滇西澜沧江构造带南段沙乐花岗岩的锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义

刘军平 , 田素梅, 丛峰, 孙柏东, 黄晓明,徐云飞,3

(1.云南省地质调查院，云南 昆明 650216；2.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081；3.昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

引言

西南三江地区地处青藏高原东南缘特提斯-喜马拉雅构造域东部，是冈瓦纳大陆与欧亚大陆的结合地带，特提斯造山带与环太平洋造山带的汇合部[1]。近年来，特提斯洋俯冲及印-欧大陆的碰撞问题成为地学界研究的热点。滇西三江地区南澜沧江构造带的沙乐花岗岩体位于澜沧江断裂东侧，景洪岩浆弧与兰坪-思茅盆地之间，总体上呈NW-SE向展布。由于岩体规模较小，岩石类型较为单一，1∶20万魏山幅和1∶25万凤庆幅区域地质调查报告的前期资料涉及相关的研究内容较少，仅有岩性和分布特征介绍，缺乏高精度的锆石U-Pb同位素年代数据。本文报道了该岩体花岗闪长岩及二长花岗岩获得的锆石U-Pb 年龄, 并结合其地球化学特征、产出状态, 讨论沙乐岩体形成的构造背景及大地构造意义。

本文对澜沧江南段构造带的三叠纪沙乐花岗岩的岩石地球化学特征进行了初步研究，利用锆石U-Pb测年方法进行了定年，探讨了其侵位时代、成因类型、物质来源及大地构造属性，为澜沧江南段乃至整个西南三江地区地质演化的动力学过程提供约束和研究依据，对于建立三江地区完整的时空格架具有重要意义。

1 区域地质特征

研究区位于滇西地区，在区域构造位置上属全球特提斯-喜马拉雅构造域的东段，冈瓦纳大陆与欧亚大陆强烈碰撞的地带，也是特提斯构造域与环太平洋构造域的交汇部位[2]。地层上位于兰坪-思茅双向弧后-陆内盆地西缘，属于华南地层大区(Ⅱ)，羌北-昌都-思茅地层小区(Ⅱ-1)的景洪岩浆弧(图1)。

区域出露地层以古元古界、早古生界为主, 其次为三叠系、侏罗系和白垩系，少量新生代地层(图1)。古元古界崇山岩群(Pt1C.)为一套变质程度达绿片岩-角闪岩相的二云母(黑云母)斜长片麻岩、花岗片麻岩、花岗混合岩、(长石、二云母、含石榴石)石英片岩、斜长(二长)变粒岩、斜长角闪岩及花岗伟晶岩等岩石组合，是羌塘-三江多岛弧盆系统的结晶基底。中元古界团梁子岩组(Pt2t.)是一套变形强烈的灰绿、灰色(石英)绢云千枚岩、绢云石英千枚岩夹阳起绿泥绿帘千枚岩、绿泥石英钠长千枚岩、钠长绿泥绿帘千枚岩等。原岩为泥岩、粉砂岩、大量的基性火山岩。早古生界无量山岩群(Pz1W.)为一套绢云板岩-砂质板岩类、变质砂岩类、变质碳酸盐岩类、英安质凝灰质板岩、部分斑点板岩、千枚岩、少量石英岩、钠长绿泥片岩。石炭—二叠系龙洞河组(C—Pl)为一套灰绿、灰紫色中酸性熔结凝灰岩、英安质凝灰岩、沉凝灰岩、火山角砾岩、岩屑长石砂岩、凝灰质粉砂岩、泥质粉砂岩。三叠系中统忙怀组(T2m)下部岩性为流纹岩、英安岩、安山岩、英安质流纹质凝灰熔岩(熔岩为主)；上部岩性为灰、灰绿色凝灰质砂岩、灰色粉砂岩夹灰-灰绿色凝灰岩。上三叠统地层(T3)为一套由浅海相沉积向三角洲沉积相演化的陆源碎屑岩类、碳酸盐岩类沉积物。侏罗—白垩系地层为一套湖相碎屑岩沉积。新近系三营组(N2s)为一套成熟度低的陆相河湖沉积物，岩性组合为石英砂岩、粉砂岩、泥岩(黏土岩)夹褐煤层(不稳定层)。

2 样品采集及测试

2.1 岩体地质特征

沙乐早三叠世花岗岩体在平面上呈椭圆状，由两个小岩体组成，总体呈北西—南东向展布，与区域构造方向一致，出露面积约为3.5km2。岩体与围岩无量山岩群呈侵入接触关系(图2)，岩体接触部分可见冷凝边。无量山岩群受岩体烘烤普遍发生热变质作用，说明无量山岩群沉积时代不晚于岩体侵位时代。沙乐花岗岩体岩石类型以灰色黑云母二长花岗岩为主，少量为浅灰色细粒花岗闪长岩和灰白色花岗闪长斑岩，局部见无量山岩群变质长石石英砂岩捕掳体。黑云二长花岗岩与花岗闪长岩呈渐变过渡接触关系。

图1 沙乐地区大地构造位置图及地质图

Fig.1 Tectonic setting and geological map of the Shale region in western Yunnan

图2 沙乐花岗岩与无量山岩群(Pz1W.)呈侵入接触关系

Fig.2 Intrusive contact between the Shale granites and the Wuliangshan Group Complex

2.1.1 灰色中粗粒黑云二长花岗岩

岩石呈浅灰色，中粗粒花岗结构，局部为中粒似斑状花岗结构，块状构造(图3a)。斑晶为钾长石，呈半自形板状-不规则粒状，含量在36%～41%之间，具简单双晶和条纹结构，为条纹长石，局部蚕蚀交代斜长石(图3b、c)。斜长石含量约25%～35%，呈半自形板状，双晶不发育，具较轻度的绢云母化、高岭石化及黏土化现象。石英呈它形及不规则粒状，局部具波状消光，含量约20%～25%之间，充填于其它矿物粒间空隙中。暗色矿物主要为黑云母(含量约6%)，其次为角闪石(含量约3%)。黑云母呈片状，绿泥石化明显；角闪石呈半自形，多色性明显，为浅-暗绿色，绿泥石化较强。副矿物主要为锆石、榍石、磁铁矿和磷灰石等，锆石晶形较好，呈长柱状。

2.1.2 浅灰色细粒花岗闪长岩

岩石具细粒花岗结构，块状构造(图3d)。岩石主要由粒径≤1.8 mm的半自形-它形粒状斜长石(55%～60%)、石英(25%～30%)、钾长石(5%～10%)和片状黑云母(3%～5%)、白云母(<1%)、绿帘石(<1%)及副矿物(<1%)等混杂分布组成。斜长石呈半自形-它形粒状，杂乱不均匀分布；它形粒状石英、钾长石不均匀分布于斜长石粒间，自形程度较斜长石稍差，粒度主要在细粒范围；片状白云母、黑云母呈杂乱不均匀分布；少数绿帘石呈零星分布，镜下特征见图3e、f。

2.1.3 灰白色细粒花岗闪长斑岩

岩石具多斑结构，块状构造。基质具显微晶质、显微文象结构。斑晶为半自形板柱状斜长石(55%)和它形粒状石英(5%)等混杂不均匀分布。基质主要由显微晶质石英(15%)、斜长石(10%～15%)、钾长石(10%)及少数黑云母(1%～2%)、绢云母等(<1%)组成。它形粒状石英、斜长石杂乱分布，它形粒状钾长石常与石英、斜长石交生呈显微文象结构。黑云母、绢云母杂乱不均匀分布，绢云母集合体呈它形粒状。

2.2 样品采集及测试

用于研究的2件岩石样品采自于滇西大理南涧县沙乐乡沙乐花岗岩体中，采样位置见图1。岩性分别为黑云二长花岗岩和花岗闪长岩，采集岩石风化程度弱，较新鲜。用于主量元素和微量元素测定的样品，新鲜无污染并粉碎至200目以下。常量、微量及稀土元素分析测试在国土资源部昆明矿产资源监督检测中心完成。常量元素分析采用 AXIOS-X荧光光谱仪测定，分析误差1%～3%。微量、稀土元素分析采用等离子质谱(Icap Q)完成，分析准确度优于5%。

锆石分选在河北区域地质矿产调查研究所实验室完成。原岩样品经人工粉碎，淘洗后去除轻矿物部分，将得到的重砂部分经电磁选后得到含有少量杂质的锆石样品，最后在双目镜下挑选出锆石晶体。选择晶型较好、无裂隙的锆石颗粒粘贴在环氧树脂表面制成锆石样品靶，打磨样品靶，使锆石的中心部位暴露出来，然后进行抛光。对锆石进行反射光、透射光显微照相和阴极发光(CL)图像分析，根据反射光、透射光及锆石CL图像，选择代表性的锆石颗粒和区域进行U-Pb测年。U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作为载气、氩气为补充气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流(Ar+He)中加入少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精度[4]。激光剥蚀系统配置了使激光脉冲频率低达1Hz的信号平滑装置，可使系统获得光滑的分析信号[5]。每个时间分辨分析数据包括大约20～30s的空白信号和50s的样品信号。采用 Isoplot 程序(Ver3.0)[23]进行锆石加权平均年龄计算及谐和图的绘制。采用年龄为206Pb/238U 年龄，其加权平均年龄值的误差为2σ，206Pb/238U和207Pb/206Pb平均年龄误差为95%置信度。

图3 黑云二长花岗岩手标本(a)、单偏光(b)、正交偏光(c)及花岗闪长岩手标本(d)、单偏光(e)、正交偏光(f)

Fig.3 Photomicrographs of biotite monzogranites, hand specimen(a),plane-polarized light (b) and cross-polarized light (c), and granodiorites, hand specimen(d), plane-polarized light (e) and cross-polarized light (f)

图4 沙乐花岗岩类Q′-ANOR图解(据Streckeisen和Le Maitre，1979)

2.碱长花岗岩；3a.正长花岗岩；3b.二长花岗岩；4.花岗闪长岩；5.英云闪长岩；6′.石英碱长正长岩；7′.石英正长岩；8′.石英二长岩；9′.石英二长闪长岩、石英二长辉长岩；10′.石英闪长岩、石英辉长岩、石英斜长岩；6.碱长正长岩；7.正长岩；8.二长岩；9.二长闪长岩、二长辉长岩；10.闪长岩、辉长岩、斜长岩

Fig.4 Q′-ANOR diagram of the Shale granites (after Streckeisen and Le Maitre, 1979)

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素

本次选择7件代表性样品，其中黑云二长花岗岩6件和花岗闪长岩1件，其主量元素和微量元素分析结果及相关参数列于表1。在Q′-ANOR岩石分类图解中(图4)，6件黑云母二长花岗岩样品全部落在二长花岗岩范围内，1件花岗闪长岩样品落在花岗闪长岩范围内，与野外观察和显微镜下鉴定结果相一致。

岩石中黑云母二长花岗岩的SiO2含量为70.15%～75.39%，Na2O+K2O含量为6.66%～7.49%，Na2O含量为3.03%～4.84%，K2O/Na2O为0.77～2.66，P2O5含量为0.02%～0.10%，MgO含量为0.45%～0.82%，Mg含量为11.28%～21.62%，显示出富钠的特征。在岩石A/CNK-A/NK图解中，4个样品落在钙碱性系列区域，一个样品落入低钾(拉斑)系列(图5)。岩石C.I.P.W.计算结果显示，标准矿物中皆出现钾长石(Or)、钠长石(Ab)和石英(Qz)，刚玉分子(C)含量为0.29～2.34 ，多数大于1%，平均含量达1.12 ，说明岩石属铝和硅过饱和类型。

图5 沙乐花岗岩体 A/CNK-A/NK 图解(a)和SiO2-K2O图解(b)

Fig.5 A/CNK vs.A/NK diagram (a) andw(SiO2) vs.w(K2O) diagram (b) of the Shale granites

3.2 稀土元素

研究区沙乐花岗岩的微量、稀土元素分析结果列于表1。黑云母二长花岗岩的稀土总量 ΣREE为(97.26～292.31)×10-6之间，平均为208.14×10-6，ΣLREE/ ΣHREE=1.78～2.24，LREE 相对富集，HREE相对亏损，稀土配分曲线均向右倾斜，为富集轻稀土型分布模式(图6a)。(La/Yb)N介于2.67～64.85之间，表明轻稀土相对富集，轻、重稀土之间分馏相对明显。(Ce/Yb)N介于1.91～12.11之间，δEu=0.29～0.83，显示存在弱到中等程度的负 Eu异常。(Sm/Nd)N介于0.51～0.81，高于地壳丰度值(0.17)，反映壳源岩浆受到了幔源岩浆的一定程度混染。

3.3 微量元素

黑云二长花岗岩、花岗闪长岩的微量元素原始地幔标准化蛛网图形态相似(图6b)，均显示元素Rb、Th、Nd等相对富集，而元素Ba、Nb、Ce、Zr、Eu等相对亏损。按照张旗的Sr-Yb花岗岩分类方案，本期花岗岩主要属常见的低Sr低Yb花岗岩，部分样品属低Sr高Yb花岗岩(图7)，结合稀土元素配分曲线分析，可能属中等压力下，以斜长石为主要残留固相(无石榴石)的角闪岩相变质泥质岩系部分熔融形成的。

4 锆石 U-Pb年龄

本次工作用于锆石 U-Pb年龄测试的样品采集位置见图1，样品分析数据见表2、3。其中黑云二长花岗岩(D0007)的锆石均为无色透明，以柱状、短柱状为主，长度变化于100～200μm，长宽比1.5∶1～3∶1，少部分锆石边部具有熔蚀现象，锆石CL图像显示明显的振荡韵律环带(图8a)。锆石的Th/U比值均小于1，属典型的岩浆成因锆石。选择19颗锆石进行了19个点的定年分析，所有的分析点都位于谐和线上及其附近(图9a)。对测得的19颗锆石的数据进行处理，获得了较为一致的206Pb/238U年龄246.4±2.6 Ma (MSWD=2.9)，该年龄代表黑云二长花岗岩的岩浆结晶年龄。

花岗闪长岩(D0009)的锆石颗粒为无色透明或浅黄色，半自形到自形，形态有长柱状、短柱状、粒状和不规则状，粒径大小在110～180μm之间，颗粒长宽比在 1∶1～1∶2之间。花岗闪长岩锆石具有明显的振荡韵律环带(图8b)，锆石的Th/U比值均小于1，为典型的岩浆成因。花岗闪长岩的锆石中可见继承锆石的残留核，这些锆石具典型的核-边结构，继承核表现为弱的发光性(测点6和测点22)，部分继承核仍具有清楚的岩浆振荡环带，表明这些锆石的继承核和增生边均为岩浆成因。选择24颗锆石进行了24个点的定年分析。所有 24个分析点都位于谐和线上及其附近(图9b)，对测得的24颗锆石的数据进行处理，获得了较为一致的206Pb/238U年龄245.7±3.6 Ma (MSWD=5.6)，该年龄代表了花岗闪长岩的岩浆结晶年龄。

5 讨论

5.1 岩体形成时代

表1 沙乐岩体的主量元素和微量元素分析结果

图6 沙乐岩体稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(原始地幔数据引自Sun等，1989)

Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution patterns for the Shale granites(a) and PM-normalized trace element distribution patterns for the Shale granites(b) (Primitive mantle data are from Sun and McDonough, 1989)

图7 沙乐花岗岩体Sr-Yb图解

Ⅰ.高Sr低Yb花岗岩；Ⅱ.低Sr低Yb花岗岩；Ⅲ.高Sr高Yb花岗岩；Ⅳ.低Sr高Yb花岗岩；Ⅴ.极低Sr高Yb花岗岩

Fig.7 Sr-Yb diagram of the Shale granites

沙乐花岗岩体中的黑云二长花岗岩样品(D0007)的锆石206Pb/238U 年龄加权平均值为246.4±2.6 Ma (MSWD=2.9)，代表了黑云二长花岗岩的岩浆结晶年龄。其中一件花岗闪长岩样品(D0009)的锆石206Pb/238U年龄加权平均值分别为245.7Ma±3.6 Ma (MSWD=5.6)，代表了花岗闪长岩的岩浆结晶年龄。两类岩石的年龄相差约0.8～1Ma，岩石年龄在误差范围内基本一致，表明黑云二长花岗岩和花岗闪长岩为同一物源，且沙乐一带早三叠世发生了较大规模的酸性岩浆活动。

5.2 岩石成因

Sylvester(1998)通过研究认为，与碰撞有关的过铝质-强过铝质花岗岩的源区尽管具有多样性，但主要的源区是地壳中的碎屑沉积岩类(如泥质岩、砂屑岩及杂砂岩)和变质沉积岩。实验岩石学研究也表明，地壳中碎屑沉积岩类部分熔融形成偏酸性的过铝质花岗岩类，只有泥砂质沉积岩类部分熔融才可能形成强过铝质花岗岩[4]。对于SiO2含量在71.44%～76.39%之间的过铝质花岗岩，其CaO/Na2O值可以反映其源区成分特征。由泥岩生成的过铝质花岗岩的CaO/Na2O值一般小于0.3，而由砂屑岩、正片麻岩生成的过铝质花岗岩的CaO/Na2O值一般大于0.3。沙乐花岗岩的 CaO/Na2O值有4个样品为0.45～0.55，其它3个样品为0.06～0.23，小于0.3，表明本区早三叠世花岗岩浆源区岩石成分主要为砂屑岩、正片麻岩和泥质岩。在Rb/Ba-Rb/Sr图解中，沙乐花岗岩2个样品点落入砂页岩源区、杂砂岩源区，5个样品点分布在富黏土源岩区的泥质岩区(图10a)，表明其源区成分主要为泥质岩。在C/MF-A/MF判别图解中，2个样品点主要落入变质杂砂岩部分熔融区，有5件样品分布在变质泥质岩部分熔融区(图10b)。因此，沙乐花岗岩体属于含砂质的变质泥质岩系部分熔融的产物。

5.3 花岗岩形成的构造背景

花岗质岩石形成于活动大陆边缘、岛弧造山带、大陆碰撞带等多种构造环境[1]。在(Y+Nb)-Rb 图解(图11)上，沙乐黑云母二长花岗岩样品点落入火山弧花岗岩(VAG)及板内花岗岩(WPG)重叠区域及其附近；沙乐花岗闪长岩样品点落入火山弧花岗岩(VAG)及同碰撞花岗岩(Syn-COLG)重叠区域及其附近(图11)。在R1-R2图解中，本期花岗岩主要落入非造山区花岗岩-同碰撞花岗岩二者的过渡区域(图12)。微量元素Nb的亏损表明斜长石作为熔融残留相或结晶分离相存在，即在熔融过程中斜长石没有耗尽。Sr的负异常和Th的正异常显示了岛弧岩浆岩的特征，暗示着岩浆源区可能遭受过俯冲板块流体或熔体的交代作用。Ba的亏损与结晶晚期碱性长石的分离关系密切，是残余花岗岩浆的体现。Nb亏损是壳源成因类型的表现。Ba、Sr显示为相对亏损，具有非造山带花岗岩的特征，反映有较为强烈分异的分离结晶作用存在，说明岩石形成于较稳定的构造环境，这与板内花岗岩相似，应形成于俯冲-碰撞岩浆弧转换环境。沙乐岩体花岗岩既有岛弧花岗岩的特征，又有板内花岗岩的特征，部分具碰撞花岗岩的特征，表明昌宁-孟连洋碰撞最早时限可追溯到早三叠世。

图8 沙乐花岗岩岩体代表性锆石阴极发光(CL)图像

Fig.8 Representative CL images of zircons in biotite monzogranites (a) and granodiorites (b) from the Shale granites

图9 沙乐岩体黑云母二长花岗岩(a)和花岗闪长岩(b)锆石U-Pb年龄谐

Fig.9 Concordia plot of the zircon U-Pb age data for biotite monzogranite from the Shale granites (a)and granodiorite (b)

图10 沙乐花岗岩的 Rb/Ba-Rb/Sr(a)(据Sylvester,1998)和CaO/(MgO+TFeO)-Al2O3/(MgO+TFeO)(b)(据Alther等，2000)

Fig.10 Rb/Ba vs.Rb/Sr diagram of the Shale granites (a) (after Sylvester, 1998) and CaO/(MgO+TFeO) vs.Al2O3/(MgO+TFeO) diagram of the Shale granites (b) (after Alther et al., 2000)

5.4 构造意义

沙乐花岗岩体岩石组合属俯冲-同碰撞的花岗闪长岩-黑云二长花岗岩组合。本次野外工作在南涧县老家库一带采集的花岗闪长岩获锆石U-Pb年龄271.9±2.5Ma(另有文章报道)。据俞赛赢等(2003)对被二长花岗岩主体岩性所侵入或呈残留体或捕虏体存在的花岗闪长岩进行锆石 U-Pb 定年时获得了269 ± 37Ma 的年龄[11]，可推断270Ma左右为二叠纪古特提斯洋俯冲形成弧岩浆岩的时限。

南澜沧江带下三叠统普遍缺失，而沙乐花岗岩形成于早三叠世，说明缅泰马微大陆与思茅地块的碰撞作用最早时限发生于早三叠世。碰撞作用使陆壳增厚、压力及温度迅速增加，增温效应使增厚陆壳部分熔融形成本期花岗岩。由此可知，三江地区昌宁-孟连洋在二叠纪左右俯冲形成弧岩浆岩，早三叠世是缅泰马陆块与思茅地块碰撞初始阶段，中—晚三叠世以来进入了碰撞后造山阶段。岩浆弧的分布范围应向东扩展到无量山一带，传统意义上的澜沧江断裂并不是岩浆弧东部边界。

图11 沙乐花岗岩岩体(Y+Nb)-Rb 图解(据Pearce，1996)

VAG.火山弧花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩； WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩

Fig.11 (Yb+Nb) vs.Rb diagram of the Shale granites (after Pearce, 1996)

6 结论

(1)LA-ICP-MS锆石U-Pb法测得沙乐黑云二长花岗岩样品(D0007)的锆石206Pb/238U 年龄加权平均值为246.4Ma±2.6Ma (MSWD=2.9)，花岗闪长岩样品(D0009)的锆石206Pb/238U年龄加权平均值为245.7Ma±3.6Ma(MSWD=5.6)，代表了该花岗岩体的形成时代为早三叠世，表明兰坪-思茅地块 在246Ma左右的早三叠世发生了较大规模的酸性岩浆活动。

图12 沙乐花岗岩岩体R1-R2图解

1.地幔分异的花岗岩;2.碰撞前花岗岩;3.碰撞后隆起的花岗岩;4.造山晚期-晚造山期花岗岩;5.非造山期花岗岩;6.同碰撞花岗岩;7.造山期后花岗岩

Fig.12 R1vs.R2diagram of the Shale granites

(2)沙乐花岗岩的岩石地球化学特征反映出该早三叠世花岗岩具有板内-岛弧型花岗岩-同碰撞花岗岩的地球化学特征，其岩浆来源于含砂质的变质泥质岩系部分熔融的产物。

(3)沙乐花岗岩侵入于古生界无量山岩群，本区并未获得无量山岩群的确切U-Pb锆石年龄，沙乐花岗岩年龄的测定，可间接说明本区无量山岩群沉积时代不晚于早三叠世。

(4)沙乐花岗岩岩浆形成于俯冲-碰撞岩浆弧转换的大地构造背景，其早三叠世侵位时代的测定，说明昌宁-孟连洋碰撞最早时限可追溯到早三叠世。

致谢 锆石LA-ICP-MS分析和阴极发光照片得到了南京宏创地质勘查技术服务有限公司袁秋云的帮助。审稿人提出了宝贵的修改意见。在此一并表示衷心感谢！

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