佳木斯地塊角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖的鋯石定年及其地質(zhì)學(xué)意義：新元古代結(jié)晶基底的證據(jù)

呂長祿，馮俊嶺，鄭衛(wèi)政，任鳳和，王強茂

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；2.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江 哈爾濱150036；3.國土資源實物地質(zhì)資料中心，河北 三河065201）

黑龍江省東部的佳木斯地塊是興蒙造山帶中要的微地塊之一，是我國東北地區(qū)的一個重要大地構(gòu)造單元。對它的詳細研究對于認識古亞洲洋的發(fā)展和演化以及了解我國東北地區(qū)的構(gòu)造格架具有重要的意義。

佳木斯地塊位于黑龍江省東部，由位于雞西－牡丹江、樺南和蘿北等三個地區(qū)出露面積不等的麻山群和黑龍江群組成［1］。麻山群主要分布在地塊的內(nèi)部，黑龍江群主要分布在地塊的西、南側(cè)邊緣（圖1－a）。麻山群主體為低角閃巖相－麻粒巖相變質(zhì)巖系，其主要巖石類型有長英質(zhì)片麻巖、石墨片巖、矽線石榴片麻巖、大理巖等，其原巖與孔茲巖系相當［2－4］。部分地區(qū)麻山群變質(zhì)程度較低，被稱為興東群［1，4］。黑龍江群為經(jīng)歷藍片巖相－綠片巖相變質(zhì)的構(gòu)造巖系，主要巖石類型有藍片巖、綠片巖、云母鈉長片巖、大理巖、變玄武巖、變輝長巖、蛇紋石化橄欖巖及相應(yīng)的糜棱巖，其原巖基本上與蛇綠混雜巖相當［2，5］。長期以來，麻山群和黑龍江群都被認為是太古宙、古元古代或中元古代的變質(zhì)地層［1－2，6－7］，但最近研究結(jié)果表明，該地塊麻粒巖相變質(zhì)作用發(fā)生在500Ma左右，并且存在515M～527Ma深成巖，揭示晚泛非造山作用的存在［8－12］。根據(jù)非協(xié)和的年齡推測可能還存在1500Ma左右的火成巖［11］。此外，對黑龍江群的認識也有了很大的進展，認為黑龍江群是佳木斯地塊邊緣發(fā)育的一套增生－碰撞雜巖［5，13－20］。雖然前人進行了大量工作，但對于佳木斯地塊是否存在前寒武紀結(jié)晶基底并沒有給出令人信服的證據(jù)，尤其是麻粒巖相變質(zhì)事件的500Ma左右的SHRIMP鋯石U－Pb年齡主要來源于副變質(zhì)片麻巖，對于恢復(fù)麻山群的演化歷史具有不確定性?；谏鲜鲅芯炕A(chǔ)，本文選取牡丹江穆棱地區(qū)反映佳木斯地塊麻山群中最具典型的正變質(zhì)片麻巖（角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖）進行研究，研究發(fā)現(xiàn)這些花崗質(zhì)片麻巖實際上是尚未從麻山群中解體出的古老變質(zhì)侵入體，利用LA－ICP－MS技術(shù)，對花崗質(zhì)片麻巖進行了精確的鋯石U－Pb同位素的年代學(xué)研究，該研究成果對討論黑龍江東部佳木斯地塊的基底時代和性質(zhì)，以及本地區(qū)的早期地質(zhì)演化具有重要意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于佳木斯地塊的南緣穆棱地區(qū)，出露的地層有麻山群、黑龍江巖群和中新生代沉積巖系。此外還發(fā)育大量前寒武紀花崗質(zhì)片麻巖及少量晚古生代花崗巖（圖1－b）。

麻山群主要為一套灰色片麻巖和斜長角閃巖，遭到高角閃巖相到麻粒巖相的變質(zhì)作用，普遍發(fā)生混合巖化。同時也存在大量變質(zhì)深成侵入體（花崗質(zhì)片麻巖）。變質(zhì)深成侵入體（花崗質(zhì)片麻巖）占主要地位，而鄰近的西麻山和柳毛地區(qū)，副變質(zhì)片麻巖占主要地位。條帶狀混合巖的基體為角閃巖質(zhì)，大量的脈體為長英質(zhì)，并強烈揉皺成腸狀褶曲（圖2－a）。變質(zhì)深成侵入體主要由角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖（圖2－b）及少量眼球狀黑云母花崗片麻巖（圖2－c）組成。眼球狀黑云母花崗片麻巖中的眼球為斜長石、鉀長石的變斑晶，此外，石英和長石具有文象結(jié)構(gòu)，局部保留有典型的變余似斑狀結(jié)構(gòu)，說明原巖應(yīng)該是粗粒花崗巖；角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，由淺色與暗色相間的條帶平行排列構(gòu)成，淺色條帶為長英質(zhì)，暗色條帶主要由黑云母富集而成。顯微鏡下局部見角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖中石英包裹斜長石、微斜長石微晶，說明其為正變質(zhì)巖（圖2－d）。變質(zhì)深成侵入體之間均表現(xiàn)為構(gòu)造接觸或漸變過渡關(guān)系。從巖體的片麻理與圍巖片理總體產(chǎn)狀協(xié)調(diào)一致推斷，巖體變形改造作用是區(qū)域變形變質(zhì)作用的結(jié)果。

黑龍江巖群主要由藍片巖、綠片巖、大理巖、長英質(zhì)糜棱巖、變輝長巖、變基性火山巖等組成。麻山群表現(xiàn)為自北向南的沖斷巖片，構(gòu)造疊置在黑龍江巖群之上。

中生代沉積巖系由白堊系穆棱組砂巖、粉砂巖和海浪組砂礫巖組成，不整合覆蓋在麻山群之上。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖

圖2 樣品宏觀照片（a－c）和鏡下顯微照片（d）

區(qū)內(nèi)侵入巖主要以前寒武紀花崗質(zhì)片麻巖為主，少量為晚二疊世石英閃長巖、花崗閃長巖。前寒武紀花崗質(zhì)片麻巖分布于麻山群中，晚二疊世花崗閃長巖呈北東向產(chǎn)出，侵入黑龍江巖群。蛇紋石化超基性巖，原劃為元古宙侵入巖［1］。經(jīng)野外觀察，它是以沖斷巖片形式構(gòu)造定位的超基性巖，不具有巖漿侵入體的特征。

2 樣品及其巖石學(xué)特征

用于同位素測年的樣品Y020取自新興村－常興村一帶麻山群中的角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖，GPS坐標：E130°26′52″，N44°51′28″（圖1－b）。

巖石風(fēng)化面黃褐色，新鮮面灰白色，具鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。巖石主要由角閃石少量、黑云母10%～15%、斜長石30%、鉀長石35%和石英20%～25%組成。暗色礦物角閃石、黑云母和淺色粒狀礦物斜長石、鉀長石、石英，各自聚集成連續(xù)、斷續(xù)相間的平行條帶狀排列。

角閃石：粒狀，個別見六邊形，褐綠色，多色性較明顯，多色性Ng＇－綠色，Np＇－淺黃綠色，柱面一組節(jié)理C∧Ng＇＝15°，橫切面具角閃石式解理。

黑云母：片狀定向排列，黃褐色，多色性明顯，一組極完全解理。

斜長石：粒狀，聚片雙晶發(fā)育，雙晶帶較寬且均勻，為鈣長石。局部可見雙晶筆直細密，為更長石。晶面有星散絹云母化分布。粒徑0.1～1.8mm。

鉀長石為微斜長石，具有格子狀雙晶，粒徑0.08～2mm。

石英：它形粒狀、渾圓狀，和長石、黑云母相間分布。偶見石英水滴狀分布在長石中。個別見石英中包裹斜長石、微斜長石微晶。石英粒徑2.5mm以下。

在暗色礦物角閃石和黑云母聚集位置可見有少量石榴石變斑晶分布，具有極高突起，全消光。

3 分析方法

樣品的破碎和鋯石分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。鋯石制靶、陰極發(fā)光照相在北京鋯石領(lǐng)航科技有限公司掃描電子顯微鏡上獲取。鋯石U－Pb定年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室完成，使用儀器為Neptune電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和193nm激光取樣系統(tǒng)（LA－ICP－MS）對鋯石進行微區(qū)原位單點U－Pb測年。激光剝蝕的斑束為35μm，能量密度為13～14J/cm2，頻率為8～10 Hz，實驗中采用高純氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣。鋯石標樣采用TEMORA標準鋯石，數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）Liu等［21］編寫的程序和Ludwig的Isoplot程序進行作圖［22］，采用208Pb對普通鉛進行校正，以扣除普通Pb的影響測試結(jié)果。利用NIST612作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。

4 分析測試結(jié)果

本文對角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖樣品進行了LAICP－MS U－Pb年代學(xué)測試，鋯石陰極發(fā)光圖像見圖3，年代學(xué)分析數(shù)據(jù)見表1、表2。

鋯石一般為自形晶，長柱狀為主，粒徑多介于100～150μm之間，長寬比值多為2∶1～4∶1，鋯比較清晰，但鋯石的邊部普遍出現(xiàn)變質(zhì)邊和交代域，顯示巖石受到后期變質(zhì)作用的影響。上述特征與該樣品發(fā)育片麻狀構(gòu)造的特征相吻合。鋯石Th/U比值介于0.1 71～0.91之間，為巖漿結(jié)晶鋯石［23－25］。上述特征顯示該樣品的原巖應(yīng)為巖漿巖，與野外觀察結(jié)果相吻合，其中對角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖的鋯石進行了25個測點分析。其中2個點U、Pb含量過低，數(shù)據(jù)異常，已刪除。測年結(jié)果顯示，除5個測試點偏離諧和曲線外，其余18個測試數(shù)據(jù)均分布在諧和線上（圖4），并且18個測點集中分布，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為892.0±3Ma（n＝18，MSWD＝4.2），應(yīng)代表片麻巖的原巖年齡；另外5個測點位于鋯石的邊部，206Pb/238U年齡分別為647Ma、645Ma、590Ma、499Ma和499Ma，較集中在646Ma和499Ma兩期，可能是后期變質(zhì)事件的年齡。其中最后一期變質(zhì)年齡499Ma和前人對麻山群變質(zhì)年齡的認識較一致［8－13］。

表1 鋯石LA－ICP－MS U－Pb

表2 鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡數(shù)據(jù)

圖3 鋯石CL圖像

圖4 鋯石的U－Pb諧和圖（a）及加權(quán)平均年齡圖（b）

5 討論和結(jié)論

佳木斯地塊前寒武紀基底巖系麻山群的同位素年代學(xué)研究始于20世紀80～90年代。曾獲得2539Ma的紫蘇輝石的Ar－Ar年齡和2251MaPb－Pb年齡［1，7］。認為麻山群的變質(zhì)時間為太古代；曹熹等［2］也報道了大量的Rb－Sr和Sm－Nd年齡。但wilde等［9，12］、李錦軼等［13］對上述年齡的可靠性提出質(zhì)疑，有的是因為測試對象是碎屑鋯石，不能作為結(jié)晶基底的直接證據(jù)［10－11，13，26］。劉靜蘭［27］與Simon Wilde等［9］對麻山群單顆粒鋯石進行SHRIMP測年，獲得U－Pb年齡（502±10）Ma，Wilde等［12］又發(fā)表了進一步的測年數(shù)據(jù)（525±12）Ma～（507±12）Ma，并據(jù)此提出中國東北的晚泛非巖漿活動事件。Wilde等［11］對佳木斯地塊柳毛地區(qū)中的變閃長巖進行了鋯石SHRIMP U－Pb定年，鋯石顆粒核部的年齡變化較大，無法得到協(xié)和的巖石形成年齡。頡頏強［28］等對新興村－常興村一帶麻山群中條帶狀混合巖進行了SHRIMP鋯石U－Pb定年，獲得了490～1004Ma年齡數(shù)據(jù)，這些年齡數(shù)據(jù)比較分散，并且每段年齡都無法得到合理的加權(quán)平均年齡，其中490～531Ma年齡被認為是麻山巖群的變質(zhì)年齡，843～1004Ma年齡被認為可能指示區(qū)域上存在新元古代的結(jié)晶基底。本次角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖892.0±3Ma LA－ICP－MS U－Pb年齡的獲得，表明角閃黑云花崗質(zhì)片麻巖原巖形成于新元古代，并且經(jīng)歷了泛非運動的影響［29］，為佳木斯地塊存在元古宙的陸殼結(jié)晶基底提供了確鑿證據(jù)。

無獨有偶，吳廣［30］在額爾古納地塊南緣綠林林場興華渡口群變質(zhì)表殼巖中的二云母石英片巖中獲得碎屑鋯石SHRIMP年齡892±20Ma，表明額爾古納地塊也存在9億年左右的構(gòu)造－巖漿熱事件。另外根據(jù)北天山南帶柳園花崗片麻巖中獲得的鋯石U－Pb年齡為880±31Ma［31］，柴達木北緣的花崗片麻巖中獲得多組鋯石U－Pb年齡均在950～870Ma之間［32］，阿爾金的阿克塞一帶輝長巖的Sm－Nd等時線年齡為829±60Ma［33］，證明新元古代初期祁連與阿爾金地帶均發(fā)生過匯聚和俯沖的構(gòu)造作用。此外，萬天豐［34］也認為華南各板塊和中朝各板塊在這一時間段（1000～800Ma：青白口紀）普遍匯聚、碰撞。上述資料表明該期造山運動在新元古代初期非常普遍，相當于晉寧運動，略晚于發(fā)生在北美的格林威爾造山運動，是一次超大陸的聚合過程?？赡馨凳具@次巖漿事件是佳木斯、額爾古納等地塊碰撞、拼合成為統(tǒng)一結(jié)晶基底時期的產(chǎn)物。

致謝：本研究在測試分析等各環(huán)節(jié)中，先后得到了河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室、北京鋯石領(lǐng)航科技有限公司、天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室等相關(guān)單位的大力支持和幫助。在此一并表示衷心的感謝。

［1］ 黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局.黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1993：8－30.

［2］ 曹熹，黨增欣，張興洲，等.佳木斯復(fù)合地體［M］.長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992：1－170.

［3］ 姜繼圣.麻山群孔茲巖系主期區(qū)域變質(zhì)作用及演化［J］.巖石礦物學(xué)雜志，1992（11）：97－108.

［4］ 盧良兆，徐學(xué)純，劉福來.中國北方早前寒武紀孔茲巖系［M］.長春：長春出版社，1996：126－194.

［5］ 張興洲.黑龍江巖系－古佳木斯地塊加里東縫合帶的證據(jù)［J］.長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1992，22（zk）：94－101.

［6］ 劉靜蘭.佳木斯中間地塊綠巖帶特征及其大地構(gòu)造環(huán)境淺析［J］.黑龍江地質(zhì)，1991，2（1）：33－48.

［7］ 黨延松，李德榮.關(guān)于佳木斯地塊前寒武紀同位素地質(zhì)年代學(xué)問題的討論［J］.長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1993，23（3）：312－316.

［8］ 宋彪，李錦軼，牛寶貴.黑龍江省東部麻山群黑云斜長片麻巖中鋯石的年齡及其地質(zhì)意義［J］.地球?qū)W報，1997，18（3）：306－312.

［9］ Wilde S A，Dorsett－Bain H L，Liu L.J.The identification of a Late Pan－African Granulite Faciees event in Northeast China：SHRIMP U－Pb zircon dating of the Mashan Group at Liu Mao，Heilongjiang Province，China［M］.Amsterdam：VSP International Science Publishers，1997：59－74.

［10］ Wilde S A，Zhang X Z，Wu F Y.Extension of a newly idenfied 500 Ma metamorphic terrane in North East China：further UPb SHRIMP dating of the Mashan Complex，Heilongjiang Province，China［J］.Tectonophysics，2000，328：115－130.

［11］ Wilde S A，Wu F Y，Zhang X Z.中國東北麻山雜巖晚泛非期變質(zhì)的鋯石SHRIMP年齡證據(jù)及全球大陸再造意義［J］.地球化學(xué)，2001，30（1）：35－50.

［12］ Wilde S A，Wu F Y，Zhang X.Late Pan－African magmatism in northeastern China：SHRIMP U－Pb zircon evidence from granitoids in the Jiamusi Massif［J］.Science and Direct Precambrian Research，2003，122：311－327.

［13］ 李錦軼，牛寶貴，宋彪，等.長白山北段地殼的形成與演化［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999：46－49.

［14］ Wu F Y，Yang J H，Lo C H，et al.The Heilongjiang Group：A Jurassic accretionary complex in the Jiamusi Massif at the Western Pacific margin of northeastern China［J］.Journal of Asian Earth Sciences，2007b，30：542－556.

［15］ 周建波，張興洲，Simon A Wilde，黑龍江雜巖的碎屑鋯石年代學(xué)及其大地構(gòu)造意義［J］.巖石學(xué)報，2009，25（8）：1924－1936.

［16］ 宋海峰.依蘭地區(qū)黑龍江混雜巖的形成與演化［D］.長春：吉林大學(xué)，2006.

［17］ 李旭平，焦麗香，鄭慶道，等.黑龍江樺南地區(qū)黑龍江雜巖鋯石U－Pb定年［J］.巖石學(xué)報，2009，25（8）：1909－1916.

［18］ 李旭平，孔凡梅，鄭慶道，等.黑龍江蘿北地區(qū)黑龍江雜巖年代學(xué)研究［J］.巖石學(xué)報，2010，26（7）：2015－2024.

［19］ 黃映聰.佳木斯地塊古生代變質(zhì)作用與構(gòu)造演化［D］.長春：吉林大學(xué)，2009.

［20］ 孔凡梅，李旭平，李守軍，等.黑龍江雜巖帶的形成演化及地質(zhì)意義［J］.地質(zhì)論評，2011，57（7）：623－631.

［21］ Liu Y S，Hu Z C，Gao S，et al.In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA－ICP－MS without applying an interal standard［J］.Chemical Geology，2008，257（1/2）：34－43.

［22］ Ludwig K.Users Manual for Isoplot/Ex（Rev.2.49）：A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel［M］.Berkely：Berkely Geochronological Center，Special Publication，2001：1－58.

［23］ Vavra G，Gebauer D，Schmid R，Et al.Multiple zircon growth and recrystallization during polyphase Late Carboniferous to Triassic metamorphism in granulites of the Ivrea zone（Southern Alps）：An ion microprobe（SHRIMP）study［J］.contributions to Mineralogy and Petrology，1996，122（4）：337－358.

［24］ Vavra G，Schmid R，Gebauer D.Internal morphology，habit and U－Th－Pb microanalysis of amphibolite－to－granulite facies zircons：Geochronology of the Ivrea zone（Southern Alps）［J］.contributions to Mineralogy and Petrology，1999，134（4）：380－404.

［25］ Rubatto D.Zircon trace element geochemistry：Partitioning with garnet and the link between U－Pb ages and metamorphism［J］.Chemical Geology，2002，184（1/2）：16.

［26］ 李錦軼，牛寶貴，宋彪，等.黑龍江省東部中太古代碎屑巖漿鋯石的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義［J］.地球?qū)W報，1995（5）：331－333.

［27］ Dorsett－Bain H，wilde S，劉靜蘭.中同東北部一次泛非洲麻粒巖相事件一黑龍江省柳毛麻山群SHRlMP鋯石U－Pb年齡測定［J］.黑龍江地質(zhì)，1996，7（3）：19－21.

［28］ 頡頏強，苗來成，陳福坤，等.黑龍江東南部穆棱地區(qū)“麻山群”的特征及花崗巖鋯石SHRIMP U－Pb定年－對佳木斯地塊最南緣地殼演化的制約［J］.地質(zhì)通報，2008，27（12）：2127－2137.

［29］ 陸松年.初論“泛華夏造山作用”與加里東和泛非造山作用的對比［J］.地質(zhì)通報，2004，23（9/10）：952－958.

［30］ 武廣.大興安嶺北部區(qū)域成礦背景與有色、貴金屬礦床成礦作用［D］長春：吉林大學(xué)，2005.

［31］ 梅樺林，李惠民，陸松年，等.甘肅柳園地區(qū)花崗質(zhì)巖石時代及成因［J］.巖石礦物學(xué)雜志，1999，18（1）：14－17.

［32］ 陸松年，關(guān)于中國元古宙地質(zhì)年代劃分幾個問題的討論［［J］.前寒武紀研究進展，1998，21（4）：1－9.

［33］ 郭召杰，張志成，王建軍.阿爾金北緣蛇綠巖的Sm－Nd等時線年齡及其大地構(gòu)造意義［J］.科學(xué)通報，1998，43（18）：1981－1984.

［34］ 萬天豐.中國大地構(gòu)造學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，2011：59－65.