福贡地区石炭系地层可能属于拉萨地块:来自碎屑锆石年龄谱的指示
  岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (5): 1335-1346   PDF    
福贡地区石炭系地层可能属于拉萨地块:来自碎屑锆石年龄谱的指示
信迪1 , 杨天南1 , 薛传东2 , 廖程1 , 韩雪1,3 , 梁明娟1 , 李晓天1,3     
1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
2. 昆明理工大学国土资源工程学院, 昆明 65009;
3. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083
摘要:欧亚与印度大陆的碰撞使得印度大陆的北东角强烈挤入欧亚大陆内部,形成东构造结,其引发的强烈变形将南羌塘地块、北羌塘地块、拉萨地块、保山地块、兰坪-思茅地块以及地块之间的缝合带挤压于很窄的范围内,造成青藏高原腹地与其东南缘之间构造单元划分、对比困难。滇西福贡地区位于青藏高原东南缘,东构造结影响范围内,是三江造山带及青藏高原相关地块的汇聚处。福贡地区石炭系岩石组合表明其形成于较为稳定的浅海相沉积环境中,具有被动大陆边缘沉积特征。三件石炭系二云母石英片岩碎屑锆石表面年龄数据(194个有效分析点)形成五个主要年龄区间:2550~2400Ma、1800~1550Ma、1200~1080Ma、1000~850Ma和600~480Ma,峰值分别为~2502Ma、~1724Ma、~1120Ma、~886Ma和~512Ma。对比其他地块同时代地层的碎屑锆石年龄谱表明,福贡地区石炭系可能是拉萨地块的一部分,与腾冲地块一样,属于其南延部分。结合中新生代岩浆岩带的构造连续性,我们认为,印度板块东北角向北、北东方向的强烈挤压导致拉萨地块及冈底斯岩浆岩带弯曲、缩颈、并发生分离与旋转。
关键词: 石炭系     碎屑锆石     LA-ICP-MS U-Pb定年     拉萨地块     青藏高原东构造结    
The Carboniferous strata in the Fugong region, western Yunnan likely belong to the Lhasa terrene: Evidence from detrital zircon U-Pb age-spectra.
XIN Di1, YANG TianNan1, XUE ChuanDong2, LIAO Cheng1, HAN Xue1,3, LIANG MingJuan1, LI XiaoTian1,3     
1. Institute of Geology, CAGS, Beijing 100037, China;
2. Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 65009;
3. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: Impingement of the India continent into the Eurasia along the Eastern Himalaya Syntax greatly modified the tectonic pattern of the southeastern Tibetan Plateau, where several continental blocks, such as southern and northern Qiangtang, Lhasa, Baoshan, and Tengchong blocks, and the sutures between them have been merged in a narrow region. As a result, it is hard to reveal the relationships between these tectonic units. The Fugong region is located in the east of the Eastern Himalaya Syntax, and is consisted of several blocks of the Tibetan Plateau and of the Sanjiang Orogenic Belt. This paper reports LA-ICP-MS U-Pb dating results of detrital zircons from the Carboniferous strata in the Fugong region. Field and petrological study demonstrated that these strata are of shallow marine facies likely in a passive continental margin. Detrital zircon U/Pb analyses of three quartzite samples reveal five major 206Pb/238U age-intervals:2550~2400Ma, 1800~1550Ma, 1200~1080Ma, 1000~850Ma and 600~480Ma, which are peaked at~2502Ma, ~1724Ma, ~1120Ma, ~886Ma and~512Ma, respectively. This age spectrum suggests that the Upper Paleozoic strata in Fugong area are highly comparable with those of the Lhasa block. Taking the spatial continuity of the Cenozoic magmatic belt in southeastern Tibet into account, these strata, along with those of the Tengchong block, seem to be the southern extending of the Lhasa block, which likely had resulted from stretching, bending and rotation of this block due to the impingement of the India continent along the Eastern Himalaya Syntax.
Key words: Carboniferous     Detrital zircon     LA-ICP-MS U-Pb dating     Lhasa terrene     Eastern Himalaya Syntax    

位于特提斯构造域的东段、冈瓦纳大陆与欧亚大陆结合部位的三江造山带由多个以缝合带为界线的地块拼接而成。华北板块、印支板块、塔里木板块和华南板块组成地块群从东冈瓦纳大陆裂解,形成古特提斯洋(Metcalfe, 2006)。基墨里(Cimmerian)地块群(如拉萨、保山、腾冲地块)在早二叠世从冈瓦纳大陆裂解而成,并在其南侧形成新特提斯洋(Metcalfe, 2002)。古特提斯洋的向北东和向东俯冲,在青藏高原和三江造山带内形成了连续的江达-维西-云县弧岩浆岩带(Yang et al., 2014);其最终闭合导致基墨里地块(群)与欧亚大陆的碰撞,形成欧亚大陆新的南部边缘。新特提斯洋向北俯冲在欧亚大陆南缘形成了广泛分布的中、新生代岩浆岩,冈底斯岩带(Mo et al., 2005; Zhu et al., 2009)就是新特提斯弧浆岩带的典型代表。

新特提斯洋闭合后发生的陆陆碰撞强烈改造了上述两次俯冲过程形成的岩浆岩带的空间分布。特别是印度板块东北角强烈挤入欧亚大陆内部形成东构造结,破坏了新特提斯弧岩浆岩带的完整性(Kornfeld et al., 2014)。鉴于古特提斯阶段弧岩浆岩带(江达-维西-云县弧,Yang et al., 2014)依然保留完整,我们有理由推测,新特提斯弧岩浆岩带也有可能延续到东构造结以南地区。近年来的数据(Chiu et al., 2009)显示,冈底斯岩浆岩带往东、东南延续至东构造结以东的藏东地区。高黎贡构造带(Xu et al., 2012; 戚学祥等, 2011)、腾冲地块内(Xu et al., 2015, 及其所引文献)也发育大量中、新生代岩浆岩,表明冈底斯中、新生代岩浆岩带向东、向南延伸并转向进入腾冲地块内,代表新特提斯弧岩浆带也具有构造连续性。那么,作为陆缘弧岩浆岩基底及围岩的相关地块是否也存在构造连续性?对该问题的合理回答,不仅有助于梳理先存构造缝合带(如龙木措-双湖-昌宁-孟连、班公湖-怒江)的空间展布,而且将对印度板块与欧亚板块自新生代以来碰撞及俯冲导致的变形、变质作用、地块旋转以及地块之间的走滑(Kornfeld et al., 2014)等现象的合理解释产生影响。

近年来,古地磁、古生物以及碎屑锆石等方面的研究为各地块的古地理位置及相互关系提供了越来越多的证据。晚古生代冈瓦纳北缘古地理重建已有多个模型,这些模型都试图恢复各地块在冈瓦纳大陆北缘所处位置,但是对于各地块的具体位置仍存在争议。大部分学者认为南羌塘地块、拉萨地块和滇缅泰马(Sibumasu)地块自西向东依次排列形成连续的地块群,腾冲地块属于滇缅泰马地块的一部分(Wopfner, 1996; Ueno, 2003; Wopfner and Jin, 2009; Guynn et al., 2012; Ali et al., 2013),还有部分学者认为南羌塘地块与滇缅泰马地块相连,保山和腾冲地块都属于滇缅泰马地块,而拉萨地块与西缅地块位于前二者更靠近冈瓦纳大陆的一侧(Li et al., 2004; Metcalfe, 2002, 2013)。保山地块的位置则较为复杂,部分学者认为其属于滇缅泰马地块的北端(Huang and Opdyke, 1991; Jian et al., 2009; Ueno, 2003),或拉萨地块的东端(Wang et al., 1996; Wopfner and Jin, 2009),或拉萨地块与滇缅泰马地块的连接处(Ferrari et al., 2008; Veevers and Tewari, 1995)。东西向延伸的羌塘地块和拉萨地块在东构造结向南急转弯与滇缅泰马地块和西缅地块相连(Metcalfe, 2002),也正是由于东构造结对这些地块的强烈挤压,导致在该处出现了很窄的瓶颈,这些地块相连的证据也因此变得难以辨认,所以青藏高原东构造结是研究各地块之间相互关系的关键地区。

本文通过对青藏高原东构造结东南缘福贡地区石炭系碎屑锆石的研究,对其物质来源进行分析并探讨大地构造归属,为特提斯域内各地块的相对位置关系提供更多的证据。

1 区域地质背景

研究区位于南羌塘地块、拉萨地块、保山地块和腾冲地块的交汇处(图 1a),这些地块在泥盆纪到二叠纪期间都位于冈瓦纳大陆的北缘。

图 1 三江造山带中南段岩浆岩分布图及研究区构造简位置图(a, 据三江地质图编图委员会, 1986修改)及福贡地区地质简图(b, 据云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985修改) Fig. 1 Simplified geological map of the middle segment of the Sanjiang Orogenic Belt showing the tectonic location of the study region (a, modified after ECSGM, 1986); and simplified geological map of the Fugong area (b)

① 云南省地质矿产局区域地质调查队. 1985. 1: 20万福贡幅(G-47-Ⅸ)区域地质调查报告.昆明:云南省地质矿产局, 10-12, 122-136

拉萨地块的北界为班公湖-怒江缝合带,南界为雅鲁藏布江缝合带,局部出露形成于印度板块北部的泛非期构造-热事件的元古宙基底(胡道功等, 2005),其上为奥陶系-下石炭统含化石的碎屑岩、碳酸盐岩和基性-酸性火山岩,中石炭统-下二叠统主要由碎屑岩、碳酸盐岩和玄武岩组成(Ueno, 2003)。由于后期的褶皱、断层及变质作用非常发育,导致石炭纪到二叠纪的地层厚度及分布变化较大(Metcalfe, 2013)。中三叠世-白垩纪的沉积岩主要分布于拉萨地块北部(Zhu et al., 2011, 2012),被早侏罗世-中始新世冈底斯岩浆岩侵入,该大型岩浆岩带主要分布于拉萨地块的中部和南部(Liu et al., 2018)。

南羌塘地块北界和南界分别为龙木错-双湖缝合带和班公湖-怒江缝合带(Metcalfe, 2013),奥陶系-泥盆系沉积岩覆盖于变质基底之上,以浅变质陆源碎屑岩和灰岩组成浅海碳酸盐建造为主,无火山岩夹层及明显的构造运动,具有稳定的大陆边缘台地相沉积特征(李才等, 2006)。上石炭统-下二叠统主要由夹基性火山岩的碎屑岩为主,其中玄武岩的地球化学特征表明当时该地区处于冈瓦纳大陆北缘的裂谷环境(王权等, 2006),而碎屑岩含冷水型生物并夹有冰海杂砾岩(李才等, 2005)。

保山地块呈楔形由南到北逐渐变窄,向南延伸至缅甸境内(Burchfiel and Chen, 2013)。保山地块中最老的地层为新元古代至中寒武世弱变质的硅质碎屑岩与碳酸盐岩(云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985)。奥陶纪、志留纪及下石炭世地层为浅海相的硅质碎屑岩、灰岩、泥页岩,下二叠统由页岩、砂岩、杂砾岩及含砾泥岩组成的碎屑岩及其上覆的生物碎屑灰岩和钙质碎屑岩组成(Jin et al., 2011; Wang et al., 2001),其上为海相玄武岩。保山地块岩浆活动主要以前寒武纪末期、早古生代、中生代晚期和新生代为主,早古生代岩体出露面积较大,前寒武纪末期、中生代晚期和新生代岩体呈岩株零星出露(三江地质图编图委员会, 1986)。

腾冲地块位于三江造山带南部的最西侧,向西、南延伸进入缅甸境内。该地块主要由变质岩、晚中生代-早新生代花岗岩和晚古近纪-第四纪玄武岩组成。变质沉积岩与变质岩浆岩普遍发育片理与片麻理,发生了绿片岩相至角闪岩相的变质作用。变质沉积岩的原岩主要形成于古生代,以NNE-SSW走向呈带状分布于地块中心,如志留系、泥盆系及石炭系的砂岩、泥岩、灰岩等(云南省地质矿产局, 1990)。中三叠统灰岩不整合覆盖于古生代地层之上,向上变为泥岩、粉砂岩(Burchfiel and Chen, 2012)。受到印度-欧亚大陆碰撞影响,古近系多形成于地堑、半地堑及拉分盆地中(Wang and Burchfiel, 1997)。腾冲地块内还广泛发育中生代及新生代岩浆岩(戚学祥, 2011; Zhao et al., 2016),这些火成岩的时代及地球化学特点可与冈底斯岩浆岩带对比(Xu et al., 2012)。

拉萨地块、南羌塘地块、腾冲地块和保山地块中的石炭系-二叠系主要由形成于冰海相杂砾岩和含砾泥岩组成,并且具有冈瓦纳亲缘动物群,表明这些地块曾经位于冈瓦纳大陆的北缘,同属于基墨里地块群(Wopfner, 1996; Wang et al., 2001; Metcalfe et al., 2002; 李才等, 2006; Ueno et al., 2010; Jin et al., 2014)。

研究区位于高黎贡剪切带与崇山-碧罗雪山剪切带所夹持的狭长的怒江峡谷内(图 1b),前人将其划入保山地块(云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985)。该地区主要由石炭系低级变质岩系组成,由于强烈的构造活动导致化石稀缺,仅根据邻区少量的化石资料来判断地层时代,绝大部分地段层序不完整,难以划分至统。前人(云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985)在区内划分了Ca和Cb两个岩性段(图 1c),Ca段中、下部以各种变粒岩、石英岩为主,夹浅粒岩、片岩,顶部为大理岩夹片岩;Cb段中、下部以各种变粒岩或变质砂岩与各类片岩或板岩、微晶片岩不等厚互层,构成频繁的韵律,夹石英岩、斜长角闪岩或绿片岩,含透辉石岩,上部以大理岩为主,夹变粒岩、变质砂岩、千枚岩(云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985)。

在石炭系东、西两侧分别出露了崇山群和高黎贡山群高级变质岩带,与石炭系呈断层接触,前人多认为二者为前寒武纪结晶基底(矿产局, 1990; 钟大赉等, 1998),而近年来对高黎贡山群的研究表明,其不是结晶基底,而是在新元古代沉积并在古生代及中、新生代的造山过程中经历了多期变质和岩浆作用再造的变质杂岩体(李再会等, 2012)。

研究区内还发育大面积白垩纪花岗岩类岩体,与高黎贡山群及石炭系呈侵入接触或断层接触,在岩体边部常发育围岩的捕掳体(云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985)。

2 样品分析测试方法

本文对碎屑锆石进行了锆石U-Pb同位素测年,相关分析方法简述如下:

锆石的分离和挑选由河北省廊坊市尚艺岩矿检测技术有限公司完成,首先通过常规粉碎、重、磁选方法从样品中分离出锆石颗粒,然后在双目镜下进行人工挑纯。锆石的制靶及反射光、透射光和阴极发光(CL)照相在南京宏创地质勘查技术服务有限公司实验室完成。实验室将锆石颗粒粘在双面胶上,然后用环氧树脂镶嵌固定,待环氧树脂充分凝固后,对其表面进行抛光打磨至锆石内部暴露,再进行锆石显微镜照相(透射光和反射光)、阴极发光(CL)图片研究。阴极发光(CL)采用TESCAN MIRA3场发射扫描电镜和TESCAN公司阴极发光探头进行锆石内部结构分析研究。测试点的选取首先根据锆石的反射光和透射光显微照片进行初选,再与CL图片反复对比,力求避开内部裂隙和包裹体,以期获得较准确的年龄信息。

锆石U-Pb定年测试在中国科学技术大学(合肥)激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室(LA-ICP-MS)进行,分析所用仪器为四极杆等离子质谱仪(型号:PerkinElmer Elan DRCⅡ),193nm波长ArF准分子激光剥蚀系统(型号:GeoLas Pro)用于样品的剥蚀进样。该实验室采用高纯He(99.999%)作为剥蚀物质的载气,激发频率为10Hz,激光束能量为10J/cm2,激光剥蚀所用束斑直径大多为32μm,若样品中锆石U含量极高,且部分样品锆石颗粒较小则束斑直径采用24μm。锆石U-Pb同位素组成分析采用线性漂移校正,使用91500国际标准锆石作为外标来进行线性漂移校正,详细测试分析过程参见文献(Yuan et al., 2008)。原始数据处理通过Excel制表软件中加载宏程序Ladating@Zrn完成,普通Pb校正使用Andersen (2002)推荐的方法ComPb corr#3-18来完成。加权平均年龄计算与谐和图的绘制运用(Ludwig, 2003)编制的Isoplot/Ex_ver4.15软件完成。样品分析过程中,91500标样作为未知样品的分析结果对应的年龄推荐值(1064Ma)(Yuan et al., 2008, 2010)在误差范围内一致。

本文中所有参与投图的数据都具有大于90%的谐和度。此外,针对具有不同表面年龄的分析点取值方式不同:表面年龄<1200Ma的样品,放射性成因207Pb积累相对较少,普通Pb校正的不确定性影响大,我们采用206Pb/238U表面年龄;但对年龄>1200Ma的锆石,由于放射性成因207Pb累积较多,相应地,普通204Pb校正的不确定性影响很小,故而207Pb/206Pb年龄更可靠(Cawood and Nemchin, 2000)。

3 剖面岩性组合及地质年代学 3.1 剖面岩性组合

福贡剖面位于福贡县城以南4km处(图 1),由于地理因素限制,该剖面长度较短,长约2km,在该剖面的东、西侧采集的样品中分别选取了1件二云母石英片岩样品(DX175-4)和1件石英片岩样品(DX177-2),还在该剖面以东及以北方向约5km的范围内分别进行了3条短剖面的路线地质调查,在这些路线样品中选取了1件二云母石英片岩样品(DX173-6),对这3件原岩为砂岩的变质沉积岩进行了锆石U-Pb年代学测试。根据野外路线地质调查结果,结合1: 20万福贡幅区域地质调查报告(云南省地质矿产局区域地质调查队, 1985),绘制福贡剖面(图 2),该剖面以走向NNW的断层为界,两侧皆为石炭系低-中等变质岩,西侧为Ca,东侧为Cb岩性段。

图 2 青藏高原东构造结东南缘福贡剖面图 断层以东为Cb段,以西为Ca Fig. 2 Geological profile of Fugong transection, southeastern Eastern Himalaya Syntax Cb is on the east side of fault, and Ca is on the west

北东侧的石炭系Cb岩性主要为灰白色石英片岩(图 3a)、灰色二云母石英片岩、灰白色花岗质片麻岩和灰绿色角闪岩。该套地层下部的岩性组合为厚层石英片岩和厚层二云母石英片岩,二者夹花岗质片麻岩和角闪岩透镜体;上部为厚层石英片岩,向上过渡为薄层二云母石英片岩夹石英片岩。在该剖面以东及以北方向约5km的范围内所进行的路线地质调查发现,该套地层二云母石英片岩中局部还夹多层透镜状灰白色大理岩。

图 3 福贡剖面野外岩石露头照片 (a)二云母片岩;(b)细晶大理岩与阳起石片岩互层;(c)细晶大理岩中夹阳起石片岩透镜体 Fig. 3 Photographs show the strata exposing along the Fugong transection (a) thick-layered mica-schist; (b) thin-layered marble intercalated with schist; (c) actinolite schist as lens enclosed in marble

南西侧的石炭系Ca岩性为浅绿色绿泥石片岩、墨绿色阳起石片岩、浅绿色绿帘石片岩或绿泥绿帘石片岩与浅灰色细晶大理岩不等厚互层(图 3b),产状近直立,局部夹灰白色石英片岩。细晶大理岩中含燧石团块,并且夹绿泥石片岩薄层或透镜体(图 3c)。

Ca、Cb中的石英片岩具有相似的矿物组成及结构构造。灰白色石英片岩具变余砂状结构,主要矿物为浑圆状石英,次要矿物为黑云母,细粒片状变晶结构,片状构造,石英含量约90%,黑云母含量5%左右(图 4a)。灰色二云母石英片岩具有与石英片岩相似的结构和构造,黑云母含量较后者高,主要矿物组成为石英,黑云母和白云母;石英含量约75%,黑云母含量约10%~15%,白云母含量约7%(图 4b)。灰白色花岗质片麻岩主要矿物为石英、钾长石,次要矿物为黑云母,偶见石榴石,粒状片状变晶结构、斑状结构,片状构造;石英含量50%,钾长石呈无色,残斑状分布于粒状石英基质中,含量约40%(图 4c)。灰绿色角闪岩主要矿物成分为角闪石和斜长石,次要矿物为黑云母和黄铁矿,粒状变晶结构,块状构造,角闪石含量约75%,斜长石含量约10%(图 4d)。

图 4 福贡剖面出露的主要岩性显微照片 (a)石英片岩;(b)二云母片岩;(c)花岗质片麻岩;(d)斜长角闪岩;(e)绿泥石片岩;(f)绿泥绿帘石片岩;(g)阳起石片岩;(h)绿帘石片岩.矿物缩写:Ab-钠长石;Act-阳起石;Bi-黑云母;Cal-方解石;Chl-绿泥石;Ep-绿帘石;Hbl-角闪石;Kfs-钾长石;Ms-白云母;Pl-斜长石;Qtz-石英 Fig. 4 Photomicrographs of typical metasedimentary rocks along the Fugong transection (a) quartz schist; (b) muscovite-biotite schist; (c) granitic gneiss; (d) amphibolite; (e) chlorite schist; (f) chlorite epidote schist; (g) actinolite schist; (h) epidote schist

Ca中出露的绿泥石片岩、绿泥绿帘石片岩、阳起石片岩及绿帘石片岩都具有片状斑状变晶结构和片状构造,只是在矿物成分上有些差异。绿泥石片岩主要矿物为绿泥石、钠长石,次要矿物为黄铁矿;绿泥石含量约50%,钠长石含量约40%,黄铁矿呈弥散状,含量约7%(图 4e)。绿泥绿帘石片岩主要矿物为绿帘石、绿泥石、钠长石,次要矿物为黄铁矿;绿帘石含量约35%,绿泥石含量约25%,钠长石含量约25%,黄铁矿呈弥散状,含量约7%(图 4f)。阳起石片岩主要矿物为阳起石、钠长石,次要矿物为黄铁矿,具有变余斑状结构;阳起石含量约50%,钠长石含量约40%,黄铁矿呈粒状,含量约7%(图 4g)。绿帘石片岩主要矿物为绿帘石、绿泥石,次要矿物为黄铁矿,具有褶皱状构造;绿帘石含量约50%,绿泥石含量约30%,黄铁矿呈粒状,含量约10%(图 4h)。这种矿物组合及结构构造特点表明这些片岩的原岩以玄武岩为主,黄铁矿是岩浆活动的产物。

3.2 锆石U-Pb地质年代学

我们从Ca中选取了1件(DX177-2)、Cb中选取了2件(DX173-6、DX175-4)二云母石英片岩开展碎屑锆石分析。每件二云母石英片岩样品各选取了至少70颗碎屑锆石开展LA-ICP-MS U-Pb年龄测试,获得了58~70个测点的有效数据,符合年龄分布统计分析的要求(Andersen, 2005)。这些样品的锆石粒径在80~150μm,多呈椭圆状,少数为次棱角状-棱角状,为长距离搬运的碎屑成因(图 5)。大部分锆石发育完整振荡环带或扇形环带,只有少数锆石结构复杂,发育不完整环带、溶蚀港湾状构造、核-幔结构及亮白色增生边。我们的所有分析点均位于发育完整震荡环带的部位,大部分锆石的232Th/238U比值大于0.1(电子版附表 1),表明分析的碎屑锆石主要来源于物源区的岩浆岩(Hoskin and Black, 2000; 吴元保和郑永飞, 2004),适合于源区岩浆活动历史分析,从而便于开展区域对比。

图 5 福贡剖面二云母石英片岩典型碎屑锆石阴极发光图像 Fig. 5 Typical CL images of detrital zircons derived from the Fugong quartzite

附表 1 福贡剖面碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析结果 Appendix1 Detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb dating result of samples from Fugong section

样品DX173-6的碎屑锆石U-Pb年龄测试点共70个,获得66个有效数据。碎屑锆石U-Pb表面年龄值分布范围为2986±89Ma~462±16Ma;232Th/238U比值除了4、20、31、36四个点小于0.1外,其他点的比值为0.11~2.39。在锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图和锆石协和年龄谱系图(图 6a)中,除4个分析点(16、44、48、60)稍微远离谐和线以外,其余基本上都落在谐和线上或附近,呈较好的谐和性,不存在明显的铅丢失现象。年龄分布曲线(图 6b)显示碎屑锆石存在6个年龄峰值,分别为~2440Ma、~1741Ma、~1032Ma、~877Ma、~746Ma、~570Ma。

图 6 福贡剖面二云母石英片岩碎屑锆石U-Pb谐和图及年龄分布频谱图 Fig. 6 Detrital zircon 207Pb/235U vs. 206Pb/238U concordia diagrams and associated apparent age spectra diagrams of quartzite samples from the Fugong transection

样品DX175-4的碎屑锆石U-Pb年龄测试点共68个,有效点共58个。碎屑锆石U-Pb表面年龄值分布范围为2815±78Ma~493±18Ma;232Th/238U比值除分析点17为0.03以外,其余分析点的比值为0.17~1.89。在锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图和锆石谐和年龄谱系图(图 6c)中除4个分析点(9、40、41、48)以外,其余均呈现较好的谐和性,不存在明显的铅丢失现象。在年龄分布曲线图上(图 6d)形成6个年龄峰值,分别为~2715Ma、~2344Ma、~1795Ma、~1107Ma、~966Ma、~568Ma。

样品DX177-2的碎屑锆石U-Pb年龄测试点共80个,有效点共74个,表面年龄值分布范围为2809±72Ma~518±14Ma;232Th/238U比值除2个点(36、60)小于0.1外,其他点的比值为0.11~2.38。在锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图和锆石谐和年龄谱系图(图 6c)中除4个分析点(10、18、36、63)以外,其余均呈现较好的谐和性,不存在明显的铅丢失现象。与前两个样品一样,存在6个年龄峰值,分别为~2499Ma、~1716Ma、~1064Ma、~963Ma、~731Ma、~506Ma。

4 讨论 4.1 大地构造相

研究区内石炭系Ca段出露的绿泥石片岩、阳起石片岩、绿帘石片岩或绿泥绿帘石片岩,其斑状变晶结构及岩石矿物组合表明原岩应为玄武岩、玄武质火山沉积岩及少量辉绿岩,其与碎屑岩互层产出(图 7a);细晶大理岩原岩应为灰岩。二者局部所夹的石英片岩透镜体原岩为结构及成分成熟度较高的石英砂岩。这些特点表明该套地层原岩应为一套火山岩-碳酸盐岩-少量砂泥岩沉积建造,灰岩与玄武岩组成沉积-喷发的韵律结构,反映出火山作用不是十分强烈。

图 7 福贡剖面野外露头照片 (a) Ca出露主要岩性野外露头照片;(b、c) Cb石英片岩中夹大理岩透镜体野外露头照片;(d)石炭系Ca、Cb两段岩性及野外关系露头照片 Fig. 7 Field photographs of the Fugong transection (a) lithologic types of the segment Ca; (b, c) marble lens enclosed in schist of the segment Cb; (d) the fault between the segments Ca and Cb

石炭系Cb出露的石英片岩和二云母石英片岩,变余砂状结构,含少量云母,说明其原岩应为硅质、泥质胶结石英砂岩,结构及成分成熟度较高。石英片岩中所夹大理岩多呈透镜体状产出(图 7b, c),原岩应为灰岩。故该套岩性组合的原岩应为一套砂、泥岩夹多层灰岩组合,为典型浅海相碎屑岩沉积建造。

福贡地区石炭系Ca、Cb两段出露的岩石都普遍发生浅变质作用,这些浅变质沉积岩具有很高的结构及成分成熟度,局部夹浅变质玄武岩,其大地构造环境应属被动大陆边缘(潘桂棠等, 2008)。而花岗质片麻岩普遍存在少量的岩浆期石榴石,为变形浅色花岗岩,我们未发表的数据指示其形成时代为新生代。三件浅变质石英砂岩的碎屑锆石CL图像表明,这些碎屑锆石均具有浑圆外貌,经历过较长距离的搬运。另外,这三件样品具有基本相同的年龄谱,可以合并进行统计分析。

4.2 物源分析

本文收集了保山地块、腾冲地块、滇缅泰马地块、南羌塘地块和拉萨地块具有代表性的晚古生界碎屑锆石年龄数据,并与福贡地区石炭系二云母石英片岩的碎屑锆石U-Pb表面年龄频率进行了分析和对比(图 8)。将福贡地区所采集的3件石炭系二云母石英片岩碎屑锆石表面年龄数据合并统计,形成如下五个年龄峰值区间:2550~2400Ma、1800~1550Ma、1200~1080Ma、1000~850Ma和600~480Ma,对应的峰值平均年龄为:~2502Ma、~1724Ma、~1120Ma、~886Ma和~512Ma。

图 8 福贡剖面(a)石炭纪碎屑锆石U-Pb表面年龄频率图及与拉萨地块(b)、腾冲地块(c)、印支地块(d)、保山地块(e)和南羌塘地块(f)古生代沉积岩或变质沉积岩中碎屑锆石的对比(灰色区域表示峰值区间) 保山地块数据据Li et al., 2015;腾冲地块数据据Li et al., 2016;印支地块数据据Cai et al., 2017;南羌塘地块及拉萨地块数据据朱弟成等, 2012 Fig. 8 Detrital zircon age distribution patterns of the Upper Paleozoic sandstones from the Fugong section (a), the Lhasa terrane (b), the Tengchong block (c), the Indo-China block (d), the Baoshan block (e), and the Southern Qiangtang terranes (f), respectively (Important age peaks are shown in grey bands)

福贡地区的变质沉积岩与拉萨地体、保山地块、滇缅泰马地块内泥盆纪-石炭纪的沉积岩和变质沉积岩都出现了1200~1080Ma区间的碎屑锆石年龄群,指示大量碎屑物质应该来源于澳大利亚大陆(Cai et al., 2017; 朱弟成等, 2012),但是南羌塘地块内的碎屑岩并未出现该峰值,说明其与福贡地区和拉萨地块、保山地块、滇缅泰马地块相比距离澳大利亚大陆较远。在以上所涉及的地块中都出现了1000~850Ma年龄群的碎屑锆石应属于格伦维尔期(Grenville age)(Fitzsimons, 2000),很可能来源于广泛出露990~900Ma花岗岩类的印度Eastern Ghats和南极洲Rayner地区(Zhu et al., 2013)。

福贡地区存在600~460Ma的碎屑锆石峰值区间,这些碎屑锆石发育有明显的岩浆震荡环带,认为主要由泛非造山运动(650~500Ma)(Meert, 2003; Torsvik and Cocks, 2013)和沿东冈瓦纳北缘(如北印度大陆边缘)发生的弧岩浆作用(530~490Ma)(Cawood et al., 2007)造成。在~470Ma之后,北印度大陆边缘进入相当长的被动大陆边缘沉积过程(Cawood et al., 2007),这可以解释为什么福贡地区石炭统的样品中最年轻的碎屑锆石年龄为~460Ma,与前文分析的该地区石炭统的大地构造相相符。

需要注意的是,福贡砂岩锆石年龄谱在480~600Ma和850~1000Ma之间还具有~730Ma的峰值,在印支地块中也有该峰值出现,具体原因及物源尚不清晰,还需进一步研究。

福贡石炭纪砂岩具有的五个峰值年龄区间与拉萨地块古生界碎屑锆石年龄组成具有高度的可比性(尽管平均峰值年龄具有微小差别),二者的峰值区间以及相对概率曲线形态非常相近。腾冲地块和印支地块的峰值区间十分相似,二者具有和福贡地区和拉萨地块相似的五个峰值区间,只是峰值的相对概率具有一些差异。但是,保山地块与南羌塘地块的砂岩的锆石年龄频率图中缺少1800~1550Ma和1200~1080Ma两个峰值区间,只具有其他三个较明显的峰值区间,这与其他地块明显不同。以上这些地块的砂岩锆石年龄频率特点表明,福贡地区和拉萨地块的物源区具有基本相同的岩浆演化历史,他们与腾冲地块和印支地块的古地理位置较保山和南羌塘地块来说更为接近。

4.3 大地构造意义

福贡地区碎屑锆石年龄谱表明该区石炭系属于拉萨地块,其与腾冲地块及印支地块的空间位置更接近,而与南羌塘地块则相距较远。结合已有的冈瓦纳大陆北缘的古地理模型,福贡地区的碎屑锆石证据支持拉萨地块与包括保山、腾冲和印支地块的滇缅泰马地块在古生代时位于冈瓦纳大陆的北缘,并为一个连续的地块位于澳大利亚地块的东北缘(Ali et al., 2013; Ferrari et al., 2008; Wopfner and Jin, 2009)。

在贡山到腾梁地区出露的南北向白垩纪岩浆岩带穿过福贡地区(图 1c),同时代的岩浆岩在拉萨地块内也成带状广泛分布(Zhu et al., 2013),二者在地球化学特征上具有相似性,贡山和腾梁地区应是拉萨地块的发生过旋转的东延部分(Xu et al., 2012, 2015),来自古地磁的研究也支持这一论断(Li et al., 2004)。

以上这些证据表明拉萨地块向东延伸至东构造结转而向南经过福贡地区与腾冲地块相连,在古生代这些区域为基墨里地块(群)的一部分,由于新生代以来东构造结对拉萨地块的强烈挤压,导致其发生东西向缩短、南北向拉伸,被拉伸的南段发生顺时针旋转,导致原构造界线湮没不清。

5 结论

本文通过对福贡地区石炭系岩石组合及碎屑锆石U-Pb测年,得到如下认识:

(1) 滇西福贡地区石炭统Ca、Cb段的岩石组合表明其形成于较为稳定的浅海相沉积环境,具有被动大陆边缘相的岩石组合特征;

(2) 福贡地区所采集的石炭纪碎屑锆石表面年龄的峰值区间主要为2550~2400Ma、1800~1550Ma、1200~1080Ma、1000~850Ma和600~480Ma,与拉萨地块同时代地层碎屑锆石年龄谱高度可比;

(3) 福贡地区的石炭系应为拉萨地块的一部分,为印度-欧亚大陆碰撞引发的地块变形、旋转的产物。

致谢 感谢中国科学技术大学地空学院LA-ICP-MS实验室的侯振辉老师及实验室值班同学对LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试的认真指导;审稿专家及编辑对本文进行了认真的评审并提出了宝贵的修改建议,极大地提高了本文的质量。
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