滇西那邦地区地壳变质深熔过程及其构造意义：来自渐新世混合岩年代学和地球化学约束.pdf

收稿日期:2021-12-03;改回日期:2022-05-20 项目资助:国家自然科学青年基金项目(41402193)、广西自然科学基金项目(2022GXNSFBA035588)、自治区重点实验室基金项目(桂科隐 19-185-17-09)、国家留学基金(201708455031)和桂林理工大学博士启动金(GUT2013)联合资助。第一作者简介:任敏(1996),女,硕士研究生,地质学专业。E-mail: 通信作者:马莉燕(1984),女,副教授,从事岩石学和大地构造方面研究。E-mail: 李双(1984),女,副教授,从事岩石学和矿床地球化学方面研究。E-mail: doi:10.16539/j.ddgzyckx.2023.03.008 卷(Volume)47,期(Number)3,总(SUM)194 页(Pages)661680,2023,6(June,2023)大 地 构 造 与 成 矿 学Geotectonica et Metallogenia 滇西那邦地区地壳变质深熔过程及其构造意义:来自渐新世混合岩年代学和地球化学约束 任 敏1,3,马莉燕1*,李 双1*,彭头平2,刘希军1,张学娇1,丁 伟1,蔡永丰1,董晓颖1,顾昭阳1(1.桂林理工大学 地球科学学院,广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541006;2.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,广东 广州 510640;3.中国石化 华北油气分公司采气一厂,陕西 榆林 719000)摘 要:滇西腾冲地块西侧的那邦地区作为东喜马拉雅造山带的重要组成部分和藏南冈底斯带的南延,不仅记录了印度欧亚大陆碰撞过程的重要信息,也记录了高原岩石圈向南挤出的详细过程。近年来的研究显示,该区部分原划分为早前寒武基底的高黎贡群形成于新生代,并经历过多期次的变质深熔作用,但关于变质深熔过程和变质机制并未引起足够重视。本文对滇西那邦地区新生代混合岩开展了年代学和地球化学特征分析。LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄显示,混合岩重结晶锆石年龄为 29 Ma。根据岩石地球化学特征,暗色混合岩基体可以分为两类:第一类暗色体,富铝低钙,富集 LREE,亏损 HREE,其 Nd(t)值为4.31和4.69,显示岛弧岩石的地球化学特征,与盈江始新世变基性岩地球化学特征相似,暗示其源区为受到俯冲板片流体改造的富集岩石圈地幔;第二类暗色体,富集 LILE 和 HREE,而低轻稀土和亏损高场强元素,Nd(t)值为11.35,指示其源区为更古老的基性堆晶下地壳,结合始新世锆石具有低 HREE 特征,表明该暗色体原岩经历过加厚下地壳水平的石榴石角闪岩相的变质作用。浅色体为花岗闪长岩,具有低钾准铝质特征,富集 HREE,亏损高场强元素,全岩(87Sr/86Sr)i值(0.7124)高,Nd(t)值(13.71)低,表明来源于与其共生的暗色体原岩的深熔,并有少量沉积物熔体的混染。综合区域构造岩浆变质作用的研究结果表明,腾冲地块在始新世早期41 Ma 经历过一次重要地壳加厚事件,随后发生了涉及地幔岩石圈水平的向南挤出和伸展。而 4020 Ma 期间则发生以挤压为主的仅地壳层次的向南挤出和减薄,并引发了一系列中下地壳变质深熔作用。腾冲地块那邦地区的混合岩代表的是始新世渐新世早期变质深熔作用的产物。关键词:渐新世;混合岩;锆石 U-Pb 定年;变质深熔;岩石圈挤出 中图分类号:P588.3;P597;P595 文献标志码:A 文章编号:1001-1552(2023)03-0661-020 青藏高原东南部新生代构造演化与印度欧亚大陆碰撞过程关系密切,早期有学者认为青藏高原东南缘各块体的构造变形机制与高原岩石圈的挤出有关,但是具体过程和机制存在争议。如 Tapponnier et al.(1982,1986)和 Replumaz and Tapponnier(2003)认为印度板块与欧亚板块的汇聚导致了印支地块向 662 第 47 卷 东南挤出,并可能存在内部收缩变形,该挤出也是导致南海打开的关键机制(Tapponnier et al.,1982;Peltzer et al.,1988;Briais et al.,1993)。这一模型很好地解释了东南亚大规模走滑断裂主导了新生代构造演化(Leloup et al.,1993,1995;Leloup and Kienast,1993;Lacassin et al.,1997)。而 England and Houseman(1989)以及 Houseman and England(1993)则认为,地壳缩短和地壳增厚在青藏高原广泛发育,只有少量的地壳物质向东挤出(England and Molnar,1990)。此外,岩石圈何时发生旋转挤出,挤出过程仅限于地壳水平还是整个岩石圈,以及与区域上大规模走滑之间的关系如何也不明确。虽然一些研究者针对大型走滑构造开展过相关的研究(Wang et al.,2006;张波等,2009;Xu et al.,2015),但是主要获得的是地壳浅部水平的构造过程热事件记录,无法了解深层次的地壳过程信息。混合岩作为中下地壳变质深熔过程的产物,其浅色体往往包含大量重结晶锆石和继承锆石。而且,由于锆石具有抗风化能力强、坚固难熔的特性,其 U-Pb 体系稳定性高,大部分微量元素扩散速率极低(REE、Ti 和 Y 等),往往能记录多期变质深熔的事件(Lee et al.,1997;Cherniak et al.,1997;吴元保和郑永飞,2004)。因而,对混合岩中锆石进行U-Pb 年代学与微量元素地球化学分析,可以限定变质深熔的时限和深度,从而有效地揭示地壳变质深熔作用机制和构造意义(吴元保和郑永飞,2004;王冬兵等,2017)。本文通过对腾冲地块西侧那邦地区渐新世混合岩的岩石学、年代学和地球化学特征进行研究,约束了该区变质深熔的时间,并探讨了其变质深熔作用与印度欧亚大陆碰撞和高原岩石圈挤出过程之间的关系。1 区域地质背景及样品特征 1.1 研究区地质背景 滇西那邦地区位于腾冲地块的西部,距离中国缅甸边界密支那约 75 km,大地构造上属于喜马拉雅造山带东构造结的南侧翼(图1a;云南省地质矿产局,1990;季建清等,2000a)。中高级变质岩在该区广泛分布,形成了一条重要的变质带,本文暂称其为“那邦变质带”。该变质带西南端与缅甸抹谷变质带相连,向南延伸 1500 km 直至安达曼海(王义昭,1983;Mitchell,1993;Bertrand et al.,1999,2001;Morley et al.,2001)。变质带内早白垩世始新世基性岩超基性岩过去常被认为是蛇绿岩的一部分,代表了新特提斯洋的俯冲,以及西缅地块与腾冲或掸泰地块的碰撞(Zaw,1990;Mitchell,1993;Hughes et al.,2000);这些基性岩超基性岩向北与西藏著名的冈底斯岩浆带相连(Ma et al.,2014;Wang et al.,2015)。冈底斯岩浆带由白垩纪古新世冈底斯岩基以及侏罗纪早白垩世北岩浆带组成(Xu et al.,1985;Debon et al.,1986;Lee et al.,2003;Chu et al.,2006;Wen et al.,2008;Guo et al.,2012;马鹏飞等,2021)。那邦变质带主要由高黎贡变质岩、古生代低级中级变质岩系、中生代新生代长英质岩石及新生代火山沉积岩系组成(云南省地质矿产局,1990;刘增乾等,1993)。古生代沉积序列主要由变质砂岩、页岩或板岩、灰岩夹冰期砾岩和含冈瓦纳冷水型化石种属的页岩组成(王义昭,1983;Wu et al.,1995;Metcalfe,1996;钟大赉,1998;Ueno,2003;周美玲等,2020)。那邦变质带中广泛发育高级变质岩包体,其被认为是高黎贡群的一部分。年代学数据显示,这些基性包体的围岩(原“高黎贡群”大部分片麻状花岗岩及混合岩)为新生代岩浆岩(图 1b;Peng et al.,2006;Wang et al.,2006;陈福坤等,2006;Song et al.,2010;Xu et al.,2012;Ma et al.,2014),表明部分变质岩可能不是前人认为的前寒武纪变质基底,而可能是变质混杂岩的一部分。变质混杂岩主要岩石类型包括糜棱岩、片麻岩、混合岩、云母岩和大理岩(钟大赉,1998;季建清等,2000c),其中一些片麻状变质岩由斜长石、石英、黑云母、绿泥石和不透明矿物组成,这些岩石在新生代发生强烈变形,发育S型和S-I型构造组构。前人对于该地区的研究工作主要集中于新生代的变形(季建清,2000b;Xu et al.,2015),对这些岩石的成因及源区性质少有研究。1.2 样品特征 本文选择滇西腾冲地块西部那邦地区渐新世代表性混合岩开展研究。区内混合岩呈条带状,走向近 NE-SW,主要由暗色体和浅色体两部分组成(图2a、b)。4 件混合岩暗色体样品(14YJ3C、14YJ5A、14YJ5D、14YJ2B-D)采自盈江西侧那邦地区,主要由斜长石、角闪石、黑云母和少量的辉石、石榴子石和榍石等(图 2be)组成,代表混合岩的原岩。浅色体(14YJ2B-W)呈条带状与暗色体相间产出,与暗色体接触界线明显,岩石以钾长石、斜长石和石英等浅色矿物为主,含少量黑云母和残余矿物角闪石,副矿物有锆石、磷灰石和榍石等(图 2f)。浅色体中角闪石颗粒较大,呈港湾状结构,内部含长石和石英等包裹体,指示角闪石是部分熔融中形成的转熔矿物,夹带进入浅色体中(图 2f)。第 3 期 任 敏等:滇西那邦地区地壳变质深熔过程及其构造意义:来自渐新世混合岩年代学和地球化学约束 663 ARRSZ.哀牢山红河剪切带;GSZ.高黎贡山剪切带;ITSZ.印度雅鲁藏布江缝合带;LSZ.澜沧江剪切带;MBT.主边界逆冲推覆带;SSZ.实皆断裂带;JSZ.嘉黎剪切带。图(b)中年龄数据来源:.Wang et al.,2006;.Xu et al.,2012;.Ma et al.,2014;.Xu et al.,2015;.Ma et al.,2021。图 1 青藏高原及其邻区地质构造简图(a;据 Xu et al.,2015;Ma et al.,2021 修改)和腾冲地块那邦地区地质简图(b;据 Ma et al.,2021 修改)Fig.1 Schematic geological and tectonic map of the Qinghai-Tibet Plateau and adjacent regions(a)and simplified geological map of the Nabang region of the Tengchong Block(b)664 第 47 卷 矿物代号:Grt.石榴子石;Bt.黑云母;Hbl.普通角闪石;Pl.斜长石;Kfs.钾长石;Cpx.单斜辉石;Qtz.石英;Ttn.榍石。图 2 腾冲地块那邦地区混合岩样品野外照片(a)和岩相学显微照片(bf)Fig.2 Field picture(a)and microphotographs(bf)of the migmatites in the Nabang region of the Tengchong Block,Yunnan province 2 分析测试方法 本文选择混合岩样品 14YJ3C、14YJ5A、14YJ5D和 14YJ2B-D(暗色体)和 14YJ2B-W(浅色体)进行全岩地球化学分析。样品 14YJ3C、14YJ5A 和 14YJ5D的主量、微量元素分析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完成,样品14YJ2B-D 和 14YJ2B-W 的主量、微量分析在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室完成。取新鲜样品清洗后,用 1.0 mol/L 的盐酸浸泡 2 h,再次清洗并烘干后,将样品磨至 200 目