大兴安岭满归地区变中酸性火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

李中会， 李睿杰， 李阳， 沙环宇

(1.黑龙江省地质调查研究总院，哈尔滨 150036； 2.黑龙江省齐齐哈尔地质勘查总院，齐齐哈尔 161006)

0 引言

大兴安岭北部寒武系—新生界出露齐全[1]，其中新元古界—下寒武统大网子组是西伯利亚板块南缘早古生代陆缘增生的重要组成部分，以绿片岩相为主。前人曾在该区沉积地层中发现微体化石，时代为新元古代—早寒武世[2-3]，但根据岩石组合和变质程度，少量时代不明地层被归入大网子组。大网子组于1962年在大兴安岭市呼玛县韩家园子乡创立并命名[1]，岩性主要为片理化安山岩夹绢云母泥质片岩。满归镇附近分布少量大网子组绿片岩相中酸性火山岩，由于地层接触不连续，未见化石，导致该套火山岩未获得正确认识和进一步研究。

本文以《漠河幅、漠河县幅1∶25万区域地质调查报告》[4]为基础，通过详细研究满归镇附近的浅变质地层，从岩石地层、火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学研究入手，精确厘定时间格架，为进一步研究额尔古纳地块北缘早侏罗世岩浆活动与构造演化提供参考。

1 研究区地质概况

研究区位于大兴安岭北部，蒙古—鄂霍茨克缝合带与天山—内蒙古—大兴安岭缝合带之间(图1(a))[5]。该区属于额尔古纳地块[6]，古生代地层属于额尔古纳地层分区[1]。区内出露的较老地层为古元古界兴华渡口岩群，为结晶基底； 新元古界—下寒武统吉祥沟组和下石炭统红水泉组零星分布； 早侏罗世早期中酸性火山岩分布于满归镇附近，晚侏罗世—早白垩世中酸性火山岩在研究区东南部呈NE向带状分布。侵入岩主要为早侏罗世石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和中元古代花岗岩，与前人划分的新元古代—早古生代侵入岩[4,7]明显不同。研究区构造以NE向韧-脆性断裂为主(图1(b))。

1.第四系； 2.甘河组； 3.满克头鄂博组； 4.变中酸性火山岩； 5.红水泉组； 6.吉祥沟组； 7.兴华渡口岩群； 8.花岗质片麻岩； 9.细粒石英闪长岩； 10.细中粒花岗闪长岩； 11.细中粒二长花岗岩； 12.粗粒二长花岗岩； 13.中细粒似斑状二长花岗岩； 14.地质界线； 15.不整合界线； 16.推测断层； 17.韧性剪切带； 18.剖面及编号； 19.采样位置及样品编号

图1 内蒙古根河市满归镇构造位置(a)及地质简图(b)

Fig.1Tectoniclocation(a)andgeologicalsketch(b)ofManguiTowninGenheCityofInnerMongolia

2 剖面特征

满归变中酸性火山岩分布于满归镇西2 km处，空间上呈孤岛状或团块状，岩性为变安山岩、变英安岩和变流纹岩，夹变晶屑凝灰岩，与古元古代兴华渡口岩群、中元古代花岗质片麻岩呈断层接触，且被周围早侏罗世花岗闪长岩和二长花岗岩侵入。本次实测了1条路堑剖面(编号：P17-2)，并修测了1条前人实测的山地剖面(编号：P17)，剖面特征如下。

(1)剖面P17-2。满归变中酸性火山岩实测路堑剖面如图2所示。由上到下地层层序特征描述如下。

1.变英安岩； 2.变安山岩； 3.变安山英安岩； 4.花岗闪长岩； 5.花岗斑岩； 6.细粒闪长岩； 7.花岗片麻岩； 8.松散砂砾堆积物； 9.变中酸性火山岩； 10.早侏罗世花岗闪长岩； 11.中元古代花岗片麻岩； 12.断层； 13.采样位置； 14.层号

图2 满归变中酸性火山岩实测路堑剖面(P17-2)

Fig.2Measuredsection(P17-2)ofmeta-intermediate-

acidicvolcanicrocksinManguiarea

未见顶

深灰色变英安岩 49.21 m

墨绿色变英安岩 15.38 m

⑩绿灰色变英安岩 66.70 m

⑨墨绿色变英安岩 24.38 m

⑧绿灰色变英安岩 15.18 m

⑦浅灰绿色变安山英安岩 87.85 m

⑥深灰绿色变安山岩 40.08 m

⑤黑色变英安岩 43.63 m

④灰黑色变英安岩 224.47 m

③灰绿色变英安岩 19.76 m

②浅绿色变英安岩 62.57 m

①浅黄褐色变英安岩 9.66 m

—— 被早侏罗世花岗闪长岩侵入 ——

(2)剖面P17。满归变中酸性火山岩修测剖面如图3所示。由上到下地层层序特征描述如下。

中元古代花岗片麻岩

—— 断层 ——

③深灰色变流纹岩 33.57 m

②青灰色片理化变晶屑凝灰岩 38.69 m

①深灰色变流纹岩 35.43 m

未见底

1.变流纹岩； 2.变晶屑凝灰岩； 3.花岗片麻岩； 4.闪长玢岩； 5.断层破碎带； 6.变中酸性火山岩； 7.中元古代花岗片麻岩； 8.层号

图3 满归变中酸性火山岩修测山地剖面(P17)

Fig.3Revisionsection(P17)ofmeta-intermediate-acidicvolcanicrocksinManguiarea

3 火山岩特征

满归变中酸性火山岩普遍发育断裂破碎构造，伴有绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化、绢云母化、硅化，以变英安岩和变流纹岩为主。用于锆石U-Pb年龄测定的变安山岩(编号：P17-2B11-12)采自实测剖面P17-2中部，与上、下岩层变英安岩呈整合接触，因发生绿帘石化，岩石表面呈黑绿色，新鲜面呈灰黑色，见灰白色硅质脉体(图4(左))。

图4 变安山岩(P17-2B11-12)野外露头(左)及显微镜下照片(右)Fig.4 Outcrop (left) and photomicrograph (right) of the meta-andesite (Sample P17-2B11-12)

显微镜下观察，岩石呈少斑结构，斑晶粒径0.5～1.2 mm，含量占3%，成分主要为长石，呈半自形板状，被绢云母、绿帘石和黏土矿物交代； 基质含量占87%，被黏土矿物及少量绿帘石交代，结构模糊，后期被硅质交代； 硅质含量占10%，呈脉状和带状沿孔隙分布(图4(右)) 。

4 年代学特征

4.1 测试方法

锆石分选在河北省廊坊区域地质调查研究院地质实验室完成，样品靶制备在北京锆年领航科技有限公司实验室完成，锆石阴极发光照相和LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试在中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成。样品采用常规方法进行粉碎、淘洗，保留重砂矿物，再用电磁选方法分选锆石，双目镜下选出晶形较好的锆石，然后将锆石粘贴在环氧树脂表面，打磨抛光后露出锆石表面，完成样品制靶后，对锆石进行透射光、反射光和阴极发光照相，确定所测锆石位置。在中国地质调查局天津地质调查中心实验室利用193 mm激光器对锆石进行剥蚀，激光剥蚀束斑直径为35 μm。采用标准锆石TEMORA作为外标校正U-Pb同位素分馏，利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石的U、Th、Pb含量，详细的实验原理和流程见参考文献[8]。采用ICP-MS Data Cal程序[9]和Isoplot(ver 3.0)程序[10]进行数据处理。

4.2 测试结果

大部分锆石颗粒在透射光和反射光下呈浅黄色—无色，半透明—透明，粒径为75～165 μm，晶形呈半自形—自形短柱状，长宽比为2∶3。锆石阴极发光照片(图5)显示，锆石内部结构清晰，均发育典型的振荡环带，表明其为岩浆成因锆石。选择26颗自形程度和透明度均较好的岩浆锆石进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年分析。

图5 变安山岩(P17-2B11-12)锆石阴极发光照片Fig.5 Cathodoluminescence images of zircons of meta-andesite(P17-2B11-12)

变安山岩(P17-2B11-12)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年结果见表1，锆石U-Pb年龄谐和图见图6。26个测点可分为4组：第一组为2～6、8、13～15、20、22和26共12个点，校正后获得的206Pb/238U加权平均年龄为(199±1) Ma， 12个点的谐和曲线具有较好的一致性(MSWD=1.7)； 第二组为1、9、10、16和21共5个点，校正后获得的206Pb/238U加权平均年龄为(226.5±1.1) Ma，5个点的谐和曲线具有较好的一致性(MSWD=0.49)； 第三组为7、11、12、18、19、23和25共7个点，206Pb/238U年龄零散分布在210～717 Ma之间； 第四组为17和24两个点，206Pb/238U年龄分别为181 Ma和189 Ma。第一组代表了火山岩的形成年龄，第二组和第三组代表了捕获锆石的年龄，第四组代表了遭受改造锆石的年龄。

表1 变安山岩(P17-2B11-12)LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果

图6 变安山岩(P17-2B11-12)锆石U-Pb年龄谐和图

Fig.6ZirconU-Pbconcordantdiagramofmeta-andesite(P17-2B11-12)

5 讨论

5.1 地层对比

满归变中酸性火山岩是在新元古界—下寒武统倭勒根群大网子组厘定的。倭勒根群包含吉祥沟组和大网子组[1]。前人在吉祥沟组泥质板岩中采集到了球藻类微体化石Teophipoliacf.lacerata，Leiosphaeuidiasp.等[2]，时代为新元古代—早寒武世。在大网子组火山凝灰岩中采集到了藻类微体化石Baltisphaeridiumsp.，Lophosphaeridiumsp.等[3]，时代为新元古代—早寒武世。将满归变中酸性火山岩与区域大网子组对比，发现满归变中酸性火山岩缺少板岩、变砂岩、石英片岩等细碎屑沉积岩夹层，暗示大网子组浅变质火山岩缺少沉积岩夹层，其形成时代具有不确定性。

5.2 火山岩分布及其与漠河盆地物源的关系

目前，对大兴安岭火山喷发带北段额尔古纳地块早侏罗世火山岩的研究较少。十六站一带塔木兰沟组(J2t)火山岩主要为玄武岩、安山岩、安山质角砾熔岩、玄武质凝灰熔岩等，其中安山岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为(185±1) Ma[11]，显示该火山岩形成于早侏罗世。

研究表明，漠河盆地沉积活动始于中侏罗世[12]，绣峰组、二十二站组砾石和岩屑见少量玄武岩、英安岩、安山岩、流纹岩和流纹质凝灰岩[12-14]，与本区及十六站地区早侏罗世火山岩岩性一致，暗示漠河盆地火山岩碎屑物来源与早侏罗世火山岩关系密切。与漠河盆地同成分碎屑物相比，满归早侏罗世火山岩又经历了变质作用，推测与后期漠河逆冲推覆构造有关。

5.3 地质意义

古生代—中生代—新生代，东北地区主要受古亚洲洋构造域、蒙古—鄂霍茨克构造域和滨太平洋构造域影响[5,7,15]。前人对额尔古纳地块侵入岩进行研究，认为早侏罗世岩浆活动与古亚洲洋的闭合[16-18]或蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的板块俯冲[7]有关。火山岩和侵入岩相伴产出，显示早侏罗世额尔古纳地块处于火山-岩浆弧构造背景，暗示蒙古—鄂霍茨克洋存在南向俯冲的可能性。本次火山岩年龄的厘定，对早侏罗世岩浆活动和大地构造演化研究，尤其对蒙古—鄂霍茨克洋闭合过程的地球动力学研究具有重要意义。

6 结论

(1)满归变中酸性火山岩主要由变安山岩、变英安岩、变流纹岩和少量变晶屑凝灰岩组成。

(2)满归变安山岩形成于(199±1) Ma，即早侏罗世早期，而非前人认为的形成于新元古代—早寒武世。

(3)额尔古纳地块早侏罗世火山岩为漠河前陆盆地沉积提供了物源。