大興安嶺北部大林河巖體地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義

王建民 ，宿曉明 ，李文龍，李德勝，李國棟

1.黑龍江省自然資源調(diào)查院，黑龍江 哈爾濱 150036；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心黑龍江總隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150036

0 引言

研究區(qū)位于大興安嶺的北部，即興蒙造山帶的東北段，是研究造山帶構(gòu)造演化的重要地區(qū)。在早古生代該地區(qū)經(jīng)歷了古亞洲洋演化，在晚古生代又受北側(cè)的蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體系的影響，在中生代又遭受了蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體系和環(huán)太平洋構(gòu)造體系的疊加與改造[1-2]，因此,給地質(zhì)研究工作帶來很多困難。近年來一些學(xué)者在該地區(qū)地質(zhì)研究取得了許多進(jìn)展[3]，張興洲等[4]將興蒙造山帶劃分為多個(gè)古老微陸塊，由北向南依次劃分為額爾古納陸塊、興安陸塊和松嫩陸塊等。但對于興蒙造山帶是否存在前寒武紀(jì)結(jié)晶基底、是否存在前寒紀(jì)地塊、各地塊的形成時(shí)代等一直存在爭論。筆者通過對大林河巖體形成時(shí)代和構(gòu)造環(huán)境的探討，豐富了額爾古納地塊研究內(nèi)容，為該地塊構(gòu)造演化的研究提供了火成巖方面的證據(jù)。

1 地質(zhì)概況與樣品描述

研究區(qū)位于黑龍江省漠河縣西南大林河北側(cè)一帶，出露地層主要為前寒武系和中生界，其中前寒武系主要為興華渡口巖群，區(qū)域上多在漠河—塔河一帶零星出露。巖性主要為黑云斜長片巖、斜長角閃片巖、斜長角閃巖、大理巖、二云母片巖、石榴石紅柱石白云片巖、二云斜長變粒巖、黑云角閃斜長變粒巖、含石墨片巖等，其形成時(shí)代為中—新元古代。研究區(qū)主要見有新元古代、寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)及早侏羅世等三期侵入巖出露。其中新元古代花崗質(zhì)片麻巖呈殘塊狀分布于寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)、晚三疊世、早侏羅世巖體中(見圖1)。其巖石類型主要為花崗質(zhì)片麻巖、花崗閃長質(zhì)片麻巖等，發(fā)育條帶狀、眼球狀構(gòu)造及礦物拉伸線理，片麻理方向和興華渡口巖群構(gòu)造線方向基本一致呈北西向。該期侵入巖中零星見有興華渡口巖群捕虜體，規(guī)模大小不等，多呈橢圓狀、圓狀，因此二者時(shí)空關(guān)系密切為侵入接觸關(guān)系，并且它們至少有一次共同經(jīng)受了同期變質(zhì)變形。寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)侵入巖呈殘塊狀分布于早侏羅世巖體中，其侵入興華渡口巖群，被早侏羅世、晚侏羅世花崗巖侵入，巖石類型主要有片麻狀花崗巖、片麻狀細(xì)中粒二長花崗巖等，局部發(fā)育條帶狀、眼球狀構(gòu)造及礦物拉伸線理，其片麻理方向?yàn)楸睎|向，與興華渡口巖群及新元古代花崗質(zhì)片麻巖構(gòu)造線方向不同。早侏羅世侵入巖呈巨大的巖基出露，多呈北東向展布，巖石類型主要有細(xì)粒石英(二長)閃長巖、細(xì)中?；◢忛W長巖、中細(xì)粒二長花崗巖、粗中粒二長花崗巖、細(xì)中粒似斑狀二長花崗巖、(中)細(xì)粒正長花崗巖等。在巖體中常見有大小不等的二云斜長變粒巖、黑云斜長片巖、花崗質(zhì)片麻巖、片麻狀花崗巖等捕虜體。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of the study area

本次工作所采樣品位于漠河縣西南大林河北岸編號D9005，坐標(biāo)為：東經(jīng)122°12′13″，北緯52°49′05″，巖性為花崗質(zhì)片麻巖，灰褐—灰綠色，片狀粒狀變晶結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。巖石原巖為花崗巖，遭受變質(zhì)作用，其中黑云母斷續(xù)定向分布具片麻狀構(gòu)造。巖石主要由片狀礦物及粒狀礦物組成，片狀礦物多為黑云母，少量白云母。黑云母體積分?jǐn)?shù)10%～15%，白云母體積分?jǐn)?shù)1%～3%。黑云母：褐色片狀，多色性明顯，平行消光，沿解理縫偶見綠泥石化，總體定向分布；白云母：無色片狀，干涉色鮮艷；粒狀礦物多長石和石英，長石體積分?jǐn)?shù)45%～50%，石英體積分?jǐn)?shù)30%～40%，粒度多為0.2～2.0 mm，其中長石：多為斜長石，少量鉀長石，斜長石呈灰白色、板狀見聚片雙晶，常具環(huán)帶，多為中長石，晶面略臟，具黏土化、絹云母化；鉀長石呈淺肉紅色，可見格子雙晶、條紋結(jié)構(gòu)，多為微斜條紋長石；石英：粒狀，多定向拉長，波狀消光；副礦物：磷灰石。

2 巖石化學(xué)特征

本次采自大林河巖體的硅酸鹽樣品由黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院實(shí)驗(yàn)室完成。其中SiO2及燒失量采用重置法，CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3和FeO采用滴定法，K2O、Na2O和MnO采用原子吸收法，P2O5和TiO2采用分光光度法。巖石化學(xué)特征(見表1)：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在60.68%～72.20%，平均68.11%，屬酸性巖；Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)在13.76%～16.43%，平均14.79%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.75%～3.92%，平均3.30%，K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.16%～5.33%，平均3.99%，Na2O+K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.78%～8.35%，平均7.29%，K2O/Na2O比值0.8～1.77，平均1.25，巖石表現(xiàn)出K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于Na2O的特征。巖石固結(jié)指數(shù)(SI)5.07～19.80，分異指數(shù)(DI)70.31～86.86，SI偏低、DI偏高，說明其巖漿分離結(jié)晶作用較強(qiáng)烈，巖漿分異程度較高。里特曼指數(shù)(σ)平均為2.18，花崗巖堿性程度判別圖中樣品均投到了鈣性區(qū)域但靠近偏堿性區(qū)域，為鈣堿性巖系，(圖2)；在Al2O3-SiO2變異圖中所有樣品均投到低鋁質(zhì)區(qū)，樣品的含鋁性A/CNK值多在0.9～1.1之間，屬低鋁質(zhì)(圖3)。

圖2 花崗巖堿性程度的判別圖解Fig.2 Discrimination diagram of granite alkalinity

圖3 Al2O3-SiO2變異圖 Fig.3 Variation diagram of Al2O3-SiO2

表1 研究區(qū)新元代花崗質(zhì)片麻巖巖石化學(xué)分析結(jié)果及特征參數(shù)表

采自大林河巖體的稀土、微量元素樣品測試由黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院實(shí)驗(yàn)室完成。其中Cs、Hf、Li、Nb、Sc、Ta、Th、Ce、Dy、Er、Eu、Ho、La、Lu、Nd、Pr、Sm、Tb、Tm、Y、Yb采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)進(jìn)行測試，Cr、Ba、Rb、Sr、V采用等離子光譜法(ICP-OES)進(jìn)行測試；Zr采用壓片法X射線熒光光譜法進(jìn)行(XRF)測試。稀土元素特征(見表2、圖4)。稀土元素總量(∑REE)49.86×10-6～150.89×10-6，略低于陸殼平均值(154.7×10-6，黎彤)。反映輕重稀土分餾程度的輕重稀土比值(LREE/HREE)和(La/Yb)N比值分別為2.67～17.89和1.35～22.11，屬于輕稀土元素富集、重稀土元素虧損型。Ce出現(xiàn)較弱的正異常，δEu值在0.75～1.96之間，具弱虧損—富集特點(diǎn)，說明源區(qū)巖漿成分較復(fù)雜，也可能是由于巖漿中斜長石復(fù)雜的結(jié)晶熔融過程導(dǎo)致。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式圖中1號和4號樣品曲線與其它樣品的曲線不十分一致，可能是由于大林河巖體在形成過程混入較多圍巖致使巖石中元素分布不均勻。微量元素(表3、圖5)中大離子親石元素Rb、Ba、U、K、Th等相對富集，大離子不相容元素Nb、Ta、Zr、Ti、P等質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對偏低，其中Nb、P、Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。顯示巖漿源巖成分比較復(fù)雜，這可能是由于侵入巖形成時(shí)其巖漿源區(qū)遭受過俯沖帶流體的交代作用。

圖4 稀土元素/球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖Fig.4 Normalized REE / chondrite distribution pattern

圖5 微量元素蜘蛛網(wǎng)圖Fig.5 Spider web diagram of trace elements

表2 研究區(qū)新元代花崗質(zhì)片麻巖稀土元素分析結(jié)果及特征參數(shù)表

表3 研究區(qū)新元代花崗質(zhì)片麻巖微量元素分析結(jié)果表

3 同位素測年結(jié)果

樣品采自漠河縣西南大林河北岸(圖1)巖性為花崗質(zhì)片麻巖，鋯石挑選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像照射在天津地質(zhì)調(diào)查中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子探針室完成。通過對反射光、透射光和陰極發(fā)光圖像分析，在天津地質(zhì)調(diào)查中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室按照標(biāo)準(zhǔn)測定，采用激光剝蝕等離子體分析技術(shù)(LA-ICP-MS)對鋯石進(jìn)行微區(qū)原位單點(diǎn)U-Pb同位素定年。從樣品分離出的鋯石晶體呈黃色，金剛光澤，透明，個(gè)別晶體內(nèi)可見黑色固相包體，粒徑多在0.01～0.15 mm之間、少量在0.15～0.25 mm之間，柱狀，大部分形態(tài)較完整，晶體棱角分明。鋯石陰極發(fā)光圖像中鋯石多呈長粒狀，個(gè)別呈圓粒狀、碎裂狀，鋯石表面光潔、清晰、發(fā)育晶面，多具振蕩環(huán)帶，具有結(jié)晶鋯石特征，個(gè)別鋯石核部黑色包體，具有一定的規(guī)則晶型(圖6)。數(shù)據(jù)采集位置多處于鋯石核部與邊部過渡位置，年齡測量結(jié)果24個(gè)鋯石點(diǎn)中有22個(gè)點(diǎn)加權(quán)平均值為(720.1±10)Ma(圖7、8)，該年齡應(yīng)為巖石形成時(shí)間，而457 Ma、492 Ma應(yīng)為構(gòu)造熱事件年齡，從說明巖體形成的時(shí)間處于新元古代。

圖6 鋯石陰極發(fā)光像片及年齡Fig.6 Zircon cathodoluminescence photograph and age

圖7 鋯石年齡諧和圖Fig.7 Concordia diagram of zircon U-Pb

圖8 加權(quán)平均直方圖Fig.8 Weighted average histogram

表4 D9005鋯石 U-Pb同位素分析結(jié)果表

續(xù)表4 D9005鋯石 U- Pb 同位素分析結(jié)果表

4 額爾古納地塊變質(zhì)深成巖形成時(shí)代探討

大興安嶺一帶近年來發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)模較小的變質(zhì)深成巖體，其同位測年數(shù)據(jù)多集中在新元古代。在研究區(qū)內(nèi)大林河巖體花崗質(zhì)片麻巖鋯石U-Pb測年為(720.1±10)Ma，該年齡應(yīng)為巖體的形成時(shí)間。李中會等(1)李中會，于祥全，蘇航，等.黑龍江1∶25萬漠河縣幅區(qū)域地質(zhì)報(bào)告 [R].哈爾濱：黑龍江省自然資源調(diào)查院，2010.在研究區(qū)南側(cè)富克山一帶對花崗質(zhì)片麻巖體采用LA-ICP-MS法進(jìn)行鋯石測年，鋯石顯示巖漿鋯石特征，年齡為(802±2)Ma。趙碩等[5-6]在黑龍江大興安嶺漠河—塔河地區(qū)發(fā)現(xiàn)了795～791 Ma花崗巖侵入體，漠河?xùn)|南部發(fā)現(xiàn)了(846±5)Ma花崗巖侵入體。Wu等[7]在塔河地區(qū)發(fā)現(xiàn)了(749±17)Ma和(693±12)Ma兩期花崗巖侵入體，在塔河?xùn)|部十八站一帶發(fā)現(xiàn)了(843±6)Ma花崗巖侵入體。Tang[8](唐杰等) 2013年在額爾古納地區(qū)發(fā)現(xiàn)了(737～851)Ma巖漿侵入事件。在大興安嶺北段奧陶紀(jì)—泥盆紀(jì)沉積建造中碎屑鋯石也存在大量新元古代巖漿鋯石[9-10]。從目前發(fā)現(xiàn)的前寒武紀(jì)侵入巖體的鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)多集中在700～850 Ma之間，出露的侵入體面積較小但分布較廣，而且碎屑鋯石中也存在大量新元古代巖漿鋯石，因此可以認(rèn)為該期構(gòu)造巖漿事件規(guī)模較大，多被后期的古生代、新生代巖漿巖吞噬，多呈捕虜體存于后期的巖體中。有可能在中—新元古代期間額爾古納和興安地塊間的洋殼持續(xù)向北不斷俯沖，形成了規(guī)模巨大的新元古代侵入巖帶，該期巖漿構(gòu)造活動對古元古—中元代時(shí)期形成的興華渡口巖群進(jìn)行了改造，變質(zhì)程度達(dá)到角閃巖相。

5 結(jié)論

(1)大林河巖體進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測年，巖體形成時(shí)間為720 Ma，為新元古代。

(2)大林河巖體巖漿源巖成分比較復(fù)雜，可能是由于侵入巖形成時(shí)期巖漿源區(qū)遭受過俯沖帶流體的交代作用。

(3)中—新元古期間由于額爾古納和興安地塊間的洋殼持續(xù)不斷向北俯沖，在額古納地塊上形成了規(guī)模巨大的新元古代侵入巖帶。