个地层单元 (云南省地质矿产局, 1990)，其中小羊街岩组岩性主要为：(含石榴子石) 斜长二云母片岩、黑云斜长变粒岩、黑云斜长 (二长) 片麻岩、石英片岩；清水河岩组岩性主要为：斜长角闪岩、黑云母石英片岩、黑云变粒岩夹少量大理岩、黑云斜长片麻岩；阿龙岩组岩性主要为：夕线石榴黑云二长片麻岩、斜长角闪岩、钙镁硅酸盐岩、白云质大理岩、黑云变粒岩、黑云石英片岩。各岩组间主要以断层接触，由于岩石变质程度较深，混合岩化强烈，后期构造叠加明显，原岩面貌改变较大，岩石的糜棱岩化线理、结晶片理、片麻理已全面取代原生层理，其间出现不同尺度的韧性剪切带，岩性单元间均被构造分割，已无层序可言。另外，云南省地矿局在区域填图过程中，在深变质带中划分出大河边岩组，岩性以变粒岩、二云母石英岩为主，并根据变形期次和变质特征将其置于古元古代哀牢山杂岩和古生代马邓岩群之间，划归为新元古界地层。
浅变质带主要为绿片岩相的古生代火山-沉积岩系，岩性主要为绢云板岩、千枚岩、变质粉砂岩、细晶大理岩、绿泥片岩、石英岩、板状泥质灰岩、变质硅质岩，称为马邓岩群 (图 2a)，从下向上分为大坪坝、转马路、外麦地三个岩组，其中哀牢山杂岩带北段的浅变质岩系中侵入有大量早古生代基性岩脉和超基性岩体 (Jian et al., 2009a, b; Zi et al., 2012; Lai et al., 2014a, b) 且于新平双沟地区发育典型的蛇绿岩套 (Zhang et al., 1994, 2008) 以及新生代与基性岩、煌斑岩有关的金矿、镍矿 (和文言等, 2012, 2014; Deng et al., 2015)，古生代浅变质系上部被中、上三叠统变质砂砾岩覆盖，两者呈沉积不整合接触。
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图 2 哀牢山北段地质简图 (a, 据云南省地质局第二区域地质测量大队, 1976①修改) 及嘎洒地区采样位置图 (b、c) Fig. 2 The simplified geological map for northern segment of Ailao Shan metamorphic complex (a) and geological map of Gasa area showing all sample locations (b, c) |
①云南省地质局第二区域地质测量大队. 1976. 1:20万新平幅和墨江幅地质图
3 实验方法锆石分选工作由河北省廊坊区域地质调查所研究室采用标准重矿物分离技术分选出5000粒不同颜色、不同晶形锆石，并在双目镜下挑选出200粒粘到双面胶上，加注环氧树脂，待固化后，打磨抛光至锆石中心。样品靶抛光之后在光学显微镜下拍摄透、反射图像。观察锆石裂隙和包裹体发育位置。在原位分析之前，通过背散射 (BSE) 和阴极发光 (CL) 图像详细研究锆石的晶体形貌、内部结构特征和锆石中矿物包裹体。
岩石薄片的背散射 (BSE) 显微结构特征的观察在中国地质科学院大陆动力学实验室进行。采用JSM-5610LV型扫描电镜 (SEM)(日本电子公司JEOL生产) 观察样品的显微结构特征，扫描电镜实验条件为：电子束的电压为20kv，焦距20mm，束斑大小为41nm。采用英国牛津公司生产的能谱仪 (EDS) 对锆石中矿物包裹体进行半定量测试，大致确定矿物种类，同时运用英国牛津公司的INCA软件包进行数据处理 (版本4.4)。锆石阴极发光照相在中国地质科学院高分辨扫描电镜-阴极发光实验室采用配备Gatan Mono CL4探头的扫描电镜进行拍摄。锆石的表面形态图像拍摄于中国地质科学院高温岩石组构分析实验室。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和微量元素分析在中国冶金总局山东局采用安捷伦公司四级杆质谱Agilent 7700与193nm准分子激光剥蚀系统 (GeoLasPro) 联用，质谱仪型号为Thermo Xseries2，激光斑束直径为30μm，频率为28Hz。每个测点用时110s，其中包括大约50s的空白信号和60s的样品信号，氦气作为载气，氩气作为尾吹气，氮气作为添加气以降低检出限和提高分析精度。U-Pb同位素定年中采用锆石标准GJ-1作外标进行同位素分馏校正，并以91500和PLS锆石标样为参考标样。锆石微量元素浓度计算采用NIST610作外标，29Si作内标。数据处理采用ICPMS DataCal 10.4软件包完成，锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制均采用Isoplot v3.3完成。详细操作步骤参见Liu et al. (2008b)。本文中所有矿物代号均采用Whitney and Evans (2010)所推荐资料。
4 采样位置及岩相学 4.1 采样位置本文研究的夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 采于云南省新平县境内者竜乡的S221省道 (水弥线)261.2km处，界牌河桥南采石场，地理坐标为24°20′38.3″N、101°19′42.9″E (图 2b)，岩石地层单元属于哀牢山杂岩带东北部的阿龙岩组。含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 采于新平县嘎洒镇后山村通往盘龙街的乡道边，地理坐标为23°58′28.17″N、101°33′29.39″E，岩石单元属于哀牢山杂岩中的小羊街岩组 (图 2c)。夕线石榴黑云二长片麻岩矿物组合为石榴子石+夕线石+黑云母+钾长石+斜长石。岩石糜棱岩化明显，部分位置有断层角砾岩产出，深熔作用较为发育，浅色体呈条带状、眼球状 (图 3a, b) 产出，部分浅色脉体中可见有较为自形的石榴子石产出。部分变沉积岩中夹有变质基性岩团块或透镜体。含石榴子石斜长二云母片岩主要以浅色花岗岩中作为捕虏体或透镜体产出 (图 3c)，矿物组合为石榴子石+黑云母+白云母+斜长石+石英，其中云母又以黑云母为主 (图 3d)。
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图 3 嘎洒地区哀牢山杂岩中夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 和含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 野外露头照片 (a) 夕线石榴黑云二长片麻岩野外产状；(b) 夕线石榴黑云二长片麻岩中深熔脉体；(c) 含石榴子石斜长二云母片岩作为透镜体产出于浅色花岗岩之中；(d) 含石榴子石斜长二云母片岩 Fig. 3 Outcrop photographs for sillimanite-garnet biotite monzogneiss (15G28) and garnet-bearing plagioclase two-mica schist (15G36) in Ailao Shan Group, Gasa area (a) sillimanite-garnet biotite monzogneiss field occurrence; (b) anatectic veins in sillimanite-garnet biotite monzogneiss; (c) garnet-bearing plagioclase two-mica schist lens in granite; (d) garnet-bearing plagioclase two-mica schist |
薄片下石榴子石含量约20%，可以分为三个世代，少量石榴子石 (Grt1) 颗粒较大，一般大于1mm，他形且裂理发育，核部多包裹有斜长石和黄铁矿等矿物 (图 4a, b)。与大颗粒石榴子石相比，转熔过程中新生的石榴子石 (Grt2) 粒径较小，一般小于0.5mm，多数在0.2mm左右，自形程度高、聚集出现，主要有两种产出形式：在基质中出现在大颗粒石榴子石和大块夕线石的周围 (图 4b)；或密集聚集在富钾长石脉体中和少量的黑云母伴生出现，少数富钾长石脉体中的石榴子石在后期流体下退变为绿泥石仅保留原石榴子石一点边部，且绿泥石呈石榴子石晶形假象，这些石榴子石一般出现在电气石周边，应属于被流体改造的石榴子石 (Grt3)。
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图 4 嘎洒地区夕线石榴黑云二长片麻岩显微照片和背散射 (BSE) 图像 (a) 岩石中石榴子石+夕线石+黑云母+钾长石+斜长石的矿物组合 (正交偏光)；(b) 大颗粒石榴子石 (Grt1) 和转熔过程中形成的自形细粒石榴子石 (BSE图像)；(c) 港湾状夕线石被钾长石包围 (单偏光)；(d) 港湾状夕线石被钾长石包围和基质中他形黄铁矿 (BSE图像)；(e) 浅色脉体中矿物组合细粒石榴子石 (Grt2)+钾长石+黑云母 (正交偏光)；(f) 浅色脉体中转熔形成的自形细粒石榴子石 (单偏光)；(g) 港湾状夕线石被钾长石包围和沿黑云母解理产出的钾长石 (单偏光)；(h) 浅色脉体中的电气石环带和退变成绿泥石后残留的石榴子石 (Grt3)(单偏光) Fig. 4 Representative photomicrographs and back-scattered electron (BSE) images of the matrix mineral assemblages within sillimanite-garnet biotite monzogneiss (15G28) from Ailao Shan Group, Gasa area (a) the matrix mineral assemblages garnet, sillimanite, biotite, K-feldspar, plagioclase (CPL image); (b) coarse grained garnets (Grt1) for early stage and the euhedral fine grained garnets (Grt2) formed in peritectic reaction (BSE image); (c) embayment sillimanite be surrounded by K-feldspar (PL image). White dotted line box shows the area imaged in Fig. 4d; (d) anhedral pyrite in matrix and embayment sillimanite be surrounded by K-feldspar (BSE image); (e) the mineral assemblages garnet, biotite, K-feldspar in leucosome (CPL image). White dotted line box shows the area imaged in Fig. 4f; (f) euhedral fine grained garnets (Grt2) in leucosome; (g) K-feldspar in biotite cleavage and embayment sillimanite be surrounded by K-feldspar (PL image); (h) zonings in tourmaline and fine grianed garnets (Grt2) alterated to chlorite and garnet remnant (Grt3) (PL image) |
薄片中夕线石含量约15%，粒径大小不一，部分宽板状夕线石可达2mm以上，且少量粒径较大的夕线石之间缝隙中产出有细粒的石榴子石 (图 4c, d)。边界多呈港湾状，外围被钾长石所环绕，少量夕线石呈短柱状，粒径约0.2mm。长石含量约45%，其中钾长石含量约25%，斜长石含量约20%，钾长石多与细粒石榴子石共生出现在港湾状夕线石的周围，或聚集成与密集的自形石榴子石和少量细小黑云母共存一起构成浅色脉体 (图 4e, f)，斜长石多呈小颗粒的孤岛状产出，粒径一般小于0.5mm。薄片中黑云母含量约15%，棕红色，粒径一般小于0.3mm，呈残存的鳞片状产出，少量粒径较大者沿解理产出有细长的钾长石 (图 4g)，部分黑云母受后期流体影响蚀变成绢云母或绿泥石，薄片中未发现石英颗粒，但在锆石的增生边部发育较多的石英包裹体，可能指示在在锆石生长过程中有石英存在。上述岩相学特征指示可能存在与深熔过程有关的变质反应：
Bt+Sil+Qz±Grt1±Pl=Grt2+Kfs+Melt
岩石中副矿物主要为电气石、黄铁矿、锆石等，含量约5%，其中电气石主要呈三方柱状产于钾长石浅色脉体中，薄片中电气石横截面呈等边三角形 (图 4h)，且表现出明显的成分差异，其核部包裹有它形的黄铁矿颗粒，电气石核部与黄铁矿接触部位表现为较窄的棕色环带，向外变为浅绿色，最外层变为棕绿色。指示深熔作用后期存在富硼流体且成分上存在明显的周期性变化。
4.2.2 含石榴子石斜长二云母片岩薄片中石榴子石含量较少，约为5%，且粒径一般小于1mm (图 5a)，矿物包裹体以黑云母和石英为主，多呈透镜状或椭圆状沿片理方向产出，部分发生旋转。
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图 5 嘎洒地区含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 显微照片和背散射图像 (a) 岩石中石榴子石+黑云母+白云母+斜长石+石英的矿物组合 (单偏光)；(b) 定向排列的黑云母和白云面组成岩石的片理 (正交偏光)；(c) 黑云母和白云母相互交生，斜长石被定向拉长；(d) 石英、斜长石呈透镜状，白云母形成的片理发生弯曲；(e) 变形的石榴子石与其周围的独居石和锆石；(f) 磷灰石的内部和边部的独居石及独居石外侧的绿帘石，(g) 岩石中独居石、磷灰石、锆石等副矿物；(h) 独居石被绿帘石所包围，(c-h为BSE图像) Fig. 5 Representative photomicrographs and back-scattered electron (BSE) images of the matrix mineral assemblages within garnet-bearing plagioclase two-mica schist (15G36) from Ailao Shan Group, Gasa area (a) the matrix mineral assemblages garnet, plagioclase, biotite, muscovite, quartz (PL image); (b) continuous schistosity defined by parallel crystals of biotite, muscovite (CPL image); (c) intergrowth between biotite and muscovite, and elongated plagioclase; (d) quartz and plagiocalse is stretched out to very elongate lenses, and the schistosity defined by muscovite were deformed; (e) deformed garnet and the accessory mineral monazite, zircon; (f) monazite cropping out within or edge of the apatite; (g) the accessory mineral assemblages in matrix, monazite, zircon, apatite; (h) monazite was surrounded by epidote, (c-h are BSE images) |
黑云母含量约20%，粒径介于0.4~1.5mm，沿剪切方向定向排列，其中多夹有细粒白云母 (图 5a, b)。白云母含量约15%，主要有两种产出形式，一种呈细小的鳞片状产于黑云母之中 (图 5c)，一般小于0.2mm，另一种为集合体的形式连续定向排列，构成片岩片理，局部发生弯褶 (图 5d)。
薄片中浅色矿物主要为斜长石和石英，其中斜长石含量约25%，呈透镜状存在于岩石中，多发生细粒化和边界迁移，在剪切作用下定向排列，薄片中钾长石含量较少，仅在石榴子石的边缘发现细粒钾长石出现 (图 5e)，含量可忽略不计。石英含量约30%，石英的产出形式主要可分为两类，一种粒径较大，一般大于0.5mm，多发生塑性变形，韧性拉长，边界多发生细粒化和动态重结晶，正交偏光下多显示为波状消光，另一种为存在于云母缝隙中，粒径一般小于0.2mm，且边界更为平直。
岩石中副矿物主要为磷灰石、独居石、锆石 (图 5f, g)，含量约5%，其中独居石多与磷灰石和云母相伴产出，在独居石外部具有绿帘石反应边 (图 5h)。
5 分析结果 5.1 锆石形貌及内部结构含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 中锆石表面形态明显分为两类，一类呈浑圆状，无色透明-浅黄色，粒径约100~250μm，长宽比接近1：1，表面较为平滑或发育多个晶面 (图 6a, b)，显示变质锆石特征，另一类呈长柱状，粒径约150~300μm，长宽比介于1：2~1：3，锆石中矿物包裹体不发育，只零星产出有细小的石英和黑云母，二次电子图像 (SEM) 下表面多出现凹坑和擦痕 (图 6c, d)，指示其为经过搬运的继承性碎屑锆石。两种类型的锆石数量上比例近3：1。
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图 6 嘎洒地区哀牢山杂岩变沉积岩锆石二次电子图像 (SEM) (a-d) 含石榴子石斜长二云母片岩中锆石表面形态；(e-h) 夕线石榴黑云二长片麻岩锆石中矿物包裹体 Fig. 6 Secondary electron images of zircons from Ailao Shan Group, in Gasa area (a-d) external morphology of zircons from garnet-bearing plagioclase two-mica schist; (e-h) mineral inclusions in zircon form sillimanite-garnet biotite monzogneiss |
夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 中锆石多为无色透明的浑圆状或椭圆状，少量呈长柱状，无色-浅黄色，粒径80~150μm，长宽比介于1:1~1:3。浑圆状锆石中存在大量的矿物包裹体，主要为夕线石、钾长石、黑云母、独居石和石英，且独居石和夕线石主要分布在锆石的边部 (图 6e-h)，说明边部在增生的过程中与夕线石、独居石等变质矿物共存，黑云母、石英、钾长石主要存在于锆石核部 (图 6e-g)。
阴极发光图像上，浑圆状锆石和长柱状锆石存在明显差别，浑圆状锆石阴极发光较为均匀呈灰黑色，不发育振荡环带，部分锆石有一个或多个较小的继承性核部，发育50~100μm的灰黑色增生边 (图 7a, b)，增生边的外部发育极窄的亮边，具有变质锆石特点；长柱状锆石的阴极发光相对较浅，发育明显的振荡环带 (图 7c)，具有典型的岩浆锆石特征。
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图 7 嘎洒地区哀牢山杂岩变沉积岩中锆石阴极发光图像及年龄值 (a) 夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28)；(b) 含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36)；(c) 继承性碎屑锆石 Fig. 7 Cathodoluminescent (CL) images and LA-ICP-MS U-Pb ages of zircons for metasedimentary rocks within Ailao Shan Group, Gasa area (a) metamorphic zircons of sillimanite-garnet biotite monzogneiss (15G28); (b) metamorphic zircons of garnet-bearing plagioclase two-mica schist (15G36); (c) inherited detrital zircon of 15G36 and 15G28 |
15G36样品共测点33个 (表 1)，除3个继承性碎屑锆石的206Pb/238U年龄分布在754±11Ma~783±12Ma外，其余30颗锆石给出了误差范围内较为一致的206Pb/238U年龄 (215±6Ma~227±5Ma)，加权平均年龄为222.3±1.6Ma，MSWD=0.27(图 8a)。另外，变质增生锆石具有较低的Th、U含量，分别为63×10-6~341×10-6和161×10-6~1053×10-6，Th/U比值较为分散 (0.06~0.84)，平均值为0.45，继承性碎屑锆石具有较低的Th、U含量，分别为53×10-6~133×10-6和247×10-6~372×10-6，Th/U比值相对集中 (0.21~0.36)。
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表 1 哀牢山杂岩含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 中锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb analytical data for zircon from garnet-bearing plagioclase two-mica schist (15G36) in Ailao Shan Group, Gasa area |
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图 8 嘎洒地区代表性变沉积岩锆石207Pb/235U-206Pb/238U年龄关系图 (a、b) 和球粒陨石标准化稀土配分图 (c、d, 标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 8 207Pb/235U-206Pb/238U diagram showing U-Pb analyses (a, b) and chondrite-normalized REE pattern (c, d, normalization values after Sun and McDonough, 1989) for zircons of the representative meta-sedimentary rocks (15G28 and 15G36) in the Ailao Shan Group, in Gasa area |
15G28样品共测点33个 (表 2)，除3个继承性碎屑锆石的206Pb/238U年龄分布在528±13.2Ma~707±10.8Ma和2个变质锆石年龄值为35.4Ma外 (表 1)，其余28个变质锆石和变质边给出了误差范围内较为一致的206Pb/238U年龄 (27.3±0.5Ma~31.9±0.5Ma)，加权平均值为29.4±0.5Ma，MSWD=2.0(图 8b)。另外，不同类型锆石微量元素差异较大，新生锆石和锆石增生边具有明显的低Th、高U的特征，分别为 (15×10-6~162×10-6) 和 (643×10-6~6014×10-6)，Th/U较低 (0.01~0.1)，平均值为0.05，而继承性碎屑锆石与变质锆石相比则具有高Th、低U的特征，分别为 (304×10-6~504×10-6) 和 (385×10-6~676×10-6)，而Th/U比值较高 (0.54~0.79)。
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表 2 嘎洒地区哀牢山杂岩夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果 Table 2 LA-ICP-MS U-Pb analytical data for zircon from garnet-sillimanite biotite monzogneiss (15G28) in Ailao Shan Group, Gasa area |
15G36样品中变质锆石和继承性碎屑锆石稀土配分曲线上显示出明显差异 (图 8c)，继承性碎屑锆石的稀土总量明显高于变质锆石 (ΣREE=1271×10-6~1540×10-6)(表 3)，富集重稀土 ((Lu/Gd)N=25.2~50.0)，强烈的负Eu异常 (δEu=0.02~0.04) 和弱正Ce异常。变质锆石具有较低的稀土总量 (ΣREE=37.5×10-6~108.9×10-6)，平坦的重稀土配分模式 ((Lu/Gd)N=0.73~4.08)，中等负Eu异常 (δEu=0.30~0.57) 和强烈的正Ce异常。
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表 3 哀牢山杂岩含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 锆石微量元素LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 3 Zircon trace elements data were obtained by LA-ICP-MS for garnet-bearing plagioclase two-mica schist (15G36) from Ailao Shan Group |
15G28样品稀土配分曲线也显示出变质锆石和继承性碎屑锆石存在明显差异。继承性碎屑锆石具有较高的稀土总量 (ΣREE=999.5×10-6~1736×10-6)(表 4)，重稀土富集 ((Lu/Gd)N=18.3~26.3)，负Eu异常 (δEu=0.04~0.22) 和强烈的正Ce异常 (图 8d) 等特征，指示碎屑锆石原形成环境未经历斜长石分离结晶作用。与之相对，变质增生锆石具有较低的稀土总量 (ΣREE=52.8×10-6~309.2×10-6)，平坦的重稀土配分模式 ((Lu/Gd)N=0.45~7.59)，负Eu异常 (δEu=0.07~0.21) 和较弱的正Ce异常等特征。
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表 4 嘎洒地区哀牢山杂岩中夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 锆石微量元素LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 4 Zircon trace elements data were obtained by LA-ICP-MS for garnet-sillimanite biotite monzogneiss (15G28) from Ailao Shan Group, Gasa area |
对于哀牢山杂岩的原岩形成时代问题历来是杂岩带研究的热点，20世纪90年代以来，依据野外产出关系地层对比认为哀牢山杂岩与扬子板块西南缘大红山群底巴组在原岩建造和变质特征都极为相似 (云南省地质矿产局, 1990)，认为两者为同时代变质地层。随后，翟明国等 (1990)对斜长角闪岩Sm-Nd等时线和石榴辉石岩40Ar/39Ar法研究分别获得了1367.1±46.1Ma和1710.3±2.4Ma的变质年龄，并将哀牢山杂岩归属为扬子板块的结晶基底，时代置于古元古代。但也有学者 (王铠元, 1993) 指出哀牢山杂岩在变质变形和混合岩化的形成时代上要晚于大红山群，哀牢山杂岩和大红山群中片麻岩和糜棱岩化形成于不同的构造背景下，岩石建造上也存在较大差异，认为哀牢山杂岩形成于新元古代洋陆转换之后的复理石沉积+火山沉积，其沉积时代与扬子地台之上的陆相盖层澄江组沉积时代相当，两者为新元古代同时异相沉积。然而，近年来随着单颗粒锆石原位定年技术的发展和锆石中的微区特征、包裹体、微量元素等方面的详细研究，有研究者对哀牢山杂岩的形成时代和构造归属提出了质疑，李宝龙等 (2008)通过对哀牢山杂岩带内黑云母花岗闪长质片麻岩的SHRIMP定年认为哀牢山变质岩系不是前寒武纪结晶基底，杂岩带中片麻岩的变质作用与山体出露地表过程和新生代构造作用有关；戚学祥等 (2010)对哀牢山杂岩带中糜棱状的花岗岩进行了锆石形态和锆石微量元素的研究，认为深变质带是早三叠世及其以前的岩石俯冲到中下地壳发生韧性变形变质后被挤出或隆升到上地壳的，深变质变形作用发生于中生代或新生代，而非元古宙，不是或不完全是扬子地块的结晶基底。王冬兵等 (2013)通过对元阳地区哀牢山杂岩石英岩中继承性碎屑锆石年代学研究发现，锆石U-Pb年龄主要存在两个峰值，分别为493~523Ma和701~784Ma，其中前者为最小年龄峰值，且锆石数量占所有测点的90%以上，Liu et al. (2013)对哀牢山杂岩带中的石榴黑云斜长 (二长) 片麻岩、石榴蓝晶二云母二长片麻岩、石榴夕线二云二长质片麻岩和大理岩中碎屑锆石研究发现变沉积的年龄主要有四个峰值分别为500Ma、700~800Ma、1600Ma、2500Ma，且以前两者为主，最小年龄峰值为500Ma左右。本次研究中发现，哀牢山杂岩中存在528~783Ma的继承性碎屑锆石年龄，虽然测点较少，但锆石表面具有明显的擦痕和凹坑，阴极发光图像显示明显的振荡环带且Th/U比值较高，富集HREE，无特征变质矿物包裹体，这些特征皆指示其为继承性岩浆锆石。另外，528Ma和783Ma的锆石年龄与印支板块东缘泛非期 (Song et al., 2007) 和扬子板块西南缘岩浆活动 (Qi et al., 2014, 2016) 的年龄十分吻合，说明哀牢山杂岩带中变沉积岩至少包含了新元古代和早古生代物质来源，指示研究区哀牢山杂岩中变沉积岩的沉积时代并非元古代，狭长带状分布的哀牢山深变质带可能是一个混杂岩带，扬子板块和印支板块的物质在晚二叠世-中晚三叠世古特提斯洋闭合造山过程中可能都卷入到了杂岩带中，因此哀牢山群和哀牢山岩群的命名并不合适，哀牢山杂岩的具体物质组成和原岩形成时代可能需要进一步年代学工作。
6.2 锆石形态学与微量元素特征 6.2.1 锆石形态学特征变质增生锆石外表形态上具有多晶面 (小晶面发育)、半自形、椭圆形或它形，内部结构无分带、弱分带或面状分带，与继承性核部界限截然等特征，锆石的继承性晶核中有时可保留原生的生长结构，变质锆石增生部分通常包含变质峰期矿物 (简平等, 2001; 吴元保和郑永飞, 2004; Song et al., 2010)。而通过角闪岩相、角闪岩-麻粒岩过渡相、麻粒岩相下锆石形态学 (Vavra et al., 1999) 研究表明，锆石的外形和内部结构特征主要受到锆石生长时的温度条件控制，温度条件控制了锆石各晶面生长速度，导致锆石出现不同的外形和内部结构。岩相学分析表明夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 中锆石生长于高角闪岩相的变质-深熔过程中，而含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 中锆石生长于中、低级变质作用阶段，温度压力范围为580~640℃，4~5kbar的条件下 (冀磊等, 2016)，两种锆石形成于不同的变质温度，导致两者的外表形态、所含包裹体组合存在明显差异。
6.2.2 锆石微量元素特征锆石形成过程中半径相近的不同离子间相互替换是影响锆石中各种微量元素异常的最根本原因，除此之外，锆石中微量元素含量还受到锆石形成过程中的共生矿物种类、锆石寄主岩石中REE含量的影响。而氧化还原状态是导致锆石中存在明显的正Ce异常和负Eu异常的主要原因，因为Ce4+(0.970Å) 和Eu3+(1.066Å) 的离子半径与锆石中Zr4+(0.811Å) 和Hf4+(0.799Å) 的离子半径相近，与其它轻稀土离子相比更容易进入锆石晶格中发生替换 (Hoskin and Schaltegger, 2003)。虽然Th4+(1.058Å) 和U4+(1.002Å) 都可以进入锆石代替Zr4+，但是U4+与Zr4+离子半径相差更小，因此在变质过程中Th4+更容易从锆石晶格中净化而被逐出，而影响变质锆石Th/U比值的因素主要有以下几个方面：(1) 变质流体的组成；(2) 变质锆石形成时的共生矿物，如独居石、褐帘石、磷灰石等；(3) 变质锆石的生长速度 (吴元保和郑永飞, 2004)。锆石中HREE的亏损与否主要和体系的开放程度及是否和石榴子石共生有关，开放体系下即使与石榴子石共生的锆石也不会出现重稀土亏损的情况，这是因为熔体作为开放体系HREE的巨大储库，在石榴子石和长石的结晶过程中熔体会“补给”HREE到锆石中 (Rubatto, 2002)。
嘎洒地区哀牢山杂岩中夕线石榴黑云二长片麻岩 (15G28) 与含石榴子石斜长二云母片岩 (15G36) 中两类变质锆石之间以及变质锆石和继承性碎屑锆石之间存在明显不同的Ce、Eu异常与Th/U比值特征，15G28锆石生长于高角闪岩相的变质条件下，变质作用过程中存在一定量的黄铁矿，说明其变质作用过程中存在一定量的还原态的S1-，此时Ce主要以Ce3+的形式存在，粒子半径较大 (1.143Å) 不易进入锆石晶格中造成锆石中Ce的正异常较弱，而Eu主要以Eu2+的形式存在主要进入长石中而造成明显的Eu负异常。15G36中锆石则主要形成于氧化条件下，Ce主要以Ce4+的形式存在容易进入到锆石中形成明显的Ce的正异常，较弱的负Eu异常的原岩可能为锆石的形成过程中未经历斜长石分离结晶的深熔过程，或是继承了原岩中稀土特征。两类变沉积岩中的变质锆石在Th/U比值上也存在明显差异，15G28显示典型的变质锆石低Th/U比值 (0.01~0.1) 的特征，但15G36中锆石的Th/U比值较高也较为分散 (0.06~0.84)，30颗锆石的平均值为0.45，这可能与独居石等富Th矿物的分解形成富Th的变质流体有关，另外，因两类岩石中锆石生长过程都处于封闭体系且与石榴子石共生的环境导致锆石中明显的HREE亏损。
6.3 两期变质作用 6.3.1 早-中三叠世变质作用近年来，哀牢山杂岩带南延进入越南北部的马江杂岩带中发现了高压基性麻粒岩，变质温压条件分别为910~930℃、1.9~2.0GPa，变质年龄为233±5Ma (Nakano et al., 2008)。Zhang et al. (2013)对越南北部马江杂岩带奠边府地区榴辉岩中锆石进行了SHRIMP U-Pb定年，获得了230.5±8.2Ma的加权平均年龄，揭示印支板块与扬子板块碰撞-俯冲的时限为中三叠世。点苍山-哀牢山杂岩带早-中三叠世变质作用研究主要集中在大理点苍山地区和哀牢山南段的元江地区，其中北段苍山杂岩中变泥质岩中典型的高压反应Grt+2Ky+Qtz=3An，变质温压条件为650~720℃、~14kbar，变质年龄分布于249.1±3.1Ma~231.5±3.5Ma，而在元江地区的斜长角闪岩和石榴辉石岩中发现Grt+Cpx=Opx+Am+Pl变质反应，变质年龄为236.9±2.9Ma~229.6±2.3Ma，同时锆石中发育典型的高压矿物包裹体组合 (Liu et al., 2013)，揭示在点苍山-哀牢山杂岩带中存在早中三叠世的高压变质事件。本文中哀牢山北段嘎洒地区位于元江和大理之间，同样发育有中-晚三叠世变质沉积岩，其变质年龄为222.3±1.6Ma (n=30, MSWD=0.27)，锆石微量元素特征与高级变质作用形成的锆石相似 (Liu et al., 2008a)，但与上述其它地区高压麻粒岩相比变质年龄要略晚，岩石类型也存在明显差异，可能代表扬子板块与印支板块碰撞-造山过程中较浅层次的变质作用，具体形成变质作用过程及构造背景有待进一步研究。
6.3.2 新生代变质-深熔作用点苍山-哀牢山杂岩带最显著的特征为渐新世以来岩石圈尺度的左行走滑-剪切所导致的强烈糜棱岩化和深熔作用 (Schärer and Tapponnier, 1994; Schärer et al., 1990; Leloup and Kienast, 1993; Leloup et al., 1995, 2001; Gilley et al., 2003)，沿剪切带发育大量浅色花岗岩和伟晶质脉体 (Liu et al., 2015a)。哀牢山杂岩中变沉积岩变质演化研究 (Wang et al., 2016) 指示岩石在新生代经历了典型造山带顺时针样式的P-T演化轨迹，变质峰期温压条件为720~760℃，8.0~9.6kbar，之后经历了近等温减压的退变过程。锆石包裹体组合和年代学研究 (Liu et al., 2013) 指出新生代红河-哀牢山区域走滑启动之前岩石经历了角闪岩相-麻粒岩相的变质，变沉积岩锆石中矿物组合为Grt+Sil+Bt+Kfs+Qz±Ap，变质峰期年龄为44~36Ma，峰后近等温减压阶段年龄为32~25Ma。本文通过详细的岩相学观察发现在新生代韧性剪切的过程中夕线石榴黑云二长片麻岩中存在Bt+Sil+Qz±Grt1±Pl=Grt2+Kfs+Melt的变质反应，且浅色脉体中自形细粒的石榴子石被晚期的富硼变质流体交代蚀变，变质锆石中矿物包裹体以Sil+Bt+Kfs+Qz+Mnz为主，30颗变质锆石 (增生边) 的加权平均年龄为29.4±0.5Ma (n=28, MSWD=2.0)，这与哀牢山深变质带大量糜棱岩化片麻岩中黑云母、角闪石40Ar/39Ar的年龄十分吻合 (Liu et al., 2015a)，指示岩石变质阶段处于红河-哀牢山剪切抬升的近等温减压阶段。另需要指出的是，新生代也是哀牢山杂岩带最重要的成矿期，嘎洒地区西侧的浅变质带中的镇沅金矿为哀牢山杂岩带中最大的造山型金矿，其成矿流体主要为变质流体 (Deng et al., 2015)，因此对红河-哀牢山大规模剪切运动所导致的变质作用的进一步研究对认识岩石脱水熔融过程和造山型金矿的成矿机理都具有重要意义。
7 结论对嘎洒地区哀牢山杂岩中变沉积岩的岩石学、岩相学和锆石年代学、微量元素、矿物包裹体、表面形态综合分析研究，得到以下几点认识：
(1) 哀牢山杂岩带变沉积岩中继承性碎屑锆石表面上多具有蚀坑和凹槽，具有较高的Th/U值，富集重稀土，U-Pb年龄为528~783Ma，说明研究区哀牢山杂岩中变沉积岩的沉积时代并非古元古代，而狭长带状分布的哀牢山深变质带可能是一个混杂岩带，源区物质具有多源性的特点，可能来自于扬子陆块和印支陆块，原哀牢山群和哀牢山岩群的命名并不恰当。
(2) 含石榴子石斜长二云母片岩中变质锆石的Th/U比值 (0.06~0.84，平均为0.45) 变化较大，这与锆石形成过程中富Th矿物独居石的分解有关，夕线石榴黑云二长片麻岩中变质锆石具有较弱的正Ce异常可能与变质过程存在较多的还原状态的S1-有关，两种岩石中变质锆石都明显的亏损HREE，指示变质过程处于有石榴子石存在的封闭体系中。
(3) 嘎洒地区哀牢山杂岩变沉积岩以含石榴子石斜长二云母片岩和夕线石榴黑云二长片麻岩为主，其中含石榴子石斜长二云母片岩中变质锆石获得了222.3±1.6Ma (n=30, MSWD=0.27) 的加权平均年龄；夕线石榴黑云二长片麻岩中变质锆石获得了29.4±0.5Ma，(n=28, MSWD=2.0) 的加权平均年龄。揭示嘎洒地区变沉积岩中记录了两期变质事件，其中中晚三叠世变质事件与杂岩带大理和元阳地区变质年龄极为一致，指示这期变质事件与三叠纪末期古特提斯洋闭合-印支板块与扬子板块碰撞拼合有关，标志着点苍山-哀牢山杂岩带为三江地区古特提斯洋闭合的一条重要古缝合带。渐新世变质过程中发育典型的变泥质岩深熔反应Bt+Sil+Qz±Grt1±Pl=Grt2+Kfs+Melt，且深熔作用晚期变质流体对早期形成的矿物存在明显的改造。变质年龄和矿物包裹体特征指示变质过程处于红河-哀牢山剪切抬升的近等温减压阶段。
致谢 本文在实验过程中得到了中国地质科学院施彬老师对阴极发光图像拍摄的指导帮助、梁凤华老师帮助完成了锆石表面形态的拍摄工作，李广旭同学指导了扫描电镜的调节; 锆石U-Pb定年工作得到了山东冶金局李凤春老师、徐爽和顾清宇同学的大力支持; 两位匿名审稿人对文章提出了宝贵的修改意见，对文章理论的提升、数据的深入理解和错误的及时改正都起到了重要作用; 在此一并表示感谢！| [] | Bureau of Geology, Mineral Resources of Yunnan Province. 1990. Regional Geology of Yunnan Province. Beijing: Geological Publishing House: 1-729. |
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