松嫩地塊東緣金山屯地區(qū)晚三疊世雙峰式侵入巖年代學、地球化學及其對構造演化的制約

吳志強，任云生，索良明，苗成林

1.吉林大學 地球科學學院，長春 130061；2.黑龍江省有色金屬地質勘查七〇七隊，黑龍江 綏化 152000；3.防災科技學院 地球科學學院，河北 三河 065201

0 引言

隨著近年來東北地區(qū)基礎地質研究的不斷深入，眾多學者對該區(qū)火成巖建立了較為詳細的年代學格架[1--5]，并認識到東北地區(qū)在古生代期間經歷了古亞洲洋構造域的演化，表現為多個微陸塊之間的碰撞拼合[6--8]；中生代以來經歷了環(huán)太平洋構造體系和蒙古—鄂霍茨克構造體系的疊加改造[1,2--4]。然而，在不同構造體系的具體演化時限上一直存在爭議，其中，對于古亞洲洋的閉合時間前人從不同的研究區(qū)提出了晚二疊世[6,9]、晚古生代晚期—早中生代早期[10--11]以及中三疊世[12]等不同認識；對于古太平洋的俯沖起始時間也存在二疊紀[13]、三疊紀[14]和早侏羅世[2,12,15--20]的爭議。

上述爭論的存在源于先前研究的區(qū)域過于局限而分散，且個例分析缺乏細致探討，近年來大面積填圖以及廣泛的地質調查為解決上述爭議提供了良好的研究基礎。而松嫩地塊作為中亞造山帶東段的一部分，其東緣恰好是古亞洲洋與古太平洋構造域的結合部位，加之區(qū)內發(fā)育大量晚古生代—早中生代的火成巖，且近年來常有新的數據被報道，因此對區(qū)域上巖漿作用性質的細致研究和總結為了解上述兩個構造體系的轉化時間提供了有力證據。為此，筆者對出露于松嫩地塊東緣金山屯地區(qū)的晚三疊世侵入巖的形成時代、巖石成因進行了研究，并結合前人同時代火成巖分布和地球化學特征，討論了該期巖漿作用形成的構造背景，從而了解松嫩地塊東緣的構造演化歷史，進一步限定古亞洲洋和古太平洋構造域的演化時限。

1 地質概況及樣品描述

東北地區(qū)位于中亞造山帶的東段，由一系列微陸塊和其間的縫合帶所組成。這些微陸塊自西向東包括額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊、佳木斯—布列亞地塊和興凱地塊(圖1a)。松嫩地塊作為其中的重要組成部分，其南北分別以索倫--西拉木倫--長春--延吉縫合帶和賀根山--黑河斷裂與華北克拉通和興安地塊為界，東側沿牡丹江斷裂與布列亞--佳木斯--興凱地塊為鄰。地塊內巖漿活動頻繁，盆--嶺構造發(fā)育。研究區(qū)就位于松嫩地塊東緣，區(qū)內分布大面積顯生宙花崗巖和古生代地層，另有少量晚中生代火山--沉積建造和極少量基性巖出露(圖1b)，此外，該區(qū)近年來陸續(xù)報道發(fā)現了一定數量的前寒武紀結晶基底，包括沉積地層、變質火成侵入巖和火山巖[12]。本文所述的晚三疊世火成巖主要出露于伊春—晨明和三道通—牡丹江附近，其中的酸性巖為正長--二長花崗巖和少量流紋巖，前人報道年齡介于222～201 Ma；基性巖出露面積小，巖性主要為輝長巖、玄武巖和玄武安山巖，年齡介于228～211 Ma(圖1b)。然而前人樣品多數采自伊通--依蘭斷裂以南位置，對于伊春東側的晚三疊世火成巖研究僅限于少量年齡的報道[1](圖1b)，因此本文對出露于區(qū)內金山屯附近的兩處侵入巖進行了采樣。

圖1 東北地區(qū)大地構造略圖(a)[1,20]、松嫩地塊東緣地質簡圖(b)[21](前人數據：①～④[1]；⑤～⑨[16]；⑩～ [17])和研究區(qū)地質圖(c)Fig.1 Tectonic map of Northeast China (a), geological sketch map of eastern Songnen Massif (b), and geological map of study area (c)

樣品TW1為黑云母二長花崗巖(47°24′33″N，129°39′26″E)，總體上呈近南北向展布的巨型巖基狀產出，總出露面積約280 km2(圖1b，c)。風化面淺肉紅色或褐色，新鮮面呈灰白色。具半自形粒狀結構，主要由堿性長石(～32%)、斜長石(～35%)、石英(～30%)和黑云母(～3%)組成(圖2a)。堿性長石半自形粒狀，偶見包含斜長石構成包含結構，具泥化現象；斜長石半自形柱狀，部分被絹云母交代；石英他形粒狀；黑云母呈鱗片狀，多色性明顯；另外含少量鋯石、磷灰石和榍石等副礦物。

樣品TW4為角閃輝長巖(47°25′55″N，129°37′26″E)，主要出露于七號村北西約3.5 km處，面積約7 km2(圖1c)。呈巖株、巖瘤狀產出于晚三疊世二長花崗巖中。手標本灰綠色，具輝綠、輝長結構，主要由斜長石(～50%)、角閃石(～25%)、輝石(～20%)和黑云母(～5%)組成(圖2b)。在顯微鏡下，薄片中的斜長石呈半自形板狀，可見聚片雙晶；角閃石半自形粒狀，多色性明顯；輝石半自形粒狀，屬單斜輝石，可見角閃石反應邊；黑云母呈片狀，褐色，多色性明顯。還含有少量鋯石、磷灰石和榍石等副礦物。另外，在蝕變嚴重的樣品中可見斜長石黝簾石化；角閃石部分被綠泥石交代，常包含自形斜長石；輝石被綠泥石交代，并存在角閃石化，個別輝石和角閃石具陽起石化(圖2c)。

Q：石英；Af：堿性長石；Pl：斜長石；Bi：黑云母；Hb：角閃石；Cpx：單斜輝石。圖2 金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖和角閃輝長巖樣品顯微巖相學特征Fig.2 Micropetrographical characteristics of biotite monzogranite and hornblende gabbro samples in Jinshantun area

2 測試方法

樣品的鋯石分選、制靶、圖像采集及LA--ICP--MS鋯石U--Pb同位素分析均在天津地質研究所完成。首先采用常規(guī)方法粉碎，并用電磁選方法分選，后在雙目鏡下挑選代表性鋯石粘于雙面膠上，用無色透明環(huán)氧樹脂固定，拋光后進行透射光、反射光和陰極發(fā)光顯微照相。

鋯石U--Pb同位素分析在型號為Agilent 7500a的激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA--ICP--MS)上用標準測定程序進行，試驗中采用高純He作為剝蝕物質載氣，用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST SRM--610進行儀器最佳化，樣品測定時用哈佛大學標準鋯石91500作為外部標樣校正，以保證標樣和樣品的儀器條件完全一致。本次實驗采用的激光束斑直徑為32 μm，測試結果的處理采用軟件Glitter(ver 4.4，Macquarie University)完成，普通Pb校正采用Andersen方法[22]，年齡計算與諧和圖的繪制均采用國際標準程序Isoplot(ver 3.0)完成[23]，其給定的同位素比值和年齡誤差為lσ。

樣品的主量元素、微量元素測試分析工作在河北省廊坊物探勘察院完成，其中主量元素分析采用X--熒光光譜法(XRF)，微量元素分析采用電感耦合等離子質譜法(ICP--MS)。實驗測試流程參照相應的國家標準GB/T14506.14--2010和GB/T14506.30--2010。對比國家標樣GDW07104分析，測試樣品的主量和微量元素分析精度和準確度分別優(yōu)于5%和10%。

3 分析結果

3.1 鋯石U--Pb年代學

兩個樣品(TW1和TW4)的LA--ICP--MS鋯石U--Pb同位素分析結果見表1。

口服補腎活血通竅方（組成：仙鶴草30g、熟地黃 15g、山萸肉 15g、山藥 10g、補骨脂 10g、菟絲子10g、狗脊 10g、枸杞子 10g、五味子 10g、磁石 30g、王不留行 18g、桃仁 10g、葛根 10g、石菖蒲 6g、炒谷芽15g。加減：腎陽虛加巴戟天10g、淫羊藿10g，腎陰虛加入女貞子10g、旱蓮草10g。）由上海人和堂國藥醫(yī)院連鎖有限公司代煎，每劑2袋（100ml），分早晚溫服，10天為1個療程，連續(xù)治療3個療程。

表1 金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖和角閃輝長巖LA--ICP--MS鋯石U--Pb定年結果Table 1 LA--ICP--MS zircon U--Pb dating results for biotite monzogranite and hornblende gabbro in Jinshantun area

樣品TW1黑云母二長花崗巖的鋯石陰極發(fā)光圖像均呈自形--半自形棱柱狀，具有清晰的震蕩生長環(huán)帶和韻律結構，暗示其為巖漿成因[24](圖3a)。24顆鋯石測試點的206Pb/238U年齡值介于215～218 Ma之間，加權平均年齡為(216±1)Ma(MSWD = 1.7)(圖3c)，表明該黑云母二長花崗巖的結晶時代為晚三疊世。

樣品TW4角閃輝長巖的鋯石在陰極發(fā)光圖像中表現為自形--半自形結構，具有條痕狀吸收或震蕩生長環(huán)帶，暗示其為巖漿成因[24](圖3b)。25顆鋯石激光測試點的206Pb/238U年齡值介于215～218 Ma之間，加權平均年齡為(213±2)Ma(MSWD = 4.6)(圖3d)，即晚三疊世。

圖3 金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖和角閃輝長巖鋯石CL圖像(a～b)及U--Pb年齡諧和圖(c～d)Fig.3 Zircon CL images (a～b) and concordia diagrams of U--Pb ages (c～d) of biotite monzogranite and hornblende gabbro in Jinshantun area

3.2 地球化學特征

3.2.1 主量元素特征

金山屯地區(qū)晚三疊世黑云母二長花崗巖的SiO2含量介于74.15%～76.90%之間，全堿(Na2O+K2O)含量為2.01%～4.37%，Al2O3含量變化范圍為12.63%～13.40%，相應的鋁飽和指數(A/CNK)為1.04～1.08(表2)。此外，該花崗巖樣品的TFe2O3(0.81%～2.68%)和Mg#(12.61～23.90)值明顯較低。在(Na2O+K2O)-SiO2分類圖解(TAS)中，樣品均落入亞堿性范圍(圖4a)，在K2O-SiO2圖解中屬于高鉀鈣堿性系列(圖4b)。

晚三疊世角閃輝長巖在主量元素上存在些許差異，其中兩組樣品(TW4--1和TW4--2)的SiO2含量介于45.63%～47.20%之間，全堿(Na2O+K2O)含量為2.02%～2.23%，Al2O3含量變化范圍為23.40%～25.28%(表2)；另一組(TW4--3)表現出相對較高SiO2(52.21%)和全堿含量(4.37%)，較低的Al2O3含量(18.99%)(表2)。所有樣品的TFe2O3(4.68%～6.77%)和Mg#(58.72～66.41)值均較高(表2)。全部樣品在(Na2O+K2O)-SiO2分類圖解(TAS)中落入亞堿性系列和輝長閃長巖--輝長巖范圍(圖4a)，在K2O-SiO2圖解中屬于中鉀鈣堿性系列(圖4b)。

表2 金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖和角閃輝長巖主量(10-2)和微量元素(10-6)分析結果Table 2 Major (10-2) and trace elements (10-6) data for biotite monzogranite and hornblende gabbro in Jinshantun area

圖4 松嫩地塊東緣晚三疊世火成巖(Na2O+K2O)-SiO2(a)[25]和K2O-SiO2(b)[26]圖解Fig.4 (Na2O+K2O)-SiO2 (a) and K2O-SiO2 diagrams (b) for Late Triassic igneous rocks from eastern Songnen Massif

3.2.2 微量元素特征

黑云母二長花崗巖的稀土總量∑REE為61.89×10-6～212.55×10-6，輕重稀土比值∑LREE/∑HREE介于6.49～10.50，(La/Yb)N為5.21～13.59，輕重稀土分餾較明顯。在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖上，花崗巖樣品表現為右傾型，且具有明顯的負銪異常(δEu=0.06～0.48)(圖5a)。在微量元素N--MORB標準化蛛網圖中，樣品具有虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素，富集Rb、K等大離子親石元素的特點(圖5b)。另外，由于樣品的Sr含量低且Eu具有明顯的負異常，暗示巖漿源區(qū)存在斜長石殘留。

圖5 松嫩地塊東緣晚三疊世火成巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a)[27]和微量元素N--MORB標準化蛛網圖(b)[28]Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and N--MORB-normalized trace element spider diagrams (b) for Late Triassic igneous rocks from eastern Songnen Massif

角閃輝長巖樣品稀土總量∑REE較低(38.95×10-6～110.40×10-6)，在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖上均表現為平坦型，輕重稀土比值∑LREE/∑HREE為4.22～5.97，(La/Yb)N為3.42～5.16，銪異常不明顯或弱的正異常(δEu=0.93～1.08)(圖5a)。而在微量元素N--MORB標準化蛛網圖中，角閃輝長巖樣品虧損Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高場強元素，富集Ba、Sr等大離子親石元素，但富集程度存在差異，兩組(TW4--1和TW4--2)較低(Ba=264×10-6～278×10-6；Sr=741×10-6～769×10-6)，一組(TW4--3)則較高(Ba=490×10-6；Sr=1 129×10-6)(表2、圖5b)。

4 討論

4.1 形成時代

4.2 巖石成因

如果酸性巖是由原始巖漿逐漸分離結晶形成的，那么其與從原始巖漿中結晶的基性巖相比，應具有相對較高的LREE和低的HREE含量以及顯著的負Eu異常。然而本文樣品中二長花崗巖相對角閃輝長巖具有高的重稀土值，而非高的LREE和低的HREE含量(圖5a)，加之所有樣品的地球化學數據SiO2含量出現明顯間斷(圖4)，即研究區(qū)缺乏中性巖的存在，另外花崗巖的分布遠遠大于基性巖的出露面積，表明這些花崗巖和輝長巖不能通過分離結晶聯系起來，也就是說研究區(qū)二長花崗巖和角閃輝長巖應具有各自獨立的巖漿起源。

金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖具有高硅、富堿、貧鐵和鎂的地球化學屬性，并且虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素，富集Rb、K等大離子親石元素，暗示其應來源于下地殼物質的部分熔融。此外，該樣品屬于弱過鋁質系列，巖相學中未出現紅柱石、堇青石、白云母和石榴石等過鋁質礦物，且Sr和Sr/Y值較低，說明其并非S型花崗巖，而與I或A型花崗巖相似。結合其屬于高鉀鈣堿性系列，輕重稀土分餾明顯，Zr+Nb+Ce+Y值(106×10-6～279×10-6)顯著低于Whalen et al.[29]提出的A型花崗巖下限值(350×10-6)，并區(qū)別于A型花崗巖富鐵的特征(TFeO/MgO=5.58～12.15)，在(TFeO/MgO)-(Zr+Nb+Ce+Y)判別圖解中落入高分異花崗巖區(qū)域(圖6a)。加之該樣品不含堿性暗色礦物，同時鋯石飽和溫度為723℃～780℃，遠低于A型花崗巖的形成溫度[30]，因此金山屯地區(qū)晚三疊世黑云母二長花崗巖應為高分異I型花崗巖。

本文的角閃輝長巖顯示出低的Cr(74.12×10-6～168.00×10-6)、Co(18.8×10-6～27.2×10-6)、Ni(16.1×10-6～28.4×10-6)含量以及Mg#值(58.72～66.41)，暗示該輝長巖不具有原始巖漿性質[33--35]。另外，由于樣品總體虧損Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高場強元素，富集Ba、Sr等大離子親石元素的特點。以上特征主要有兩種形成機制，一是受到了地殼混染，二是存在俯沖帶板片交代作用。雖然Nb/Ta比值(12.0～16.0)低于原始地幔值(17.8)[36]，有向地殼端元(11.4)偏移的趨勢，但結合其Sr含量(741×10-6～1 129×10-6)明顯高于大陸地殼Sr含量(320×10-6)[37]的特征，加之這些輝長巖中并不存在包體并具有低硅特點，顯然可以排除地殼混染的影響，而應與板片交代作用相聯系[38]，即其母巖漿應來自于受到俯沖板片交代后的虧損巖石圈地幔的部分熔融[39--40]。此外，根據其低的Ba/Nb(36.7～115.8)、Ba/La(25.1～39.0)和Zr/Hf(19.6～26.3)比值及其變化趨勢，可以證明其巖漿源區(qū)受到了俯沖板片熔體交代的影響[15]。

4.3 構造背景

晚古生代至早中生代期間，松遼盆地以東地區(qū)是東北亞大陸邊緣巖漿活動強烈的地區(qū)之一。因此，詳細了解區(qū)域內該時期火成巖地球化學特征、巖石系列及其分布是反演中亞造山帶東段在此時期構造演化的關鍵。

1.地幔斜長花崗巖；2.破壞性活動板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；3.板塊碰撞后隆起期花崗巖；4.晚造山期花崗巖；5.非造山期花崗巖；6.同碰撞花崗巖；7.造山期后花崗巖；IAG.島弧花崗巖；RRG.與裂谷有關的花崗巖；CAG.大陸弧花崗巖；CEUG.大陸的造陸抬升花崗巖；CCG.大陸碰撞花崗巖；POG.造山后花崗巖。圖6 松嫩地塊東緣晚三疊世構造背景(a～c)[31--32]與花崗質巖石成因(d)[29]圖解Fig.6 Tectonic background(a～c) and petrogenesis (d) diagrams for Late Triassic granitoids from eastern Songnen Massif

首先，在R1--R2圖解中，本文與松嫩地塊東緣同期花崗質巖石均落入造山期后花崗巖區(qū)域(圖6a)，在Al2O3-SiO2和TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2構造判別圖解中同樣落入POG內，即造山后花崗巖區(qū)域(圖6b，6c)，表明松嫩地塊東緣晚三疊世花崗質巖石形成于伸展背景。其次，本文與前人均在該區(qū)識別出一套廣泛存在的晚三疊世雙峰式火成巖[16--17]；另外，黑龍江和吉林東部A型流紋巖的出露[12]以及興蒙造山帶南緣和華北克拉通北緣東西向展布的雙峰式火成巖[17,41--43]均表明晚三疊世期間中亞造山帶東緣受到了伸展體制的控制。

值得注意的是，本文與松嫩地塊東緣同期花崗質巖石成因具有A型和高分異I型兩種(圖6d)，構造背景的相同但成因類型的差異，反應這兩種花崗質巖石可能是在相同的地質演化背景下由于巖漿源區(qū)組成差異或巖漿形成機制不同而產生的。隋振民等[44]統計大興安嶺東部白堊紀花崗巖的鋯石飽和溫度發(fā)現，該期花崗巖具有形成于相同伸展構造背景下的I型和A型兩種，并認為相對低溫的I型花崗巖是含流體的古俯沖殘留板片參與了下地殼的部分熔融過程而形成的。本文的晚三疊世高分異I型花崗巖有可能同樣與流體的加入有關，流體來自古亞洲洋板塊的俯沖殘留體。

進一步對松嫩地塊東緣晚三疊世花崗質巖石進行劃分可以看到，本文216 Ma黑云母二長花崗巖和Wang et al.[17]218 Ma流紋巖的鋯石飽和溫度均較低(718℃～780℃)，巖石成因類型為高分異I型，而晚于206 Ma的花崗質巖石卻主要為A型(圖1b、圖6d)，因此，晚三疊世中期可能是俯沖--造山末期向最終伸展背景轉化的階段，該時期雖然洋陸碰撞、大洋閉合等早已發(fā)生，并且?guī)r石圈伸展已占據主體，但該階段地殼深部依然殘余有少量的俯沖板片，直到晚三疊世晚期完全被伸展體制所控制，使得巖石圈減薄進而引起幔源物質底侵或軟流圈物質上涌加熱上部地殼從而形成了大量的A型花崗質巖石[16--17]。

考慮到俯沖殘留板片的存在、晚三疊世大規(guī)模A型花崗巖和流紋巖的出露以及雙峰式火成巖東西向展布的特征，結合前人晚二疊世—早三疊世古亞洲洋沿索倫--西拉木倫--長春--延吉縫合帶閉合的結論[6,12,43,45]，以及該時期并無南北向分布的鈣堿性火山巖，筆者認為晚三疊世松嫩地塊東緣乃至興蒙造山帶東南緣的構造演化主要受古亞洲洋閉合后的伸展作用制約，而與古太平洋構造域無關，后者的俯沖開始時間至少應晚于晚三疊世。

5 結論

(1)松嫩地塊東緣金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖和角閃輝長巖年齡分別為(216±1)Ma和(213±2)Ma，巖石地球化學特征顯示其為一套晚三疊世雙峰式侵入巖組合。

(2)松嫩地塊東緣金山屯地區(qū)黑云母二長花崗巖為高分異I型花崗巖，是在流體參與下，由下地殼物質部分熔融的產物；角閃輝長巖來源于受到俯沖板片熔體交代后的巖石圈地幔的部分熔融。

(3)松嫩地塊東緣在晚三疊世期間的構造演化受到古亞洲洋閉合后伸展作用的制約，而與古太平洋構造域無關。

致謝感謝黑龍江省地質調查研究院和黑龍江省有色金屬地質勘查七〇七隊在樣品采集、資料共享方面給予的大力支持；同時感謝天津地質研究所在鋯石分選、制靶、CL圖像采集以及LA--ICP--MS鋯石U--Pb同位素分析和河北省廊坊物探勘察院在樣品主微量元素測試分析工作中給予的幫助和支持。