云南龙陵地区苏帕河花岗岩形成时代与地球化学特征：泛非运动的岩浆响应

苑新晨，杨启军,2*，秦亚，吴彦彬，郑超杰，徐放

(1.桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541006；2. 有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心，广西 桂林 541006)

20世纪70年代中期，北喜马拉雅晚古生代冰海沉积和Stepanoviella冷水生物群以及舌羊齿植物群的发现是中国冈瓦纳研究的真正开端。此后青藏高原北部的羌塘、东部的滇西地区也发现有同时代冰海沉积和冈瓦纳生物群。中国存在大片冈瓦纳陆块的事实促进了区域地质对比和古生物地理的深入研究(王乃文，1984)。近年来，在青藏高原喜马拉雅地区发现了大量泛非期构造-热事件同位素年代学资料，以泛非期中酸性侵入岩最为显著。泛非期中酸性岩浆事件影响的时间和空间一直以来是国内外地质学家用来确定冈瓦纳范围的重要依据和重要标志之一，也是泛非运动在青藏高原的重要表现形式(刘本培等，2002；许志琴等，2005，2006；陈福坤等，2006；王根厚等，2007；李才等，2008，2010；解超明等，2010；杨启军等，2006，2009，2011；Abdeen M M et al., 2005；刘军平等，220)。

滇西是青藏高原的东南延部分(黄涉清等，1984)，而在滇西地区有关泛非运动的证据和表现形式，特别是泛非期中酸性侵入事件还缺乏相应的研究。笔者在1∶50 000区域地质测量基础上，以云南龙陵地区苏帕河花岗岩体为研究对象，获得了滇西地区存在泛非运动的同位素年代学证据，并根据岩石地球化学特征及Sr-Nd同位素研究，探讨了苏帕河花岗岩体的源区性质及其形成的大地构造背景。

1 区域地质背景

分布于龙陵—瑞丽地区的早古生代花岗岩在1∶250 000地质图中被定为奥陶纪二长花岗岩，包括象达-平达岩体、镇安岩体、道街岩体、芒宽岩体，其中道街、芒宽岩体为条带状，沿着高黎贡山东坡分布。象达-平达岩体以长为40 km、宽为30 km的长方形NE向展布，由于苏帕河从西向东横穿整个岩体，故称之为苏帕河花岗岩。

在大地构造上，苏帕河岩体位于保山地块西缘(图1)，挟持在怒江深断裂走滑带和龙陵-瑞丽深断裂(简称龙瑞断裂)之间，中间的走滑断裂系切割花岗岩，在花岗岩体中留下许多平行的弧形韧性剪切带。区内北北东向弧形主构造带切割岩体，在岩体内形成糜棱岩化带、片理化带。主要地层均呈北北东向展布。同时，还发育有北东向、近南北向断层以及糜棱岩带。与岩体相邻的地层主要是震旦系公养河群、寒武系保山组、沙河厂组、核桃坪组和奥陶系大矿山组，这套晚前寒武纪地层在强烈的构造作用下也发生片理化。

图1 云南龙陵地区花岗岩分布图Fig.1 Distribution map of granite in Liongling area, Yunnan province

龙陵花岗岩是一个复式岩体，主体是早古生代花岗岩，岩体中零星穿插侵位有少量白垩纪末期—古近纪花岗岩，其中白垩纪花岗岩最大的岩株出露于象达，称之为象达岩体，苏帕河花岗岩特指其中广泛出露的早古生代花岗岩。

2 岩体的地质及岩相学特征

苏帕河花岗岩体主体侵入于晚元古代震旦纪地层中。在象达北西部，局部侵入震旦纪大理岩中。在岩体内部大量发育有后期的白垩系二云母花岗闪长岩、二长花岗岩和古近系白云母花岗闪长岩、白云母二长花岗岩和白云母正长花岗岩。同时，在段家坝、黄连河村、曹家寨等地可见沿裂隙侵位的辉绿岩、闪长岩和石英闪长斑岩，其中辉绿岩岩体呈岩墙状产出。在后期花岗岩侵位的破坏作用下，苏帕河岩体被分割成16个部分，其中一部分被白垩纪花岗岩、古近纪花岗岩隔开，另一部分成为新花岗岩体中的残留体。

苏帕河花岗岩体总体呈短轴椭圆状，短轴展布方向与区域北北东向构造线方向大体一致，并具有强烈的脆性-韧性变形特征，主体岩性为二云母二长花岗岩类，少量花岗闪长岩，二者呈渐变接触，未找到明显的侵入接触关系。但从分布来看，呈少量岩株状，且二者年龄相近，可以推断花岗闪长岩属侵位于二长花岗岩中。岩石具有块状构造、片麻状构造、眼球状构造、条带状构造等，结构类型包括似斑状结构、粒状结构、糜棱结构等。矿物变形特征明显，石英具有拔丝结构，正长石、斜长石具有核幔结构，长石石英共同组成流动构造，新生的基质黑云母沿着糜棱叶理分布，残斑黑云母透镜化，形成云母鱼等，显示出明显的韧性变形特征(图2)。糜棱岩化花岗岩常呈几米至几十米的狭窄的韧性变形带切过苏帕河岩体，走向与区域北东向弧形构造系一致，是怒江构造带走滑作用的产物。

Bt.黑云母;Pl.斜长石;Qtz.石英

具有块状构造的苏帕河花岗岩，结构以半自形粒状结构最为普遍，暗色矿物自形程度较好，长石次之，石英呈他形充填在不规则空隙中(图3)。矿物组成比较单一，主要矿物组合为：钾长石(40%)+斜长石(30%)+石英(20%～30%)+黑云母(2%～3%)±白云母±绿泥石±磷灰石±角闪石。钾长石主要为微斜长石、正长石、条纹长石等；主要副矿物有磁铁矿、钛铁矿、榍石、磷灰石、锆石、褐帘石等。花岗岩中发育白云母、黄玉、电气石等富铝的后期热液蚀变矿物，二长花岗岩在多处富含白云母，具有典型的壳熔S型花岗岩特征。

Bt.黑云母; Mu.白云母;Kfs.钾长石;Pl.斜长石;Qtz.石英

3 地球化学特征

本研究共采集龙陵地区苏帕河花岗岩的新鲜样品23件，进行主量元素、微量元素以及稀土元素分析。主量元素分析在广州地球化学研究所X射线荧光光谱分析仪(XRF)上完成，微量元素和稀土元素分析在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成。花岗岩的锆石U-Pb定年的测试工作在中国地质大学(武汉)的地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，对分析数据的离线处理采用ICPMSDataCal完成(Liu Y S et al., 1991, 2010; Ludwing K R et al., 2003)。锆石样品的U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均值采用Isoplot完成。岩石样品的主量元素、稀土元素和微量元素分析测试结果见表1、表2和表3。

3.1 主量元素特征

苏帕河花岗岩主量元素具有富硅、铝、钾的特征，在TAS图解(图4)中，样品落入亚碱性系列花岗闪长岩和花岗岩中，与岩相学研究成果一致。岩石的里特曼指数(σ43)为0.36～2.24，也显示钙碱性的特征。在SiO2-K2O图解(图5)中，显示高钾钙碱性系列特征。铝质指数A/CNK为0.99～3.79，多数大于1.1，显示过铝-强过铝特征的“S”型花岗岩特征。

图4 苏帕河花岗岩的TAS图解Fig.4 TAS diagram for Supahe granites

图5 苏帕河花岗岩的K2O-Si2O图解Fig.5 K2O-Si2O diagram for Supahe granites

3.2 稀土元素特征

苏帕河花岗岩具有较高的稀土元素总量，ΣREE=34.69×10-6～348.20×10-6。在球粒陨石标准化稀土配分模式图中(图6)，轻重稀土分异明显，轻重稀土比值(LREE/HREE)为2.04～33.31，(La/Yb)N为1.31～67.65。Sr、Eu元素具有强烈的负异常，δEu为0.1～0.9，表明云南龙陵地区苏帕河花岗岩在结晶作用过程中，具有斜长石的分异作用或者源区斜长石的残留(吕达鑫等，2018)。

图6 苏帕河花岗岩的球粒陨石标准化稀土模式图Fig.6 Chondrite-normalized REE diagram for Supahe granite

3.3 微量元素特征

苏帕河花岗岩成分与原始地幔相比，微量元素的总量及各分量明显偏高，标准化值多数大于1。在原始地幔标准化蛛网图上(图7)，富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素和Th、Ta、Ce、Hf等高场强元素，明显亏损Sr、Eu、Ti等。其中高场强元素含量相当于原始地幔的10倍，低于典型A型花岗岩，高于典型I型花岗岩，与S型花岗岩接近。Th/U值为0.86～8.17，大多为3左右，平均为3.82，与地壳平均值和普通花岗岩一样，远低于A型花岗岩、碱性岩。Sr/Ba值一般小于0.5，平均为0.27，具有S型花岗岩特征。Sr强烈亏损说明岩体在形成过程中，岩浆发生了强烈的分离结晶作用，与主量元素组成揭示的信息一致。

图7 苏帕河花岗岩原始地幔标准化蛛网图Fig.7 Mantle-normalized Web diagram for Supahe granite

3.4 Sr-Nd同位素特征

为了示踪二长花岗岩的岩浆来源，笔者对苏帕河花岗岩采集4件样品进行Sr、Nd同位素分析，采用全岩样品，分析工作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，采用MC-ICP-MS测试完成。Sr-Nd同位素组成见表4。

从表4中可以看出，苏帕河花岗岩的εNd(t)值为-8.9～0.2，εSr(t)值为+7.34～+188.77。与主微量元素成分所体现的过铝“S”型花岗岩成因类型一致。从Nd同位素模式年龄看，苏帕河花岗岩的亏损地幔模式年龄集中在0.99～2.61 Ga，总体集中在中晚元古代，表明二长花岗岩岩浆的源区以中晚元古宙为主，可能存在于晚太古宙。εNd(t)值一个为+0.2，接近0，表明可能存在幔源岩浆的加入或端元混合。这与同源铁镁质微粒包体发育的岩浆混合特征一致(图8)。底侵和岩浆混合作用对苏帕河岩体的形成过程具有重要的制约作用。

图8 苏帕河花岗岩的εSr-εNd图解Fig.8 Diagram of εSr(t) vs εNd(t) for Supahe granite pluton

4 花岗岩的年代学研究

笔者采集了云南龙陵地区苏帕河花岗岩不同部位的6件未变形的新鲜岩石样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，样品采集位置见表5，定年结果见表6。

表5 苏帕河花岗岩体锆石U-Pb定年样品采集位置表Tab.5 The collection positions of Zircon U-Pb dating sample for granite of Supahe plutons

表6 苏帕河花岗岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分析结果表Tab.6 LA-ICP-MS U-Pb data of the Zircon for granite of Supahe granite

续表6

续表6

续表6

对6件样品共测试分析了132粒单颗粒锆石。所测试锆石具有基本相同的形态特征，呈现长柱状、短柱状，自形程度良好，粒径为80～350 μm，具有较亮的阴极发光图像和典型的岩浆振荡环带(图9)。除零星几颗锆石的Th/U值小于0.1以外，其余锆石颗粒均大于0.1。阴极发光照相显示的环带结构，以及大于0.1的Th/U值显示典型的原生岩浆结晶锆石的特征，其所测年龄值可以代表岩浆侵位的时代。

图9 苏帕河花岗岩6个样品锆石阴极发光图像及谐和年龄图Fig.9 CLimages (left) of zircons and U-Pb zircon conclodia plots(right)for 6 samples from Supahe granite

从锆石晶型特征上看，测定的6个锆石样品，Th/U值多数小于0.5，都具有岩浆震荡环带，属于典型的岩浆锆石。从样品打点年龄计算统计结果来看，统计点数只有一个样品打点数为19个，其他在21个点以上，加权平均方差MSWD为0.004～0.3，大多小于0.1，精度较高。二长花岗岩、花岗闪长岩的年龄分离不开，基本一致。测定年龄为(527.0±1.6)～(519.4±1.7)Ma，表明苏帕河花岗岩的结晶年龄为527～519 Ma，按照最新国际地质年代表，属于早寒武Terreneuviande 的第二期。苏帕河花岗岩的定年结果具有8Ma的差别，相对误差不超过2%，表明年龄是可信的，也可能表明苏帕河花岗岩具有一定的演化时期，这与该岩体的岩性在空间上稍有变化的特征是一致的。

5 讨论

5.1 源区性质

原岩识别是花岗岩研究的重要方面，CaO/Na2O可以作为源区的重要判别标志(Sylvester P L et al., 2005)。实验揭示，花岗岩中CaO/Na2O值主要受源区中斜长石/黏土比例的控制，由贫斜长石、富黏土源产生的强过铝花岗岩比由富斜长石、贫黏土源产生的强过铝花岗岩具有更小的CaO/Na2O值(Patino Douce A E et al., 1991)。具体而言，由贫斜长石的泥质岩生成的强过铝花岗岩CaO/Na2O<0.3；而由砂屑岩生成的强过铝花岗岩CaO/Na2O>0.3。苏帕河花岗岩的主量元素显示其源岩应为变质硬砂岩和变质泥质岩。从图10的判别图解也可以看出，苏帕河花岗岩的源区比较复杂，主要有变质泥质岩和变质硬砂岩，还可能含有少量变质英云闪长岩，这和苏帕河花岗岩以S型花岗岩为主，可能含有少量I型花岗岩的特征是一致的。

图10 苏帕河花岗岩源岩判别图解Fig.10 Discrimination diagram for the source of Supahe granites in term of major elements.

U、Th都是亲石元素，具有大离子半径，在地球长期分异演化过程中，它们趋向于在上地壳中富集，其结果是使不同来源的岩石具有不同的U、Th、Pb含量及U/Pb和Th/Pb值，由它们熔融形成的花岗岩类也具有不同的Pb同位素组成。岩浆活动是岩浆作用的重要组成部分，其样式和特点与全球构造动力学机制和全球范围内的构造环境密切相关(夏林圻，2001)。因此，通过分析花岗岩类的初始Pb同位素组成，可以为判断其物质来源提供依据。龙陵苏帕河花岗岩Sr、Ti的强烈负异常及Pb的强烈正异常，而上部大陆地壳以高Rb/Sr为特征，富集U、Th，表明苏帕河花岗岩的壳源性质。这与Sr-Nd同位素示踪结果显示的结果是一致的，即苏帕河花岗岩体来源于年轻地壳的熔融。

5.2 成因及其对泛非运动的响应

为了解苏帕河花岗岩形成的大地构造环境，在系统分析区域构造演化的基础上，应用图解进行详细判别。在Pearce构筑的花岗岩类微量元素构造位置判别图(Y+Nb)-Rb、(Y+Ta)-Rb、Yb-Ta、Y-Nb中(图11)中，龙陵苏帕河花岗岩岩石样品落入火山弧及火山弧+同碰撞花岗岩与板块内部的过渡区，均落于Pearce(1995)划出的后碰撞花岗岩区。在Hf-Rb/30-3×Ta、Hf-Rb/10-3×Ta图解上(图12)，龙陵苏帕河花岗岩各点的投影点集中在不同大地构造环境的分节点上，主要落于岛弧-同碰撞-后碰撞花岗岩区。

WPG.板内花岗岩；VAG.火山孤花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；Syn-COLD.同碰撞花岗岩

图12 (a)Hf-Rb/10-3Ta和(b)Hf-Rb/10-3TaFig.12 (a)Diagram of Hf-Rb/10-3Ta and (b)Hf-Rb/10-3Ta(right)

在Bechelor等(1985)提出的R1-R2因子判别图解中(图13)，龙陵苏帕河花岗岩岩石样品的投影点落在碰撞环境下的同碰撞-碰撞后环境，显示苏帕河花岗岩具有岛弧-同碰撞-碰撞后的大地构造属性。苏帕河花岗岩的结晶年龄为527～519 Ma，具有8 Ma的形成过程，显示苏帕河花岗岩的长时间演化过程，这个过程可能意味着苏帕河花岗岩经历洋壳俯冲(岛弧花岗岩)→大洋封闭碰撞(同碰撞花岗岩)→碰撞后陆壳加厚与底侵作用(后碰撞花岗岩)的演化旋回。

①.地幔分异；②.板块碰撞前；③.碰撞后隆起；④.造山晚期；⑤.非造山；⑥.同碰撞；⑦.造山后

泛非运动是指大约(550±100) Ma发生的一次重要的构造热事件，其影响的非洲大部分及相邻的冈瓦纳地区被称为泛非造山带，泛非造山带包括变质和变形的表壳岩石及局部再活化的基底。泛非造山带的形成促使东冈瓦纳与西冈瓦纳的联合，即冈瓦纳大陆诞生。在特提斯-喜马拉雅变质基底和高喜马拉雅变质岩石中，平均年龄值为(501±12) Ma和(460±11) Ma，记载了喜马拉雅地体的变质基底岩石卷入泛非事件中，又在500 Ma之后继续卷入早古生代变质事件的历史。

从早泛非运动(670～500 Ma)开始，滇西以统一的构造格架逐步进入早古生代。它的特点是以上下整合的浅变质岩系(新元古代—下寒武统)为过渡，一方面与古地中海的阿拉伯北部、伊朗、藏南到东南亚完全一致；另一方面又与欧亚陆块南缘特征明显的震旦系冰川沉积、镁硅质碳酸盐建造、富含小壳化石群和磷块岩的下寒武统形成鲜明对比。说明尽管古元古代及中元古代扬子地块和印支地块有较多相似和相关，但泛非运动以来，整个滇西纳入了古地中海域背部被动边缘范围。泛非运动末，主要在晚寒武纪固山期前，滇西地区虽以造陆为主，但在怒江以西出现潞西-平达隆起，此构造隆起是花岗岩侵位区。

苏帕河花岗岩的锆石U-Pb测年结果为527～519 Ma，形成的大地构造属性为岛弧-同碰撞-后碰撞过程，把这个过程与冈瓦纳演化过程对比，可以看出，苏帕河花岗岩是泛非运动过程中，泛非洲大洋俯冲→闭合→碰撞过程的产物，是对冈瓦纳大陆形成过程的响应。预示着519 Ma之前，包含南美洲地块、非洲地块的西冈瓦纳和包含的印度地块、南极洲地块、澳大利亚地块、阿拉伯地块的东冈瓦纳最终碰撞拼合，形成冈瓦纳大陆，苏帕河花岗岩当时应是印度地块的组成部分。

6 结论

(1)云南龙陵地区苏帕河花岗岩主体岩性为二长花岗岩，其次是花岗闪长岩。为过铝-强过铝高钾钙碱性系列S型花岗岩，含有少量I型花岗岩。稀土元素总量较高，具有强烈的负Eu异常；微量元素富集Rb、Ba、K、Th、Ta、Ce、Hf，亏损Sr、Eu、Ti等元素。岩石经历了分离结晶过程，且有斜长石的分异。

(2)LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示，苏帕河花岗岩体形成于早寒武Terreneuvian第二期，其结晶年龄为527～519 Ma。

(3)苏帕河花岗岩的源岩为中地壳中晚元古代变质泥质岩、变质硬砂岩，并含有少量变质英云闪长岩，属于岛弧-同碰撞-后碰撞花岗岩，是对大洋俯冲→封闭→碰撞过程的记录。

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