大兴安岭塔源金银铜矿区双峰式侵入岩地球化学特征及构造意义

于秋阳 杨言辰 韩世炯 刘宇轩

摘要：塔源金银铜矿床位于大兴安岭北段，矿区发育双峰式侵入岩（角闪辉长岩、二长花岗岩）。锆石U-Pb定年结果表明，角闪辉长岩成岩年龄为325 Ma±2 Ma、二长花岗岩成岩年龄为324 Ma±3 Ma。元素地球化学测试结果显示，角闪辉长岩属于钙碱性系列，富集轻稀土元素、大离子亲石元素（LILE），亏损高场强元素（HFSE）;二长花岗岩属于高钾钙碱性系列，为过铝质岩石，富集轻稀土元素，无明显Eu异常，以明显亏损P、Ti、Nb，富集K和Rb为特征。角闪辉长岩和二长花岗岩在不同源区熔融形成，基性岩源于部分受到陆壳混染的原始地幔，而花岗岩可能来自底侵作用，基性岩浆使其上部地壳发生大规模的部分熔融形成花岗岩。塔源金银铜矿区双峰式侵入岩形成于造山后伸展构造背景下，且兴安地块和松嫩地块最晚于早石炭世末完成碰撞拼合。

关键词：锆石U-Pb定年;构造环境;板块拼合;双峰式侵入岩;塔源金银铜矿区

引 言

大兴安岭主要由额尔古纳地块、兴安地块和松嫩地块等组成。其特殊的构造位置为揭示东北地区各地块间的构造演化提供了重要条件[1-5]。额尔古纳地块和兴安地块在早古生代沿新林—喜桂图断裂完成碰撞拼合[6-10]。虽然贺根山—黑河断裂为兴安地块和松嫩地块拼贴位置得到了认可[11-12]，但由于诸多因素影响，导致其拼合时间尚未达成一致。对全胜林场的I型花岗岩研究表明，兴安地块和松嫩地块于322 Ma之前已经完成碰撞拼合，即早石炭世末期[13];对张广才岭地块西缘流纹岩的研究表明，二者于319 Ma发生碰撞拼合，即晚石炭世早期[14];孙超等[15]通过对塔源I型花岗岩（约308 Ma）和二站乡A型花岗岩（约293 Ma）的研究表明，判断贺根山—黑河断裂于晚石炭世末期—早二叠世早期完成拼合。综上，兴安地块和松嫩地块的拼合时间主要集中在古生代，且广泛分布在大兴安岭的古生代花岗岩与该拼合体系有关。塔源金银铜矿区同样发育早石炭世末期侵入岩，其岩浆活动是否与兴安地块和松嫩地块拼合体系有关？针对以上问题，本文以塔源金银铜矿区角闪辉长岩和二长花岗岩为研究对象，通过岩相学、地球化学特征和锆石U-Pb年龄的分析结果，结合前人研究成果，为大兴安岭构造演化历史提供新的证据。

1 区域地质与矿区地质概况

塔源金银铜矿床大地构造位置位于新林—喜桂图断裂上（见图1-A）[5]。额尔古纳地块主体由古生代和中生代花岗岩构成，是具有前寒武纪结晶基底的微地块[16-18]。兴安地块中生代岩浆活动频繁，主要发育花岗岩和火山岩，为一套岛弧和浊积岩建造[19-21]。区域出露地层主要为寒武系、石炭系、侏罗系和白垩系地层。区域侵入岩主要有角闪辉长岩、二长花岗岩和斜长花岗岩等。区域主体构造为北东向塔哈河断裂与近南北向乌里河谷断裂，以及次级东西向、北西向断裂。

塔源金银铜矿床位于塔源西南6 km处，矿区出露地层为石炭系、侏罗系和白垩系地层（见图1-B）。石炭系上统新伊根河组（C3x）主要为单一的海陆交互相碎屑岩，分布于矿区东部。侏罗系上统白音高老组（J3by）岩性自西向东具有酸性—中性过渡特征，呈南北向条带状分布，与新伊根河组地层呈断裂接触。白垩系下统龙江组（K1l）为单一的英安质凝灰角砾岩。矿区内发现的侵入岩主要为斜长花岗岩和斜长花岗斑岩，角闪辉长岩和二长花岗岩仅在局部发育，二长花岗岩呈不规则脉状侵入角闪辉长岩（见图2）。矿区内侵入岩由深成到浅成，岩性由酸性到中性演化[22-23]。矿区内断裂发育，北东向断裂为规模最大的构造，近南北向断裂切割破坏了各种地质体，并且不同程度控制了晚期侵入体及矿体的形成及分布。

角闪辉长岩呈灰绿色，半自形中细粒状结构，块状构造，矿物粒度1～3 mm。主要矿物成分：斜长石（40 %～50 %）呈无色，板粒状，可见聚片双晶，发育绿帘石化和绢云母化蚀变，粒度1.4～3.0 mm;角闪石（30 %～40 %）呈黄绿色，短柱状，粒度0.8～2.8 mm，可见辉石残留;辉石（5 %）以角闪石交代后的残留粒状为主，粒度0.3～0.5 mm（见图3-a、b）。副矿物有榍石、磷灰石等。

二长花岗岩为浅灰红色，为中—粗粒显晶粒状结构，块状构造。主要矿物组成：石英（30 %～35 %）呈他形粒状，波状消光，粒度0.1～1.3 mm;斜长石（25 %～30 %）呈半自形板状，发育聚片双晶，粒度0.5～1.4 mm，发育轻度绢云母化;钾长石（30 %～40 %）呈半自形粒状，粒度0.2～1.3 mm，发育卡式双晶（见图3-c、d）;黑云母（5 %）呈片状，粒度0.1～0.2 mm。副矿物主要为榍石、磷灰石等。

2 样品分析方法

锆石挑选工作在中国地质科学院应用地球化学重点开放实验室完成，对锆石进行透射光、反射光和阴极发光显微照相，观察锆石形貌及内部特征，挑选最佳同位素样品。在国土资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成锆石U-Pb定年，选用的等離子体质谱仪型号为美国Agilent7500A型，以标准锆石91500作为外标对锆石样品进行数值校正，采用ICPMSDataCal程序处理实验测试结果，并进行图像绘制。全元素分析在环境地球化学国家重点实验室完成，主量元素采用X射线荧光光谱法进行测试，微量元素及稀土元素采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行测试。

3 分析结果

3.1 锆石 U-Pb定年

对角闪辉长岩和二长花岗岩样品进行锆石U-Pb定年，结果见表1、图4、图5。锆石自形程度较好，以长、短柱状为主，具有清晰环带。角闪辉长岩中锆石的17个测点w（Th）/w（U）值为0.429 2～2.136 4，属于典型岩浆成因锆石[24]。锆石U-Pb年龄为318～331 Ma，年龄值较接近谐和线上，加权平均年龄为325 Ma±2 Ma（MSWD=0.65），表明角闪辉长岩于早石炭世末形成。二长花岗岩中锆石的12个测点主要集中在具有明显环带的区域，w（Th）/w（U）值为0.285 2～1.959 0，平均值为0.903 2，锆石U-Pb年龄为319～328 Ma，加权平均年龄为324 Ma±3 Ma（MSWD=0.82），形成时间略晚于角闪辉长岩。F7422E21-ECE8-460C-BCD0-3009C653E3ED

3.2 岩石地球化学特征

3.2.1 主量元素

角闪辉长岩与二长花岗岩主量元素、微量元素与稀土元素分析结果及特征值见表2。

角闪辉长岩及二长花岗岩SiO2质量分数分布于2个区间，即51.89 %～52.25 %和71.74 %～72.16 %，表现出明显的不连续性，构成了一套双峰式岩浆组合[25]。角闪辉长岩w（Al2O3）为15.88 %～16.09 %，平均值为16.01 %，w（K2O）为1.24 %～1.44 %，平均值为1.36 %，w（Na2O）为3.54 %～3.63 %，平均值为3.58 %，属于钙碱性系列[26]（见图6-a））;Mg#（镁指数）平均值为72.25，处于原生岩浆范围[27]，指示其结晶分异程度较低。二长花岗岩的全碱质量分数（8.19 %～8.44 %）较高，在A/CNK-A/NK图解[28]（见图6-b））中，样品点落入过铝质区域，在w（SiO2）-w（K2O）图解（见图6-a））中，样品点落入高钾钙碱性系列区域;MgO和P2O5质量分数较低，分别为0.50 %～0.53 %和0.09 %～0.11 %。

3.2.2 稀土元素和微量元素

角闪辉长岩稀土元素（REE）质量分数为168.55×10-6～171.82×10-6，平均值为170.53×10-6，w（LREE）/w（HREE）为9.78～10.02，HREE含量较低。w（La）N/w（Yb）N=13.06～14.06，反映轻重稀土分馏较明显，其球粒陨石标准化配分模式曲线总体呈平缓右倾模式[29-30]（见图7-a））。在微量元素原始地幔标准化蛛网图（见图7-b））上，角闪辉长岩呈现类似于岛弧玄武岩的地球化学特征，富集K、Ba、Sr，相对亏损Nb、Ta、Ti、P、Zr。二长花岗岩具有相对较低的稀土元素（REE）质量分数（124.96×10-6～136.44×10-6），其球粒陨石标准化配分模式曲线总体呈平缓右倾模式，轻稀土元素（LREE）质量分数（119.50×10-6～130.27×10-6）较低，无明显Eu异常;以明显亏损P、Ti、Nb，富集K、Rb为特征。

4 讨 论

4.1 构造背景

根据角闪辉长岩和二长花岗岩成岩年龄（325 Ma±2 Ma、324 Ma±3 Ma）和野外地质产状，认为二者为同期岩浆活动产物，且角闪辉长岩比二长花岗岩先冷凝结晶，其形成近等时和地球化学特征相似，表明二者具有双峰式组合特征。双峰式侵入岩与拉张构造作用有关[31]，产于板内拉张和破坏板块边缘[32]，可以进一步将板内环境分为3种：大陆裂谷、大陆减薄环境和碰撞后伸展环境，且各环境岩石具有不同的地球化学特征[25]。碰撞后伸展环境中的基性岩大离子亲石元素（LILE）富集、低场强元素（LFSE）略富集或强烈富集、高场强元素（HFSE）亏损，微量元素原始地幔标准化蛛网图特征与岛弧火山岩类似（亏损Nb和Ta）[33]。在w（Zr）-w（Zr）/w（Y）图解[34]（见图8-a））上，样品点落在板内玄武岩区域，微量元素原始地幔标准化蛛网图特征类似岛弧火山岩，以上特征都与碰撞后伸展环境的基性岩相似;二长花岗岩地球化学特征与角闪辉长岩不同，相对亏损Ba、P、Ti，在w（Y+Nb）-w（Rb）图解[35]（见图8-b））上，样品点全部落入后碰撞花岗岩中。综上所述，塔源金银铜矿区双峰式侵入岩形成于造山后伸展构造背景。

4.2 岩浆来源及岩石成因

对于双峰式侵入岩基性单元与酸性单元的岩浆来源仍存在不同认识[36]。主要有2种观点：①认为玄武岩和酸性岩是同源的，酸性岩是玄武岩部分熔融或玄武岩高度分离结晶的产物，二者往往具有相似的地球化学特征和同位素特征[37];②认为玄武岩和酸性岩是异源的，玄武岩来源于深部地幔橄榄岩的部分熔融，酸性岩是由底侵玄武质岩浆供热引发地壳部分熔融形成的，二者具有不同的地球化学特征[38]。根据塔源金银铜矿区双峰式侵入岩的地球化学特征，可以得出以下特点：①二者微量元素总量相差很大;②二者Ba、Rb、Sr、P和Ti呈现不同的趋势，其中角闪辉长岩富集Ba、P，略微亏损Ti，而二长花岗岩亏损Ba，强烈亏损P和Ti;③二者不活动元素Th、Ta、Nd具有不同的地球化学特征。这与第2种观点相吻合。

不相容元素因其具有相似的分配系数而不受分离结晶作用影响，且在地幔物质部分熔融过程中只有微小变化，因此用来指示源区特征[39]。在w（Th）/w（Zr）-w（Ba）/w（Zr）图解[40]（见图9-a））中，角闪辉长岩具有受蚀变洋壳流体交代趋势，表明源区早期可能受板块俯冲流体交代作用影响。在w（La）/w（Yb）-w（Sm）/w（Yb）图解[41]（见图9-b））中，样品点接近石榴石二辉橄榄岩熔融曲线，表明岩浆可能来源于石榴石相地幔部分熔融。结合角闪辉长岩板内形成环境和地球化学特征，认为角闪辉长岩形成之前，其源区受到俯冲流体交代富集作用影响。

综上，塔源金银铜矿区双峰式侵入岩是异源的，其形成与基性岩浆的底侵作用有关，地幔源区在板内伸展构造环境下，被板块俯冲流体交代的岩石圈地幔由于其固相线较低而发生减压部分熔融作用形成基性岩浆[42]，基性岩浆底侵于上部地壳，使其上部地壳发生大规模的部分熔融，形成花岗质岩浆[5]。

4.3 构造意义

牙克石和小兴安岭发育早石炭世具有活动陆缘钙碱性岩浆弧特征的花岗岩（成岩年龄分别为331.2 Ma±3.7 Ma、353.0 Ma±3.6 Ma）[43-44]，暗示其形成于板塊碰撞前的俯冲环境，并且出现同时代具有活动大陆边缘构造属性的塔河辉长岩（成岩年龄333～340 Ma）[45]，表明早石炭世额尔古纳—兴安地块和松嫩地块之间存在洋壳俯冲消减和板块汇聚作用[13，46]。晚石炭世发育大量高钾钙碱性岩浆活动，其侵位形成具有碰撞后成因的花岗岩[12，47-48];早—中二叠世发育A型花岗岩[49-51]，表明区域至少在二叠纪之前二者已经进入造山期后伸展环境。早—晚石炭世—二叠纪花岗岩具有从俯冲—碰撞后—造山后伸展的连续演化成因特点[13]。岩相学研究表明，该时期的岩石均未发生任何变形，未遭受任何变质作用，说明岩浆侵位活动晚于造山作用的峰期[52]，并且早石炭世末期大兴安岭地区海相地层消失，暗示早石炭世末期为重要的构造环境转换期[4]，兴安地块与松嫩地块很可能于早石炭世末期沿贺根山—黑河断裂碰撞拼合[4，13]。额尔古纳地块和兴安地块于早古生代完成了碰撞拼合[6-9]，塔源地区虽然位于其结合部位，但受到后期兴安地块与松嫩地块碰撞作用影响。结合塔源金银铜矿区双峰式侵入岩的成岩年龄和形成于造山后伸展构造背景，因此其岩浆活动可能发生在兴安地块和松嫩地块碰撞拼合所造成的造山晚期—造山后伸展构造背景下，二长花岗岩成岩年龄324 Ma±3 Ma限定了该时期的下限，说明在此之前兴安地块与松嫩地块已完成拼贴，并进入造山后伸展阶段。F7422E21-ECE8-460C-BCD0-3009C653E3ED

5 结 论

1）塔源金银铜矿区角闪辉长岩与二长花岗岩构成了双峰式侵入岩，其成岩年龄分别为325 Ma±2 Ma和324 Ma±3 Ma。

2）塔源金银铜矿区双峰式侵入岩形成于造山后伸展构造背景。

3）双峰式侵入岩由不同源区熔融形成，基性岩源于部分受到陆壳混染的原始地幔，基性岩浆使其上部地壳发生部分熔融形成花岗岩。

4）二长花岗岩成岩年龄（324 Ma±3 Ma）限定了兴安地块和松嫩地块最晚于早石炭世末完成碰撞拼合。

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Geochemical characteristics and tectonic significance of bimodal intrusive rocks

in Tayuan Gold Silver Copper District，Greater Khingan Mountains

Yu Qiuyang，Yang Yanchen，Han Shijiong，Liu Yuxuan

（College of Earth Sciences，Jilin University）

Abstract：Tayuan Gold Silver Copper Deposit is located in the north section of Greater Khingan Mountains.Bimodal intrusive rocks （hornblende gabbro and monzogranite） are developed in the mining area.Zircon U-Pb dating results show that the diagenetic age of hornblende gabbro is 325 Ma±2 Ma and that of monzogranite is 324 Ma±3 Ma.The results of element geochemical tests show that hornblende gabbros belong to calc alkaline series，enriched in LREE and large ion lithophile elements （LILE） while depleted in high field strength elements （HFSE）;Monzogranite belongs to high-K calc-alkaline series，that is peraluminous rock，enriched in LREE without obvious Eu anomaly.It is characterized by obvious loss of P，Ti and Nb and enrichment of K and Rb.Hornblende gabbro and monzogranite are formed by melting in different homologous areas.The basic rocks are derived from the primitive mantle mixed with continental crust，while the granite may come from underplating.The basic magma causes large-scale partial melting of its upper crust to form granite.The bimodal intrusive rocks in the Tayuan Gold Silver Copper District were formed under the post orogenic extensional tectonic setting，and the collision and amalgamation of the Kingan block and the Songnen block were completed at the end of the Early Carboniferous at the latest.

Keywords：zircon U-Pb dating;tectonic setting;plate amalgamation;bimodal intrusive rocks;Tayuan Gold Silver Copper DistrictF7422E21-ECE8-460C-BCD0-3009C653E3ED