2020, Vol. 36
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心, 北京 100101
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
滇西地区由多个微陆块和多条构造带组成，从东到西包括思茅地块、昌宁-孟连构造带、保山地块、高黎贡韧性剪切带、龙陵-瑞丽断裂带和腾冲地块等(图 1)，是青藏高原构造带的东南延伸，是东特提斯构造域的重要组成部分(陈福坤等, 2006; 储著银等, 2009; Dong et al., 2013; Deng et al., 2014; 李三忠等, 2016; Xing et al., 2017; Zhu et al., 2018)。以昌宁-孟连构造带为界，向西一侧的腾冲、保山地块的早二叠统地层底部均发现了与冰川作用有关的杂砾岩和冷水-冷温水动物群，而冈瓦纳大陆早二叠世早期位于南半球的高纬度地区且被大陆冰川覆盖，表明腾冲、保山地块具有冈瓦纳大陆亲缘性；而向东一侧的思茅地块二叠系地层呈带状的强烈活动沉积与稳定沉积相间展布，前者主要是类复理石或复理石建造，并发育火山岩，后者以碳酸盐岩和砂岩、泥岩为主，这些地层内保存的生物化石类型为具有扬子地块特征的温水动物群(李兴振等, 1990; 云南省地质矿产局, 1990;邢晓婉和张玉芝, 2016)，被认为具有扬子地块的亲缘性。
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图 1 滇西保山地块构造地质简图 Fig. 1 Simplified tectonic map of the Baoshan Block in western Yunnan Province |
保山地块被普遍认为是滇缅泰马(Sibumasu)陆块的向北延伸部分(钟大赉, 1998; 姜朝松等, 2000; Metcalfe, 2013)，而滇缅泰陆块寒武纪-下二叠统地层中含有的冈瓦纳特征古动物群化石与西澳大利亚发现的化石类型具有十分显著的相似性，说明滇缅泰马陆块早古生代可能起源于澳大利亚大陆(Metcalfe, 2013)，因此保山地块作为滇缅泰陆块的一部分，在早古生代冈瓦纳大陆恢复中一直被认为位于澳大利亚大陆的北缘，陆块呈东西向延伸，经喜山期印度与欧亚大陆碰撞挤压，形成现在的南北走向(Metcalfe, 2013; Zhao et al., 2017; Zhang et al., 2018)。
沉积岩或变质沉积岩的碎屑锆石U-Pb年代学分析是限定地层沉积时代和追溯地体亲缘性的重要手段(Fedo et al., 2003; Andersen, 2005; Leier et al., 2007; Wang et al., 2007; Gehrels et al., 2011; Zhu et al., 2011; Cawood et al., 2012)。最新的碎屑锆石物源示踪研究表明保山地块早古生代地层如西盟群、勐统群和澜沧群的沉积盆地主要接受了具有印度大陆，而非澳大利亚大陆物源特征的碎屑沉积物(Li et al., 2015; 邢晓婉和张玉芝, 2016; 王舫等, 2017)。邢晓婉和张玉芝(2016)、王舫等(2017)分别对西盟群和澜沧群的变质砂岩和石英岩样品进行碎屑锆石U-Pb年代学分析，这些样品的年龄谱中既没有显示扬子地体特有的870~730Ma峰期(Duan et al., 2011；Chen et al., 2016, 2018)，也没有澳大利亚大陆的~1170Ma碎屑锆石年龄峰(Veevers et al., 2005)，而均显示了980~910Ma年龄峰，证明西盟群和澜沧群的物源更有可能是印度大陆。Zhao et al. (2017)对勐统群、孟定街群和澜沧群的(变质)沉积岩的碎屑锆石U-Pb年代学研究发现，除了~960Ma的主特征峰之外，保山地块早古生代地层还显示了一期1200~1060Ma的明显峰期年龄，由此推测保山地块沉积盆地的沉积物同时具有印度和西澳大利亚的物源特征。因此保山地块在早古生代冈瓦纳大陆中的位置仍未有定论，且相关的碎屑锆石的研究工作集中于东部地层(如澜沧群、西盟群、勐统群等)，对位于西部的公养河群的研究较少，其沉积时代仍存在较多争论。耿马地区出露的孟定街群于2003年首次从勐统群中解体出来成为新的地层单元(云南省地质调查院，2003①)，其研究程度较浅，仍需更多的工作对其沉积时代、物源特征等问题进行深入研究。
① 云南省地质调查院.2003. 1:25万临沧县幅、滚龙幅区域地质调查报告
本文以保山孟定街群和公养河群的砂岩样品为研究对象进行碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究，公养河群可以提供西部的早古生代物源信息，为保山地块的整体认识提供重要证据。我们的研究结果表明，保山地块早古生代地层来自印度大陆的碎屑物质占有统治地位，因此我们认为保山地块在冈瓦纳大陆重建中的位置应该是在印度大陆的北缘，但是其东侧孟定街群可能也接受了部分来自澳大利亚大陆的碎屑物质，因此其东侧应该靠近澳大利亚大陆。
1 地质背景和样品保山地块位于滇西地区昌宁-孟连构造带和龙陵-瑞丽断裂带之间(图 1)。保山地块的沉积地层连续性较好，最古老的地层是出露于该地块西部的龙陵县桃子寨、公养河一带的震旦系-寒武系公养河群，变质程度普遍较低，是一套巨厚的、具类复理石韵律的浊流至半深海相沉积，由浅变质的砂岩和泥板岩组成，夹少量灰岩和硅质岩，少见生物化石。该群可分为上段和下段，其上段分为三部分(图 2a)，上部含有韵律状板岩夹石英砂岩，具有少量硅质岩和泥质条带状灰岩；中部为板岩夹韵律状板岩、石英砂岩及杂砂岩；下部是板岩夹硅质岩和细粒的长石石英砂岩。其下段分为两部分，上部为变质含长石石英砂岩、云母细砂岩夹板岩；下部为韵律状板岩夹含长石细砂岩。公养河群顶部含化石，在平达街剖面可见含海绵骨针Protospongia sp.，在酒房街一带可获得微古生物Asperatopsophosphaera bavlensis、Baltisphaeridium和Lophosphaeridium等，与其上覆的含晚寒武世三叶虫的上寒武统核桃坪组为整合接触关系。
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图 2 公养河群(a)及孟定街群(b)地层柱状图 Fig. 2 The stratigraphic columns of the Gongyanghe Group (a) and the Mengdingjie Group (b) |
前寒武纪-早古生代变质地层还包括澜沧群、西盟群、勐统群和孟定街群，其中澜沧群位于云县-勐海一带，紧邻二叠纪澜沧花岗岩基，呈南北向展布，其主体为一套中元古界-奥陶系低绿片岩相变质沉积岩和基性火山岩，其原岩是一套浅海陆缘环境下沉积的粉砂质泥岩和长石石英砂岩等，并伴有火山活动(云南省地质矿产局, 1990; 翟明国等, 1990; 钟大赉, 1998; 王舫等, 2017; 毕丽莎等, 2018)。西盟群位于澜沧江深断裂、柯街断裂及南汀河断裂之间，是一套连续的火山碎屑、陆源碎屑和碳酸盐岩，厚度>1200m，与周围古生代浅变质岩系之间呈断层接触，其变质程度较高，古生物化石较少(云南省地质矿产局, 1990; 邢晓婉和张玉芝, 2016)。勐统群出露于昌宁、耿马一带，为一套轻变质的类复理石建造，厚度大于3000m，其岩石组成为千枚岩、板岩、结晶灰岩和绢云母石英片岩，并含有变质长英质-镁铁质火山岩(云南省地质矿产局, 1990)。
2003年1:250000滚龙幅和临沧幅区域地质调查(云南省地质调查院，2003)首次将孟定街群从原来的“勐统群”中解体出来，成为新的地层单位。该群以变质程度较低的变质砂岩、杂砂岩和千枚状板岩及板岩为主，夹硅质岩、碳酸盐岩及基性火山岩(毛晓长, 2016)。按其岩石组合可以划分为两段：上段以变质石英砂岩为主，夹少量砂岩、含砾砂岩和绢云母板岩；下段的上部为硅质绢云母千枚状板岩和绢云母板岩，并夹基性火山岩，中部以斜长绢云片岩和石英砂岩为主，下部为斜长绢云母板岩，夹石英砂岩(图 2b)。毛晓长(2016)根据南望河剖面的古生物化石资料将孟定街群划分为奥陶-志留系地层。其上部砂岩碎屑锆石中的最小谐和年龄482Ma，暗示孟定街群的最大沉积年龄可能是早奥陶世(Zhao et al., 2017)。
保山地块晚寒武世-中侏罗世逐渐转变为以浅海碎屑岩和碳酸盐岩沉积为主，晚寒武世-中奥陶世发生了明显的差异抬升，西部隆起较早，龙陵一带缺失晚寒武世-早奥陶世沉积，而东部施甸区仅缺失早奥陶世沉积。奥陶纪至泥盆纪，保山地块西部发育粗碎屑和镁质碳酸盐岩，东部发育潮坪-浅海相泥岩、粉砂岩、砂岩和石英砂岩等，含丰富的生物化石，由西向东水体逐渐变深(毛晓长, 2016)。缺失中石炭统、上二叠统和下三叠统，在石炭系的顶部出现含冰川漂砾的碎屑岩，并有玄武岩、安山玄武岩的喷溢。中生界地层超覆不整合于不同时代的老地层之上，以碎屑岩沉积为主，夹中基性和中酸性火山岩，东、西两侧的顶部发育红色磨拉石。新生界地层为上新统砂砾岩和含煤碎屑岩。
本文样品采自保山地块西部的公养河群的上段和东部的孟定街群的上段，共6件沉积岩样品。其中，公养河群的10DX93A和10DX94样品为石英砂岩，呈灰色块状构造，主要矿物为次棱角状石英，含少量黑云母，局部矿物颗粒间隙内填充黏土矿物(图 3)。孟定街群的4个变质石英砂岩样品(10DX108、10DX110B、10DX111B和10DX111F)的主要矿物为次棱角状石英、少量黑云母和黏土矿物，层理清晰，并有与层理平行的暗色条带。采样位置见图 1和图 2。
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图 3 滇西保山地块部分公养河群和孟定街群样品 Q-石英；Bi-黑云母；CL-黏土矿物 Fig. 3 Samples from the Gongyanghe and Mengdingjie groups in the Baoshan Block Q-quartz; Bi -biotite; CL-clay mineral |
野外采集的新鲜岩石样品在河北廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司进行碎屑锆石分选，每个样品分选出的锆石均多于2000粒，然后在北京锆年领航科技有限公司进行制靶并拍摄CL图像。在双目镜下随机挑选200粒晶形完好、透明干净、裂隙少的锆石颗粒，用双面胶将锆石固定在玻璃板上，用环氧树脂填充固结制成锆石靶，并进行抛光、镀碳。随后使用扫描电镜进行锆石阴极发光图像(CL)分析，揭示锆石的内部形态结构，并以此为选择分析点的依据，选点时避开破裂或者含有包裹体等可能影响测试结果的位置。碎屑锆石的U-Pb定年和Hf同位素分析均在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室的激光剥蚀-多接收等电感耦合离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)仪器上完成。该仪器配备了美国Resonetics公司生产的RESOlution M-50 193nm激光剥蚀系统和Neptune型多接收电感耦合等离子体质谱仪。激光剥蚀以He作为载气，束斑为24μm或44μm，脉冲频率为4~5Hz，脉冲能量为80mJ/cm2，每个分析点的气体背景采集时间为30s，信号采集时间为30s。
锆石U-Pb定年采用国际标样91500 (Wiedenbeck et al., 1995)进行U-Th-Pb比值和U含量分馏校正，每隔10个样品点测定两次标样，保证样品和标样的测试条件一致。锆石Plesovice (Sláma et al., 2008)被用作监控标样，所有标样测定的年龄值均在其推荐的3%以内，分析及计算的误差均为1σ。
锆石Lu-Hf同位素分析采用175Lu/176Lu=0.02655和176Yb/173Yb=0.7963 (Vervoort et al., 2004)进行干扰校正，176Hf/177Hf的比值用179Hf/177Hf=0.7325进行校正。用标准锆石Penglai (Li et al., 2010)与样品交叉分析，每隔8个样品测试点测定两次Penglai，以监控分析流程的可靠性，标样的测试结果在其推荐的±1.5εHf之内。计算初始176Hf/177Hf采用176Lu的衰变常数为1.867×10-11/a (Scherer et al., 2001)，计算εHf(t)值所使用的球粒陨石标准值为Bouvier et al. (2008)报道的176Hf/177Hf=0.282785和176Lu/177Hf=0.0336。锆石单阶段模式年龄(tDM1)采用现今亏损地幔值176Lu/177Hf (0.0384)和176Hf/177Hf (0.28325) (Griffin et al., 2000)进行计算，两阶段模式年龄(tDM2)使用平均大陆地壳的176Lu/177Hf值为0.015 (Griffin et al., 2000)。
3 分析结果本文样品的U-Pb和Hf同位素测试结果分别见电子版附表 1和附表 2。因为207Pb和206Pb化学性质极相似，丢失率较一致，因此对于放射成因Pb积累较多的古老锆石(多存在不同程度的Pb丢失)207Pb/206Pb年龄更为可靠。在实际分析测试中207Pb的分析精度较差，而年轻矿物颗粒中206Pb含量远远多于207Pb含量会造成207Pb/206Pb相当大的分析误差，且年轻锆石遭受Pb丢失的可能性比较小，故而年轻锆石使用更加可靠的206Pb/238U年龄。Spencer et al. (2016)收集了~38000个LA-ICP-MS (Voice et al., 2011)和约5000个SIMS (Wingate et al., 2015)锆石U-Pb年龄分析结果，表明使用1500Ma作为选择206Pb/238U年龄或207Pb/206Pb年龄的交叉值更为合适。因此，本文中对于206Pb/238U年龄大于1500Ma的老锆石颗粒以207Pb/206Pb年龄为准，对于206Pb/238U年龄小于1500Ma的年轻锆石颗粒以206Pb/238U年龄为准。
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附表 1 公养河群和孟定街群碎屑锆石U-Pb定年结果 Appendix Table 1 U-Pb data for detrital zircons from the Gongyanghe and Mengdingjie groups |
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附表 2 公养河群和孟定街群碎屑锆石Lu-Hf同位素测试结果 Appendix Table 2 Lu-Hf isotope data for detrital zircons from the Gongyanghe and Mengdingjie groups |
在碎屑锆石U-Pb年龄研究中，通常以谐和年龄数据作为讨论的依据，但对于“谐和”的定义，不同学者往往有不同的标准。通常以U-Pb年龄谐和度70%~95%作为最低谐和度，其中谐和度大于90%是最常见的标准，这取决于不同的数据的处理技术和对数据可靠度的要求。如使用精度较差的定年仪器，如四级杆等电感耦合离子体质谱(Quadrupole ICP-MS)，更容易获得谐和度高的数据(Spencer et al., 2016)，这种对谐和度选择的任意性将会对数据的解释造成显著的不确定性。本文采用Spencer et al. (2016)推荐的一个更为严苛的方法，其原则是较大限度的减少Pb丢失造成的误差对碎屑锆石U-Pb年龄数据解释的影响。该方法是以207Pb/206Pb年龄值为横坐标，以206Pb/238U年龄值为纵坐标，做碎屑锆石的207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解。在该图解中，1:1线表示207Pb/206Pb年龄和206Pb/238U年龄完全吻合，样品不存在Pb丢失。当测试点的误差椭圆与1:1线相交，表示其207Pb/206Pb年龄和206Pb/238U年龄在误差范围内吻合，样品Pb丢失程度较小，该结果视为“谐和年龄”，否则视为“不谐和年龄”，不谐和年龄不在本文讨论范围之内。本文的样品数据中所有按此规则认定的“谐和年龄”的207Pb/206Pb年龄和206Pb/238U年龄接近程度(即一般所谓的谐和度)均大于93%。所有颗粒的Th/U值均大于0.1，阴极发光图像均显示其具有明显的环带状，可以确认它们均为岩浆成因锆石(Hoskin and Schaltegger, 2003)。样品中也可见无岩浆环带的疑似变质锆石，但本文的物源分析中未有采用，一是因为变质锆石数量少，不足以进行统计分析和构筑年龄频谱图，二是因为一般源区的岩浆事件更具有容易区别的年龄谱。
本文中使用Isoplot R软件(Vermeesch, 2018)绘制碎屑锆石的207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解和年龄分布KD频谱图(Vermeesch, 2012; Spencer et al., 2016)。KD频谱图是指在概率频谱图的基础上，用核密度估计值(Kernel density estimates, KDE)平滑处理反映密度的曲线。其基本原则是在样品分布的峰值附近使用较窄的频带，并在样品分布稀疏的波谷中使用较宽的频带(Vermeesch, 2012, 2018)，对数据的有效性进行优化。本节参考的所有标准均适用于本文实验所得的数据和本文所引用的文献数据。
3.1 公养河群样品样品10DX93A：碎屑锆石颗粒直径范围是60~130μm，颗粒形态呈圆状至次棱角状(图 4a)，其中古老锆石颗粒的磨圆度较好，可能经历了长距离搬运。该样品共获取了62个碎屑锆石分析点，Th/U值为0.13~1.58，在207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解上共获得56个谐和年龄(图 5a)，年龄范围为3522~541Ma，KD频谱图显示该样品的主年龄特征峰期为1050~900Ma(峰值为~990Ma)，次级峰期年龄有2550~2400Ma(峰值为~2470Ma)和1650~1550Ma(峰值为~1580Ma) (图 5b)。该样品年龄谐和锆石的εHf(t)值变化于-22.6~+11.0之间，单阶段模式年龄(tDM1)为4.03~1.13Ga，二阶段模式年龄(tDM2)为4.62~1.20Ga。
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图 4 保山地块公养河群和孟定街群碎屑锆石CL图像 Fig. 4 CL images of detrital zircons from the Gongyanghe and Mengdingjie groups in Baoshan Block |
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图 5 公养河群碎屑锆石207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解(a、c)及年龄频谱图(b、d) 红线：谐和年龄；蓝线：不谐和年龄；n=谐和年龄个数/总测试点个数 Fig. 5 Diagrams of 207Pb/206Pb-206Pb/238U age (a, c) and age spectrum distributions (b, d) of detrital zircons from the Gongyanghe Group Red line: concordant ages; blue line: discordant ages; n=concordant age number/total analyses number |
样品10DX94：碎屑锆石颗粒大小在50~120μm之间，其形态呈次圆状至圆状(图 4b)。该样品共64个碎屑锆石分析点，Th/U值的范围是0.13~1.45，在207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解上获得61个年龄范围在3863~533Ma的谐和年龄(图 5c)。在KD频谱图中，以~990Ma为主年龄特征峰(1050~950Ma峰期)，~1860Ma和~2600Ma为次级年龄峰(图 5d)。该样品年龄谐和锆石颗粒的εHf(t)值为-37.8~+6.1，单阶段模式年龄(tDM1)为3.04~0.98Ga，二阶段模式年龄(tDM2)为4.26~1.20Ga。
3.2 孟定街群样品样品10DX108：碎屑锆石颗粒大小为60~150μm，呈球状、短柱状或长柱状，磨圆度较好(图 4c)。碎屑锆石分析点共计44个，在207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解上仅获得19个谐和年龄(图 6a)，其他碎屑锆石可能为经历了Pb丢失事件的变质锆石。谐和年龄的范围在2800~468Ma，Th/U值为0.24~1.48。其中，~520Ma为主年龄特征峰，~960Ma和~2530Ma为次级年龄峰(图 6b)。样品的εHf(t)值为-13.2~+9.3，单阶段模式年龄(tDM1)为3.14~0.71Ga，二阶段模式年龄(tDM2)为3.37~0.86Ga。
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图 6 孟定街群碎屑锆石207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解(a、c、e、g)及年龄频谱图(b、d、f、h) 红线：谐和年龄；蓝线：不谐和年龄；n=谐和年龄个数/总测试点个数 Fig. 6 Diagrams of 207Pb/206Pb-206Pb/238U age (a, c, e, g) and age spectrum distributions (b, d, f, h) of detrital zircons from the Mengdingjie Group Red line: concordant ages; blue line: discordant ages; n=concordant age number/total analyses number |
样品10DX110B：碎屑锆石颗粒直径范围是60~120μm，磨圆度较好(图 4d)。在62个碎屑锆石分析点中，有41个年龄值为谐和年龄(图 6c)，其范围是547~3097Ma，Th/U值为0.11~3.07。大部分锆石U-Pb谐和年龄集中在1150~800Ma范围内，以~1000Ma为主年龄特征峰，少量古老锆石显示为~2430Ma的次级年龄峰(图 6d)。样品的εHf(t)值为-39.5~+10.5，单阶段模式年龄(tDM1)为3.51~0.92Ga，二阶段模式年龄(tDM2)为4.42~1.04Ga。
样品10DX111B：该样品的锆石颗粒大小为70~110μm，颗粒形态呈圆状至次棱角状(图 4e)。65个碎屑锆石分析点在207Pb/206Pb-206Pb/238U年龄图解上共有56个为谐和年龄(图 6e)，其范围是2519~458Ma，Th/U值在0.11至2.89之间。在年龄分布KD频谱图中显示了~970Ma的主年龄特征峰和~1120Ma的次级年龄峰(图 6f)。谐和锆石颗粒的εHf(t)值范围是-34.0~+8.2，单阶段模式年龄(tDM1)为1.04~3.04Ga，二阶段模式年龄(tDM2)为1.19~3.64Ga。
样品10DX111F：碎屑锆石颗粒直径是50~150μm，其形态呈半圆状至次棱角状，部分颗粒为长柱状(图 4f)。该样品的碎屑锆石分析点共计61个，其中有50个谐和年龄值(图 6g)，范围是2848~543Ma，Th/U值在0.11~1.57之间。在KD频谱图中，该样品的谐和年龄主要分布在2800~2550Ma和1200~850Ma两个峰期，峰值分别为~2500Ma和~980Ma。部分样品分布在1700~1550Ma峰期内，对应的次级年龄峰值为~1660Ma(图 6h)。该样品的εHf(t)值是-28.5~+10.5，单阶段模式年龄(tDM1)为1.04~3.44Ga，二阶段模式年龄(tDM2)为1.14~4.04Ga。
4 讨论 4.1 地层的沉积时代 4.1.1 公养河群沉积时代限定公养河群于1965年由云南省地质局第一区域地质调查大队首次命名，最初被认为是一套巨厚的细粒类复理石建造，与上覆的上寒武统地层为整合接触关系。该群的上段含有丰富的寒武系海绵骨针和三叶虫化石，但其下段部分藻类化石可与缅甸境内的晚元古代-寒武纪Chaung Magyi群对比，该群不整合于Mogok系之上，并与上覆上寒武统地层呈不整合接触关系，因而推测滇西公养河群下段属震旦系(云南省地质矿产局, 1990)。曹仁关和陆瑞芳(1991)在公养河群下段的石英砂岩中发现遗迹化石Paracruziana longlingensis Cao et Lu，为寒武纪硬壳节肢动物的抓痕，而震旦纪一般出现软体动物形成的蠕动痕迹，所以认为其时代应属早寒武世。但这一结果受到后来的古生物地层研究结果的质疑，贵州省地质调查院在公养河群的板岩中获得早奥陶世的腕足化石Sinorthis cf. typical Wang和寒武纪以后的海百合茎化石Cyclocyclicus sp. (黄柏鑫, 2014)。公养河群由于岩性种类较少，化石稀少，通过生物层序法目前还未能准确限定其沉积时代。
邦迈地区的蒲满哨群是公养河群的上伏地层，二者为整合接触关系，杨学俊等(2012)在蒲满哨群剖面的变质基性火山岩夹层中获得499.2Ma的锆石U-Pb年龄。而本次研究结果表明，公养河群样品10DX93A和10DX94的碎屑锆石年龄谱中，最小的峰期年龄为549~533Ma，属晚元古代与寒武纪之交。因此，公养河群的最大沉积年龄为早寒武世早期，其沉积时代不可能是震旦纪，而应该在早寒武纪早期至晚寒武世早期之间，为早古生代寒武系地层。
4.1.2 孟定街群沉积时代限定毛晓长(2016)在孟定街群南袜河剖面的变质硅质灰岩中发现了中-上志留世的牙形刺(Belode- lla cf. resima、Panderodus striatus striatus以及Hindeodella equidentata等)，并在南望河剖面中获得牙形刺Hindeodella sp.(?)、Gnathodus sp.(?)和Ozatkodina sp.(?)，将孟定街群的沉积时代定为奥陶纪-志留纪。本次研究采获的4个孟定街群变质砂岩样品中碎屑锆石谐和年龄的最小峰期为576~458Ma，表明孟定街群最下限沉积年龄为晚奥陶世。由于该群与二叠系地层断层接触，与侏罗系地层为不整合接触，且后期被三叠纪岩浆侵入，因此孟定街群沉积年龄的上限未能很好限制。孟定街群从勐统群中解体成为新的地层单位时间不过十几年，截止目前仍缺乏关于该群的岩相学、构造学等各个方面的研究资料，其沉积时代和构造环境等问题仍有待进一步研究。
4.2 物源分析保山地块与缅泰马陆块没有明显的构造分界线，前者一般被认为是后者的向北延伸部分(钟大赉, 1998; 姜朝松等, 2000; Metcalfe, 2013)。缅泰马陆块的寒武纪-早二叠世动物群化石和碎屑锆石研究也表明该陆块与澳大利亚大陆有一定的亲缘性，澳大利亚一直被认为是缅马泰陆块古生代主要的碎屑物质来源(Fang, 1994; Ueno, 2003; Hall and Sevastjanova, 2012; Metcalfe, 2013; Zhang et al., 2018)。保山地块古生代地层从西到东包括公养河群、勐统群、孟定街群、澜沧群和西盟群均展开了碎屑锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素的研究(表 1)。这些古生代的地层具有大致相似的碎屑锆石年龄分布频谱和Hf同位素特征(图 7、图 8)，表明各地层具有相似的沉积物源，整体以~970Ma为主要峰期年龄，~560Ma和~2470Ma为两个次级年龄峰。年龄在2400~2550Ma之间的碎屑锆石其εHf(t)值和二阶段模式年龄分别为+7.3~-19.7和4.28~2.55Ga，表明其源区既有来自新生地壳的组分，也有来自早太古代地壳的组分；年龄在1000~850Ma之间的碎屑锆石其εHf(t)值和二阶段模式年龄的范围更宽，分别为+13.4~-36.8和4.15~0.97Ga；年龄在600~500Ma之间的碎屑锆石的εHf(t)值和二阶段模式年龄范围分别是+9.3~-37.2和3.83~0.86Ga。~970Ma和~560Ma两个主要年龄峰的碎屑锆石中有超过60%的颗粒其εHf(t)值为负值，表明早元古代时期的新生物质在晚元古代-早古生代时期发生改造和地壳再循环作用。
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表 1 滇西保山地块碎屑锆石研究的数据汇总 Table 1 Summary of data on detrital zircons of the Baoshan Block |
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图 7 保山地块公养河群(a)、勐统群(b)、西盟群(c)、澜沧群(d)和孟定街群(e)碎屑锆石年龄谱系图 Fig. 7 Relative U-Pb age probability for detrital zircons of the Gongyanghe Group (a), Mengtong Group (b), Ximeng Group (c), Lancang Group (d) and Mengdingjie Group (e) of the Baoshan Block |
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图 8 保山地块公养河群、勐统群、西盟群、澜沧群和孟定街群碎屑锆石Age-εHf(t)图解 Fig. 8 U-Pb age (Ma) vs. εHf(t) diagram of detrital zircons of the Gongyanghe, Mengtong, Ximeng, Lancang and Mengdingjie groups of the Baoshan Block |
保山地块最年轻的一期碎屑锆石的峰值为~560Ma，其物质来源有两种可能，一种是环冈瓦纳的周缘地体经历的与原特提斯洋俯冲闭合有关的岩浆作用，另一种是在冈瓦纳大陆北缘广泛发育泛非构造热事件(570~520Ma)。在原特提斯洋俯冲闭合的过程中，东冈瓦纳大陆北缘(如特提斯喜马拉雅、西羌塘、拉萨、保山和腾冲等地块)广泛发育的岩浆作用，如保山地块平河岩体502~466Ma (Dong et al., 2013)，腾冲高黎贡韧性剪切花岗片麻岩500~484Ma(Eroǧlu et al., 2013; Wang et al., 2013)以及其他相邻地体(如拉萨、西羌塘、滇缅泰马、特提斯喜马拉雅地块等)的早生代岩浆活动集中在520~460Ma (Zhao et al., 2017)，明显滞后于保山地块最年轻的~560Ma碎屑锆石峰期。冈瓦纳超大陆北缘的Cadomian及Bhimpedian造山带的岩浆弧形成于约570Ma，并在在570~521Ma随着弧-陆碰撞的发生，弧后盆地闭合(Cawood et al., 2007; Linnemann et al., 2014)。这些岩浆活动时间与碎屑锆石年龄峰值吻合，可能是潜在的源区。冈瓦纳大陆的泛非热事件也可能为保山地块提供同期的沉积物源，如在Kuunga造山带发现大量560~530Ma的岩浆岩，Pinjarra造山带具有560~520Ma的岩浆活动记录(Cawood and Buchan, 2007)。因此，我们认为泛非构造热事件和原特提斯洋俯冲闭合事件产生的相关岩体均可能是保山地块最年轻的~560Ma碎屑锆石的源区。
在印度大陆东缘的东高止(Eastern Ghats)造山带报道了990~900Ma的岩浆岩体(Dasgupta et al., 2013)，与保山地块早古生代地层的碎屑锆石主年龄特征峰相当，因此我们的数据再次证实了前人关于保山地块古生界地层主要接受了来自印度大陆的碎屑沉积物的结论。此外，西羌塘(Pullen et al., 2008; Zhu et al., 2011; 董春艳等, 2011)和高喜马拉雅(Gehrels et al., 2006)的碎屑锆石主年龄特征峰也在980~960Ma之间(图 9)，与保山地块的年龄特征峰契合，且它们碎屑锆石年龄-Hf同位素分布模式基本(图 10)一致，而之前的研究者一般也都认为这些地块起源于东冈瓦纳的印度大陆。
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图 9 拉萨(a)、西澳大利亚(b)、保山地块(c)、西羌塘(d)和高喜马拉雅(e)碎屑锆石年龄谱系图 Fig. 9 Relative U-Pb age probability for detrital zircons of the Lhasa (a), West Australia (b), Baoshan Block (c), West Qiangtang (d) and Higher Himalaya (e) |
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图 10 保山、西羌塘、特提斯喜马拉雅和西澳大利亚各地块或大陆的碎屑锆石Age-εHf(t)图解 Fig. 10 Detrital zircon U-Pb Age vs. εHf(t) diagram of the Baoshan, West Qiangtang and Tethys Himalaya and West Australia blocks |
值得注意的是，本文的数据表明保山地块东侧的孟定街群还有一个较为明显的~1150Ma的次级年龄峰。这一结果与Zhao et al. (2017)关于澜沧群和孟定街群的碎屑锆石数据一致，证明了1.15~1.17Ga的碎屑锆石年龄峰期出现在保山陆块的早古生代地层中。印度大陆东北部的西隆高原经历了~1600Ma、~1100Ma和~500Ma三期岩浆事件，这与南迦巴瓦地区的岩浆构造活动期次一致，可能是喜马拉雅造山带中~1100Ma碎屑锆石的源区(Yin and Harrison, 2000；王誉桦等, 2014)。然而，西羌塘与保山地块具有可对比的前寒武基底和古生代-中生代岩浆活动，以及基本相似的碎屑锆石年龄谱可以证明二者相连。但是西羌塘地块和保山地块西部均缺少~1150Ma的年龄峰记录，如果来自印度西隆高原的~1100Ma碎屑锆石可以大量进入保山地块东缘，则无法解释该期碎屑锆石在保山地块西部和西羌塘地块的缺失。~1170Ma年龄峰值被认为是澳大利亚物源的诊断性标志(Zhu et al., 2011)。因此我们认为西澳大利亚Albany-Fraser造山带大量出露的~1170Ma的岩浆岩(Clark et al., 2000)(图 11)最有可能是这期碎屑锆石的物质来源。西澳大利亚(Cawood and Nemchin, 2000; Veevers et al., 2005)、拉萨地体(Leier et al., 2007; Zhu et al., 2011)的碎屑锆石研究中也发现了相近的年龄峰值以及U-Pb年龄Hf同位素分布模式(图 9、图 10)。总的来说，保山地块早古生代地层的沉积物源主要来自印度大陆，但东部地层显示可能有一定比例的西澳大利亚物源特征。
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图 11 早古生代东冈瓦纳大陆重建图(据Meert and Lieberman, 2008；Zhang et al., 2018修改) Fig. 11 Reconstruction of East Gondwana continent in the Early Paleozoic (modified after Meert and Lieberman, 2008; Zhang et al., 2018) |
碎屑锆石的年代学和同位素分析及物源示踪是目前恢复陆块古地理位置的重要方法。前人对保山地块早寒武世-中奥陶世西盟群帕可组的碎屑锆石研究中，碎屑锆石年龄频谱图显示了~570Ma和~960Ma两个主特征峰，推测该地层的沉积来源于特提斯喜马拉雅构造带(邢晓婉和张玉芝, 2016)。Li et al. (2015)对凤庆地区新元古界勐统群的碎屑锆石研究，认为保山地块在早古生代起源于印度大陆北缘。然而，在东部澜沧群和孟定街群的碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素分析中，Zhao et al. (2017)报道了1200~1060Ma、~960Ma和650~500Ma三个特征年龄峰，表明保山地块东部的沉积盆地可能同时接受了来自印度和西澳大利亚的物源，在早古生代冈瓦纳大陆重建中位于印度大陆和澳大利亚大陆之间。同样是对澜沧群的碎屑锆石研究，王舫等(2017)的数据没有显示澳大利亚物源特征的年龄峰，并认为该群的物源复杂，可与西羌塘、特提斯喜马拉雅和拉萨地体进行对比。本文结果表明包括西侧公养河群在内的整个保山地块的早古生代地层碎屑锆石均以980~960Ma为主要年龄峰期，与印度大陆北缘衍生地体的碎屑锆石主特征峰相似，沉积物源为印度大陆Eastern Ghats带内的同期岩浆岩体，因此保山地块起源于印度大陆北缘，而不是澳大利亚的北缘。另外，本文中孟定街群分析结果证实了保山地块东部(包括澜沧群在内)可能接受了一定比例的来自西澳大利亚Albany-Fraser造山带的~1170Ma的岩浆岩体的沉积物，因此保山地块的东侧在早古生代可能处于靠近西澳大利亚的一端(图 11)。
保山地块东侧的昌宁-孟连构造带保存了古特提斯洋的岩浆活动记录(张旗等, 1996; 范蔚茗等, 2009; Peng et al., 2013; Deng et al., 2014)，被认为是青藏高原中部的龙木错-双湖古特提斯缝合带的东南延伸。吉塘岩群出露于安多-类乌齐和北澜沧江一带，被认为是羌北地块的前寒武基底。其原岩的形成时代为中元古代末-新元古代早期，可与保山地块的崇山群和澜沧群进行对比(刘一鸣, 2017)。位于昌宁-孟连构造带西侧的保山地块和位于龙木错-双湖缝合带南侧的西羌塘地块在岩浆活动时空分布上具有相似性。如保山地块平河岩体的主要结晶时代为486~448Ma (董美玲等, 2012; Dong et al., 2013; 李再会等, 2013; Shi et al., 2016)，西羌塘地块的奥陶纪岩浆记录为476~471Ma (Zhao et al., 2014)；保山地块东部的晚三叠世二长花岗岩(231Ma)具有负的εHf(t)值(-26.8~-8.2) (聂飞等, 2012)，西羌塘北缘的晚三叠世花岗岩(212~208Ma)同样具有负的εHf(t)值(-7.0~-0.6) (Liu et al., 2016)。因此，保山地块被认为可能是西羌塘地块经东构造结挤压逃逸的东南延伸部分。本次研究中，保山与西羌塘地块具有十分相似的碎屑锆石U-Pb年龄谱以及Hf同位素特征(图 9、图 10)，可推测二者在早古生代可能是同一块体，位于印度大陆的北缘，具有相似的沉积物源。
总的来说，在早古生代冈瓦纳大陆重建中，西羌塘与保山地块同为一体，位于印度大陆的北缘(图 11)，共同经历了原特提斯洋、古特提斯洋等构造旋回，在新生代印度-亚洲陆-陆碰撞中经历了挤压变形和逃逸，形成今天的构造格局。
5 结论(1) 公养河群砂岩样品的碎屑锆石U-Pb谐和年龄在3862~533Ma之间，其中，最小峰期年龄为549~533Ma，由此可以推测公养河群的沉积上限为早寒武世早期。在前人研究中，整合于公养河群之上的蒲满哨群含有岩浆锆石年龄为499Ma的火山岩夹层，因此公养河群应属寒武系地层。
(2) 孟定街群的变质砂岩碎屑锆石谐和年龄范围是3097~542Ma，其最小峰期年龄为576~458Ma，因此孟定街群的最大沉积年龄为晚奥陶世。由于孟定街群的研究程度尚浅，上部与晚古生代地层为不整合接触关系，其沉积上限仍有待进一步研究。
(3) 保山地块早古生代沉积物源主要来自印度大陆，其东部可能还接受了部分来自西澳大利亚的沉积物质。
(4) 保山与西羌塘地块具有相似碎屑锆石年龄分布频谱，并发育同期岩浆活动，可能经历了相似的构造运动。二者在早古生代冈瓦纳大陆重建中均位于印度大陆北缘，保山地块较靠近西澳大利亚一侧。
致谢 本研究在实验测试过程中得到了中国科学院广州地球化学研究所杨晴工程师、张万峰工程师、张彦强工程师和张乐工程师的热心帮助，并且在文章撰写的过程中获得了澳大利亚科廷大学Christopher Spencer高级研究员的宝贵建议，在此表示最诚挚的感谢！
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