吉林雙陽石門水庫早三疊世C型埃達(dá)克質(zhì)巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

朱書宏，袁鵬宇，孔凡乾，聶立軍，張?，?李廣鐵，郭道鵬

吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，長春 130022

0 引言

吉林長春雙陽地區(qū)位于中亞造山帶東段，挾持于西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間，西拉木倫河-長春縫合帶東段，古生代的構(gòu)造演化與古亞洲洋的閉合密切相關(guān)，中、新生帶受太平洋構(gòu)造域的疊加和改造，具有復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史。許多研究者認(rèn)為西拉木倫河-長春縫合帶為西伯利亞板塊與華北板塊碰撞拼合的最終位置。古亞洲洋閉合的時(shí)間和閉合后的造山帶演化一直以來都是地質(zhì)學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。古亞洲洋閉合過程中，吉林長春地區(qū)廣泛發(fā)育了一套巖漿巖，并伴隨有大量的構(gòu)造變形作用，為揭示古亞洲洋閉合提供了理想的研究對象。

關(guān)于最終的拼合時(shí)間的討論也有多種觀點(diǎn)，西拉木倫河沿岸雙井地區(qū)同碰撞花崗巖侵位時(shí)間主要集中在晚二疊世—早三疊世[1]，西拉木倫河縫合帶東段吉林地區(qū)同碰撞花崗巖、碰撞相關(guān)的變質(zhì)事件的年齡也集中在二疊紀(jì)末—早三疊世[2-3]?？梢娙B紀(jì)可作為華北板塊與其北側(cè)地塊碰撞拼貼演化的關(guān)鍵時(shí)期[4-5]。本文基于吉林1∶5萬大三家子幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，在石門水庫一帶新識別出的早三疊世花崗閃長巖，對野外采集的樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測定及全巖地球化學(xué)分析，結(jié)合前人的研究成果，查明研究區(qū)三疊世的大陸動(dòng)力學(xué)背景，以期為古亞洲洋的閉合及區(qū)域構(gòu)造演化過程提供重要線索。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)經(jīng)歷了由古亞洲構(gòu)造域向?yàn)I太平洋構(gòu)造域的演化，古亞洲構(gòu)造域演化階段大地構(gòu)造位于柴達(dá)木-華北板塊(Ⅰ)，華北陸塊北部陸緣造山帶(拼接帶)(Ⅱ)(圖1a)，直至晚古生代末期，古亞洲構(gòu)造域演化結(jié)束，歐亞超大陸的形成，研究區(qū)進(jìn)入太平洋板塊與歐亞板塊碰撞發(fā)展的濱太平洋構(gòu)造域發(fā)展階段[6-7]。經(jīng)研究表明，華北板塊北緣在早三疊世發(fā)生了華北板塊和興蒙造山帶的最終碰撞拼合，使得長春-延吉縫合線最終閉合，古亞洲洋徹底消失[8-10]。

1.第四系；2.白堊系火山巖；3.石炭系沉積巖；4.早三疊世似斑狀石英二長閃長巖；5.早三疊世花崗閃長巖；6.中二疊世正長花崗巖；7.中二疊世二長花崗巖；8.花崗閃長巖；9.二長花崗巖；10.石英二長閃長巖；11.斷裂；12.全巖地球化學(xué)分析采樣點(diǎn)。圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)圖(a)和地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Geotectonic division map (a) and geological sketch map (b) of study area

區(qū)內(nèi)出露的最老地層為二疊—石炭系磨盤山組、鹿圈屯組，為一套淺海陸源碎屑-碳酸鹽巖沉積建造。古生代、中生代侵入巖廣泛發(fā)育。古生代侵入巖主要分布在研究區(qū)北部，為一套正長花崗巖、二長花崗巖的巖石組合；中生代以酸性侵入巖為主，巖性為花崗閃長巖、似斑狀石英二長閃長巖，其中花崗閃長巖為本次研究的重點(diǎn)(圖1b)。

2 地質(zhì)特征及樣品采集

花崗閃長巖的巖石新鮮面呈灰白色，細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英、斜長石、堿性長石及黑云母等組成。石英約占20%～25%，局部由于受應(yīng)力作用，見有粒化現(xiàn)象，具波狀消光。斜長石約占50%～55%，呈半自形板狀，粒度0.2～2.0 mm，具聚片雙晶和環(huán)帶結(jié)構(gòu)，局部見有強(qiáng)烈的絹云母化現(xiàn)象。堿性長石約占20%～25%，呈不規(guī)則狀、粒狀，粒度0.2～2.0 mm，具條紋結(jié)構(gòu)。黑云母約占2%～3%，呈片狀(圖2)。巖石中副礦物主要包括磷灰石、磁鐵礦和榍石等。

Pl.斜長石；Bt.黑云母；Q.石英；Afs.堿性長石。圖2 花崗閃長巖鏡下照片F(xiàn)ig.2 Microphotograph of granodiorite

本次研究的樣品采集地點(diǎn)為石門水庫東花崗閃長巖(樣品編號：D7116，采樣位置：43°21′24″N；125°32′30″E)，采集1件同位素年齡樣品，并對鋯石采用LA-ICP-MS方法進(jìn)行U-Pb測定；采集4件全巖地球化學(xué)分析樣品，編號為D7115、D7116、D7075、PmⅠ-7-1，具體采樣位置見圖1b。

3 分析方法

將新鮮巖石樣品破碎至80目，經(jīng)水淘、磁選、顯微鏡人工挑選，最終將晶形好、無裂痕、無包體的鋯石送至內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院分析測試中心完成制靶、照相和測試過程。鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素測定使用NDFZ-002-2017激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀鋯石鈾鉛同位素地質(zhì)年齡測定法(自制方法)，主要儀器為Neptune Plus(NDFZ-S-001)和Geolas HD(NDFZ-FS-011)。激光剝蝕束斑直徑為32 μm，鋯石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為Gj-1和91500，最終鋯石表面年齡計(jì)算及諧和圖的繪制利用ISOPLOT程序完成。

主量、微量和稀土元素分析在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所完成。實(shí)驗(yàn)室將采集新鮮無蝕變的巖石樣品經(jīng)沖洗、機(jī)械破碎至200目進(jìn)行巖石地球化學(xué)分析，主要檢測儀器為X熒光光譜儀(型號XRF-1800)、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(型號X2)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(型號ICP6300)，主量元素測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差2%～5%，微量元素和稀土元素分析精度誤差為5%～10%。

4 鋯石U--Pb年代學(xué)

樣品D7116共測定了28個(gè)單顆粒鋯石，每個(gè)鋯石1個(gè)測點(diǎn)(見表1)，206Pb/238U表面年齡為(242±2.9)Ma～(277±3.4)Ma，大部分年齡集中在(242±2.9)Ma～(250±3.0)Ma，但其中有3個(gè)鋯石年齡集中在260 Ma附近，可能為捕獲晚二疊世巖漿鋯石，剔除5個(gè)年齡較大的鋯石后其加權(quán)年齡為(246.3±1.2)Ma(n=23，MSWD=0.71)(圖3a，虛線為剔除鋯石)。鋯石CL圖像顯示(圖3b)，鋯石晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰且具有明顯的震蕩生長環(huán)帶，結(jié)合鋯石的Th/U比值(0.37～1.13)，表明為巖漿成因。結(jié)合鋯石的巖漿成因特征，認(rèn)為該年齡可以被解釋為巖體的侵位年齡，表明該巖體的侵位時(shí)代為早三疊世。

圖3 花崗閃長巖鋯石U--Pb年齡諧和圖(a)和部分鋯石CL圖像(b) Fig.3 Zircon U--Pb concordia diagrams of granodiorite (a) and part of CL images (b)

5 巖石地球化學(xué)特征

花崗閃長巖樣品主量、稀土及微量元素分析結(jié)果見表2。主量元素ω(SiO2)為68.84%～70.10%，平均值69.39%；ω(Al2O3)為15.23%～15.95%，平均值15.56%；ω(K2O)為2.88%～3.46%，平均值3.27%；ω(Na2O)為4.45%～4.68%，平均值4.52%；ω(CaO)為2.01%～2.33%，平均值2.12%；ω(MgO)為0.71%～0.76%，平均值0.73%；總體化學(xué)成分顯示出富鈉貧鈣鎂的特點(diǎn)。在ω(SiO2)-ω(K2O)圖解(圖4a)中樣品落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域； A/CNK為1.03～1.07，在鋁過飽和指數(shù)圖解(圖4b)中落入過鋁質(zhì)區(qū)域。綜上所述，巖體屬弱過鋁高鉀鈣堿性系列。

表2 花崗閃長巖常量元素(%)、稀土元素(10-6)和微量元素(10-6)分析結(jié)果

圖4 花崗閃長巖ω(SiO2)--ω(K2O)圖解(a)和鋁飽和指數(shù)圖解(b)Fig.4 Diagrams of ω(SiO2)-ω(K2O)(a)and A/NK-A/CNK(b)for granodiorite

稀土總量為(119.26～154.65)×10-6，為富集型，L/H值為14.85～16.20，(La/Yb)N值為18.79～21.37，顯示出輕稀土富集，重稀土虧損。(La/Sm)N值為3.90～5.53，輕稀土分餾程度高。(Gd/Yb)N值為2.27～2.68，重稀土分餾較弱。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式曲線(圖5a)為向右傾斜的Eu弱負(fù)異常(δEu=0.77～0.92)型，顯示出輕稀土分餾明顯、重稀土分餾不明顯且明顯虧損的特征。

微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖5b)，花崗閃長巖總體上具有富集大離子親石元素(LILE)Ba、Th、U，高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb虧損，P負(fù)異常的特征，高場強(qiáng)元素(HFSE)相對大離子親石元素(LILE)虧損，反映了島弧巖漿巖的特征，也暗示巖漿應(yīng)起源于地殼巖石。

圖5 花崗閃長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution patten(a)and primitive mantle-normalized trace elements spidergram(b) of granodiorite

6 討論

6.1 巖石類型及源區(qū)

早三疊世花崗閃長巖具有較高的SiO2含量(68.84%～70.10%，≥56%)、 Al2O3含量(15.23%～15.95%，≥15%)、Na2O含量(4.45%～4.68%，≥3.5%)和Sr含量(637.6×10-6～717.7×10-6，≥400×10-6)和Sr/Y比值(61.18×10-6～98.32×10-6)，較低的MgO含量(0.71%～0.76%，<3%)、Y含量(7.30×10-6～10.60×10-6，<18×10-6)、Yb含量(0.71×10-6～1.09×10-6，≤1.9×10-6)，較弱的δEu的負(fù)異常(0.77～0.92)，富集LREEs，虧損HREEs，La/Yb比值為18.79～21.37，均顯示出埃達(dá)克質(zhì)巖的地球化學(xué)特征[13]。同時(shí)在YbN-(La/Yb)N(圖6a)和Y-Sr/Y(圖6b)圖解中，花崗閃長巖的地球化學(xué)樣品均落入埃達(dá)克質(zhì)巖區(qū)域。

埃達(dá)克質(zhì)巖最早由Defant和Drummond在研究太平洋阿留申群島埃達(dá)克島新生代英安巖的成因機(jī)制時(shí)提出，是指一套具有一定地球化學(xué)特征的中酸性火山巖或侵入巖組合[11]。此后中國埃達(dá)克巖嚴(yán)格按照Defant的定義得到了廣泛推廣，其中張旗等對中國東部地區(qū)的研究認(rèn)為，中國東部燕山期廣泛分布著埃達(dá)克質(zhì)巖，特別是華北地臺及其周邊地區(qū)[12]。近年來研究表明，埃達(dá)克巖有兩種成因模式，一是俯沖洋殼板片的部分熔融[13-16]，即O型埃達(dá)克巖[12]；二是增厚下地殼/拆沉下地殼部分熔融[17-21]，即C型埃達(dá)克巖[12]。

圖6 花崗閃長巖YbN--(La/Yb)N(a)和ω(Y)/10--6--Sr/Y(b)圖解 Fig.6 Diagram of YbN--(La/Yb)N(a)and ω(Y)/10-6--Sr/Y(b)for granodiorites

與俯沖洋殼板片的部分熔融相關(guān)埃達(dá)克質(zhì)巖的形成機(jī)制主要變現(xiàn)為較低的K含量和Rb/Sr比值(0.04～0.05)、較高的Mg#值(Mg#>47)和Cr含量(Cr>36×10-6)等地球化學(xué)特征[13,22]，而研究區(qū)中早三疊世花崗閃長巖為弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖，具有較高的K2O含量(2.88%～3.46%)和Rb/Sr比值(0.08～0.12)、較低的Mg#值(34.47～35.55)和Cr含量(4.86×10-6～5.25×10-6)，明顯不同于俯沖洋殼部分熔融形成的埃達(dá)克質(zhì)巖。有研究資料表明，假如熔體在沒有地幔物質(zhì)參與作用的巖漿演化過程中，而是由增厚下地殼的部分熔融形成，其地球化學(xué)特征表現(xiàn)為ω(MgO)<2.5%(0.71%～0.76%)、Mg#<50(34.47～35.55)、ω(Cr)<36×10-6(4.86×10-6～5.25×10-6)、Rb/Sr比值0.01～0.40(0.08～0.12)[23-24]，而吉林雙陽花崗閃長巖的地球化學(xué)特征與增厚下地殼形成的埃達(dá)克質(zhì)巖熔體相似，同時(shí)在埃達(dá)克質(zhì)巖成因判別SiO2-TiO2、SiO2-Th、SiO2-Al2O3、SiO2-Th/Ce(圖7a～d)圖解中，樣品大多落在增厚下地殼形成的埃達(dá)克質(zhì)巖區(qū)域，由此表明該巖體不可能有拆沉下地殼物質(zhì)部分熔融而來。因此，吉林雙陽花崗閃長巖應(yīng)為加厚下地殼的部分熔融而形成的C型埃達(dá)克質(zhì)巖石。

(a)ω(SiO2)-ω(TiO2)；(b)ω(SiO2)-ω(Th)；(c)ω(SiO2)-ω(Al2O3)；(d)ω(SiO2)-Th/Ce.圖7 埃達(dá)克質(zhì)巖成因判別圖解Fig.7 Origin discrimination diagrams of adakitic rocks

6.2 巖漿活動(dòng)及構(gòu)造演化

區(qū)域上看西拉木倫縫合帶(圖1a中蛇綠混雜巖帶)兩側(cè)古生代—中生代(260～245 Ma)巖漿活動(dòng)較為強(qiáng)烈，華北板塊北緣石炭紀(jì)—中二疊世巖漿呈近東西向帶狀展布的特點(diǎn)[25]，而早三疊世巖漿巖多為局部產(chǎn)出，但具有一定的線性分布。研究區(qū)早三疊世花崗閃長巖為弱過鋁質(zhì)C型埃達(dá)克質(zhì)巖石，一般情況下，弱過鋁質(zhì)花崗巖既可以形成于造山帶-陸碰撞加厚的擠壓環(huán)境下，也可以形成于伸展拉張環(huán)境[26-27]，但在區(qū)中并未有同時(shí)代其他中基性或基性-超基性巖石的存在，明顯不同于拉張環(huán)境下由基性端元和酸性端元巖石組成的雙峰式組合，表明該期花崗巖不可能形成于伸展拉張環(huán)境下。在Pearce et al.[28]的Y-Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖8a)，這些高鉀鈣堿性系列巖石均落在島弧火山巖區(qū)(VAG+syn-COLG)，而在ω(Yb+Ta)-ω(Rb)構(gòu)造環(huán)境判別圖解上(圖8b)，均落在火山弧(VAG)中，上述說明該期花崗巖形成于碰撞型的大規(guī)模造山環(huán)境下。

圖8 花崗閃長巖ω(Y)--ω(Nb)(a)和ω(Y+Ta)--ω(Rb)圖解Fig.8 Diagrams of ω(Y)--ω(Nb) (a) and ω(Y+Ta)-ω(Rb) (b) for granodiorite

上文已經(jīng)指出該期C型埃達(dá)克質(zhì)巖形成于加厚下地殼的部分熔融，而地殼加厚可以存在以下3種構(gòu)造環(huán)境下：①活動(dòng)陸緣地殼加厚地區(qū)；②板塊碰撞導(dǎo)致的地殼加厚地區(qū)；③高原底部[29]。吉林中部地區(qū)中、晚二疊世侵入巖的研究資料表明中二疊世俯沖洋殼已經(jīng)消失，晚二疊世處于俯沖板片斷離的造山后伸展環(huán)境[30]，因此研究區(qū)不可能處于活動(dòng)陸緣的地殼加厚環(huán)境下；同時(shí)研究區(qū)也不可能在很短時(shí)間內(nèi)由中二疊世的擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)換為早三疊世的高原，前人資料中也從未見有該區(qū)曾經(jīng)處于高原地區(qū)的報(bào)道。因此，研究區(qū)C型埃達(dá)克巖形成于晚二疊世—早三疊世板塊碰撞導(dǎo)致的地殼加厚地區(qū)。

7 結(jié)論

(1)石門水庫花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(246.3±1.2)Ma，表明該巖體的侵位時(shí)代為早三疊世。

(2)巖體具有較高的Na2O、Sr含量和較低的MgO、Y、Yb含量，輕稀土富集，重稀土強(qiáng)烈虧損，δEu弱負(fù)異常，屬于C型埃達(dá)克巖。

(3)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，筆者認(rèn)為早三疊世花崗閃長巖(246.3±1.2)Ma是華北板塊與其北側(cè)板塊碰撞導(dǎo)致的增厚下地殼部分熔融的產(chǎn)物。