云開地體印支期構造轉折——來自陽春二云母花崗巖的地球化學制約

麻志旺, 郭 鋒

云開地體印支期構造轉折——來自陽春二云母花崗巖的地球化學制約

麻志旺1, 2, 郭 鋒1, 3*

(1. 中國科學院 廣州地球化學研究所, 同位素地球化學國家重點實驗室, 廣東 廣州 510640; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 中國科學院深地科學卓越創新中心, 廣東 廣州 510640)

云開地體位于古特提斯構造域、古太平洋構造域的交接部位, 是研究華南印支期花崗巖構造背景的關鍵窗口。本文在總結前人資料的基礎上, 選擇云開地體陽春二云母花崗巖開展了年代學與巖石地球化學研究。鋯石U-Pb定年結果給出兩組諧和年齡: 一組為426.4±1.7 Ma(MSWD=2.4,=8)志留紀末, 屬加里東期; 另一組為239.1±1.7 Ma(MSWD=1.2,=4)中三疊世, 屬印支期。獨居石U-Pb定年結果為239.0±0.3 Ma(MSWD=1.2,=31), 與第二組鋯石U-Pb年齡一致, 指示該巖體形成于中三疊世。陽春二云母花崗巖總體顯示出S型花崗巖或過鋁質花崗巖的特點, 微量元素富集大離子親石元素、虧損高場強元素, 稀土元素配分模式相對平坦, 具有明顯的Eu負異常, 全巖鋯飽和溫度低(725～747 ℃)。在同位素組成上, 其全巖Nd()(?10.8～?9.4)、鋯石Hf()( ?13.2～?7.8)和獨居石Nd()(?10.9～?8.4)三者之間相互吻合, 并具有相似的虧損模式年齡(全巖DM2(Nd)為1.8～1.9 Ga、鋯石DM2(Hf)為1.8～2.1 Ga、獨居石DM2(Nd)為1.7～1.9 Ga), 表明巖漿起源于古老再循環地殼物質的重熔, 并經歷了以斜長石和獨居石為主的分離結晶作用。結合區域構造演化歷史, 我們認為陽春二云母花崗巖形成于從大洋俯沖到造山帶垮塌的轉折階段: 晚二疊世海相沉積和I型花崗巖反映了古特提斯洋俯沖作用; 早?中三疊世區域地殼發生強烈縮短加厚并誘發了深熔作用形成S型花崗巖, 代表了同造山階段; 晚三疊世A2型花崗巖漿作用和陸相紅層沉積指示造山帶垮塌階段。

構造轉折; 巖石地球化學; 二云母花崗巖; 印支期; 云開地體

0 引 言

花崗巖是大陸地殼的重要組成部分, 是地球區別于太陽系其他行星的重要標志。花崗巖的成因研究有助于我們理解地殼生長和改造、殼幔相互作用等地球深部過程(徐夕生, 2008)。部分花崗巖可以指示特定構造環境, 例如A型花崗巖一般含有堿性暗色礦物, 是板內裂谷、地幔柱、后造山等伸展構造環境的重要標志(Bonin, 2007); 斜長花崗巖主要由斜長石和石英組成、幾乎不含暗色礦物, 是蛇綠巖的重要組成部分, 代表大洋玄武巖高度分異的產物(Grimes et al., 2013); I型與A型花崗巖共生則通常出現在大洋俯沖后撤階段(Zhao et al., 2016)。花崗巖的礦物組合和地球化學指標還可以反映源區的--H2O條件。例如含水礦物黑云母、角閃石的成分, 以及Rb、Sr、Ba等LILEs元素可以反映源區水含量(Inger and Harris, 1993; Bachmann and Bergantz, 2008); 全巖鋯飽和溫度可以估算最大的巖漿結晶溫度(Watson and Harrison, 1983; Miller et al., 2003)。花崗巖中有時可見源區熔融殘留的包體, 是研究源區熔融過程的直接窗口(Cesare, 2000; Acosta-Vigil et al., 2010, 2012)。

厘定花崗質巖漿準確的活動時間和持續時間是地球科學研究的挑戰之一(Williams et al., 2007)。由于不同測年手段(如LA-ICP-MS、SHRIMP、SIMS、獨居石EMPA定年等)分析精度不同, 導致對同一巖體獲得的年齡數據存在差異, 阻礙了我們對巖漿事件發生準確時間的厘定。例如在過鋁質花崗巖中, 巖漿成因鋯石和繼承鋯石往往記錄了多組206Pb/238U諧和年齡, 很難確定巖體的形成年齡。獨居石是過鋁質花崗巖中的常見副礦物, Th、U含量高, 普通Pb含量低(Cherniak et al., 2004; Fisher et al., 2020), 其封閉溫度低, 且幾乎沒有繼承獨居石的特性(Piechocka et al., 2017), 是開展過鋁質花崗巖定年的理想礦物。因此, 聯合展開獨居石和鋯石U-Pb定年可以準確厘定過鋁質花崗巖的形成時間, 結合鋯石原位Hf同位素和獨居石原位Nd同位素組成, 可以很好地揭示花崗巖成因。

華南陸塊發育了大面積印支期花崗巖, 花崗巖的形成是否受到古特提斯洋演化的直接影響, 一直存在不同觀點。晚二疊世?三疊紀期間, 華南陸塊西邊是古特提斯構造域, 東邊是泛大洋構造域, 受到了兩大構造體系的共同影響(Matthews et al., 2016; Huang et al., 2018)。陸內造山模式認為東南亞一系列地塊的拼合形成東南、西北兩個遠場應力, 控制了華南大面積S型花崗巖、區域性大型不對稱褶皺和逆沖斷層的形成(Wang et al., 2007a; Shu et al., 2015)。古特提洋俯沖模式認為三江造山帶是古特提斯洋東段主干、松馬縫合帶作為古特提斯東段的分支, 晚二疊世古特提斯洋東段閉合一直影響著華南陸塊的印支運動(Zhao and Cawood, 2012; Faure et al., 2014)。古太平洋俯沖模式認為二疊紀古太平洋平板俯沖、侏羅紀俯沖大洋板塊后撤形成了華南1300 km二疊紀?侏羅紀花崗巖帶以及大面積褶皺沖斷帶(Li and Li, 2007; Li et al., 2012)。

古地理資料顯示, 印支期云開地體處于古特提斯構造域和古太平洋構造域疊加交匯的特殊地段(Huang et al., 2018)。云開地體印支期花崗巖的成因研究對于揭示華南大面積花崗巖的構造背景具有重要的指示意義。為此, 本文在總結前人研究的基礎上, 選擇云開地體陽春地區花崗巖開展年代學和巖石地球化學研究。具體工作包括: ①系統收集了云開地體印支期花崗巖的年齡、巖石類型與組合, 構建了區域花崗質巖漿活動的年代學框架, 揭示了不同巖石類型的空間展布特征; ②開展鋯石、獨居石的LA-ICP-MS U-Pb定年工作, 精確厘定了陽春二云母花崗巖的形成年齡; ③開展了全巖主量、微量元素及Sr-Nd同位素、鋯石Lu-Hf同位素和獨居石Sm-Nd同位素研究, 以查明花崗巖源區屬性和熔融機制, 及其與區域大地構造演化之間的聯系。

1 地質背景

華南陸塊由西北部的揚子地塊、東南部的華夏地塊在新元古代期間沿江南造山帶拼合而成(Zhang et al., 2013)。江南造山帶東北段江?紹斷裂帶出露較好, 西南段出露較差, 存在郴州?臨武斷裂帶(Wang et al., 2003)、萍鄉?茶陵斷裂(Zhao and Cawood, 2012)、石坪?羅甸斷裂帶(Guo et al., 2009)之爭。揚子地塊基底是太古宙(崆嶺雜巖)?古元古代結晶基底, 基底巖石周圍是中元古代、新元古代褶皺帶, 其上被弱變形新元古代、未變形震旦紀地層角度不整合覆蓋。華夏地塊目前未見太古宙巖石出露, 但在一些變質雜巖和沉積巖中存在大量太古宙繼承鋯石, 主要基底是古元古代和中元古代巖石, 出露于武夷山、云開大山、南嶺、海南、陳蔡等地區。

云開地體位于華夏地塊西南部, 東臨吳川?四會斷裂, 西接梧州?博白斷裂, 是一個NE向延伸的菱形地塊, 長約300 km、寬150 km(圖1)。云開地體基底是前寒武紀變質巖, 具有雙層結構, 深部由經歷了角閃巖相?麻粒巖相變質的信宜?高州雜巖組成, 淺部巖性包括云母片巖、變質火山巖、弱變質沉積巖(周漢文等, 1996; 鐘增球等, 1996)。寒武系?奧陶系為海相硅質巖、泥頁巖、碎屑巖沉積, 泥盆系?二疊系為連續海相沉積, 華南陸塊整體缺失志留系、指示加里東期褶皺造山運動, 而欽州是華南陸塊唯一出露志留系的地區。上三疊統?白堊系為陸相沉積紅色砂巖, 缺失中下三疊統, 指示印支期褶皺造山運動(Wang et al., 2007a; Hu et al., 2014)。

云開地體廣泛發育巖漿和變質作用。加里東期混合巖、麻粒巖、片麻狀花崗巖構成其核部橢圓狀穹窿構造, 反映同碰撞的角閃巖相甚至麻粒巖相高溫變質作用(Wang et al., 2007b, 2011)。印支期造山帶是對加里東期造山帶的繼承和改造, 核部是混合巖、深熔花崗巖, NE向剪切帶糜棱巖同樣經歷了角閃巖相?綠片巖相變質, 反映平行造山帶的高溫塑性流動(Lin et al., 2008; Cochelin et al., 2022)。印支期和燕山期花崗巖主要出露于十萬大山、六萬大山地區, 少量出露于云開地體核部。印支期花崗巖以S型花崗巖為主, 存在少量I型和A2型花崗巖(Qiu et al., 2016; Gan et al., 2021)。

本次研究的5件樣品采集于陽春市大八鎮(22o9′3.96″N, 111o57′11.52″E), 巖性為中細粒二云母花崗巖, 具有典型的花崗結構和塊狀構造, 未見變形變質作用。主要礦物為石英(40%～50%)、斜長石(15%～20%)、鉀長石(10%～15%)、白云母(10%～12%)和黑云母(2%～4%),含有少量鋯石、磷灰石、獨居石等副礦物(<1%), 屬于S型花崗巖。石英呈它形粒狀, 粒徑約1 mm。斜長石呈板狀、柱狀, 發育聚片雙晶, 粒徑通常變化在0.5～0.8 mm之間。鉀長石呈板狀、柱狀, 常發育格子雙晶, 粒徑為0.5～0.8 mm。白云母呈板狀、片狀, 發育一組極完全解理, 粒徑在0.5～0.8 mm之間。黑云母呈板狀、片狀, 棕褐色?黃褐色, 具有明顯的多色性, 粒徑為0.3～0.5 mm。獨居石呈板狀、楔狀, 亮黃色, 突起高、糙面明顯, 粒徑變化在50～100mm之間(圖2)。

(a) 二云母花崗巖野外露頭; (b、c) 二云母花崗巖的礦物組合; (d) 二云母花崗巖手標本; (e、f) 獨居石顯微照片。礦物代號: Pl. 斜長石; Kfs. 鉀長石; Bt. 黑云母; Mus. 白云母; Qz. 石英; Mnz. 獨居石。

2 分析方法

從二云母花崗巖樣品MZW53中挑選鋯石和獨居石單礦物, 用于年代學分析, 其他4件樣品開展全巖地球化學分析。

鋯石U-Pb、Lu-Hf同位素測試在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室完成。U-Pb同位素測試儀器為激光剝蝕系統193-nm (ArF) Resonetics RESOlution M-50和等離子質譜儀ELEMENT XR(Thermo Fisher Scientific) ICP-SF-MS, 激光束斑直徑33mm, 頻率5 Hz, 能量密度4 J/cm2。Lu-Hf同位素測試采用的設備為193-nm(ArF) Resonetics RESOlution M-50激光剝蝕系統和多接收電感耦合等離子質譜儀(MC-ICP-MS), 激光束斑直徑45mm, 頻率6 Hz, 能量密度4 J/cm2。數據處理采用GLITTER程序。

獨居石原位U-Pb、Sm-Nd同位素測試在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。U-Pb同位素測試設備為相干193 nm準分子激光剝蝕系統GeoLas HD、安捷倫Agilent 7900型電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS), 激光束斑直徑16mm, 頻率2 Hz, 能量密度80 J/cm2。Sm-Nd同位素測試設備為Neptune Plus型MC-ICP-MS、相干193 nm準分子激光剝蝕系統(GeoLas HD), 激光束斑直徑24mm, 頻率2 Hz, 能量密度10 J/cm2。數據處理采用ICP-MS-DATACAL 10程序。

全巖主量、微量元素和Sr-Nd同位素測試在貴州同微測試科技有限公司完成。主量元素測試采用熒光熔片法, 儀器為X射線熒光光譜儀(XRF), 分析誤差<2%。微量元素采用HF+HNO3密封溶解, 以Rh、In、Re、Bi作為內標, 測試儀器為Thermo Fisher X2型ICP-MS, 稀土元素和高場強元素分析誤差<5%,其余元素分析誤差為5%～10%。Sr-Nd同位素采用陽離子樹脂法分離, 測試儀器為Nu Plasma 3型MC-ICP-MS, 全流程使用的標樣有USGS W-2a、BHVO-2、BCR-2。

3 分析結果

3.1 鋯石、獨居石的成分和U-Pb年齡

選擇透明、無裂縫、無包裹體的鋯石邊部環帶進行測試(圖3a), 共獲得了兩組206Pb/238U諧和年齡: 一組為426.4±1.7 Ma(MSWD=2.4,=8), 為志留紀末期, 屬加里東期; 另一組為239.1±1.7 Ma(MSWD=1.2,=4), 為中三疊世, 屬印支期(圖4a)。加里東期鋯石粒徑為100～150mm, 柱狀, 具有巖漿振蕩環帶結構, Th、U含量分別為58.8×10–6～499×10–6、213×10–6～1256×10–6, Th/U值為0.11～0.96(表1), 具有巖漿成因鋯石的特點; 印支期鋯石粒徑為100～150mm, 柱狀, 具有巖漿振蕩環帶結構, Th、U含量分別為32.8×10–6～370×10–6、190×10–6～951×10–6, Th/U值為0.17～0.82(表1), 與加里東期鋯石具有相似的輕稀土元素虧損、重稀土元素富集的稀土元素配分模式、Ce正異常和Eu負異常(圖4c, 附表1, 詳見網絡電子版)。

圖3 鋯石(a)和獨居石(b)的CL圖像

球粒隕石標準化值據Sun and McDonough (1989)。

表1 陽春二云母花崗巖(MZW53)中鋯石U-Pb年代學分析結果

獨居石在陽春二云母花崗巖中以包裹體形式出現于石英、長石、云母等造巖礦物中, EPMA測得氧化物總量為98.48%～101.09%, 其中P2O5=27.11%～39.01%, ThO2=0.18%～9.97%, UO2=0.03%～2.70%, La2O3=10.58%～ 19.61%, Ce2O3=23.76%～33.71%, Pr2O3=2.23%～2.97%, Nd2O3=9.39%～12.90%(表2)。選擇無裂縫、無包裹體的核部進行定年測試(圖3b), 獲得一組206Pb/238U諧和年齡為239.0±0.3 Ma(MSWD=1.2,=31)。獨居石的粒徑變化在80～100mm之間, Th、U含量分別為36948×10–6～97233×10–6、2689×10–6～37789×10–6, Th/U值為1.55～22.9(表3), 并具有輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的配分模式和強烈的Eu負異常(圖4d, 附表2, 詳見網絡電子版), 屬于巖漿成因(邱昆峰和楊立強, 2011; 梁曉等, 2021)。

表3 陽春二云母花崗巖(MZW53)中獨居石U-Pb年代學分析結果

3.2 鋯石Lu-Hf同位素和獨居石Sm-Nd同位素

印支期鋯石的176Lu/177Hf值為0.000645～ 0.003161,176Hf/177Hf值為0.282254～0.282416,Hf()值為?13.2～?7.8, Hf同位素二階段虧損模式年齡DM2(Hf)為1.8～2.1 Ga; 加里東期鋯石176Lu/177Hf值為0.001109～0.004078,176Hf/177Hf值為0.282178～ 0.282376,Hf()值為?12.1～?5.3,DM2(Hf)為1.7～2.2 Ga (表4)。印支期鋯石和加里東期鋯石之間具有明顯的相似性和同源性。三疊紀獨居石的143Nd/144Nd值為0.512017～0.512111,147Sm/144Nd值為0.1221～0.1642,Nd()值為?10.9～?8.4之間, Nd同位素二階段虧損模式年DM2(Nd)為1.7～1.9 Ga(表5)。

表4 陽春二云母花崗巖(MZW53)中鋯石Hf同位素組成

表5 陽春二云母花崗巖(MZW53)中獨居石Nd同位素組成

注: *為參與計算的點。

3.3 全巖主量、微量元素和Sr-Nd同位素組成

本次測試的4件陽春二云母花崗巖樣品的SiO2含量為72.61%～73.73%, Al2O3含量為14.34%～15.57%, 富K2O(5.10%～6.50%),低CaO(0.02%～0.19%)和P2O5(0.07%～0.15%), 鋁飽和指數A/CNK為1.27～2.16, 為強過鋁質高鉀鈣堿性花崗巖(圖5; 附表3, 詳見網絡電子版)。

數據來源: 晚二疊世S型花崗巖據Li et al., 2016; Qing et al., 2020a; 三疊紀S型花崗巖據周岱等, 2021b。

在球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖(圖6a)上, 陽春二云母花崗巖弱富集輕稀土元素(La/Yb)N= 1.81～2.73, Eu負異常明顯(Eu/Eu*=0.33～0.41)。與云開地體其余印支期S型花崗巖(包括二疊紀和三疊紀花崗巖)相比, 陽春二云母花崗巖的LREE含量最低、REE配分模式較平坦。在原始地幔標準化微量元素蛛網圖中(圖6b), 陽春二云母花崗巖與區域相關印S型花崗巖均富集鈣堿性金屬元素(Rb、K、Th、U、Pb), 虧損堿性稀土元素(Ba、Sr)和HFSE(Nb、Ta、P、Ti)。

圖6 陽春二云母花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)(數據來源同圖5)

陽春二云母花崗巖2件樣品的初始(87Sr/86Sr)i為0.713069～0.713892。4件樣品的全巖Nd()為?10.8～?9.4,DM2(Nd)為1.8～1.9 Ga(表6), 與鋯石Hf模式年齡(1.8～2.1 Ga)、獨居石Nd模式年齡(1.7～ 1.9 Ga)基本一致。

表6 云開地體及鄰區晚古生代?早中生代S型花崗巖Sr-Nd同位素組成

4 討 論

4.1 陽春二云母花崗巖年齡

陽春二云母花崗巖中鋯石獲得兩組諧和年齡為426.4±1.7 Ma和239.1±1.7 Ma。獨居石僅存在一組諧和年齡為239.0±0.3 Ma, 與獲得的印支期鋯石年齡一致。陽春二云母花崗巖全巖鋯飽和溫度低(725～747 ℃; 附表3), 三疊紀鋯石不具有異常高的176Lu/177Hf值, 說明三疊紀花崗巖漿活動并非選擇性熔融事件, 而是由于熔融溫度較低、并未達到源區中鋯石大量熔融的溫度(Lee et al., 1997), 致使源區有大量的繼承鋯石殘留, 并被卷入到巖漿中。這種低溫熔融現象類似于喜馬拉雅淡色花崗巖, 新生鋯石少量發育, 而巖漿型獨居石、磷釔礦大量發育(吳福元等, 2015; Wu et al., 2020)。因此, 239.0 Ma代表了陽春二云母花崗巖的形成年齡。

云開地體印支期花崗巖的侵位持續時間一直存在較大爭議。祁昌實等(2007)首次報道十萬大山地區花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為230 Ma。趙亮等(2010)通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年獲得十萬大山地區花崗巖麻粒巖包體253 Ma變質年齡和234 Ma巖漿年齡。Chen et al. (2011, 2012, 2017)對云開地體大量花崗巖和變質巖開展了EMP獨居石年齡分析, 獲得了大量230 Ma左右的巖漿和變質作用年齡。Jiao et al. (2015)通過離子探針分析獲得了十萬大山地區S型花崗巖的鋯石U-Pb年齡在247 Ma左右。不同測年手段存在精度差異, 導致對同一巖體獲得的年齡數據存在差異, 限制了我們對巖漿事件發生真實時間的認識。近年來的研究結果顯示, 云開地體不僅存在晚二疊世S型花崗巖(Li et al., 2016; Qing et al., 2020a)、同時也有中?晚三疊世S型花崗巖(周岱等, 2021b; Gan et al., 2021)。根據前人和本次的研究結果, 我們認為云開地體印支期可能存在晚二疊世、中?晚三疊世兩期花崗質巖漿活動(圖7), 與 Cochelin et al. (2022)對區域巖漿和變質活動統計得出的結論相似。其中?晚二疊世以S型和I型花崗巖組合為特征, 而晚三疊世為S型和A2型花崗巖組合。

數據來源: 鄧希光等, 2004; 祁昌實等, 2007; 趙亮等, 2010; 覃小峰等, 2011; Chen et al., 2011, 2012, 2017; 張懷峰等, 2013; 婁峰等, 2014; Jiao et al., 2015; Qiu et al., 2016; Li et al., 2016; Song et al., 2017; 倪戰旭等, 2019; 李政林等, 2019; 焦騫騫等, 2020; Qing et al., 2020a, 2020b; 周岱等, 2021b; 田夢宇等, 2021; Gan et al., 2021。

4.2 花崗巖漿演化過程

云開地體印支期花崗巖出露面積遠大于鎂鐵質火成巖, 因此花崗巖不可能由鎂鐵質巖漿結晶分異形成。同時花崗巖中缺乏鎂鐵質包體, 也不支持幔源巖漿混合成因。陽春二云母花崗巖全巖Nd()值(?10.8～?9.4)與獨居石Nd()值(?10.9～?8.4)以及鋯石Hf()值(?13.2～?7.8)之間相互耦合印證, 說明巖漿演化處于相對封閉環境。獨居石在源區殘留或大量結晶分異都會產生貧LREE的花崗巖(Zeng et al., 2005)。陽春二云母花崗巖中獨居石都具有巖漿成因的礦物學與地球化學特征, REE配分模式相似(圖4d), 不支持獨居石大量殘留在源區。少量獨居石結晶分異就會消耗巖漿中大量的LREE, 并導致熔體Ce/Gd值降低, 而斜長石結晶分異將導致熔體的Eu/Eu*值降低, 但是不會改變全巖和獨居石的Nd同位素組成(Ayres and Harris, 1997)(圖8)。因此, 陽春二云母花崗巖LREE含量低主要受獨居石分離結晶作用所控制, 斜長石的分離結晶作用導致巖石的REE配分模式呈Eu負異常。

圖8 陽春二云母花崗巖中獨居石的εNd(t)-Eu/Eu*(a)和εNd(t)-Ce/Gd(b)圖解

4.3 花崗巖源區特征

云開地體印支期花崗巖均具有過鋁質與富鉀的特征, 與實驗巖石學中變質沉積巖部分熔融產生的熔體特征相似(Pati?o Douce and Harris, 1998; Pickering and Johnston, 1998)。陽春二云母花崗巖Nd()值、Hf()值與十萬大山印支期花崗巖相似(圖9a, 祁昌實等, 2007; Hsieh et al., 2008), 由于巖石中加里東期繼承鋯石的數量遠高于印支期巖漿鋯石, 且兩期鋯石的Hf同位素模式年齡基本一致, 因此其源區的主要巖性可能是加里東期花崗巖及其圍巖。云開地體晚二疊世I型花崗巖Nd()(?7.1～?4.8, Qiu et al., 2016)明顯高于同時期S型花崗巖(圖9b), 暗示其形成過程中可能存在幔源巖漿的參與。云開地體晚三疊世A2型花崗巖Nd()值(?11.4～?8.3)與同時期S型花崗巖相似(圖9b), 表明二者的源巖組成也可能相同。云開地體印支期花崗巖與三江造山帶、松馬縫合帶、海南同期花崗巖相比, 全巖Nd()明顯偏低(圖9a)。由于三江造山帶、松馬縫合帶、海南是古特提斯洋東段分支, 存在典型的印支期島弧巖漿作用(Fan et al., 2010; Shen et al., 2018), 而云開地體印支期島弧巖漿報道較少、幔源巖漿的貢獻不明顯(Xu et al., 2018; 周岱等, 2021)。因此我們認為云開地體三疊紀S型花崗巖包括陽春二云母花崗巖來源于古老再循環地殼物質, 最有可能來自區域加里東期火成巖及其圍巖的重熔作用。

數據來源: 三江造山帶花崗巖據Zhu et al., 2011; Zi et al., 2012; Wang et al., 2014; Liu et al., 2015; Xu et al., 2021; 松馬縫合帶花崗巖據Liu et al., 2012; Qian et al., 2019; 十萬大山花崗巖據祁昌實等, 2007; Hsieh et al., 2008; 海南花崗巖據He et al., 2020; 拉克蘭褶皺帶(LFB)花崗巖和沉積巖據Healy et al., 2004及其參考文獻; 云開地體I型花崗巖據Qiu et al., 2016; 云開地體A2型花崗巖據Qing et al., 2020b; 云開地體S型花崗巖據Li et al., 2016; Qing et al., 2020a; 周岱等, 2021b。

4.4 花崗巖漿起源

花崗質巖漿的成因機制主要包括含水熔融和脫水熔融兩種。含水熔融過程中長石類礦物發生分解、云母類礦物保持穩定, 因此熔體富集Sr、Ba, 虧損Rb; 脫水熔融過程中, 云母類礦物發生脫水分解反應, 因此熔體富集Rb、具有高Rb/Sr與Rb/Ba值的特征(Gao et al., 2017; Wu et al., 2020; Zhao et al., 2021; 郭鋒等, 2022)。通過對比云開地體不同時代S型花崗巖, 發現晚二疊世S型花崗巖具有低Rb含量和Rb/Sr值的特征, 暗示其初始巖漿為含水熔融的產物; 三疊紀S型花崗巖具有高Rb含量和Rb/Sr值的特點, 顯示出脫水熔融的典型特征(Inger and Harris, 1993, 圖10a、b)。晚二疊世花崗巖富集Sr、Ba、Ca、Th、LREE, 貧Rb、U, 與含水熔融消耗更多的斜長石有關; 而三疊紀花崗巖恰恰相反, 虧損Sr、Ba、Ca、Th、LREE, 富集Rb、U, 與脫水熔融消耗更多的云母有關。云開地體花崗巖展示出從晚二疊世至早三疊世全巖鋯飽和溫度逐漸降低, 再到中?晚三疊世全巖鋯飽和溫度逐漸升高的趨勢, 而陽春二云母花崗巖恰好代表了溫度最低點(圖10c)。

(a) Sr-Rb; (b) Rb/Sr-Ba; (c) 全巖鋯飽和溫度隨時間的演化趨勢。 數據來源同圖9。

4.5 大洋俯沖?大陸碰撞?造山帶垮塌的構造轉折

古地理資料顯示, 云開地體上二疊統為淺海相砂巖、頁巖沉積, 缺失中下三疊統, 上三疊統為陸相紅層沉積, 反映了大洋從俯沖消失到造山帶垮塌的地貌演化過程(Liang and Li, 2005; Wang et al., 2013)。晚二疊世?三疊紀的花崗質巖石組合同樣反映了從大洋俯沖→地殼縮短加厚→造山帶垮塌的構造背景轉換(圖11)。晚二疊世花崗巖顯示含水熔融的特征, 三疊紀花崗巖則顯示出脫水熔融的特點, 表明晚二疊世與三疊紀的構造環境存在較大差別。晚二疊世I型花崗巖(Qiu et al., 2016; 課題組未發表資料)暗示了大洋俯沖作用; 晚三疊世A2型花崗巖的出現則反映了后造山階段的伸展垮塌環境(倪戰旭等, 2019; Qing et al., 2020b; Gan et al., 2021); 中三疊世陽春二云母花崗巖代表大洋俯沖階段與造山帶垮塌階段之間的轉折階段, 是造山帶強烈縮短、地殼加厚和重熔作用的產物。

(a) 古生代末期, 古特提斯洋發生俯沖消減, 形成了區域上包括I型花崗巖在內的弧巖漿; (b) 早?中三疊世, 印支與華南陸塊發生碰撞、擠壓、地殼加厚并發生深熔作用, 形成了以陽春二云母花崗巖為代表的S型花崗巖; (c) 晚三疊世, 造山帶松弛垮塌, 導致巖石圈伸展, 形成了A2型花崗巖。

云開地體晚古生代到早中生代鎂鐵質巖和相關變質巖等巖石記錄也支持大洋俯沖→陸內造山帶→造山帶垮塌的構造背景轉換。晚二疊世島弧型鎂鐵質巖的出現(Xu et al., 2018; 周岱等, 2021a)暗示當時區域受到俯沖作用的影響。早?中三疊世角閃巖和麻粒巖的出現(Wang et al., 2007b)是造山帶強烈縮短和地殼加厚的證據。斷裂帶糜棱巖、片麻巖黑云母Ar-Ar年齡記錄了248～220 Ma的NW向左旋壓扭作用、220～200 Ma的左旋張扭作用(Wang et al., 2007a, 2007b), 反映區域構造環境發生了由早?中三疊世造山帶擠壓隆升到晚三疊世造山帶垮塌的轉換。十萬大山花崗巖麻粒巖包體也記錄了早?中三疊世超高溫變質作用, 以及晚三疊世等溫降壓退變質作用(Zhao et al., 2012), 反映了造山帶從隆升到垮塌的過程。

云開地體印支期古大洋是古特提斯洋還是古太平洋?中國東南沿海地區仍缺乏二疊紀鎂鐵質巖漿報道, 中國東北地區增生楔、弧巖漿記錄支持泛大洋初始俯沖開始于三疊紀?早侏羅世, 而不是二疊紀(Zhou et al., 2014; Guo et al., 2015; Wang et al., 2019)。因此本文傾向于認為云開地體印支期俯沖的古大洋可能不是古太平洋。昌寧?孟連?Inthanon縫合帶的島弧玄武巖、安山巖支持古特提斯洋東段于二疊紀開始俯沖(Yang et al., 2014; Wai-Pan Ng et al., 2015b; Wang et al., 2018), 晚三疊世徹底關閉, 形成區域性上三疊統角度不整合(Wai-Pan Ng et al., 2015a; Metcalfe, 2021)。哀牢山縫合帶和松馬縫合帶發育不完整的蛇綠巖碎片, 被認為是古特提斯洋東段的分支(Metcalfe, 2006; Fan et al., 2010)。

Xia et al. (2020)根據哀牢山兩側相似的沉積地層碎屑鋯石分布, 提出哀牢山洋雙向俯沖模型。云開地體緊鄰哀牢山縫合帶和松馬縫合帶, 極有可能受到古特提斯洋東向俯沖的影響。古特提斯構造域東段普遍存在晚二疊世、晚三疊世兩階段花崗質巖漿活動, 反映大洋俯沖→大陸碰撞→造山帶垮塌的地球動力學過程(Wang et al., 2014; Yang et al., 2014)。雖然同碰撞造山過程中可以形成深熔花崗巖, 但是以形成中高級變質巖為主、花崗巖生成率低, 俯沖階段、造山帶垮塌階段花崗巖生成速率更高(Zheng and Gao, 2021)。因此, 早?中三疊世花崗巖的量遠低于晚二疊世、晚三疊世花崗巖。云開地體與三江造山帶、松馬縫合帶具有時間高度耦合的兩階段花崗質巖漿活動, 可能也經歷了古特提斯洋東段閉合、大陸拼合的地球動力學過程(圖11)。

5 主要認識與結論

通過對云開地體陽春二云母花崗巖開展詳細的巖相學、礦物學、年代學、全巖地球化學和礦物原位Hf-Nd同位素等分析, 并結合區域構造演化史, 取得了以下主要結論和認識:

(1) 鋯石兩組諧和年齡分別為426.4±1.7 Ma和239.1±1.7 Ma; 獨居石U-Pb年齡為239.0±0.3 Ma, 確定該巖體形成年齡為三疊紀。

(2) 陽春二云母花崗巖為S型花崗巖, 具有富集LILE、虧損HFSE和相對平坦的稀土元素配分模式。全巖、獨居石、鋯石的低放射成因Hf-Nd同位素組成顯示其源區主要由古老再循環地殼物質組成。巖漿處于相對封閉狀態, 經歷了以斜長石和獨居石為主的分離結晶作用。

本研究的創新性主要是將含鉍四聯療法作為對照組，從多個方面證明雙歧桿菌四聯活菌片的治療效果，結果顯示：其聯合治療效果明顯，能夠有效改善潰瘍面積，提高患者機體免疫力，且安全性較高。

(3) 陽春二云母花崗巖形成于晚二疊世大洋俯沖至晚三疊世造山帶垮塌之間的構造轉折階段,是造山帶強烈擠壓加厚并發生重熔作用的產物。

致謝:感謝中國科學院廣州地球化學研究所同位素國家重點實驗室張樂高級工程師在LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年過程中給予的幫助, 同時感謝陳林麗工程師在電子探針分析測試過程中提供的支持。桂林理工大學地球科學學院覃小鋒教授和中山大學地球科學與工程學院甘成勢副教授對本文提出了極為寶貴的建議與意見, 在此一并表示衷心的感謝。

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Indosinian Tectonic Transition in Yunkai Massif: Petrological and Geochemical Constraints from Two-mica Granite in Yangchun Area, South China

MA Zhiwang1, 2, GUO Feng1, 3*

(1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. CAS Center for Excellence in Deep Earth Science, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

The tectonic background of the Indosinian granites in South China Block remains highly debated. The Yunkai massif, connecting the Paleo-Tethys and Paleo-Pacific tectonic domains, is a key site for studying the tectonic background of the Indosinian granitoids in South China. In this paper, we select a two-mica granitic pluton from the Yangchun area of the Yunkai Massif to conduct comprehensive researches including petrology, geochronology, and geochemistry. Zircon U-Pb dating yield two concordant206Pb/238U ages of 426.4±1.7 Ma (MSWD=2.4,=8) and 239.1±1.7 Ma (MSWD=1.2,=4), respectively. A further monazite U-Pb dating gives only one concordant206Pb/238U age at 239.0±0.3 Ma (MSWD=1.2,=31), consistent with the younger zircon U-Pb age. We therefore conclude that the Yangchun two-mica granite was formed during Triassic (239 Ma). The granite rocks belong to S-type granite with a peraluminous affinity. They also show enrichment in large ion lithophile elements and depletion in high field strength elements and relatively flat chondrite-normalized rare earth element patterns with negative Eu anomalies, and have low zircon saturation temperature of 725–747 ℃ as well. The bulk-rock and monazite Nd and zircon Hf isotope analyses yield whole-rockNd() values from –10.8 to –9.4, monaziteNd() values from –10.9 to –8.4, and zirconHf() values from –13.2 to –7.8, with depleted model age ranges of 1.8–1.9 Ga for whole rockDM2(Nd), 1.7–1.9 Ga for monaziteDM2(Nd) and 1.8–2.1 Ga for zirconDM2(Hf). The consistent Nd and Hf isotope data among the bulk rock, monazite and zircon in the Yangchun two mica granite indicate that the granite was derived from ancient recycled crustal components. The parent magma experienced a dominated fractionation of plagioclase and monazite which resulted in the negative Sr and Eu anomalies and low LREE concentrations. Considering the regional geological background, we propose that the two-mica granite in the Yangchun area formed during the tectonic transition between the oceanic slab subduction and orogenic collapse: The late Permian shallow-marine sedimentary sequences and I-type granitic magmatism indicate the subduction of Paleo- Tethys Ocean; the early-middle Triassic crustal shortening and thickening triggered the crustal anatexis to form the S-type granitic magmas such as the Yangchun two-mica granitic pluton; the late Triassic terrestrial red deposits and the occurrence of A2-type granite suggest a stage of orogenic collapse and the resultant lithospheric extension.

tectonic transition; petrology and geochemistry; two-mica granite; Indosinian; Yunkai Block

2022-11-15;

2022-12-05

國家自然科學基金項目(42073032、41525006)資助。

麻志旺(1998–), 男, 碩士研究生, 地球化學專業。E-mail: mazhiwang@gig.ac.cn

郭鋒(1971–), 男, 研究員, 主要從事巖石學與大地構造學研究。E-mail:guofengt@263.net; fengguo@gig.ac.cn

P595; P597

A

1001-1552(2023)05-1183-019

10.16539/j.ddgzyckx.2023.05.014