腾冲地块作为新特提斯洋东向俯冲及随后印度-亚洲大陆碰撞的活动大陆边缘岛弧地区,发育大量晚白垩世-早始新世花岗岩类,为研究大洋俯冲和陆陆碰撞过程中岛弧地壳岩浆响应及壳幔相互作用提供了重要的岩石学记录。然而,相比北向新特提斯洋俯冲及印度-亚洲大陆碰撞丰富的研究成果,其东向俯冲碰撞过程、动力学机制、岩浆作用的研究相对较少。这次大洋俯冲和大陆碰撞事件在北向和东向岩浆岛弧地区形成了不同地球化学特征的中新生代花岗岩类:冈底斯岩浆带花岗岩类多数具有亏损的Hf同位素特征,腾冲地块花岗岩类多数具有富集的Hf同位素特征;此外,新特提斯洋的北向俯冲以及印度-亚洲大陆的碰撞导致拉萨地块发育一套中新生代火山岩-林子宗火山岩,但腾冲地块缺少同期的火山作用。因此,形成新特提斯洋东向和北向俯冲以及大陆碰撞过程中岩浆活动差异的动力学机制是什么?本文以此为切入点,选取腾冲地块晚白垩世-早始新世花岗岩类为研究对象,探讨俯冲碰撞过程中大陆边缘岛弧地区花岗岩类的岩石成因,尝试从岩石学角度解析新特提斯东向俯冲及陆陆碰撞的过程,反演此过程中壳幔热结构演化。本文选取腾冲地块晚白垩世-早始新世典型花岗岩体(古永岩体、户撒岩体、邦湾岩体和昔马-铜壁关岩体),针对这些花岗岩类进行系统的野外地质调查、岩相学、锆石U-Pb年代学、地球化学、矿物化学和Sr-Nd-Pb以及锆石Lu-Hf同位素研究。结合前人研究资料,阐明腾冲地块晚白垩世-早始新世花岗岩类年代学格架和时空演化特征,探讨新特提斯洋俯冲以及陆陆碰撞过程与花岗岩类成因之间的关系。本文获得以下几点认识:1.腾冲地块晚白垩世-早始新世花岗质岩浆活动集中在76Ma-50Ma,可分为两个形成阶段:76Ma-64Ma形成高钾钙碱性花岗岩-花岗闪长岩,55Ma-50Ma形成钙碱性-高钾钙碱性花岗岩-花岗闪长岩-石英闪长岩腾冲地块典型花岗岩体详细的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究结果表明,古永岩体西侧花岗岩形成年龄为65±1Ma～64±1Ma,已有资料表明岩体东侧结晶年龄为76Ma-68Ma,但东西两侧岩性均一,均为花岗岩;户撒岩体花岗闪长岩形成年龄为64±1Ma;邦湾岩体为一复式岩体,黑云母花岗岩结晶年龄为51±1Ma～49±1Ma,花岗闪长岩结晶年龄为50±1Ma;昔马-铜壁关粗粒花岗闪长岩-石英闪长岩结晶年龄为54±1Ma～51±1Ma;邦湾花岗闪长岩和昔马-铜壁关粗粒花岗闪长岩-石英闪长岩中含有大量暗色微粒包体,结晶年龄分别为50±1Ma和52±1Ma～51±1Ma;昔马-铜壁关地区镁铁质岩浆活动的产物包括变质辉长岩和细粒石英闪长岩,结晶年龄分别为51±1Ma和53±1Ma。根据花岗岩类年代学和岩石学的特征,腾冲地块晚白垩世-早始新世花岗质岩浆活动时限为76Ma-50Ma,可以被分为两个形成阶段:①晚白垩世-早古新世(76Ma-64Ma)形成古永花岗岩和户撒花岗闪长岩,均具有高钾钙碱性的特征;②早始新世(55Ma-50 Ma)形成那邦钙碱性花岗闪长岩,昔马-铜壁关高钾钙碱性粗粒花岗闪长岩-石英闪长岩,邦湾高钾钙碱性花岗闪长岩和黑云母花岗岩,其中那邦花岗闪长岩数据引自文献。昔马-铜壁关粗粒花岗闪长岩-石英闪长岩和邦湾花岗闪长岩中存在大量暗色微粒包体,区域上发育同期的基性岩,表明早始新世花岗质岩浆活动与镁铁质岩浆作用密切相关。2.腾冲地块晚白垩世-早古新世花岗岩和花岗闪长岩地球化学及同位素组分特征显示,古永花岗岩为地壳富泥质岩石部分熔融的产物,户撒花岗闪长岩为古老地壳物质和新生地壳物质混合物部分熔融的产物;早始新世花岗质岩浆作用代表了地壳不同层次的深熔作用,黑云母花岗岩为古老地壳物质部分熔融的产物,花岗闪长岩-石英闪长岩为幔源镁铁质岩浆和壳源花岗质岩浆混合的结果,花岗闪长岩-石英闪长岩中含有大量代表同期镁铁质岩浆活动的暗色微粒包体,指示早始新世地幔楔的部分熔融事件晚白垩世-早古新世花岗岩类以相对高硅的古永花岗岩和低硅的户撒花岗闪长岩为代表。古永花岗岩 SiO2为 70.64%-76.45%,K2O 为 4.14%-5.08%,A/CNK 值为 1.01-1.12,属于过铝质高钾钙碱系列,具有多变的CaO/Na2O比值(0.1-0.7),高的初始Sr比值(0.706511-0.711753),εNd(t)为-9.2～-11.6,是古老地壳富泥质岩石部分熔融形成的;户撒花岗闪长岩具有相对低的SiO2(64.50%-66.99%)和K2O(3.10%-3.78%),高的Na2O(3.44%-3.85%),A/CNK为0.96-0.97,属于准铝质高钾钙碱系列,高的初始Sr比值(0.716496),εNd(t)为-16.5,但锆石Hf同位素比值变化范围较大,εHf(t)值介于3.4和-18.1之间,是古老地壳物质和新生地壳物质的混合物发生部分熔融的结果;区域上还存在少量新生地壳物质低程度部分熔融形成的高硅花岗岩。晚白垩世-早古新世花岗岩类的源岩以古老地壳物质和少量的新生地壳物质为主。根据起源于下地壳的户撒花岗闪长岩Sr/Y比值判断,腾冲地块在晚白垩世-早古新世时为减薄的地壳。早始新世花岗岩类岩性多样,SiO2含量(54.08%-75.41%)变化范围较广,在下地壳形成深部熔融区,是地壳中不同层次的岩浆产物,以邦湾岩体和昔马-铜壁关岩体为代表。邦湾岩体为复式岩体,由黑云母花岗岩和花岗闪长岩组成。黑云母花岗岩具有高SiO2(74.33%-75.41%)和 K20(5.57%-6.23%)含量,A/CNK 值为 1.00-1.09,属于过铝质高钾钙碱系列,具有高的CaO/Na2O和Al2O3/TiO2比值,低Mg#值,高的初始Sr比值(0.710526-0.713002),Nd-Hf均呈富集特征,εNd(t)介于-7.4和-9.4之间,εHF(t)介于-0.7和-9.7之间,为古老地壳中的杂砂岩部分熔融所形成。邦湾岩体花岗闪长岩SiO2含量为 67.81%-69.57%,高的 K2O(4.48%-5.95%),A/CNK 为 0.97-1.03,属于准铝-过铝质高钾钙碱系列。邦湾花岗闪长岩与晚白垩世-早古新世户撒高钾钙碱性花岗闪长岩相比具有相似的出露位置和岩性,但地球化学特征明显不同,邦湾花岗闪长岩具有更富集的K、Rb、Th、U和REE,发育大量指示早始新世镁铁质岩浆和花岗质岩浆混合成因的暗色微粒包体。对比结果说明邦湾花岗闪长岩形成有更加富集组分加入的花岗质母岩浆。邦湾花岗闪长岩高初始Sr(0.712751-0.713073)比值、富集的Nd(εNd(t)值为-9.0～-11.6)和Hf(εHf(t)值为-1.0～-10.8)同位素组分表明,花岗质岩浆的源岩以古老地壳物质为主。暗色微粒包体与该地区高钾钙碱-钾玄系列基性岩的地球化学特征相似,富集K、Rb、Th、U和LREE,均具有高初始Sr比值和富集的Nd-Hf同位素,表明该地区的镁铁质岩浆是由于温度升高导致俯冲地幔楔中金云母和褐帘石发生分解,形成熔体/流体,交代上覆地幔楔并诱发部分熔融所形成。因此,邦湾花岗闪长岩是幔源的镁铁质岩浆和壳源的花岗质岩浆混合的产物。昔马-铜壁关花岗岩类成分变化较大,SiO2含量为54.08%-70.09%,岩性为花岗闪长岩和石英闪长岩,发育大量不同形态的暗色微粒包体,包括富集黑云母边的和不发育黑云母边的两种类型。昔马-铜壁关花岗闪长岩-石英闪长岩的K20含量为2.24%-4.45%,A/CNK值为0.92-1.01,属于准铝-过铝质高钾钙碱系列,具有高的初始Sr比值(0.708502-0.709175)和富集的Nd同位素(εNd(t)值介于-5.2和-6.5之间),多变的锆石Hf同位素比值(εHf(t)值介于1.9和-7.5之间),并且斜长石出现反生长环带。结合地球化学特征及矿物化学分析结果,昔马-铜壁关花岗闪长岩-石英闪长岩为镁铁质岩浆和花岗质岩浆混合的产物。花岗质岩浆的源区物质主要由古老地壳物质、同期镁铁质岩浆和新生地壳物质组成。变质辉长岩的εNd(t)值为-3.4,εHf(t)值介于1.8和10.9之间,Nd-Hf同位素的解耦是由于结晶的镁铁质岩浆和花岗质岩浆之间反应和混合所造成的,镁铁质岩浆起源于亏损地幔物质。花岗岩类中暗色微粒包体是演化的镁铁质岩浆和花岗质岩浆混合的产物,不同形态的包体代表了镁铁质岩浆和花岗质岩浆不同阶段的反应,在镁铁质岩浆进入花岗质岩浆发生快速冷凝后,其结晶的矿物会与花岗质熔体之间发生反应,比如角闪石和熔体反应形成黑云母,在此过程中包体发生分解进入花岗质岩浆中,使其Ca+Fe+Mg含量升高。3.早始新世SiO2含量为60%-70%的花岗闪长岩-石英闪长岩由西向东富集组分逐渐增加,与同期基性岩的成分变化同步腾冲地块作为新特提斯洋东向俯冲和印度-亚洲大陆碰撞的活动大陆边缘岛弧,具有成熟的地壳。早始新世SiO2含量在60%-70%的花岗岩类(包括石英闪长岩和花岗闪长岩)由西向东富集组分逐渐增加,如K、Th、U和LREE等元素,Sr同位素比值逐渐升高,Nd和Hf同位素比值逐渐减小,但Pb同位素比值却逐渐小,出现相反的变化趋势。此外,早始新世花岗岩类与基性岩的成分变化是同步的,由西向东,花岗岩类从富Na变为富K,基性岩由低钾拉斑系列变为高钾钙碱-钾玄系列。综合邦湾岩体和昔马-铜壁关岩体花岗岩类岩石成因,本文认为在具有厚地壳的活动大陆边缘岛弧地区,中酸性岩成分变化是由于起源于地幔楔的不同镁铁质岩浆和起源于陆壳的花岗质岩浆混合形成,这种成分变化受控于混合时镁铁质岩浆的化学成分变化。4.腾冲地块晚白垩世-早始新世岩浆活动向西迁移,壳幔热结构由晚白垩世-早古新世冷壳-冷幔转变为早始新世冷壳-热幔,是由印度-亚洲大陆初始碰撞所引起腾冲地块晚白垩世-早古新世岩浆岩主要出露在盈江县以东地区,早始新世岩浆岩主要出露在盈江县及以西地区,从晚白垩世到早始新岩浆活动逐渐向西迁移。晚白垩世-早古新世岩浆岩以壳源花岗岩类为主,区域未见该期基性岩;早始新世岩浆岩以花岗岩类和基性岩共存为特征,并且花岗岩类中存在大量暗色微粒包体和亏损的锆石Hf同位素组分,说明幔源物质参与壳源花岗质岩浆活动。岩石组合的变化说明腾冲地块作为新特提斯洋东向俯冲以及印度-亚洲大陆东向碰撞的活动大陆边缘岛弧,俯冲洋壳和岩石圈地幔的热状态由晚白垩世-早古新世的冷壳-冷幔结构转变为早始新世的冷壳-热幔结构,而这种转变的动力学机制是印度-亚洲陆陆碰撞,再次证实印度-亚洲大陆东向初始碰撞时间约为55Ma。