哈尔滨东部海西期钾长花岗岩的锆石U-Pb年代学及其地质意义

牛延宏, 周志广, 牛文治, 王果胜, 赵孝旗, 李红英, 李家亮

(1.黑龙江省地质调查研究总院 齐齐哈尔分院，哈尔滨 150036; 2.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083)



哈尔滨东部海西期钾长花岗岩的锆石U-Pb年代学及其地质意义

牛延宏1, 周志广2, 牛文治2, 王果胜2, 赵孝旗2, 李红英2, 李家亮2

(1.黑龙江省地质调查研究总院 齐齐哈尔分院，哈尔滨 150036; 2.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083)

通过对哈尔滨东部地区海西期钾长花岗岩年代学、地球化学特征的研究，讨论兴蒙造山带的演化。研究区钾长花岗岩呈肉红色细粒，主要由钾长石、斜长石、石英和黑云母组成。岩石中SiO2的质量分数为74.70%～75.70%，为酸性岩。Al2O3的质量分数为12.07%～13.18%；Na2O+K2O的质量分数为7.78%～8.09%，K2O/Na2O为0.93%～1.60%。里特曼指数为1.85～2.06。∑REE的质量分数为96.32×10-6～172.83×10-6，δEu为0.21～0.77，为铕负异常;铝饱和指数为0.88～1.12，属于高钾钙碱性花岗岩，与造山带垮塌导致的大规模岩石圈伸展作用有关。该花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(298.54±0.86) Ma(MSWD=0.94)，属于晚石炭世，形成于古亚洲洋闭合后兴安地块和松嫩地块碰撞拼合后的伸展作用。

哈尔滨；钾长花岗岩；锆石U-Pb年龄；海西期；地质意义

图1 研究区地质简图及构造位置图Fig.1 Geological sketch map of studied area and its tectonic locationJ3ms.帽儿山组火山岩; P2t.土门岭组变质岩; C2P1y.杨木岗组变质岩; C2t.唐家屯组火山岩; J1χργ.燕山期碱长花岗岩; J1γη.燕山期二长花岗岩; C2χργ.华力西期碱长花岗岩

中国东北地区花岗岩十分发育，这与其大地构造位置有关——位于西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间，自西向东分别由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块、佳木斯地块—兴凯地块组成。显生宙以来经历了古亚洲洋构造域和太平洋构造域的演化、叠加，发生了多期次的岩浆作用和变质作用，因而其构造背景极其复杂[1-8]。黑龙江省哈尔滨东部(简称“滨东”)地区花岗岩，以钾长花岗岩为主，大地构造位置位于兴蒙造山带东部，经历了漫长而复杂的构造演化。特殊的大地构造位置以及复杂的构造演化使研究区成为研究古亚洲洋发展演化的重要突破口。多年来，很多研究单位及学者对该区发育的钾长花岗岩进行了研究，特别是20世纪70年代以来，先后开展了1∶500 000、1∶200 000地质调查以及矿区1∶50 000地质调查等工作；但是，未讨论过海西期钾长花岗岩的形成时代及其构造属性。本文通过对滨东地区海西期钾长花岗岩的锆石U-Pb年代学特征、地球化学特征的研究，讨论兴蒙造山带的演化，对阐明西伯利亚板块与华北板块之间的古亚洲洋碰撞闭合时间具有重要的意义。

1 区域地质特征

研究区位于松嫩—张广才岭地块的东缘，西伯利亚板块与华北板块之间的兴蒙造山带东段(图1)[9-11]。古生代期间，经历了古亚洲洋的演化和多陆块的拼合，研究区未出露松嫩—张广才岭地块基底岩系；在晚石炭世开始进入盆地发展阶段，形成了上石炭统唐家屯组火山碎屑岩沉积建造，代表张裂环境下的陆缘海盆形成阶段。晚石炭世—早二叠世沉积了陆相湖侵—湖退沉积旋回的杨木岗组，代表裂陷早期拉张作用增强阶段；在中二叠世沉积了滨海—浅海相的土门岭组。晚中生代以来，研究区进入太平洋构造域演化阶段，表现为板内盆岭构造发育阶段，晚侏罗世形成了NE向的帽儿山组陆相火山断陷盆地。早白垩世以岩浆喷发为主，形成了宁远村组陆相火山断陷盆地。研究区的侵入岩可分为海西期侵入岩类和燕山期侵入岩类，海西期侵入岩的岩性主要有辉长闪长岩、花岗岩、花岗闪长岩和白岗岩；燕山期侵入岩主要为晚三叠世—早侏罗世花岗闪长岩、三叠世—早侏罗世二长花岗岩、晚三叠世—早侏罗世钾长花岗岩、晚三叠世—早侏罗世花岗斑岩。

2 岩石学及地球化学

作者对出露于松嫩—张广才岭地块红星屯地区的海西期钾长花岗岩进行了详细野外地质调查，发现海西期钾长花岗岩侵入上石炭统唐家屯组，唐家屯组流纹岩可见红褐色烘烤边。在探槽中见早侏罗世花岗斑岩侵入海西期钾长花岗岩，接触部位的细粒钾长花岗岩变红。在野外露头可见中二叠统土门岭组大理岩不整合于海西期钾长花岗岩之上。红星屯岩体主要岩石类型为细粒钾长花岗岩，岩石风化面呈灰褐色，新鲜面呈肉红色，细粒花岗结构，块状构造。岩石由钾长石(质量分数为60%±)、斜长石(6%±)、石英(33%±)和黑云母(1%)组成。钾长石：半自形板状—他形粒状，简单双晶，条纹结构；多条纹长石，晶面略脏，弱黏土化，粒径0.2～1.9 mm；斜长石：半自形板状，聚片双晶较窄，卡钠复合双晶，多更长石，弱黏土化，具破裂现象，粒径0.4～2.0 mm；石英：他形粒状，波状消光，粒径0.2～1.6 mm，个别可达2.7 mm；黑云母：褐色片状，多色性明显，Ng’显深褐色，Np’显浅褐黄色，晶体具绿泥石化，粒径0.16～0.72 mm。

红星屯岩体样品的地球化学分析结果见表1。红星屯岩体SiO2质量分数(w)为74.70%～75.70%，平均为75.24%，含量较高，为酸性岩。Al2O3质量分数为12.07%～13.18%，CaO为0.37%～1.79%，TiO2(0.07%～0.14%)和P2O5(0.04%～0.43%)含量较低，全碱(Na2O+K2O)质量分数为7.78%～8.09%。A/CNK值为0.88～1.12，具有I型花岗岩的特征。里特曼指数(δ)为1.85～2.06，为钙碱性花岗岩，TFeO/(TFeO+MgO)值为0.74%～0.90%，为富铁。在K2O-SiO2图解(图2)中落在高钾钙碱性系列区域内，属于高钾钙碱性花岗岩；在铝质-准铝质花岗岩判别图解中(图3)，样品落入准铝-过铝质区域。

稀土元素总质量分数 (w∑REE)为96.32×10-6

表1 红星屯岩体主元素(w/%)、痕量元素(w/10-6)和稀土元素(w/10-6)分析结果

(续表1)

图2 红星屯岩体K2O-SiO2图解Fig.2 K2O-SiO2 diagram of Hongxing village intrusions

图3 红星屯岩体A/CNK-A/NK图解Fig.3 A/CNK-A/NK diagram of Hongxing village intrusions

～172.83×10-6，轻稀土元素质量分数(wLREE)为85.83×10-6～157.86×10-6，重稀土元素(wHREE)为10.49×10-6～15.40×10-6，轻重稀土比值(wLREE/wHREE)为8.18～10.55，Eu负异常0.21～0.77，轻重稀土分馏程度强(wLa/wYb)N=10.71～11.88。海西期钾长花岗岩具有相对富集轻稀土、亏损重稀土元素的右倾型稀土元素分配曲线特征(图4)。在痕量元素原始地幔标准化蛛网图(图5)中，富集大离子亲石元素K、Rb，相对亏损Ba、Sr。高场强元素Zr、Th含量较高，Ta、P、Ti含量较低，其中P和Ti的亏损表明岩浆经历了黑云母、榍石、角闪石及磷灰石等含P、Ti矿物的分离结晶。

3 锆石U-Pb年代学

图4 红星屯岩体稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.4 Primitive mantle-normalized trace element distribution of the Hongxing village intrusions据李怀坤等(2009) [12]

图5 红星屯岩体痕量元素原始地幔标准化图解Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution pattern of Hongxing village intrusions作图方法据J.Pearce等(1984) [13]

本文同位素测龄样品(样号P2LT29)在研究区中东部秋皮沟东采石场内采取，样品新鲜，无风化现象，呈肉红色，样品质量13 kg。在河北省地质矿产局廊坊实验室用常规方法从样品中分离锆石，分离出锆石颗粒较多，保证了用于U-Pb年代学测试的锆石质量。在北京离子探针中心制靶后，在天津地质矿产研究所进行LA-ICP-MS测龄，检测依据为DZ/T0184.3-1997，激光斑束直径为35 μm，频率为8～10 Hz。激光剥蚀物质以He为载气送入NEPTUNE质谱仪中，数据处理采用GLITTER(ver 4.0)，样品的加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用ISOPLOT程序，具体方法见参考文献[12]。锆石晶体长90～200 μm，宽40～90 μm，大部分呈自形—半自形的粒状或长柱状，具有典型的岩浆振荡生长环带(图6)。锆石wTh/wU比值为0.38～1.57，暗示其具有岩浆成因的特点。共对25个锆石颗粒进行了LA-MC -ICPMS U-Pb法年龄测定(表2)，校正后的有效数据24个。在锆石U-Pb谐和图中，大多数样品位于谐和线上或其附近。4号、5号点锆石年龄为(401±2) Ma、(316±2) Ma，可能为捕掳的前期锆石。综上所述，红星屯岩体锆石U-Pb谐和年龄为(298.54±0.86) Ma(MSWD=0.94)(图7)。

图6 红星屯岩体锆石阴极发光图像Fig.6 Cathodoluminescence images of zircons from the Hongxing village intrusions

图7 红星屯岩体锆石的U-Pb年龄谐和图及加权平均年龄Fig.7 Concordia diagrams of zircon U-Pb dating results and weighted mean ages of Hongxing village intrusions

4 地质意义

红星屯岩体富铝、富铁，A/CNK值为0.88～1.12，属于高钾钙碱性I型花岗岩。从相关花岗岩构造判别图解中可以看出，在花岗岩类形成环境的痕量元素wRb-wTa+Yb图解上，钾长花岗岩体投影点落入Post-COLG区，即后碰撞花岗岩区(图8)。在构造环境SiO2-Al2O3判别图上，样品都落在POG(造山后花岗岩)区内(图9)。在R1-R2图解上大部分样品落入造山晚期花岗岩区内(图10)。

图8 花岗岩的Rb-(Ta+Yb)图解Fig.8 Rb-(Ta+Yb) diagram of granites作图方法据J.Pearce等(1984) [13]

图9 构造环境SiO2-Al2O3判别图解Fig.9 SiO2-Al2O3 diagram for tectonic setting作图方法据P.D.Maniar等(1989) [14]

图10 构造环境R1-R2判别图Fig.10 R1-R2 diagram for tectonic setting作图方法据R.A.Batchelor等(1989) [15]

大兴安岭地区古生代经历了额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和佳木斯地块之间的碰撞演化过程。它们之间以小或中型洋盆相隔，共同属于西伯利亚板块的亲缘陆块[16,17]。随着古亚洲洋的不断闭合，这些地块向华北板块和西伯利亚板块之间不断靠拢并最终发生碰撞拼合，额尔古纳地块与兴安地块至少在490 Ma以前沿塔源—喜桂图断裂闭合[18,19]。而在早石炭世松嫩地块和额尔古纳—兴安地块之间的内蒙古中部海槽沿黑河—嫩江—扎赉特缝合带碰撞拼合，该碰撞拼合带向西与索伦—贺根山缝合带相连[20]。近年来有研究表明，中志留世研究区发育一套偏铝质钙碱性火山岩，岩石组合包括闪长岩、花岗岩闪长岩、二长岩，表现出与俯冲有关的弧火山岩属性[11]。在早石炭世发育有钙碱性闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩组合，暗示这些岩石形成于板块碰撞前的洋壳俯冲环境[21-23]。周长勇发现有与板块俯冲作用有关的辉长岩都可表明在早石炭世松嫩地块与兴安地块之间存在洋壳俯冲作用[24]。在晚石炭世发育有高钙碱性碰撞后成因的I型花岗岩，表明研究区在晚石炭世兴安地块和松嫩地块之间的古亚洲洋已经闭合[25-27]。同时沿着二连—嫩江—黑河缝合带发育有挤压拼贴造山后伸展环境下的年龄为290～260 Ma的A花岗岩[28，29]。因此，晚泥盆世—二叠纪研究区经历了洋壳俯冲、陆陆碰撞和造山后伸展作用。另外，地层学研究表明，松嫩地块在早石炭世火山活动(353～352 Ma B.P.)中伴有洪湖土河组海相沉积[30]，晚石炭世转为陆相火山-碎屑沉积(黑龙江地质矿产局，1993)。

结合以上分析，在晚泥盆世—早石炭世，古亚洲洋进入收缩闭合阶段，形成了与洋壳俯冲有关的岩浆岩。沿贺根山—嫩江缝合线发现有碰撞拼合的直接产物——蓝片岩，其年龄为344 Ma[31]。在晚石炭世,研究区形成的红星屯岩体具有碰撞后花岗岩特征，是在兴安地块和松嫩地块之间的古亚洲洋闭合后伸展环境下形成的，其年龄为(298.54±0.86) Ma。

5 结 论

a.黑龙江滨东地区海西期花岗岩为钾长花岗岩，属于高钙碱性岩系的I型花岗岩。

b.LA-ICP-MS 锆石U-Pb测龄结果显示滨东地区晚海西期花岗岩的形成年龄为(298.54±0.86) Ma，属于晚石炭世。

c.该岩石形成于古亚洲洋闭合后，兴安地块和松嫩地块碰撞拼合后的伸展作用。

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Geochronology of the Hercynian potash feldspar granite and its geological significance in East Harbin, China

NIU Yan-hong1, ZHOU Zhi-guang2, NIU Wen-zhi2, WANG Guo-sheng2, ZHAO Xiao-qi2, LI Hong-ying2, LI Jia-liang2

1.QiqiharBranch,ResearchInstituteofRegionalGeologicalSurveyofHelongjiang,Haerbin150036,China; 2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China

The flesh pink fine-grained alkali-feldspar granites widely occur in East Harbin with unknown emplacement time. Study of chronology and geochemistry of these rocks are conducted in order to provide new evidence for discussion of the tectonic evolution of Xing’an Mongolia Orogenic Belt or Paleo-Asian Ocean. Alkali-feldspar granite is mainly composed of perthite, plagioclase, quartz and biotite and they are e rich in SiO2(the mass fraction is 74.70%～75.70%), Al2O3(12.07%～13.18%) and alkali (Na2O+K2O=7.78%～8.09%), with ratios of K2O/Na2O=0.93%～1.60% and Litman index of 1.85～2.06. The concentrations of REE range from 96.32×10-6to 172.83×10-6with remarkable negative Eu anomaly (δEu=0.21～0.77) and A/CNK ratio of 0.88～1.12, characteristic of high-K calc-alkaline granite. It indicates that the magma is originated from an extensional setting induced by post-orogenic collapse of the lithosphere. Zircon U-Pb dating yields age of 298.54±0.86 Ma (MSWD=0.94) and constrains the emplacement time of the granite to late Carboniferous period. It is considered that the alkali-feldspar granites generated under the extensional setting related to the collision between Xing’an and Songnen Blocks after the closure of Paleo-Asian Ocean.

Harbin; alkali feldspar granite; zircon U-Pb dating; Hercynian; geological significance

10.3969/j.issn.1671-9727.2016.05.05

1671-9727(2016)05-0555-09

2015-01-17。

中国地质调查局项目(1212011220465, 12011120700)。

牛延宏(1964-)，男，高级工程师，从事区域地质矿产调查工作, E-mail:niuyanhong6699@163.com。

P588.121

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