大興安嶺伊爾施地區(qū)花崗巖鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

郭 峰，白志達，李路路

(1.中國地質(zhì)大學(北京)，北京 100083；2.中國人民武裝警察部隊黃金第七支隊，山東 煙臺 264004)

大興安嶺中生代花崗巖分布面積巨大，與張廣才嶺-小興安嶺中生代花崗巖一起構(gòu)成了中國大陸東北部的中生代“花崗巖?！盵1]。這些花崗巖的同位素年代學資料、成因類型和形成構(gòu)造環(huán)境是探討地質(zhì)演化歷史的重要依據(jù)之一。近些年，隨著對部分華力西期花崗巖的解體和高精度同位素測年方法的廣泛應用，東北地區(qū)大量的三疊紀花崗巖被識別出來[2-16]。然而，大興安嶺伊爾施地區(qū)中生代花崗巖的研究程度較低，一定程度上阻礙了從整體上對大興安嶺構(gòu)造演化的認識。本文以內(nèi)蒙古蘇格河和阿爾山幅1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目為依托，利用最新取得的同位素年代學和地球化學等資料對伊爾施花崗巖進行研究，為探討大興安嶺構(gòu)造演化過程提供資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

伊爾施花崗巖位于大興安嶺中段，大地構(gòu)造位置上位于興安地塊和松嫩地塊的拼貼帶附近，即伊爾施蛇綠巖帶南側(cè)。出露的地層主要為早古生代奧陶系、晚古生代泥盆系和中生代侏羅-白堊紀火山巖系。研究區(qū)侵入巖發(fā)育，包括奧陶紀和中生代侵入巖，以中生代花崗巖最為發(fā)育。伊爾施地區(qū)斷層發(fā)育，古生代地層幾乎均呈斷層接觸，斷裂破碎帶規(guī)模大，變形強烈。由于中生代火山-侵入巖的破壞或覆蓋，構(gòu)造形跡多斷續(xù)出現(xiàn)，構(gòu)造線方向總體為NE和NEE向展布。伊爾施花崗巖，巖體規(guī)模較大，呈巖基產(chǎn)出(圖1)，出露面積約260km2，侵位于晚古生代石炭-二疊系地層，被侏羅紀火山巖系不整所覆。前人一直認為屬于侏羅紀巖體。巖石類型主體為正長花崗巖，由中細粒二長花崗巖、中粗粒斑狀正長花崗巖和中粗粒正長花崗巖三期侵入體構(gòu)成，侵入體之間均呈脈動接觸。

2 巖相學特征

伊爾施花崗巖由中細粒二長花崗巖、中粗粒斑狀正長花崗巖和中粗粒正長花崗巖三期侵入體構(gòu)成復式巖基。

中細粒二長花崗巖：主要分布在伊爾施北西約10km處，出露面積約28km2。巖石呈淺灰白色，中細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由鉀長石、斜長石、石英和少量黑云母組成。鉀長石主要為正長石和條紋長石，呈半自形板狀，含量約35%，高嶺土化較明顯，大小一般為1～2mm，大者約3～4mm；斜長石為更長石，呈自形或半自形板狀顆粒，絹云母化較強，大小一般為1～2mm，含量約30%；石英呈它形粒狀，含量約25%～30%，黑云母含量約2%～5%。副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石、榍石，少量螢石及黃鐵礦。

中粗粒斑狀正長花崗巖：為伊爾施花崗巖的主體侵入體，出露面積約220km2。巖石呈肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)、基質(zhì)為中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要為正長石和條紋長石，大小一般為5～10mm，含量約10%～15%，其中條紋長石中正長石約占80%～85%。基質(zhì)由鉀長石、斜長石和石英組成，正長石和條紋長石大小一般為2～4mm，含量約40%～45%，更長石含量約10%，石英含量約25%～30%，黑云母含量約3%。副礦物組合為磁鐵礦、鋯石和磷灰石。與中細粒二長花崗巖呈脈動接觸。

中粗粒正長花崗巖：主要分布在伊爾施南東約8km處，出露面積約12km2。巖石呈肉紅色，中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由鉀長石、石英、斜正長石和少量黑云母組成。鉀長石主要為正長石和條紋長石，含量約60%～65%，呈半自形板狀，泥化較明顯，大小一般為2～4mm，部分為5～8mm；斜長石為更長石，呈半自形板狀顆粒，絹云母化較強，含量約5%～10%；石英呈它形粒狀，含量約25%～30%，黑云母含量約2%。副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石和榍石。與中粗粒斑狀正長花崗巖呈脈動接觸。

3 地球化學特征

3.1 主量元素

伊爾施花崗巖主量元素含量見表1。SiO2含量較高，為71.71%～74.72%；全堿(K2O+Na2O)含量較高，為9.02%～10.07%，具有“A”型花崗巖的特征；K2O/Na2O>1，為鉀質(zhì)巖石；A/CNK為0.95～1.08(<1.1)；里特曼指數(shù)σ為2.59～3.52，為鈣堿性巖類到堿性巖類；CaO含量為0.45%～0.70%。在SiO2-K2O圖解中，投點落在高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列范圍內(nèi)(圖2)；在A/CNK-A/NK圖解中，投點落在過鋁質(zhì)與準鋁質(zhì)過渡范圍內(nèi)(圖3)?；◢弾r具有高硅、富堿、低鈣的特征，屬于弱過鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性系列花崗巖。

圖2 伊爾施花崗巖SiO2-K2O圖解

圖3 伊爾施花崗巖A/CNK-A/NK圖解

3.2 稀土元素

伊爾施花崗巖稀土元素含量見表1。稀土元素總量(∑REE)較高，為129.93×10-6～324.57×10-6。在稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖中，表現(xiàn)為輕稀土(LREE)相對富集，重稀土(HREE)相對虧損，輕重稀土分餾程度較強，輕重稀土元素比值(LREE/HREE)較大，為9.34～10.14，(La/Yb)N為7.06～10.58，Eu負異常明顯，δEu為0.20～0.70，曲線呈較陡的右傾“V”字形特征(圖4)，反映巖石曾經(jīng)歷過以斜長石為主的結(jié)晶分異作用。

3.3 微量元素

伊爾施花崗巖微量元素含量見表1。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中，表現(xiàn)為強不相容元素富集，大離子親石元素(LIL)Rb、K和高場強元素(HFS)Th、U、Ta較高，相對虧損Ba、Nb、Sr、P和Ti(圖5)，顯示了造山帶花崗巖的微量元素分布特征。

表1 伊爾施花崗巖主量元素、稀土元素和微量元素含量

數(shù)據(jù)由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室測試。

注：1引自1∶20萬巴音布日德牧場幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告。

圖4 伊爾施花崗巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖

圖5 伊爾施花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖

4 鋯石U-Pb年齡

4.1 分析方法

樣品采于伊爾施北東約5km處(圖1)。樣品破碎和鋯石分選工作由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。樣品均較新鮮，無變形，并且無脈體穿插。將樣品破碎至礦物自然粒度，淘洗，用人工重砂和電磁分選等方法分離出鋯石，在雙目鏡下挑選出晶型完好、透明、顆粒較大且具有代表性的鋯石置于雙面膠上，加注環(huán)氧樹脂進行制靶，固化后將鋯石打磨至原尺寸的一半并拋光露出核部，進行反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的拍攝。陰極發(fā)光(CL)圖像由北京市鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

鋯石U-Pb同位素分析工作由中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)礦產(chǎn)所實驗室完成。所用儀器為Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)和193nm激光取樣系統(tǒng)(LA-MC-ICPMS)。Neptune為ThermoFisher公司制造，離子光學通路采用能量聚焦和質(zhì)量聚焦雙聚焦設(shè)計，并采用動態(tài)變焦(Zoom)將質(zhì)量色散擴大至17%。儀器配有9個法拉第杯接收器和4個離子計數(shù)器接收器，除中心杯和離子計數(shù)器外，其余8個法拉第杯均配置在中心杯兩側(cè)，并以馬達驅(qū)動進行精確位置調(diào)節(jié)，4個離子計數(shù)器均捆綁在L4法拉第杯上。激光器為美國ESI公司生產(chǎn)的UP193-FXArF準分子激光器，激光波長為193nm，脈沖寬度為5ns，束斑大小在1～150μm可調(diào)，脈沖頻率在1～200Hz連續(xù)可調(diào)。

圖6 鋯石陰極發(fā)光圖像

表2鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果

根據(jù)反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)圖像選取鋯石環(huán)帶區(qū)域，用激光器剝蝕，剝蝕斑束為35μm或50μm，能量密度為13～14J/cm2，頻率為8～10Hz，以He為載氣將剝蝕物質(zhì)送入Neptune，用動態(tài)變焦擴大色散使質(zhì)量數(shù)相差很大的U-Pb同位素可同時接收，從而進行U-Pb同位素測定。數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(武漢)劉勇勝教授編寫的ICPMS Data Cal程序，諧和圖繪制采用美國地質(zhì)調(diào)查局Kenneth R.Ludwig教授編寫的Isoplot程序，標樣采用TEMORA標準鋯石，并采用208Pb校正法對普通鉛進行校正，利用NIST612玻璃標樣作為外標，計算Pb和U的含量。

4.2 分析結(jié)果

鋯石總體呈淺黃-黃色，金剛光澤，透明，性脆，硬度大，多為自形雙錐短柱狀，陰極發(fā)光(CL)圖像絕大多數(shù)可見巖漿型振蕩生長環(huán)帶，少數(shù)有巖漿包裹體或殘留的鋯石晶核(圖6)，且具有較高的Th/U比值(>0.4)(表2)，表明鋯石均為巖漿結(jié)晶成因，所得年齡應代表了巖漿侵位結(jié)晶的年齡。

樣品2803選取了24個鋯石顆粒進行U-Pb同位素年齡的測定(表2)，年齡數(shù)據(jù)均落在諧和曲線上及其附近(圖7)，表明這些年齡具有確切的地質(zhì)含義，24個鋯石顆粒的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(226.3±1.4)Ma，MSWD=2.5，代表了巖漿侵位結(jié)晶的年齡，表明為晚三疊世花崗巖。

圖7 鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖8 伊爾施花崗巖Al2O3—SiO2、TFeO/(TFeO+MgO)—SiO2、(Al2O3—Na2O—K2O)—TFeO—MgO、(Al2O3—Na2O—K2O)—(TFeO+MgO)—CaO構(gòu)造環(huán)境判別圖解(Maniar and Piccoli, 1989)

5 討論

東北地區(qū)在大地構(gòu)造位置上主體位于西伯利亞板塊與華北板塊之間的興蒙古生代造山帶，其構(gòu)造演化可分為前中生代板塊構(gòu)造階段和中新生代陸內(nèi)構(gòu)造階段。前中生代板塊構(gòu)造階段表現(xiàn)為西伯利亞板塊、華北板塊及其之間諸多微板塊的碰撞拼合過程，中新生代陸內(nèi)構(gòu)造階段表現(xiàn)為板塊拼合后的陸內(nèi)造山過程。而三疊紀在構(gòu)造演化過程中是一個“承上啟下”的時期[6]。

東北地區(qū)古生代時期，在西伯利亞板塊和華北板塊之間發(fā)育古亞洲洋。多數(shù)學者認為由于石炭-二疊紀華北板塊快速北移，古亞洲洋自西向東呈剪刀式閉合，于二疊紀末至三疊紀初最終閉合于西拉木倫河-長春-延吉一線[2,17-25]，以軟碰撞形式拼合[26]。板塊的碰撞導致了主海洋的閉合，但板塊間仍然經(jīng)歷了一段相當長的與碰撞有關(guān)的匯聚作用，即后碰撞作用(post-collision)[27]。后碰撞環(huán)境產(chǎn)于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換時期，在擠壓造山作用后向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變階段，發(fā)生大量的巖漿作用，后碰撞花崗巖以高鉀鈣堿性系列為主，巖石類型主要有正長花崗巖和二長花崗巖[28]。近年來，對東北地區(qū)三疊紀構(gòu)造演化的研究表明，在后碰撞作用下，中晚三疊世的東北地區(qū)處于兩大板塊碰撞擠壓造山向拉張體制轉(zhuǎn)變階段的構(gòu)造環(huán)境下[2-4,6-8,10-13,15,20,29]。中亞造山帶南緣的中晚三疊世雙峰式火山巖的形成[30]，吉黑東部的晚三疊世A型流紋巖的形成[31]，張廣才嶺的晚三疊世雙峰式火山巖的形成[32]和堿長花崗巖的形成[33]也證明了這一點。

在Maniar和Piccoli(1989)的主量元素判別圖解上(Al2O3—SiO2、TFeO/(TFeO+MgO)—SiO2、(Al2O3—Na2O—K2O)—TFeO—MgO、(Al2O3—Na2O—K2O)—(TFeO+MgO)—CaO)，投點落在了后造山花崗巖類(POG)范圍內(nèi)(圖8)，這也佐證了伊爾施三疊紀花崗巖形成于后造山環(huán)境，代表了陸殼在經(jīng)歷造山向穩(wěn)定化發(fā)展的轉(zhuǎn)變過程[28]。巖石組合和地球化學特征表明伊爾施花崗巖形成于后造山環(huán)境(POG)，暗示該區(qū)受西伯利亞板塊和華北板塊碰撞造山作用的影響持續(xù)到晚三疊世。

6 結(jié)論

1)伊爾施花崗巖由中細粒二長花崗巖、中粗粒斑狀正長花崗巖和中粗粒正長花崗巖三期侵入體構(gòu)成，鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(226.3±1.4)Ma，地質(zhì)特征和同位素年齡表明為晚三疊世花崗巖。

2)伊爾施花崗巖屬于高鉀鈣堿性系列向堿性系列過渡的花崗巖，具有后造山花崗巖類

(POG)的特征。形成于擠壓造山向拉張體制轉(zhuǎn)變階段的構(gòu)造環(huán)境，暗示該區(qū)受西伯利亞板塊和華北板塊碰撞造山作用的影響持續(xù)到晚三疊世。

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