佳木斯板块安山岩及花岗闪长斑岩成岩时代及意义

赵 强, 汤静如, 姜迎久

(1. 桂林理工大学地球科学学院, 广西 桂林541004;2. 黑龙江省有色金属地质勘查七〇六队, 黑龙江 齐齐哈尔161100)

佳木斯板块位于兴蒙造山带最东段, 属于中亚造山带, 处于西伯利亚板块、 华北板块和太平洋板块构造域的叠加部位, 佳木斯板块具有复杂的构造拼贴构造演化历史。 前人对佳木斯板块的构造演化分析, 主要有两种不同的争议, 周建波根据对佳木斯板块南侧及西侧的变质杂岩的梳理, 认为太平洋板块于三叠纪-早侏罗世开始向西俯冲[2], 许文良根据碎屑锆石及火山岩的年龄和分布, 认为环太平洋构造体系向欧亚大陆下俯冲开始的时间应为早侏罗世。 即侏罗世以后的佳木斯板块主要是受太平洋板块构俯冲影响[3]。 随着太平洋构造域开始向欧亚板块的俯冲, 中生代以来中国东部形成了一个重要的火山岩带[4], 以往佳木斯板块中松木河组重要的火山岩部分, 研究程度相对偏低, 缺少相对精确的年代学及地球化学资料, 这很大程度上限制了该区区域上的构造演化历史研究分析。 本文对出露于七台河以西地区的松木河组安山岩开展了年代学、 岩石地球化学研究, 结合本区花岗闪长斑岩的年代学、 岩石地球化学研究, 确定了松木河组形成时代, 讨论了岩石成因及构造背景。

1 研究区地质概况

研究区位于兴蒙造山带东段, 位于佳木斯板块中部, 佳木斯隆起区南侧, 勃利盆地北侧。 区域主要岩性有, 麻山群: 主体为经历低压高温角闪岩相-麻粒岩相变质作用的变质岩系, 其岩石类型有长英质片麻岩、 石墨片岩、 矽线石榴片麻岩、 大理岩等, 其原岩相当于孔兹岩系。 马家街组主要由碳质板岩碳质千枚岩、 红柱石千枚岩、 大理岩组成, 形成时代认为是二叠纪之前。 黑龙江杂岩主要有由于这套岩石组合中含有以蓝闪石、 青铝闪石、 黑硬绿泥石、 多硅白云母及红帘石等为代表的高压变质矿物组合, 其形成时代主要是在210～180Ma。 晚寒武世似斑状花岗闪长岩, 具有一定的片麻状构造, 斑晶主要是斜长石, 斑晶粒度在0. 5cm～3cm 之间, 形成时代为504Ma 左右。 二叠世花岗岩, 岩石具有弱片麻状构造, 该期花岗岩在佳木斯板块中分布广泛, 地球化学上具有活动陆缘性质, 主要形成在中晚二叠世[9]。

2 安山岩、 花岗闪长斑岩特征及样品采集

该地区松木河组主要角闪安山岩, 安山岩, 含角砾安山岩等组成, 与下覆的早白垩世沉积岩以整合接触, 未见顶。 安山岩主要以爆发相、 溢流相相为主。 松木河组年龄样采样位置在七台河市长兴乡长发水库西侧采石场中采集的样品, 经纬度是N: 130°49′43″, E: 45°58′17″。 岩石样品新鲜, 无明显风化,样品编号为YJGS13。 安山岩具有斑状结构, 块状构造, 岩石中斑晶的含量在10%左右, 斑晶主要是有斜长石及角闪石构造, 斜长石含量在5～%8%之间, 自形板状, 粒径在0. 25mm～1. 25mm 之间不等。 角闪石含量在2% ～5%之间, 自形-半自形短柱状, 横截面为近六边形、 菱形, 粒度在0. 1mm～1mm 之间。基质由细微粒斜长石物定向排列构成交织结构。 其他露头处采取安山岩样品编号为YJGS27、 YJGS30。采样位置见图1。

图1 区域地质与采样点位图Fig 1. Map of Regional Geology and Sampling Site

花岗闪长斑岩主要沿断层, 特别是两组断层交汇处侵入到黑龙江杂岩中及二叠世花岗岩中, 与围岩多为断层接触, 个别处见顺层侵入, 主要呈小岩枝状。 花岗闪长斑岩采集位置为桦南县三道沟乡东侧采石场采集, 经纬度N: 130°41′49″, E: 46°07′27″。 岩石样品新鲜, 无风化, 样品编号为YJGS4。 岩石具有斑状结构, 块状构造。 斑晶主要为斜长石、 碱性长石、 石英和黑云母。 斜长石含量约20%, 多呈半自形板柱状、 长柱状, 粒径多在0. 5mm～1. 7mm 之间, 最大可达2. 8mm, 碱性长石含量约5%, 多呈半自形-他形的粒状及板状, 粒径多在0. 5mm ～1. 5mm 之间, 石英含量约10%, 呈他形粒状, 粒径在0. 5mm～1. 7mm 间, 一级黄白干涉色。 黑云母含量约8%, 呈他形片状, 粒径多在0. 3mm～1. 7mm 之间。基质为隐晶质结构, 并含少量的磁铁矿。 遭受碳酸盐化蚀变。 其他露头处采取安山岩样品编号为YJGS39, 具体采样位置见图1。

图2 松木河安山岩(a) 花岗闪长斑岩(b) 镜下特征Fig 2. Microscopic Picture of Songmuhe Andesite (a) and Granodiorite Porphyry (b)

2 样品分析测试方法

2.1 锆石U-Pb 定年

如上所述本次采集的样品均为人工采石场露头新鲜样品, 样品的破碎和锆石的挑选工作在河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。 在阴极发光(CL) 图像基础上, 采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱计(LA-ICPMS) 法对锆石进行微区原位单点U-Pb 同位素定年。 试验在吉林大学完成。 单个测试数据的误差为1σ, 加权平均年龄计算采用的是206Pb /238U 表面年龄的数据, 置信水平为95%。

2.2 主量、 微量和稀土元素分析

主量、 微量和稀土元素的分析均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。 其中, 主量元在RigakuRIX 型荧光光谱仪(XRF) 上进行, 微量、 稀土元素的分析采用电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS) 完成。 测量采用自动进样的方式, 以外部标准校正方法进行。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb 定年结果

两件样品的锆石LA-ICPMSU-Pb 定年数据列于表1。 锆石多呈自形—半自形晶, 发育有明显的岩浆振荡环带。 较高的w (Th) / w (U) 值, 松木河安山岩(0. 17 ～0. 65), 花岗闪长斑岩除继承锆石其他17 颗锆石w (Th) / w (U) 值(0. 12～0. 56) 表明锆石具有典型的岩浆成因。

图3 松木河组安山和谐年龄图图4 花岗闪长斑岩山和谐年龄图Fig 3. Concodia of Songmuhe Formation Andesite

本次工作在长兴幅长发水库附近采石场安山岩中采取同位素年龄样品, 采用LA-ICP-MAS 技术对挑选出的20 颗锆石进行了分析(表2) 获得U-Pb 谐和年龄为116±2Ma (n = 12, MSWD = 0. 49) 图3。五道沟附近早白垩世花岗闪长斑岩中取一件锆石U-Pb 同位素测年样品, 采用LA-ICP-MS 技术对20 颗锆石进行同位素测年(表2), 获得谐和年龄113. 5±2 (Ma) (MSWD = 2. 3, N = 12) 图4。 可以看出松木河组安山岩与北侧花岗闪长斑岩应为同期岩浆岩。 应具有相同的产出环境。

3.2 岩石地球化学特征

本次工作采取松木河组安山岩稀土、 微量样品3 套, 花岗闪长斑岩稀土、 微量样品测试结果如表2。 安山岩具有SiO2含量在58. 49% ～65. 88%。 Al2O3含量为15. 14% ～17. 35%, TiO2为0. 34% ～1. 17%,CaO 含量2. 16% ～4. 70%, MgO 含量为0. 58% ～1. 25%。 Na2O+K2O 含量为6. 09% ～8. 02%, K2O/ Na2O为0. 26～0. 43。 岩石富钠钾钙、 贫镁。 固结指数SI 为3. 95～10. 92, 分异指数DI 为70. 67～77. 89, 应属于安山岩-流纹岩区, 里特曼指数σ = 1. 60～3. 74, 平均2. 81 (＜4), 属岩浆钙碱性系列。

安山岩稀土配分模式曲线图(图5) 上, 曲线呈较陡右倾, 显示轻稀土富集型, 重稀土亏损, 岩石稀土总量∑REE 为39. 55×10-6～199. 67×10-6, 平均为118. 19×10-6。 轻重稀土比LREE / HREE 为7. 42 ～13. 22。 安山岩微量元素蛛网图曲线(图6) 上可以看出其Ta、 Hf 相对富集, Nb 相对亏损, LREE 相对HREE 富集。 Eu 弱正异常, δEu 为1. 03～1. 13。

花岗闪长斑岩SiO2含71. 451% ～74. 47%。 Na2O 值3. 73 ～4. 31%, K2O 值1. 78 ～2. 74%之间, Na2O+K2O 含量。 为5. 50% ～7. 05%, K2O/ Na2O 为0. 48～0. 64。 在SiO2-K2O 图解上, 整体具有中钾钙碱性系列的特征。

花岗闪长斑岩的稀土、 微量元素投图与安山具有相似的地球化学性质(图5) 岩石稀土微量特征,曲线呈较陡右倾, 显示轻稀土富集型, 重稀土亏损, 岩石稀土总量∑REE 为30. 76×10-6～60. 02×10-6。轻重稀土比LREE / HREE 为7. 42～13. 22。 在微量元素蛛网图曲线(图6) 上可以看出Ta、 Hf 相对富集, Nb 相对亏损, LREE 相对HREE 富集, Eu 弱负异常。

图5 稀土元素球粒陨石标准化分布图(a)Fig 5. REE Chondrite-Normalized Pattern (a)

图6 微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)Fig 6. Trace Element Original Mantle Normalized Cobweb

4 讨论

4.1 松木河组安山岩、 花岗闪长斑岩形成时代

通过对七台河地区松木河组进行精确的LA-ICPMSU-Pb 同位素定年测试研究, 所测样品的锆石主要呈自形-半自形晶, 振荡生长环带清晰, 岩浆成因的特征。 锆石U-Pb 定年结果表明, 样品的成岩年龄为(116±2) Ma, 表明松木河组形成时代为早白垩世晚期。

七台河地区花岗闪长斑岩获锆石U-Pb 谐和年龄113. 5±2 (Ma), 与东北地区东部相关报道的白垩世火山岩年龄相近, 代表的火山岩有延吉地区明月沟组安山岩(111±4) Ma、 绥芬河地区的绥芬河组安山岩, 中国东北地区东部分布着大面积与本次得到的松木河组安山岩同时期的火山岩, 说明这些火山活动处在相同的构造域下形成的同时代火山岩。

4.2 岩石成因和地质意义

由于松木河组安山岩与花岗闪长斑岩具有相同成岩年龄及相似的主量、 微量和同位素地球化学特征, 反映其具同源岩浆, 只是产出位置不同, 现统一讨论岩石成因。 本文所研究的安山岩, 具有富集轻稀土和大离子元素(Ta、 Hf), 无Eu 负异常, 其岩浆来源非单纯下地壳熔融特点, 并且欧亚大陆东缘北东向发育同时期的多样岩石组合, 应该在相同的大地背景条件下形成。

Nb、 Ta、 U、 Hf 作为不相容元素, 在原始岩浆结晶分异过程中相对比较稳定, 部分元素数学关系可以作为判别地壳混染的标志。 Nb / U 作为一种判别地壳混染的标志组合, 原始地幔Nb / U 值较高(Nb / U≈30), 大陆地壳Nb / U 值则较低(Nb / U≈9. 7), 本区岩岩石Nb / U 平均值为14. 18, 表明物质来源主要是壳幔混合形成的岩浆。

佳木斯地区的松木河组期安山岩形成与早白垩世晚期, 结合前人对东部同时期岩浆活动的研究, 再结合区域上大地构造演化历史, 推测松木河期岩浆活动是在太平洋板块向欧亚板块俯冲的产物[12、13]。对太平洋板块何时向欧亚大陆俯冲现在还有一定的争论[2、14], 但是可以确定的是侏罗世以后太平洋板块多次向欧亚大陆俯冲作用, 海底异常条带和地幔柱时空分布情况研究也证明在150～90Ma 期间太平洋板块不断的向欧亚大陆俯冲[15]。 结合欧亚板块东部早白垩世火山岩空间分布和样式组合分布, 均暗示松木河组安山岩是太平洋板块在早白垩晚向欧亚板块下俯冲作用的背景下形成。

5 结论

(1) 佳木斯板块七台河地区的松木河组安山岩及花岗闪长斑岩形成与早白垩世, 锆石SIMSU-Pb定年的结果为(116±2) Ma 和(113. 5±2) Ma。 二者具有相同地球化学特点, 具有相同岩浆源。

(2) 松木河组安山岩是在早白垩晚期太平洋板块向欧亚板块俯冲下俯冲作用的背景下形成。