大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖年代學(xué)和地球化學(xué)研究

郭喜運(yùn)

山西省礦產(chǎn)資源調(diào)查監(jiān)測中心，太原，030024

內(nèi)容提要：基于內(nèi)蒙古朝克烏拉地區(qū)開展的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)一期以輝長巖為主的基性巖漿活動。研究表明：朝克烏拉地區(qū)輝長巖鋯石U-Pb年齡為142.6±0.5 Ma、145.1±2.1 Ma，顯示巖石為晚侏羅世—早白堊世產(chǎn)物。輝長巖為拉斑系列巖石，具有低硅、低鈦、貧堿且高鈉低鉀特點(diǎn)，分異作用極弱，Eu異常不明顯，微量元素Ba、Ta、Sr、Hf富集， Rb、Th、Nb、P虧損。輝長巖巖石地球化學(xué)顯示其巖漿源區(qū)為虧損尖晶石二輝橄欖巖地幔發(fā)生30%以上的部分熔融形成，存在流體影響的地球化學(xué)特征。巖漿在演化過程中存在一定程度的分離結(jié)晶作用，地殼混染作用極其微弱。通過與賀根山蛇綠巖配套巖系的類比，結(jié)合研究區(qū)古生代至中生代構(gòu)造背景和賀根山縫合帶殼幔電性結(jié)構(gòu)全面分析，推斷晚侏羅世—早白堊世輝長巖具有的島弧印記特征為賀根山洋發(fā)育時(shí)期古島弧環(huán)境的反映，輝長巖只是伸展背景下幔源巖漿沿深大斷裂上涌作用的產(chǎn)物。

大興安嶺南段位于中亞成礦域東段與濱太平洋成礦域的疊加部位，主體位于北部的二連—賀根山斷裂與南部的西拉木倫河斷裂之間，向東延伸至嫩江斷裂(曾慶棟等，2016)。中生代該區(qū)域經(jīng)歷了環(huán)太平洋構(gòu)造體系與蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體系的疊加與改造，晚侏羅世—早白堊世主要為花崗質(zhì)巖漿活動，呈現(xiàn)活動范圍大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，受構(gòu)造控制主要形成北東、北北東向大型巖基，并形成了眾多與之相關(guān)的錫、鎢、鉬、銅、鉛等多金屬礦床?，是我國東部中生代構(gòu)造—巖漿活動的重點(diǎn)地區(qū)。近些年許多專家學(xué)者對區(qū)域上展布的中酸性侵入巖開展同位素年代學(xué)及巖石地球化學(xué)研究工作，獲得了精確的年齡數(shù)據(jù)，年齡集中分布于130.4±1.4～144.9±1.3 Ma，取得了晚侏羅世—早白堊世研究區(qū)處于蒙古—鄂霍茨克洋閉合以及古太平洋板塊俯沖作用影響下伸展構(gòu)造背景的認(rèn)識(秦亞等，2012；丁輝等，2016；姚磊等，2017；袁建國等，2017；王金芳等，2017，2018；王晰等，2018；郭碩等，2019)。

本次研究的輝長巖主要呈巖株、巖脈狀產(chǎn)出于朝克烏拉蛇綠混雜巖中。1∶200000巴彥寶力格幅和毛登幅區(qū)調(diào)工作中把該期輝長巖與圍巖(蛇綠巖)一起劃歸為華力西晚期(二疊紀(jì))基性侵入巖?，?。1∶250000朝克烏拉幅(修測)從蛇綠巖角度對1∶200000區(qū)調(diào)中的華力西晚期侵入巖進(jìn)行系統(tǒng)研究，并將其認(rèn)定為朝克烏拉蛇綠巖塊的配套巖系，基于古生物和測年成果將蛇綠巖形成時(shí)代置于晚泥盆世—晚石炭世早期，但在地質(zhì)調(diào)查工作中該期輝長巖仍未被分解出來?。近年來賀根山地區(qū)有過早白堊世基性巖漿活動報(bào)道，研究區(qū)相鄰的賀根山及崇根山超基性巖塊中存在早白堊世脈狀產(chǎn)出的輝長巖，但未涉及巖石地球化學(xué)研究(黃波等，2016)；也有學(xué)者認(rèn)為賀根山地區(qū)蛇綠巖塊非蛇綠巖成因，而是早石炭世和早白堊世地殼垂直增生形成的侵入巖，其中朝克烏拉山超基性巖塊為早白堊世產(chǎn)物(Jian Ping et al.,2012)，雖有為數(shù)不多的巖石地球化學(xué)測試結(jié)果，但與本次研究的對象不一致。至此，對該期輝長巖的形成時(shí)代、巖石地球化學(xué)特征的認(rèn)識仍處于空白狀態(tài)。

本文基于朝克烏拉地區(qū)開展的1∶50000區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作在早期的蛇綠巖塊及其圍巖地層中首次識別出一期呈巖株、巖脈狀產(chǎn)出的輝長巖，鋯石U-Pb測年結(jié)果顯示巖石成巖時(shí)代為晚侏羅世—早白堊世，通過系統(tǒng)的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，探討輝長巖的形成時(shí)代、巖石成因及其地質(zhì)意義，為賀根山地區(qū)晚侏羅世—早白堊世基性巖漿活動提供新證據(jù)。

1 地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬于天山—興蒙造山系，主體位于北東向展布的二連—賀根山結(jié)合帶內(nèi)(王樹慶等，2008)。研究區(qū)地層(圖1)下古生界奧陶—志留系哈爾哈達(dá)組(O3—S2hr)，為一套淺變質(zhì)的海相硅泥質(zhì)含鐵建造?，主要巖性為片理化細(xì)粒角閃巖、絹云母泥質(zhì)石英砂板巖、條帶狀鐵質(zhì)石英巖等。上古生界泥盆系塔爾巴格特組(D2-3t)為一套濱淺海沉積建造，原巖由泥巖、粉砂巖、砂礫巖夾凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖等巖石組合，巖石普遍發(fā)生淺變質(zhì)，板理化構(gòu)造發(fā)育；石炭系本巴圖組(C2b)發(fā)育較深水環(huán)境的類復(fù)理石建造；阿木山組(C2a)為一套濱淺海相陸緣碎屑巖夾碳酸鹽沉積建造(李文國等，1996)。

圖1 大興安嶺南段大地構(gòu)造位置圖(a, 底圖據(jù)王樹慶等，2008)和朝克烏拉地區(qū)地質(zhì)簡圖(b, 實(shí)測)Fig.1 Geotectonic location map of the southern part of Great Hinggan Mountains (a, after Wang Shuqing et al., 2008&) and geological sketch of the Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains (b)

區(qū)內(nèi)巖漿巖分布廣泛，以出露于哈沙圖—朝克烏拉一帶北東向展布的蛇綠巖分布面積最廣。蛇綠巖作為晚侏羅世—早白堊世輝長巖重要的圍巖，在研究區(qū)南部與塔爾巴格特組斷層接觸，在哈沙圖一帶被白音高老組流紋巖角度不整合覆蓋，在朝克烏拉山北逆沖于哈爾哈達(dá)組和塔爾巴格特組之上。主要巖石類型有蛇紋石化橄欖巖(σD2-3)與蝕變輝長巖(νD2-3)，其中前者主要巖性有純橄欖巖、單斜輝石橄欖巖、斜方輝石橄欖巖，巖石蛇紋石化程度高，常沿節(jié)理面發(fā)育，圍繞剛性塊體周圍韌性剪切變形非常明顯，巖石可見眼球狀、透鏡狀及擦痕線理構(gòu)造，沿裂隙面常發(fā)育方解石脈、石棉細(xì)脈；蝕變輝長巖主要表現(xiàn)為強(qiáng)糜棱巖化、強(qiáng)片理化，片理傾角在30°～80°之間變化，巖石中礦物拉伸線理非常發(fā)育，“σ型”碎斑系常見，局部可見有S—C組構(gòu)。蛇綠巖主要以大小不等的構(gòu)造塊體產(chǎn)出，各塊體接觸帶附近巖石片理化強(qiáng)烈，圍繞剛性塊體周圍的裂隙面普遍發(fā)育擦痕。此外，區(qū)內(nèi)還發(fā)育呈巖株?duì)町a(chǎn)出的早二疊世花崗巖類(γP1)，巖性主要為二長花崗巖和正長斑巖(郭喜運(yùn)等，2019)。白堊系白音高老組(K1b)為陸相火山噴發(fā)活動產(chǎn)物。

研究區(qū)發(fā)育一期以輝長巖(νK1)為主的基性巖漿活動，主要呈小巖株或脈狀(圖2a、圖3)產(chǎn)出，多侵入于早期蛇紋石化橄欖巖、變輝長巖中，另在泥盆系塔爾巴格特組、石炭系本巴圖組和阿木山組中有小規(guī)模產(chǎn)出。該期巖漿活動與圍巖侵入接觸關(guān)系清楚，部分接觸部位發(fā)育強(qiáng)烈角巖化現(xiàn)象，侵入于超基性巖的基性巖脈受后期構(gòu)造破壞，僅局部保持脈狀產(chǎn)出，多呈不連續(xù)的團(tuán)塊狀、透鏡狀產(chǎn)出，構(gòu)造破壞影響薄弱地段，巖石原始構(gòu)造保持較好。輝長巖呈深灰、灰黑色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2b)，僅少數(shù)巖石樣品存在不同程度綠泥石化、綠簾石化，主要礦物成分有輝石、斜長石及含量極少的鐵質(zhì)礦物(圖2c、2d)。輝石呈他形粒狀零散均勻分布，多數(shù)粒徑0.3～1 mm，含量在37%～45%；斜長石多呈他形板狀，具有不清晰的聚片雙晶，粒徑多為0.2～0.5 mm，含量53%～60%。

圖2 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖野外露頭(a、b)和正交偏光顯微照片(c、d)Fig. 2 Outcrop photos(a，b)and cross-polarized micrographs(c，d) of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan MountainsPl—斜長石；Py—輝石；Ch—綠泥石；Mag—磁鐵礦Pl—plagioklase；Py—pyroxene；Ch—chlorite；Mag—magnesite

圖3 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖實(shí)測地質(zhì)剖面Fig. 3 Geological section of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

2 樣品分析方法

本文基于研究區(qū)進(jìn)行的實(shí)測地質(zhì)剖面、路線調(diào)查及地表工程揭露采取的7塊輝長巖類樣品(圖1)進(jìn)行主量元素、微量元素及稀土元素分析，并對其中的D4658號、TC03號巖石樣品進(jìn)行鋯石U-Pb測年分析。

2.1 鋯石U-Pb測年

選取巖礦鑒定后的輝長巖新鮮部位，通過人工重砂方法獲取鋯石并在雙目鏡下進(jìn)行鋯石挑選。將挑選后大小相近、晶型較好且透明度較高的鋯石置于同一平面，充填去除氣泡后的環(huán)氧樹脂將其固定制成標(biāo)靶，標(biāo)靶通過精細(xì)拋光和清洗處理以獲取較好的光面質(zhì)量，該項(xiàng)工作由河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。鋯石的反射光圖像、陰極發(fā)光圖像(CL)以及鋯石U-Pb年齡測定工作在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石反射光圖像主要獲取鋯石晶體表面宏觀特征，提供晶體裂隙、形態(tài)等信息。鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)主要獲取鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，提供晶體韻律環(huán)帶、分帶結(jié)構(gòu)等標(biāo)型信息，該圖像的獲取儀器為美國Gatan公司Mono CL3+型陰極熒光譜儀。通過反射光圖像和陰極發(fā)光圖像避開晶體裂隙并優(yōu)選出鋯石分析測試點(diǎn)。鋯石U-Pb年齡測定所需儀器有Hewlett Packard 公司Agilient7500a ICP-MS，激光剝蝕系統(tǒng)為德國Lambda Physik公司ComPex102 Excimer(工作物質(zhì)ArF，波長193 nm)，光學(xué)系統(tǒng)為MicroLas公司GeoLas 200 M。樣品測試中激光束斑直徑采用30 μm，頻率為10 Hz，剝蝕深度為20～30 μm。鋯石年齡測定采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(1064 Ma)作為外標(biāo)進(jìn)行校正，鋯石元素含量采用標(biāo)樣NIST610為外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計(jì)算。運(yùn)用GLITTER程序?qū)ν凰財(cái)?shù)據(jù)和元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，運(yùn)用ISOPLOT 3.0(Ludwig，2003)程序進(jìn)行同位素諧和年齡圖的繪制和加權(quán)年齡的計(jì)算，具體流程及方法參考相關(guān)文獻(xiàn)(Yuan Honglin et al.,2007，2008)。

2.2 主量元素、稀土和微量元素分析

配套的輝長巖樣品選取新鮮部位經(jīng)清洗、干燥等手段加工成200目以下的巖粉。主量元素分析工作由山西省巖礦測試應(yīng)用研究所完成，選取適量巖粉采用動物膠重量法進(jìn)行SiO2測定，在動物膠滴定后用中速濾紙過濾，濾液用于其它主量元素的分析測試。分別選取適量濾液，其中Al2O3采用乙酸鋅容量法測定；CaO、MgO采用EDTA容量法測定；在選取的濾液中分別加入不同的試劑，采用分光光度計(jì)進(jìn)行TiO2、P2O5、Fe2O3的測定，采用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行K2O、Na2O和MnO的測定。

輝長巖微量和稀土元素分析工作由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成，Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Th、Ba采用X熒光光譜儀(XRF-1800)測定，選取適量樣品高溫烘干，稱取巖石粉末測定燒失量，使用無水高純四硼酸鋰為助熔劑，在1100 ℃熔爐中制成玻璃片后進(jìn)行測定。Sc、Sr、V、Ni的測定首先稱取巖粉置于溶樣器皿中，加入適量濃度的硝酸和氫氟酸，然后加熱一段時(shí)間待巖粉全部溶解后置于等離子體發(fā)射光譜儀(ICAP6300)測定。Cs、Hf、Ta同樣用上述酸溶法制取樣品溶液置于電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(X7)進(jìn)行測定。稀土元素測定先將試樣加入硝酸、氫氟酸和硫酸熔干，然后用王水提取于容器中后置于電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中分析。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb測年

該期輝長巖缺乏精確的同位素年代學(xué)結(jié)果進(jìn)行制約，對其取樣進(jìn)行鋯石U-Pb測年分析，測年結(jié)果見表1。樣品(TC03)中鋯石呈無色、淡黃色透明狀，自形—半自形，長寬比在2∶1～3∶1間，粒徑在130～260 μm。陰極發(fā)光圖像顯示部分鋯石發(fā)育較寬環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4)，鋯石Th含量63.7×10-6～437.7×10-6，U含量168.2×10-6～1025.8×10-6，Th/U 值0.35～0.85，絕大多數(shù)比值大于0.4(表1)，符合基性巖漿鋯石特征。鋯石n(206Pb)/n(238U)年齡集中于140.7～144.9 Ma，在諧和圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)位于諧和線上，其加權(quán)平均年齡為142.62±0.51 Ma(圖5a、5b)，該年齡代表輝長巖的結(jié)晶年齡。樣品(D4658)中有效測點(diǎn)15個(gè)，鋯石呈淡黃色透明狀，自形—半自形，長寬比為1∶1～3∶2，粒徑介于80～150 μm。部分鋯石陰極發(fā)光圖像發(fā)育寬環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4)，Th/U 值介于0.37～0.70 間，該值幾乎全部大于0.4(表1)，符合巖漿鋯石特征。測年數(shù)據(jù)點(diǎn)在諧和線上分布較集中，主要在136.3～150.0 Ma，加權(quán)平均年齡為145.1±2.1 Ma(圖5c、5d)。以上同位素測年結(jié)果指示輝長巖為晚侏羅世—早白堊世產(chǎn)物。

圖4 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig. 4 CL images of zircon from the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

圖5 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 5 Zircons U-Pb concordia diagrams of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

3.2巖石地球化學(xué)

輝長巖主量元素分析結(jié)果見表2，巖石SiO2含量為43.43%～54.52%，Al2O3含量為13.46%～16.26%，平均14.89%；TFeO含量為8.6%～17.04%，平均11.36%；MgO含量3.77%～8.01%，平均6.22%，Mg#值為36～61；CaO含量為0.23%～12.89%，平均9.05%；Na2O含量2.54%～5.44%，K2O含量0.06%～0.34%，Na2O/K2O明顯大于1，顯示富Na貧K特征，全堿ALK(K2O+Na2O)含量為2.6%～5.76%，平均4.21%。輝長巖顯示低硅、低鈦、貧堿且高鈉低鉀，富Al2O3、TFeO、MgO、CaO的特征。在輝長巖硅—堿圖解(圖6a)中6個(gè)樣品集中投影于輝長巖區(qū)，1個(gè)樣品投影于輝長巖、閃長巖及正長閃長巖區(qū)三者交界處；在該圖中4個(gè)樣品投影于亞堿性區(qū)，3件樣品投影于堿性區(qū)。在輝長巖SiO2—TFeO/MgO圖解(圖6b)中樣品投影于拉斑系列區(qū)域。在MgO為橫軸的Harker圖解(圖7)中MgO與其余主量元素間表現(xiàn)較為明顯的線性關(guān)系。

表2 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖主量元素(%)、微量元素(×10-6) 和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果Table 2 Analytical results of major (%), trace elements (×10-6) and rear earth elements (×10-6) of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

圖6 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖硅—堿圖(a，底圖據(jù)Wilson, 1989)和SiO2—TFeO/MgO圖解(b，底圖據(jù) Miyashiro,1974)Fig. 6 Silica—total alkalis diagram (a，after Wilson, 1989) and SiO2—TFeO/MgO diagram(b，after Miyashiro,1974)of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

輝長巖稀土和微量元素分析結(jié)果及有關(guān)參數(shù)見表2，巖石稀土總量∑REE為29.83×10-6～80.34×10-6，平均52.11×10-6，輕稀土LREE為16.60×10-6～52.92×10-6，平均32.84×10-6；重稀土HREE為13.23×10-6～30.87×10-6，平均19.27×10-6；輕重稀土比值LREE/HREE為1.25～2.55，平均1.67，LaN/YbN值為0.61～1.82，平均0.99，表明分異作用極弱；δEu值為0.92～1.05，平均0.98，Eu異常不明顯。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化型式圖(圖8a)總體表現(xiàn)為微左傾近平緩形態(tài)，與N-MORB曲線變化趨勢相似，并且與賀根山蛇綠巖配套巖系的賀根山玄武巖、崇根山玄武巖變化趨勢相似(王成等，2018，2019)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖8b)中，微量元素曲線總體表現(xiàn)為平緩的多峰多谷狀，富集Ba、Ta、Sr、Hf，虧損Rb、Th、Nb、P，曲線和賀根山玄武巖、崇根山玄武巖呈現(xiàn)高相似性(王成等，2018，2019)。

4 討論

4.1巖石成因與源區(qū)性質(zhì)

輝長巖樣品Mg#值為36～61，低于幔源原生巖漿的Mg#值68～72(Frey et al.，1978)，此外在Harker圖解中Al2O3、CaO、TiO2與MgO呈現(xiàn)正相關(guān)，SiO2、MnO、堿質(zhì)(K2O、Na2O)、P2O5、TFeO與MgO呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(圖7)，反映巖漿演化過程中存在一定程度的分離結(jié)晶作用。巖石樣品La/Nb值為1.42～2.38，均值1.85，La/Ta值為6.26～15.95，均值9.61，與源于軟流圈地幔玄武巖La/Nb值小于1.5，La/Ta值小于22的特征相近(Thompson et al.，1988)。深部巖漿在上升侵位過程中的地殼混染通常會造成大離子親石元素、輕稀土元素富集，出現(xiàn)Th、U、Zr、Hf的正異常(Taylor et al.，1985；Rudnick et al.，2003)。有研究表明幔源巖漿在混染地殼物質(zhì)后La/Sm值會迅速增加至5以上(Lassiter et al，1997)?？偡峙湎禂?shù)相同或相近元素的比值不受結(jié)晶分異和部分熔融影響，其比值組成的協(xié)變圖(如：Ta/Yb—Th/Yb、La/Yb—Th/Ta)可反映地殼混染及其混染程度。輝長巖樣品稀土總量低，未表現(xiàn)出輕稀土及Th、Hf的明顯富集，巖石La/Sm值為0.97～1.82，平均1.26，其比值遠(yuǎn)小于混染后的La/Sm值，在輝長巖同化混染判別圖中(圖9a、9b)元素比值間未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，以上信息表明幔源巖漿演化過程中的混染作用極其微弱。

圖7 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖哈克圖解Fig. 7 Harker diagrams of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

圖8 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun et al.，1989)Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and Primitive mantle-normalized trace elements spidergram (b) (after Sun et al., 1989) of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains賀根山玄武巖陰影據(jù)王成等，2018；崇根山玄武巖陰影據(jù)王成等，2019Hegenshan basalt shadow from Wang Cheng et al., 2018&；Chonggenshan basalt shadow from Wang Cheng et al., 2019&

圖9 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖同化混染判別圖Fig. 9 Discrimination diagrams of assimilation and contamination of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

微量元素曲線與N-MORB相比更富集大離子親石元素Ba、Sr和高場強(qiáng)元素Hf，虧損Nb、Ti，P呈現(xiàn)微弱虧損特征(圖8b)，具有此類特征的巖石通常與俯沖帶流體交代作用相關(guān)：

(1) 研究表明由俯沖板塊脫水產(chǎn)生的流體常富集大離子親石元素(如：Ba、Rb、Sr、U等)，虧損高場強(qiáng)元素(如：Nb、Ta、Ti、P等)。

(2) 跟俯沖流體發(fā)生交代作用的巖漿其Th/Yb值通常小于1(Woodhead et al.，2001；Nebel et al.，2007)，輝長巖的Th/Yb值為0.10～0.44，均值0.21；在Nb/Yb—Th/Yb圖解(圖10a)中樣品投影點(diǎn)靠近N-MORB且與MORB—OIB趨勢帶有所偏離，暗示巖石存在俯沖組分影響。

(3) 微量元素Th/Nb—Ba/Th圖解(圖10b)能有效識別含水流體或俯沖帶沉積物，巖石具有較為穩(wěn)定的Th/Nb比值，變化較大的Ba/Th比值，巖石具備流體影響的地球化學(xué)特征。鐵鎂質(zhì)巖石稀土元素含量和比值能有效限定幔源巖漿源區(qū)及熔融程度(Aldanmaz et al.，2000)，稀土元素La、Sm、Yb對于尖晶石二輝橄欖巖配分系數(shù)相近，而Yb受控于源區(qū)石榴石影響，其配分系數(shù)大于La、Sm(Mckenzie et al.，1991)，所構(gòu)建的La/Sm—Sm/Yb圖解根據(jù)其部分熔融趨勢能較好區(qū)分源區(qū)組成，該圖解(圖11)顯示輝長巖為虧損的尖晶石二輝橄欖巖地幔發(fā)生30%以上的部分熔融形成。

圖10 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖Nb/Yb—Th/Yb圖解(a，底圖據(jù)Pearce，2008)和Th/Nb—Ba/Th圖解(b，底圖據(jù)Elliott et al.,1997)Fig. 10 Nb/Yb—Th/Yb diagram (a, after Pearce, 2008) and Th/Nb—Ba/Th diagram (b, after Elliott et al., 1997) of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains

圖11 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖La/Sm—Sm/Yb圖解(底圖據(jù)Aldanmaz et al.,2000)Fig. 11 La/Sm—Sm/Yb diagram of the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains (after Aldanmaz et al.,2000)

4.2構(gòu)造背景及地質(zhì)意義

前人針對現(xiàn)代構(gòu)造環(huán)境中產(chǎn)生或構(gòu)造環(huán)境已知的巖石樣品分析結(jié)果，總結(jié)地球化學(xué)特征及分布規(guī)律，以“將今論古”為方法和原則提出大量圖解用于構(gòu)造環(huán)境的判斷。部分高場強(qiáng)元素(如：Nb、Ta、Zr、Hf、Th)和HREE(如：Y)在蝕變和變質(zhì)作用中性質(zhì)較為穩(wěn)定，能夠用來進(jìn)行巖石成因、源區(qū)性質(zhì)的判別(Pearce et al.，1973)。運(yùn)用多參數(shù)構(gòu)建多個(gè)地球化學(xué)圖解聯(lián)合使用，能較好區(qū)分巖石所對應(yīng)的構(gòu)造環(huán)境(趙振華，2007；鄧晉福等，2015)。在2Nb—Zr/4—Y 判別圖中(圖12a)輝長巖樣品主要集中N-MORB與火山弧玄武巖重疊區(qū)域；在Hf/3—Th—Nb/16 判別圖中(圖12b)輝長巖樣品主要位于島弧拉斑玄武巖區(qū)；在Zr—Zr/Y 判別圖中(圖12c)輝長巖樣品主要分布于島弧玄武巖與洋中脊玄武巖重疊區(qū)。以上圖解表明輝長巖地球化學(xué)反映的構(gòu)造環(huán)境具有N-MORB和島弧屬性特征。

圖12 大興安嶺南段朝克烏拉地區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖構(gòu)造判別圖解(a，底圖據(jù)Meschede，1986；b，底圖據(jù)Wood，1980；c，底圖據(jù)Pearce et al.，1979)Fig. 12 Tectonic discrimination disgrams for the Late Jurassic—Early Cretaceous gabbro in Chaokewula area, southern part of Great Hinggan Mountains (a，after Meschede，1986；b，after Wood，1980；c，after Pearce et al.，1979)賀根山玄武巖數(shù)據(jù)引自王成等，2018；崇根山玄武巖數(shù)據(jù)引自王成等，2019；(a)A1+A2—板內(nèi)堿性玄武巖；A2—板內(nèi)拉斑玄武巖；B—E型MORB；A2+C—板內(nèi)拉斑玄武巖；C+D—火山弧玄武巖；D—N型MORB；(b)A—N型MORB；B—E型MORB+板內(nèi)堿性玄武巖；C—板內(nèi)堿性玄武巖；D—火山弧玄武巖(Hf/Th>3為島弧拉斑玄武巖，Hf/Th<3為鈣堿性玄武巖)；(c)A—島弧玄武巖IAB；B—洋中脊玄武巖MORB；C—板內(nèi)玄武巖WPBData of Hegenshan basalt are from Wang Cheng et al., 2018&; data of Chonggenshan basalt are from Wang Cheng et al., 2019&; (a) A1+A2—within plate alkaline basalts; A2—within plate tholeiitic basalts; B—E-MORB; A2+C—within plate tholeiitic basalts; C+D—volcanic arc basalt; D—N-MORB; (b) A—N-MORB; B—E-MORB + within plate basalts; C—within plate alkaline basalts; D—volcanic arc basalts (Hf/Th>3, island arc tholeiite; Hf/Th<3, calc-alkali basalt); (c) A—island arc basalts; B—mid-ocean ridge basalts; C—within plate basalts

朝克烏拉地區(qū)位于大興安嶺南段中生代多金屬成礦帶北部邊緣二連—賀根山一帶，該區(qū)域是華北板塊北部大陸邊緣晚古生代陸緣增生帶與西伯利亞板塊東南邊緣陸緣增生帶結(jié)合部位，為研究古亞洲洋閉合及相應(yīng)古板塊碰撞的熱點(diǎn)地區(qū)。研究區(qū)從古生代至中生代經(jīng)歷了大洋形成、洋殼俯沖、陸陸碰撞或者弧陸碰撞、板內(nèi)演化等復(fù)雜過程，同時(shí)伴生強(qiáng)烈的巖漿活動。古亞洲洋鼎盛時(shí)期存在許多微陸塊，呈現(xiàn)多島小洋盆構(gòu)造格局(唐克東，1992)。賀根山蛇綠巖與南部的索倫山蛇綠巖代表兩個(gè)洋盆體系，中間為錫林浩特地塊隔開，賀根山蛇綠巖為賀根山洋的殘留(童英等，2010；聶鳳軍等，2014)。賀根山蛇綠巖分布有朝克烏拉山、賀根山、崇根山和烏斯尼黑4個(gè)大型及若干個(gè)小型超基性—基性巖塊體，賀根山蛇綠巖配套巖系的玄武巖具備N-MORB和島弧雙重地球化學(xué)屬性，產(chǎn)出于俯沖消減帶弧后盆地環(huán)境，形成時(shí)代為中、晚泥盆世—早石炭世(黃波等，2016；王成等，2018，2019)。早二疊世沿二連—賀根山一線展布大量碰撞后伸展環(huán)境下形成的雙峰式火山巖和A2型花崗巖(施光海等，2004；Zhang Xiaohui et al.，2008；張玉清等，2009；程銀行等，2012；郭喜運(yùn)等，2019)，說明在早二疊世賀根山洋已完成閉合并進(jìn)入造山后演化階段。

晚侏羅世—早白堊世區(qū)域整體處于后造山伸展構(gòu)造環(huán)境已被廣泛認(rèn)可，沿賀根山縫合帶一線展布大量的A2型花崗巖類(袁建國等，2017；王金芳等，2017，2018)，大面積花崗質(zhì)巖漿活動被認(rèn)為與西伯利亞板塊和蒙古—華北板塊間的蒙古—鄂霍次克洋拼合后形成的后碰撞伸展環(huán)境關(guān)系最為密切(黃始琪等，2016)。朝克烏拉—賀根山一帶形成了陸內(nèi)斷陷盆地，盆地內(nèi)發(fā)育有下侏羅統(tǒng)紅旗組(J1h)內(nèi)陸湖盆含煤碎屑巖建造、中侏羅統(tǒng)萬寶組(J2wb)陸相淺湖沉積建造、下白堊統(tǒng)大磨拐河組(K1d)內(nèi)陸湖盆相含煤碎屑巖建造；晚侏羅世—早白堊世區(qū)域上的發(fā)育陸相火山巖(程銀行等，2011，2014)，說明本區(qū)中生代處于伸展構(gòu)造背景下的板內(nèi)演化階段。

本次研究的晚侏羅世—早白堊世輝長巖地球化學(xué)特征兼具N-MORB和島弧雙重特點(diǎn)，具有該特征的巖石通常與島弧構(gòu)造環(huán)境有關(guān)，但與該時(shí)期伸展構(gòu)造背景存在矛盾。巖石的地球化學(xué)性質(zhì)主要反映的是源區(qū)的性質(zhì)和源區(qū)巖石的構(gòu)造環(huán)境，而并非巖石形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境。有研究表明，在后碰撞伸展階段形成的鎂鐵質(zhì)巖石，由于繼承古板片俯沖改造的地幔源區(qū)而往往具有類似于島弧玄武巖的地球化學(xué)組成(EI et al.， 2010)。區(qū)域上廣泛出露的蛇綠巖是賀根山洋洋殼的殘留，存在蛇紋石化橄欖巖類、輝長巖類、玄武巖類等多種巖石類型，這些發(fā)育于陸緣增生部位且具有島弧地球化學(xué)屬性特征巖石的存在可為深部巖漿源區(qū)提供豐富物源。選擇晚侏羅世—早白堊世輝長巖與區(qū)域上的賀根山玄武巖、崇根山玄武巖類比，結(jié)果顯示上述巖石存在較相似的地球化學(xué)特征：① 各主量元素含量相近，同屬拉斑系列巖石(王成等，2018，2019)；② 稀土元素含量相近，其配分曲線同時(shí)表現(xiàn)出與N-MORB相似形態(tài)(圖8a)，微量元素曲線相似程度高(圖8b)；③ 在構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，投影點(diǎn)集中分布在同一區(qū)域，反映的構(gòu)造環(huán)境指向性基本一致(圖12a、b、c)。錫林浩特—東烏旗布設(shè)過長約100 km的大地電磁測深剖面對殼幔電性結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，剖面通過研究區(qū)東部的賀根山超基性巖塊，結(jié)果顯示賀根山縫合帶由兩條巖石圈斷裂控制，寬度約15 km，斷裂間發(fā)育南傾的3個(gè)巨型高導(dǎo)塊體推斷為古亞洲洋殼南向俯沖印記，深大斷裂的存在可為殼幔物質(zhì)的運(yùn)移提供通道(徐新學(xué)等，2011)。故此推斷研究區(qū)晚侏羅世—早白堊世輝長巖具有的島弧印記特征可能為賀根山洋發(fā)育時(shí)期古島弧環(huán)境的反映，輝長巖只是伸展背景下幔源巖漿沿深大斷裂上涌作用的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

(1)通過鋯石U-Pb測年獲得了朝克烏拉地區(qū)輝長巖結(jié)晶年齡為142.6±0.5 Ma、145.1±2.1 Ma，顯示巖石成巖時(shí)代為晚侏羅世—早白堊世，證實(shí)研究區(qū)晚侏羅世—早白堊世存在一期基性巖漿活動。

(2)輝長巖具有低硅、高鎂、高鐵和貧堿富鈉特征，屬于拉斑系列巖石，巖石分異作用極弱，Eu異常不明顯，微量元素中Ba、Ta、Sr、Hf富集，Rb、Th、Nb、P虧損。

(3)巖漿源區(qū)為虧損尖晶石二輝橄欖巖地幔發(fā)生30%以上的部分熔融形成，存在流體影響的地球化學(xué)特征。巖漿在后期演化過程中存在一定程度的分離結(jié)晶作用，地殼混染作用極其微弱。

(4)輝長巖具有的島弧印記特征可能為賀根山洋發(fā)育時(shí)期古島弧環(huán)境的反映，輝長巖只是伸展背景下幔源巖漿沿深大斷裂上涌作用的產(chǎn)物。

致謝：河北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心陸豐工程師在巖礦鑒定方面提供了很大幫助，審稿專家和編輯對本文提出了寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝！

注 釋 / Notes

? 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心．2013．內(nèi)蒙古索倫山—霍林郭勒地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)綜合研究成果報(bào)告．

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì)．1977．1∶20萬巴彥寶力格幅(L-50-XXXII)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告．

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì)．1975．1∶20毛登幅(L-50-XXXIII)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告．

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院．2008．1∶25萬朝克烏拉幅(L50 C 004002)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(修測)報(bào)告．