黑龙江南蛤拉河子地区早侏罗世侵入岩成因及构造环境分析①

朱敬宾

中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

南蛤拉河子地区处于张广才岭岩浆岩带南部，区内岩浆活动十分强烈，侵入岩广泛分布，以不同产状、不同规模、不同岩石类型产出。共划分90 多个大小不等的岩体。研究区内侵入岩主要由中酸性-酸性岩浆岩组成，岩石类型有石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、英云闪长岩、正长花岗岩、碱长花岗岩等，经历了燕山期构造岩浆活动期。笔者通过几年的调查研究，通过侵入岩的接触关系、岩石矿物学、地球化学特征以及锆石U-Pb 同位素测年数据等，划分了研究区内的早侏罗世侵入岩演化序列，并对其成因、构造环境及就位机制进行了探讨。

1 地质概况

研究区前中生代地层区划归属为张广才岭-完达山地层大区伊春-尚志地层小区内，中新生代地层属滨太平洋地层区，进一步划分为张广才岭-南楼山地层分区[1]。出露地层主要为古生界下二叠统杨木岗组、中生界下侏罗统二浪河组以及新生界各类成因沉积等。所处大地构造位置：一级构造单元为西伯利亚板块；二级构造单元为兴蒙古生代造山带；三级构造单元为小兴安岭-张广才岭岩浆弧[2]。发育有大面积中生代中性-中酸性-酸性侵入岩。

2 岩石矿物学特征

研究区内侵入岩浆活动主要为中生代，最早始于中生代早侏罗世，至中侏罗世均有强度不等的侵入地质记录，且规模大、活动频繁、侵入强烈，出露面积大，以酸性岩为主，呈团块状、条带状、不规则状近NE 向分布，共划分出3 个填图单位[3-4]，分别为黑云母石英闪长岩（δοJ1）、黑云母花岗闪长岩（γδJ1）、黑云母二长花岗岩（ηγJ1）。黑云母石英闪长岩（δοJ1），岩石风化面灰-灰黄色，新鲜面浅灰-灰白色，具（中）细粒结构，块状构造，由石英（15%）、斜长石（55%）、角闪石（20%）及黑云母（8%）等组成[5]。黑云母花岗闪长岩（γδJ1），岩石呈灰白色，具（中）细粒花岗结构，由石英（20%）、斜长石（45%）、碱性长石（25%）及黑云母（10%）等组成。二长花岗岩（ηγJ1），岩石呈浅灰-灰白色，具中细粒花岗结构，块状构造。由石英（20%）、碱性长石（25%）、斜长石（40%）及黑云母（8%）组成。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

3.1.1 黑云母石英闪长岩（δοJ1）

研究区共采集黑云母石英闪长岩9 件，SiO2的含量较低（61.44%～67.67%），平均为65.37%；Na2O 含量（2.52%～3.2%），平均为2.95%，K2O含量（1.54%～2.61%），平均为2.08%；全碱含量（ALK=4.41%～5.74%）高而且相对稳定，平均为5.03%（表1）[4]。岩石的里特曼指数（δ）为0.8～1.35，均小于3.3，为钙碱性岩石系列。在SiO2-TFe/MgO 图解中样品绝大数落入钙碱性系列[4]，在AFM 图解中也落入钙碱性系列（图1），AR=1.48～1.85，在SiO2-AR 图解中所有样品全部落入钙碱性系列中（图2）。在SiO2-K2O 图解上所有样品全部落入中钾钙碱性系列。CaO 含量为3.53%～5.41%，平均为4.36%，岩石Al2O3普遍较高，为15.54%～17.54%，平均为16.25%，A/CNK=1.06～1.21，均小于1.1，属于弱过铝质钙碱性花岗岩，显示出了典型的“Ⅰ”型花岗岩的特征[6]。

表1 黑云母石英闪长岩主量元素分析结果表（10-2）Table 1 Main element analysis results table of biotite quartz diorite（10-2）

图1 AFM 图解[7]Fig.1 AFM diagram

图2 花岗岩类SiO2-AR 图解[8]Fig.2 SiO2-A.R diagram for granite

3.1.2 黑云母花岗闪长岩（γδJ1）

研究区在不同岩体采集黑云母花岗闪长岩样品 13 件，测试结果显示 SiO2的含量较低（62.03%～75.7%），平均为67.8%；低于黎彤等定义的中国花岗岩类的平均值(71.63%)[9]。K2O含量（2.25%～4.84%），平均为3.24%（大于3.2%），Na2O 含量（2.48%～5.38%），平均为3.87%；全碱含量（ALK=4.74%～8.08%）高而且相对稳定，平均为7.11%[4]（表2）。

岩石的里特曼指数（δ）为0.88～3.04，均小于3.3，为钙碱性岩石系列。在AFM 图解中样品全部落入钙碱性系列（图3），AR=1.68～3.74，在SiO2-AR 图解中样品绝大数样品落入钙碱性系列[4]。在SiO2-K2O 图解上样品绝大数落入高钾钙碱性系列，三个样品落入中钾钙碱性系列。岩石Al2O3普遍较高（13.02%～17.79%），平均为15.46%，A/CNK=0.88～1.21，多数低于1.1，另据A/CNK-A/NK 图解（图4）进一步将其划分为准铝质-过铝质花岗岩，具有I 型花岗岩的特征。CIPW 标准矿物计算中各样品多出现刚玉（C）（0.1%～4.07%），多数远远大于1%，反映岩浆物质来源与地壳有关[10]。岩石DI值为69.9～91.7，SI 值为5.8～13.8，高的DI 值，低的SI 值，表明岩浆结晶分异程度较好[11]。

表2 黑云母花岗闪长岩主量元素分析结果表（10-2）Table 2 Main elements analysis table of biotite granodiorite（10-2 ）

图3 AFM 图解[7]Fig.3 AFM diagram

图4 花岗岩类A/CNK-ANK 图解[8]Fig.4 SiO2-A.R diagram for granite

3.1.3 黑云母二长花岗岩（ηγJ1）

研究区在不同岩体共采集黑云母二长花岗岩样品4 件。从分析结果[4]可看出：①岩石富SiO2，SiO2的含量变化69.75%～73.97%之间，平均为71.87%。碱质含量高，且相对富K2O，Na2O+K2O含量变化在6.19%～8.59%之间，平均为7.4%；K2O/Na2O 平均为1.35。②岩石的里特曼指数（δ）为1.38～2.38，均小于3.3，为钙碱性岩石系列。在AFM 图解中三个样品落入钙碱性系列，一个样品落入拉斑玄武岩系列[4]。在SiO2-AR 图解上两个样品落入碱性系列区域，两个样品落入钙碱性系列区域[4]。③在SiO2-K2O 图解上样品全部落入高钾钙碱性系列（图5）。④岩石Al2O3普遍较高（13.4%～15.1%），平均为14.3%，A/CNK=1.03～1.28，仅一个样品大于1.1。

图5 花岗岩类SiO2-K2O 图解Fig.5 SiO2-K2O diagram for granite

在A/CNK-A/NK 图解（图6）中，样品全部落入过铝质区域。CIPW 标准矿物计算中各样品均出现刚玉（C）（1.55～4.31），反映岩浆物质来源与地壳有关[12]。所有这些特征显示其具有I-S 型花岗岩的特征。

图6 花岗岩类A/CNK-ANK 图解Fig.6 A/CNK-ANK diagram for granite

3.2 稀土元素和微量元素特征

3.2.1 黑云母石英闪长岩（δοJ1）

黑云母石英闪长岩稀土元素及微量元素分析结果显 示，其 ω(∑REE)介于 123.85×10-6～151.81×10-6，ω(LREE)介于114.63×10-6～142.4×10-6，ω(HREE) 介 于 9.22×10-6～ 13.90×10-6，ω(LREE/HREE)介于8.52～15.06（表3，表4）。

表3 黑云母石英闪长岩稀土元素分析结果及特征参数一览表Table 3 Summary of analysis results and characteristic parameters of REEs in biotite quartz diorite

表4 黑云母石英闪长岩微量元素分析结果及特征参数一览表Table 4 Summary of analysis results and characteristic parameters of trace elements in biotite quartz diorite

稀土总量较低，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，其亏损可能与源区残留石榴石有关。（La/Yb）N=9.16～22.01，轻重稀土分馏明显，基本没有Eu 异常或略具弱的正Eu（δEu=0.75～1.03），属于上地壳经不同程度的部分熔融形成的花岗岩类，稀土元素球粒陨石标准化曲线表现为明显的右倾（图7）。由原始地幔标准化的微量元素蛛网图上（图8）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 高场强元素和P 相对亏损，具有明显的负异常特征，Ti 的亏损程度随岩浆演化而增加，表明岩浆经历了磷灰石、钛铁矿、榍石等含Ti 矿物的分离结晶作用[12]。

图7 稀土元素球粒陨石标准化配分曲线Fig.7 REE distribution curve standardized by the chondrite

图8 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.8 Trace element distribution curve standardized by the original mantle

3.2.2 黑云母花岗闪长岩（γδJ1）

早侏罗世黑云母花岗闪长岩稀土元素及微量元 素 分 析 结 果[4]显 示，其 ω(∑REE)介 于104.7×10-6～180.24×10-6，ω(LREE/HREE)介 于5.94～23.4。岩石稀土总量较低，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，（La/Yb）N=5.43～33.05，轻重稀土分馏明显，基本无Eu 异常或略具弱的正Eu 异常（δEu=0.52～1.27），平均为1.04，属于上地壳经不同程度的部分熔融形成的花岗岩类，稀土元素球粒陨石标准化曲线表现为明显的右倾，略具“V”字型（图9）。由原始地幔标准化的微量元素图上（图10）可以看出，大离子亲石元素Rb、Sr、U、Th、K、Zr 的富集，而高场强元素Nb、P、Ti 的强烈亏损，Ti 的亏损程度随岩浆演化而增加，反映岩浆物质来源与地壳有关。

图9 稀土元素球粒陨石标准化配分曲线Fig.9 REE distribution curve standardized by the chondrite

图10 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.10 Trace element distribution curve standardized by the original mantle

3.2.3 黑云母二长花岗岩（ηγJ1）

早侏罗世黑云母二长花岗岩稀土元素及微量元素分析结果[4]显示，ω(∑REE)介于74.27×10-6～155.73×10-6，ω(LREE/HREE)介于3～16.73。轻稀土富集，重稀土亏损，（La/Yb）N=2.06～21.52，轻稀土分馏程度较重稀土更为显著，稀土元素球粒陨石标准化曲线表现为明显右倾的“V”字型（图11），Eu 负异常显著（δEu=0.31～0.74）。微量元素蛛网图上（图12），细粒黑云母二长花岗岩显示较明显的Nb、Ti、P 的负异常，相对富Rb、Th、U、K、Sr 等大离子亲石元素，而高场强元素Ti 的强烈亏损，反映了岩浆物质的来源与地壳有关。

图11 稀土元素球粒陨石标准化配分曲线Fig.11 REE distribution curve standardized by the chondrite

图12 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.12 Trace element distribution curve standardized by the original mantle

4 早侏罗世侵入岩成因类型

花岗岩是地壳中分布最广的一种酸性火成岩，亦是造山带的重要组成部分，通过花岗岩成因了解大陆造山带的形成和演化一直以来都是地球科学研究的前沿课题。七八十年代以来，花岗岩分类取得了一系列令人瞩目的成就，如Chappell 和White[13]通过澳大利亚拉克伦造山带花岗岩研究将其分为I 型和S 型两大类，I 型为未经风化的火成岩熔融形成的岩浆产物，S 型是以泥质岩为主的风化的沉积岩熔融形成的岩浆产物。Collins[14]将产于非造山环境相对不含水的碱性花岗岩定义为A 型花岗岩。

测区内该期侵入岩岩石地球化学特征表明，早侏罗世侵入岩随SiO2含量增加，岩石从闪长质包体-石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩，DI 值进一步升高，SI 值进一步降低，显示岩浆结晶分异程度愈来愈高，演化更彻底的特点；CIPW 标准矿物中刚玉含量不断增加，轻重稀土分馏逐渐增强，稀土总量逐渐增高，轻稀土富集程度逐渐增强，重稀土不断富集，Eu 从无异常或略具弱正异常到强烈负异常；稀土配分曲线从轻稀土富集右倾型变为右倾的V 字型[15]。所有这些岩石地球化学特征显示早侏罗世花岗岩主要为壳源熔融形成的S 型花岗岩，在ACF 图解（图13）上所有样品全部落入S 型花岗岩区域。石英闪长岩-花岗闪长岩A/CNK 含量变化不大，且均小于1.1%，Na2O/K2O 大于1，显示其具有I 型花岗岩的特征，在K2O-Na2O 图解（图14）上绝大多数样品落入I 型花岗岩区域，I 型花岗岩主要发育于大洋-大陆汇聚板块边缘，其形成可能经历了大陆边缘陆壳之下楔形地幔的部分熔融，以及与上覆地壳不同程度的混源[15]。这些特征表明石英闪长岩-花岗闪长岩岩石组合，具有I-S 型花岗岩的特征，而二长花岗岩类成因类型主要为S 型。通过前人研究资料表明，区域上该期花岗岩的87Sr/86Sr 主要集中在0.705～0.716 之间，显示出具有壳幔混合成因信息[16]。

图13 花岗岩类ACF 图解[17]Fig. 13 ACF diagram for granite

图14 A、I、S 型花岗岩类判别图解[14]Fig. 14 Discriminant diagram for A,I and S Granite

5 构造环境分析

（1）早侏罗世黑云母石英闪长岩

该期侵入岩δ 平均值为1.13，A/CNK 值为1.08，其Rb/Sr（0.12～0.19）值较小，而K/Rb（191～355）值较大，具同熔型花岗岩特征（刘英俊等）[18]，在K2O/Na2O 图解中投点均位于“I”型花岗岩区，以上均反映为”型花岗岩的特征。

在TFeO (FeOt+MgO)-SiO2、TFeO-MgO、TFeO+MgO-CaO 三组图解中[4]，三组投图样品均落入IAG+CAG+CCG 区域内，根据其A/CNK值均小于1.1，确定其不可能是CCG 型，结合其Na2O/CaO 小于4.0；MgO/MnO 值位于2.0～38.0区间；Al2O3/（Na2O+K2O）值均大于1.1，综上反应其为 CAG 型，属大陆弧花岗岩[9]。在Rb-(Y+Nb)图解中位于火山弧花岗岩(VAG)区。故研究区内早侏罗世石英闪长岩的形成应与太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲有关，在俯冲作用下，在大陆上形成的岩浆弧岩石，形成近北东向的钙碱性构造花岗岩带。

（2）早侏罗世花岗闪长岩

早侏罗世花岗闪长岩其δ 平均值为0.87～2.6，A/CNK 值平均值为0.99～1.23，其Rb/Sr（0.24～1.23）值较小，而K/Rb（95.8～379）值较大，具同熔型花岗岩特征[18]，，在K2O/Na2O图解中投点均位于“I”型花岗岩区[4]，以上均反映为“I”型花岗岩的特征。在 TFeO T（ FeO+MgO ） -SiO2中 部 分 样 品 落 入IAG+CAG+CCG 中，部分样品落入POG 区域，在TFeO-MgO、TFeO+MgO-CaO 图解中[4]，两组投图样品均落入IAG+CAG+CCG 区域内，根据它们的A/CNK 值多数小于1.1，确定其不可能是CCG 型，结合其地球化学特点：Na2O/CaO＜4.0；MgO/MnO 值位于2.0～38.0 区间；Al2O3/（Na2O+K2O）值均大于 1.1，综上反应其为CAG 型，属大陆弧花岗岩。在Rb-（Y+Nb）图解中位于火山弧花岗岩（VAG）区。所以测区内早侏罗世花岗闪长岩类是太平洋板块在早侏罗世继续向欧亚大陆板块俯冲作用下构造岩浆岩带的产物[4]。

（3）早侏罗世二长花岗岩

该期侵入岩类通过对其岩石地球化学分析，属于S 型花岗岩类。按照巴尔巴林[19]的划分观点，相当于其划分的高钾钙碱性花岗岩类（高钾低钙-KCG 型）。在Maniar＆Piccoli[20]提出的TFeO(FeOt+MgO)-SiO2、Al2O3-SiO2两组判别图解中，绝大多数样品落入POG 区域内，属后造山花岗岩类，与巴尔巴林划分的KCG 型一致[19]。在Nb-Y 图解中位于火山弧花岗岩(VAG)区和同碰撞花岗岩（Syn-COLG）区，在（Y+Nb）/Rb图解进一步投图位于火山弧花岗岩(VAG)。

在Condie[21]的Th/Yb-La/Yb 图解中，所有样品全部落入大陆边缘区，说明该期侵入岩是太平洋板块俯冲在欧亚大陆板块之下，在大陆上形成的岩浆弧岩石。由Bechelor[22]年提出的R1-R2因子判别图可进一步加以印证，此方法涉及到占火成岩质量95%以上的八种元素的氧化物，充分的考虑到了岩石总体化学特征，具有很多优点，在此图解中石英闪长岩和花岗闪长岩主要落入板块碰撞前和地幔分异区域（图15），体现了壳幔混合成因机制。而二长花岗岩类主要落入同碰撞区域，反映了早侏罗世侵入岩从中性到酸性，构造环境从俯冲到同碰撞连续变化过程，早侏罗世二长花岗岩类很可能是环太平洋增生地体的佳木斯板块与西侧的张广才岭地块碰撞造山作用形成的。

图15 花岗岩类构造环境判断图解[21-22]Fig. 15 Discriminant diagram for tectonic setting of granite

6 结论

（1）研究区早侏罗世花岗岩类岩石主要为石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩，石英闪长岩和花岗岩闪长岩Na2O/K2O＞1，而二长花岗岩Na2O/K2O＜1，显示从中性到酸性陆壳成分增多的趋势。

（2）岩石总体由低钾拉斑系列过渡为钙碱性系列，最后为高钾钙碱性系列，而研究表明，岛弧岩浆岩组合以钙碱性I 型花岗岩为主，同碰撞侵入岩主要以高钾钙碱性系列强过铝质S 型花岗岩为主。

（3）从研究区早侏罗世花岗岩类微量元素蛛网图分析，明显亏损Nb、P、Ti 元素，并在Nb、P、Ti 三处出现向下凹陷，在K、（Rb）、Ba、Th、Ce、Sm（Hf）出现向上隆起，构成了大陆弧的“三弧”隆起特征。

（4）研究区早侏罗世所有花岗岩类样品构造环境图解均进一步证明了从中性到酸性，构造环境从俯冲到同碰撞连续变化过程。