大興安嶺中段央格力雅山地區(qū)扎文河巖體地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

張順新，胡緒云，姜魁，肖亮，黃新華，何立斌

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊(duì)， 湖南 婁底 417000)

0 引言

扎文河巖體位于大興安嶺中段央格力雅山地區(qū)，該區(qū)發(fā)育大量早白堊世、中二疊世、早石炭世侵入巖，前人研究主要集中于早白堊世、中二疊世侵入巖，如央格力雅山早白堊世中酸性巖(王嘉星等，2019)，諾敏地區(qū)二疊紀(jì)花崗巖(梁科偉等，2012)，但早石炭世扎文河巖體地球化學(xué)特征(邱家驤和林景仟，1991)、構(gòu)造背景及巖石成因等方面研究程度較低。本文通過對(duì)扎文河巖體的巖石學(xué)與地球化學(xué)特征等方面進(jìn)行研究，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)大興安嶺中段晚古生代時(shí)期巖漿活動(dòng)和構(gòu)造演化提供依據(jù)和線索。

1 區(qū)域地質(zhì)概況和巖石學(xué)特征

圖1 東北地區(qū)構(gòu)造劃分簡圖(a，據(jù)鄭涵，2019)，大興安嶺央格力雅山地區(qū)地質(zhì)簡圖(b)

大興安嶺中段在大地構(gòu)造位置上處于中亞造山帶東段，以塔源—喜貴圖縫合帶與賀根山—黑河縫合帶為界自北向南依次劃分為額爾古納地塊、興安地塊和松嫩地塊(圖1a)。研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的大興安嶺東麓，構(gòu)造上屬于額爾古納地塊與興安地塊的接合部位。額爾古納地塊呈北東向展布，并在南部與蒙古境內(nèi)的Ereendavaa地塊相連，北部與俄羅斯境內(nèi)的Gonzha地塊相連。額爾古納地塊的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底主要由出露于地塊北西部的中—新元古代花崗質(zhì)巖石、上元古界興華渡口群和加疙瘩組變質(zhì)沉積物以及前寒武紀(jì)晚期漠河雜巖等巖石序列構(gòu)成(Tang et al.，2013)。地塊內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，可劃分為早古生代、晚三疊世—早侏羅世和白堊世三個(gè)主要階段(唐杰，2016)。興安地塊主要由古生代沉積地層和花崗質(zhì)巖石與大量中生代火山—沉積蓋層和花崗質(zhì)巖石構(gòu)成，缺失前寒武紀(jì)結(jié)晶基底(Liu et al.，2017；王嘉星等，2019)。興安地塊內(nèi)的巖漿活動(dòng)主要集中于奧陶紀(jì)—志留紀(jì)早期、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)和中生代(Wu et al.，2002)。

研究區(qū)出露的地層主要為上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組(J3mn)，為一套陸相中、中酸性火山巖及火山碎屑沉積巖夾中基性火山巖建造。區(qū)內(nèi)斷層以NE-SW走向?yàn)橹?，斷層地表出露寬度約1～2 m，主要表現(xiàn)為硅化碎裂巖、構(gòu)造角礫巖，沿走向出露長度約1～8 km。出露的侵入巖主要包括晚早石炭世扎文河巖體和少量白堊紀(jì)巖體。

系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)顯微鏡觀察表明早石炭世扎文河巖體由閃長巖、花崗閃長巖及正長花崗巖三個(gè)巖石單元組成，各單元巖相特征簡述如下：

閃長巖：中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，呈灰綠色，半自形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長石(70%～85%)、黑云母和角閃石(10%～20%)、石英(2%～5%)等礦物組成。

花崗閃長巖：中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分為斜長石(45%～55%)、鉀長石(10%～15%)、石英(20%～25%)、黑云母和角閃石(15%～20%)。

正長花崗巖：主要為中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)(局部為細(xì)粒似斑狀結(jié)構(gòu))，塊狀構(gòu)造。巖石由鉀長石(45%～55%)、斜長石(15%～20%)、石英(24%～35%)和黑云母(1%～2%)組成。

2 分析方法及結(jié)果

2.1 分析方法

所有測試樣品均取自扎文河巖體新鮮露頭，采樣位置見圖1b，樣品編號(hào)分別為24YQ8、11YQ1、TW1、15YQ5、12YQ4、11YQ18。其中24YQ8為正長花崗巖，11YQ1、TW1、15YQ5為花崗閃長巖，12YQ4、11YQ18為閃長巖。

樣品的主、微量元素分析測試工作在呼倫貝爾市原野測試有限責(zé)任公司完成，主量元素的測定采用X射線熒光光譜(XRF)玻璃熔片法，所用儀器型號(hào)為Rigaku RIX 2100 spectrometer；微量元素的測定則采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)，儀器型號(hào)為Agilent 7500a型質(zhì)譜儀。

扎文河巖體化學(xué)成份分析結(jié)果見表1。樣品具有較低的燒矢量(LOI)，表明巖石結(jié)晶后受風(fēng)化和蝕變作用影響較小，分析結(jié)果可用于開展可靠的地質(zhì)解釋。

表1 扎文河巖體主量/%、微量及稀土元素/×10-6分析結(jié)果

續(xù)表1

續(xù)表1

2.2 主量元素特征

閃長巖樣品主量元素含量較為穩(wěn)定，里特曼指數(shù)值為1.66～1.81(均值1.74)，在TAS圖解中屬于亞堿性系列范圍(圖2a)，在SiO2-K2O圖解中落入鈣堿性系列范圍(圖2b)。閃長巖樣品A/CNK值介于0.81～0.93(均值0.87；<1.1)，在A/CNK-A/NK圖解中，落入偏鋁質(zhì)范圍內(nèi)(圖2c)，在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)圖解中介于鐵質(zhì)和鎂質(zhì)過渡區(qū)間(圖2d)。

花崗閃長巖樣品里特曼指數(shù)值為2.06～2.19(均值2.13 %)，為亞堿性系列巖石(圖2a)?；◢忛W長巖樣品屬于高鉀鈣堿性系列(圖2b)，A/CNK值為0.98～1.04(均值1；<1.1)，為偏鋁質(zhì)巖石(圖2c)，較為富鐵，在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)圖解中全部落入鐵質(zhì)區(qū)間(圖2d)。

正長花崗巖樣品里特曼指數(shù)值為2.10，在TAS圖解中落入亞堿性系列(圖2a)，在SiO2-K2O圖解中落入高鉀鈣堿性系列(圖2b)，A/CNK值為1.01(<1.1)，屬于偏鋁質(zhì)巖石(圖2c)，F(xiàn)eOT含量較高，為鐵質(zhì)巖石(圖2d)。

2.3 微量元素特征

閃長巖樣品稀土元素總量(ΣREE)為137.4×10-6～151.9×10-6(均值144.7×10-6)，相對(duì)富集輕稀土元素(LREE)，虧損重稀土元素(HREE)，LREE為122.3×10-6～133.3×10-6(均值127.8×10-6)，HREE為15.1×10-6～18.6×10-6(均值127.8×10-6)，輕重稀土比值LREE/HREE為7.17～8.09(均值7.63)，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化(La/Yb)N值介于7.78～9.89(均值8.84)。樣品顯示弱Eu負(fù)異常，Eu/Eu*為0.75～0.78(均值0.76)，輕微Ce負(fù)異常，Ce/Ce*為0.94～0.98(均值0.96)，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖總體顯示右傾型REE模式，中—重稀土之間配分模式較為平緩(圖3c)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖3d)，閃長巖樣品具有富集大離子親石元素(LILE；如Rb和K)，虧損高產(chǎn)強(qiáng)元素(HFSE；如Nb、Ta和Ti)和P的特征?；◢忛W長巖樣品ΣREE為109.5×10-6～220.2×10-6(均值155.8×10-6)，具有輕稀土元素富集，重稀土元素虧損的特征，LREE為97.4×10-6～199.5×10-6(均值139.9×10-6)，HREE為12.09×10-6～20.76×10-6(均值15.9×10-6)，輕重稀土比值LREE/HREE為8.06～9.61(均值8.63)， (La/Yb)N值為8.12～11.21(均值9.43)。具有輕微Eu負(fù)異常，Eu/Eu*為0.72～0.88(均值0.81)，稀土元素總體顯示右傾型配分模式，中—重稀土分餾不明顯(圖3a)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖3b)，巖石明顯富集Rb和K等大離子親石元素，虧損Nb、Ta和Ti等高產(chǎn)強(qiáng)元素以及P。

圖2 扎文河巖體TAS圖解(a)、SiO2-K2O圖解(b)、A/CNK-A/NK圖解(c)、SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)圖解(d)

正長花崗巖樣品ΣREE為171.2×10-6，LREE為155.9×10-6，HREE為15.34×10-6，LREE/HREE為10.16，(La/Yb)N值為11.37，相對(duì)富集輕稀土元素，虧損重稀土元素。表現(xiàn)右傾型稀土配分模式和平緩的中—重稀土模式(圖3c)，具有弱Eu負(fù)異常特征，Eu/Eu*為0.64(圖3a)。微量元素方面，樣品富集Rb和K等大離子親石元素，虧損Nb、Ta和Ti等高產(chǎn)強(qiáng)元素以及P(圖3b)。

扎文河巖體閃長巖、花崗閃長巖和正長花崗巖三個(gè)巖石單元總體表現(xiàn)出較為相似的稀土和微量元素特征，暗示它們在成因上可能具有同源演化的特征。

圖3 扎文河巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖(a、c)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自Boynton W V，1984；Sun and McDonough，1989)

3 討論

3.1 扎文河巖體巖石成因

3.1.1 閃長巖單元

扎文河巖體閃長巖單元Mg#值介于38.66～43.21(均值40.93)，表明其不是幔源巖漿直接部分熔融的產(chǎn)物，分離結(jié)晶作用可能在其形成過程中扮演了重要的角色。在La-La/Sm和Zr-Zr/Nb圖解中(圖4)，閃長巖樣品顯示明顯的分離結(jié)晶趨勢，進(jìn)一步佐證分離結(jié)晶是閃長巖巖漿演化的主導(dǎo)作用。

閃長巖單元具有富集大離子親石元素和輕稀土元素，虧損高產(chǎn)強(qiáng)元素和重稀土元素的特征，指示其可能經(jīng)歷了俯沖變質(zhì)或地殼混染(Green et al.，2000)。La/Sm-Ba/Th圖解中(圖5a)，樣品呈現(xiàn)俯沖脫水趨勢，進(jìn)一步指示俯沖流體對(duì)原始巖漿的交代作用。在Ta/Yb-Th/Yb圖解中(圖5b)，樣品落入活動(dòng)大陸邊緣區(qū)域，表明俯沖作用在巖石形成過程中可能扮演了重要的角色。

圖4 扎文河巖體La-La/Sm圖解(a)及Zr-Zr/Nb圖解(b)

綜上所述，扎文河巖體閃長巖單元很可能是富集地幔玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物，并遭受了一定程度的俯沖流體交代。

3.1.2 花崗閃長巖和正長花崗巖單元

筆者系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查表明扎文河巖體及鄰區(qū)未發(fā)現(xiàn)蛇綠混雜巖及相關(guān)基性巖石，故花崗閃長巖和正長花崗并非M型花崗巖。在(Zr+Nb+Ce+Y)-((K2O+Na2O)/CaO)和(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO)圖解中，所有樣品均落入I型和S型花崗巖區(qū)域(圖6a，b)。

系統(tǒng)地巖相學(xué)觀察表明扎文河花崗閃長巖和正長花崗不含富鋁礦物，而含有一定數(shù)量的角閃石，指示其I型特征。本文樣品A/CNK值介于0.98～1.04。Al-Na-K-Ca-Fe+Mg三角圖解中(圖6c)，所有樣品均落入I型花崗巖區(qū)域。上述特征一致表明扎文河花崗閃長巖和正長花崗屬于I型花崗巖。

圖5 扎文河巖體La/Sm-Ba/Th圖解(a，底圖據(jù)Labanieh et al.，2012)、Th/Yb-Ta/Yb圖解(b，底圖據(jù)Pearce，1983)

圖6 扎文河巖體 (Zr+Nb+Ce+Y)-((K2O+Na2O)/CaO))圖解(a，底圖據(jù)Whalen et al.，1987)、(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO) 圖解(b，底圖據(jù)Whalen et al.，1987)、Al-Na-K-Ca-Fe+Mg三角圖解(c，底圖據(jù)Chappell and White，2001)

花崗閃長巖和正長花崗樣品在TAS圖解和SiO2-K2O圖解中分別落入亞堿性和高鉀鈣堿性區(qū)域(圖2a，b)，指示其為高鉀鈣堿性I型花崗巖。較低的Mg#值(22.47～32.76；均值29.15)以及基性捕虜體的缺失指示其并非殼源與幔源巖漿發(fā)生巖漿混合作用的產(chǎn)物(Topuz et al.，2010)。

在La-La/Sm和Zr-Zr/Nb圖解中(圖4)，樣品顯示明顯的分離結(jié)晶趨勢，表明部分熔融并非花崗閃長巖和正長花崗形成的主導(dǎo)作用。除此之外，樣品在哈克圖解中與閃長巖單元表現(xiàn)出十分明顯的線性關(guān)系(圖7)，指示它們具有同源演化的特征。在稀土元素配分模式圖和微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖3)，扎文河巖體三個(gè)巖石單元顯示相似的配分特征，進(jìn)一步指示它們具有相同的母源巖漿。因此，分離結(jié)晶作用在花崗閃長巖和正長花崗巖單元的巖石形成過程中起到主導(dǎo)作用。與閃長巖單元一致，花崗閃長巖和正長花崗巖的Sr和Eu負(fù)異常特征指示斜長石普遍參與分離結(jié)晶作用，Ti負(fù)異常和P負(fù)異常分別暗示Fe-Ti氧化物和磷灰石的分離結(jié)晶(圖3a、b)。

綜上，扎文河巖體花崗閃長巖和正長花崗單元屬于高鉀鈣堿性I型花崗巖，它們與閃長巖單元具有相同的巖漿源區(qū)，很可能是富集地幔玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用中—晚期階段的產(chǎn)物。

圖7 扎文河巖體哈克圖解

3.2 扎文河巖體構(gòu)造意義

SiO2-log(Cao/(Na2O+K2O))圖解中樣品全部落入擠壓型系列區(qū)域(圖8f)，暗示扎文河巖體不是造山后的伸展環(huán)境的產(chǎn)物。在Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)判別圖中，所有花崗閃長巖及正長花崗巖樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)域(圖8a，b)。在花崗巖類形成環(huán)境R1-R2判別圖解中(圖8c)，花崗閃長巖及正長花崗巖樣品落入板塊碰撞前區(qū)域(Ⅱ區(qū))和碰撞后區(qū)域(Ⅲ區(qū))的交界部位，指示較為強(qiáng)烈的擠壓作用。另外，在FAM圖解中(圖8d)，大部分樣品落入活動(dòng)陸緣環(huán)境中。因此，筆者認(rèn)為扎文河巖體形成的構(gòu)造背景應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣火山弧環(huán)境。

火山弧環(huán)境包括島弧和大陸弧兩種不同的背景。先前的研究表明大陸弧巖漿巖與島弧巖漿巖相比通常具有較高的Th和Ta富集程度。扎文河巖體三個(gè)巖石單元的Th和Ta含量與典型大陸弧相當(dāng)，在Ta/Yb-Th/Yb圖解中，所有樣品均位于大陸弧區(qū)域(圖8e)，進(jìn)一步指示大陸弧背景。上述表明，扎文河巖體形成于安第斯型大陸弧背景，是俯沖—擠壓構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物。

圖8 扎文河巖體Rb-Y+Nb判別圖(a，底圖據(jù)Boynton，1984)、Rb-Yb+Ta判別圖(b，底圖據(jù)Boynton，1984)、R1-R2判別圖(c，底圖據(jù)Batchelor and Bowden，1985)、FAM判別圖(d，底圖據(jù)邱家驤和林景仟，1991)、Ta/Yb-Th/Yb判別圖(e，底圖據(jù)Harris et al.，1987)、SiO2-log(Cao/(Na2O+K2O))判別圖(f，底圖據(jù)Brown，2013)

前人研究指示額爾古納地塊與興安地塊于 492 Ma 前已經(jīng)接合(Zhou et al.，2014)，碰撞拼貼位置為塔源—喜貴圖縫合帶(Gou et al.，2019)。近年來的大洋板塊地質(zhì)學(xué)和古地磁學(xué)研究表明，嫩江洋(或賀根山洋)是古亞洲洋東段的重要洋盆，晚石炭世時(shí)期其洋盆寬度超過1500 km(張東海等，2018)。盡管目前對(duì)嫩江洋是否存在雙向俯沖仍未達(dá)成共識(shí)，但學(xué)者們普遍認(rèn)為嫩江洋板塊存在向興安地塊之下的俯沖。本文所報(bào)道的扎文河巖體在巖石成因上很可能是富集地幔玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物，并遭受了一定程度的俯沖流體交代。俯沖板片的脫水作用和地幔楔提供的大量熱源對(duì)巖石的形成起到了重要的促進(jìn)作用。在構(gòu)造背景上，扎文河巖體形成于安第斯型大陸弧背景，為俯沖—擠壓構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物。因此，筆者認(rèn)為早石炭世期間嫩江洋存在向興安地塊之下的俯沖，俯沖環(huán)境與安第斯型大陸弧相當(dāng)，俯沖過程中所形成的擠壓應(yīng)力和巖漿活動(dòng)主導(dǎo)了該時(shí)期古亞洲洋構(gòu)造域在大興安嶺中段的構(gòu)造演化。

4 結(jié)論

(1)大興安嶺中段央格力雅山地區(qū)早石炭世扎文河巖體由閃長巖、花崗閃長巖和正長花崗巖三個(gè)單元組成。閃長巖單元很可能是幔源玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用早—中期階段的產(chǎn)物，并遭受了一定程度的俯沖流體交代?；◢忛W長巖和正長花崗巖單元屬于高鉀鈣堿性I型花崗巖，它們與閃長巖單元具有相同的巖漿源區(qū)，很可能是富集地幔玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用中—晚期階段的產(chǎn)物。

(2)扎文河巖體形成于安第斯型大陸弧背景，是俯沖—擠壓構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物。

(3)早石炭世期間嫩江洋存在向興安地塊之下的俯沖，俯沖過程中所形成的擠壓環(huán)境和巖漿活動(dòng)反映了該時(shí)期古亞洲洋構(gòu)造域在大興安嶺中段的構(gòu)造演化。