瀾滄江南帶早三疊世火山巖地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

瀾滄江南帶早三疊世火山巖地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

0構(gòu)造-構(gòu)造背景滇西是歐亞大陸板塊與印度板塊的結(jié)合部位，是古特提斯構(gòu)造帶的重要組成部分。自20世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)外學(xué)者在該區(qū)針對(duì)古特提斯的演化進(jìn)行了大量的研究,相繼發(fā)現(xiàn)了晚古生代含放射蟲硅質(zhì)巖及其他深水相沉積、蛇綠混雜巖、洋島/洋脊火山巖等[1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8]和高壓藍(lán)閃石片巖[9,10,11,12,9,10,11,12]、弧火山巖/弧花崗巖等[4,12,13,14,15,16,17,18,4,12,13,14,15,16,17,18],均證實(shí)古特提斯洋在該區(qū)的存在及其主洋盆為昌寧—孟連洋盆[4,5,11,12,4,5,11,12]。而且,所有資料綜合顯示古特提斯主洋盆的演化經(jīng)歷了從早泥盆世初始洋盆的打開到石炭紀(jì)—早二疊世洋盆的擴(kuò)張?jiān)俚酵矶B世—早三疊世洋盆的關(guān)閉較為完整的威爾遜旋回。而區(qū)內(nèi)三疊紀(jì)火山巖系夾紅色沉積建造被T3—J1的前陸磨拉石建造所上覆的特征,則暗示三疊紀(jì)之后結(jié)束了古特提斯構(gòu)造域在該區(qū)的演化。然而,目前關(guān)于古特提斯演化過程中精確的陸-陸或陸-弧碰撞的時(shí)間問題,一直存在分歧。其主要原因是晚中生代以來該區(qū)遭受過多期次的構(gòu)造-巖漿作用的改造,且前人關(guān)于該區(qū)大規(guī)模出露的三疊紀(jì)火成巖的精細(xì)形成時(shí)代和構(gòu)造背景缺乏共同的認(rèn)識(shí)。已有的資料顯示,在該區(qū)德欽—維西—蘭坪—?jiǎng)Υā?攀天閣組—崔依比組)和云縣—景洪一帶(忙懷組—小定西組—芒匯河組或相當(dāng)?shù)貙?發(fā)育最大厚度可達(dá)8000m的三疊紀(jì)火山巖,以及沿瀾滄江分布的晚二疊世—三疊紀(jì)巨型花崗巖帶(如臨滄花崗巖基和白忙雪山花崗巖帶),構(gòu)成了三江地區(qū)重要的構(gòu)造-巖漿帶(圖1)。雖然前人針對(duì)該火山巖帶開展了一些研究,但這些研究更多集中于區(qū)域?qū)Ρ?、地層接觸關(guān)系、巖石(相)學(xué)、巖石化學(xué)和構(gòu)造屬性等[4,16,19,20,21,22,23,24,4,16,19,20,21,22,23,24]。目前依然缺乏精確年代學(xué)結(jié)果和系統(tǒng)的元素和同位素地球化學(xué)研究,尤其是出露巨大的臨滄花崗巖基的主體侵入時(shí)代及其相伴生的三疊紀(jì)火山巖的形成時(shí)代和構(gòu)造背景的研究。因此,有必要對(duì)與古特提斯主縫合帶(昌寧—孟連帶)相伴生的三疊紀(jì)火成巖進(jìn)行詳細(xì)的年代學(xué)和元素地球化學(xué)研究,其目的是:(1)確立三疊紀(jì)巖漿作用在該區(qū)的時(shí)空格架;(2)探討巖漿作用過程中可能的大地構(gòu)造背景的變化;(3)約束古特提斯演化過程中的俯沖-碰撞時(shí)空關(guān)系。1晚三疊世火山巖瀾滄江南段屬三江(怒江、瀾滄江、金沙江)構(gòu)造-巖漿帶的南帶(圖1),帶內(nèi)早中生代火成巖位于瀾滄江兩側(cè)云縣—景洪一線,呈狹長狀分布,南北延伸長達(dá)400km,寬10～50km。主要由臨滄花崗巖體和三疊紀(jì)火山巖系組成(圖1)。臨滄花崗巖體是云南省出露面積最大的花崗巖基。巖基總體南北向延伸,呈反“S”狀沿瀾滄江斷裂(南段)西側(cè)展布,長達(dá)350km,東西寬10～48km,出露面積達(dá)7400km2。向南與泰國、馬來西亞的花崗巖體斷續(xù)相連,向北延伸與白馬雪山花崗巖體相連,構(gòu)成一條醒目的花崗巖帶。臨滄花崗巖基主體巖性為黑云母二長花崗巖和花崗閃長巖,無明顯巖性分帶。此外,還包含有少量的補(bǔ)體燕山晚期花崗巖。該巖基被小街—那東斷裂和南嶺—城子斷裂分為北、中、南3段(圖1),其中北段和南段巖性主要為黑云二長花崗巖,中段主要由黑云母二長花崗巖和較少量的花崗閃長質(zhì)巖石組成,閃長質(zhì)巖體或與黑云母二長花崗巖呈侵入接觸關(guān)系,或呈不規(guī)則狀、孤島狀或條帶狀殘留巖基分布于黑云母二長花崗巖體中[21,26,27,21,26,27]。燕山晚期花崗巖常呈小巖體或巖株侵位于黑云母二長花崗巖體中。主體二長花崗巖礦物組成有鉀長石(25%～35%)、斜長石(27%～36%,An=25～40)、石英(16%～32%)、黑云母(8%～12%),以及少量的鋯石、磷灰石、榍石、磁鐵礦等副礦物。三疊紀(jì)火山巖呈南北狹長帶狀分布于云縣—景洪—勐臘一帶,其中尤以云縣一帶出露較為完整,自下而上被劃分為忙懷組(T2m)、小定西組(T3x)和芒匯河組(T3m)。該火山巖系內(nèi)各組之間呈整合或假整合接觸,與下伏前三疊系地層不整合接觸,又被下、中侏羅統(tǒng)復(fù)成分礫巖和紫紅色泥巖不整合上覆。以往的研究認(rèn)為該區(qū)普遍缺失下三疊統(tǒng),中三疊統(tǒng)為一套以中酸性火山巖為主的火山碎屑巖建造;上三疊統(tǒng)下部系以中基性火山巖為特征,上部為碎屑巖夾火山巖為特征的火山巖-碎屑巖建造;這套火山巖地層總厚度約8000多米。其中位于該火山巖系下部的忙懷組為一套厚924～1646m的火山沉積巖系,該組底部為一套粉砂巖、泥巖夾火山碎屑巖的組合,中上部為一套厚約1600m的高鉀流紋巖、火山碎屑巖夾少量玄武巖的組合1。巖石類型有高鉀流紋巖/英安巖、玄武巖、流紋質(zhì)巖屑凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、凝結(jié)凝灰?guī)r。其中玄武巖以灰黑色氣孔狀和致密狀為主,并包含少量的杏仁狀安山玄武巖;而流紋巖常具斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要由斜長石(5%～10%,An約20)、石英(10%～15%)和鉀長石(0～5%)組成,基質(zhì)為霏細(xì)或球粒結(jié)構(gòu)。忙懷組的底部還有一套薄層的安山巖,與上覆地層呈假整合,由于缺乏詳細(xì)的年代學(xué)資料,前人通常把它劃歸為忙懷組的一部分(圖2)2。晚三疊世小定西與芒匯河組火山巖以棉花地—丙令河、上臺(tái)、那罕、文肖—普家村、大困博、平村、茂密、芒匯河、小荒田、那許、大新山及團(tuán)山—南爬河等剖面出露完整,其中以棉花地—丙令河剖面最為典型1。小定西組以一套火山巖系地層為特征,厚度約2000余米。與下伏忙懷組呈假整合接觸,與上覆芒匯河組呈連續(xù)過渡或假整合接觸。由一套灰綠色、暗綠色-紫紅色的基性火山巖組成,巖性主要為玄武巖、安山玄武巖,夾安山巖、安山質(zhì)、安山玄武質(zhì)凝灰?guī)r、火山角礫巖、沉凝灰?guī)r,紫紅色灰綠色凝灰質(zhì)砂巖、含礫砂巖、頁巖及少量的中酸性火山巖角礫巖等。芒匯河組巖性復(fù)雜,最大厚度可達(dá)3500余米,分上、中、下3段,上段為紫紅色塊狀復(fù)成分礫巖含礫角礫巖屑砂巖、少量紫紅色泥巖和灰綠色安山巖夾灰綠色安山玄武巖和玄武巖;中段為灰綠色安山熔巖、安山質(zhì)角礫巖、夾酸性火山熔巖酸性熔結(jié)凝灰?guī)r及少量基性熔巖;下段為灰色、深灰色夾紫紅色長石砂巖、泥巖、粉砂巖(圖3)。2三疊紀(jì)巖漿作用時(shí)期2.1巖基的形成時(shí)代臨滄花崗巖體作為瀾滄江南帶出露最大的侵入巖,且是一個(gè)巨大的復(fù)式巖基。由于巖基本身的復(fù)雜性和測(cè)年手段的局限性(主要是全巖/單礦物K-Ar、全巖Rb-Sr年齡和顆粒鋯石U-Pb或Pb-Pb蒸發(fā)年齡),對(duì)其形成年齡一直有著不同的看法,如:陳吉琛認(rèn)為其形成于279～210Ma;劉昌實(shí)等認(rèn)為臨滄復(fù)式巖基大致形成于292～275Ma;云南省區(qū)域地質(zhì)志則認(rèn)為該巖基形成于晉寧期,主體形成于華力西—印支期;秦元季則認(rèn)為該巖基主要形成于255～180Ma。俞賽贏等對(duì)臨滄花崗巖基中呈殘留體或捕虜體存在的花崗閃長巖進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb定年,獲得了(269±37)Ma的年齡,認(rèn)為其形成于二疊紀(jì)。我們應(yīng)用高精度的單顆粒鋯石U-Pb年代學(xué)方法對(duì)該巖基進(jìn)行了定年,其結(jié)果表明(表1),北段和南段主體巖性黑云母二長花崗巖給出了相似的形成時(shí)代,分別為(229.4±3.0)Ma和(230.4±3.6)Ma,而中段主體巖性黑云母二長花崗巖給出了(230.4±3.6)Ma,三者在誤差范圍內(nèi)具有一致的形成時(shí)代,即臨滄巖基主體應(yīng)該形成于中三疊世(約230Ma),并非以往所認(rèn)為的形成于晚二疊世或者早三疊世或者燕山期。與瀾滄江帶北段的白馬雪山花崗巖基(SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(239±6)Ma)有著相近的形成年齡,應(yīng)是同一次構(gòu)造巖漿事件產(chǎn)物。綜合所有研究資料,我們認(rèn)為臨滄巖基除了由其主體中三疊世花崗巖組成外,可能還包括有少量的燕山期花崗巖補(bǔ)體和殘留的二疊紀(jì)閃長質(zhì)巖體。2.2表面活性劑和巖石學(xué)特征由于該區(qū)普遍缺失早三疊世的地層,因此中三疊世忙懷組為本區(qū)三疊紀(jì)火山巖系地層最下部層位。其地層在該區(qū)的云縣、景洪和景谷等地都有分布,以云縣后阱和景洪邦沙地區(qū)最為典型。分上下巖性段,其下段為一套灰黃、褐紅色凝灰質(zhì)、泥巖、砂質(zhì)碎屑巖層,常以一套復(fù)成分礫巖與二疊紀(jì)地層不整合或斷層接觸,其中個(gè)別剖面底部還有一套薄層的安山質(zhì)火山巖,由于缺失生物依據(jù),通常劃歸忙懷組底部層位,因此其具體形成時(shí)代沒有得到很好地約束;中上段為一套流紋巖、流紋斑巖、流紋質(zhì)火山碎屑巖夾少量薄層玄武巖的火山巖組合。目前關(guān)于忙懷組頂部的時(shí)限也沒有得到很好的約束。我們針對(duì)原忙懷組底部和頂部火山巖進(jìn)行年代學(xué)研究,其底部的安山巖樣品20SM-408給出了(248.5±6.3)Ma(表1),屬于早三疊世,并非以往認(rèn)為的屬于忙懷組底部,這與該段火山碎屑巖與下段沉積(中三疊世早期)有沉積間斷的地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合3。頂部流紋巖樣品02DX-95給出了(231.0±5.0)MaSHRIMP鋯石U-Pb年齡(表1),代表了忙懷組上段頂部流紋巖的形成年齡,與其相伴生的侵入巖(臨滄花崗巖的主體,如表1)以及北部的德欽魯春—紅坡牛場(chǎng)三疊紀(jì)火山巖和蘭坪盆地三疊紀(jì)攀天閣組火山巖的形成年齡相似(235～238Ma),代表了該區(qū)同期巖漿作用的產(chǎn)物。晚三疊世火山巖系地層小定西組和芒匯河組完整的剖面目前只在該區(qū)的云縣棉花地—丙令河剖面出露。關(guān)于晚三疊世的小定西組和芒匯河組火山巖的形成時(shí)代,目前僅有的是個(gè)別剖面的生物學(xué)判據(jù),而精確形成時(shí)代的資料還缺乏。本次研究在云縣棉花地—丙令河晚三疊世(小定西組和芒匯河組)剖面的下部(小定西組:02DX-103)和上部(芒匯河組:02DX-124)分別獲得(213.5±7.7)Ma和(216±20)Ma的年齡(表1)。雖然芒匯河組火山巖鋯石SHRIMPU-Pb分析測(cè)試的點(diǎn)較少,有著20Ma誤差范圍,但作為參考年齡是合適的。結(jié)合已有的研究,如小定西組與芒匯河組間呈連續(xù)接觸關(guān)系,生物組合也相近1,表明小定西組和芒匯河組火山巖可能具有相近的形成時(shí)間,可能是同一次巖漿事件不同幕次的表現(xiàn)。3在地球化學(xué)特征及其形成的大地構(gòu)造背景中3.1u3000玄武質(zhì)安山巖的特性早三疊世(原忙懷組底部)安山質(zhì)火山巖地球化學(xué)特征表現(xiàn)為,低TiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.82%～1.22%)、MgO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.34%～4.56%)、K2O(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%～2.53%)和K2O/Na2O比值(0.07～0.86),高Al2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.46%～19.10%)、Na2O(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.30%～5.14%),屬低鉀玄武質(zhì)安山巖和安山巖。富集LREE和LILE,其(La/Yb)cn=1.79～6.60,(Gd/Yb)cn=1.04～1.56,弱的Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.62～0.90);在微量元素蛛網(wǎng)圖上,顯示出Nb-Ta、P和Zr-Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素的虧損,與島弧火山巖的特征非常相似(圖4a)。此外,其高鋁、(Th/La)和低的(Nb/La)的特征,以及在微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖5a,b),所有樣品都落在了島弧火山巖區(qū)域,均表明該火山巖很可能形成于與俯沖有關(guān)的島弧環(huán)境。3.2u3000規(guī)范中三疊世臨滄巖基主體花崗巖(北段、中段和南段)和忙懷組上部的流紋巖具有相似的SiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為66.69%～73.56%和71.77%～72.84%)、TiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.18%～0.77%和0.35%～0.43%)、Al2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為13.89%～15.02%和13.69%～14.45%)和K2O+Na2O(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.94%～8.14%和7.32%～8.05%);其A/CNK值分別為0.96～1.24和0.93～1.16,大都小于1.10,屬于弱過鋁質(zhì)系列。此外,在Ce和Nb對(duì)Ga/Al圖解中(圖6a,b),忙懷組流紋巖均落于A型花崗巖區(qū)域。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解中(圖4b),兩者也展示出非常相似的配分模式(圖4b),如富集大離子親石元素(LILE),明顯虧損Nb-Ta,P和Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素,以及明顯的Ba和Sr負(fù)異常特征,與形成于裂谷環(huán)境的美國MissouriA-型流紋巖相似。在構(gòu)造環(huán)境判別圖解上,所有樣品都一致落在碰撞后花崗巖區(qū)域(圖7a)或碰撞晚期-碰撞后環(huán)境(圖7b),明顯不同于以往所認(rèn)為的屬于同碰撞型花崗巖[11,12,24,11,12,24],可能形成于碰撞后構(gòu)造環(huán)境。而且,目前的國內(nèi)外造山帶巖漿作用的研究也認(rèn)為,碰撞階段主要表現(xiàn)為地殼的構(gòu)造加厚和形成高壓變質(zhì)作用,很難產(chǎn)生花崗巖,即使有花崗巖,也很難在強(qiáng)烈擠壓的背景下侵位上來。而在碰撞后的構(gòu)造松弛階段,有利于形成大量的從基性到酸性的巖漿活動(dòng)。因此,與碰撞造山作用有關(guān)的大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿作用通常形成于碰撞后的應(yīng)力松弛階段。結(jié)合忙懷組中部為一套以流紋巖為主夾少量玄武巖為特征的雙峰式火山巖組合1,明顯不同于典型地區(qū)島弧火山巖組合-玄武巖-玄武質(zhì)安山巖系列或安山巖-英安巖系列,而與目前所認(rèn)為的碰撞后伸展環(huán)境下巖漿活動(dòng)特征相似,如巴西南部和南天山的碰撞后花崗巖即包括過鋁質(zhì)淡色花崗巖、高鉀鈣堿性花崗巖和鋁飽和的A型花崗巖等。因此,我們有理由認(rèn)為,該區(qū)中三疊世晚期巖漿作用應(yīng)該形成于碰撞后的構(gòu)造環(huán)境。3.3等高場(chǎng)強(qiáng)元素地球化學(xué)晚三疊世小定西組和芒匯河組基性火山巖在地球化學(xué)上都屬于高鋁玄武巖,根據(jù)其MgO含量不同又可劃分為低鎂型和高鎂型兩組。其中低鎂型具有低的MgO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.01%～7.50%)以及低Zr/Nb(9.29～15.16)、Th/La(0.25～0.48)、Nb/La(0.26～0.66)比值,表現(xiàn)出富集LREE和LILE,虧損Nb-Ta和Zr-Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素為特征,明顯的輕重稀土的分異特征,如(La/Yb)cn=2.08～22.72,(Dy/Yb)cn=1.28～1.50,銪異常不明顯,部分樣品Sr負(fù)異常(圖4c);高鎂型則表現(xiàn)為具有高的MgO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.08%～11.74%),高Zr/Nb(19.37～23.92)比值,具有比前者明顯弱的輕重稀土分異的特征,其(La/Yb)cn=1.42～3.26,(Dy/Yb)cn=1.04～1.30,Eu/Eu*=0.94～1.17,富集LILE,虧損Nb-Ta和Zr-Hf等,其Sr正異常和P負(fù)異常明顯不同于低鎂型火山巖(圖4d)。雖然所有晚三疊世基性火山巖高鋁和虧損Nb-Ta的特征與島弧火山巖非常相似,而其顯示出與裂谷火山沉積系列相似的以玄武巖為主夾少量流紋巖的陸相“雙峰式”火山碎屑巖組合的特征,以及在微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解上部分低鎂型火山巖落在板內(nèi)玄武巖的區(qū)域,而高美型火山巖則顯示出有MORB組分的參與(圖5a,b),表明這些玄武巖的形成可能與碰撞后裂谷作用下的軟流圈上涌有關(guān)。此外,其高鎂火山巖中部分樣品具有異常高的MgO(>10%),也可能暗示與熱的軟流圈地幔上涌背景有關(guān),晚三疊世時(shí)該區(qū)可能處于碰撞后的裂谷構(gòu)造環(huán)境。4碰撞后演化過程中的陸-陸-弧-弧碰撞的時(shí)間正如前面所述,近20多年來我國學(xué)者針對(duì)古特提斯在西南三江地區(qū)的演化研究過程中,相繼在昌寧—孟連帶和瀾滄江帶識(shí)別并證實(shí)了該區(qū)高壓藍(lán)閃石片巖、蛇綠構(gòu)造混雜巖、變質(zhì)帶、弧火山巖和弧花崗巖,證實(shí)了晚古生代末該區(qū)存在古特提斯洋消減和陸-陸(弧)碰撞作用,以及晚古生代—早中生代沉積建造所揭示的構(gòu)造背景、279Ma的藍(lán)閃石40Ar/39Ar年齡,晚古生代末區(qū)內(nèi)構(gòu)造-巖漿-沉積作用響應(yīng)[2,4,8,9,12,14,51,2,4,8,9,12,14,51]、Sukhothai-ChangMai-臨滄巨型花崗巖帶的三疊紀(jì)年齡[18,29,52,53,18,29]及三疊紀(jì)之后古特提斯演化歷史的結(jié)束,暗示昌寧—孟連洋的關(guān)閉和隨之的陸-陸(弧)碰撞作用主要發(fā)生在P1—T1之間。然而,關(guān)于古特提斯主洋盆(昌寧—孟連洋盆)確切的俯沖碰撞時(shí)限,尤其是陸-陸或陸-弧碰撞的時(shí)間,還沒有得到很好的限定。一方面主要是基于對(duì)該區(qū)侵入巖——巨型臨滄花崗巖基形成構(gòu)造背景認(rèn)識(shí)