黑龙江南蛤拉河子地区早侏罗世花岗岩演化及构造环境

王 博郭 炜 王朝金

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

黑龙江南蛤拉河子地区早侏罗世花岗岩演化及构造环境

王 博*郭 炜 王朝金

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

提 要 黑龙江南蛤拉河子地区花岗岩分布广泛，岩性主要为石英闪长岩、黑云母花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩。通过对花岗岩进行了锆石年龄分析测试和岩石地球化学的分析研究，结果表明石英闪长岩、黑云母花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩形成于早侏罗世，随着SiO2含量的增加，Fe2O3、FeO、MgO、Al2O3、MnO、CaO、TiO2含量逐渐减少，K2O含量逐渐增加，且向富钾方向演化；Rb、U、Th、K等逐渐富集，Nb、Ti、P逐渐亏损；轻稀土和重稀土总量逐渐逐渐增加，Eu从无异常或弱的负异常到强烈负异常。早侏罗世花岗岩为“I”型花岗岩，其与太平洋板框向欧亚板块俯冲有关。

早侏罗世花岗岩 锆石U-Pb年龄 岩石地球化学 构造环境

1　概况

研究区位于黑龙江省五常市东南部南蛤拉河子地区，张广才岭南段西北西麓。区内花岗岩广泛分布，主要由早侏罗世花岗岩组成，出露面积约占约占研究区总面积的52%（图1）。早侏罗世花岗岩由一套中酸性-酸性岩浆组成，主要岩性为石英闪长岩，黑云母花岗闪长岩，黑云母二长花岗岩。

石英闪长岩出露于张家湾一带，呈岩基产出，岩石类型有细粒石英闪长岩和中细粒石英闪长岩，被细粒黑云母花岗闪长岩和中细粒似斑状黑云母花岗闪长岩侵入；花岗闪长岩出露于北二青顶子、青山林场、建设林场和磨盘山水库一带，呈岩基、岩株产出，岩石类型有中细粒黑云母花岗闪长岩和中细粒似斑状黑云母花岗闪长岩，区域上花岗闪长岩被二长花岗岩侵入。二长花岗岩出露于陈大房子、沙河子镇和大锅盔北，呈岩基、岩株产出，岩石类型有中（细）粒似斑状黑云母二长花岗岩、中粒黑云母二长花岗岩，中细粒黑云母二长花岗岩和细粒黑云母二长花岗岩。

图1　早侏罗世花岗岩分布简图及同位素采样位置Fig.1 Distribution diagram and isotope sampling position of Lias granite

2　年代学特征

研究区内对早侏罗世花岗岩采样7个样品，并进行了分析测试，共获得了7个U-Pb锆石同位素年龄测定数据。分述如下：

2.1石英闪长岩

区内共采取1个U-Pb锆石同位素年龄样品，样品采自张家湾岩体，岩性为中细粒石英闪长岩，从锆石阴极发光图像可以看出锆石全部为半自形～自形粒状（图2），显示典型的岩浆震荡生长环带，锆石Th/U比值介于0.43～1.37之间，均反映其锆石岩浆成因特点【1，2】，测定数据谐和度较高，206Pb/238U加权平均年龄为（176.2±1.8）Ma（MSWD= 1.17），代表了张家湾石英闪长岩岩浆结晶年龄，据此将本期石英闪长岩形成时代确定为早侏罗世晚期。

图2　中细粒石英闪长岩U-Pb锆石年龄谐和图Fig.2 Concordia plot of U-Pb age for zircon of Medium-fine quartz diorite

2.2花岗闪长岩

区内共采取了2个U-Pb锆石同位素年龄样品，样品采自北二青顶子和建设林场东，岩性分别为中细粒似斑状黑云母花岗闪长岩和中细粒黑云母花岗闪长岩，获得了（198±1.5）Ma和（182.4±1.1）Ma谐和年龄（图3），时代将其置于早侏罗世。

图3　建设林场东中细粒黑云母花岗闪长岩U-Pb年龄谐和图Fig.3 Concordia plot of U-Pb age for zircon of medium-fine biotite granodiorite from eastern Jianshe forest farm

在建设林场东侧采取的同位素测年样品中所选出的锆石晶形较完整，具有比较清晰的内部结构，多为长、短柱状，代表岩浆成因的锆石。锆石样品Pb含量为4.68×10-6～23.9×10-6，U含量为70.78×10-6～483.6×10-6，Th/U平均值0.24～1.08，显示它们是岩浆结晶形成的。从中筛选了25颗锆石进行测定，测年数据进行校正后，21个测点均落在谐和线上，计算得到加权平均年龄为（182.4±1.1）Ma（图3），该年龄值基本代表岩体的岩浆结晶时代。

2.3二长花岗岩

区内共采取了4个U-Pb锆石同位素年龄样品，样品采自青山林场西南（细粒黑云母二长花岗岩），大锅盔北（中细粒黑云母二长花岗岩），建设林场东南（中细粒似斑状黑云母二长花岗岩），八一水库东（中粒黑云母二长花岗岩），获得了（178.8±4.3）Ma、（176.4±2.4）Ma、（172.7±1.6）Ma和（174.5±0.94）Ma谐和年龄。时代置于早侏罗世。

图4　青山林场西南细粒黑云母二长花岗岩锆石阴极发光图像及U-Pb年龄谐和图Fig.4 Concordia plot of Zircon cathodoluminescence microscopy image and U-Pb age for fine biotite monzonitic granite from sourthwestern Qingshan forest farm

青山林场西南采集的同位素测年样品，从锆石阴极发光图像（图4）可以看出锆石主要为半自形—自形粒状，极少数呈板柱状显示典型的岩浆震荡生长环带，锆石Th/U比值介于0.43～1.37之间，均反映其锆石岩浆成因特点【1，2】。年龄主要分为五组，分别为（178.8±4.3）Ma（n=9）、（250±5.6）Ma（n=2）、（294±4.67）Ma（n=3）、（329±5.02）Ma、（362.6±7.7）Ma（n=2），位于最下部的9个测点的加权平均年龄为（178.8±4.3）Ma（MSWD = 3.7），应代表了该岩石形成的时代即早侏罗世，其余的年龄均代表了岩浆捕获锆石的年龄。

从大锅盔山北采取的同位素测年样品中所选出的锆石晶形较完整，具有比较清晰的内部结构，多为长、短柱状，代表岩浆成因的锆石。锆石样品Pb含量为5.17×10-6～14.81×10-6，U含量为151.62×10-6～473.4×10-6，Th/U平均值0.55～0.83，，显示它们是岩浆结晶形成的。从中筛选了25颗锆石进行测定，测年数据进行校正后，12个测点均落在谐和线上，计算得到加权平均年龄为（176.4±2.4）Ma（图5），该年龄值基本代表岩体的岩浆结晶时代。

从八一水库东采取的样品中所选出的锆石主要为半自形—自形粒状，极少数呈板柱状，显示典型的岩浆震荡生长环带，锆石Th/U比值介于0.92～2.77之间，均反映其锆石岩浆成因特点【1，2】。从中筛选了25颗锆石进行测定，测年数据进行校正后，20个测点均落在谐和线上，计算得到加权平均年龄为（174.5±0.94）Ma（图6），该年龄值基本代表岩体的岩浆结晶时代。

图6　八一水库东中粒黑云母二长花岗岩U-Pb年龄谐和图Fig.6 Concordia plot of U-Pb age for Medium biotite monzonitic granite from eastern Bayi reservoir

3　岩石地球化学特征

3.1主量元素特征

对研究区内石英闪长岩、花岗内生岩、二长花岗岩等样品进行了分析，岩石的主要元素分析结果见表1。

石英闪长岩的SiO2含量为61.44%～67.67%，Na2O含量为2.52%～3.2%，K2O含量为1.54%～2.61%，岩石里特曼指数（σ）为0.79～1.34，均小于3.3，为钙碱性系列，在AFM图解（图7）中，石英闪长岩样品也全部落入钙碱性系列，在SiO2-K2O图解（图8）中，样品亦全部落入钙碱性系列【3】。从花岗岩成因系列Na2O-K2O图解（图9）中样品全部落入I型花岗岩区【4】。

花岗闪长岩的SiO2含量64.72%～69.75%，Na2O含量为2.48%～4.5%，K2O含量为2.26%～4.05%，岩石里特曼指数（σ）为1.16～3.19，均小于3.3，为钙碱性系列，在AFM图解（图7）中，样品也全部落入钙碱性系列，在SiO2-K2O图解（图8）中，样品落入高钾钙碱性、钙碱性系列中，综合判断花岗闪长岩为钙碱性系列【3】。从花岗岩成因系列Na2O-K2O图解（图9）中样品全部落入I型花岗岩区【4】。

表1　石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩主量元素分析结果表Table 1 Principal element analyzing table of quartz diorite， granodiorite and monzonitic granite

图7　AFM图解（引自Irvine，1971）T为拉斑玄武岩系列；C为钙碱性系列Fig.7 AFM diagram（from Irvine，1971）

图8　花岗岩类SiO2-K2O图解Fig.8 SiO2-K2O diagram of granite

二长花岗岩的SiO2含量在70.61%～74.68%之间。Na2O含量为3.23%～4.4%，K2O含量为3.88%～4.18%，岩石里特曼指数（σ）为0.79～1.34，均小于3.3，为钙碱性系列，在AFM图解（图7）中，样品也全部落入钙碱性系列，在SiO2-K2O图解（图8）中，样品落入高钾钙碱性系列中，综合判断二长花岗岩为钙碱性系列【3】。从花岗岩成因系列Na2O-K2O图解（图9）中三个样品样品落入A型花岗岩区，在A型与I型花岗岩Y-SiO2判别图（图10）中有3个样品落入I型花岗岩区。A型花岗岩碱性暗色矿物含量高，而区内二长花岗岩中未见碱性暗色矿物，二长花岗岩为I型花岗岩【4】。

南蛤拉河子地区早侏罗世花岗岩全碱含量（K2O+Na2O）随着SiO2的含量增高而增高，有向富钾方向演化的趋势。且均为I型花岗岩。

图9　花岗岩成因系列Na2O-K2O图解（Collis等，1982）Fig.9 Na2O-K2O diagram of granite formation cause

图10　A型与I型花岗岩Y-SiO2判别图（Collis等，1982）Fig.10 Y-SiO2discriminant of type A and type I granite

3.2稀土、微量元素特征

从表2可以看出，石英闪长岩稀土总量（∑REE）为123.85×10-6～159.75×10-6，其中轻稀土总量（LREE）为114.63×10-6～146.6×10-6，重稀土总量（HREE）为9.22×10-6～13.9×10-6，LREE/HREE介于9.67～12.51，相对富集轻稀土，亏损重稀土，（La/Yb）N变化于10.98～15.53之间，轻重稀土分馏明显，基本无Eu异常或略具弱的正Eu异常（δEu为0.92～1.01）【5】，稀土元素球粒陨石标准化曲线表现为明显的右倾（图11左）。由原始地幔标准化的微量元素蛛网图上（图11右）可以看出， Rb、U、Th、K、Sr等大离子亲石元素明显的富集，而Nb、Ti等高场强元素和P相对亏损，具有明显的负异常特征【6】。

表2　早侏罗世花岗岩稀土、微量元素分析结果及主要参数Table 2 Rare earths and microelement analyzing resule and key parameter of Lias granite

续表2 早侏罗世花岗岩稀土、微量元素分析结果及主要参数Table 2（Continued）Rare earths and microelement analyzing resule and key parameter of Lias granite

图11　石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线（左）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（右）（球粒陨石标准化值引自Taylor and Mclennan（1985）；原始地幔标准化值引自Sun and McDonough（1989）Fig.11 REE chondrite-normalized patterns of quartz diorite （left） and original earth mantle standardizing chart of microelement （right）

花岗闪长岩稀土总量（∑REE）为104.06× 10-6～277.46×10-6，轻稀土总量（LREE）为92.17 ×10-6～258.98×10-6，重稀土总量（HREE）为9 ×10-6～18.48×10-6，LREE/HREE介于7.42～14.01，相对富集轻稀土，亏损重稀土，（La/Yb）N变化于5.25～14.57之间，轻重稀土分馏明显，具弱的Eu负异常（δEu为0.55～0.92），其亏损可能与源区残留少量斜长石有关【5】，稀土元素球粒陨石标准化曲线表现为明显的右倾（图12左）。由原始地幔标准化的微量元素蛛网图上（图12右）可以看出， Rb、U、Th、K等大离子亲石元素明显的富集，而Nb、Ti等高场强元素和P相对亏损，具有明显的负异常特征【6】。

二长闪长岩稀土总量（∑REE）为134.54× 10-6～306.51×10-6，轻稀土总量（LREE）为122.18×10-6～285.22×10-6，重稀土总量（HREE）为8.27×10-6～21.29×10-6，LREE/ HREE为9.08～15.5，相对富集轻稀土，亏损重稀土，（La/Yb）N为8.86～16.87，轻重稀土分馏更为明显，具明显的Eu负异常（δEu为0.35～0.76）（图13左），其亏损可能与源区残留大量斜长石有关【5】，表明其岩浆物质来源可能与地壳有关。由原始地幔标准化的微量元素蛛网图上（图13右）可以看出， Rb、U、Th、K等大离子亲石元素明显的富集，而Nb、Ti等高场强元素和P相对亏损，具有明显的负异常特征【6】。

图12　花岗闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线（左）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（右）（球粒陨石标准化值引自Taylor and Mclennan（1985）；原始地幔标准化值引自Sun and McDonough（1989）Fig.12 REE chondrite-normalized patterns of granodiorite （left） and original earth mantle standardizing chart of microelement （right）

图13　二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线（左）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（右）（球粒陨石标准化值引自Taylor and Mclennan（1985）；原始地幔标准化值引自Sun and McDonough（1989）Fig.13 REE chondrite-normalized patterns of monzonitic granite （left） and original earth mantle standardizing chart of microelement （right）

4　岩浆演化及构造环境

岩石随着SiO2含量的逐渐增加，Fe2O3、FeO、MgO、Al2O3、MnO、CaO、TiO2含量逐渐减少，K2O含量逐渐增加，且向富钾方向演化。从稀土元素平均含量分析，随着SiO2含量的逐渐增加，轻稀土和重稀土总量逐渐逐渐增加，稀土曲线总体呈左高、右低，轻稀土向右陡倾，轻重稀土分馏逐渐增强，Eu从无异常或弱的正异常到强烈负异常。从微量元素平均含量分析，随着SiO2含量的逐渐增加，Rb、U、Th、K等大离子亲石元素逐渐富集，而Nb、Ti高场强元素和P逐渐亏损，具有明显的负异常特征，而Ti的亏损程度随着岩浆演化而增加，表面岩浆中磷灰石、钛铁矿、榍石等含Ti矿分离结晶作用逐渐增强。

很多学者都从不同的角度探讨过古亚洲洋构造域与古太平洋构造域的转换问题，对于小兴安岭-张广才岭地区中生代花岗岩形成的构造背景存在明显不同的认识，概况起来主要有三种观点：①与太平洋板块俯冲有关1988【7】，而许文良等认为仅早侏罗世花岗岩与库拉板块的俯冲有关（许文良等，1994）；②与陆内造山作用有关，邓晋福等认为中国北方大陆（包括本区）在海西期已完成了南北两大板块的碰撞拼合，印支期的碰撞造山已不是陆-陆碰撞造山，而是陆内块体间的碰撞造山，纯属陆内造山作用（邓晋福等，1996）。③与西伯利亚板块和华北板块碰撞后的伸展作用有关（许文良等，1994；邵济安等，1997；洪大卫等，1994；吴福元等，1999）。到目前为止，对古亚洲洋与古太平洋构造域的转换问题还缺乏明确的认识。

前文已说明早侏罗世花岗岩为I型花岗岩，在La/Yb-Th/Yb图解（图14）中样品全部落入大陆边缘中，在Yb+Nb-Ru图解（图14）中样品全部落入火山弧（VAG）中，结合以上两点，说明调查区内早侏罗世花岗岩处于大陆边缘弧的构造环境，其与太平洋板框向欧亚板块俯冲有关。

图14　花岗岩类构造环境判断图解（La/Yb-Th/Yb据Condie，1989；Yb+Nb-Ru据Bechelor，1985）Fig.14 Diagram of granite structural environment

5　结论

基于对早侏罗世花岗岩的U-Pb年代学研究以及岩石地球化学的研究，得出以下几点认识：

（1）通过锆石U-Pb测年结果，表明研究区内石英闪长岩、黑云母花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩形成时代为早侏罗世。

（2）早侏罗世花岗岩为钙碱性系列，由中酸性像酸性过渡，随着SiO2含量的增加，向富钾方向演化。稀土总量逐渐增加，Eu从无异常或弱的正异常到明显的负异常，Rb、U、Th、K等逐渐富集，而Nb、Ti、P更加亏损。

（3）早侏罗世花岗岩为“Ⅰ”型花岗岩，处于大陆边缘弧的构造环境，与太平洋板块向欧亚板块俯冲有关。

1 吴元保，郑永飞. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约［J］.科学通报，2004，49（16）：1589～1604

2 Pidgeon R T.，Nemchin A A，Hitchen GJ..Internal structures of zircons from Archaean granites from the Darling Rangebatholith：Implications foe zircon stability and the interpretation of zircon U-Pb ages［J］.Contributions toMineralogy and Petrology，1998，132：288～299

3 Hugh R.Rollison（英）著，岩石地球化学［M］. 杨学明，等译. 合肥：中国科学技术大学出版社，2000

4 肖庆辉，邓晋福，马大铨，等. 花岗岩研究思维与方法［M］.北京：地质出版社，2002：1～60

5 中国科学院地球化学研究所. 高等地球化学［M］. 北京：科学出版社，2000

6 李昌年. 火成岩微量元素岩石学［M］. 武汉：中国地质大学出版社，1992

7 李之彤. 吉黑东部晚三叠世岩浆活动及其与板块构造的关系［J］.中国地质科学院院报，1988（00）

There are quartz diorite， biotite granodiorite and biotite adamellite in Nanhalahezi. The anlysis on U-Pb age testing and lithogeochemistry of zircon showed that the quartz diorite， biotite granodiorite and biotite adamellite were formed at Early Jurassic. The increase of SiO2content result in the decline of Fe2O3，FeO，MgO，Al2O3， MnO，CaO， TiO2，and the increase of K2O.At the same time， Rb，U，Th and K elements are rich ，but the Nb，Ti，P elements are lose. The total quantity of light and heavy rare earth are gradually increase. The Eu elements are vary from no abnormalities to weak and strong negative anomaly. The formation of “I” granite were caused by pacific plate subducting to eurasian plate.

2015年度国家科学技术奖揭晓

国土资源系统推荐项目榜上有名

2016年1月8日，国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行，国土资源系统推荐的项目中，有1项获得国家自然科学奖二等奖，有3项获得国家科技进步奖二等奖。

其中，由国土资源部推荐，中国地质大学（北京）王成善、魏文博、朱弟成等人研究完成的《青藏高原生长的深部过程、岩石圈结构与地表隆升》，荣获2015年度国家自然科学奖二等奖。

由中国海洋工程咨询协会推荐，国家海洋局第二海洋研究所、国家海洋局第一海洋研究所、国家海洋信息中心等单位研究完成的《中国海大陆架划界关键技术研究及应用》项目；由中国测绘地理信息学会推荐，中国测绘科学研究院、武汉大学、西南交通大学等单位研究完成的《国家数字城市地理空间框架技术体系构建与应用》项目；由国土资源部推荐，中国地质科学院勘探技术研究所、北京天和众邦勘探技术股份有限公司、无锡钻探工具厂有限公司等单位研究完成的《2000米以内全液压地质岩心钻探装备及关键器具》项目，分别获得2015年度国家科学技术进步奖二等奖。

LIAS GRANITE EVOLUTION AND THE STRUCTURAL ENVIRONMENT OF NANHALAHEZI REGION IN HEILONGJIANG PROVINCE

Wang Bo Guo Wei Wang Chaojin
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ，Zhuozhou， Hebei， 072754， China

early Jurassic granite； U-Pb age of zircon； lithogeochemistry； structural environment

P588.121

A

1006-5296（2016）01-0038-10

* 第一作者简介：王博（1986～），男，矿产勘查专业，工程师

2015-11-20；改回日期：2015-12-11