滇西哀牢山岩群变沉积岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义
  岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (5): 1503-1516   PDF    
滇西哀牢山岩群变沉积岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义
冀磊1 , 刘福来1 , 王舫1 , 孙载波2     
1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
2. 云南省地质调查院, 昆明 650216
摘要:出露于扬子板块与印支板块之间的哀牢山岩群中包含大量副片麻岩、大理岩、云母片岩和石英岩等变沉积岩,这些岩石对研究扬子板块西南缘构造演化具有重要意义。但有关哀牢山岩群的沉积时代、物质来源以及形成的构造背景等一系列问题长期以来存在着较大争议。本文选取哀牢山岩群内石榴黑云斜长片麻岩、石榴夕线黑云斜长/二长片麻岩和大理岩4件变沉积岩进行了锆石阴极发光和LA-ICP-MS U-Pb年代学研究。哀牢山岩群碎屑锆石具有明显或弱的振荡环带和较高的Th/U比值,指示其岩浆成因。年代学分析结果表明石榴黑云斜长片麻岩记录始新世末-渐新世(36.3~25.0Ma)哀牢山岩群部分熔融-岩浆活动,其余3件变沉积岩碎屑锆石均得到550~450Ma与900~700Ma两组峰值,其中片麻岩与大理岩中最年轻的碎屑锆石峰值分别为452Ma、461Ma和458Ma,指示哀牢山岩群沉积时代应不早于中奥陶世,而非原先认为的古元古代。碎屑锆石年龄分布特征表明哀牢山岩群物源区包含扬子板块西缘新元古代花岗岩和印支板块内泛非期花岗岩,支持前人提出的哀牢山岩群沉积于古特提斯分支洋盆——金沙江-哀牢山-马江洋拉张过程中沉积的观点。
关键词: 哀牢山岩群     变沉积岩     碎屑锆石     锆石U-Pb年龄    
LA-ICP-MS U-Pb geochronology of detrital zircons from meta-sedimentary rocks within the Ailao Shan Group, western Yunnan.
JI Lei1, LIU FuLai1, WANG Fang1, SUN ZaiBo2     
1. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. Yunnan Institute of Geological Survey, Kunming 650216, China
Abstract: Meta-sedimentary rocks including paragneisses, marble, mica schist and quartzite are widely distributed within the Ailao Shan (ALS) Group, which separated the South China Block (SCB) from the Indochina Block. And it is significantly important to understanding the tectonic evolution of southwest margin of SCB. However, the depositional age, mineral source and tectonic evolution of the ALS Group are still in debate. In this paper, we present LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of garnet-biotite-plagioclase gneiss, garnet-sillimanite-biotite-plagioclase/monzonitic gneisses and dolomitic marble within the ALS Group. Zircons from these samples have high Th/U ratios and exhibit strongly or weakly oscillatory zoning, suggesting their magmatic origin. Zircons from garnet-biotite-plagioclase gneiss recorded intense partial melting-magmatic activity ages in Late-Eocene-Oligocene (36.3~25.0Ma). Inherited zircons from the rest of three samples yield two major age peaks clustered around 550~450Ma and 900~700Ma and the youngest age peaks are ~452Ma, ~461Ma and ~458Ma, respectively. This result indicates that the ALS Group deposited later than Middle Ordovician rather than conventional considered Paleoproterozoic. Age distributions of detrital zircons provide evidence for their provenances derived from the Neoproterozoic granitic rocks in southwest margin of SCB and magmatic rocks of Pan-African event in Indochina Blocks, and support the view that the metasedimentary rocks in ALS Group was deposited during the extension of the Jinshajiang-ALS-Sone Ma Ocean (Paleo-Tethys Ocean branch).
Key words: Ailao Shan Group     Meta-sedimentary rocks     Detrital zircons     U-Pb age    

三江特提斯构造带由多个早古生代裂解自冈瓦纳北缘的微陆块于晚二叠世-晚三叠世拼合而成(Mo et al., 1994; Metcalfe, 1996, 2002, 2013; 钟大赉,1998)。夹持于各微陆块间,由东向西依次发育点苍山-哀牢山杂岩带、澜沧江杂岩带和高黎贡山杂岩带(图 1a)三条呈北西-南东向或近南北向排列的杂岩带。三条变质杂岩带内岩石沉积、变质变形过程记录了特提斯扩张-俯冲-闭合与新生代地体侧向逃逸的完整过程,历来是研究特提斯演化和造山带物质侧向逃逸的热点地区(Schärer et al., 1990, 1994; Tapponnier et al., 1990; Leloup and Kienast, 1993; Leloup et al., 1995, 2001; 钟大赉, 1998; Gilley et al., 2003; Metcalfe, 2006, 2013; 刘俊来等, 2006; Zhang et al., 2009, 2010, 2017; Deng et al., 2014)。近十年来,国内外学者对三江地区各杂岩带内岩石构造变形、岩浆作用和变质演化等方面研究获取了大量的构造地质学、岩石学、矿物化学和年代学数据(Zhang et al., 2009, 2010, 2012; Lin et al., 2012; Liu et al., 2012, 2013, 2015a; Deng et al., 2014; Wang et al., 2016a)。然而,由于多期构造-岩浆-变质作用的叠加,对于杂岩带内变沉积岩的形成时代和构造背景还存在较大争议。例如,早期地质图编制中通过变质变形特征、岩石地层对比、角闪石Ar-Ar、Sm-Nd年龄、全岩Rb-Sr年龄、Nd模式年龄和古生物研究将杂岩带内变沉积岩划分出多个岩群和岩组,时代上多归为古-中元古代(如哀牢山岩群、澜沧岩岩群、大勐龙岩群、崇山岩群和高黎贡岩群)(云南省地质矿产局,1990翟明国等,1990王铠元,1993钟大赉,1998),但并无精确的锆石年代学约束。特别是三江地区最东侧扬子陆块西南缘的哀牢山岩群(图 1b),由于岩石变质程度较高以及新生代红河-哀牢山强烈走滑剪切对早期岩石的强烈改造,导致目前哀牢山岩群还存在诸多方面争议,例如哀牢山岩群的沉积时代、物质来源、构造背景以及变质演化等。哀牢山岩群的形成时代从古元古代(云南省地质矿产局,1990翟明国等, 1990, 王义昭和丁俊,1996)、新元古代(王铠元,1993)、新元古代-寒武纪(陈炳蔚等,1991)到早古生代(Liu et al., 2013; 王冬兵等,2013)均有报道。其形成构造背景上亦存在扬子板块西南缘结晶基底(云南省地质矿产局,1990翟明国等,1990)和金沙江-哀牢山-马江洋(古特提斯洋分支洋盆)扩张过程中扬子板块陆缘沉积(Lai et al., 2014)的争议。因此进一步查明哀牢山岩群沉积时代、物质来源,有助于限定扬子板块西缘沉积-变质演化过程,并为古特提斯形成-闭合及新生代印度-亚欧板块碰撞过程中哀牢山岩群所处构造背景提供制约。有鉴于此,本文选取哀牢山岩群北段戛洒-漠沙地区变沉积岩为重点研究对象,通过对其碎屑锆石进行U-Pb年代学研究,限定哀牢山岩群内变沉积岩的沉积时代及主要物质来源,为进一步探讨扬子西缘构造演化提供年代学依据。

图 1 哀牢山变质杂岩带在青藏高原东南缘构造位置图(a,据Deng et al., 2014修改)和哀牢山杂岩带地质简图(b,据Liu et al., 2015b) Fig. 1 Distribution and tectonic location of the ALS metamorphic complex on the southeast of Tibetan Plateau (a, after Deng et al., 2014) and simplified geological map of ALS metamorphic complex (b, after Liu et al., 2015b)
1 地质背景

三江构造带东侧由北向南间断分布有雪龙山、点苍山、哀牢山和越南北部的大象山四个变质杂岩带,哀牢山杂岩带为其中出露面积最大的杂岩带,地理上北起大理南涧地区中部,于元江-墨江处发生转折,向南经红河、元阳至金平河口后延入越南北部,长度近1000km,宽约20~40km,总体上呈北西收敛南东撒开的喇叭状。构造上东侧与扬子板块以红河断裂分界,西侧与印支板块以九甲-安定断裂分界,位于中部的哀牢山断裂将杂岩带分割为东部的深变质岩带和西部浅变质带(图 1b)。

1.1 哀牢山深变质带

哀牢山深变质带是一套经历低角闪岩相-麻粒岩相变质的复杂变质岩系(钟大赉,1998Liu et al., 2013, 2015a; Wang et al., 2016a),根据变质程度差异又可进一步划分出多个变质亚带。深变质带内岩石类型主要包括各类正副片麻岩类、大理岩类、云母片岩、石英岩、斜长角闪岩及钙镁硅酸盐岩。带内岩石主要特征为:广泛发育韧性构造变形,如各类糜棱岩、超糜棱岩、平卧褶皱、鞘褶皱等(曹淑云等, 2009; Cao et al., 2012; Tang et al., 2013; Liu et al., 2013; Wu et al., 2017; Zhang et al., 2017)。二十世纪七十年代,1:20万区域地质调查中依据地层层序、构造、岩石及矿产等方面研究,建立了哀牢山深变质带的地层系统即哀牢山岩群,并作为一个倾向北东的单斜构造自下而上分为小羊街组、阿龙组、凤港组、乌都坑组(图 2;云南省地质局第一区域地质测量大队, 1975; 云南省地质局第二区域地质测量大队,1970, 1972, 1974, 1976)。不同地区填图过程中又将各组划分出多个亚段。云南省区域地质志(云南省地质矿产局,1990)认为:由于岩石变质程度较深,混合岩化强烈,原岩面貌改变较大,岩石的结晶片理、片麻理几乎完全取代原生层理,且不同尺度的韧性剪切带又将各岩性单元间构造分割,深变质带内沉积岩已无层序可言,仅将各组代表性剖面列出(图 2)。其中,小羊街岩组以云南元江县小羊街乡最为典型,主要分布在深变质带的西南靠近哀牢山断裂的部位,岩性主要有十字蓝晶二云母片岩、石榴二云母片岩、二云母石英片岩等(王义昭和丁俊,1996)。阿龙岩组主要分布在深变质带的东侧,以元阳县大文迷河地区岩性出露最全,又可分为上、下两个亚组,其中下部亚组主要岩性有:石榴黑云斜长片麻岩、石榴夕线黑云斜长/二长片麻岩、石榴角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩等,上段主要为大理岩夹薄层斜长角闪岩、钙镁硅酸盐岩和透辉角闪斜长变粒岩。凤岗岩组主要出露于哀牢山南段元阳-金平地区(图 2),总体岩性为一套富铝-富钙质的变沉积岩系,部分层位夹少量的斜长角闪岩。乌都坑组岩石类型及组合特征与阿龙组十分相似,云南省区域地质志(云南省地质矿产局,1990)曾据此提出哀牢山岩群可能为一轴面倾向北东的复式倒转背斜。

① 云南省地质局第一区域地质测量大队.1975. 1:20万巍山幅地质图

② 云南省地质局第二区域地质测量大队.1970. 1:20万新平幅地质图

③ 云南省地质局第二区域地质测量大队.1972. 1:20万元阳-大马鹿

④ 云南省地质局第二区域地质测量大队.1974. 1:20万墨江幅地质图

⑤ 云南省地质局第二区域地质测量大队.1976. 1:20万金平-河口幅地质图

1.2 扬子板块西南缘

扬子板块西南缘云南境内元古代沉积地层主要有大红山群、东川群和昆阳群(图 1b),这些沉积地层主要沿绿汁江断裂两侧分布,并被一系列南北向、北北东向断裂所截切(Zhao et al., 2010)。其中大红山群岩石组成为一套低角闪岩相变质的火山-沉积岩,由下向上分为老厂河组、曼河岗组、红山组、肥味河组和坡头组,主要岩石类型有石英岩、石榴云母片岩、(石榴)斜长角闪岩、大理岩、火山凝灰岩、火山角砾岩等。大红山群内火山岩夹层和变沉积岩锆石年代学研究指示其为古元古末沉积地层(Hu et al., 1991; Greentree and Li, 2008; 杨红等,2012)。东川群现指分布于皎平-铜厂-杨武断裂以西东川、因民、鹅头厂和元江北侧一带原昆阳群中解体出来的因民组、落雪组、黑山组(滇中称鹅头厂组)和青龙山组(滇中称绿汁江组)地层,主要岩性为砂岩、粉砂岩、白云岩夹凝灰岩、板岩和砾岩。东川群底部因民组地层中火山沉积岩、闪长岩脉和黑山组凝灰岩锆石年代学研究指示东川群的沉积时代与大红山群时代相当(Zhao et al., 2010; Li et al., 2013Wang et al., 2014)。昆阳群指分布于皎平-铜厂-杨武断裂以东的一套浅变质的陆源碎屑岩、碳酸盐岩及少量火山岩。昆阳群黑山头组凝灰岩及碎屑锆石年代学研究揭示其沉积时代为中元古代晚期(张传恒等,2007Li et al., 2013)。新元古代,扬子板块西南缘经历了与俯冲相关且持久的岩浆活动(Wang et al., 2016b),已沉积的部分古元古代地层经历了角闪岩相主期变质作用(杨红等, 2012, 2013)。

图 2 哀牢山岩群地层柱状图(据云南省地质局第一区域地质测量大队, 1975; 第二大队, 1970, 1972, 1974, 1976修改) Fig. 2 Lithostratigraphic units of ALS Group
1.3 哀牢山浅变质带

哀牢山浅变质带由哀牢山断裂和安定-九甲断裂所夹持,为一套低绿片岩相变质的复理石沉积地层。浅变质带南段最老地层时代为奥陶系,中北段为志留系-泥盆系,部分地区出露有上石炭统和中、下二叠统地层,主要岩性为千枚岩、板岩和绿泥片岩(Zhang et al., 1994; Wang et al., 2014)。二叠系地层被中、上三叠统一碗水组磨拉石沉积不整合覆盖。哀牢山蛇绿岩主要产于浅变质带北段,多呈构造岩片的形式产出,空间上这些岩片与含放射虫硅质岩、粉砂岩、泥质板岩等深水-半深水沉积岩完全无序的掺和混在一起,部分地区还可见到强变形的灰岩赋存在沙泥质层中,产状极不协调(Zhang et al., 1994; 王义昭等,2000)。出露规模最大的双沟地区辉绿岩和斜长花岗岩的SHRIMP定年指示其形成时代为中-晚泥盆世(387~374Ma)(Jian et al., 2009)。

2 岩相学特征

本文研究中4件变沉积岩样品主要采自新平戛洒和漠沙地区哀牢山岩群阿龙岩组内,由北向南依次为石榴黑云斜长片麻岩(15G19)、石榴夕线黑云二长片麻岩(15G02)、白云质大理岩(15G44)和石榴夕线黑云斜长片麻岩(15G47),样品的野外产出状态见图 3,镜下岩相学特征见图 4

图 3 戛洒-漠沙地区哀牢山岩群内典型变沉积岩野外产状 (a)石榴黑云斜长片麻岩;(b)石榴夕线黑云二长片麻岩;(c)白云质大理岩;(d)石榴夕线黑云斜长片麻岩 Fig. 3 The occurrence of representative meta-sedimentary rocks in ALS Group, Gasa-Mosa area (a) garnet-biotite-plagioclase gneiss; (b) garnet-sillimanite-biotite monzonitic gneiss; (c) dolomitic marble; (d) garnet-sillimanite-biotite plagioclase gneiss

图 4 戛洒-漠沙地区哀牢山岩群中变沉积岩显微结构照片 (a)石榴黑云斜长片麻岩内网脉状石榴石与斜长石熔体薄膜;(b)磁铁矿与黑云母分布特征(6张拼合);(c)石榴石内斜长石熔体薄膜(正交单偏光拼合);(d)石榴夕线黑云二长片麻岩;(e)白云质大理岩内镁橄榄石与金云母;(f)石榴石变斑晶定向拉长,基质中夕线石、黑云母与石英强烈定向 Fig. 4 Photomicrographs of representative mineral assemblages and microtextures of meta-sedimentary rocks in ALS Group, Gasa-Mosha area (a) stockwork garnet and plagioclase films in garnet-biotite-plagioclase gneiss; (b) the distribution of biotite and magnetite (integrated by six photographs); (c) plagioclase films in garnet (integrated with cross-polarized light and plane-polarized light photographs); (d) garnet-sillimanite-biotite monzonitic gneiss; (e) forsterites and phlogopites in dolomitic marble; (f) needle sillimanite and fine biotite defined the foliation and enlonged quartzes and garnet in garnet-sillimanite-biotite plagioclase gneiss

石榴黑云斜长片麻岩(15G19)采自于新平县水塘镇白果树村西约1km乡道旁,岩石呈浅灰色,中细粒结构,片麻状构造,岩石内发育大量浅色脉体(图 3a),其宽度可达0.6m。石榴黑云斜长片麻岩主要矿物为斜长石、黑云母、石英、石榴石,副矿物主要为锆石及少量磁铁矿。岩石内斜长石含量约40%~50%,石英含量约15%,黑云母约15%~20%,石榴石多以孔洞形态产出,其内部多包裹斜长石和石英(图 4a),黑云母呈细小鳞片状产出,粒径为0.2~0.5mm,且与石榴石相对位置不同退变为绿泥石的程度存在明显差异,石榴石内部黑云母多发生强烈退变,石榴石外缘黑云母围绕石榴石分布,部分退变为绿泥石,远离石榴石处多具有明显定向且未发生退变,磁铁矿仅产于石榴石内部(图 4b)。石榴石内部斜长石具有较大二面角多呈“薄膜”状产于其他矿物颗粒之间,石榴石外部斜长石呈自形-半自形产出(图 4c)。

石榴夕线黑云二长片麻岩(15G02)采自于戛洒-镇沅S307省道旁阿龙组b段地层中(图 3b),黄褐色,中粗粒变晶结构,片麻状构造。主要矿物为石榴石、夕线石、黑云母、钾长石、斜长石及少量石英,副矿物为锆石、独居石、磷灰石等。石榴石裂理较为发育,含量约20%。夕线石呈棱柱状与黑云母一起定向排列构成片麻理(图 4d),长石颗粒边缘多发生明显细粒化而形成核幔构造,石英多发生强烈的颗粒边界迁移而呈拔丝状。

白云质大理岩(15G44)采自戛洒-元江S218省道210km界碑西侧,岩石属阿龙组b段地层(图 3c)。浅白色,中细粒变晶结构,块状构造。主要矿物为白云石、方解石、镁橄榄石(图 4e)及少量金云母和透闪石,副矿物为锆石、磷灰石、尖晶石等。

石榴夕线黑云斜长片麻岩(15G47)采自漠沙镇西1.5km村道旁,属阿龙组a段地层,岩石呈灰黑色,中细粒变晶结构,片麻状构造(图 3d)。主要矿物为夕线石、石榴石、黑云母、斜长石和石英(图 4f),副矿物主要为锆石、独居石、磁铁矿等。岩石内所有矿物皆定向排列,石榴石内多发育有石英包裹体,夕线石呈针柱状与定向片理的细粒黑云母共同构成片麻理,石英多发生边界迁移定向拉长。

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,通过阴极发光(CL)图像详细研究锆石的晶体内部结构特征和锆石中矿物包裹体。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。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,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,并以国际标准锆石91500做外标,并以NIST610做内标。数据处理采用ICPMS DataCal 10.4软件包完成,锆石样品的U-Pb年龄谐和图与年龄分布频率图绘制均采用Isoplot v 3.3完成。详细操作步骤参见Liu et al.(2008)

4 锆石特征与U-Pb测年结果

4件变沉积岩样品共进行431颗碎屑锆石测年分析(见电子版附表 1),其中石榴黑云斜长片麻岩共分析118颗锆石,石榴夕线黑云二长片麻岩分析79颗锆石,夕线石榴黑云二长片麻岩和夕线石榴黑云斜长片麻岩各分析117颗锆石。典型锆石阴极发光图像和相应锆石测年结果见图 5。4件样品碎屑锆石频率分布图中年龄小于1Ga采用206Pb/238U年龄值,大于1Ga则采用206Pb/207Pb年龄值(图 6)。分析结果中误差较大(>100Ma)及协和度低于90%(15G02低于85%)的测年结果在成图过程中舍弃。

附表 1 哀牢山岩群变沉积岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果 Appendix1 U-Pb date of LA-ICP-MS analyses of zircons from meta-sedimentary rocks within ALS Group

图 5 戛洒-漠沙地区哀牢山岩群变沉积岩内代表性锆石阴极发光(CL)图像和分析点位 (a)石榴黑云斜长片麻岩;(b)石榴夕线黑云二长片麻岩;(c)白云质大理岩;(d)石榴夕线黑云斜长片麻岩 Fig. 5 Cathodoluminescence (CL) images of representative zircons with analyzed spots from meta-sedimentary rocks in ALS Group, Gasa-Mosha area (a) garnet-biotite-plagioclase gneiss; (b) garnet-sillimanite-biotite monzonitic gneiss; (c) dolomitic marble; (d) garnet-sillimanite-biotite plagioclase gneiss

图 6 戛洒-漠沙地区哀牢山岩群变沉积岩碎屑锆石协和图及年龄谱图 Fig. 6 Concordia diagram and age spectrum of inherited zircons from meta-sedimentary rocks within ALS Group, Gasa-Mosa area
4.1 石榴黑云斜长片麻岩(15G19)

石榴黑云斜长片麻岩内锆石无色透明,包裹体不发育,除部分碎屑锆石破碎不完整外,锆石形态可分为自形-半自形和椭圆状两种(图 5a)。锆石颗粒粒径120~200μm,长/宽一般为1:1~1:2。阴极发光图像显示,自形-半自形和破碎不完整的锆石多发育岩浆振荡环带,而椭圆状锆石则多发育核-边结构。

对照阴极发光图像样品内锆石可分为两类,第一组锆石形态较为自形,部分锆石内部发育内部发育继承性核,边部发育岩浆震荡环带,另一类锆石呈椭圆状或破碎不完整。118颗锆石分析除68颗锆石协和度较低外,29颗自形除两颗锆石206Pb/238U年龄较老为36.3±2.1Ma和34.1±1.9Ma外,其余27颗锆石年龄为25.0±1.7~28.8±1.3Ma,加权平均年龄为27.0±0.4Ma(图 6a),锆石内Th含量为6×10-6~551×10-6,U含量为120×10-6~2664×10-6,Th/U比值为0.02~0.88。结合岩石学与岩相学观察,这组锆石年龄与区域上哀牢山岩群变沉积岩-渐新世以来强烈部分熔融与岩浆活动时限向吻合。17颗破碎不完整锆石或椭圆状锆石核部获得年龄为325±9Ma~1853±60Ma,锆石内Th含量为18×10-6~406×10-6,U含量为61×10-6~711×10-6,Th/U比值为0.13~1.15,由于获得继承性锆石年龄数量较少,其年龄谱图中特征峰不明显(图 6b)。另外,该样品中获得4颗锆石混合年龄为82±4Ma~197±6Ma。

4.2 石榴夕线黑云二长片麻岩(15G02)

石榴夕线黑云二长片麻岩内锆石呈无色透明或淡黄色,多为浑圆状或椭圆状,颗粒粒径100~180μm,长/宽一般为1:1~1:2。阴极发光图像显示锆石具有明显或弱的暗色振荡环带核部和较窄的浅白色-亮白色边(图 5b)。

由于变质程度较高,锆石铅丢失明显,对石榴夕线黑云二长片麻岩锆石采用协和度高于85%测年数据,该样品79颗锆石继承性核部测试共产生56个协和度高于85%的数据,其年龄值为435±12Ma~3325±29Ma(图 6c),锆石内Th含量为7×10-6~578×10-6,U含量为23×10-6~3362×10-6,Th/U比值为0.02~2.47。碎屑锆石频率分布图中存在452Ma、566Ma及741Ma三个主要峰值和2408Ma一个次要峰值(图 6d)。

4.3 白云质大理岩(15G44)

白云质大理岩内锆石为无色透明,多破碎不完整,颗粒粒径80~180μm,长/宽一般为1:1~1:3,阴极发光图像中锆石多具有岩浆振荡环带,边部发育5~20μm的灰黑色变质边(图 5c),边部包裹体以白云石、磷灰石和金云母为主。

此样品共分析117颗碎屑锆石,除13颗数据结果协和度较低外,104颗锆石年龄为356±6Ma~2478±46Ma(图 6e),锆石内Th含量为6×10-6~663×10-6,U含量为42×10-6~1191×10-6,Th/U比值为0.01~3.71。白云质大理岩碎屑锆石频率分布图(图 6f)中具有461Ma及774Ma两个主要峰值和1754Ma及2454Ma两个次要峰值。

4.4 石榴夕线黑云斜长片麻岩(15G47)

石榴夕线黑云斜长片麻岩内锆石多呈无色透明或青灰色,颗粒粒径120~250μm,长/宽一般为1:1~1:4,自形-半自形,略有磨圆,部分锆石破碎不完整,锆石内部矿物包裹体主要为石英、黑云母、斜长石、钾长石、磷灰石及少量金红石、钛铁矿和夕线石。阴极发光图像内多发育岩浆振荡环带,部分碎屑锆石具有5μm左右的浅灰白色变质边。

石榴夕线黑云斜长片麻岩内117颗继承性碎屑锆石分析中除11颗协和度略低外,其余106颗锆石中获得了416±12Ma~3405±51Ma(图 6g),锆石内Th含量为0.1×10-6~818×10-6,U含量为20×10-6~1722×10-6,Th/U比值为0.003~1.84。白云质大理岩碎屑锆石频率分布图(图 6h)中具有458Ma及858Ma两个主要峰值和一个2482Ma次要峰值。

5 讨论 5.1 哀牢山岩群沉积时代

由于哀牢山杂岩带变质程度较深和多期构造运动叠加,相对于杂岩带内多期花岗岩研究,哀牢山岩群的沉积时代研究相对较为薄弱。“哀牢山(岩)群”由云南省地质局区测队(1965)首次建名,当时泛指哀牢山北段中深变质岩系。

① 云南省地质局区测队.1965. 1:100万下关幅地质图说明书

早期有关哀牢山岩群时代的限定多来自于地层-构造对比、Sm-Nd等时线、辉石40Ar/39Ar法、长石K-Ar法及微古植物化石分析等方法。例如,云南省地质矿产局(1990)依据野外产出关系、岩石组合及构造特征研究认为哀牢山岩群在原岩建造和变质特征上与扬子板块西南缘大红山群内底巴组极为相似,并据此将其归为扬子板块结晶基底,时代置于古元古代。翟明国等(1990)利用斜长角闪岩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的变质年龄进而认为哀牢山岩群沉积时代应为古元古代。王义昭和丁俊(1996)依据在1:5万填图过程中哀牢山岩群混合岩内获得的1736.9±25Ma锆石U-Pb法年龄及1360Ma和1393Ma的K-Ar法年龄亦将其归属为扬子板块的基底组成部分。然而,陈炳蔚等(1991)依据哀牢山岩群小羊街组内产微古生物化石Trachypeoridium sp.及Glopheus sp.等将其时代定为新元古代-早寒武世。王铠元(1993)认为哀牢山岩群在变质变形和混合岩化的形成时代上要晚于大红山群,岩石建造上与大红山群也存在较大差异,提出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。近年来,单颗粒锆石U-Pb测年技术的发展为研究深变质的哀牢山岩群的形成时代和物质组成与来源提供了条件。部分学者对哀牢山南段元江-元阳地区哀牢山岩群中的石榴黑云斜长(二长)片麻岩、石榴蓝晶二云母二长片麻岩、石榴夕线黑云二长片麻岩和大理岩中碎屑锆石SIMS U-Pb测年研究(Liu et al., 2013),碎屑锆石主要存在四个年龄峰值分别为515Ma、837Ma、1750Ma及2450Ma(图 7b),变质锆石主要记录了中-晚三叠世和始新世-渐新世两期变质作用(Liu et al., 2013);元阳新街地区哀牢山岩群石英岩内锆石多发育清晰的核边结构,继承性核部具有较高Th/U比和清晰的振荡环带(王冬兵等,2013),继承性核部锆石U-Pb年龄主要集中在509Ma和746Ma两个峰值(图 7c)。另外,锆石年代学及微量元素研究将多期花岗质片麻岩从哀牢山岩群内解体出来(李宝龙等, 2008, 2009戚学祥等, 2010),同时提出哀牢山岩群不是以往认为的全部属于元古宙扬子地台的结晶基底。另外,刘汇川等(2013)通过新安寨地区侵入到哀牢山群中过铝质花岗岩锆石U-Pb年代学及Hf同位素研究指出,哀牢山带古特提斯洋盆分支在晚二叠世-早三叠世已闭合,过铝质花岗岩原岩来自哀牢山岩群变质杂砂岩。

图 7 哀牢山变质杂岩带及相邻陆块锆石年龄谱图 (a-c)哀牢山杂岩带高级变质带碎屑锆石年龄谱图;(d-f)扬子陆块西南缘新元古宙、寒武系-泥盆系地层及哀牢山浅变质带碎屑锆石年龄谱图,(d)转引自Wang and Zhou, 2014, (e、f)据Xia et al., 2016 Fig. 7 Age spectra of ALS metamorphic complex and blocks of the around regions (a-c) inherited zircon age spectrum of the high grade metamorphic unit of ALS metamorphic complex; (d-f) inherited zircon age spectrum of South China Block, Indochina Block and the high grade metamorphic unit of ALS metamorphic complex, (d) cite from Wang and Zhou, 2014, (e, f) cite from Xia et al., 2016

另外,近年来扬子板块西南缘变质地层研究取得了大量年代学数据。例如:Greentree and Li (2008)对大红山群曼河岗组凝灰质片岩进行SHRIMP测年获得1675±8Ma的206Pb/207Pb加权平均年龄;大红山群老厂河群变质中酸性岩和变质基性岩分别获得1711±4Ma和1686±4Ma的206Pb/207Pb加权平均年龄。石榴斜长角闪岩内变质锆石LA-ICP-MS测年获得206Pb/238U加权平均年龄为849±12Ma,石榴云母片岩内白云母40Ar-39Ar年代学研究指示大红山群主期低角闪岩变质时代为845~837Ma(杨红等, 2012, 2013)。东川群底部因民组地层中火山沉积岩和闪长岩脉锆石年代学研究分别获得1743±13Ma和1690±32Ma的206Pb/207Pb加权平均年龄(Zhao et al., 2010);东川群中部鹅头厂组粉砂岩碎屑锆石研究揭示主要存在四个年龄峰值,其中主要峰值2560Ma,次要峰值分别为2180Ma、2100Ma和1900Ma(Wang and Zhou, 2014),Li et al.(2013)通过昆阳群黑山组(鹅头厂组)2件凝灰岩锆石U-Pb年代学研究分别获得1499±6.9Ma和1500±3.8Ma的上交点年龄。

本文采自哀牢山北段戛洒-漠沙地区的4件哀牢山岩群变沉积岩中除发生明显部分熔融的石榴黑云斜长片麻岩(15G19)外,其余3件变沉积岩最小碎屑锆石峰值分别为452Ma、461Ma和458Ma,指示研究区哀牢山岩群沉积时代不早于中奥陶世,与原先认为可对比的扬子板块西南缘古元古代地层的碎屑锆石年龄数据频率分布图存在较大差异,变质时代也存在明显不同,因此两者不属于同时代沉积地层。综合3件样品碎屑锆石年龄数据频率分布图(图 7a)与哀牢山南段元江-元阳地区哀牢山岩群碎屑锆石U-Pb年代学研究结果(图 7bc),指示哀牢山岩群的沉积时代为中奥陶世至晚二叠世,因此哀牢山岩群可能为金沙江-哀牢山-马江古特提斯分支洋盆演化过程中沉积的产物,而非扬子板块的结晶基底。

5.2 哀牢山岩群物质来源与构造意义

碎屑锆石的U-Pb年龄分布模式是讨论沉积物源和构造背景的有效方法(Cawood et al., 2012)。本研究将结合前人已发表的哀牢山南段变沉积岩碎屑锆石数据及本文3件样品的碎屑锆石数据(图 7f),对哀牢山岩群的物源进行详细讨论。3件样品内碎屑锆石Th/U比值普遍较高(附表 1),且大部分锆石阴极发光显示明显或弱的振荡环带,表明其岩浆来源。对于哀牢山杂岩带周边岩浆活动而言,扬子板块西南缘岩浆活动以新元古代(700~900Ma)与俯冲相关的花岗岩为特征(Zhou et al., 2006; Cai et al., 2015; Wang et al., 2016b),而印支板块虽大部分被中生代地层所覆盖,但其西缘已发现大量早古生代火山岩,如云县-景谷大中河地区晚志留世(421~418Ma)中基性-中酸性火山岩组合(毛晓长等,2012),大平掌中志留世(428±7Ma)英安岩(Lehmann et al., 2013)等。另外,将扬子板块西缘新元古宙沉积地层(孙志明等, 2009; Wang and Zhou, 2014; 图 7d)、扬子板块西南缘寒武系-泥盆系地层(Xia et al., 2016; 图 7e)与哀牢山浅变质带志留系-泥盆系地层(图 7f)进行对比发现:扬子板块西缘新元古宙-泥盆系地层碎屑锆石年龄谱图具有强烈的新元古代(800Ma)特征峰值,而印支板块内河流沉积物则具有450Ma和950Ma两个特征峰值(Xia et al., 2016),哀牢山岩群则具有450~550Ma和700~850Ma两个峰值。Lai et al.(2014)通过哀牢山杂岩带内火山岩研究并应用G-Plate软件进行了东南亚构造演化重建,结合古地磁古地理数据提出扬子陆块西缘和印支陆块于早古生代(440Ma之前)为闭合在一起的整体,两者共同向北漂移并于晚泥盆世裂开形成古特提斯洋分支洋盆——金沙江-哀牢山-马江洋。因此,哀牢山岩群中变沉积岩兼有东侧扬子陆块与西侧印支陆块的碎屑锆石峰值的特点指示其沉积物源可能为金沙江-哀牢山-马江洋形成演化过程中由扬子板块西缘新元古花岗岩与印支板块内早古生代火山岩、岩浆岩共同提供。

6 结论

本文对戛洒-漠沙地区哀牢山岩群四件变沉积岩中碎屑锆石进行LA-ICP-MS U-Pb年代学研究,并讨论了哀牢山岩群的沉积时代和物质来源,结合前人研究得到如下结论:

(1) 变沉积岩碎屑锆石研究揭示哀牢山岩群的沉积物质主要来自于早古生代(550~450Ma)和新元古代(850~700Ma)两个时期。其中前者指示哀牢山岩群变沉积岩原岩沉积时代晚于中奥陶世,而非原先认为的古元古代。

(2) 碎屑锆石研究支持哀牢山岩群为古特提斯分支洋盆——金沙江-哀牢山-马江洋演化过程中沉积形成的认识,其沉积物源主要为扬子板块西缘新元古代花岗岩和印支陆块早古生代火山-岩浆岩。

致谢 中国地质科学院地质研究所王伟副研究员与刘利双博士参与了部分野外工作并给予了帮助;锆石测年实验过程中得到了山东冶金局李凤春、徐爽和顾新宇的帮助;两位审稿人对文章提出了许多建设性意见,对文中谬误的修改和理论的提升助益良多;在此一并表示感谢。
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