滇西凤庆三岔河晚三叠世火山岩年代学、地球化学特征及其地质意义

2018-12-27李国昌杨立刚田应贵费志斌李维忠

现代地质 2018年6期

李国昌,王巍,杨立刚,田应贵,费志斌,李维忠

(云南省地质矿产勘查院，云南昆明 650051)

0 引言

图1 研究区地质简图及大地构造位置图[1-2]Fig.1 Simplified geologic and tectonic maps of the study area[1-2]

滇西昌宁—孟连构造带是特提斯构造域的重要组成部分，国内外学者针对该地区特提斯演化进行了大量的研究，发现了晚古生代蛇绿混杂岩[1-3]、远洋沉积、洋岛海山[4-5]和高压蓝片岩、火山弧花岗岩[8-9]、三叠纪后碰撞花岗岩[10-11]、早古生代榴辉岩[12-13]、蛇绿混杂岩[14-15]、洋岛玄武岩[16]等，逐步认识到该地区同时存在早古生代大洋与晚古生代大洋的残迹，且晚古生代大洋是对早古生代大洋的继承发展[17]。上三叠统前陆磨拉石建造的角度不整合面则代表了特提斯构造演化的结束。构造带内火山岩十分发育，但前人对三叠纪以来的火山岩研究集中在临沧花岗岩以东的南澜沧江火山岩带内[18-19]，而临沧花岗岩以西的三岔河地区火山—沉积岩研究程度较低，一直以来均与南澜沧江火山岩带内中三叠统忙怀组火山岩对比[20]，缺乏可靠时代依据。本次工作通过系统的剖面测量、野外地质调查，开展了岩石学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究，将该套火山—沉积地层重新厘定为上三叠统雪山组。

1 地质背景

滇西凤庆三岔河上三叠统雪山组呈北西—南东向展布，其西侧为晚古生代被动—主动陆缘(南段组和拉巴组)，主要为一套巨厚的斜坡相变质石英杂砂岩和泥质板岩形成的复理石沉积和少量硅泥质沉积夹中酸性火山岩建造；东侧为早古生代大陆边缘沉积(澜沧岩群)，为一套大陆边缘硅泥质沉积和岛弧火山沉积。雪山组角度不整合于早古生代大陆边缘沉积物之上，其上被上三叠统—下侏罗统三岔河组平行不整合覆盖(图1，图2d)。

2 火山岩层序及其岩石学特征

凤庆县雪山组底部局部发育一套河流相粗碎屑岩，底部为磨拉石沉积建造(图2a)，厚度不一，局部地段缺失，主要由复成分砾岩-含砾岩屑砂岩-长石石英砂岩-泥质粉砂岩沉积层序构成，沉积层序常缺失上部的泥质粉砂岩，复成分砾岩底部常见冲刷面，砾石成分主要为石英、变质砂岩、片岩，分选磨圆较差，为河流相沉积。

图2 雪山组野外露头特征照片Fig.2 Geological cross-section of the Sanchahe area in Fengqinga.雪山组底部磨拉石建造；b、c.英安岩野外产出特征；d.雪山组角度不整合于下古生界澜沧岩群之上

图3 凤庆县三岔河雪山组火山岩剖面图Fig.3 Field photographs of the Xueshan Formation1.复成分砾岩；2.砂砾岩；3.含砾岩屑砂岩；4.粉砂质泥岩；5.英安岩；6.凝灰角砾状英安岩；7.英安质凝灰熔岩；8.英安质晶屑凝灰岩；9.沉晶屑凝灰岩；10.绢云石英片岩；11.断层角砾岩；12.断层破碎带；13.逆断层；14.平行不整合接触界线；15.志留系南坑河组；16.上三叠统雪山组；17.上三叠统-下侏罗统三岔河组；18.产状

雪山组上部为中酸性火山岩，以熔岩为主，伴有少量的凝灰岩，主要岩石类型为黑云角闪英安岩、黑云英安岩、英安质岩屑-晶屑凝灰岩、英安质沉凝灰岩(图2b、c)。火山岩主要可以划分出两个喷发亚旋回(图3)：第一个喷发亚旋回由黑云英安岩、英安质晶屑凝灰岩组成，属于喷溢-爆发亚相；第二个喷发亚旋回由黑云英安岩、凝灰角砾状英安岩、沉晶屑凝灰岩组成，属于喷溢-沉积亚相。火山活动以宁静式喷溢为主。火山岩主要岩石类型岩性特征描述如下。

灰白色(中)细粒黑云角闪英安岩呈斑状结构，块状构造。斑晶主要由斜长石(d=0.3～2.5 mm，26%)、石英(d=0.1～0.3 mm，5%)、角闪石(d=0.3～1.5 mm，10%)和黑云母(6%)组成；基质主要由细粒状的石英(15%)和长石(38%)组成。岩石中部分暗色矿物粒度细小与基质粒度相差不多，散状分布于基质中。

暗灰色(中)细粒黑云英安岩呈细斑状结构，块状构造，主要由斑晶及基质组成。斑晶(55%)主要为较细小的蚀变斜长石(d=0.2～0.5 mm，38%)、相对稍大的石英(d=0.3～2.0 mm，13%)及少量黑云母；基质(45%)主要由微粒的石英(15%)及强泥化霏细状长英质(30%)等组成。岩石含微量的磁铁矿和黄铁矿。

英安质岩屑-晶屑凝灰熔岩呈晶屑凝灰角砾状结构，块状构造，主要由岩屑、晶屑物及胶结成分构成。晶屑(d=0.2～2.0 mm)主要为斜长石(45%)、石英(6%)和暗色矿物(4%)；岩屑(d=1～3 mm，22%)主要为英安质成分，具斑状结构，细小斑晶为斜长石、石英及暗色矿物；胶结成分(33%)主要为霏细状长英质成分的熔岩，多已风化蚀变，大部分被黏土化及氧化铁质取代。

2 测试方法

图4 雪山组火山岩典型锆石CL图像、点号及206Pb/238U年龄Fig.4 Zircon CL images showing the analysis spots and 206Pb/238U ages for the Xueshan Formation dacite

锆石单矿物分选由河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成。在双目镜下手工挑纯，选取代表性的锆石颗粒制成环氧树脂样品靶。抛光后拍摄锆石的反射光、透射光及阴极发光CL显微照片(图4)，依据显微照片显示的锆石特点，选择合适的颗粒及颗粒的合适部位进行U-Pb同位素测定。锆石阴极发光图像拍摄在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。仪器为高真空扫描电子显微镜(JSM-IT100)，配备有GATAN MINICL系统。工作电场电压为10.0～13.0 kV，钨灯丝电流为80～85 μA。锆石U-Pb同位素定年和微量元素含量在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS同时分析完成。GeolasPro激光剥蚀系统由COMPexPro 102 ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成，ICP-MS型号为Agilent 7700e。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。每个时间分辨分析数据包括20～30 s的空白信号和50 s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSData Cal完成。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3完成。岩石微量和稀土元素在北京大学造山带与地壳演化实验室利用ICP-MS分析完成。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年龄

两件英安岩样品采自三岔河剖面(PM001)。锆石阴极发光图像显示，绝大多数锆石呈自形透明，棱柱状，长100～300 μm，长宽比5∶1～2∶1，这些锆石绝大多具有明显的振荡环带，指示为岩浆成因[21-22]，部分锆石内部具有残留的继承锆石核。

样品PM001-4-4共测定19个点。锆石的U、Th含量分别为303×10-6～717×10-6和112×10-6～667×10-6，Th/U比值为0.24～0.95，具有典型岩浆锆石的Th/U比值(表1)。19个点中11、17号点位于古老的继承性核部，206Pb/238U年龄分别为418 Ma、1 065 Ma，其余17个点均具有一致的206Pb/238U年龄，年龄为212～226 Ma。在年龄谐和曲线图(图5(a))中，数据点成群分布，其206Pb/238U年龄的加权平均值为(218.8±0.70) Ma(MSWD=0.83，n=0.36)。

样品PM001-6-3共测定18个点。锆石的U、Th含量分别为303×10-6～717×10-6和112×10-6～667×10-6，Th/U比值为0.24～0.95，均具有典型岩浆锆石的Th/U比值(表1)。18个点均具有一致的206Pb/238U年龄，年龄为205～213 Ma，在年龄谐和曲线图(图5(b))中，数据点成群分布，其206Pb/238U年龄的加权平均值为(209.7±0.81) Ma(MSWD=1.03，n=0.31)。

3.2 地球化学特征

各类岩石的主量元素分析结果按11项氧化物

标准化并进行全铁的调整后的数值如表2所示。岩石高硅高铝，SiO2含量67.43%～71.07%，Al2O3含量13.18%～16.15%，铝饱和指数A/NK多大于1，其范围为1.65～2.49，A/CNK值为0.94～2.23，为过铝质岩石，全碱4.51%～6.33%，富K2O，K2O/Na2O为1.07～2.29，从SiO2-K2O的关系可以看出高钾钙碱性系列岩类特征；根据TAS分类图(图6)，火山岩的定量化学命名均为英安岩，与野外观察和镜下鉴定结果一致。在微量元素方面，这些样品稀土总量ΣREE=180.75×10-6～216.13×10-6，LREE/HREE=8.36～8.92，(La/Yb)N=9.11～11.07，稀土元素球粒陨石标准化配分曲线呈轻稀土强富集的右倾，(La/Sm)N=3.36～3.82、(Gd/Yb)N=1.75～2.11，表明轻、重稀土均强烈分馏，轻稀土分馏较重稀土明显。δEu为0.58～0.61，中等负铕异常，表明岩浆在成岩过程中经历过斜长石分离。从微量元素原始地幔标准化蛛网图(图7)中可以看出，Ta、Ba、Nb、Sr亏损，Rb、Th富集。

图5 雪山组火山岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.5 U-Pb zircon concordia diagrams for the dacite of the Xueshan Formation

样品编号SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5K2O/Na2OA/NKA/CNKPM003-3-167.430.7113.811.814.130.082.962.582.723.610.161.331.651.06PM003-5-167.910.6313.341.853.970.083.192.892.013.890.231.931.771.04PM003-19-167.780.6013.181.943.710.083.123.801.943.700.171.911.830.94PM001-4-471.070.7216.152.502.810.090.600.401.583.610.182.292.482.23PM001-6-368.070.7315.222.054.050.101.753.152.182.330.161.072.491.29样品编号ZrZnVThScSrRbNiNbCuCrCoBaHfPM003-3-182.1867.5088.3423.5816.61259.72163.2921.3211.8634.9866.2714.021 010.933.00PM003-5-184.5866.6288.6923.8915.85231.58165.8118.5912.5530.3280.8912.85886.063.09PM003-19-183.8443.4879.4125.7416.16195.54153.3418.8512.7220.2353.2112.70826.733.09PM001-4-4202.8052.68103.5020.1811.7639.00177.9029.7313.248.1491.4013.52349.706.46PM001-6-3182.0056.08101.2016.4611.7099.11114.1019.079.108.9969.9013.60437.905.97样品编号TaYLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmPM003-3-11.0725.1337.7977.328.9631.997.011.276.010.925.020.992.600.36PM003-5-11.2125.7436.9376.648.8031.406.901.295.960.915.051.002.670.37PM003-19-11.5325.5337.9878.749.0433.687.031.286.070.925.091.012.690.39PM001-4-41.6232.1643.4293.9610.0638.427.151.336.751.035.781.133.260.47PM001-6-30.9526.6137.6179.278.7234.166.501.286.040.955.401.023.010.43样品编号YbLuΣREELREE/HREEδEu(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)NPM003-3-12.300.37182.898.850.5811.073.392.11PM003-5-12.420.39180.758.620.6010.293.361.99PM003-19-12.530.41186.878.770.5910.113.401.93PM001-4-42.920.45216.138.920.5810.023.821.86PM001-6-32.780.42187.588.360.619.113.641.75

图6 火山岩TAS图解(a)和K2O-SiO2图解(b)Fig.6 TAS (a) and K2O vs.SiO2(b) plots for the Xueshan Formation dacite

图7 稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化数值据Sun，1989) Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized multi-element spider diagram (b) for theXueshan Formation dacite (normalizing values from Sun, 1989)

4 讨论

4.1 火山岩形成时代

如前所述，本研究对三岔河地区雪山组英安岩进行了详细的 LA-ICP-MS 锆石测年工作。这些样品中锆石大多为自形晶，具有清晰的振荡环带和高的Th/U比值，这些均为岩浆成因锆石的典型特征。锆石测年结果表明，这些岩浆成因的锆石U-Pb年龄为209.7～218.8 Ma，该年龄应代表该套英安岩的形成年龄。

前人对该套火山岩年代学的研究较少，但获得了大量关于东侧南澜沧江火山岩带内的三叠纪火山岩的年龄数据：彭头平等[23]获得云县棉花地忙怀组上段流纹岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为231 Ma；王岳军等[24]获得棉花地—丙令河剖面小定西组玄武安山岩和芒汇河组安山岩样品中SHRIMP锆石U-Pb年龄为214 Ma和210 Ma；1∶5万云县、洛党等6幅区域地质调查[25]工作中，获得云县忙怀一带忙怀组流纹岩中锆石U-Pb LA-ICP-Ms年龄为246 Ma，获得云县山头街小定西组安山玄武岩中锆石U-Pb LA-ICP-Ms年龄为212 Ma；1∶25万景洪幅区域地质调查[26]工作中获得了江桥一带芒汇河组流纹岩中锆石U-Pb LA-ICP-Ms年龄为196 Ma、198 Ma。从上述诸多年代学数据来看，将三岔河地区的英安岩与南澜沧江火山岩带内的忙怀组对比显然不太合适，而其形成时代上与小定西组基本一致，但其岩性组合上存在较大差异。

图8 雪山组火山岩微量元素构造环境判别图解Fig.8 Tectonic discrimination diagrams of the dacite from the Xueshan Formation

4.2 岩石成因

该套英安岩具有较高的K2O/Na2O比值，铝过饱和指数A/CNK值除1件为0.94外，其余样品均大于1，属过铝质高钾钙碱性系列，微量元素方面表现出亏损Ta、Ba、Nb、Sr，而富含Rb、Th，%与典型的壳源花岗岩相似。英安岩具有较高的TFeO+MgO+TiO2值(8.85%～9.65%)以及较低的SiO2含量(67.43%～71.07%)，表明岩石可能形成于变沉积岩的重熔；英安岩锆石中含有大量不同时期(418 Ma 、1 065 Ma)的继承锆石核，也支持其原岩可能为变沉积岩的观点。研究表明，花岗质熔体中的CaO/Na2O比值主要受原岩成分的控制，CaO/Na2O比值大于0.3时，其物源为富含大量长石而贫黏土的碎屑岩[27]，而本区英安岩CaO/Na2O比值为0.25～1.95，除1件样品以外其他均大于0.3，表明物源主要为富长石的碎屑岩，从源区岩性以及继承锆石年龄来看，区内英安岩物源可能主要为区域内广泛出露的澜沧岩群。另外，花岗质岩浆的形成温度可以通过Al2O3/TiO2比值来判断，当Al2O3/TiO2比值<100时，源区温度较高(>875 ℃)[27]，本区英安岩Al2O3/TiO2比值为19.46～22.30，均远小于100，说明其源区温度较高。这说明岩浆形成可能伴随幔源岩浆的底侵作用，幔源岩浆为其带来了足够的热量。

综上所述，雪山组英安岩可能是古老地壳物质(富含长石的碎屑岩为主)受底侵幔源岩浆作用在温度较高的环境中重熔形成。

4.3 构造环境判别

岩浆岩组合和岩石地球化学特征与大地构造环境具有密切的关系[29-32]。雪山组英安岩属高钾钙碱性系列岩石，是后碰撞环境的典型组合。许多学者根据岩石地球化学特征从不同角度提出了大量有效的构造环境判别图解，雪山组英安岩在Rb-(Y+Nb)判别图解中，全部样品投点落入后碰撞花岗岩区；在Rb-Hf-Ta图解中，大部分落在碰撞晚期-后碰撞花岗岩区(图8)。

经过近年来的大量研究表明古特提斯洋盆已于晚三叠世闭合[33-34]，本研究于临沧花岗岩中发现年龄在210 Ma左右的后碰撞花岗岩也对这一观点提供了很好的支撑。另外，雪山组底部砾岩中砾石无分选和磨圆，砾石成分主要来源于下伏地层的变质岩石，说明砾岩为近源快速堆积而成，可能也与洋盆关闭后陆壳隆升有关。由于古特提斯洋盆的向东俯冲，至早中三叠世陆—陆(弧)碰撞，导致俯冲的洋板块从根部断裂而进入地幔，而下沉的洋板块留下的空间导致热的软流圈地幔上涌，对下地壳进行加热，致使其重熔形成中酸性岩浆，形成了该地区的晚三叠世英安岩。

结合构造环境判别图解与野外岩石组合，认为该套英安岩应该形成于后碰撞的构造背景，是古特提斯洋盆闭合后陆内应力调整阶段的产物。