双江县勐库地区三叠纪岩脉体地质特征及意义

2019-06-13田素梅李序贵吕勃烨

云南地质 2019年2期

田素梅，李序贵，吕勃烨

(云南省地质调查院，云南昆明 650216)

云南昌宁-孟连构造带位于全球性的特提斯造山带东段。从西至东可包括铜厂街蛇绿混杂岩、勐库蛇绿混杂岩、临沧花岗岩体等。该地区经历各个时期的地质演化后，仍保留有完整的原特提斯构造、古特提斯构造演化的物质记录，多年来一直为国内外地质界研究的热点地区[1～3]。由于构造带本身复杂的的构造演化历史及交通条件的落后，使得关于该构造带演化历史的研究依然存在很多未解决的问题。作为特提斯构造域中的重要单元，临沧花岗岩体从上世纪六十年代起就引起研究者的重视，并进行过不同侧面的研究[4～8]。但是由于岩基规模巨大、岩体本身的复杂性等原因，使得对该岩体尚缺乏全面、系统的工作。近期云南地调院开展的1∶5万香竹林项目在双江县勐库地区银厂河一带识别出了一套与在勐库蛇绿混杂岩中呈岩脉状、岩株状产出的花岗质岩脉(图1)，野外观察表明其应为临沧花岗岩基的一部分，岩性主要为(片麻状)英云闪长岩，局部钾长石含量升高，向花岗闪长岩、二长花岗岩过渡，可能是下地壳部分熔融的产物。本文从它们的岩石学特征、岩石地球化学特征及LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄成果进行分析研究，从而为古特提斯洋中临沧花岗岩的研究积累资料。

1 勐库地区的花岗质岩脉岩石学特征

勐库地区出露的花岗质脉体岩性主要包括：中细粒(片麻状)英云闪长岩、中细粒花岗闪长岩、中细粒(二云)二长花岗岩，构成(片麻状)英云闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩组合。野外观察呈岩脉状、岩株状侵入于勐库蛇绿混杂岩带中(图2)，规模大小不等，宽几十厘米至上百米，不同程度地发生轻微糜棱岩化作用。内见大小不一、形态各异的斜长角闪岩包体，呈塑性变形特征，略有拉伸现象。样品采自银厂河剖面，共计7件，样品新鲜无蚀变且没见到后期交代现象。

1.1 英云闪长岩

岩性为浅灰白色、灰白色，中细粒花岗结构或多斑结构，块状构造(或片麻状构造)。主要由自形较好的中细粒状斜长石(60%～68%)组成，含一定量的石英(25%～30%)，少量角闪石(0%～7%)、钾长石(0%～5%)和黑云母(0%～7%)。斑晶为斜长石、石英、黑云母，斜长石自形-半自形板状，内见聚片双晶、环带结构，多呈聚斑状产出，石英自形-半自形粒状，具熔蚀结构，黑云母Ng：褐红色、Np：淡黄色，自形-半自形鳞片状，因风化蚀变颜色变浅。基质：斜长石粒径0.3～3mm，自形-半自形板状，聚片双晶发育，弱绢云母化，内见黑云母包裹体，普遍具钠长石净边结构(图5)，利用消光角法确定其成分为钠-奥长石；石英粒径0.1mm～0.5mm，呈它形不规则粒状、集合体状充填于斜长石间隙中；普通角闪石0.5mm～1mm，Ng：褐绿色、Np：淡黄色，半自形长柱状，已不同程度地风化蚀变、伴铁质析出；钾长石粒径0.1mm～0.5mm，它形不规则粒状，在岩体中含量变化较大，少数样品中含量可达25%，并过渡为花岗闪长岩、二长花岗岩等；黑云母0.3mm～1.5mm，多色性明显，Ng：褐红色、Np：淡黄色，自形-半自形片状，已不同程度地白云母化、伴铁质析出。据矿物的自形程度及相互包裹关系，判断其结晶顺序为：黑云母、角闪石-斜长石-钾长石-石英。

1.2 中细粒花岗闪长岩

主要矿物成分为斜长石( 40% ～60%) 、石英( 21%～29%) 、钾长石( 10%～15%) 、黑云母(1%～6%)、白云母(0% ～7%) ，以及锆石、磷灰石、榍石等副矿物，中细粒花岗结构，块状构造(图3)，无变形。斜长石自形-半自形板状，聚片双晶、环带结构发育，弱绢云母化，内见黑云母包裹体，普遍具钠长石净边结构。钾长石呈半自形-它形板状，内见自形较好的黑云母、斜长石包裹体，部分为交代条纹长石。石英呈它形不规则粒状、集合状充填于长石间隙中。暗色矿物含量少，主要为黑云母；岩石中白云母由黑云母退变形成。

图2 规模较小的英云闪长岩岩脉侵入斜长角闪片岩中Fig 2.Tonalite Vein Intruding into PlagioclaseHornblende Schist in Small Scale

图3 中细粒花岗闪长岩Fig 3.Medium-Fine Grained Granodiorite

图4 规模较大的二长花岗岩岩脉、岩株，与绿片岩、远洋沉积等单元均呈侵入接触Fig 4.Intrusive Contact of Adamellite Vein，Stockwith Greenschist，Pelagic Sediment in Large Scale

图5 英云闪长岩中的斜长石(Pl)具钠长石(Ab)净边结构Fig 5.Albite Net-Edge Texture of Plagioclase in Tonalite

图6 花岗岩An-Ab-Or分类图解Fig 6.An-Ab-Or Classification Diagram of GranitoidⅠ英云闪长岩；Ⅱ花岗闪长岩；Ⅲ石英二长岩；Ⅳ奥长花岗岩；Ⅴ花岗岩

1.3 中细粒二云二长花岗岩

岩脉(图4)主要矿物为斜长石( 30%～45%) 、钾长石( 20% ～40%) 、石英( 22% ～30%)，次要矿物黑云母( 3%～5%)、白云母(0% ～5%)，另外含有磷灰石、锆石、磁铁矿等副矿物，似斑状结构或中细粒花岗结构，块状构造，部分具弱的塑性变形组构特征。似斑晶为钾长石，内见自形较好的黑云母、斜长石包裹体；斜长石呈自形-半自形板状，聚片双晶发育，见环带结构，内见黑云母包裹体；石英呈它形不规则粒状、集合状充填于斜长石间隙中，构成岩石的细粒花岗结构-块状构造，岩石中矿物的结晶顺序为：黑云母-斜长石-钾长石-石英。

2 岩石化学和稀土、微量元素特征

表1 勐库地区花岗岩脉的主要元素(Wt%)和微量元素(×10-6)分析结果表

续上表

样品号PM030-17-1PM030-21-1PM030-21-3PM030-27-1PM030-32-1PM030-69-1PM030-72-1样品号PM030-17-1PM030-21-1PM030-21-3PM030-27-1PM030-32-1PM030-69-1PM030-72-1岩石名称英云闪长岩英云闪长岩英云闪长岩二云二长花岗岩英云闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩岩石名称英云闪长岩英云闪长岩英云闪长岩二云二长花岗岩英云闪长岩花岗闪长岩花岗闪长岩Th14.4411.5813.564.646.65712.1216.23(Gd/Yb)N3.09 2.22 2.32 1.89 2.00 2.18 1.62 U3.063.833.540.931.532.282.19ΣREE341.0 92.15 113.6221.6124.7210.9289.2Nb12.412.413.113.712.4913.6LREE/HREE4.68 3.11 3.11 2.05 2.81 3.57 1.29 Ta2.1731.5021.3861.9992.3022.9792.178Rb/ Sr0.200.650.340.180.330.090.07

在稀土元素球粒陨石标准化图解上(图7)，勐库地区花岗质岩脉的稀土元素配分模式为右倾型曲线，(La/Yb)N=3.03～15.94，与临沧花岗岩基主体的稀土配分型式总体相似，但总量较临沧花岗岩的二长花岗岩低(云南省地质调查院，2013)，ΣREE=37.74×10-6～123.43×10-6，轻稀土元素相对富集，LREE/HREE=1.29～4.68，轻稀土元素略显分异，(La/Sm)N=1.35～3.70，重稀土元素稍微平坦，(Gd/Yb)N=1.62～3.09。δEu=0.30～0.59(平均0.42)，存在中等-强烈的Eu负异常。在微量元素组成上，勐库地区的花岗质脉体具有富集Zr(53.1×10-6～135.5×10-6)，低Sr(95.5×10-6～264.4×10-6)、Ba(28.3×10-6～101×10-6)、Rb(17.6×10-6～62×10-6)等特征。洋脊花岗岩标准化图解(图8)表现出Rb、Th、Sm为明显的正异常，Ba、Zr元素负异常。

图7 花岗岩的球粒陨石标准化稀土元素模式图Fig 7.REE Pattern of Granite in Chondrites Standardization

图8 花岗岩的洋脊花岗岩标准化图解Fig 8.Diagram of Granite in OceanRidge Granite Standardization

3 锆石U-Pb年龄

本次工作在银厂河剖面中花岗闪长岩脉体中采集了典型样品进行锆石分析，阴极发光图像显示，锆石呈晶形较好的长柱状，长径主要变化于100μm～200μm之间，长宽比介于1.5∶1～4∶1，有清晰的岩浆震荡环带结构(图10)，Th/U较高(0.27～0.68)，平均约为0.45(表2)，显示了典型的岩浆成因锆石特点。本次共获得21个有效测试点，由于年龄值较小，故可用206Pb/238U代表锆石结晶年龄，样品加权平均年龄值和锆石铀-铅谐和年龄值见图9。其中18个测试点数据集中在227～230Ma之间，经计算获得的206Pb/238U 年龄统计权重平均值为229±0.76Ma岩浆锆石结晶年龄值，代表了此类岩石的成岩年龄。其余3个锆石的SHRIMP锆石U-Pb测年，分别给出了405Ma、409Ma和970Ma的古老年龄。云南省地质调查院开展的1∶5万香竹林项目在变质堆晶英云闪长岩中获得了470.8Ma的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄[9]。本次工作中古老的年龄值可能代表了继承性年龄，为捕获了围岩蛇绿混杂岩中的锆石所致。

图9 勐库地区花岗岩脉的锆石U-Pb谐和图Fig 9.Zircon U-Pb Concordia ofGranite Vein in Mengku Area

图10 勐库地区花岗岩脉的锆石U-Pb谐和图Fig 10 Zircon U-Pn Concordia ofGranite Vein in Mengku Area

测点号Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb/206U207Pb/235U206Pb/238U207Pb/235U206Pb/238U比值1σ比值1σ比值±σ年龄1σ年龄1σ10.45 0.0515 0.0017 0.2041 0.0064 0.0280 0.0003 230 5.4 229 2.1 20.45 0.0534 0.0024 0.5148 0.0237 0.0672 0.0013 238 15.9 228 7.730.47 0.0515 0.0025 0.5489 0.0239 0.0703 0.0011 231 15.6 228 6.840.41 0.0542 0.0024 0.5534 0.0215 0.0724 0.0009 242 14.1 229 5.350.27 0.0501 0.0041 0.5653 0.0404 0.0728 0.0013 224 26.2 228 7.760.51 0.0529 0.0041 0.5825 0.0456 0.0733 0.0014 239 29.2 229 8.370.41 0.0529 0.0020 0.5756 0.0204 0.0738 0.0010 238 13.2 229 6.180.55 0.0534 0.0016 1.0790 0.0268 0.1200 0.0011 242 13.1 230 6.690.57 0.0539 0.0015 1.1476 0.0264 0.1216 0.0009 241 12.5 230 5.4100.42 0.0542 0.0015 1.0907 0.0232 0.1220 0.0009 243 11.3 229 5.2110.41 0.0515 0.0019 1.0856 0.0407 0.1220 0.0021 228 19.8 228 12.2120.50 0.0532 0.0023 1.4967 0.0479 0.1479 0.0018 248 19.5 238 9.9130.68 0.0487 0.0015 1.5147 0.0311 0.1535 0.0011 217 12.6 227 6.1140.52 0.0502 0.0017 1.7464 0.0416 0.1710 0.0016 225 15.4 227 8.7150.35 0.0537 0.0022 1.8923 0.0558 0.1821 0.0017 242 19.6 230 9.1

续上表

测点号Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb/206U207Pb/235U206Pb/238U207Pb/235U206Pb/238U比值1σ比值1σ比值±σ年龄1σ年龄1σ160.47 0.0512 0.0020 2.0031 0.0527 0.1877 0.0019 229 17.8 227 10.3170.49 0.0513 0.0019 2.1416 0.0534 0.1935 0.0021 232 17.3 228 11.5180.44 0.0491 0.0026 2.1950 0.0696 0.1988 0.0021 221 22.1 228 11.6190.31 0.0557 0.0020 3.4422 0.0765 0.2637 0.0028 411 17.5 405 14.2200.37 0.0552 0.0030 4.1626 0.1184 0.2926 0.0035 411 23.3 409 17.5210.30 0.0714 0.0022 4.8363 0.1006 0.3183 0.0032 973 17.6 970 15.8

注：上述样品的测试在武汉上谱分析科技有限公司完成。

4 地质问题讨论

4.1 花岗岩的成因类型

目前普遍认为富钠花岗岩的成因类型有两种：第一种为变泥质岩在高压(～10kbar)、饱水、低温(≤750°)条件下的部分熔融(Patiйo Douce and Harris，1998；Patiйo Douce and MaCarthy，1998；)；第二种为基性岩(如角闪岩)的部分熔融(Rapp et al.，1991；Atherton and Petford，1993;Rapp and Watson，1995；Garcia，2005；Stevenson et al.，2005；Richards and Kerrich，2007；周文戈等，2005)。Patiйo Douce and Harris (1998)在喜马拉雅深熔反应实验中发现，变泥质岩在6-10kbar条件下部分熔融产生的熔体显示富N a的特征，在An-Ab-0r 图解上全落入奥长花岗岩区。勐库地区花岗质岩脉的岩石地球化学数据显示具有Na2O含量很高，为5.83%-10.18%，K2O 很低(<1%)，在An-Ab-0r 图解上(图6)大部分落入奥长花岗岩区，仅有一件样品落入花岗岩区。微量元素方面亦具有低Sr(41.1×10-6～262×10-6)，低Rb(4.40×10-6～16.65×10-6)、低Rb/Sr(0.07～0.65)等特点。但来源于变泥质岩熔体具有高Rb，低Sr，高Rb/Sr特征[10]，显然这和勐库地区花岗岩的地球化学特征不完全一致。因此，变泥质岩的水致部分熔融不太可能是形成勐库地区花岗岩的唯一机制。Rapp and Watson(1995)通过含水的变基性岩(角闪岩)的部分熔融实验得出：P≥12 kbar，T在1000～1100℃时，部分熔融程度为10%～40%，产生的熔体都富钠。角闪岩的部分熔融可形成低Rb/Sr比值(Rb/Sr<1)的熔体，典型的特征为形成埃达克质的成分。在Rb/Ba-Rb/Sr图解中(图11)，样品全落入贫粘土源区，表明角闪岩的部分熔融在早期岩浆形成过程中可能所起的作用比较大。

上述论述表明勐库地区三叠纪花岗质岩脉并非传统意义上的埃达克岩，变泥质岩对其有一定程度的淡化作用，致使勐库地区的多数花岗质岩脉已不具备埃达克岩的特征，形成机制应为变泥质岩的水致部分熔融和变基性岩的部分熔融的混合作用，其中变基性岩的部分熔融起主要作用。

4.2 岩浆形成的压力条件

张旗等人(2006，2008)认为花岗岩的地球化学特征不仅与源岩性质有关，还与花岗岩形成时的压力有关，花岗岩形成的压力不同，源岩部分熔融后留下的残留相组成即不同，花岗质熔体的地球化学性质也将不同。勐库地区花岗岩较富Al，MgO 含量低(0.3%～0.62%)，(La/Yb)N=3.03～15.94，具有低Sr(60.20×10-6～264.00×10-6)、低K2O、Y(7.23×10-6～12.5×10-6)，LREE富集的特征，指示这些花岗岩形成过程中原岩部分熔融的压力可能较高(张旗等，2006)。在Rb-Y+Nb图解中(图略)，样品投影点全部落入火山弧花岗岩中，与岩石中亏损HREE有关，进而改变了熔体中微量元素含量，尤其是对压力敏感的元素，如Y和Yb(主要由石榴石引起)，因而并不表明其形成于岛弧环境[11]。

图11 勐库地区花岗岩脉Rb/Ba-Rb/Sr源区判别图解Fig 11 Source Discriminant Rb/Ba-Rb/SrDiagram of Granite Vein in Mengku Area

图12 勐库地区花岗岩脉Rb/Y-Nb/Yr图Fig 12 Rb/Y-Nb/Yr Diagram ofGranite Vein in Mengku Area

在张旗的Sr-Yb花岗岩分类图解中(图13)，勐库地区的英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩脉的投影点主要落入少见的低Sr低Yb花岗岩区，仅一件数样品落入常见的低Sr高Yb花岗岩区。前者可能涉及到高压麻粒岩相温-压条件下的部分熔融作用，而后者主要属高压角闪岩相温-压条件下的低程度部分熔融物。暗示该地区的花岗岩的成因可能较传统意义上的类型要复杂一些，虽不是埃达克岩，但是局部熔融条件可能已经达到了高压麻粒岩相，甚至可能已经接近榴辉岩相条件。

4.3 构造地质背景探讨

在Rb/Y-Nb/Yr图解中(图12)，样品投影点多聚集在下地壳附近，显示其成因与下地壳的深熔作用有关。勐库地区的花岗岩出露于勐库蛇绿混杂带与临沧花岗岩结合带内，呈规模较大的岩脉状散布于临沧花岗岩体中，部分呈小岩脉状、小岩株状侵入于勐库蛇绿混杂岩中。勐库地区花岗岩脉的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为229Ma，这一年龄与区域上同碰撞临沧花岗岩基的侵位时代(240～230Ma)基本一致，在该时期古特提斯洋俯冲消减作用完毕进入弧-陆碰撞造山阶段，区域性的地壳快速抬升，使下地壳发生了近等温降压的麻粒岩相退变质作用，导致部分熔融形成上述的花岗岩。综上所述，本文研究的花岗质脉体的地化特征与临沧花岗岩岩基主体岩性有一定的相似性，亦有部分差异，与早期的英云闪长岩、花岗闪长岩、勐库蛇绿混杂岩之间发生了局部的同化混染作用、局部混合岩化等作用有关。考虑到它们在时空和时代上的相关性，我们认为勐库地区的三叠纪花岗岩脉来自于与临沧花岗岩基相类似的下地壳源区的部分熔融。