大興安嶺地區(qū)中北段勁松鎮(zhèn)閃長巖鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)的探討*

馮曉雯，趙光影，李宇茜，劉金龍，張宇婷

(哈爾濱師范大學(xué))

0 引言

大興安嶺地區(qū)大地構(gòu)造位置位于中亞造山帶的東段[1]，是中國成礦的重要地區(qū)，也是研究中國中生代構(gòu)造巖漿演化的熱點地區(qū).南段在區(qū)域上發(fā)育有114～145Ma、170～200Ma、240～270Ma、310～340Ma、475～505Ma五期比較重大的巖漿活動[2-3].大興安嶺地區(qū)北段晚中生代火山活動強烈，中生代火山巖從酸性火山巖到基性火山巖均有出露，巖石以堿性為主，部分為亞堿性[4-5].在此時期，區(qū)域上西伯利亞板塊與華北板塊發(fā)生碰撞，同時經(jīng)歷了蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系與環(huán)太平洋構(gòu)造體系的疊加和改造[6]，以及后期的地殼伸展和大規(guī)模的巖漿事件[7-8].大興安嶺地區(qū)中北段經(jīng)過之前學(xué)者的研究及數(shù)據(jù)的積累，在巖漿活動方面已有了豐富的成果.不過，在區(qū)域地質(zhì)背景方面仍存在許多爭議，目前有地幔柱成因[9-10]，蒙古-鄂霍次克洋成因[11-13]，太平洋板塊俯沖成因[14-15]等多種觀點.之前學(xué)者的研究主要集中在大興安嶺地區(qū)北部及南部地區(qū)，對大興安嶺地區(qū)中北部鄂倫春地區(qū)研究甚少，該文通過對呼倫貝爾東北部大興安嶺地區(qū)中北段閃長巖進行鋯石年代學(xué)、巖石地球化學(xué)的研究，旨在對其巖石成因和區(qū)域構(gòu)造背景予以制約.

1 地質(zhì)背景

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖(a)及研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(b)F1-牡丹江斷裂；F2-敦化-密山斷裂；F3-伊通-依蘭斷裂；F4-西拉木倫-長春斷裂；F5-嫩江斷裂；F6-塔源-喜桂圖旗斷裂；S-研究區(qū)；1-白音高老組雜色酸性火山碎屑巖、凝灰?guī)r及沉積巖等；2-中侏羅世二長花崗巖；3-正長花崗巖；4-興安橋組石墨片巖、石墨大理巖、含石墨石榴二云母石英片巖等；5-白堊紀花崗巖；6-基性超基性巖；7-滿克頭鄂博組酸性火山熔巖、火山碎屑巖夾沉積巖及中性火山巖；8-花崗閃長巖；9-大網(wǎng)子組片理化角斑巖、細碧巖變中(基)性熔巖夾硅質(zhì)頁巖、板巖等；10-吉祥溝組石英片巖、千枚巖等；11-采樣位置

中國東北由西部的興安地塊、中部松嫩地塊、東部的佳木斯地塊與興凱地塊、北部的額爾古納地塊組成(如圖1(a)所示).古生代到中生代期間，中國東北地區(qū)前期經(jīng)歷了古亞洲構(gòu)造體制的作用，后期經(jīng)過蒙古-鄂霍次克演化以及環(huán)太平洋構(gòu)造的復(fù)合影響.在古生代之后，古亞洲洋盆逐漸成形.晚二疊世伊始，古亞洲洋不再擴張，開始合攏，直到三疊世結(jié)束，結(jié)果是西伯利亞板塊和華北板塊發(fā)生碰撞[16].蒙古-鄂霍次克洋經(jīng)過外力影響后最終于奧陶紀之后張開.中-晚侏羅世-白堊紀，蒙古-鄂霍次克洋閉合，大洋兩側(cè)地塊碰撞、拼貼[17]，形態(tài)發(fā)生變化，蒙古-鄂霍次克構(gòu)造帶逐漸形成.

1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于大興安嶺地區(qū)中北段.大地構(gòu)造處于額爾古納地塊與興安地塊的交疊地段[18].研究區(qū)出露的地層以滿克頭鄂博組、白音高老組、吉祥溝組為代表(如圖1(b)所示).其中滿克頭鄂博組發(fā)育最為廣泛，200～2300 m均有發(fā)育.巖性主要為酸性火山碎屑巖等，成巖年齡在170～110 Ma之間.白音高老組由酸性熔巖、沉積巖等組成，成巖年齡在145～120Ma之間.吉祥溝組大多形態(tài)不同.巖性組合包括石墨片巖、石英片巖等.除此之外，該區(qū)還分布著中粒二長花崗巖、正長花崗巖等巖石，并以斷塊運動為主.采樣點位置為N50°54′17″，E124°19′3″.位于大興安嶺地區(qū)中北段勁松鎮(zhèn)地區(qū)，巖石巖性為閃長巖，主要礦物有斜長石(50%)、角閃石(20%～25%)，少量的黑云母(10%～15%)，石英(約5%)，副礦物(<5%).斜長石局部綠泥石化，呈半自形-自形板狀，聚片雙晶結(jié)構(gòu)，粒徑1～4 mm；角閃石半自形柱粒狀，多色性明顯，星散分布，粒徑一般0.3～2 mm；黑云母呈葉片狀、星散狀分布，粒徑0.5～2 mm；伴有少量鉀長石及部分具波狀消光現(xiàn)象的石英，如圖2所示.

2 分析方法

2.1 鋯石LA-ICP-MS年代學(xué)

鋯石破碎，挑選工作在中科院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室完成.將固定在雙面膠上的鋯石顆粒凝固后打磨成厚約3 mm的圓柱體，并拋光使得鋯石面具有一個光滑的切面.測定在激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)上完成.采用標準鋯石Plesovice(337 ± 0.37Ma)[19]作為外標，成分標樣采用NIST SRM 612，其中29Si作為內(nèi)標元素.測試過程中，間隔10次鋯石樣品U-Pb同位素測量就進行一次標準鋯石樣品Plesovice和NIST SRM 612分析.鋯石U-Pb同位素比值及元素含量采用Glitter(ver. 4.4，Macquarie University)程序進行處理，年齡計算采用國際標準程序Isoplot/Ex(3.0)[20]，普通鉛矯正采用Anderson(2002)的方法.鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素數(shù)據(jù)見表1.

圖2 閃長巖顯微照片Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Q-石英；Bt-黑云母；Hb-角閃石

2.2 全巖分析

其中主量、微量與稀土元素的測試在天津地質(zhì)調(diào)查中心元素分析的實驗室完成[21].將樣品處理成玻璃餅，利用X射線進行元素測量，結(jié)果顯示分析的精度要高于1%.之后稱取40mg的樣品并放置到Tenon的罐中，之后放入硝酸以及氫氟酸進行溶解，最后用硝酸稀釋，濃度為1%.在Finigan MAT公司生產(chǎn)的雙聚焦電感耦合等離子質(zhì)譜儀上測定稀土和微量元素，分析精度、準確度均高于5%[22]，全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)見表2.

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石LA-ICP-MS年代學(xué)

該研究區(qū)共有29個鋯石分析點，分析結(jié)果見表1，其中ω(U)為(143～824)×10-6，ω(Th)為(230～860)×10-6，(Th)/(U)為(1.2～2.33)，超過0.4，與巖漿鋯石的特征一致[23].鋯石以長柱狀、短柱狀和粒狀等為主，鋯石大多無色透明，鋯石CL圖像呈深灰色，部分呈灰色、灰白色，具有較好的晶形.CL圖像顯示(如圖3所示)，鋯石的內(nèi)部的環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯，分析可能與鋯石的Th、U含量較多有關(guān)[24].大多數(shù)有關(guān)鋯石的數(shù)據(jù)均散落在諧和線上或其周圍(如圖4所示)，從鋯石U-Pb諧和線圖(圖4)數(shù)據(jù)分析可知，鋯石的U-Pb年齡諧和數(shù)據(jù)為(124.5 ± 1.1)Ma，雖然部分曲線偏離諧和線，但基本代表了勁松鎮(zhèn)閃長巖的形成時代，即為早白堊世.

圖3 閃長巖鋯石CL圖像

圖4 鋯石U-Pb諧和圖

3.2 巖石地球化學(xué)

3.2.1 主量元素

根據(jù)表2顯示，勁松鎮(zhèn)閃長巖ω(SiO2)為56.25%～57.15%，ω(FeOT)為6.76%～7.12%，ω(MgO)2.96%～3.28%，ω(Na2O)為3.92%～4.22%，ω(K2O)為1.89%～2.56%，ω(Al2O3)為17.05%～17.70%.巖石表現(xiàn)出高硅、富鐵鎂、高鈉鉀的特征.在TAS圖解(如圖5所示)中落在二長巖和二長閃長巖范圍內(nèi)，在ω(SiO2)-ω(K2O)圖解(如圖7所示)中位于高鉀鈣堿性系列內(nèi).

圖5 巖石的TAS圖解1-副長深成巖 2-副長正成巖 3-正成巖 4-石英二長巖 5-花崗巖 6-花崗閃長巖 7-閃長巖 8-輝長閃長巖 9a-堿性輝長巖 9b-亞堿性輝長巖10-橄欖輝長巖 11-二長輝長巖 12-二長閃長巖 13-二長巖 14-副長石二長正長巖 15-副長石二長閃長巖 16-副長石輝長巖

圖6 巖石的SiO2-K2O圖解

3.2.2 稀土元素與微量元素

勁松鎮(zhèn)閃長巖的重稀土元素質(zhì)量分數(shù)較低，ω(ΣHREE)為(5.39～117.34) ×10-6，輕稀土元素質(zhì)量分數(shù)較高，ω(ΣLREE)為(105.86～129.43)×10-6，ΣLREE/ΣHREE在9.06～9.70，輕重稀土分餾明顯.從球粒隕石標準化分布圖7(a)中可以看出閃長巖的稀土分布曲線右傾明顯，表現(xiàn)為(La、Ce、Nd)等輕稀土元素略富集，(Tm、Yb、Lu)等重稀土元素相對虧損.在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖7(b)中，顯示富集大離子親石元素(Rb、K)和活潑的不相容元素(Sr、U)，相對虧損高場強元素(Nb、Ce)等的特征.

圖7 巖石的稀土元素球粒隕石標準化配分圖(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b)

表2 勁松鎮(zhèn)閃長巖地球化學(xué)分析結(jié)果

續(xù)表2

4 討論

4.1 形成時代與巖漿源區(qū)

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，經(jīng)歷了華力西期、印支一燕山期多次構(gòu)造運動，形成了大興安嶺地區(qū)中北段地區(qū)褶皺-斷裂構(gòu)造變形帶[25].區(qū)域巖漿活動主要包括燕山期與印支期.該文鋯石成巖年齡為(124.5 ± 1.1)Ma，以燕山晚期活動最為強烈，這與大興安嶺地區(qū)北部扎蘭屯脈巖群的鋯石加權(quán)年齡(116.4 ± 2.8)Ma、大興安嶺地區(qū)南段張家營子巖體中的花崗巖鋯石加權(quán)年齡(135 ± 1)Ma相近，分析勁松鎮(zhèn)閃長巖與大興安嶺地區(qū)北部扎蘭屯脈巖群、南部張家營子巖體中的花崗巖具有一致的成巖時代，均為早白堊世.根據(jù)表2，研究區(qū)巖石ω(MgO)為2.96%～3.28%，ω(Mg#)為43.81～47.44，含量較高，超過40，表明有地幔組分參與[26].ω(SiO2)為56.95%～57.15%，ω(Al2O3)為17.05%～17.70%，說明研究區(qū)樣品中，幔源物質(zhì)占比例較小[27].巖石K/Rb為310～412，一部分與陸殼(284)[28]接近，一部分又高于原始地幔(387)[29].研究區(qū)巖石的Nb/Ta為(10～19)，在殼源巖漿的Nb/Ta為(11～12)[30-31]與幔源巖漿的Nb/Ta為(17.5)[32]之間均有分布，暗示巖漿形成與地幔、地殼均相關(guān).較高的ω(Sr)(963～1088)×10-6、較低的ω(Yb)(1.29～1.56)×10-6、以及較高的ω(Nb/Ta)(10.3～19.0)(見表2)，暗示了巖漿源區(qū)應(yīng)有陸殼物質(zhì)參與[33]. 巖漿源區(qū)中地幔、地殼物質(zhì)均有參與，因此，巖石可能具有殼?；旌系奶卣?

4.2 構(gòu)造背景

關(guān)于影響閃長巖構(gòu)造背景的因素，主要有3種觀點目前有地幔柱成因[9-10]，蒙古-鄂霍次克洋成因[11-13]，太平洋板塊俯沖成因[14-15]等多種觀點.在中生代，大興安嶺地區(qū)火山巖的形成時代范圍廣泛，沒有環(huán)狀火山巖帶，自西向東呈由老變新的趨勢.分析構(gòu)造背景與地幔柱作用關(guān)系不大[12,34].古太平洋板塊于早侏羅世開始向歐亞大陸之下俯沖[35].再者，從地震層析圖像可以看出，當俯沖至670km時，太平洋板塊基本停止運動，滯留在地幔轉(zhuǎn)換帶內(nèi)俯沖板塊發(fā)生形變，并在此累積，最后面積逐漸變大，失去平衡，掉落至核幔附近[36-37]；唐杰等學(xué)者認為太平洋俯沖作用影響的范圍主要在松遼盆地及其以東地區(qū)，因此猜測，位于西側(cè)的大興安嶺地區(qū)晚中生代地殼伸展的構(gòu)造背景可能受到蒙古-鄂霍茨克造山帶的制約[38].

近年來，更多地學(xué)者把大興安嶺地區(qū)中生代火山巖的成因構(gòu)造與蒙古-鄂霍茨克海閉合，發(fā)生碰撞造山后，伸展的環(huán)境相聯(lián)系[39].研究區(qū)位于大興安嶺地區(qū)中北段更靠近蒙古-鄂霍茨克造山帶，在晚侏羅世-早白堊世，蒙古-鄂霍茨克造山帶進入造山后的伸展環(huán)境[40]，同時，蒙古-鄂霍茨克洋盆以一種類似于剪刀的形式閉合[41]，而Metelkin等學(xué)者認為蒙古-鄂霍次克洋是自西向東逐漸閉合的，西部最終的閉合時間為晚侏羅世，東部最終閉合的時間為早白堊世[42-43]，這一演化過程與該區(qū)閃長巖的形成時間(124.5 ±？Ma)基本吻合.早白堊世時期，研究區(qū)發(fā)生左行韌性走滑剪切作用，致使處于蒙古-鄂霍茨克縫合帶南側(cè)的額爾古納-華北地塊向東逃逸，表明早白堊世期間，研究區(qū)處于擠壓向伸展轉(zhuǎn)換階段[44].與此同時，研究區(qū)巖石從北向南，呈由老到新的趨勢，同樣證明它們的形成應(yīng)與蒙古-鄂霍茨克縫合帶演化有關(guān)[45].因此，認為大興安嶺地區(qū)中北段勁松鎮(zhèn)閃長巖是蒙古-鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環(huán)境下產(chǎn)物[46].

圖8 Al2O3-MgO-FeOT構(gòu)造環(huán)境判別圖解

從Al2O3-MgO-FeOT圖解(如圖8所示)可以看出研究區(qū)處于島弧及活動大陸邊緣與擴張中心島嶼交匯處[47]，說明勁松鎮(zhèn)閃長巖具有弧型活動大陸邊緣特征.從地理位置上，蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造帶主要分布在96°～130°E，46°～58°N[48]，總體呈北東-南西走向.在晚侏羅-早白堊世，蒙古-鄂霍茨克造山帶進入造山后伸展的演化階段[49]，與古太平洋板塊相比，研究區(qū)更接近蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造域.

5 結(jié)論

(1)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果顯示，巖石的加權(quán)年齡為(124.5 ± 1.1)Ma，侵位時間定為早白堊世.

(2)巖石的Mg#(43.81～47.44)、Nb/Ta(10～19)、K/Rb(310～412)含量顯示，巖石具有殼幔混合的特征.

(3)大興安嶺地區(qū)中北部勁松鎮(zhèn)閃長巖主要形成于蒙古-鄂霍茨克洋閉合后巖石圈伸展環(huán)境下產(chǎn)物.