黑龍江省依蘭地區(qū)大頂子山林場巖體形成時代及構造環(huán)境探討

顏秉超，王建民

1.吉林省地礦信息中心，吉林 長春 130061；2.黑龍江省自然資源調(diào)查院，黑龍江 哈爾濱 150036

0 引言

目前，我國許多地質學者對東北地區(qū)中生代構造機制進行了研究，并取得了較多進展。目前有幾種不同的認識，主要有以下幾種：第一，王建民等通過《1∶25萬佳木斯市幅區(qū)調(diào)修測》項目研究了依蘭地區(qū)一帶的中生代侵入巖，認為吉黑東部古亞洲洋閉合時間不一致，研究區(qū)一帶晚三疊世仍處于古亞洲洋閉合晚期階段，處于陸殼增生造山后的伸展環(huán)境[1]；第二，唐杰等統(tǒng)計分析了松嫩—張廣才嶺地塊東緣、佳木斯地塊以及興凱地塊古生代—中生代火成巖的鋯石U-Pb年代學資料及其空間分布特征，認為吉黑東部晚三疊世火成巖可能形成于古亞洲洋閉合后的伸展環(huán)境，亦可能與揚子和華北克拉通之間俯沖碰撞后伸展環(huán)境有關，還可能形成于蒙古—鄂霍茨克大洋板塊南向俯沖所形成的類似弧后的伸展環(huán)境[2]；第三，劉愷等對分布在小興安嶺—張廣才嶺造山帶和佳木斯地塊的巖漿巖進行了研究，認為興蒙造山帶東緣在古生代晚期就進入了古太平洋構造域，在早二疊世古太平洋板塊向佳木斯地塊俯沖作用形成了大面積的二疊紀花崗巖帶，在三疊紀—早侏羅世時，其俯沖影響到牡丹江斷裂兩側，形成了南北向分布的巖漿巖帶以及由黑龍江雜巖為代表的增生雜巖帶[3]；第四，許文良等通過對東北地區(qū)中生代火山巖鋯石U-Pb定年結果的統(tǒng)計分析及研究，認為在中生代時期中國東北地區(qū)可能經(jīng)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與改造[4]。但是以上的研究成果多采用大、小興安嶺和張廣才嶺一帶巖漿活動的證據(jù)，松花江以東中生代巖漿活動研究較少。本次研究的大頂子林場巖體位于松花江東側依蘭縣東南約25 km，該巖體呈不規(guī)則狀出露，大致呈南北向展布，長約20 km，寬約8 km，產(chǎn)狀呈中深成相的巖株、巖基狀，剝蝕深度為剝蝕中等，該巖體在研究區(qū)一帶侵入晚二疊世二長花崗巖和晚三疊世輝長巖。原1∶20萬依蘭幅區(qū)域地質測量報告將該巖體形成時代厘定為白堊紀(1)黑龍江省地質局區(qū)測隊五分隊．1∶20萬依蘭幅區(qū)域地質測量報告[R].1972.。《1∶25萬佳木斯市幅區(qū)調(diào)修測》項目在該巖體中部采取了1件鋯石U-Pb測年樣品，編號為D4283，其坐標為：129°46′41″、46°03′49″，通過測試獲得了高精度測年結果(2)黑龍江省地質調(diào)查研究總院．1∶25萬佳木斯市幅區(qū)調(diào)報告[R].2013.，通過對該巖體的巖石學、巖石化學、形成時代、構造環(huán)境進行分析和探討，為吉黑東部中生代構造演化提供了新的證據(jù)。

1 研究區(qū)地質特征

研究區(qū)位于黑龍江省東部，中亞造山帶東段，在前中生代時期具有多塊體的構造屬性，自西北至東南劃分為：額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊、佳木斯地塊和興凱地塊[5]。近年來的研究表明，東北地區(qū)古亞洲洋的閉合經(jīng)歷了多地塊的拼貼過程，具有演化時間長、多階段增生、縫合的特點[6]，葛文春等(2005年)根據(jù)額爾古納地塊上出露的塔河巖體后造山構造背景，巖體的成巖時代為480～494 Ma，認為額爾古納地塊與興安地塊的拼貼沿塔源—喜桂圖一線，拼貼時間發(fā)生在490 Ma以前[7]；興安地塊與松嫩地塊在早石炭世沿北北東向展布的開魯—嫩江—黑河一線碰撞拼合[8]；晚古生代至早中生代松嫩—張廣才嶺地塊與佳木斯地塊沿南北向的嘉蔭—牡丹江斷裂碰撞拼合[9，10]。其中佳木斯地塊其結晶基底主要由麻粒巖相—角閃巖相變質的麻山、興東雜巖和大面積出露的寒武紀花崗質巖石組成[11]。麻山雜巖主要出露在雞西市西麻山—密山一帶，為一套含長英質片麻巖、矽線石榴片麻巖、石墨片巖和高鎂大理巖等變質巖的孔茲巖系，興東雜巖主要在嘉蔭—雙鴨山一帶出露，為一套片巖、片麻巖、變粒巖為主，其次為大理巖、石英巖、磁鐵石英巖、斜長角閃巖等海相碎屑巖-碳酸鹽-夾火山巖硅鐵建造[12，13]，其變質作用主要發(fā)生在500 Ma左右[14，15]。佳木斯地塊上出露的花崗巖主要存在兩期：540～ 515 Ma和290～254 Ma，其形成可能分別與泛非期變質造山作用和古大洋板塊的西向俯沖作用有關[16，17]。

研究區(qū)位于佳木斯地塊西部，嘉蔭—牡丹江斷裂的東側。出露的地層主要有中新元古界興東巖群大盤道巖組片巖、片麻巖、大理巖、斜長角閃巖、磁鐵石英巖等，二疊系黑龍江巖群鈉長片巖、變玄武巖、藍閃石片巖、角閃片巖等，中生界白堊系下統(tǒng)猴石溝組、淘淇河組砂巖、砂礫巖等、白堊系松木河組中酸性火山巖及火山碎屑巖等。出露的侵入巖主要有呈巖基狀產(chǎn)出的晚二疊世二長花崗巖，呈巖基、巖株狀產(chǎn)出的三疊紀正長花崗巖、輝長巖，呈巖株狀產(chǎn)出的早白堊世花崗閃長巖、花崗斑巖等(圖1)。

2 巖石學、巖石化學特征

巖石多呈灰褐、黃褐色，細中粒花崗結構，塊狀構造。其中鉀長石：他形粒狀，大小2～4.5 mm，體積分數(shù)43%～52%；斜長石：自形粒狀或短柱狀，部分斜長石似細粒小柱粒狀斜長石組合形成，大小0.7～3.5 mm，體積分數(shù)21%～32%；石英：波狀消光為主，大小0.5～4 mm，體積分數(shù)25%～32%；暗色礦物以黑云母為主，大小0.3～1 mm，體積分數(shù)0.4%～1%。副礦物主要為鋯石、磁鐵礦、自然鉛、榍石等。

巖石化學分析(表1)表明，SiO2質量分數(shù)為74.62%～75.78%，平均值為75.21%；Al2O3質量分數(shù)為11.24%～12.98%，平均值12.21%；CaO質量分數(shù)為0.38%～1.25%，平均值0.82%；Na2O+K2O為7.34%～8.42%，平均值7.96%；Na2O/K2O為0.23～0.94，平均值0.68，K2O含量普遍大于Na2O含量，巖石相對富鉀；σ值大部分為1.64～2.52，平均值2.17，以鈣堿性巖石為主，分異指數(shù)(DI)83.60～91.39，顯示巖石應屬高度分異的產(chǎn)物；以上特征表明該巖體為亞堿性巖系中的鈣堿性巖套巖石。

表1 巖石化學分析結果表

圖1 研究區(qū)地質略圖

3 稀土元素和微量元素特征

通過稀土元素分析結果(表2)可以看出，稀土元素總量(∑REE)(94.3～272.7)×10-6，平均154.4×10-6，輕重稀土比值(LREE/HREE)為4.9～16.3，平均10.2，反映了明顯的富集輕稀土，δEu平均為0.6，在稀土配分模式曲線圖上，曲線整體呈不對稱平緩的右傾，顯示輕稀土富集型。

從微量元素分析結果(表3)可以看出U、Zr元素相對富集，其中U元素數(shù)值為(1.32～4.30)×10-6，平均2.62×10-6；Zr元素數(shù)值為(81.84～218.3)×10-6，平均142.41×10-6；而Th、La、Y、Sr元素相對虧損。

表2 稀土元素分析結果及部分特征參數(shù)表

表3 微量元素分析結果表

4 鋯石同位素測年

測年樣品破碎和鋯石的挑選在河北省區(qū)域地質調(diào)查所實驗室完成。由天津地質調(diào)查中心重點實驗室采用激光剝蝕等離子體分析技術(LA-ICP-MS)對樣品進行了微區(qū)原位單點U-Pb同位素數(shù)據(jù)采集及整理。D4283樣品巖性為中細粒二長花崗巖，鋯石呈淺黃色、黃色，多為柱狀、少數(shù)為粒狀，透明，金剛光澤，粒徑約為0.04～0.19 mm，形態(tài)較完整，長寬比1∶1～3∶1，環(huán)帶清晰。從表4可以看出232Th/238U比值多數(shù)大于0.2，僅有一個鋯石小0.1，具巖漿鋯石特征。筆者選取25顆鋯石進行了數(shù)據(jù)采集，從圖2可以看出有4顆鋯石年齡偏離諧和線，編號分別為4、5、14、17號，可能存在206Pb丟失，其它鋯石測年數(shù)據(jù)均位于諧和線上，因此可以采用。位于諧和線上的21顆鋯石206Pb/238U年齡在201～208 Ma之間(表4)，加權平均為(204.23 ±0.88)Ma(圖3)，該年齡應為大頂子山林場巖體的結晶年齡。

表4 D4283點鋯石同位素測年數(shù)值一覽表

圖2 D4283點鋯石同位素測年諧和圖

5 構造環(huán)境討論

Xu WL等認為古亞洲洋在中生代早期已經(jīng)基本閉合，東北地區(qū)開始受到后造山伸展、古太平洋和蒙古—鄂霍次克古大洋三種構造機制的疊加作用的影響[18]；吉黑東部晚三疊世A型流紋巖的發(fā)現(xiàn)[19]、小興安嶺—張廣才嶺發(fā)育晚三疊世雙峰式火山巖和晚三疊世堿長花崗巖大面積的出露[20]等，顯示晚三疊世期間吉黑東部應處于一種伸展環(huán)境。研究區(qū)晚三疊世輝長巖發(fā)現(xiàn)，進一步了證明該區(qū)在晚三疊世處于古亞洲洋閉合陸殼增生后的伸展環(huán)境[21]。

大頂子林場巖體巖石化學特征表現(xiàn)為鈣堿性，具富鋁、富鉀的特征；在SI圖解中(圖4)，樣品均落于S型花崗巖及S型、I型花崗巖交界處中；分異指數(shù)(DI)較高，顯示巖石應屬高度分異的產(chǎn)物，表明該花崗巖巖漿起源于大陸地殼中沉積的原巖；以上特征說明該巖體具有S型花崗巖特征。在R1-R2圖解中(圖5)，樣品投點落于同碰撞期和造山晚期與同碰撞期界線上，總體上表現(xiàn)為碰撞造山的構造環(huán)境，可能處于碰撞期的中晚期。研究區(qū)與蒙古—鄂霍茨克洋相距比較遙遠，因此受該構造體系影響較小。晚三疊世研究區(qū)可能仍處于古亞洲洋閉合晚期階段，在佳木斯地塊與松嫩地塊之間的古亞洲洋板塊向松嫩地塊俯沖形成了大面積的南北展布的三疊紀花崗巖帶，且主要分布于牡丹江西側，而東側零星出露。由以上判斷晚三疊世研究區(qū)可能處于古亞洲洋閉合隨后陸殼增生造山-伸展環(huán)境。

圖4 晚三疊世正長花崗巖SI圖解

圖5 晚三疊世正長花崗巖R1-R2圖解

6 結論

(1)大頂子林場巖體巖石具有鈣堿性，具富鋁、富鉀的特征；輕稀土富集，具正銪異常；微量元素Cr、Th、Sr元素相對富集，而Cs、Zr元素相對虧損，其中Zr元素重度虧損。

(2)高精度U-Pb測年結果顯示大頂子林場巖體的結晶年齡為(204.23±0.88)Ma，該巖體的其形成時代為晚三疊世。