大興安嶺北部永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖鋯石U-Pb年齡、Hof同位素特征

任邦方，孫立新，程銀行，滕學(xué)建，李艷鋒，郝爽

（天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170）

大興安嶺北部永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖鋯石U-Pb年齡、Hof同位素特征

任邦方，孫立新，程銀行，滕學(xué)建，李艷鋒，郝爽

（天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170）

永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體位于大興安嶺東北部的額爾古納地塊，主要由花崗閃長巖組成，二長花崗巖和石英閃長巖在巖體中零星出露。巖體中鋯石呈自形晶，發(fā)育振蕩生長環(huán)帶，顯示高Th/U比值（0.23～1.35），表明鋯石巖漿成因。鋯石的LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果為443.5～447.5 Ma，屬于晚奧陶世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，而非前人所劃分為的新元古代。鋯石的Hof同位素研究顯示，2件花崗巖樣品的εHof(t)值分別為-1.1～+2.4和-0.4～+3.6，二階段模式年齡為1.2～1.5 Ga。結(jié)合額爾古納地塊已有的早古生代和中生代花崗巖鋯石Hof同位素資料，筆者認(rèn)為額爾古納地塊不同時(shí)代的花崗巖具有相似的模式年齡，其地殼增生的時(shí)間主要發(fā)生在中-新元古代。目前已有研究表明，興安地塊地殼增生發(fā)生在新元古代-顯生宙，暗示它們具有不同的地殼演化過程。

額爾古納；永慶林場(chǎng)－十八站；花崗巖；U-Pb同位素年齡；Hof同位素；地殼增生

大興安嶺地區(qū)位于興蒙造山帶的東段，以發(fā)育大規(guī)模的顯生宙花崗巖為特征[1-3]。隨著興蒙造山帶正εNd(t)值花崗巖的大量發(fā)現(xiàn)，關(guān)于顯生宙地殼增生作用的問題取得了一系列重要的研究成果。研究顯示，大興安嶺地區(qū)顯生宙以來的花崗巖的源巖具有正εNd(t)和較低的tDM值，被認(rèn)為是地殼垂向增生過程中源于地幔的年輕地殼物質(zhì)[2-6]；大興安嶺地區(qū)又具有多塊體拼合的特點(diǎn)，自北向南分布有額爾古納、興安和松嫩地塊，花崗巖Nd、Hof同位素資料限定了不同塊體的組成不盡相同，反映其地殼增生時(shí)間可能存在差異[7-15]。本文所研究的永慶林場(chǎng)－十八站地區(qū)的花崗巖位于額爾古納地塊，前人根據(jù)其變質(zhì)變形特征、變質(zhì)程度及其處于構(gòu)造糜棱巖化帶中，而將其劃為新元古代的變質(zhì)侵入體①黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)1/20萬十八站幅（1989年）、1/20萬阿里河幅（1994年），但欠缺精確的年代學(xué)資料。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)該花崗巖開展了鋯石U-Pb同位素年代學(xué)和Hof同位素研究，結(jié)果表明永慶林場(chǎng)－十八站地區(qū)的花崗巖形成于443.5～447.5Ma的早古生代，額爾古納地塊存在新元古代地殼增生事件，這一結(jié)果對(duì)興蒙造山帶的地質(zhì)演化研究具有重要意義。

1 地質(zhì)概況與樣品特征

研究區(qū)位于大興安嶺地區(qū)的東北部，大地構(gòu)造位置上屬于額爾古納地塊（圖1）。額爾古納地塊主要由角閃巖相變質(zhì)的興華渡口群、綠片巖相變質(zhì)的佳疙瘩群和少量新元古代花崗質(zhì)巖石構(gòu)成其結(jié)晶基底。區(qū)內(nèi)花崗巖及中生代火山巖極為發(fā)育，古生代地層零星出露。永慶林場(chǎng)－十八站地區(qū)的花崗巖出露于額爾古納地塊的東南邊緣，黑龍江省塔河縣東部的永慶林場(chǎng)－十八站村附近，出露面積約60 km2。前人將永慶林場(chǎng)北部和十八站南部的花崗巖劃為新元古代的花崗閃長巖。根據(jù)區(qū)調(diào)資料和筆者野外實(shí)地考察，永慶林場(chǎng)－十八站南部花崗巖體由花崗閃長巖、石英閃長巖和二長花崗巖組成，其中花崗閃長巖為該巖體的主體巖性，石英閃長巖和二長花崗巖在巖體中零星出露。巖體巖石以塊狀構(gòu)造為主，局部變形較強(qiáng)烈，可見條帶狀、片麻狀構(gòu)造。

花崗閃長巖：巖石呈灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部可見條帶狀、片麻狀構(gòu)造，主要礦物組合為斜長石（45%～50%）、鉀長石（10%～15%）、石英（20%～25%）、黑云母和角閃石（10%～15%）。其中斜長石多為中長石和更長石，呈半自形板狀，副礦物可見磁鐵礦、磷灰石、鋯石和榍石等。

圖1 永慶林場(chǎng)-十八站巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖（?。〧ig.1 Sim p liofied geo logica lmap o of the Yongqing linchang-Shibazhan granites

石英閃長巖：出露規(guī)模較小，巖石呈灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物組合為斜長石（35%～40%）、鉀長石（20%～25%）、石英（10%～15%）、黑云母和角閃石（10%～15%）。其中斜長石呈半自形板狀，發(fā)育聚片雙晶，常見環(huán)帶結(jié)構(gòu)。副礦物可見磁鐵礦、磷灰石和鋯石等。

二長花崗巖：巖石呈灰紅-肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部見條帶狀、片麻狀構(gòu)造。主要礦物組合為石英（15%～25%）、鉀長石（25%～30%）、斜長石（35%～40%）、黑云母（5%）、普通角閃石（3%～5%），偶含少量單斜輝石，副礦物為鋯石、榍石、磷灰石等。

2 分析方法

本文選擇了永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體中3種巖性的3件樣品進(jìn)行鋯石U-Pb年齡測(cè)定。鋯石分選工作由河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石樣品在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心制靶并進(jìn)行反射光、透射光及陰極發(fā)光圖像分析。在對(duì)所測(cè)鋯石樣品的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，采用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜分析技術(shù)（LA-ICP-MS）對(duì)鋯石進(jìn)行微區(qū)原位分析，實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試工作在中國科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。激光剝蝕系統(tǒng)為美國NewWave公司生產(chǎn)的UP193FX型193 nm ArF準(zhǔn)分子系統(tǒng)，激光器來自德國ATL公司，ICP-MS為Agi lient 7500 a型質(zhì)譜儀。激光器波長為193 nm，脈沖寬度<4 ns，本次實(shí)驗(yàn)的激光束斑直徑為35μm，Plesovice（206Pb/238U加權(quán)平均年齡為337.13±0.37Ma[16]）和Qinghu標(biāo)準(zhǔn)鋯石（206Pb/238U加權(quán)平均年齡為159.45±0.16Ma[17]）作為外標(biāo)進(jìn)行基體校正，NIST SRM612，其中29Si作為內(nèi)標(biāo)元素。樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用GLITTER-ver 4.0(Macquarie University)程序，普通鉛校正采用Anderson[18]提出的ComPbCor r#3.17校正程序，U-Pb諧和圖、年齡分布頻率圖繪制和年齡加權(quán)平均計(jì)算使用Isoplot/Ex_ver 3[19]程序完成。

在LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年的基礎(chǔ)上，對(duì)永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體進(jìn)行了2個(gè)樣品的鋯石微區(qū)原位Hof同位素組成分析，在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試室激光剝蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀（LA-MC-ICP-MS）上進(jìn)行測(cè)定的，激光束斑直徑為50μm，激光剝蝕時(shí)間為26 s，測(cè)定中采用He氣作為剝蝕物質(zhì)載氣，利用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1對(duì)儀器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)樣品進(jìn)行外部校正。詳細(xì)測(cè)試流程以及儀器運(yùn)行條件等參見文獻(xiàn)[20]。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb同位素年齡

本次研究的3件樣品的分析結(jié)果列于表1，鋯石陰極發(fā)光圖像如圖2，U-Pb諧和圖如圖3所示。由于所測(cè)定的巖石均形成于早古生代，其結(jié)果以206Pb/238U年齡計(jì)算，單個(gè)分析點(diǎn)的分析誤差為1σ，但加權(quán)平均后的同位素年齡誤差為2σ。

表1 永慶林場(chǎng)-十八站花崗巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb Isotope date o of zircons ofrom Yongqing linchang-Shibazhan granites

續(xù)表1

圖2 永慶林場(chǎng)-十八站花崗巖的鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.2 CL im ages o of zircons ofrom the granites in Yongqing linchang-Shibazhan area

圖3 永慶林場(chǎng)-十八站花崗巖體的鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 Concordia U-Pb p lots o of zircons ofrom granites in Yongqing linchang-Shibazhan area

樣品21TW25采自永慶林場(chǎng)西約12 km處，采樣點(diǎn)位置N52°23.090'，E124°54.207'，巖性為中細(xì)粒二長花崗巖，巖石局部可見片麻狀構(gòu)造。鋯石呈自形晶，晶體多為長柱狀，粒度介于100～300μm之間，長寬比為2/1～4/1之間。鋯石陰極發(fā)光圖像（圖2）顯示，該組鋯石發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶，為巖漿結(jié)晶鋯石。36個(gè)巖漿鋯石的測(cè)試結(jié)果表明，所測(cè)鋯石的同位素分析數(shù)據(jù)均落在諧和線上及其附近（圖3a），36個(gè)數(shù)據(jù)的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為443.5±1.7Ma，MSWD=1.13，代表了該巖體的結(jié)晶年齡。

樣品21TW27采自永慶林場(chǎng)東約10 km處，采樣點(diǎn)位置N52°24.898'，E125°12.191'，巖性為中細(xì)粒石英閃長巖，鋯石多以短柱狀半自形－自形晶為主，粒度介于100～200μm之間，長寬比介于1/1～2/1之間，陰極發(fā)光圖像顯示（圖2），鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，發(fā)育輕微的振蕩環(huán)帶，鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果顯示，Th/U比值介于0.32～1.35，具有典型的巖漿成因特征。33個(gè)分析測(cè)試點(diǎn)均落在諧和線上及其附近（圖3b），加權(quán)平均年齡為447.5±4.4Ma，MSWD=5.9，這個(gè)年齡應(yīng)該代表了該巖體的結(jié)晶年齡。

樣品21TW28采自十八站南10 km處，采樣點(diǎn)位置N52°22.258'，E125°28.336'，巖性為中－中細(xì)?；◢忛W長巖，鋯石多為半自形－自形晶，以短柱狀為主，粒度介于100～150μm之間，長寬比介于1/1～2/1之間，鋯石陰極發(fā)光圖像（圖2）顯示，所測(cè)鋯石均具有輕微的振蕩環(huán)帶，鋯石測(cè)試結(jié)果顯示，34個(gè)分析測(cè)試點(diǎn)均落在諧和線上及其附近（圖3c）,加權(quán)平均年齡為447.4±2.1Ma，MSWD=1.5，代表了該巖體的結(jié)晶年齡。

如上所述，永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體三個(gè)樣品的巖漿鋯石U-Pb同位素年齡為443.5～447.5Ma，表明巖漿侵位結(jié)晶的時(shí)間為早古生代。

3.2 鋯石Hof同位素

永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體的鋯石微區(qū)原位Hof同位素分析結(jié)果見表2。在εHof(t)和模式年齡計(jì)算過程中，二階段模式年齡采用平均地殼的ofcc（-0.548）[21]進(jìn)行計(jì)算，t為樣品形成時(shí)間，λHof=1.867×10-11a-1， (176Lu/177Hof)CHUR=0.0332，(176Hof/177Hof)CHUR,0=0.282772; (176Lu/177Hof)DM=0.0384，(176Hof/177Hof)DM=0.28325[22]。所有鋯石均具有較低的176Lu/177Hof和176Yb/177Hof比值，說明鋯石在形成以后具有較低的放射成因Hof的積累，所測(cè)定的176Hof/177Hof比值基本代表了其形成時(shí)體系的Hof同位素組成。

樣品21TW25共計(jì)分析了20個(gè)點(diǎn)，除5顆鋯石的176Hof/177Hof比值略低外（<0.282 505），其余鋯石分析點(diǎn)數(shù)據(jù)比較均一，分布于0.282 505～0.282 570之間，加權(quán)平均值為0.282 524±0.000 012(2σ,n=20)(圖4a)。εHof(t)范圍在-1.1～+2.4，二階段Hof模式年齡(tDM2)變化范圍為1 278～1 492Ma，平均為1 383Ma。

表2 永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖鋯石的Lu-Hof同位素分析結(jié)果Table 2 In situ Lu-H of isotopic ana lyses o of the zircon ofrom Yongqing linchang-Shibazhan granites

樣品21TW28共計(jì)分析了20個(gè)點(diǎn)，除2顆鋯石的176Hof/177Hof比值略低外（<0.282 508），其余鋯石分析點(diǎn)數(shù)據(jù)比較均一，分布于0.282 508～0.282 593之間，加權(quán)平均值為0.282 534±0.000 013(2σ，n=20) (圖4b)。εHof(t)范圍在-0.4～+3.6，二階段Hof模式年齡(tDM2)變化范圍為1213～1460Ma，平均為1348Ma。

4 討論

4.1 永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體的形成時(shí)代

前人根據(jù)變質(zhì)變形特征、變質(zhì)程度及當(dāng)時(shí)對(duì)區(qū)域構(gòu)造關(guān)系的認(rèn)識(shí)，而將永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體劃為新元古代的變質(zhì)侵入體（本文首頁角注），但缺乏精確的同位素年代學(xué)證據(jù)。本文對(duì)前人原劃分為新元古代的花崗巖體進(jìn)行了鋯石U-Pb同位素測(cè)年，3個(gè)樣品中半自形－自形晶巖漿鋯石的測(cè)試結(jié)果顯示，所測(cè)樣品的分析測(cè)試點(diǎn)基本都落在諧和線上及其附近，表明了這些年齡應(yīng)代表巖漿侵位結(jié)晶年齡。測(cè)定結(jié)果表明，永慶林場(chǎng)－十八站巖體的不同巖性樣品均具有一致的年齡，其巖漿結(jié)晶年齡介于443.5～447.5Ma，表明該巖體是早古生代晚奧陶世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，而并非前人所認(rèn)為的新元古代侵入體。該巖體與大興安嶺北部塔河花崗巖體(480～494Ma)、內(nèi)河巖體(500Ma)、白銀納巖體(460Ma)、查拉班河巖體(465～481Ma)、莫爾道嘎地區(qū)太平川礦區(qū)南部的巨斑狀鉀長花崗巖體（444～458Ma）和漠河縣洛古河巖體(504～517Ma)的時(shí)代基本一致[10，12，23-24]。從上述資料看，早古生代花崗巖在額爾古納地塊上普遍存在，其時(shí)代為440～500Ma。

4.2 鋯石Hof同位素特征對(duì)額爾古納地塊屬性的制約

額爾古納地塊發(fā)育有大量的早古生代和中生代花崗巖，研究顯示，大興安嶺地區(qū)顯生宙以來的花崗巖的源巖具有正εNd(t)和較低的tDM值，被認(rèn)為是地殼垂向增生過程中源于地幔的年輕地殼物質(zhì)[2-4]。最新的Hof同位素研究結(jié)果表明，額爾古納地塊花崗巖具有較大的εHof(t)值變化范圍，早古生代花崗巖的εHof(t)值主要介于1.5～3.8之間，二階段模式年齡為1.1～1.4Ga[10]；中生代早侏羅世花崗巖的εHof(t)值主要介于-3.7～5.41、中侏羅世花崗巖的εHof(t)值主要介于7.25～11.64，二階段模式年齡為1.1～1.4 Ga[8,12]；早白堊世花崗巖的εHof(t)值主要介于1.32～8.23，二階段模式年齡為0.9～1.1Ga[14]；中三疊世花崗巖的εHof(t)值主要介于-3.94～2.19，二階段模式年齡為1.1～1.5Ga[11]。

本文研究的2件花崗巖樣品的εHof(t)值分別為-1.1～+2.4和-0.4～+3.6，二階段模式年齡為1.2～1.5Ga，與早古生代花崗巖和中生代花崗巖基本相同。在εHof(t)-t圖解上（圖5），這些花崗巖體的數(shù)據(jù)都落在球粒隕石演化線附近而且分布相對(duì)集中。一般認(rèn)為具有正εHof(t)值的花崗質(zhì)巖石來自虧損地?；驈奶潛p地幔中新增生的年輕地殼物質(zhì)的部分熔融[8]。而本文研究的花崗巖樣品除個(gè)別鋯石的εHof(t)值為負(fù)值外，絕大多數(shù)鋯石具有正的εHof(t)值。結(jié)合鄰區(qū)及前人的研究資料[8，10-15]，其較老的二階段Hof模式年齡（平均為1.3Ga）反映了源區(qū)可能為中元古代增生的地殼物質(zhì)。從上述資料可知，額爾古納地塊不同時(shí)代的花崗巖具有相似的模式年齡，表明額爾古納地塊在中－新元古代時(shí)期曾發(fā)生過一次重要的地殼增生事件。而最新的研究顯示興安地塊的地殼增生時(shí)間主要發(fā)生在新元古代－顯生宙[8-9]，晚于額爾古納地塊。因此，大興安嶺北部的額爾古納地塊和興安地塊各自具有不同的地殼增生時(shí)間，也暗示它們具有不同的早期地殼演化歷史。

圖4 永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖體的鋯石Hof同位素特征Fig.4 Zircon Hof isotopic ofeatures o of the Yongqing linchang-Shibazhan granites

圖5 永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖鋯石εH of(t)-t圖解Fig.5εHof(t)-t p lot ofor the zircons o of the Yongqing linchang-Shibazhan granites

5 結(jié)論

（1）大興安嶺北部永慶林場(chǎng)－十八站花崗巖鋯石的LA-ICP-MSU-Pb同位素定年結(jié)果表明，本區(qū)原定為新元古代的花崗巖為早古生代花崗巖，其侵位結(jié)晶時(shí)代為443.5～447.5Ma。結(jié)合本區(qū)和鄰區(qū)其它早古生代花崗巖體的鋯石U-Pb同位素年齡，可限定大興安嶺北部地區(qū)早古生代花崗巖漿活動(dòng)的時(shí)限為440～500Ma。

（2）巖體的鋯石Hof同位素表明，額爾古納地塊不同時(shí)代的花崗巖具有相似的模式年齡，其地殼增生的時(shí)間主要發(fā)生在中－新元古代，而興安地塊地殼增生主要發(fā)生在新元古代－顯生宙，說明兩地塊具有不同的早期地殼演化歷史。

致謝:本研究在分析測(cè)試各環(huán)節(jié)中，先后得到了河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室、天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院青藏高原所實(shí)驗(yàn)室等相關(guān)單位和個(gè)人的大力支持與幫助。岳雅慧、宋培平、耿建珍為樣品測(cè)試、數(shù)據(jù)處理提供了幫助，成文過程中趙鳳清研究員對(duì)本文提出許多寶貴修改意見，周紅英教授級(jí)高工對(duì)文稿提出建設(shè)性意見，使本文得以完善，在此表示誠摯的謝意。

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Abstract:The Yongqinglinchang-Shibazhan granites are located in the Eerguna block in the northeastern Da Hinggan Mountains,and mainly consist oof granodiorite,w ith m inor adamellite and quartz diorite.The zircon grains separated ofrom the granodiorite sample in the Yongqinglinchang-Shibazhan granites show generally euhedral oform w ith ofine oscillatory zoning on their CL images,and high Th/U ratios(0.23～1.35),which exhibit the ofeaturesoofmagmatic zircons.LA-ICP-MS zircon U-Pb dating reveals that the Yongqinglinchang-Shibazhan granites emplaced at443.5～447.5Ma,belonging to the products oof upper Ordovicianmagmatism,not to the Neoproterozoic recognized and categorized by predecessors.Zircon Hof isotope characteristics indicate that two granotoid samples have zirconεHof(t)values ranging ofrom-1.1 to+2.4 and-0.4 to+3.6,w ithmodelages ofrom 1.2Ga to 1.5 Ga.Combined w ith previous zircon Hof isotope data obtained ofrom Early Paleozoic and Mesozoic granites in the Eerguna block,the authorshold that the graniteshave the sim ilarmodelagesalthough they were oformed in diofoferentgeological ages.Meanwhile it indicates that the crustal accretion event oof Eerguna block occurredmainly in M iddle and Neo-Proterozoic period.Previous studies indicate that the Xing’an block accreted in Neoproterozoic-Phanerozoic.Itsuggests that they have the diofoferent tectonic naturesand evolvementhistory.

Keywords:Eerguna;Yongqinglinchang-Shibazhan;granite;U-Pb isotope dating;Hof isotope;crustalgrow th

Zircon U-Pb Ages,H of isotopic Characteristicsoof the Yongqinglinchang-Shibazhan Granites in the Northern Da Hinggan M ountains,Northeastern China

REN Bang-ofang,SUN Li-xin,CHENGYin-hang,TENG Xue-jian,LIYan-ofeng,HAO Shuang
(Tianjin Instituteoof Geology and M ineralResources,CGS,Tianjin 300170,China)

P597+3

A

1672－4135（2012）02－0109-09

2012-04-17

國土資源部大調(diào)查項(xiàng)目：興蒙造山帶中古老陸塊性質(zhì)與成礦背景綜合研究（1212011085478）

任邦方（1981-），男，助理研究員，地球化學(xué)專業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)與地球化學(xué)研究工作，Email:bangofangren@126.com。