下嘎來奧伊河地區(qū)晚侏羅世正長花崗巖的成因機制

于喜洹， 李新鵬， 陳旭峰, 林澤付, 丁繼雙

(1.黑龍江省自然資源調(diào)查院， 哈爾濱 150036； 2.黑龍江省地球物理地球化學勘查院， 哈爾濱 150036)

0 引 言

大興安嶺北段地區(qū)位于興蒙造山帶東段，以發(fā)育大規(guī)模中生代巖漿巖為特征[1-9]。近年來,中生代火山巖的研究取得了明顯的進展，建立了較為完善的年代學格架，深化了該地區(qū)火山巖的成因和構(gòu)造演化等方面的認識，取得了一定的成果。然而，與火山巖相比，同時代的花崗巖研究相對滯后，尤其是大興安嶺北段呼中地區(qū)分布的中生代花崗巖高精度年代學數(shù)據(jù)和巖石地球化學資料較少。為此，筆者依據(jù)近年區(qū)調(diào)成果[10]，以呼中下嘎來奧伊河地區(qū)正長花崗巖為研究對象，從巖石學、同位素年代學、巖石地球化學、巖漿成因及構(gòu)造環(huán)境等方面進行研究，為大興安嶺北段晚侏羅世巖漿活動及其地球動力學背景提供新的依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

大興安嶺由額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊3個微陸塊及他們之間的構(gòu)造帶拼合而成，主要構(gòu)造帶為喜桂圖—塔源縫合帶和賀根山—二連縫合帶，為3個微陸塊之間的分界線[11-12]。研究區(qū)位于興蒙造山系額爾古納地塊北緣，出露地層有早奧陶—下志留統(tǒng)吉祥溝巖組和晚侏羅世滿克頭鄂博組；侵入巖主要發(fā)育有早侏羅世二長花崗巖和晚侏羅世正長花崗巖、二長花崗巖巖體如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig. 1 Regional geological map for study area

早奧陶—下志留統(tǒng)吉祥溝巖組分布在研究區(qū)下嘎來奧伊河南，巖石類型以變質(zhì)砂巖、變質(zhì)石英砂巖、變質(zhì)長石石英砂巖、大理巖為主。其次為二云母千枚巖、片巖、板巖、糜棱巖等。晚侏羅世滿克頭鄂博組分布在研究區(qū)北部和南東部，為一套陸相酸性火山巖建造，由酸性火山碎屑巖夾流紋巖組成，巖石類型主要有流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r、流紋巖等。早侏羅世二長花崗巖在研究區(qū)內(nèi)廣泛分布，以中細粒二長花崗巖為主。晚侏羅世二長花崗巖在研究區(qū)中部零星出露；晚侏羅世中細粒正長花崗巖主要分布在下嘎來奧伊河北部，巖體形態(tài)不規(guī)則，呈巖株、巖瘤狀產(chǎn)出。

晚侏羅世中細粒正長花崗巖：中細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，石英質(zhì)量分數(shù)為20%～25%，斜長石質(zhì)量分數(shù)為15%～20%、堿性長石質(zhì)量分數(shù)為40%～60%。石英呈他形粒狀，粒徑0.5～3.0 mm細?；偳读睢Ｐ遍L石呈半自形板狀，粒徑1.2～3.2 mm，聚片雙晶細密發(fā)育。堿性長石為微斜條紋長石，他形粒狀，粒徑0.8～3.5 mm，格子雙晶、卡氏雙晶發(fā)育。暗色礦物為角閃石和黑云母，質(zhì)量分數(shù)為2%～10%，角閃石呈粒柱狀，粒度0.4～3.5 mm；黑云母呈片狀，片徑0.1～2.0 mm。晚侏羅世中細粒正長花崗巖宏觀和顯微照片見圖2。

圖2 正長花崗巖照片F(xiàn)ig. 2 Graph of syenite granite

2 分析測試方法

鋯石的單礦物分選、制靶和測試工作由國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(湖北省地質(zhì)實驗測試中心)完成。將破碎后的樣品利用重力分選技術(shù)分選后，采用雙目顯微鏡人工挑選表面光滑、晶形完整、透明度高的鋯石顆粒。將挑選出的鋯石粘貼固定在環(huán)氧樹脂表面，待其固化之后，將鋯石表面打磨拋光至中心。在進行U-Th-Pb同位素測試前，通過陰極發(fā)光圖像(CL圖像)研究鋯石顆粒的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，以選擇最合適的測試分析位置。同位素測試分析采用He為載氣的激光，激光剝蝕方式采用單點剝蝕。測試過程中，每測試5～10個樣品，重復(fù)測定外標鋯石GJ-1和Plesovice對樣品結(jié)果進行矯正，鋯石標準的測定誤差在1%(2σ)以內(nèi)。數(shù)據(jù)處理過程運用ICPMSDatacal程序，鋯石年齡協(xié)和圖像采用Isoplot3.0程序完成。

3 測年結(jié)果

測年樣品采自研究區(qū)內(nèi)下嘎來奧伊河北3.5 km處中細粒正長花崗巖中(D1154)，采樣位置：E122°52′26″、N52°16′08″。對D1154樣品20個鋯石顆粒進行了LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb定年，采樣部位基本位于鋯石的邊部，鋯石分析結(jié)果見表1。鋯石具有較明顯的振蕩環(huán)帶，鋯石中的Th、U質(zhì)量分數(shù)均較高，w(Th)/w(U)比值k在0.47～0.95之間，為典型的巖漿成因鋯石，鋯石諧和與加權(quán)平均年齡見圖3a、3b。該樣品共獲得16個較為諧和的鋯石年齡，記206Pb與238U同位素原子比為λ(206Pb)/λ(238U)，諧和曲線年齡為(157.3±1.5) Ma，加權(quán)平均年齡為(156±1.0) Ma，二者年齡一致，時代為晚侏羅世中期。

表1 黑云母正長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試結(jié)果

圖3 鋯石U-Pb年齡諧和圖與加權(quán)平均年齡Fig. 3 Zircon U-Pb dating harmony and weighted average

4 巖石地球化學特征

4.1 主量元素

晚侏羅世正長花崗巖主量元素分析結(jié)果見表2。w(SiO2)為73.28%～78.10%，平均為75.35%，屬強酸性巖類；w(Al2O3)為11.96%～13.49%；全堿w(Na2O+K2O)為8.09～8.82%，平均為8.34%顯示高硅、高堿特征。w(Na2O)/w(K2O)比值總體小于1，在0.72～1.19之間，平均為0.95，顯示w(K2O)≥w(Na2O)的特征，表明巖石相對富鉀。圖4為晚侏羅世正長花崗巖分類圖解。在w(Na2O)-w(K2O)圖解中(圖4a)，樣品投點多數(shù)落在A型花崗巖區(qū)。固結(jié)指數(shù)為0.20～2.76，固結(jié)指數(shù)偏低。分異指數(shù)為93.34～97.16，分異指數(shù)較高。里特曼指數(shù)σ為1.86～2.55，為鈣堿性巖石。鋁飽和指數(shù)圖解中(圖4b)，記α=w(Al2O3)/w(CaO+K2O+Na2O)，β=w(Al2O3)/w(K2O+Na2O)。樣品投點均在過鋁質(zhì)區(qū)，巖石為過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列的A型花崗巖。

表2 正長花崗巖主量、稀土和微量元素分析結(jié)果

圖4 正長花崗巖分類圖解Fig. 4 Classification diagram of syenite granite

4.2 稀土和微量元素

微量和稀土元素分析結(jié)果見表2，稀土元素標準化配分曲線和微量元素標準化蛛網(wǎng)如圖5所示。

圖5 稀土元素標準化配分曲線和微量元素標準化蛛網(wǎng)Fig. 5 REE element distribution curve and primary mantle trace element spider patterns

稀土總量為91.80×10-6～207.51×10-6，平均值124.61×10-6；反映輕重稀土元素分餾程度的w(LREE)/w(HREE)為4.47～12.40，平均值8.06；球粒隕石標準化稀土元素配分模式為左高右低輕緩右傾曲線模式(圖5a)，巖石輕稀土元素富集、重稀土元素虧損，分餾明顯。在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中(圖5b)，微量元素配分曲線總體為右傾鋸齒型，富集大離子親石元素K、Rb、Ba和高場強元素Hf、Th，高場強元素Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素相對虧損，Nb為負異常通常被認為典型陸殼巖石的標志[13]。

5 討 論

5.1 巖漿成因

由巖漿來源深度(圖6)可知，投影點落入150 km區(qū)域附近。樣品w(SiO2)較高，為73.28%～78.10%，w(Cr)較低，平均值6.9×10-6，為殼源巖石地球化學特征；w(Rb)/w(Sr)值能較好地記錄物質(zhì)的性質(zhì)[14]，w(Rb)/w(Sr)值為1.03～13.00(平均值4.80)，位于殼源巖漿范圍內(nèi)(>0.5)[9]。w(Eu)/w(Sm)為0.04～0.16，平均值0.10；δEu為0.13～0.53，平均值0.33，負異常，說明巖漿源區(qū)有斜長石殘留或斜長石發(fā)生分離結(jié)晶作用。微量元素中Ba、Nb、Ti虧損明顯，相容元素w(Cr)、w(Co)、w(Ni)等較低，這些特征均與地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物相同[15]。分異指數(shù)較高，表明巖石的酸性程度高(巖漿演化程度高)。w(Nb)/w(Ta)比值為7.89～21.56，平均值13.90，大于地殼的w(Nb)/w(Ta)平均值8.30，小于地幔平均值17.70，介于二者之間，具有一定的幔源物質(zhì)特征[16]，表明有少部分幔源物質(zhì)參與成巖過程。由此認為，研究區(qū)正長花崗巖為演化程度較高的部分熔融的地殼物質(zhì)，為殼源巖漿。

圖6 巖漿來源深度圖解Fig. 6 Depth diagram of magma source

5.2 構(gòu)造環(huán)境

在R1-R2構(gòu)造判別圖解中(圖7a)，樣品點多靠近同碰撞花崗巖區(qū)。在花崗巖類型構(gòu)造環(huán)境w(Rb)-w(Yb+Ta)、w(Rb)-w(Y+Nb)判別圖解(圖7b、7c)中，樣品點落入火山弧花崗巖區(qū)并靠近同碰撞花崗巖區(qū)，1個樣品落入同碰撞花崗巖區(qū)(靠近火山弧花崗巖區(qū))。

圖7 構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig. 7 Tectonic discrimination diagram

近年來，隨著蒙古-鄂霍茨克洋存在向南俯沖的確定，越來越多的學者認為，大興安嶺地區(qū)中生代的巖漿活動與蒙古-鄂霍茨克洋閉合后的巖石圈伸展環(huán)境密切相關(guān)[8,12,16-18]。晚古生代末蒙古-鄂霍茨克洋局部發(fā)生俯沖，晚三疊世開始自西向東呈剪刀式閉合。許文良等將蒙古-鄂霍茨克洋在額爾古納地塊西部閉合時間限定為168 Ma，東段最終閉合時間可能持續(xù)到晚侏羅世—早白堊世[1]。研究區(qū)晚侏羅世中期正長花崗巖(156 Ma)形成的動力學背景與蒙古-鄂霍茨克洋自西向東剪刀式閉合有關(guān)，投圖結(jié)果顯示，呼中下嘎來奧伊河地區(qū)正長花崗巖形成于俯沖-同碰撞構(gòu)造環(huán)境，具有從火山弧區(qū)向同碰撞造山區(qū)轉(zhuǎn)換的趨勢。

6 結(jié) 論

(1)呼中下嘎來奧伊河地區(qū)正長花崗巖年齡為(156±1.0) Ma，形成時代為晚侏羅世中期。

(2)研究區(qū)正長花崗巖為具有過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列的A型花崗巖，輕稀土元素富集、重稀土元素虧損，巖體為較高程度演化的部分熔融的地殼物質(zhì)，巖漿源區(qū)為殼源巖漿。

(3)研究區(qū)晚侏羅世中期正長花崗巖的形成與蒙古-鄂霍茨克洋縫合帶閉合有關(guān)，具有從火山弧區(qū)向同碰撞造山區(qū)轉(zhuǎn)換的趨勢。