那邦地区花岗片麻岩的锆石U-Pb年代学及Hf同位素组成特征

马莉燕，范蔚茗，王岳军，蔡永丰，刘汇川

(1.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;2.中国科学院大学，北京100049)

0 引言

滇西特提斯造山带是研究青藏高原形成和抬升过程及其机制的重要组成部分。近几十年来，其大地构造格局及其对全球特提斯演化的意义是研究者长期关注的热点。位于滇西盈江西部的那邦地区是东缅密支那缝合带在中国境内的出露区，是欧亚板块碰撞的接触带，也是新特提斯演化过程中保存信息相对完整的部位，对它的研究将能更好地约束新特提斯构造演化，能为建立该地区演化格架提供重要依据。自20世纪80年代以来，许多学者针对滇西地区的地层(谭雪春等，1982;郭福祥，1985)、古生物(盛金章和何炎，1983)及其构造演化(陈吉琛，1989;范蔚茗，1989;Tapponnier et al.，1982;Wang et al.，2006)开展了重要研究。近年在岩石学方面的研究更取得了新的突破，如腾冲西洋壳残片的发现(季建清，1998)及对那邦基性麻粒岩(季建清等，1998，2000a)和腾冲始新世基性岩的岩石学及地球化学研究(蓝江波等，2007;Xu et al.，2008)为揭示密支那缝合带的演化历史提供了重要约束。然而对于区内变质岩，尤其是广泛出露的花岗片麻岩缺乏足够的研究，特别是它们的年代学和Hf同位素组成数据尤为缺乏，从而限制了对滇西那邦地区新特提斯构造演化的完整理解。基于此，本文选择那邦地区花岗片麻岩的典型样品开展了相关工作，获得了新的年代学和Hf同位素组成数据，这些数据为理解印度与欧亚板块的碰撞时序提供了新的限定。

1 研究区地质背景

滇西南那邦地区位于喜马拉雅东构造结的南侧大转弯构造岩浆弧的南端。它的东侧通过高黎贡花岗岩带与保山地块相接，西侧与密支那地块毗邻，是印度板块与欧亚板块碰撞的拼接地带。以往的研究根据古生物、地层和岩石组合将其划属腾冲地块，其西界为缅甸境内的实皆断裂，东界为高黎贡剪切带(图1)。针对该地块的构造属性有学者提出其在晚古生代仍然是冈瓦纳的一部分，直到晚中生代时才增生到欧亚板块 (Morley et al.，2001)。

图1 那邦地区地质简图 (据1∶20万地质图盈江幅修编)Fig.1 Sketch geological map of the Nabang area of the western Yunnan province

腾冲地块主要由划属为元古代的变质岩系、晚古生代的碎屑岩－碳酸盐岩、中生代－新生代的花岗岩、花岗片麻岩和混合岩以及新生代火山－碎屑岩组成。其中，划为元古代的变质岩系最先被称为寒武系的“高良系”，在后来的1∶100万下关幅中它以时代不明变质岩系来表示。在槟榔以西地区则被有疑问地划分至公养河群或上寒武统，在1∶20万地质图潞西幅及瑞丽幅中又将其不确定地划分至寒武系。在1975年编制的《云南省地层表》中称之为高黎贡山群，并将其划入前震旦系。在1982年出版的《云南省区域地质志》中仍将其划属高黎贡山群，认为其包含上下两个岩性段，其上段以黑云片麻岩、黑云变粒岩夹混合片麻岩及条带状片麻岩为主，下段为硅质岩、粉砂质板岩、变质砂岩、混合片麻岩及眼球状条纹片麻岩，其中混合片麻岩、眼球状条纹片麻岩和花岗片麻岩主要分布于铜壁关－那邦一线。

铜壁关－那邦一线混合岩、眼球状片麻岩和花岗片麻岩以云染状、条带状及片麻状构造为主。对于花岗片麻岩，区调报告常以条带状混合岩或是混合片麻岩来描述，其时代的划分由于缺乏可靠的年龄数据难以确定(张远志，1996)。上述岩石其矿物组成主要为石英和长石(约占总体含量90%)。长石为自形－半自形的板状及柱状结构，而石英为它形粒状。暗色矿物以黑云母为主，偶见角闪石，它们呈近似定向分布，约占总体积10%。这些岩石与周围划属前寒武纪的变质地层呈断层或者侵入接触关系，少量花岗片麻岩与基性岩共生，并被后期浅色长英质脉体所穿切。

2 分析方法

通过人工重砂法从新鲜的全岩样品分选出锆石，然后在双目显微镜下挑选出晶形好、无裂隙且透明干净的自形锆石颗粒，用环氧树脂固定并抛光。锆石U-Pb同位素测年以及Hf同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，所用的ICPMS为Agilient公司最新一代的带有Shield Torch的Agilient 7500a。锆石原位Lu-Hf同位素测定采用Nu Plasma HR(Wrexham，UK)多接受电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)完成测试。采用的激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的 Geo-Las200M，该系统由德国 Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器 (工作物质ArF，波长193 mm)与MicroLas公司的光学系统组成。锆石U-Pb定年及微量元素分析和锆石原位Lu-Hf同位素分析为同一台激光剥蚀系统，对样品进行一次性剥蚀完成，分别由ICP-MS与MC-ICP-MS两台仪器同时采集各自的信号，可参见参考文献 (Yuan et al，2008;袁洪林等，2003，2007)。激光剥蚀采用He作为剥蚀锆石的载气。剥蚀束斑直径为44 μm，频率为10 Hz，激光能量为90 mJ，每个分析点的气体背景采集时间为30 s，信号采集时间为40 s。

年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正，同时以29Si作为内标，NIST610为外标来测定锆石中U、Th和Pb的含量。锆石U-Pb年龄计算统一使用软件 ICPMSDataCal(Liu et al.，2008)计算处理，加权平均年龄及谐和图的绘制使用Isoplot3.0完成，分析及计算误差均为2σ。锆石原位Lu-Hf同位素测定使用176Lu/175Lu=0.02669(Biévre and Taylor，1993)和176Yb/172Yb=0.5886(Chu et al.，2002)进行同量异位干扰校正测定样品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值。εHf计算时176Lu衰变常数为1.867 ×10－11a－1(Scherer et al.，2001)。计算εHf和Hf模式年龄时，球粒陨石和亏损地幔的176Hf/177Hf比值分别为0.282772(Blichert-Toft and Albarède，1997)和0.28325(Vervoort et al.，1999)，二阶段模式年龄计算中采用平均地壳的fcc=－0.55。样品的锆石U-Pb年代学和原位Hf同位素组成分析结果分别见表1和表2。

表1 滇西那邦地区花岗片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试分析数据表Table1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analytical results of the granitic gneisses in the Nabang area in Western Yunnan

(续表1)

3 分析结果

用于分析的三个样品均为采集自沿铜壁关至那邦公路的花岗片麻岩。其中出露于盈江县那邦南部采石场的花岗片麻岩样品 10DX-66B(N24°42.501'，E97°34.754')被后期的浅色脉体穿切，其暗色矿物定向分布。主要矿物为长石(约40%)及它形粒状石英(约50%)，次要矿物为黑云母(约4%)和角闪石(5%)，副矿物为锆石及磷灰石(约占1%)等。长石在显微镜下见聚片双晶，同时部分聚片双晶明显变形，角闪石见被黑云母及石英交代形成溶蚀边(图2a)。

选自该样品的锆石为半透明－透明的自形晶体，形态多为柱状。锆石颗粒沿长轴的粒径变化于100～200 μm。晶面以{100}和{111}发育，偶尔可见{321}。它们在阴极发光的图像上 (图3a)，可见较为明显的震荡环带，为岩浆锆石(图3a)。样品共分析了20颗锆石的U-Pb同位素组成，其中18颗锆石进行了原位Hf同位素组成测定。所测定锆石的Th/U比值变化于0.28～0.73之间 (表1)。锆石的年龄数据集中地落在U-Pb谐和线上，其206Pb/238U表观年龄介于53.5～60.5 Ma之间，去掉两个年龄较大的点(10DX-66B-18，－26)所获得206Pb/238U加权平均年龄为 55.0 ±0.5 Ma(n=18，MSWD=2.2;图4a)。

表2 滇西那邦地区花岗片麻岩LA-ICP-MS锆石Hf同位素测试分析数据表Table2 LA-ICP-MS zircon Hf analytical results of the granitic gneisses at the Nabang area from Western Yunnan

样品Hf同位素组成结果如图5及表2所示，其176Lu/177Hf比值均小于 0.002，176Hf/177Hf比值 =0.282778 ～0.282959，加权平均值为 0.282886 ±0.000029(1σ，n=18)，对应的εHf(t)介于 +1.41到 +7.80，其二阶段模式年龄为 0.63 ～1.04 Ga。

图2 花岗片麻岩显微镜照片(+)(a-b:10DX-66B;c-d:10DX-67)Fig.2 Miroscope photos of granitic gneisses in the Nabang area of Western Yunnan

图3 样品10DX-66B(a)及10DX-67(b)代表性锆石颗粒阴极发光图像Fig.3 Cathodoluminescence images of representative zircons from the granitic gneisses in the Nabang area

10DX-56B采集自盈江地区铜壁关西侧 (图1，N24°36.812'，E97°35.513')。该样品具片麻状构造，中细粒花岗结构，其主要矿物为长石(含量约40%)、石英 (含量约55%)、黑云母 (约占5%)及少量副矿物(如磷灰石、锆石和榍石等)。共测试了24颗锆石(图4b)，其中14个点给出了46～55 Ma的206Pb/238U表观年龄，其加权年龄平均值为50.4±1.3 Ma(MSWD=9.2，n=11)，这些颗粒自形，锆石长宽比大于等于2，其中{111}发育，{321}面偶尔可见，它们的 Th/U 比值变化于0.23～0.90，其CL图像显示出清晰的韵律环带结构，在此将该年龄解释为样品的结晶年龄。另外11个点给出了366～503 Ma的206Pb/238U表观年龄，这些锆石较自形，锆石颗粒的长宽比接近2，呈板状，它们的{321}晶面较为发育，Th/U 比值变化于0.04～0.84，在 CL图像上，部分锆石具有明显的震荡环带而部分锆石有着复杂的内部结构，解释为继承锆石。这些分析点普遍偏离谐和线，但构成一条不谐和线，其上交点年龄为465±22 Ma，解释为花岗片麻岩原岩的结晶年龄。

图4 那邦花岗片麻岩LA-ICPMS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams for the granitic gneisses in the Nabang area of Western Yunnan

图5 那邦地区花岗片麻岩的εHf(t)-t图解Fig.5 Zircon εHf(t)-age(Ma)diagram for the granitic gneisses in the Nabang area of Western Yunnan

样品10DX-67样品采自铜壁关东南侧 (图1)(N24°35.074'，E97°41.139')为花岗片麻岩，中细粒半自形结构，主要矿物为长石及石英。其中石英约50%，长石以微斜长石及碱性长石为主(含量约40%)，次要矿物为黑云母和角闪石(含量约为10%)(图2c-d)。锆石为无色半透明，大部分为较自形长柱状，其大小相对均一，长宽比约为4，粒径长80～120 μm，平均长度为100 μm。阴极发光图像上环带清晰，以岩浆锆石为主，少量锆石内部结构不清，结合年龄分析结果，推测可能为继承锆石(图3b)。所分析的19个点中有4个点给出了较老的206Pb/238U表观年龄，其中点10DX-67-3，－4，－6的206Pb/238U表观年龄为121～126 Ma，这些锆石自形，颗粒的长宽比大于2，锆石环带显示复杂的结构(与海绵环带结构类似)，大部分锆石的Th/U变化大介于0.12～0.76之间，它们的176Hf/177Hf比值介于0.282447至0.282682之间，对应的 εHf(t)范围是－0.69到－8.83，其二阶段Hf模式年龄为1.22 ～1.74 Ga。点 10DX-67-13 给出了 447 Ma的206Pb/238U表观年龄，这一年龄解释为继承锆石年龄。他的176Hf/177Hf比值为0.282426，对应的Hf模式年龄为1.61 Ga。其他的15个颗粒均落在锆石UPb年龄谐和线上(图4c)，其 Th/U 为0.21～1.11。集中给出了 51.6±1.1 Ma的加权平均年龄(MSWD=7.6，n=11)。样品的176Hf/177Hf比值变化于0.282554～0.282742之间，平均值为0.282638±0.000037。相应的 εHf(t)=+0.1 ～ －6.7，二阶段模式年龄为1.12 ～1.55 Ga(图5，表2)。

4 讨论

4.1 花岗片麻岩中继承锆石年龄的思考

对滇西那邦地区的正片麻岩锆石U-Pb测定结果表明:其中含有450～500 Ma、120 Ma和70 Ma左右的多组继承锆石年龄。10DX-56B样品中包含早古生代约450～500 Ma的继承锆石年龄(表1，图4)，并给出了465±22 Ma的上交点年龄，应代表了源区岩浆岩的结晶年龄，这些继承锆石与岩浆成因的锆石形态特征相似，自形的继承锆石表明原岩经历的搬运距离不远，指示岩石可能是该地区对应时期岩浆作用重融的产物。这一时期在邻近的保山地块出露有形成年龄为490～470 Ma的早古生代花岗岩 (DeCelles et al.，2000;Liu et al.，2009)。该年龄与印度板块内部及喜马拉雅造山带中发育大量该时代的花岗质岩石年龄一致 (宋述光等，2007;Yin，2006;DeCelles et al.，2000)。这些岩体的物源主要来自基底物质的贡献，被认为是泛非运动后期事件的岩浆记录，同时也是该地块属于冈瓦纳微陆块的证据之一 (Chen et al.，2007;Liu et al.，2009)。结合其地理位置因素及对应的事件表明，那邦地区可能受到了泛非－早古生代造山事件的影响。另外，还获得了中生代白垩纪的继承锆石年龄(表1，图4)，其中部分锆石环带复杂(图3b)且对应的Th/U比值＜0.1，这些继承锆石较为自形，可能是原地岩石发生重新结晶的结果，其对应的εHf(t)为 －0.7～ －8.3，显示明显的地壳物质组分的参与。区域上，该年龄可以与拉萨地块的冈底斯花岗质岩浆带及其向南延伸的贡山－高黎贡山花岗岩质岩浆带进行对比(陈福坤等，2006;杨启军等，2006)，也与梁河东南的钾长花岗岩形成年龄(115 Ma;谢韬等，2010)相近，表明那邦地区可能存在白垩纪岩浆记录。而少量约70 Ma具有岩浆锆石特征的继承锆石(εHf(t)＜0)，与季建清(2000b)那邦北部获得的石榴石以及辉石的 Ar-Ar年龄(～70 Ma)一致，表明研究区或者保存有与新特提斯的俯冲有关的地质记录。

4.2 始新世早期(50～55 Ma)花岗片麻岩的构造意义

前人根据那邦地区花岗片麻岩与腾冲高黎贡群具有相似的变质程度和岩性特征，而将那邦地区广为发育的混合片麻岩、眼球状条纹片麻岩和花岗片麻岩划属为高黎贡群，代表了一套前寒武纪的变质基底。有限的年代学数据也主要是根据全岩Rb-Sr等时线法和矿物K-Ar法等所获得的，由于测年方法的局限导致对这些年龄的解译具有不确定性，因而制约了对那邦地区花岗片麻岩形成时代的限定。

此次研究表明:那邦－铜壁关地区花岗片麻岩的激光锆石U-Pb 年龄分别为 55.0 ±0.5 Ma、50.4±1.3 Ma 以及 51.6 ±1.1 Ma，表明盈江地区1∶20万地质图上原划分为高黎贡群或者上寒武统变质岩系至少有部分是始新世岩浆作用产物。同期的花岗岩在西藏冈底斯花岗岩带有大量报道(莫宣学等，2005)，并且被认为代表了主碰撞产物(莫宣学，2009)。在研究区的西边缅甸著名的Mogok变质带中，也获得过少量相似的花岗岩年龄(Searle et al.，2007;Liang et al.，2008)。上述样品的 εHf(t)介于 －6.7～ +0.05 和+1.41～ +7.80之间，显示了不同的物源组分的参与。两者地域上存在差别，其中那邦地区东侧(铜壁关)以样品10DX-67为代表，εHf(t)介于 －6.7 ～ +0.05，表明物源以地壳组分参与为主，而那邦地区西侧(那邦)以样品10DX-66B为代表，明显大于零的εHf(t)值表明其花岗质岩浆源区很可能与新近地幔派生岩浆的参与关系密切(图5)。

董方浏等(2006)根据云母Ar-Ar定年结果及相应的地球化学数据推断古新世的岩浆成因，认为该时期腾冲的二长花岗岩和正长花岗岩属于地壳来源的富钾钙碱性花岗岩。而在西藏的冈底斯，该时期的岩浆作用较为广泛，岩石类型从基性岩－中性喷出岩－酸性岩均有分布。莫宣学(2009)提到展布于谢通门－南木林－尼木－曲水一带花岗岩，含有丰富的暗色镁铁质微粒包体及其他岩浆混合作用标志，它们的锆石εHf(t)均为正值，也表明具有新生地幔物质组分的参与。对腾冲和西藏冈底斯的这类花岗岩成因多解释为同碰撞阶段岩浆作用产物(莫宣学，2009，2011)。但是新生地幔物质的输入通常应该与俯冲的背景有关而不在地壳加厚背景下发育。考虑到目前大部分观点认为印度与亚洲板块碰撞的时间开始在50～55 Ma(Klootwijk et al.，1992;Hodges，2000;Leech et al.，2005;Najman et al.，2005;Xu et al.，2008)，我们认为 50 ～55 Ma的始新世那邦花岗质片麻岩形成于新特提斯板片向碰撞过渡的构造环境中。也就是说，印度－亚洲板块的碰撞不应该早于～55 Ma。这个推论可以得到沿着东喜马拉雅的产出的峰期变质年龄为40～47 Ma的透镜状高温低压的麻粒岩及角闪岩的(T=760～790 ℃，P=0.67～0.69 GPa)支持 (作者未发表数据)，它们与冈底斯岩浆弧有关，很有可能记录软流圈通过板片窗上涌的热变质事件(如那邦地区，抹谷变质带，南迦巴瓦;夏斌等，2008，2009;李峰等，2010;Hughes et al.，2000;Ding et al.，2001;Kohn and Parkinson，2002;Barley et al.，2003)。在腾冲－梁河及高黎贡山地区，40～42 Ma基性岩岩墙具有板内特征，分别来自于软流圈及富集的地幔岩石圈是新特提斯板片裂离的的响应(Xu et al.，2008)。

5 结论

(1)那邦地区花岗片麻岩三个样品的锆石UPb年龄分别为55.0 ±0.5 Ma、50.4 ±1.3 Ma以及51.6±1.1 Ma，并非原先认为的寒武系或者前寒武系的变质岩系。

(2)样品的锆石εHf(t)介于 +1.41～ +7.80和+0.1 ～ －6.7间，Hf二阶模式年龄分别介于0.63 ～1.04 Ga和1.12 ～1.55 Ga之间，其花岗质岩浆源区很可能与新近地幔派生岩浆的参与关系密切。

(3)那邦地区的花岗片麻岩形成于俯冲－碰撞过渡的构造环境，指示印度板块与欧亚板块碰撞不早于～55 Ma。

致谢:感谢审稿人对本文提出的宝贵意见，感谢西北大学大陆动力学国家重点实验室张红博士在测试过程中提供的辛勤劳动和无私帮助。

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