黑龙江省依兰地区大顶子山林场岩体形成时代及构造环境探讨

颜秉超，王建民

1.吉林省地矿信息中心，吉林 长春 130061；2.黑龙江省自然资源调查院，黑龙江 哈尔滨 150036

0 引言

目前，我国许多地质学者对东北地区中生代构造机制进行了研究，并取得了较多进展。目前有几种不同的认识，主要有以下几种：第一，王建民等通过《1∶25万佳木斯市幅区调修测》项目研究了依兰地区一带的中生代侵入岩，认为吉黑东部古亚洲洋闭合时间不一致，研究区一带晚三叠世仍处于古亚洲洋闭合晚期阶段，处于陆壳增生造山后的伸展环境[1]；第二，唐杰等统计分析了松嫩—张广才岭地块东缘、佳木斯地块以及兴凯地块古生代—中生代火成岩的锆石U-Pb年代学资料及其空间分布特征，认为吉黑东部晚三叠世火成岩可能形成于古亚洲洋闭合后的伸展环境，亦可能与扬子和华北克拉通之间俯冲碰撞后伸展环境有关，还可能形成于蒙古—鄂霍茨克大洋板块南向俯冲所形成的类似弧后的伸展环境[2]；第三，刘恺等对分布在小兴安岭—张广才岭造山带和佳木斯地块的岩浆岩进行了研究，认为兴蒙造山带东缘在古生代晚期就进入了古太平洋构造域，在早二叠世古太平洋板块向佳木斯地块俯冲作用形成了大面积的二叠纪花岗岩带，在三叠纪—早侏罗世时，其俯冲影响到牡丹江断裂两侧，形成了南北向分布的岩浆岩带以及由黑龙江杂岩为代表的增生杂岩带[3]；第四，许文良等通过对东北地区中生代火山岩锆石U-Pb定年结果的统计分析及研究，认为在中生代时期中国东北地区可能经历了环太平洋构造体系和蒙古鄂霍茨克构造体系的叠加与改造[4]。但是以上的研究成果多采用大、小兴安岭和张广才岭一带岩浆活动的证据，松花江以东中生代岩浆活动研究较少。本次研究的大顶子林场岩体位于松花江东侧依兰县东南约25 km，该岩体呈不规则状出露，大致呈南北向展布，长约20 km，宽约8 km，产状呈中深成相的岩株、岩基状，剥蚀深度为剥蚀中等，该岩体在研究区一带侵入晚二叠世二长花岗岩和晚三叠世辉长岩。原1∶20万依兰幅区域地质测量报告将该岩体形成时代厘定为白垩纪(1)黑龙江省地质局区测队五分队．1∶20万依兰幅区域地质测量报告[R].1972.。《1∶25万佳木斯市幅区调修测》项目在该岩体中部采取了1件锆石U-Pb测年样品，编号为D4283，其坐标为：129°46′41″、46°03′49″，通过测试获得了高精度测年结果(2)黑龙江省地质调查研究总院．1∶25万佳木斯市幅区调报告[R].2013.，通过对该岩体的岩石学、岩石化学、形成时代、构造环境进行分析和探讨，为吉黑东部中生代构造演化提供了新的证据。

1 研究区地质特征

研究区位于黑龙江省东部，中亚造山带东段，在前中生代时期具有多块体的构造属性，自西北至东南划分为：额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块、佳木斯地块和兴凯地块[5]。近年来的研究表明，东北地区古亚洲洋的闭合经历了多地块的拼贴过程，具有演化时间长、多阶段增生、缝合的特点[6]，葛文春等(2005年)根据额尔古纳地块上出露的塔河岩体后造山构造背景，岩体的成岩时代为480～494 Ma，认为额尔古纳地块与兴安地块的拼贴沿塔源—喜桂图一线，拼贴时间发生在490 Ma以前[7]；兴安地块与松嫩地块在早石炭世沿北北东向展布的开鲁—嫩江—黑河一线碰撞拼合[8]；晚古生代至早中生代松嫩—张广才岭地块与佳木斯地块沿南北向的嘉荫—牡丹江断裂碰撞拼合[9，10]。其中佳木斯地块其结晶基底主要由麻粒岩相—角闪岩相变质的麻山、兴东杂岩和大面积出露的寒武纪花岗质岩石组成[11]。麻山杂岩主要出露在鸡西市西麻山—密山一带，为一套含长英质片麻岩、矽线石榴片麻岩、石墨片岩和高镁大理岩等变质岩的孔兹岩系，兴东杂岩主要在嘉荫—双鸭山一带出露，为一套片岩、片麻岩、变粒岩为主，其次为大理岩、石英岩、磁铁石英岩、斜长角闪岩等海相碎屑岩-碳酸盐-夹火山岩硅铁建造[12，13]，其变质作用主要发生在500 Ma左右[14，15]。佳木斯地块上出露的花岗岩主要存在两期：540～ 515 Ma和290～254 Ma，其形成可能分别与泛非期变质造山作用和古大洋板块的西向俯冲作用有关[16，17]。

研究区位于佳木斯地块西部，嘉荫—牡丹江断裂的东侧。出露的地层主要有中新元古界兴东岩群大盘道岩组片岩、片麻岩、大理岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩等，二叠系黑龙江岩群钠长片岩、变玄武岩、蓝闪石片岩、角闪片岩等，中生界白垩系下统猴石沟组、淘淇河组砂岩、砂砾岩等、白垩系松木河组中酸性火山岩及火山碎屑岩等。出露的侵入岩主要有呈岩基状产出的晚二叠世二长花岗岩，呈岩基、岩株状产出的三叠纪正长花岗岩、辉长岩，呈岩株状产出的早白垩世花岗闪长岩、花岗斑岩等(图1)。

2 岩石学、岩石化学特征

岩石多呈灰褐、黄褐色，细中粒花岗结构，块状构造。其中钾长石：他形粒状，大小2～4.5 mm，体积分数43%～52%；斜长石：自形粒状或短柱状，部分斜长石似细粒小柱粒状斜长石组合形成，大小0.7～3.5 mm，体积分数21%～32%；石英：波状消光为主，大小0.5～4 mm，体积分数25%～32%；暗色矿物以黑云母为主，大小0.3～1 mm，体积分数0.4%～1%。副矿物主要为锆石、磁铁矿、自然铅、榍石等。

岩石化学分析(表1)表明，SiO2质量分数为74.62%～75.78%，平均值为75.21%；Al2O3质量分数为11.24%～12.98%，平均值12.21%；CaO质量分数为0.38%～1.25%，平均值0.82%；Na2O+K2O为7.34%～8.42%，平均值7.96%；Na2O/K2O为0.23～0.94，平均值0.68，K2O含量普遍大于Na2O含量，岩石相对富钾；σ值大部分为1.64～2.52，平均值2.17，以钙碱性岩石为主，分异指数(DI)83.60～91.39，显示岩石应属高度分异的产物；以上特征表明该岩体为亚碱性岩系中的钙碱性岩套岩石。

表1 岩石化学分析结果表

图1 研究区地质略图

3 稀土元素和微量元素特征

通过稀土元素分析结果(表2)可以看出，稀土元素总量(∑REE)(94.3～272.7)×10-6，平均154.4×10-6，轻重稀土比值(LREE/HREE)为4.9～16.3，平均10.2，反映了明显的富集轻稀土，δEu平均为0.6，在稀土配分模式曲线图上，曲线整体呈不对称平缓的右倾，显示轻稀土富集型。

从微量元素分析结果(表3)可以看出U、Zr元素相对富集，其中U元素数值为(1.32～4.30)×10-6，平均2.62×10-6；Zr元素数值为(81.84～218.3)×10-6，平均142.41×10-6；而Th、La、Y、Sr元素相对亏损。

表2 稀土元素分析结果及部分特征参数表

表3 微量元素分析结果表

4 锆石同位素测年

测年样品破碎和锆石的挑选在河北省区域地质调查所实验室完成。由天津地质调查中心重点实验室采用激光剥蚀等离子体分析技术(LA-ICP-MS)对样品进行了微区原位单点U-Pb同位素数据采集及整理。D4283样品岩性为中细粒二长花岗岩，锆石呈浅黄色、黄色，多为柱状、少数为粒状，透明，金刚光泽，粒径约为0.04～0.19 mm，形态较完整，长宽比1∶1～3∶1，环带清晰。从表4可以看出232Th/238U比值多数大于0.2，仅有一个锆石小0.1，具岩浆锆石特征。笔者选取25颗锆石进行了数据采集，从图2可以看出有4颗锆石年龄偏离谐和线，编号分别为4、5、14、17号，可能存在206Pb丢失，其它锆石测年数据均位于谐和线上，因此可以采用。位于谐和线上的21颗锆石206Pb/238U年龄在201～208 Ma之间(表4)，加权平均为(204.23 ±0.88)Ma(图3)，该年龄应为大顶子山林场岩体的结晶年龄。

表4 D4283点锆石同位素测年数值一览表

图2 D4283点锆石同位素测年谐和图

5 构造环境讨论

Xu WL等认为古亚洲洋在中生代早期已经基本闭合，东北地区开始受到后造山伸展、古太平洋和蒙古—鄂霍次克古大洋三种构造机制的叠加作用的影响[18]；吉黑东部晚三叠世A型流纹岩的发现[19]、小兴安岭—张广才岭发育晚三叠世双峰式火山岩和晚三叠世碱长花岗岩大面积的出露[20]等，显示晚三叠世期间吉黑东部应处于一种伸展环境。研究区晚三叠世辉长岩发现，进一步了证明该区在晚三叠世处于古亚洲洋闭合陆壳增生后的伸展环境[21]。

大顶子林场岩体岩石化学特征表现为钙碱性，具富铝、富钾的特征；在SI图解中(图4)，样品均落于S型花岗岩及S型、I型花岗岩交界处中；分异指数(DI)较高，显示岩石应属高度分异的产物，表明该花岗岩岩浆起源于大陆地壳中沉积的原岩；以上特征说明该岩体具有S型花岗岩特征。在R1-R2图解中(图5)，样品投点落于同碰撞期和造山晚期与同碰撞期界线上，总体上表现为碰撞造山的构造环境，可能处于碰撞期的中晚期。研究区与蒙古—鄂霍茨克洋相距比较遥远，因此受该构造体系影响较小。晚三叠世研究区可能仍处于古亚洲洋闭合晚期阶段，在佳木斯地块与松嫩地块之间的古亚洲洋板块向松嫩地块俯冲形成了大面积的南北展布的三叠纪花岗岩带，且主要分布于牡丹江西侧，而东侧零星出露。由以上判断晚三叠世研究区可能处于古亚洲洋闭合随后陆壳增生造山-伸展环境。

图4 晚三叠世正长花岗岩SI图解

图5 晚三叠世正长花岗岩R1-R2图解

6 结论

(1)大顶子林场岩体岩石具有钙碱性，具富铝、富钾的特征；轻稀土富集，具正铕异常；微量元素Cr、Th、Sr元素相对富集，而Cs、Zr元素相对亏损，其中Zr元素重度亏损。

(2)高精度U-Pb测年结果显示大顶子林场岩体的结晶年龄为(204.23±0.88)Ma，该岩体的其形成时代为晚三叠世。