牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖鋯石U－Pb年代學(xué)特征及地質(zhì)意義

趙亮亮，徐福忠，張 巖，倪 斌，馬曉輝

1.中國(guó)冶金地質(zhì)總局 礦產(chǎn)資源研究院，北京100025；2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局 地球物理勘查院，河北 保定071051

0 引言

黑龍江雜巖位于佳木斯地塊與松嫩地塊之間，為板塊拼合過(guò)程中形成的構(gòu)造混雜巖，由不同時(shí)代、不同成因和不同構(gòu)造背景的巖石構(gòu)造混雜而成，屬于典型的由地體俯沖拼帖而形成的高壓變質(zhì)帶之一［1-3］.巖石主要出露在黑龍江省東部的牡丹江－穆棱、依蘭－樺南及蘿北-嘉蔭等地區(qū)，沿牡丹江斷裂呈南北向帶狀分布于佳木斯地塊西緣（圖1）.

圖1 佳木斯地塊和牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖①黑龍江省地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì).1∶20萬(wàn)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告（牡丹江幅）.1977.（據(jù)文獻(xiàn)［18］修改）Fig.1 Geological sketch maps of Jiamusi massif and Heilongjiang complex in Mudanjiang area①（Modified from Reference［18］）

傳統(tǒng)上，這套組合被視為正常的變質(zhì)地層單元，為佳木斯地塊的重要組成部分，時(shí)代置于太古宙、古元古代或中元古代［4-7］.20世紀(jì)90年代初，張興洲［8］提出，“黑龍江群”不是正常的變質(zhì)地層，而是一套混有解體蛇綠巖殘塊，并經(jīng)歷了藍(lán)片巖相變質(zhì)作用的構(gòu)造混雜巖，是佳木斯地塊與西部松嫩地塊拼合的標(biāo)志.目前，雖然對(duì)其作為一套與俯沖增生有關(guān)的構(gòu)造混雜巖的認(rèn)識(shí)是一致的［3-5，8-21］，但是對(duì)其形成時(shí)代認(rèn)識(shí)尚不統(tǒng)一：黑龍江下亞群獲得全巖U－Pb等時(shí)線(xiàn)年齡值922 Ma，時(shí)代為中元古代［7］；李錦軼等［11］根據(jù)牡丹江地區(qū)中基性侵入變質(zhì)雜巖的鋯石蒸發(fā)法207Pb/206Pb年齡（388±45 Ma），推測(cè)黑龍江雜巖的原巖形成時(shí)代上限不晚于泥盆紀(jì)；Wu等［17］認(rèn)為，原黑龍江群可能代表了侏羅紀(jì)的增生雜巖；周建波等［18］根據(jù)黑龍江雜巖中綠簾藍(lán)閃鈉長(zhǎng)片巖SHRIMP鋯石U－Pb年齡240～300 Ma和長(zhǎng)英質(zhì)片巖SHRIMP鋯石U－Pb年齡240～338 Ma，認(rèn)為佳木斯地塊向西俯沖的時(shí)代主體為印支期，陸－陸拼貼及碰撞過(guò)程主要為晚印支期，并可持續(xù)到早侏羅世；李旭平等［20-21］認(rèn)為，274.7±3.2 Ma的石榴子石云母鈉長(zhǎng)片巖和256.0±1.0 Ma的含云母綠簾角閃巖是佳木斯地塊與松嫩地塊俯沖碰撞過(guò)程中，不同階段或不同時(shí)期的產(chǎn)物.因此，黑龍江雜巖年代屬性如何仍然是個(gè)尚未清楚的問(wèn)題.

本文通過(guò)對(duì)牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖鋯石LA－ICPMS U－Pb微區(qū)定年，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景分析，對(duì)黑龍江雜巖形成時(shí)代及恢復(fù)黑龍江雜巖演化歷史與時(shí)代提供新的證據(jù)，為深入認(rèn)識(shí)佳木斯地塊的組成和構(gòu)造演化提供依據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

佳木斯地塊位于黑龍江省東部.大地構(gòu)造位置處于中亞造山帶東端，其東與西太平洋構(gòu)造域的中生代地體增生區(qū)相接（圖1a）.地塊西以牡丹江斷裂為界與松嫩地塊相鄰，東以躍進(jìn)山斷裂為界與完達(dá)山地體相連，南以敦密斷裂為界與興凱地塊相隔，向北延入俄羅斯境內(nèi)（圖1b）.

構(gòu)成佳木斯地塊的變質(zhì)巖系由麻山群和黑龍江群組成（圖1c）.麻山群是一套經(jīng)歷了角閃巖相－麻粒巖相變質(zhì)的表殼巖系，主要巖石類(lèi)型有長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石墨片巖、夕線(xiàn)石榴片麻巖、大理巖及輝石麻粒巖等，其主體相當(dāng)于孔茲巖系，時(shí)代置于古元代古或太古宙［5，7，22-23］.近年來(lái)，鋯石SHRIMP U－Pb測(cè)年表明麻山群變質(zhì)年齡和伴生的片麻狀花崗巖的年齡為500 Ma左右，屬于泛非期高級(jí)變質(zhì)事件［14-16，24-25］.在后續(xù)的相關(guān)研究中雖然對(duì)這一事件是否與泛非事件有關(guān)還有不同的認(rèn)識(shí)，但佳木斯地塊麻粒巖相變質(zhì)作用發(fā)生在早古生代早期，而非早前寒武紀(jì)的認(rèn)識(shí)已基本取得共識(shí)［14-16，19，26-27］.

黑龍江雜巖沿牡丹江斷裂呈近南北向帶狀斷續(xù)分布于佳木斯地塊西緣，主要出露于蘿北－嘉蔭、依蘭－樺南和牡丹江等地.黑龍江雜巖主要包括巖塊（片）和基質(zhì)兩個(gè)部分.基質(zhì)主要為一套強(qiáng)烈變形的長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖，巖塊主要由具蛇綠巖性質(zhì)的蛇紋石化橄欖巖、變輝長(zhǎng)巖、變玄武巖、藍(lán)片巖、硅質(zhì)巖、大理巖組成，各巖塊常呈塊狀、透鏡狀產(chǎn)出［5，8-10］.傳統(tǒng)上，這套組合被視為佳木斯地塊上的正常變質(zhì)地層單元，時(shí)代置于早前寒武紀(jì)［7］.20世紀(jì)90年代，張興洲等［8-9］、曹熹等［5］就曾提出，所謂的黑龍江群不是一套正常的變質(zhì)地層單元，而是由不同時(shí)代、不同變質(zhì)特征、不同構(gòu)造背景巖石形成的構(gòu)造混雜體.在蘿北和依蘭的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)奧陶紀(jì)放射蟲(chóng)化石，在牡丹江地區(qū)黑色頁(yè)巖中發(fā)現(xiàn)幾丁蟲(chóng)化石，基性巖類(lèi)中保存有大量的變余枕狀構(gòu)造，證明了原黑龍江群中含有洋殼成分，因此確定原黑龍江群應(yīng)為俯沖拼貼過(guò)程中形成的具有類(lèi)似蛇綠巖層序的混雜巖帶.

牡丹江地區(qū)的黑龍江雜巖由基質(zhì)（約占70%）和分布于其中的各種巖塊（約占30%）所組成.巖系的基質(zhì)由長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖和石英糜棱片巖組成，其原巖為一套由雜砂巖、亞雜砂巖沉積組成的沉積巖，形成于活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境.巖塊主要為超基性巖塊、變質(zhì)基性熔巖、變硅質(zhì)巖.該雜巖為一套綠片巖相到角閃巖相變質(zhì)的火山－沉積建造.

2 樣品特征

本次研究的樣品采自牡丹江磨刀石鎮(zhèn)北東側(cè)，采樣點(diǎn)的位置如圖1c，巖性為長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖（圖2）.巖石為殘斑或變斑狀結(jié)構(gòu)，葉理構(gòu)造發(fā)育.主要成分為：殘斑碎斑狀鈉長(zhǎng)石（40%～45%）、石英（30%～35%）、白云母（15%～20%）、綠簾石（5%）以及少量電氣石等組成.鈉長(zhǎng)石為該巖石類(lèi)型的主要組成礦物（圖2b），多呈斷續(xù)的條帶狀分布，具有明顯的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶特點(diǎn).部分長(zhǎng)石具有變斑晶性質(zhì)，斑晶中的包裹物排列方向與基質(zhì)葉理方向一致，連續(xù)貫通.礦物變形強(qiáng)烈，排列具定向性，與構(gòu)造葉理方向一致.從巖性看，此樣品的原巖很可能是沉積巖或火山碎屑巖.野外構(gòu)造和顯微結(jié)構(gòu)表明，巖石經(jīng)歷了糜棱巖化作用.

圖2 長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖野外照片和顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.2 Outcrop and microstructure photographs of felsic mylonite

3 分析方法

樣品用常規(guī)方法粉碎，并用浮選和磁選方法進(jìn)行分選，然后在雙目鏡下挑選出晶型和透明度較好的鋯石顆粒.將挑選出的鋯石顆粒和標(biāo)準(zhǔn)鋯石一起粘貼在雙面膠帶上，并灌入環(huán)氧樹(shù)脂制成樣靶，切制打磨使鋯石能夠露出1/2的范圍，之后拋光清洗將待測(cè)鋯石做透射光、反射光顯微照相，以觀(guān)察其拋光面有無(wú)裂隙及包裹體等.然后在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室通過(guò)JEOL掃描電子顯微鏡獲得鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像，通過(guò)對(duì)鋯石陰極發(fā)光圖像分析，選擇吸收程度均勻的區(qū)域進(jìn)行分析測(cè)試.

鋯石LA－ICP－MS U－Pb同位素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Agilent7500a ICP－MS儀器上用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定程序進(jìn)行.應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為計(jì)算U－Pb同位素的外標(biāo)，其參考值加權(quán)平均206Pb/238U年齡為1 065.4±0.6 Ma，標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA1作為未知樣品測(cè)定獲得的年齡為415±4 Ma（MSWD＝0.112，n＝24），該鋯石的ID－TIMS年齡為416.75±0.24 Ma［28］.元素含量的計(jì)算采用硅酸鹽玻璃NIST SRM 610為外標(biāo)，91Zr為內(nèi)標(biāo).激光束的束斑為30 μm.詳細(xì)儀器參數(shù)及分析技術(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)［29］.原始數(shù)據(jù)使用ICPMS DataCal7.2軟件進(jìn)行處理.實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)采用文獻(xiàn)［30］的方法進(jìn)行同位素比值的校正，以扣除普通Pb的影響.鋯石的U－Pb年齡結(jié)果使用Isoplot3.0軟件［31］計(jì)算.

4 測(cè)試結(jié)果

對(duì)出露于黑龍江省東部牡丹江地區(qū)長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖中的鋯石進(jìn)行了LA－ICP－MS U－Pb定年研究，顯微鏡下鋯石呈無(wú)色透明或略具淺黃色，其形態(tài)主要為半自形柱狀至圓形，鋯石粒度約為50～80 μm，長(zhǎng)∶寬＝1∶1～3∶1.CL研究結(jié)果顯示所測(cè)鋯石主要呈自形晶和半自形晶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰.這些鋯石多數(shù)發(fā)育震蕩環(huán)帶，主體顯示為巖漿成因（圖3a）；部分鋯石顆粒顯示昏暗色調(diào)，具弱分帶或面狀分帶，可能為后期重結(jié)晶作用影響所致.

本研究對(duì)樣品鋯石進(jìn)行了37次分析（表1），測(cè)試結(jié)果顯示年齡數(shù)據(jù)平均分布在諧和線(xiàn)附近（圖3be），并得到年齡介于252～2 369 Ma.鋯石的Th/U比值為0.01～1.67，變化較大.具體年齡分布情況如下：22顆鋯石年齡分布在（252±26）～（275±3）Ma之間，鋯石U－Pb年齡諧和度高，集中度較好，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為269±1.9 Ma（MSWD＝0.93）；9顆鋯石年齡分布在（490±18）～（518±5）Ma之間，鋯石U－Pb年齡諧和度較高，集中度較好，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為509.4±7.1 Ma（MSWD＝1.3）；有2顆鋯石的同位素年齡大于1.0 Ga，其207Pb/206Pb諧和年齡分別為2 420±71、2 459±60 Ma，為典型的古元古界年齡（圖3f）.

表1 黑龍江雜巖樣品（10MD－07）鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡數(shù)據(jù)表Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating data of Heilongjiang complex sample 10MD－07

5 討論

5.1 黑龍江雜巖的形成時(shí)代

傳統(tǒng)上黑龍江群被認(rèn)為形成于元古宙，為含藍(lán)閃－綠片巖礦物組合的高壓型綠片巖相變質(zhì)巖系［7］.20世紀(jì)90年代以來(lái)，眾多學(xué)者［3-5，8-13］對(duì)黑龍江雜巖進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)研究，明確提出了原黑龍江群是由不同時(shí)代、不同變質(zhì)特征、不同構(gòu)造背景巖石形成的構(gòu)造混雜體，形成時(shí)代為早古生代.近年來(lái)，Wu等［17］則認(rèn)為黑龍江群可能代表了一個(gè)侏羅紀(jì)的增生雜巖.周建波等［18］認(rèn)為黑龍江雜巖形成于三疊紀(jì)前后［18，27］.綜上，目前對(duì)黑龍江雜巖形成時(shí)代依然存在不同認(rèn)識(shí).

牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖中長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖37次鋯石測(cè)年的諧和年齡顯示，諧和年齡主要分布在兩個(gè)區(qū)間（圖3），其中最年輕一組年齡區(qū)間為252～275 Ma，峰期年齡為271 Ma.同時(shí)該組年齡碎屑鋯石晶形呈半自形或自形，CL圖像具有清晰的振蕩環(huán)帶，并具有高Th/U比值（0.01～1.67，平均大于0.4），具有巖漿鋯石典型特征，說(shuō)明來(lái)自巖漿巖的物源區(qū).以上結(jié)果表明黑龍江雜巖長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖原巖主體形成時(shí)代應(yīng)該小于252 Ma，而275 Ma的年齡應(yīng)該代表其形成的上限年齡.

圖3 黑龍江雜巖中長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖的鋯石CL圖像和LA－ICP－MS U－Pb年齡Fig.3 CL image and LA-ICP-MS U-Pb dating of the zircons from felsic mylonite in Heilongjiang complex

此外，結(jié)合在牡丹江磨刀石地區(qū)長(zhǎng)英質(zhì)片巖中獲得峰期261 Ma的SHRIMP碎屑鋯石年齡［17］，在穆棱地區(qū)石英片巖中獲得244～254 Ma的LA－ICP－MS UPb碎屑鋯石年齡［32］，以及在樺南地區(qū)石榴石云母鈉長(zhǎng)片巖中獲得峰期274 Ma的LA－ICP－MS U－Pb碎屑鋯石年齡［20］，說(shuō)明區(qū)域上黑龍江雜巖基質(zhì)中碎屑鋯石年齡在誤差范圍內(nèi)相一致，表明黑龍江雜巖基質(zhì)主體沉積時(shí)代為晚二疊世，而不是先前認(rèn)識(shí)的元古宙.

5.2 牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖的鋯石年齡譜

黑龍江雜巖樣品鋯石的LA－ICP－MS年代學(xué)除了峰期年齡為271 Ma一組外，在490～518 Ma的年齡區(qū)間，在諧和圖上為一組特征年齡；另外還存在兩個(gè)古元古代鋯石年齡（分別為2 420±71和2 459±60 Ma）.

上述黑龍江雜巖的鋯石年齡峰期與佳木斯地塊區(qū)域巖漿事件存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.其中252～275 Ma（峰期年齡為271 Ma）對(duì)應(yīng)佳木斯地塊與周?chē)鷫K體或佳木斯地塊內(nèi)部塊體間的拼合作用有關(guān)的晚古生代花崗巖.目前在佳木斯地塊上發(fā)育大量的二疊紀(jì)巖漿巖，對(duì)牡丹江以北的柴河、青山巖體和雞西地區(qū)的石場(chǎng)巖體等4個(gè)巖體的SHRIMP U－Pb年代學(xué)研究顯示其形成時(shí)代為270～254 Ma［26，33-34］，均為二疊紀(jì)晚期至三疊紀(jì)早期的產(chǎn)物.同時(shí)沿著張廣才嶺—小興安嶺一側(cè)，發(fā)育巨量的中生代巖漿巖，其時(shí)代主體為三疊紀(jì)前后［16，33］.這些巖漿巖的特點(diǎn)說(shuō)明黑龍江雜巖主要物源區(qū)的主體應(yīng)為分布在佳木斯地塊內(nèi)部及附近的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)前后的巖漿巖.物源區(qū)距佳木斯地塊西南緣牡丹江地區(qū)的距離較近，因而該地區(qū)的黑龍江雜巖保留了大量的原巖信息.主要分布在490～518 Ma的年齡（峰期年齡為497 Ma）與佳木斯地塊基底的麻山雜巖的時(shí)代相一致.Wilde等［3，15，24］從變形的花崗片麻巖中獲得502±10 Ma和（515±8）～（523±8）Ma鋯石SHRIMP U－Pb年齡.以上數(shù)據(jù)說(shuō)明佳木斯地塊的基底組成巖石也曾作為黑龍江雜巖的重要物源區(qū).另外兩顆古元古代鋯石年齡——分別為2 420±71和2 459±60 Ma——來(lái)自較老的鋯石核部，有相對(duì)較低的U、Th含量和較高的Th/U比值，具有典型巖漿鋯石特點(diǎn).這些年齡結(jié)果顯示，黑龍江雜巖主要來(lái)源于佳木斯地塊區(qū)及周緣地塊.

5.3 大地構(gòu)造意義

黑龍江雜巖由基質(zhì)和巖塊兩部分組成.基質(zhì)主體為長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖，約占黑龍江雜巖的70%，其原巖為一套由雜砂巖、亞雜砂巖組成的沉積巖，形成于活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境［10］.牡丹江地區(qū)的黑龍江雜巖中的變基性巖以形成于大洋板塊內(nèi)的洋中脊型玄武巖為主［27］.此外，在牡丹江地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量具枕狀構(gòu)造的變玄武巖，以及在黑龍江雜巖中普遍含有的富錳硅質(zhì)巖，特別是含幾丁蟲(chóng)等微體化石的千枚巖的發(fā)現(xiàn)［11］，說(shuō)明黑龍江增生雜巖具有變質(zhì)蛇綠混雜巖的特點(diǎn)，代表了板塊拼合帶的物質(zhì)組成［10］.

本文黑龍江雜巖中最老年齡2 420、2 459 Ma的研究結(jié)果說(shuō)明有來(lái)自古元古代的物質(zhì).其中獲得的500 Ma峰期年齡，與佳木斯地塊結(jié)晶基底——麻山群高級(jí)變質(zhì)作用年齡相一致，表明黑龍江群具有泛非期高級(jí)變質(zhì)作用事件的碎屑鋯石，即有新元古代—早古生代造山作用的記錄.而獲得的最為顯著的峰期271 Ma碎屑鋯石年齡，被認(rèn)為是長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖原巖形成的上限年齡.該年齡與牡丹江磨刀石、穆棱以及樺南地區(qū)的黑龍江雜巖分布區(qū)長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖基質(zhì)中的碎屑鋯石年齡相一致［17，20，32］，表明黑龍江雜巖基質(zhì)主體沉積時(shí)代為晚二疊世.這與代表西拉木倫—長(zhǎng)春—延吉縫合帶的最終閉合時(shí)間——吉林大玉山花崗巖（248±4 Ma）形成時(shí)代相一致［35］，可能為古亞洲洋閉合的產(chǎn)物.另外，Zhou等［19］在牡丹江磨刀石地區(qū)獲得大洋中脊型變玄武巖213和224 Ma鋯石年齡，依蘭地區(qū)獲得洋島型藍(lán)片巖258和259 Ma鋯石年齡；呂長(zhǎng)祿等［32］在依蘭地區(qū)獲得變玄武巖243 Ma及堆晶輝長(zhǎng)巖251和252 Ma鋯石年齡.這些年齡資料說(shuō)明，佳木斯地塊與松嫩地塊之間的洋盆在二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)初（274～213 Ma）依然存在.

6 結(jié)論

（1）黑龍江雜巖長(zhǎng)英質(zhì)糜棱巖原巖主體形成時(shí)代應(yīng)該小于252 Ma，而峰期271 Ma的年齡應(yīng)該代表其形成的上限年齡，表明黑龍江雜巖變形基質(zhì)形成于二疊紀(jì)晚期之后.

（2）獲得兩組鋯石年齡（峰期271 Ma、509 Ma），表明黑龍江雜巖主要來(lái)源于佳木斯地塊區(qū)及周緣地塊.