大兴安岭富西里地区晚石炭世二长花岗岩的锆石U—Pb年龄、地球化学特征及构造意义

苏燕平 怀宝峰 王文东 申明国

摘 要：大兴安岭北部富西里地区位于中亚造山带东段的兴安地块和额尔古纳地块接触带上，区内花岗岩类以古生代花岗岩为主，岩性主要为二长花岗岩、正长花岗岩。研究区二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为（303.7±2.2）Ma，表明其形成于晚石炭世。二长花岗岩的主量元素具有高硅、略富鋁、富碱质、低镁和贫钙的特点；微量元素表现出Rb、Th、Hf明显富集，而Ba、Ta、Zr明显亏损；稀土元素具有轻稀土略有富集特征，具有明显负Eu异常。岩石总体上属于高钾钙碱性系列花岗岩。花岗岩的R1-R2构造环境判别图解与微量元素Ta-Yb、Rb-（Yb+Ta）构造环境判别图解显示，晚石炭世二长花岗岩为同碰撞与造山期后的环境，结合本区所处的构造环境推测研究区内晚石炭世二长花岗岩应为板内拉涨环境的产物。

关键词：二长花岗岩；锆石U-Pb年龄；地球化学；富西里地区；大兴安岭北部

文章通过对大兴安岭富西里地区的晚石炭世二长花岗岩岩石学、岩石地球化学、年代学进行研究，探讨了富西里地区晚石炭世的大地构造背景。

一、地质概况和岩石学特征

大兴安岭北部富西里一带大地构造位置属于兴安地块北缘，与额尔古纳地块南缘接壤，构造部位处于中亚造山带东端。研究区前寒武经历了结晶基地的形成，古生代时期经历了古亚洲洋形成、发展、闭合，中生带进入内构造演化阶段。

研究区出露的地层主要有古元古界兴华渡口岩群。岩性为灰绿色斜长角闪岩，灰绿色黑云斜长变粒岩，二云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、黑云斜长变粒岩。奥陶系库纳森河组。岩性为黄褐色，灰白色变质石英砂石、长石砂岩、杂砂岩。奥陶系黄斑脊山组。岩性为灰褐色钙质粉砂岩夹绢云板岩。奥陶系大伊希康河组。岩性主要为灰黑色、灰绿色长石砂岩、石英砂岩、灰白色、深灰色含砾凝灰砂岩、含砾杂砂岩。志留系黄花沟组。岩性为片理化夹板岩、长石石英砂岩。石炭系红水泉主要岩性为粉砂质板岩、灰质板岩、砂岩、杂砂岩和大理岩等。白垩系龙江组岩性以安山岩为主。白垩系光华组岩性主要为流纹岩、英安岩、及各种流纹质火山碎屑岩等。研究区出露的侵入岩主要有质留世辉长岩、晚石炭世二长花岗岩、晚三叠世-早侏罗世花岗岩、早白垩世花岗斑岩。

研究区晚石炭世二长花岗岩有10个侵入体，主要分布在工作区内南部—中部，呈岩基、岩珠状产出，侵入下石炭统红水泉组灰岩中，被玛尼吐组二段角闪安山岩喷发不整合覆盖（图1）。晚石炭世二长花岗岩岩石类型为中细粒二长花岗岩、花岗质碎裂岩，岩石多为浅灰肉红色，细中粒花岗结构，碎裂结构，碎斑结构，块状构造，交代蠕虫结构，似斑状结构，块状构造；主要由斜长石为更-中长石、半自形板状、含量30～40%，钾长石为条纹长石、正长石、半自形板状或粒状、含量30～42%，石英它形粒状、个别波状消光、含量25～28%，暗色矿物为黑云母、含量<5%；遭受碎裂岩化作用时长石等矿物呈碎班状，石英碎成基质、暗色矿物则呈基质变成绢云母等矿物，长石矿物颗粒具有泥化、微弱绢云母化，副矿物主要为磁铁矿、磷灰石。

二、岩石地球化学特征

晚石炭世二长花岗岩SiO2含量73.10～75.85%，TiO2的含量0.18～0.34%，Al2O3的含量12.72～13.70%，Na2O+K2O的含量7.41～8.61%，Na2O/K2O的含量0.53～0.80。分异指数（DI）95.42～97.27，固结指数（SI）1.25～4.11，属高钾钙碱性系列。主量元素具有高硅、略富铝、富碱质、低镁和贫钙的特点。稀土总量（ΣREE）95.98～151.33，LREE/HREE为11.41～13.80。稀土元素配分图（图2a）呈现为右倾的轻稀土略有富集特征，具有明显Eu元素的负异常，表明源区可能有部分斜长石残留。

在微量元素蛛网图（图2b）具有明显的Rb、Th、Hf元素峰和Ba、Ta、Zr谷，即有大离子亲石元素（LILE）Rb和高场强元素（HFSE）Th、Hf元素的正异常，也有大离子亲石元素（LILE）Ba和高场强元素（HFSE）Ta、Zr的负异常，暗示岩浆可能发生过混合交代作用。

三、锆石U-Pb年龄

锆石样品的分离、挑选和测试在国土资源部天津地质矿产研究所同位素实验室完成。首先将新鲜无蚀变的岩石样品，经人工破碎至200μm以下，淘洗后进行重砂分离。在立体显微镜下粗选出锆石颗粒，然后在显微镜下挑选出无包裹体、无裂缝的透明锆石做分析测试。

锆石的溶解和U，Pb的化学分离按照的程序进行。先将锆石放入0.25mL容积的氟塑料容器内溶解，并使用205Pb-235U混合稀释剂。将溶液用硅酸-磷酸溶液加在同一单铼灯丝上，在VG-354型热离子发射质谱仪上用高灵敏度的Daly检测器进行U，Pb同位素测定。所有U，Pb同位素数据均对质量歧视效应进行了校正。实验室全流程Pb空白为0.03～0.05ng，U空白为0.002～0.004ng。详细分析过程参见文献。

二长花岗岩中采集了锆石U-Pb测年样品，获取了25个岩浆锆石的测点，阴极发光电子（CL）图像上，锆石多数呈柱状、透明，多数发育振荡环带构造，为岩浆锆石。Th/U比值较接近，为0.4113～0.8874.测点均在幔部。

晚石炭世二长花岗岩U-Pb法测年锆石阴极发光照片25个测点锆石年龄非常接近，其谐和年龄为303.7±2.2Ma。

四、成因类型及构造环境讨论

研究区晚石炭世二长花岗岩为过铝质花岗岩（图4），在Sr/Y-Y图解（图9）中部分样品接近于经典岛弧岩石区，在阳离子R1-R2构造环境判别图解（图6）中比较集中，主要落在同碰撞与造山后花岗岩区，在构造环境Ta-Yb判别图解（图7）上分别落入火山弧花岗岩区和同碰撞花岗岩区，在构造环境Rb-Yb+Ta判别图（图8）上主要落入火山弧花岗岩区，在构造环境（Th/Ta）N-（La/Yb）N判别图解（图9）中均落入上地壳区，87Sr/86Sr、143Nd/144Nd为：0.712938、0.512386，落入构造环境143Nd/144Nd-87Sr/86Sr判别图解第三象限EMⅡ区内（表1、图10），表明其源区为富集地幔区。

由于中亚造山带具有多阶段增生、缝合的特点，前人依据不同的构造演化模型有不同的认识。晚古生代之前东北地区的佳木斯地塊、兴安-松嫩地块和额尔古纳地块之间已经完全拼合，在北至鄂霍茨克构造带，南至西拉木伦河构造带，东至中锡霍特-阿林构造带的广大范围内形成了统一的佳-蒙地块。由于古亚洲洋洋壳向北侧佳-蒙地块南缘之下的俯冲，在俯冲过程中约320Ma时，古亚洲洋板块发生断离，形成火山弧花岗岩。本期二长花岗岩侵入早石炭世红水泉组海相正常碎屑岩、灰岩中；大兴安岭中段牙都乌拉山地区石炭纪辉长岩的存在都证明兴安地块在晚石炭世构造环境为拉张环境。综合考虑认为研究区晚石炭世二长花岗岩为板内拉涨环境的产物。

五、结语

（1）锆石U-Pb测年结果表明研究区二长花岗岩的形成时代为晚石炭世（303.7±2.2Ma）；（2）研究区二长花岗岩为准铝质花岗岩属火山弧花岗岩，其源区为富集地幔区；（3）研究区二长花岗岩为板内拉涨环境的产物。

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作者简介：苏燕平（1977- ），男，本科，武警黄金第三支队，工程师。