云南瑶山群新元古代变基性岩的识别及其地质意义

Identification of Neoproterozoic Metabasic Rocks in Yaoshan Group, Yunnan Province and Its Geological Implications

摘要

云南瑶山群处于扬子地块西南缘，带内零星出露一些呈透镜状、似层状或碎片状的变基性岩，目前对它们的分布特征、形成时代及其构造背景仍不明确.对采自瑶山群中的变基性岩进行了锆石U-Pb年代学和元素地球化学分析.年代学测试结果表明2个代表性变基性岩的形成年龄分别为766±3 Ma和771±4 Ma，为首次在瑶山群识别出了新元古代中期基性岩浆活动信息.元素地球化学分析结果显示，变基性岩的SiO₂含量为48.41%~49.00%，Fe₂O₃ ^T和MgO含量分别为10.30%~10.48%和10.05%~10.15%，具有较高的Mg指数（Mg^#=69.3~69.5）；样品相对富集轻稀土元素（LREE），轻、重稀土元素分馏程度相对较强（（La/Yb）_N=1.97~2.19），Eu异常不明显（δEu=0.90~0.94），Nb呈负异常，亏损Ti、P，其微量元素组成特征整体上与岛弧玄武岩的地球化学特征类似.综合分析认为该变基性岩形成于岛弧环境，表明扬子地块西南缘存在新元古代时期的洋壳俯冲作用事件，这一研究结果对约束哀牢山构造带甚至整个华南地区新元古代构造演化提供了新的资料.

关键词

变基性岩 / 俯冲作用 / 新元古代 / 哀牢山构造带 / 瑶山群 / 岩石学 / 地球化学

Key words

metabasic rock / subduction / Neoproterozoic / Ailaoshan tectonic belt / Yaoshan Group / petrology / geochemistry

0 引言

近30年来的研究表明扬子地块西北缘和东南缘均广泛存在新元古代岩浆活动（Li et al.，1999； Zhou et al.，2002； Cai et al.，2014；刘桂春等，2020），这些岩浆岩的形成时代主要集中在840~740 Ma（图1），对它们的成因机制仍存在板块俯冲（Zhou et al.，2002；Zhao and Zhou，2007）和地幔柱（Li et al.，1999）等不同观点.相对于扬子地块西北缘和东南缘，扬子地块西南缘同时期岩浆活动的研究资料相对缺乏，不利于完整构建华南地区新元古代时期的构造演化历史.哀牢山构造带位于扬子地块西南缘，是连接扬子地块和印支地块的纽带（图1），其新元古代时期的岩浆作用特征和时空分布，对揭示扬子地块甚至整个华南地区的大地构造演化特征都起着关键作用.以往的研究主要是针对哀牢山构造带内晚古生代特提斯的演化过程（Jian et al.，2009）和新生代大规模的走滑剪切作用（Leloup et al.，1995）.而有关构造带内新元古代时期的岩浆活动研究较少，特别是构造带内的瑶山群目前仍缺乏新元古代基性-变基性岩类的研究资料.基性岩类是地幔物质的重要组成部分，是揭示地壳演化和壳-幔相互作用的重要窗口.本文选择哀牢山构造带瑶山群中的变基性岩进行了锆石U-Pb年代学和元素地球化学分析测试，并获得了新元古代的年龄信息，为首次在瑶山群内识别出了新元古代变基性岩，这一研究为深入理解哀牢山构造带新元古代时期的构造格局和演化历史提供了新的重要证据.

1 区域地质背景与样品描述

哀牢山构造带总体上呈NW-SE向展布于云南省中南部，北西端起始于大理市南涧县五顶山，向南东延伸逐渐变宽并经墨江-元阳-金平进入越南境内，向西北延伸可与点苍山相接（图1）.带内广泛分布元古代地层，包括苍山群、哀牢山群和瑶山群.其中，哀牢山群自下而上依次划分为小羊街组、阿龙组、凤港组和乌都坑组，其延伸长度达500 km，宽20~30 km，出露面积约3 800 km²，东西两侧各被红河断裂和哀牢山断裂所限（图1和图2a）.瑶山群位于哀牢山构造带最东南缘，出露面积约700 km²，主要见于河口-蒙自绿水河一带，岩性主要为花岗片麻岩、片麻状花岗岩、糜棱岩化花岗岩、斜长角闪岩、变粒岩、角闪石岩、石英片岩、大理岩等（王义昭和丁俊，1996），这些岩石普遍发生了片麻理化和糜棱岩化.哀牢山构造带由于受后期变质变形作用的叠加改造以及强烈的混合岩化作用，使其原岩面貌和层理特征基本消失，地层层序难以恢复，层位时代也难以确定.前人根据带内深变质岩系Rb-Sr、Sm-Nd和K-Ar等同位素地质年代学的测定结果，普遍认为哀牢山构造带属于扬子地块结晶基底的组成部分（王义昭和丁俊，1996）.也有研究者通过相关同位素年代学资料和区域地质资料的对比研究后，认为其与印支地块有很好的亲缘性，是从冈瓦纳超大陆分离出来的地块（Leloup et al.，1995）.

本文所研究的变基性岩分布于瑶山群，岩性为斜长角闪岩，样品MH1606和MH1607采自红河州河口县莲花滩乡（图2b）.变基性岩的围岩是片麻岩，主要呈似层状产于片麻岩中（图3a），其整体走向与哀牢山构造带的走向基本一致，围岩可见较强烈的片麻理，局部可见混合岩化作用.变基性岩层厚约0.6 m，手标本呈灰黑色（图3b），显微镜下呈粒状-柱状变晶结构，片麻状构造，主要矿物为角闪石（约70%）和斜长石（约30%），副矿物为锆石、磷灰石、榍石等.角闪石以绿色-淡绿色或褐色为主，半自形柱状，粒径主要为0.2~2.0 mm，其间常见锆石和磁铁矿等细小包裹体，角闪石局部发生绿帘石化和绿泥石化.斜长石颗粒明显小于角闪石，其粒径多为0.05~1.00 mm，发育双晶条纹，部分斜长石发生蚀变（图3b）.

2 分析方法

2.1　主、微量元素分析测试

主、微量元素的分析测试在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室完成.主量元素分析先将样品粉末熔制成玻璃饼，随后采用日本株式会社理学ZSX Primus II型X射线荧光光谱（XRF）完成测试，分析精度优于5%，详细的分析方法见Li et al.（2005）.微量元素采用酸溶法，把完全溶解的样品稀释后采用Agilent 7500cx电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行微量元素的测试，微量元素的分析精度多优于5%，详细的测试方法见刘颖等（1996）.

2.2　锆石U-Pb同位素定年

用于U-Pb年龄测定的样品（MH1606、MH1607）用常规的重选和磁选技术分选出锆石.将锆石样品颗粒和锆石标样Temora和GJ-1粘贴在环氧树脂靶上，然后抛光使其暴露一半晶面.对锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图像分析，以检查锆石的内部结构、帮助选择适宜的测试点位.

锆石U-Pb同位素年代学分析在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室的Agilent-7500cx型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）上进行测定，测试所用激光剥蚀系统为NWR-193，输出波长193 nm，激光束斑直径为32 μm.在测试工作起始依次测试NIST610、锆石标样Temora和监控标样GJ-1各2个点，随后每测试5个样品点，分别测定2个Temora标样和2个监控标样GJ-1，在测试结尾依次测试GJ-1、Temora和NIST610各2个点.普通铅校正是基于同位素比误差为1σ测得的²⁰⁴Pb，年龄结果使用²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄，置信度为95%，具体分析流程见Yuan et al.（2004）.对数据的处理和结果的计算采用软件ICPMSDataCal 7.2进行，样品的U-Pb年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot（ver3.0）程序进行.测试结果显示样品MH1606、MH1607的锆石标样Temora和监控标样GJ-1的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄分别为417±8 Ma和601±23 Ma，样品MH1607的Temora和GJ-1的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄分别为416±3 Ma和608±7 Ma，在误差范围内与Temora和GJ-1的标准年龄一致.

3 分析结果

3.1　锆石的U-Pb定年

样品的锆石U-Pb定年结果见表1.用于定年的锆石呈半透明到透明状，以透明状为主，颜色以浅棕、浅褐及褐色为主.锆石绝大多数呈柱状，长度一般为100~150 µm，内部发育较宽的环带结构或条带状结构，具有岩浆成因锆石特征（图4a，4c）.

样品MH1606进行了20个锆石点分析测试，测得其U含量变化于281 ×10^-6~1 025×10^-6，Th含量为203 ×10^-6~656×10^-6，Th/U比值变化范围为0.41~1.05（表1）.其中有17个测试点给出了766±3 Ma（MSWD=0.79）的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄（图4b），代表了其形成年龄，另有3个测试点年龄明显偏小且偏离谐和线，可能与受后期构造事件影响导致Pb丢失有关.

样品MH1607进行了17个锆石点分析测试，测得其U含量变化于263×10^-6~987×10^-6，Th含量为147×10^-6~547×10^-6，Th/U比值变化于0.28~1.02（表1）.其中有12个测试点给出了771±4 Ma（MSWD=0.68）的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄（图4d），代表了其形成年龄，另有4个测试点年龄明显偏小且偏离谐和线，可能与受后期构造事件影响导致Pb丢失有关，1个测试点给出了1 628±19 Ma的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄，可能代表了捕获锆石的年龄.

3.2　岩石地球化学特征

变基性岩的主量和微量元素化学成分分析结果见表2，整体看来，这些变基性岩样品的化学成分与玄武岩相似（图5）.它们的SiO₂含量为48.41%~49.00%，TiO₂含量为0.66%~0.67%，Al₂O₃含量为14.83%~15.04%；全碱（K₂O+Na₂O）含量为2.15%~2.21%，Na₂O/K₂O比值为4.00~4.02.样品MgO含量为10.05%~10.15%，Mg^#在69.3~69.5之间，其Fe₂O₃ ^T含量为10.30%~10.48%，Ni平均含量为236×10^-6，Cr含量为660×10^-6~670×10^-6.

变基性岩样品的稀土总量为42.8×10^-6~46.5×10^-6，该值远大于原始地幔的稀土总量（7.43×10^-6），略高于正常型洋脊玄武岩（N-MORB=39.1×10^-6），低于洋岛玄武岩（OIB=199×10^-6），略低于富集型洋脊玄武岩（E-MORB=49.1×10^-6）.在球粒陨石标准化曲线图上（图6a），样品的轻、重稀土元素分馏程度相对较弱，（La/Yb）_N值为1.97~2.19，（Gd/Yb）_N为0.94~1.02；Eu异常不明显（δEu=0.90~0.94）.样品亏损Nb，富集Zr、Hf，其Nb含量为3.7×10^-6~3.9×10^-6，接近洋内弧玄武岩的Nb含量（~2×10^-6；Sun and McDonough，1989）；样品的P、Sr、Ti负异常明显，富集Th、U（图6b），其原始地幔标准化蛛网图分布形式和REE配分模式整体与扬子地块西缘汉南和攀枝花地区的基性岩变化特征相似（图6a，6b）.

4 讨论

4.1　对哀牢山构造带形成时代的约束

哀牢山构造带内分布的哀牢山群和瑶山群在空间上紧密相邻，它们具有相似的岩石组合、变质变形特征，多被认为属于同一地层，二者的分离是后期强烈变质变形作用造成的.目前，对哀牢山构造带形成时代仍存在不同看法.已有的研究资料表明哀牢山构造带存在古元古代-中元古代年龄信息，如哀牢山群石榴子石单斜辉石岩的Ar-Ar年龄为1 710.3±2.4 Ma、1 099±32.4 Ma，Rb-Sr等时线年龄为1 070±13.6 Ma（翟明国等，1990）；金平龙脖河地区的变火山岩中电气石的形成时代为1 543±15 Ma，变粒岩的形成时代为1 497±29 Ma（K-Ar年龄；邹日等，1997）；元江地区斜长角闪岩的形成时代为1 367±46 Ma（Sm-Nd等时线年龄；翟明国等，1990）；哀牢山群乌都坑组发育1 360±60 Ma的大理岩（Pb-Pb等时线年龄；邹日等，1997）.近年来，Liu et al.（2020）在哀牢山群和苍山群分别报道了1 167±31 Ma斜长角闪岩、1 105±27 Ma二长花岗岩和1 478±48 Ma辉长岩（LA-ICPMS锆石U-Pb年龄）；刘桂春等（2018）在元江地区报道了1 732±13 Ma石英正长斑岩（LA-ICPMS锆石U-Pb年龄）.上述古元古代-中元古代年龄信息与扬子地块结晶基底的形成时代具有一致性，因而，哀牢山群和瑶山群一般被认为是扬子地块结晶基底的组成部分（王义昭和丁俊，1996）.

本文的年代学研究结果显示，来自瑶山群的2个变基性岩样品分别给出了766±3 Ma和771±4 Ma的形成时代，暗示本区存在新元古代基性岩浆活动；瑶山群828±6 Ma眼球状花岗质糜棱岩（李宝龙等，2012）的识别，表明本区还存在新元古代花岗质岩浆活动.哀牢山构造带苍山群斜长角闪岩的形成时代为770~762 Ma（LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；麻艺超等，2021）；混合岩中发育843~833 Ma的花岗质脉体（SHRIMP锆石U-Pb年龄；刘俊来等，2008）.哀牢山群斜长角闪岩的年龄为814±12 Ma（LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；Cai et al.，2014）；角闪辉长岩的形成年龄为769±7 Ma，花岗闪长岩的年龄为761±11 Ma（LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；Qi et al.，2012）；闪长岩的形成时代为800~799 Ma（LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；Cai et al.，2015）.上述数据资料暗示哀牢山构造带存在广泛的新元古代岩浆作用.

已有的研究资料显示哀牢山构造带还广泛发育二叠纪-三叠纪以及新生代岩浆-变质作用的信息，如哀牢山群镇沅地区花岗斑岩形成时代为253±2 Ma（张垚垚等，2021）；云南墨江马玉花岗闪长岩形成时代为264±2 Ma（孙崇波等，2019）.瑶山群中的变质增生锆石给出了49~30 Ma年龄信息（SHRIMP锆石U-Pb年龄；廖震等，2014）；红河-哀牢山走滑断层带片麻岩中的变质或熔融年龄为35.2~33.9 Ma（LA-ICM-MS 锆石U-Pb年龄；王浩博等，2019）.

综合上述数据资料，哀牢山构造带应为一套经历了强烈变形-变质的构造混杂岩带，其经历了晚古生代-早中生代，特别是新生代时期的强烈变质变形作用，前人划分的哀牢山群、瑶山群和苍山群，称之为“哀牢山杂岩”“瑶山杂岩”和“苍山杂岩”可能更为合适，它们的原岩至少包含新元古代、晚古生代-早中生代和新生代的岩石单元.

4.2　岩石形成构造环境

Condie（1999）提出可以根据La/Nb的比值区分岛弧玄武岩和洋中脊玄武岩，岛弧玄武岩的La/Nb比值较高，一般大于1.4；而洋中脊玄武岩的La/Nb比值较低，一般小于1.4.本文所研究的变基性岩的La/Nb比值为1.64~1.77，均大于1.4，指示为与岛弧岩浆作用相关的岩石.样品相对富集大离子亲石元素（LILE，如K和Rb）和稀土元素（REE），相对亏损Nb（3.70×10^-6~3.90×10^-6），且含有较高的Mg^#（69.3~69.5），同时，样品还具有较高的Zr/Nb比值（30.26~31.89），Sr/La比值（12.59~14.57）和Ba/Nb比值（10.62~11.51），较低的Th/Nb比值（0.48~0.55），Ta/La比值（0.06~0.08）和Th/Yb比值（0.83~0.96）.上述地球化学特征均与弧岩浆岩相似，而明显不同于产于板内环境的岩浆岩（Luhr and Haldar，2006）.此外，样品的微量元素和稀土元素配分模式图与扬子地块西缘汉南和攀枝花地区的一些典型的同时代弧火山岩相似（图6a，6b）；在相关构造环境判别图解中，样品点均落入弧火山岩的范围内（图7a，7b），具有破坏性板块边缘的地球化学特征（图7c）.

已有的资料显示，哀牢山构造带发育~803 Ma富铌玄武岩（Cai et al.，2014）；~761 Ma埃达克质岩石（Qi et al.，2012）；783~769 Ma具有岛弧特征的辉长岩（Qi et al.，2012），这些不同类型的岩石组合暗示它们形成于岛弧环境（Stern and Hanson，1991）.

综合上述地球化学特征和岩石组合，我们认为本文研究的瑶山群新元古代变基性岩形成于岛弧环境，它们是岛弧岩浆作用的产物.

值得注意的是，本文研究的样品表现出明显Nb负异常和Zr、Hf的正异常（图6b）.一般说来，岩石表现出明显Nb、Ta负异常，主要有以下原因，一是岩石形成于岛弧环境，二是岩石受到了地壳物质的混染，三是岩石来源于古老岛弧物质的重熔.如前文所述，研究区的岩石组合类型和样品的地球化学特征显示这些新元古代变基性岩样品形成于岛弧环境，是同期岛弧岩浆作用的产物，而不是来源于古老岛弧物质的重熔.样品除了明显亏损Nb，还表现出Zr、Hf的正异常，暗示样品可能受到了地壳物质的混染，因为地壳物质除了亏损Nb，还富集Zr和Hf.年代学测试结果显示样品存在古老捕掳锆石（图4），亦说明可能存在地壳混染.

研究表明，Nb主要富集在金红石等副矿物中，低熔融程度条件下会残留这些副矿物，从而导致岩浆中的Nb含量偏低（Woodhead et al.，1993）.部分熔融过程中压力的不同会导致Nb、Ta、Zr、Hf表现出不同的地球化学行为，地幔物质的部分熔融发生在深部会形成低的Zr/Nb比值，反之，发生在浅部会导致高的Zr/Nb比值（Bromiley and Redfern，2008）.本文样品具有低的Nb/Ta（7.8~9.8）、较高的Zr/Hf（37~38）比值，指示其地幔源区的部分熔融可能发生在相对较浅的位置.因此，样品低的Nb/Ta比值可能与岩浆源区在地幔浅部发生低程度部分熔融有关.

4.3　大地构造意义

近年来的研究显示，在我国的华南板块陆续发现了大量的新元古代岩浆作用信息（周汉文等，2002；Zheng et al.，2008；Cai et al.，2014）（图1）.根据已有的研究资料，在扬子地块东南缘历口群中发现了新元古代英安岩（773±7 Ma）以及凝灰岩（779±7 Ma） （LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；Zheng et al.，2008）；在上墅组中发现了新元古代英安岩（794±7 Ma，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；Wang et al.，2012）；在鹰扬关群中发现了新元古代基性火山岩（819±11 Ma，SIMS锆石U-Pb年龄；周汉文等，2002）；在板溪群中发现了新元古代火山岩（814±12 Ma，SHRIMP锆石U-Pb年龄；Wang et al.，2003）.在扬子西缘发育双峰式火山岩（803±12 Ma；Li et al.，2002）.在扬子地块北缘望江山地区发现了新元古代流纹岩（839±2 Ma，TIMS锆石U-Pb年龄；赵凤清等，2006）、英安岩（833±5 Ma）以及玄武岩（730±13 Ma） （LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄；徐学义等，2009）.

除了扬子地块东南缘、西缘和北缘，随着研究的不断深入，在扬子地块西南缘的哀牢山构造带内的苍山群和哀牢山群也陆续发现了新元古代岩浆作用信息（图1），如苍山群发育770~762 Ma变基性岩，其形成被认为与弧后盆地拉张作用有关（麻艺超等，2021）；哀牢山群保存有815~800 Ma变基岩，并表现出富铌玄武岩的地球化学特征，为洋壳俯冲作用的产物（Cai et al.，2014）；本文在瑶山群识别出了771~766 Ma变基性岩，表明瑶山地区也存在新元古代时期的岩浆作用.

目前对于扬子地块周缘新元古代岩浆岩的形成机制仍有不同观点.有学者认为这些新元古代岩浆岩是地幔柱活动的产物，与Rodinia超大陆的裂解有关（Li et al.，1999）；有学者认为它们形成于板块-裂谷环境，早期与俯冲作用相关，晚期与板内拉张作用有关（Zheng et al.，2008）；也有学者认为它们形成于岛弧环境（Zhou et al.，2002）.本文的研究结果显示，瑶山群内发育的771~766 Ma变基性岩具有岛弧岩浆岩的地球化学特征，形成于岛弧环境.已有的研究表明，扬子地块西缘盐边群、康定群等均发育大量具有弧岩浆地球化学特征的864~751 Ma岩浆岩（图1；Zhou et al.，2002），且岩浆活动的持续时间大于100 Ma；点苍山-哀牢山构造带新元古代岩浆岩亦普遍具有弧岩浆的地球化学特征，其形成时代主要在843~751 Ma（图1；刘俊来等，2008； Qi et al.，2012； Cai et al.，2014， 2015； 麻艺超等，2021），岩浆活动的持续时间接近100 Ma，持续时间如此长的岩浆作用一般与俯冲作用事件有关（Zhao and Zhou，2007， 2009），且它们多表现出弧岩浆的地球化学特征.此外，在扬子地块周缘地区发育有与俯冲事件相关的沉积作用，如扬子地块北缘花山群发育一套与板块俯冲作用有关的新元古代沉积-火山岩建造（刘述德等，2021）；扬子地块西南缘盐边群变质砂岩中的碎屑源区来自火山岛弧，反映盐边群形成于弧后盆地环境（杜利林等，2013）.综合上述岩浆-沉积作用证据，我们认为本文研究的瑶山群变基性岩的形成很可能与新元古时期的俯冲作用事件有关，暗示扬子地块西南缘与扬子地块其他边缘类似，在新元古代时期亦存在板块的俯冲作用，说明扬子地块在新元古代时期可能被海洋所围限，为一位于新元古代Rodinia超大陆边缘的地块，进而在其周缘地区陆续地发生洋壳的俯冲-碰撞作用.

5 结论

哀牢山构造带内瑶山群变基性岩的锆石U-Pb年龄为766±3 Ma、771±4 Ma，表明瑶山群发育新元古代基性岩浆活动.这些变基性岩具有岛弧地球化学特征，其形成与新元古代时期的俯冲事件有关.前人划分的苍山群、哀牢山群和瑶山群，实质上是一个原岩复杂的变质混杂岩带，至少包含新元古代、晚古生代-早中生代和新生代岩浆岩及地层单元，而不完全是古元古代地层.

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基金资助

国家自然科学基金项目(41502180;42072259)

广西隐伏金属矿产勘查重点实验室项目(桂科隐19-185-17-04)