中国东北额尔古纳地块新太古代岩浆事件——钻孔片麻状二长花岗岩锆石LA-ICP-MS测年证据

邵 军，李永飞，周永恒，王宏博，张 璟

沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳 110034



中国东北额尔古纳地块新太古代岩浆事件
——钻孔片麻状二长花岗岩锆石LA-ICP-MS测年证据

邵 军，李永飞，周永恒，王宏博，张 璟

沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳 110034

额尔古纳地块基底岩石时代与构造属性一直颇受争议。笔者对额尔古纳地块南部比列亚铅锌多金属矿区ZK6301钻孔226 m片麻状二长花岗岩岩心进行了锆石LA-ICP-MS定年。测试结果显示,24个测试点的数据均在谐和线上，207Pb/206Pb年龄包括4个不同年龄区段，分别为：2 549～2 562 Ma(加权平均年龄为(2 555±19) Ma，MSWD=0.17，n=3)，2 596～2 624 Ma(加权平均年龄为(2 606±17) Ma，MSWD=0.032，n=17)，2 688～2 715 Ma(加权平均年龄为(2 702±18) Ma, MSWD=0.70,n=3)，2 786 Ma(n=1)。通过锆石的Th，U质量分数与Th/U值分析，207Pb/206Pb年龄((2 606±17) Ma)代表了该片麻状二长花岗岩的结晶年龄；207Pb/206Pb年龄((2 549～2 562) Ma)很可能代表了构造热事件的作用年龄；本次报道的岩石结晶年龄，揭示了额尔古纳地块上存在新太古代的结晶基底。结合前人研究资料分析可知，额尔古纳地块上该期变质结晶基底可能在该地块的南、北部均有分布，并且得尔布干断裂可能并非该地块的南部边界。综合分析前寒武纪古老地块的演化历史可得出，额尔古纳地块经历了全球大陆构造旋回演化的完整过程。

额尔古纳地块；片麻状二长花岗岩；锆石U-Pb年龄；新太古代；得尔布干断裂；比列亚铅锌多金属矿区

0 引言

固体地球的早期演化特征与历史一直是早前寒武纪地球科学研究领域的重要内容。额尔古纳地块地处大兴安岭北部，大地构造上隶属于中亚造山带东部，具有长期而复杂的地质演化历史[1-2]。该地块的前寒武纪变质岩系被称为“兴华渡口群”[3]，由于该岩群经历了长期的变质作用过程，对于其形成时代与组成单元一直存在争议[3-12]。近年来，随着区测工作与研究程度的不断深入，原兴华渡口群被赋予了新的含义，可以划分为变质表壳岩和变质深成岩两部分(绿岩-花岗岩带)[5-6];而目前所及的兴华渡口群专指由变质基性--酸性火山岩及部分变质沉积岩系构成的变质表壳岩系，该岩系的时代主要归属于古元古代[6]。但是，随着同位素定年测试方法的更新与改进，该岩群的年龄又有了寒武纪或者新元古代的报道[5,8-14]。对额尔古纳地块上分布的变质深成岩来说，研究发现莫尔道嘎--太平川、奇乾、阿龙山、风水山等地侵入体时代为新元古代[2,6,13,15-20]。综合前人研究资料分析，根据岩石测年数据当中部分捕获围岩的锆石年代学信息，推测额尔古纳地块内存在着相当于新太古代--早元古代的古老结晶基底[5]，但是，目前一直未有发现新太古代古老结晶基底的岩石报道。究其原因，主要是由于额尔古纳地块上的兴华渡口群分布较为零散，加之不同地区对于兴华渡口群组合的认识不尽相同所致。

本文所报道的额尔古纳新太古代基底变质深成岩，发现于得尔布干镇西南部比列亚铅锌多金属矿区ZK6301钻孔226 m中岩心。该期片麻状二长花岗岩的首次发现，进一步佐证了额尔古纳地块上存在该时期岩浆事件的事实，并为研究额尔古纳地块新太古代时期岩浆热事件在造山带的形成与演化过程中的作用，以及对中亚造山带的古构造格局、形成演化具有重要的意义。

1 区域地质背景

研究区地处额尔古纳地块中部，该地块的变质基底主要由角闪岩相兴华渡口群、绿片岩相佳疙瘩组和额尔古纳河组中浅变质岩系组成。其中:兴华渡口群出露在奇乾--莫尔道嘎一带，呈大小不等的块体产出于前中生代花岗岩中，是由黑云斜长角闪岩、黑云斜长片岩、白云质大理岩、云英片岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、片麻岩、磁铁石英岩等组成的变质表壳岩；佳疙瘩组总体规模不大，集中分布于莫尔道嘎--佳疙瘩村一带，下部岩性为云母片岩、千枚岩、大理岩、变长石石英砂岩、(绿帘石化)板岩、变石英砂岩、石英二云片岩等,上部岩性为变中基性火山岩、千枚岩、微晶片岩、变砂岩、大理岩等构成的一套火山-沉积建造组合，形成于活动陆缘构造环境；额尔古纳河组为一套微晶--隐晶灰岩、结晶灰岩。

研究区内发育大量的花岗岩及中生代火山岩。花岗岩主要为新元古代、华力西期、印支期、燕山期。新元古代变质深成岩出露于得尔布干深断裂以北，构成北东向展布的新元古代构造岩浆岩带。华力西期--印支期--燕山早期中酸性侵入岩叠加于新元古代变质深成岩之上，呈岩基、岩株产出，主要岩性为石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、斑状花岗岩等。燕山晚期研究区作为大兴安岭火山岩带的一部分，火山活动十分强烈，主要为以中性火山熔岩夹火山碎屑岩为主，岩浆侵入活动较弱(图1)。

1.甘河组；2.白音高老组；3.龙江组；4.玛尼吐组；5.满克头鄂博组；6.塔木兰沟组；7.莫尔道嘎组；8.早白垩世流纹斑岩；9.早白垩世花岗闪长岩；10.早白垩世闪长岩；11.晚侏罗世花岗斑岩；12.晚侏罗世二长花岗岩；13.侏罗纪正长花岗岩；14.晚侏罗世流纹斑岩；15.晚侏罗世正长岩；16.三叠纪花岗闪长岩；17.二叠纪花岗闪长岩；18.新元古代正长花岗岩；19.晚侏罗世英安岩；20.花岗斑岩；21.断裂；22.推测断裂；23.铅锌矿；24.地名。 F1.牡丹江断裂；F2.敦化--密山断裂；F3.依兰--伊通断裂；F4.西拉木伦--长春断裂；F5.嫩江断裂；F6.塔源--喜桂图断裂；F7.跃进山断裂；F8.赤峰--开原断裂。图1 研究区地质简图及采样位置Fig.1 Sketch geological map of the study area and sampling location

2 岩体与岩石特征

本次研究的样品(K12B4)采自内蒙古自治区根河市得尔布干镇西南比列亚铅锌多金属矿区ZK6301钻孔(坐标为：120°58′08.7″E，50°59′06.4″N)226 m深处(图1)，该井段岩石主要为片麻状二长花岗岩，上部岩层主要为大兴安岭北段广泛发育的中侏罗世塔木兰沟组火山熔岩与碎屑岩(图1)。在区域地质图(图1)上，研究区发育大量中生代花岗岩体，位于研究区西北部的太平川岩体是该区发育最老的岩体，年龄为791.4 Ma[2]。

本次采样片麻状二长花岗岩，片麻状构造，细粒花岗结构；岩石中板条状黑云母和长英质矿物沿其长轴方向大致呈定向排列，其中黑云母多沿其条状方向以大致平行的似脉状或长扁豆状的不连续条带产出(图2)。主要由石英、钾长石、斜长石和黑云母组成。其中，石英体积分数约为30%，半自形--他形，过半数石英颗粒被拉长呈条状，其余的多呈粒状。条状的石英多为他形晶且多沿其长轴方向定向排列，粒径大多为0.07～0.12 mm；粒状石英多呈半自形--他形晶，粒度大多为(0.50 mm×1.00 mm)～(0.12 mm×0.50 mm)；斜长石呈半自形晶，短板状，具聚片双晶且有的双晶条带很细密，显示其应为更长石。斜长石多数轻微绢云母化，粒度基本上与粒状石英相同。钾长石呈他形粒状或半自形板状，有时隐约可见格状双晶，属微斜长石。钾长石和斜长石合计体积分数约为50%；黑云母多呈板条状自形--半自形晶，少数呈板状，具浅黄褐色--褐色多色性，多沿长轴方向定向排列，常以条带状的集合体形式出现，体积分数约为10%。副矿物磷灰石呈针柱状或粒状，锆石呈粒状。

Q.石英；Kfs.钾长石；Pl.斜长石；Bi.黑云母。图2 研究区片麻状二长花岗岩镜下相片Fig.2 Micrographs of the gneissic monzogranite in the study area

3 分析方法

样品采用常规方法进行破碎，经浮选和磁选后，在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒制成样品靶，锆石样品靶的制备与SHRIMP定年锆石样品制备方法相同[21]。锆石的阴极发光(CL)显微照相在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成。

锆石LA-ICP-MS原位U-Pb同位素年龄分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成。测试仪器为电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7500c)和准分子激光剥蚀系统(COMPExPro102)联机，激光器为ArF准分子激光器。激光剥蚀束斑直径为32 μm，激光能量密度为10 J/cm2，剥蚀频率为5 Hz。实验中采用He作为剥蚀物质的载气，Ar为辅助气。锆石年龄计算采用标准锆石Plesovice(337 Ma)作为外标[22]，标准锆石91500为监控盲样[23]。元素含量采用国际标样NIST610作为外标，29Si为内标元素进行校正。剥蚀样品前先进行15次激光脉冲的预剥蚀，采集20 s的空白，随后进行62 s的样品剥蚀，剥蚀完成后在样品池冲洗2 min。采样方式为单点剥蚀，每完成5个测点的样品测定，加测标样1次。在15个锆石样品点前、后各测2次NIST610。样品的同位素比值和元素含量数据处理采用GLITTER4.4.2程序计算，普通铅校正使用Anderson[24]给出的程序计算，加权平均年龄及谐和图的绘制使用Isoplot/Ex(3.0)完成[25]。分析数据及锆石U-Pb谐和图给出误差为1σ，95%的置信度。

4 分析结果

图3 研究区片麻状二长花岗岩(K12B4)锆石阴极发光图像与测点位置Fig.3 CL images and dating spots of Zircon grains from the gneissic monzogranite in the study area

本次研究的片麻状二长花岗岩(K12B4)样品，采自比列亚铅锌多金属矿区ZK6301钻孔226 m深处。从片麻状二长花岗岩选取的锆石晶体形态多为短柱状，个别呈长柱状。锆石粒径为100～150 μm，长宽比大部分为2∶1左右，晶面和锥体形态完好(图3)。锆石阴极发光图像显示，该组锆石发育明显的振荡环带(图3)，同时锆石Th/U值均大于0.4(表1)，具有典型岩浆锆石的特点[26]。

对该样品进行了29个点的分析，分析结果见表1。一般来说，对于大于1 000 Ma的锆石年龄数据，锆石207Pb/206Pb年龄值较为可信。除去5个谐和度小于95%的数据点(点号02，05，06，23，25)外，其余24个点的数据均在谐和线上(图4)。4个不同年龄区段分别为：2 549～2 562 Ma(点号12、14、24，3颗锆石);2 596～2 624 Ma(17颗锆石)，2 688～2 715 Ma(点号01、15、28，3颗锆石)，2 786 Ma(点号13，1颗锆石)。其中，17颗锆石微区记录的207Pb/206Pb年龄十分一致，集中变化于2 596～2 624 Ma，加权平均年龄为(2 606±17) Ma(n=17，MSWD=0.032)，代表其结晶年龄，表明片麻状二长花岗岩形成于新太古代。

图4 研究区片麻状二长花岗岩锆石U-Pb谐和图与加权平均年龄图Fig.4 Zircon U-Pb Concordia diagram and weight mean age diagram for the gneissic monzogranite in the study area

点号13年龄为(2 786±29) Ma，这颗锆石具有明显的韵律环带，Th/U值为0.52，应该为岩浆锆石，说明岩浆在结晶过程中捕获老锆石的结晶年龄。

点号01、15、28年龄为2 689～2 715 Ma(加权平均年龄为(2 702±18) Ma, MSWD=0.70,n=3)，这3颗锆石同样具有明显的韵律环带，Th/U值分别为0.52、0.71、0.59，说明为岩浆锆石，代表岩浆结晶过程中捕获老锆石的结晶年龄。

点号12、14、24年龄为2 549～2 562 Ma(加权平均年龄为(2 555±19) Ma, MSWD=0.17，n=3)，这3颗锆石中点号14、24两颗锆石具有明显的韵律环带，点号12这颗锆石具有韵律环带结构，同时见有暗色的核；这3颗锆石的Th/U值分别为0.99、0.75、0.65，说明为岩浆锆石。但是，在所有的分析数据中，这3颗锆石具有明显的高Th、U质量分数，分别为(136.0×10-6，138.0×10-6)、(148.0×10-6，196.0×10-6)、(117.0×10-6，179.0×10-6)，明显高于最老锆石(点号13)的Th、U质量分数(46.9×10-6，90.0×10-6)(表1)。因此，这3颗锆石年龄(2 549～2 562 Ma)很可能是受到了后期构造热事件的影响，代表了构造热事件的作用时期。

综上分析，笔者研究的片麻状二长花岗岩的形成时代为(2 606±17) Ma的新太古代。

5 讨论

5.1 额尔古纳地块的时代属性

众所周知，中亚造山带是古亚洲洋及其中众多微大陆块体长期演化的结果，也是全球显生宙大陆地壳增生最为显著的地区[27-28]。额尔古纳地块[4，6，29-31]是中亚造山带东部重要的微地块之一,因此，对于该地块构造属性的研究是了解中亚造山带演化历史的基本途径。

长期以来，前人对于额尔古纳地块是否存在新太古代的变质结晶基底以及该时期变质结晶基底的分布范围，一直未有明确的定论[2，6，8-20，32]。尽管各种岩类锆石U-Pb年龄均显示出有新太古代变质结晶基底信息[11-12]，但是并未真正发现代表该时期的变质结晶基底形成的岩石。额尔古纳地块上发育的变质深成岩主要分布于得尔布干深断裂以北漠河--富克山--奇乾与盘古林场--满归--加疙瘩地区[6]，构成一条北东向分布构造岩浆岩带，对于这些变质深成岩的年代学研究表明，其形成时代主要为新元古代[2，13，15-20，32]，并未有早于新元古代的变质深成岩发现。值得一提的是，近年来通过对东北地区传统上认为的前寒武纪地质体(地层)的研究表明，它们主要形成于古生代和早中生代[8，33-34]。但是，微陆块上发育大量的晚古生代地层中的碎屑锆石年龄却含有元古宙乃至新太古代的信息[35]，可能暗示东北地区应该存在元古宙与新太古代的地质体。

本次样品采于得尔布干西南比列亚铅锌多金属矿区ZK6301钻孔226 m深处，岩性为片麻状二长花岗岩，其锆石LA-ICP-MS 定年结果为(2 606±17)Ma(n=17，MSWD=0.032)，进一步证实额尔古纳地块上不仅存在前寒武纪的变质结晶基底这一事实，而且将该地块上发育的变质深成岩时代由新元古代更新为新太古代。同时，将传统上额尔古纳地块上发育的变质深成岩的分布范围向南推移至得尔布干断裂地区，改变了变质深成岩分布于该深大断裂以北这一认识。再者，根据对中国北方孔兹岩系的研究表明[36]，前人推测漠河地区门都里河一带出露的“兴华渡口群”可能为额尔古纳地块的新太古代?--古元古代结晶基底[5];但是，新近的研究结果表明，这一岩群原岩形成时代为新元古代，而变质年龄为泛非期[9-12]。本次得尔布干地区发现的新太古代片麻状二长花岗岩，是在额尔古纳地块南部地区首次发现的新太古代的结晶基底。

5.2 构造意义

综观全球各大陆的演化历史，新太古代末期至古元古代早期(2.6～2.4 Ga)，大陆在完成克拉通化之后经历广泛的裂解作用[37-39]。额尔古纳地块发育的变质表壳岩系和变质深成侵入体均可与世界及我国典型地区花岗岩-绿岩地体相对比，岩石组合反映了一个类似于大陆边缘弧后裂谷型火山-沉积盆地的构造环境[6]。近年来，额尔古纳地块上相继发现了古元古代末期的岩浆事件与中新元古代时期重要的地壳增生事件[2，30-32]。值得一提的是，在额尔古纳地块上分布的南华系绿片岩相佳疙瘩组中新发现了枕状玄武岩，地球化学特征显示其形成于大洋板内洋岛环境[40]。通过以上资料的列举与分析，可以反映出额尔古纳地块经历了前寒武纪全球大陆构造旋回演化的完整历史——其演化过程与岩浆热事件标志为：新太古代陆核的形成与古元古代裂解(额尔古纳地块上花岗岩-绿岩的形成)、古元古代Columbia超大陆的形成(地块古元古代地壳增生事件)[41]、中元古代超大陆裂解(变质表壳岩)、Rodinia超大陆的形成(中新元古代的地壳增生)与裂解(南华系洋岛玄武岩)，最终在泛非期与其他地体相互作用联合为统一的东北地块[12]。

6 结论

1)额尔古纳地块得尔布干西南比列亚铅锌多金属矿区ZK6301钻孔226 m深处片麻状二长花岗岩，其锆石LA-ICP-MS 年龄分布于4个年龄区段，分别为：2 549～2 562 Ma，2 596～2 624 Ma，2 688～2 715 Ma，2 786 Ma，其中年龄(2 606±17) Ma(n=17，MSWD=0.032)代表了该其结晶年龄，证明了额尔古纳地块存在新太古代的结晶基底。

2)额尔古纳地块新太古代变质结晶基底的分布范围，可能并不限于传统认识上的该地块北部地区，南部得尔布干深大断裂带附近亦有分布。

3)额尔古纳地块经历了前寒武纪全球大陆构造旋回演化的完整历史，这对于研究中亚造山带东部的形成与演化具有重要意义。

锆石分选工作由河北廊坊地源岩石矿物测试分选技术服务有限公司张江满高级工程师完成，锆石制靶、阴极发光图像采集由北京锆年领航科技有限公司刘力高级工程师完成，在LA-ICP-MS U-Pb分析测试过程中北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室马芳老师与程胜东同学给予了帮助与指导，在此对以上人员表示最诚挚的谢意。

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Neo-Archaean Magmatic Event in Erguna Massif of Northeast China：Evidence from the Zircon LA-ICP-MS Dating of the Gneissic Monzogranite from the Drill

Shao Jun, Li Yongfei, Zhou Yongheng, Wang Hongbo, Zhang Jing

ShenyangInstituteofGeologyandMineralResources/ShenyangCenterofGeologicalSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Shenyang110034,China

The nature and age of the basement of Erguna massif had long been a geological controversy. The zircon LA-ICP-MS dating of the Gneissic monozgranite from the drill (No.ZK6301, Depth: 226 m) of the Pb-Zn polymetallic deposit in Biliya, southwestern Derbugan county has been conducted. The results yield 4 different groups of concordant age: 2 549-2 562 Ma(weighted-mean age:(2 555±19) Ma，MSWD=0.17，n=3)，2 596-2 624 Ma(weighted-mean age(2 606±17) Ma，MSWD=0.032，n=17)，2 688-2 715 Ma(weighted-mean age(2 702±18) Ma, MSWD=0.70,n=3),2 786 Ma(n=1). Their zircon U-Pb dating plots (24 out of 29 plots) show a remarkable consistence. Based on the zircon spot analysis for its Th,U content and Th/U ratios, the207Pb/206Pb age of 2 549-2 562 Ma implies a late tectono-thermal event; and the weighted-mean age 2 606±17 Ma (MSWD=0.032，n=17) reflects the crystallization age in corresponding to the period of Neo-Archaean.In connection with the previous studies, the old basement of Erguna massif probably widely distributes in the south and north region. This suggests a far south extension of this massif beyond Derbugan fault. This can help to understand the palinspastic reconstruction for the eastern part of the Central Asian Orogenic Belt(CAOB).

Erguna massif; gneissic monzogranite; zircon U-Pb dating; Neo-Proterozoic; Derbugan fault; Biliya Pb-Zn polymetallic deposit

10.13278/j.cnki.jjuese.201502103.

2014-07-12

中国地质调查局地质大调查项目(1212011120328，12120114001101，1212011121085)

邵军(1963--)，男，研究员,博士，主要从事矿产资源普查与研究工作，E-mail:240756357@qq.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201502103

P588.12;P597

A

邵军，李永飞，周永恒，等.中国东北额尔古纳地块新太古代岩浆事件：钻孔片麻状二长花岗岩锆石LA-ICP-MS测年证据.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(2):364-373.

Shao Jun, Li Yongfei, Zhou Yongheng,et al.Neo-Archaean Magmatic Event in Erguna Massif of Northeast China：Evidence from the Zircon LA-ICP-MS Dating of the Gneissic Monzogranite from the Drill.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(2):364-373.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201502103.