下嘎来奥伊河地区晚侏罗世正长花岗岩的成因机制

于喜洹， 李新鹏， 陈旭峰, 林泽付, 丁继双

(1.黑龙江省自然资源调查院， 哈尔滨 150036； 2.黑龙江省地球物理地球化学勘查院， 哈尔滨 150036)

0 引 言

大兴安岭北段地区位于兴蒙造山带东段，以发育大规模中生代岩浆岩为特征[1-9]。近年来,中生代火山岩的研究取得了明显的进展，建立了较为完善的年代学格架，深化了该地区火山岩的成因和构造演化等方面的认识，取得了一定的成果。然而，与火山岩相比，同时代的花岗岩研究相对滞后，尤其是大兴安岭北段呼中地区分布的中生代花岗岩高精度年代学数据和岩石地球化学资料较少。为此，笔者依据近年区调成果[10]，以呼中下嘎来奥伊河地区正长花岗岩为研究对象，从岩石学、同位素年代学、岩石地球化学、岩浆成因及构造环境等方面进行研究，为大兴安岭北段晚侏罗世岩浆活动及其地球动力学背景提供新的依据。

1 地质概况

大兴安岭由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块3个微陆块及他们之间的构造带拼合而成，主要构造带为喜桂图—塔源缝合带和贺根山—二连缝合带，为3个微陆块之间的分界线[11-12]。研究区位于兴蒙造山系额尔古纳地块北缘，出露地层有早奥陶—下志留统吉祥沟岩组和晚侏罗世满克头鄂博组；侵入岩主要发育有早侏罗世二长花岗岩和晚侏罗世正长花岗岩、二长花岗岩岩体如图1所示。

图1 研究区地质简图Fig. 1 Regional geological map for study area

早奥陶—下志留统吉祥沟岩组分布在研究区下嘎来奥伊河南，岩石类型以变质砂岩、变质石英砂岩、变质长石石英砂岩、大理岩为主。其次为二云母千枚岩、片岩、板岩、糜棱岩等。晚侏罗世满克头鄂博组分布在研究区北部和南东部，为一套陆相酸性火山岩建造，由酸性火山碎屑岩夹流纹岩组成，岩石类型主要有流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质角砾晶屑岩屑凝灰岩、流纹岩等。早侏罗世二长花岗岩在研究区内广泛分布，以中细粒二长花岗岩为主。晚侏罗世二长花岗岩在研究区中部零星出露；晚侏罗世中细粒正长花岗岩主要分布在下嘎来奥伊河北部，岩体形态不规则，呈岩株、岩瘤状产出。

晚侏罗世中细粒正长花岗岩：中细粒花岗结构，块状构造，石英质量分数为20%～25%，斜长石质量分数为15%～20%、碱性长石质量分数为40%～60%。石英呈他形粒状，粒径0.5～3.0 mm细粒化镶嵌粒状。斜长石呈半自形板状，粒径1.2～3.2 mm，聚片双晶细密发育。碱性长石为微斜条纹长石，他形粒状，粒径0.8～3.5 mm，格子双晶、卡氏双晶发育。暗色矿物为角闪石和黑云母，质量分数为2%～10%，角闪石呈粒柱状，粒度0.4～3.5 mm；黑云母呈片状，片径0.1～2.0 mm。晚侏罗世中细粒正长花岗岩宏观和显微照片见图2。

图2 正长花岗岩照片Fig. 2 Graph of syenite granite

2 分析测试方法

锆石的单矿物分选、制靶和测试工作由国土资源部武汉矿产资源监督检测中心(湖北省地质实验测试中心)完成。将破碎后的样品利用重力分选技术分选后，采用双目显微镜人工挑选表面光滑、晶形完整、透明度高的锆石颗粒。将挑选出的锆石粘贴固定在环氧树脂表面，待其固化之后，将锆石表面打磨抛光至中心。在进行U-Th-Pb同位素测试前，通过阴极发光图像(CL图像)研究锆石颗粒的形态和内部结构特征，以选择最合适的测试分析位置。同位素测试分析采用He为载气的激光，激光剥蚀方式采用单点剥蚀。测试过程中，每测试5～10个样品，重复测定外标锆石GJ-1和Plesovice对样品结果进行矫正，锆石标准的测定误差在1%(2σ)以内。数据处理过程运用ICPMSDatacal程序，锆石年龄协和图像采用Isoplot3.0程序完成。

3 测年结果

测年样品采自研究区内下嘎来奥伊河北3.5 km处中细粒正长花岗岩中(D1154)，采样位置：E122°52′26″、N52°16′08″。对D1154样品20个锆石颗粒进行了LA-MC-ICPMS锆石U-Pb定年，采样部位基本位于锆石的边部，锆石分析结果见表1。锆石具有较明显的振荡环带，锆石中的Th、U质量分数均较高，w(Th)/w(U)比值k在0.47～0.95之间，为典型的岩浆成因锆石，锆石谐和与加权平均年龄见图3a、3b。该样品共获得16个较为谐和的锆石年龄，记206Pb与238U同位素原子比为λ(206Pb)/λ(238U)，谐和曲线年龄为(157.3±1.5) Ma，加权平均年龄为(156±1.0) Ma，二者年龄一致，时代为晚侏罗世中期。

表1 黑云母正长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果

图3 锆石U-Pb年龄谐和图与加权平均年龄Fig. 3 Zircon U-Pb dating harmony and weighted average

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

晚侏罗世正长花岗岩主量元素分析结果见表2。w(SiO2)为73.28%～78.10%，平均为75.35%，属强酸性岩类；w(Al2O3)为11.96%～13.49%；全碱w(Na2O+K2O)为8.09～8.82%，平均为8.34%显示高硅、高碱特征。w(Na2O)/w(K2O)比值总体小于1，在0.72～1.19之间，平均为0.95，显示w(K2O)≥w(Na2O)的特征，表明岩石相对富钾。图4为晚侏罗世正长花岗岩分类图解。在w(Na2O)-w(K2O)图解中(图4a)，样品投点多数落在A型花岗岩区。固结指数为0.20～2.76，固结指数偏低。分异指数为93.34～97.16，分异指数较高。里特曼指数σ为1.86～2.55，为钙碱性岩石。铝饱和指数图解中(图4b)，记α=w(Al2O3)/w(CaO+K2O+Na2O)，β=w(Al2O3)/w(K2O+Na2O)。样品投点均在过铝质区，岩石为过铝质高钾钙碱性系列的A型花岗岩。

表2 正长花岗岩主量、稀土和微量元素分析结果

图4 正长花岗岩分类图解Fig. 4 Classification diagram of syenite granite

4.2 稀土和微量元素

微量和稀土元素分析结果见表2，稀土元素标准化配分曲线和微量元素标准化蛛网如图5所示。

图5 稀土元素标准化配分曲线和微量元素标准化蛛网Fig. 5 REE element distribution curve and primary mantle trace element spider patterns

稀土总量为91.80×10-6～207.51×10-6，平均值124.61×10-6；反映轻重稀土元素分馏程度的w(LREE)/w(HREE)为4.47～12.40，平均值8.06；球粒陨石标准化稀土元素配分模式为左高右低轻缓右倾曲线模式(图5a)，岩石轻稀土元素富集、重稀土元素亏损，分馏明显。在原始地幔标准化蛛网图中(图5b)，微量元素配分曲线总体为右倾锯齿型，富集大离子亲石元素K、Rb、Ba和高场强元素Hf、Th，高场强元素Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素相对亏损，Nb为负异常通常被认为典型陆壳岩石的标志[13]。

5 讨 论

5.1 岩浆成因

由岩浆来源深度(图6)可知，投影点落入150 km区域附近。样品w(SiO2)较高，为73.28%～78.10%，w(Cr)较低，平均值6.9×10-6，为壳源岩石地球化学特征；w(Rb)/w(Sr)值能较好地记录物质的性质[14]，w(Rb)/w(Sr)值为1.03～13.00(平均值4.80)，位于壳源岩浆范围内(>0.5)[9]。w(Eu)/w(Sm)为0.04～0.16，平均值0.10；δEu为0.13～0.53，平均值0.33，负异常，说明岩浆源区有斜长石残留或斜长石发生分离结晶作用。微量元素中Ba、Nb、Ti亏损明显，相容元素w(Cr)、w(Co)、w(Ni)等较低，这些特征均与地壳物质部分熔融的产物相同[15]。分异指数较高，表明岩石的酸性程度高(岩浆演化程度高)。w(Nb)/w(Ta)比值为7.89～21.56，平均值13.90，大于地壳的w(Nb)/w(Ta)平均值8.30，小于地幔平均值17.70，介于二者之间，具有一定的幔源物质特征[16]，表明有少部分幔源物质参与成岩过程。由此认为，研究区正长花岗岩为演化程度较高的部分熔融的地壳物质，为壳源岩浆。

图6 岩浆来源深度图解Fig. 6 Depth diagram of magma source

5.2 构造环境

在R1-R2构造判别图解中(图7a)，样品点多靠近同碰撞花岗岩区。在花岗岩类型构造环境w(Rb)-w(Yb+Ta)、w(Rb)-w(Y+Nb)判别图解(图7b、7c)中，样品点落入火山弧花岗岩区并靠近同碰撞花岗岩区，1个样品落入同碰撞花岗岩区(靠近火山弧花岗岩区)。

图7 构造环境判别图解Fig. 7 Tectonic discrimination diagram

近年来，随着蒙古-鄂霍茨克洋存在向南俯冲的确定，越来越多的学者认为，大兴安岭地区中生代的岩浆活动与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的岩石圈伸展环境密切相关[8,12,16-18]。晚古生代末蒙古-鄂霍茨克洋局部发生俯冲，晚三叠世开始自西向东呈剪刀式闭合。许文良等将蒙古-鄂霍茨克洋在额尔古纳地块西部闭合时间限定为168 Ma，东段最终闭合时间可能持续到晚侏罗世—早白垩世[1]。研究区晚侏罗世中期正长花岗岩(156 Ma)形成的动力学背景与蒙古-鄂霍茨克洋自西向东剪刀式闭合有关，投图结果显示，呼中下嘎来奥伊河地区正长花岗岩形成于俯冲-同碰撞构造环境，具有从火山弧区向同碰撞造山区转换的趋势。

6 结 论

(1)呼中下嘎来奥伊河地区正长花岗岩年龄为(156±1.0) Ma，形成时代为晚侏罗世中期。

(2)研究区正长花岗岩为具有过铝质高钾钙碱性系列的A型花岗岩，轻稀土元素富集、重稀土元素亏损，岩体为较高程度演化的部分熔融的地壳物质，岩浆源区为壳源岩浆。

(3)研究区晚侏罗世中期正长花岗岩的形成与蒙古-鄂霍茨克洋缝合带闭合有关，具有从火山弧区向同碰撞造山区转换的趋势。