在扬子克拉通西缘的四川康定—冕宁地区, 广泛出露角闪岩到麻粒岩相的变质基底岩系.长期以来, 将这套变质岩系与其他克拉通中的太古宙变质岩系进行对比, 认为它们应形成于太古宙^[1].如, 袁海华等^{[2, 3]}对沙坝麻粒岩曾获得2.95 Ga的全岩U-Pb等时线年龄, 后修正为2.40 Ga; 对盐边同德混合片麻岩获得2.95 Ga的Pb-Pb等时线年龄.据此, 一些研究者认为扬子克拉通基底可能存在太古宙陆核^[2~4].实际上, 康定杂岩中大量的锆石U-Pb不一致线-一致线年龄都在753~827.7 Ma的范围内^[5].Rb-Sr等时线年龄有沙坝杂岩的1 185.6 Ma, 1 088 Ma^[6], 康定片麻岩1 122~1 183 Ma和692 Ma^[7].³⁹Ar-⁴⁰Ar年龄有冕宁沙坝西北麻粒岩中紫苏辉石1031.9 Ma及杨秀花岗片麻岩中角闪石763.6 Ma^[8].近两年在扬子克拉通北部的黄陵地区对崆岭群所作的Sm-Nd同位素年代学研究表明, 其中的斜长角闪岩和TTG片麻岩形成于2 742 Ma和2 728 Ma^[9], 离子探针(SHRIMP Ⅱ) U-Pb锆石分析表明奥长花岗岩的岩浆作用在2.90~2.95 Ga之间、变泥质岩石中的碎屑锆石年龄在2.87~3.28 Ga之间^[10].Chen等^[11]最近对四川广元碎屑沉积岩系统剖面的Sm-Nd同位素研究也揭示出太古宙地壳组分在扬子克拉通西北地区的存在.

由于强烈的变质作用, 使得Rb-Sr, U-Pb, K-Ar (Ar-Ar) 的同位素时钟容易部分或完全重新启动.对过去所获得的Rb-Sr, U-Pb, K-Ar (Ar-Ar) 同位素年龄难以准确地判断哪些真实地代表成岩年龄、哪些年龄又是由于同位素体系开放的结果.而Sm和Nd因为都为稀土元素, 并仅差两个原子序数, 一般认为全岩的Sm-Nd体系的亏损地幔模式年龄能通过侵蚀、沉积、高级变质甚至地壳重熔作用, 提供地壳形成年龄(壳幔分离事件年龄) ^[12].我们的研究表明: 由壳内深熔与壳内混合作用形成的花岗岩类, 如果它们与基底在形成时代上相差较大, 由这些花岗岩类Sm-Nd同位素所决定的单阶段亏损地幔模式年龄比基底的壳幔分离事件年龄年轻^[13].但是, 对于基底组合岩石, 因TTG类岩石与镁铁质岩石在形成时代上相差较小, 系统的Sm-Nd同位素研究, 则有可能揭示出基底的壳幔分离事件甚至真正的形成年龄(由等时线法).

扬子克拉通西缘到目前还没有开展过针对基底的系统Sm-Nd同位素组成的研究.因此, 对该区基底系统的Sm-Nd同位素研究对揭示该基底最大可能的壳-幔分离事件年龄与真实的形成年龄具有重要的理论意义.

1.   地质概况

扬子克拉通西缘, 传统上称为康滇地轴, 西与甘孜-松潘褶皱带相接.在四川境内以康定杂岩为中心, 向北有彭灌杂岩、米仓山杂岩, 向南依次分布有冕宁杂岩、磨盘山-米易杂岩、同德杂岩、渡口杂岩.康定群或康定杂岩代表着该区的变质基底, 最早的地层划分将该群从下至上分为不同的组, 如下部的咱里组以斜长角闪岩、TTG片麻岩为代表; 中—上部的冷竹关组, 以黑云斜长片麻岩、片麻状钾质花岗岩为代表.近年来在冕宁地区进行1∶50 000区域地质填图时将这些杂岩作为片麻岩体处理.如划分出相当于咱里组的泽远片麻岩及相当于冷竹关组的琅环片麻岩^①.斜长角闪岩、部分地区可见到的麻粒岩(冕宁沙坝) 一般在TTG片麻岩体中以透镜体产出, 规模不等.中-上部的黑云斜长片麻岩中斜长角闪岩透镜体减少.本次研究的基底样品主要采自康定—泸定、冕宁地区出露的康定群(杂岩).由于1∶50 000的地质填图资料还没有全部完成, 简化的地质图仍以区域地质志资料为基础.此简化图(图 1) 中大部分元古宙花岗岩类相当于1∶50 000地质图中的片麻岩体.康定—泸定地区的康定群沿康定—泸定公路系统采集康定群咱里组与冷竹关组, 选择代表性的5个样品.冕宁地区主要在沙坝系统采集相当于咱里组的泽远片麻岩中斜长角闪岩、细粒灰黑色麻粒岩及黑云斜长片麻岩.已有的岩石化学资料^{[1, 4, 6]}表明长英质片麻岩类主要属英云闪长岩质、奥长花岗岩质(图 2).其岩性与取样地点如表 1所示.

①四川省地质矿产局攀西地质大队.中华人民共和国地质图及 说明书.比例尺1∶50 000.泸沽幅、撒莲幅.1995.

图  1  四川康定—泸定、冕宁地区地质略图(据四川区域地质志中所附地质图^[1]改编)

1.喜马拉雅构造层; 2.燕山-印支构造层; 3.华里西构造层; 4.加里东构造层; 5.吕梁亚构造层; 6.花岗岩; 7.闪长岩; 8.二长岩; 9.安山岩; 10.玄武岩; 11.深大断裂; 12.取样点

Fig.  1.  Sketch geologic map of Kangding-Luding and Mianning region, Sichuan Province

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图  2  四川康定—泸定、冕宁地区变质基底中片麻岩的岩石化学分类图解(据O'Connor^[14])

Fig.  2.  Petrochemical classification of gneisses in metamorphic basements from Kangding-Luding and Mianning region, Sichuan Province

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表  1  四川康定—泸定—冕宁变质基底的Sm-Nd、Rb-Sr同位素分析结果

Table  Supplementary Table   Compositions of Sm-Nd and Rb-Sr isotopes for the metamorphic basement in the Kangding-Luding and Mianning region, Sichuan Province

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2.   样品分析

对所选样品劈除具粘附物的表面, 新鲜样品手工粗碎到1~2 cm, 而后在清洁的不锈钢密封碎样钵中细碎至200目以下.每个样品称取0.5 g放入聚四氟乙烯密封溶样罐中, 加入16 mL的HF+HNO₃+HClO₄ (10∶5∶1) 的混合酸溶解样品.样品完全溶解后蒸干样品溶液, 而后用25 mL 6 mol/L的HCl溶解样品.每个样品溶液被分成两份, 一份用于Nd同位素比值测定; 另一份定量加入¹⁴⁹Sm-¹⁴⁶Nd稀释剂用同位素稀释法测定Sm和Nd质量分数, 其分析精度为0.2%~0.5%.张宗清等^[15]和叶笑江等^[16]描述了具体的分析方法.质量分析在固体型质谱计MAT261上完成.Nd同位素成分标准化至w (¹⁴⁶Nd/w (¹⁴⁴Nd) =0.721 9, JMS Nd₂O₃和BCR-1标样的w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd) 比值分别为0.511 126±0.000 008, 0.512 643±0.000 012.全部样品在国土资源部同位素开放实验室完成, 结果如表 1所示.

3.   讨论

从表 1所示的Nd单阶段亏损地幔模式年龄看, 变化不大, 集中分布于1.2 Ga.这些模式年龄与从柏林^[6]对冕宁杂岩中分离出的紫苏辉石的Nd亏损地幔模式年龄(1.1 Ga) 基本一致.由于模式年龄所反映的是地壳组分最初从亏损上地幔分离事件的年龄.幔源岩石进入地壳后, 经历了复杂的壳内再循环作用(风化、搬运、沉积、成岩、变质、深熔), 一般岩石的实际形成年龄均小于亏损地幔模式年龄.即使是壳内深熔作用可能使岩石的Nd模式年龄比实际壳幔分离事件年龄年轻化, 但这种影响受深熔事件的发生时间及深熔过程中的Sm-Nd分馏程度的影响.其结果是深熔产生的轻稀土强烈富集的长英质相Nd模式年龄年轻化, 而残留的重稀土相对富集的铁镁质相Nd模式年龄较原来的大^[13].首先, 我们所分析的所有样品都是基底组合中的岩石, 不包括后期明显深熔来源的花岗岩类; 第二, 我们分析的既有长英质的片麻岩又有富铁镁的斜长角闪岩类, 两类样品一致的Nd亏损地幔模式年龄, 可以使我们确信从康定到冕宁的这段基底是比较年轻的; 并且不可能形成于太古宙-古元古代^[1].

由于模式年龄不能揭示出这些岩石的实际形成年龄, 对康定—泸定与冕宁沙坝两地区的Sm-Nd样品进行等时线拟合.康定地区样品在w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd)-w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) 图上的分布如图 3所示.由于样品来自于两组, 它们不能构成有意义的等时线.这些说明来自康定地区的康定群下部的TTG片麻岩和斜长角闪岩组合与上部的黑云斜长片麻岩具有不同的物质来源和/或不同的形成时间.

图  3  四川康定—泸定英云闪长质片麻岩的w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd)-w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) 同位素组成的分布

Fig.  3.  Plot of w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd) versus w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) for felsic gneisses from Kangding-Luding area, Sichuan Province

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对冕宁沙坝来自泽远片麻岩体的样品所进行的等时线拟合如图 4所示, 5个点构成一条非常好的等时线, 其等时线年龄为(706±36) Ma, MSWD=1.03, 初始w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd) 比值为0.511 757±0.000 030.依据年龄计算得到的ε (Nd, t) =+0.6.这是在该区首次获得的Sm-Nd等时线年龄.说明这些岩石形成于706 Ma前, 是晚新元古代的产物.它与胥德恩等^[5]在该区所获得的一些锆石U-Pb一致线-不一致线年龄在误差范围内是一致的.也许有人对此等时线怀疑, 因为是由TTG的片麻岩与斜长角闪岩及麻粒岩组成, 它们可能是非同源的.我们可从以下两方面证明属于泽远片麻岩的各类岩石组合都是同源的.第一, 它们都具极其相近的亏损地幔模式年龄, 说明它们形成后在壳内的各种深熔事件中至少受到的相同事件的影响; 第二, 扬子克拉通北部崆岭杂岩中斜长角闪岩、TTG片麻岩的地球化学和年代学研究表明杂岩体内斜长角闪岩与TTG片麻岩组合是基本同时-同源的^{[9, 17]}, 如图 5所示, 康定—冕宁一带的灰黑色麻粒岩(98822-1-2和98922-4-1) 及斜长角闪岩类(98919-10-2、98919-11-2、98921-4-1) 与Gao等^[17]所研究的崆岭群中角闪岩类似, 具有非常一致的稀土元素分布型式, 以弱的轻、重稀土分馏和无明显铕异常为特征; 而TTG花岗岩类与KY09和KH27一样也是以轻、重稀土更强烈的分馏和正到弱负铕异常为特征^[4].因此, 两类样品在一起构成的等时线, 与单独由斜长角闪岩构成的等时线是基本一致的, 而不是假等时线.因此, 三类岩石是同时-同源形成的.事实上, 如果一个地区的不同类型的岩石是非同源的, 众多样品能形成等时线的概率也是非常小的.例如从图 3所见到的康定地区, 尽管其w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) 比值具较大的分布范围, 但由于物源上的差异而不能构成等时线, 即使剔除其中一个的离群样品(其Nd模式年龄明显较其他样品小, 表明可能有后期深源物质混入其中), 拟合的等时线误差相当大, 没有任何意义.

图  4  四川冕宁泽远片麻岩的w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd)-w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) 等时线

Fig.  4.  Sm-Nd isochron for Zeyuan gneisses from Mianning area, Sichuan Province

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图  5  康定—冕宁灰黑色麻粒岩、斜长角闪岩与崆岭群角闪岩类稀土元素分布型式对比

KY04, KH35, KH15, KH29为崆岭群中的斜长角闪岩, KY09, KH27为崆岭群中的闪长岩质-英云闪长岩质-奥长花岗质片麻岩. (数据引自Gao等^[17]); 98822-1-2和98922-4-1为灰黑色麻粒岩, 98919-10-2, 98919-11-2, 98921-4-1为斜长角闪岩类. (球粒陨石稀土组成据Boynton (1984) 的资料——据文献[18])

Fig.  5.  Comparison of REE profiles between granulites, amphibolites from Kangding-Mianning and amphibolites from Kongling Group, Northern Yangtze craton

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从初始比值来判断, 如果冕宁沙坝的泽远片麻岩是太古宙-古元古代早期地壳在706 Ma前变质深熔的产物, 代表着变质事件的年龄, 一般其初始比值应为负值.这是因为, 目前的研究表明了太古宙形成的镁铁质-超镁铁质岩石一般来自具球粒陨石均一源特征的地幔, 即其ε (Nd, t) =0.由于多数镁铁质岩石的w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) 比值为0.16, 以此比值代表镁铁质岩石的w (¹⁴⁷Sm) /w (¹⁴⁴Nd) 比值.设假定的太古宙地壳为2.50 Ga (如果更老, 计算出的ε (Nd, 706 Ma) 将更负), 那么从2.50 Ga前到706 Ma前这段时间内积累的w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd) 为0.001 897, 加上其从地幔起源时的0.509 396, 到706 Ma前时其w (¹⁴³Nd) /w (¹⁴⁴Nd) 为0.511 293 0.这样, 可计算得到706 Ma前时其ε (Nd, 706 Ma) =-8.因此, 这些斜长角闪岩、TTG片麻岩类即使不是直接从地幔来源的, 但也是由幔源岩石形成后在很短时间内演变来的, 类似于太古宙角闪岩类、TTG片麻岩类高级区的形成机理.这就是说这些岩石最初来自具球粒陨石特征的地幔源区或刚开始亏损的地幔源区.用球粒陨石均一源(CHUR) 计算的模式年龄, 康定—泸定地区的变化较大, 在250~740 Ma之间; 冕宁地区的大部分较稳定, 主要分布于620~660 Ma, 与等时线年龄相当接近.而康定—泸定地区如果主体地幔特征与冕宁地区基本相似, 那么说明康定—泸定地区的岩石在形成时或后期有大量年轻地幔物质混入其中.从Rb-Sr, Sm-Nd同位素组成计算到706 Ma前时的ε (Sr), ε (Nd) 协变图(图 6) 可以清楚看出, 冕宁地区各样品的初始钕同位素组成相当接近, 而初始锶则具更大的变化范围, 这是变质作用过程中典型的Rb-Sr重新分配的结果; 而康定—泸定地区表现出更为复杂的变化.位于冕宁样品上方的说明了亏损地幔来源物质的加入, 其中一个样品指示着非常亏损的地幔物质加入其中, 下方的一个样品则指示了壳源物质的加入, 或者加入的壳源物质很少, 或者这种壳源物质是非成熟的地壳组分.由于该区整个地壳基底形成较晚, 推测后一种可能性更大.

图  6  四川康定—泸定、冕宁地区变质基底岩石的初始Nd-Sr同位素协变图

Fig.  6.  Covariant plot between initial Nd and Sr isotopic compositions for metamorphic basement in Kangding-Luding and Mianning region, Sichuan Province

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从ε (Nd, 706 Ma) 来看康定—泸定地区的斜长角闪岩-TTG片麻岩类除了变镁铁质岩石的熔融外, 可能有相对较多的亏损地幔物质加入其中, 其ε (Nd, 706 Ma) 为-0.36~+4.05;而冕宁地区的斜长角闪岩-TTG片麻岩则可能主要以变镁铁质岩石的熔融为特征.

由于扬子克拉通北部的黄陵杂岩无论是由Sm-Nd法^[9], 还是由SHRIMP Ⅱ对锆石的U-Pb分析^[10]均表明它们形成于新太古代, 并可能有大于3.2 Ga的更古老地壳组分的存在.我们对四川广元从震旦纪到侏罗纪的沉积岩所进行的系统Sm-Nd同位素分析也证明了大于3.2 Ga的古老地壳组分的存在^[11].同时, 我们对从元谋开始向南的扬子克拉通西缘所进行的Sm-Nd, Pb同位素分析也表明^[19], 以元谋为界, 扬子克拉通西缘南、北两段具有完全不同的Nd模式年龄与铅同位素组成特征.这些都说明: 扬子克拉通的基底是非常复杂的, 目前的研究不支持全部出露基底具统一的特征或相同的演化历史; 古大陆的裂解与后来各陆块的重新拼合过程使扬子克拉通周边表现出极其复杂的构造演化; 以康定—泸定—冕宁为代表的高级变质杂岩并不是与其他太古宙高级区相同的古老杂岩, 而形成于新元古代.

野外工作中得到了原四川省地质矿产局攀西地质大队的姚祖德、阚泽忠同志的指导; 中国地质科学院地质研究所张宗清研究员、唐索寒女士、王进辉女士完成了全部样品的Sm-Nd、Rb-Sr同位素分析; 数据处理使用了美国伯克利地质年代学中心(Berkeley Geochronology Center) 的K. R. Ludwig博士提供的软件; 本研究的后期整理工作在日本大阪大学完成, 松田准一教授提供了良好的研究条件, 在此一并致以衷心的感谢.