哀牢山古特提斯洋的俯沖與閉合：碎屑沉積與巖漿作用記錄

1、哀牢山古特提斯洋的俯沖與閉合：碎屑沉積與巖漿作用記錄云南中部的哀牢山構(gòu)造帶保留了大量的古特提斯演化地質(zhì)記錄，是研究古特 提斯洋的關(guān)鍵地區(qū)之一。但是該地區(qū)經(jīng)歷了后期多階段強烈的構(gòu)造變形，尤其是 新生代印度-亞歐大陸碰撞事件的疊加，使構(gòu)造帶內(nèi)絕大部分地層與巖漿系統(tǒng)都 遭受了不同程度的變形改造，表現(xiàn)出不同程度的透鏡化、混雜化和無序化,在縫合 帶或混雜巖帶內(nèi)表現(xiàn)尤為顯著。因此，盡管前人對該地區(qū)的蛇綠巖,俯沖和碰撞相 關(guān)的巖漿巖進行了大量的研究，也取得了許多重要成果，但是在哀牢山古特提斯 洋俯沖過程和閉合時限等重要科學(xué)問題上仍然存在很大的爭議:盡管目前學(xué)術(shù)界 大多數(shù)觀點認為哀牢山洋是通過向西俯沖于印支板

2、塊之下而逐漸消減的,但也有 學(xué)者認為是向東俯沖于華南板塊之下的;在哀牢山洋閉合時限問題上，更是觀點 眾多，跨度巨大，涵蓋了泥盆紀至晚三疊世。哀牢山構(gòu)造帶及其鄰區(qū)廣泛分布有二 疊紀-三疊紀碎屑沉積巖，同時在哀牢山變質(zhì)雜巖帶中保留有與哀牢山洋演化相 關(guān)的巖漿記錄，這些碎屑沉積巖和巖漿巖對哀牢山構(gòu)造帶晚古生代-早中生代的 大地構(gòu)造演化歷史重建的意義此前一直沒有得到足夠的重視。本論文選取哀牢山變質(zhì)雜巖中的二疊紀-三疊紀巖漿巖以及整個構(gòu)造帶和鄰 區(qū)的二疊紀-三疊紀碎屑/變碎屑沉積巖為研究對象，開展了 U-Pb年代學(xué)、鋯石原 位Hf-O同位素、礦物學(xué)、全巖元素及Sr-Nd同位素地球化學(xué)分析，厘定了巖漿巖

3、的形成時代、成因機制和源區(qū)特征;限定了碎屑沉積巖的源區(qū)組成及沉積環(huán)境， 從而為哀牢山洋的俯沖過程及其最終閉合的時限提供了可靠的限制。本研究取得 以下重要進展：（1）闡明了哀牢山縫合帶兩側(cè)二疊紀-中三疊世碎屑沉積巖形成 于弧前或者弧后盆地沉積環(huán)境,晚三疊世碎屑沉積巖形成于前陸盆地沉積環(huán)境印 支東緣二疊紀沉積巖具有相對較低的SiO2含量（平均71.4 wt.%）、 K2O/Na2O（平均 0.65）比值以及較高的 Fe2OT3+MgO（平均 6.96 wt.%）含量和 Al2O3/SiO2 （平均0.20）比值，較低的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（CIA;47 - 74, 平均59）和較高的成分變化指數(shù)（ICV;

4、0.70 - 1.29,平均1.03），其地球化學(xué)組 成與典型的大陸島弧區(qū)硬砂巖組成相似,可能形成于弧前或者弧后盆地環(huán)境。印 支東緣晚三疊世碎屑沉積巖化學(xué)組成上與二疊紀樣品存在很大的差異，含有較高 的 SiO2 （平均 81.9 wt.%）含量、K2O/Na2O （平均 8.48）比值和較低的（Fe2OT3+MgO） （平均 5.26 wt.%）含量和 Al2O3/SiO2 （平均 0.12）比值，較高 CIA （77 - 84;平均80）值和較低ICV （0.52- 1.12;平均0.79）值，其地球化學(xué)組成 與典型的被動大陸邊緣的硬砂巖組成相似，可能形成于前陸盆地。印支東緣中三 疊世樣品的

5、化學(xué)組成變化較大,其主量元素組成變化范圍寬,CIA （52 - 84;平均 69）與ICV （0.50 - 1.14;平均0.88）值變化范圍大，其物源組成既有來自成熟的 克拉通內(nèi)部物質(zhì)也有活動大陸邊緣島弧物質(zhì)。華南板塊西緣早-中三疊世碎屑沉積巖顯示單一的280 - 237 Ma碎屑鋯石年 齡組,其峰值年齡為254 - 251 Ma，其 Hf （t）值主要為正值，范圍介于-16.66 至+9.11之間。該種單年齡組單年齡峰的碎屑鋯石譜征以及對應(yīng)的碎屑鋯石Hf 同位素組成,指示其沉積環(huán)境很可能為弧前盆地，沉積物源主要來自華南西緣的 二疊紀-三疊紀巖漿島弧。印支板塊東緣中三疊世碎屑沉積巖樣品中的碎

6、屑鋯石 具有296 - 236 Ma單一的年齡組，顯示單峰的碎屑鋯石年齡譜特征，峰值為 246 - 242Ma。老于300 Ma的碎屑鋯石很少，約占總的碎 屑鋯石顆粒的35%。296 - 236 Ma年齡組中的碎屑鋯石的Hf同位素組成變化非常大，其 Hf （t） 值主要為負的，范圍介于-18.95至+10.12之間。該種單年齡組單年齡峰的碎屑鋯 石譜征以及對應(yīng)的碎屑鋯石Hf同位素組成，指示其沉積環(huán)境很可能為弧后盆地， 碎屑沉積物主要來自印支東緣二疊紀-三疊紀的太忠-李仙江島弧。華南板塊西緣 與印支板塊東緣的晚三疊世碎屑沉積巖具有相似的碎屑鋯石年齡譜，均顯示多年 齡組的特征（290 - 230

7、Ma,500 - 400 Ma,850 - 700 Ma,1000 - 900 Ma,2000 - 1800 Ma和2500 - 2400Ma）,且相同的年齡組的碎屑鋯石具有相似的Hf同位素組成， 指示兩個板塊沉積盆地的沉積物源相似,其沉積環(huán)境很可能前陸盆地，其沉積物 源主要為二疊紀-三疊紀島弧巖漿巖、板塊內(nèi)部早古生代-前寒武紀火成巖或者再 循環(huán)的沉積巖。（2）論證了哀牢山變質(zhì)雜巖帶中三疊世輝長質(zhì)閃長巖-花崗閃長 巖是哀牢山洋東向俯沖形成的島弧殘留;揭示了輝長質(zhì)閃長巖為沉積物熔體交代 地幔楔部分熔融的產(chǎn)物,而花崗閃長巖是同時代輝長質(zhì)巖漿分離結(jié)晶的產(chǎn)物哀牢 山變質(zhì)雜巖帶中的輝長質(zhì)閃長巖的二次離子

8、質(zhì)譜（SIMS）鋯石U-Pb定年結(jié)果顯 示,其形成時代為2352 Ma,樣品具有較低的SiO2含量（49.55 -54.39wt.%)和 K2O/Na2O (0.31-0.40)比值，高 MgO (4.96 - 5.99 wt.%)和 Mg# (48 - 57)。所有樣品均富集大離子親石元素(比如,Rb、Ba和U)而虧損高場強元素(比 如，Nb、Ta 和 Ti)。輝長質(zhì)閃長巖具有低(87)Sr/(86)Sr) i (0.7046 - 0.7050)和鋯石0 18O (5.76 - 6.59%。)值， 高 Nd (t) (+3.63至+4.22)和鋯石 Hf (t) (+9.9至+12.6)值。

9、輝長質(zhì)閃長 巖的地球化學(xué)組成及其同位素模擬結(jié)果指示,其最有可能是哀牢山洋東向俯沖的 過程中，3%5%俯沖沉積物熔體交代地幔楔的部分熔融形成。哀牢山變 質(zhì)雜巖帶中的花崗閃長巖的SIMS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，其形成時代為2372 Ma,樣品具有較高的 SiO2(64.64 - 70.98 wt.%),低 MgO (0.85 - 1.58 wt.%)含量和 Mg# (36-41)。樣品顯示富集大離子親石元素(比如,Rb、Ba和U)而虧損高場強元素(比 如,Nb、Ta和Ti)?；◢忛W長巖的全巖Sr-Nd同位素和其鋯石Hf-O同位素組成與 同時代輝長質(zhì)閃長巖相似，但變化范圍相對較大,具有低(87)

10、Sr/ (86)Sr)i(0.7037 - 0.7046)和鋯石0 18O (6.25 - 7.20%)值，高 Nd(t)(+2.90 至+4.64)和鋯石 Hf(t)(+9.9 至+14.1) 值。在主量元素與微量元素哈克圖解中，花崗閃長巖與同時代的輝長質(zhì)閃長巖顯 示良好的巖漿演化趨勢。瑞利分餾模擬結(jié)果顯示，哀牢山中三疊世花崗閃長巖很 可能是同時代輝長質(zhì)巖漿通過40%角閃石、30%單斜輝石、 30%斜長石的分離結(jié)晶的產(chǎn)物，其同位素組成的變化是由于其源區(qū)組 成的不均一性造成的。(3)在哀牢山變質(zhì)雜巖帶中首次厘定了晚二疊世富Nb玄武巖，該套玄武巖 是來自相對富集的洋島玄武巖(OIB)型峨眉山地幔

11、柱物質(zhì)和洋中脊玄武巖(MORB) 型虧損地幔物質(zhì)在尖晶石穩(wěn)定域二元混合哀牢山變質(zhì)雜巖帶中的富Nb玄武巖的 SIMS鋯石U-Pb定年結(jié)果為2612Ma,與峨眉山地幔柱活動時代一致,其鋯石0 18O值加權(quán)平均值為5.530.15%,與幔源巖漿平衡的鋯石氧同位 素組成一致。樣品具有較低的SiO2 (46.12 - 48.33wt.%)含量和 (La/Yb) N(2.6 - 3.0)比值，較高的 MgO (7.04 - 8.41 wt.%)和 Nb (10.1 - 11.5 ppm)含量和 Nb/La (1.2 - 1.3)和 Nb/U (41.90 - 49.91)比值，顯示 Nb-Ta 和Eu正異

12、常，8 Nd （t）較高，介于+5.65至+6.21。微量元素和同位素二元混合模擬 結(jié)果指示，這些晚二疊世富Nb玄武巖可能是來自古特提斯洋的MORB型虧損地幔 物質(zhì)與來自峨眉山大火成巖省OIB型富集地幔物質(zhì)混合。（4）揭示了哀牢山古特 提斯洋二疊紀-三疊紀的大地構(gòu)造演化及其與峨眉山大火成巖省之間的關(guān)系二疊 紀-中三疊世，哀牢山洋是通過雙向俯沖消減，并最終在晚三疊世閉合。哀牢山洋向東俯沖于華南板塊之下，在華南板塊西緣形成一個二疊紀-三疊 紀島弧，該島弧主體可能已經(jīng)被剝蝕了。哀牢山變質(zhì)雜巖帶中三疊世（ca.235 - 237 Ma）島弧型輝長質(zhì)閃長巖和花崗閃長巖可能是該島弧的殘留，該島弧系統(tǒng)為 華南板塊西緣的早-中三疊世弧前盆地提供大量的碎屑物質(zhì)。哀牢山洋向西俯沖 于印支板塊之下，在印支板塊東緣形成二疊紀-三疊紀太忠-李仙江島弧,該島弧 系統(tǒng)為印支板塊東緣的二疊紀-中三疊世匯聚型盆地（弧前/弧后盆地）提供大量 的碎屑物質(zhì)。晚三疊世時期,碎屑沉積物的沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎残团璧?，如前陸?地，沉積物源發(fā)生巨大變化，由原來的二疊紀-三疊紀島弧巖石為主轉(zhuǎn)變?yōu)榇箨憙?nèi) 部成熟的巖石為主，且華南西緣晚三疊世碎屑沉積物與印支東緣晚三疊世碎屑沉 積物具有相同