黑龙江省北部新元古代—早石炭世洋—陆转换过程*

张铁安 赵雨生 高洪岩 刘宇奇 刘宇崴 杜兵盈

（黑龙江省地质科学研究所）

造山带构造演化的多样性决定了其类型的多样性，对其进行研究离不开洋—陆转换，即洋盆识别与重建研究。因此，探讨洋—陆转化过程是如何对造山带构造演化及大陆增生产生重大影响成为地学界研究的热点［1-2］。而增生杂岩概念的提出与发展，又为深入研究洋—陆转换过程提供了重要的物质载体［3-5］。黑龙江省地处中亚造山带东段，夹持于西伯利亚、华北和西太平洋三大板块之间，由于受古亚洲洋构造域、环太平洋构造域及蒙古—鄂霍茨克洋三大构造体系叠加改造［6］，广泛出露诸如中生代的饶河俯冲增生杂岩以及晚古生代的完达山俯冲增生杂岩，其岩石学组合及年代学都得到了较好地限定［7-9］。然而，早古生代甚至前寒武纪的俯冲增生杂岩的研究相对缺乏。因此，本研究选择新林—塔源—兴隆和嫩江—黑河俯冲增生杂岩带为研究对象，分析其物质组合及构造环境，为东北地区洋—陆转换过程研究提供重要证据。

1 区域地质背景

额尔古纳地块南缘新林—塔源—兴隆新元古代—早寒武世俯冲增生杂岩带位于大兴安岭北部地区，向西延至内蒙古吉峰—头道桥地区［4］。新林蛇绿岩为该带的典型代表，位于大兴安岭地区新林镇东21 km，早期定义为超镁铁质岩—镁铁质岩体，由斜方辉橄岩和纯橄岩组成［10］；后期部分学者将其确定为新林蛇绿岩，并建立起较完整的蛇绿岩套剖面，在对比区域镁铁—超镁铁岩体的岩石学和空间展布特征的基础上，进一步确定新林蛇绿岩带在空间上呈NE向展布。根据新林蛇绿岩中层状超镁铁质岩内金云母K-Ar 同位素年龄，认为蛇绿岩的形成时间为早寒武世（～539 Ma），并认为其形成于裂陷盆地；通过对新林地区蛇绿岩的成因及其与原倭勒根群的构造就位关系的研究，认为大兴安岭地区在萨拉伊尔旋回晚期进入横向挤压阶段，造成区内中—晚寒武世地层缺失和新林蛇绿岩的逆冲推覆就位［11-12］。另外，根据该带南段头道桥蓝片岩测年结果，认为该带形成于～500 Ma［13］。

松嫩地块北缘早石炭世嫩江—黑河俯冲增生杂岩带位于大兴安岭与小兴安岭结合部位，向西延至内蒙古贺根山地区。根据1∶25 万卧都河幅、黑河市幅区调修测结果，认为卧都河、泥鳅河、罕达气一带早泥盆世罕达气期细碧岩形成于洋岛环境。付俊彧等［14］在该带靠近嫩江县内蒙古哈达阳地区识别出构造混杂岩，存在角闪石岩、角闪辉长岩岩块（锆石U-Pb 年龄分别为（362±1）Ma 和（363±1）Ma，属晚泥盆世），基质为构造片岩。地球化学分析认为，哈达阳镁铁质—超镁铁质岩具有火山弧型玄武岩特征。1∶5 万嫩北农场等4 幅区调项目（2014）在双泉—科洛—青年点一带下石炭统科洛变质杂岩中识别出多处角闪岩构造透镜体，角闪岩地球化学成分相当于科马提岩，表现出橄榄质和玄武质科马提岩的地球化学特征，比岩浆成因的地幔型超镁铁质岩更富MgO，贫K2O、Na2O、TiO2，可能代表了洋壳或弧的物质。

前人对黑龙江省上述2 条俯冲增生杂岩带的研究局限于超镁铁质岩、辉长岩时代和构造属性方面。本研究通过总结前人成果，系统分析上述2条俯冲增生杂岩带的物质组成，依据2条俯冲增生杂岩带物质组成和各期岩浆弧、区域磨拉石建造空间分布，探讨额尔古纳地块和松嫩地块之间新元古代—早石炭世洋—陆转换过程。

2 俯冲增生杂岩地质特征及岩石组合序列

新林—塔源—兴隆俯冲增生杂岩带以北是额尔古纳地块，以南是大兴安岭弧—盆系，代表了额尔古纳地块与大兴安岭弧—盆系的分界。嫩江—黑河俯冲增生杂岩带地处大、小兴安岭接合部位，代表了松嫩地块和大兴安岭弧盆系的分界。

（1）新林—塔源—兴隆俯冲增生杂岩地质特征及岩石组合序列。新元古代—早寒武世新林—塔源—兴隆俯冲增生杂岩主体呈NEE 向展布于额尔古纳地块东南缘，具体分布于塔源、林海、大乌苏林场、兴隆等地区。蛇绿岩岩块被呈菱形网络状展布的高角度逆冲断层和左行走滑断裂分割，与新元古代—早寒武世零点岩群的碎屑岩基质、新元古代镁闪长质TTG 岩系均呈构造接触。新元古代蛇绿岩岩块包括林海地区富铌基性火山岩组合，兴隆地区高镁闪长质岩石组合，兴隆地区角闪石岩、辉长岩组合，塔源、林海、大乌苏林场地区蛇纹岩、蛇纹石化辉石橄榄岩、二辉辉石岩、角闪石岩、辉长岩组合。新元古代—早寒武世海沟—斜坡基质相当于零点岩群和部分兴隆岩群砾岩、含砾杂砂岩、变岩屑砂岩、变粉砂岩、变石英砂岩、变含粉砂泥质岩、千枚岩、板岩、变泥质岩、碳酸盐岩及中酸性火山岩组合。另外，在兴隆—韩家园地区分布有新元古代高镁闪长质TTG 岩系。

（2）嫩江—黑河俯冲增生杂岩地质特征及岩石组合序列。早石炭世嫩江—黑河俯冲增生杂岩主体呈NEE 向展布于大兴安岭弧盆系与松嫩地块之间。大地构造位置位于晚古生代二连浩特—贺根山蛇绿混杂岩带东段，具体分布于科洛、孟德河与内蒙古自治区与黑龙江省接壤哈达阳地区。早石炭世海沟—斜坡浊积岩基质分布于嫩江—黑河地区，为下石炭统科洛变质杂岩和部分洪湖吐河组片麻岩、变粒岩、板岩、砾岩等组合。

3 俯冲增生杂岩的形成时代与构造环境

3.1 形成时代

通过锆石U-Pb 测年方法，兴隆凤凰山地区高镁片麻状石英二长闪长岩和黑云母辉长岩分别被限定为（815 ± 6）Ma 和（789～798）Ma［15］。塔源地区零点岩群浊积岩中产藻类化石：光面球藻：Leiosphaeridia sp.、瘤面球藻：Lophosphaeridium sp.、连球藻：Synsphaeridium sp.、疑源类化石：Satra sp.原始拟导管：Protoreacheites sp.、藻类丝体：Taeniatum sp.，其生物组合显示了新元古代晚期面貌。兴隆岩群高力沟岩组变质粉砂岩中产早寒武世产微体化石Lophosphaeridium sp.，Estiastra sp.和Micrhystridium sp.［16］。另外，内蒙古自治区吉峰林场南东变辉长岩被限定为（646 ± 5）Ma，嘎仙镍钴变辉石岩被限定为（626±10）Ma，环宇西糜棱岩化辉长岩被限定为（696±3）Ma，嘎仙地区零点岩群绢云石英片岩被限定为（618±14）Ma，环宇地区零点岩群变质条带状泥质粉砂岩被限定为（562±5）Ma［12］。

哈达阳地区角闪石岩和角闪辉长岩被限定为（363 ± 2）Ma 和（362±1）Ma［14］。科洛镇西5 km 处科洛变质杂岩黑云斜长片麻岩的4 组年龄分别为383，333，216，166 Ma，其中383 Ma 为捕获年龄，333 Ma 为原岩结晶年龄，216 Ma 为变质年龄，166 Ma 为后期事件年龄。黑贝子科洛变质杂岩黑云斜长变粒岩被限定为（355±5）Ma，金山黑云长英质千糜岩被限定为（339±1）Ma［17］。洪湖吐河组中产腕足类化石：Fusella aff.ulbanensis（Bublitschenky）乌尔班纺锤贝（亲近种），F.praeulbensis convexa GretchischnikoVa古乌尔班凸隆纺锤贝，F.insueta Gretchischnikova习惯纺锤贝，F.taidonensis（Tolmatschow）泰东纺锤贝，Syringothyris hannibalensis（SwalloW）汉泥巴管孔贝，Pugilis annae Sarytcheva安娜狮鼻长身贝，为石炭纪杜内期的典型化石分子。

3.2 构造环境

林海富铌基性火山岩微量元素蛛网图显示大离子亲石元素相对富集高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf 负异常）；w（Nb）为（7.02～11）×10-6，平均为8.62×10-6；在w（Th）/w（Yb）-w（Nb）/w（Yb）判别图解中主体投于大陆岛弧区，结合Nb含量将其划归为SSZ型蛇绿岩。

兴隆地区高镁闪长质岩石w（SiO2）为51.9%～56.3%，w（MgO）为7.22%～8.79%，A / CNK 为0.55 -1.22，亚铝—过铝质；里特曼指数（σ）为1.21～～3.14，钙 性— 钙 碱 性；w（Na2O）/w（CaO）为0.29～1.69；w（Na2O）/w（K2O）为2.05～6.05；w（MgO）/w（TFeO）为0.55～0.72；w（MgO）/w（MnO） 为 37.57～38.22；w（Al2O3）/w（Na2O）+w（K2O）为2.68～3.12；大离子亲石元素（LILE）相对于高场强元素（HFSE，具有Nb负异常）富集；在w（Rb）-w（Y）+w（Nb）图解和w（Nb）-w（Y）图解上投于火山弧花岗岩区。

兴隆地区超镁铁质岩、辉长岩微量元素蛛网图与N-MORB 标准曲线相比，强烈富集大离子亲石元素，高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf 显示负异常；在w（Th）/w（Yb）-w（Nb）/w（Yb）判别图解中主体投于洋岛区两侧，属地幔柱型蛇绿岩。

塔源—大乌苏林场地区超镁铁质岩、辉长岩微量元素蛛网图与N-MORB 标准曲线相比，相对富集大离子亲石元素，高场强元素Nb 显示负异常；在w（Th）/w（Yb）-w（Nb）/w（Yb）判别图解中主体投于大陆岛弧区或大洋与大陆岛弧区交汇部位，指示其与弧—盆演化有关，属与俯冲相关蛇绿岩。

新林—塔源—兴隆俯冲增生杂岩海沟—斜坡浊积岩轻重稀土比值（w（LREE）/w（HREE））为5.25～12.46；w（La）/w（Yb）或w（Ce）/w（Yb）远大于1，稀土模式曲线不对称右倾；大离子亲石元素相对高场强元素（Nb、Ta 负异常）富集，但Sr 显示有较强亏损；在w（Ba）-w（Sr）环境判别图解中主体投点于半咸水区，在w（Fe2O3）/w（TiO2）-w（Al2O3）/w（Al2O3+ Fe2O3）环境判别图解中主体投于大陆边缘区，在w（K2O）/w（Na2O）-w（SiO2）、w（SiO2）/w（Al2O3）-w（K2O）/w（Na2O）构造环境判别图解中主体投于岛弧—活动大陆边缘环境。

哈达阳地区超镁铁质岩、辉长岩微量元素蛛网图与N-MORB 标准曲线相比，相对富集大离子亲石元素，高场强元素Nb 显示负异常；在w（Th）/w（Yb）-w（Nb）/w（Yb）判别图解中投于大陆岛弧区或大陆岛弧区与大洋岛弧区交汇部位，指示其与弧盆演化有关，属于与俯冲相关的蛇绿岩。

嫩江—黑河俯冲增生杂岩海沟—斜坡浊积岩轻重稀土比值（w（LREE）/w（HREE））为5.09，w（La）/w（Yb）或w（Ce）/w（Yb）远大于1，稀土模式曲线右倾，稀土曲线与活动大陆边缘稀土标准曲线基本一致；大离子亲石元素相对富集高场强元素，高场强元素Nb 显示亏损；在w（Ba）-w（Sr）环境判别图解中投点于咸水区，在w（Fe2O3）/w（TiO2）-w（Al2O3）/w（Al2O3+Fe2O3）环境判别图解中投于大陆边缘区，在w（K2O）/w（Na2O）-w（SiO2）、w（SiO2）/w（Al2O3）-w（K2O）/w（Na2O）构造环境判别图解中投于岛弧—活动大陆边缘环境。

4 洋—陆转换的阶段

依据目前在额尔古纳地块和松嫩地块间所识别出的不同时代岩浆弧、俯冲增生杂岩带物质组合及区域磨拉石建造等，将2地块间洋—陆转换过程划分出3 期洋—陆转换阶段：青白口纪晚期—早寒武世、早奥陶世—晚泥盆世、早石炭世。

4.1 青白口纪晚期—早寒武世

新元古代—早寒武世新林—塔源—兴隆俯冲增生杂岩带中已经识别出新元古代高镁闪长质岩石组合、富铌基性火山岩和地幔柱型蛇绿岩超镁铁质岩、辉长岩组合。高镁闪长质岩石组合和富铌基性火山岩代表了新元古代初始弧演化，地幔柱型蛇绿岩超镁铁质岩、辉长岩代表新元古代洋壳物质组成，后期构造事件导致上述物质组合表现出现今的空间分布格局，但主体上新元古代洋壳物质空间分布相对于新元古代初始弧偏南。

在兴隆—塔河地区分布有新元古代镁闪长质TTG 岩系—花岗片麻岩（英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩，794～800 Ma）和兴华渡口期钙碱性火山岩共同构成了新元古代岩浆弧，新元古代岩浆弧主体分布于新元古代初始弧北侧。另外，高镁闪长质TTG 岩系外弧部分岩石化学可恢复出二长花岗岩，暗示前弧蛇绿岩组合及岩浆弧形成于活动大陆边缘，据此认为额尔古纳地块与松嫩地块之间的洋盆至少于～815 Ma 开始向额尔古纳地块俯冲，形成前弧蛇绿岩序列—岩浆弧。新元古代—早寒武世海沟—斜坡浊积岩基质、新元古代洋壳超镁铁质岩—辉长岩组合、新元古代前弧蛇绿岩组合与新元古代岩浆弧的空间展布显示洋盆位于俯冲增生杂岩带南侧并向北俯冲。结合黄汲清等［18］提出中俄边境兴凯湖东南俄罗斯境内，震旦纪—早寒武世碳酸盐岩冒地槽型沉积被中寒武世的磨拉石不整合覆盖，暗示寒武纪早期新林—塔源—兴隆弧后海盆关闭，弧陆拼合（图1）。

4.2 早奥陶世—晚泥盆世

多宝山地区早—中奥陶世多宝山组钙碱性火山岩之下的下—中奥陶统铜山组以正常碎屑岩为主，局部夹钙碱性火山岩，岩石地球化学特征显示形成于演化岛弧—岛弧环境，可能代表了额尔古纳地块与松嫩地块间洋盆向额尔古纳地块后退式俯冲不成熟弧（后）演化阶段。早—中奥陶世火山岩由南东部向北西部总体上为拉斑玄武质向钙碱性火山岩过渡。铜山组多宝山地区已经识别出早—中奥陶世TTG岩系：英云闪长岩（479 Ma）、二长花岗岩组合，其与大兴安岭弧盆系早志留世TTG 岩系闪长岩（435～441 Ma）、早—中志留世弧属性二长花岗岩（417～440 Ma）、早—中奥陶世多宝山组拉斑—钙碱性火山岩、早泥盆世罕达气组主体钙碱性火山岩共同构成早奥陶世—早泥盆世岩浆弧，暗示额尔古纳地块与松嫩地块间洋盆向额尔古纳地块后退式俯冲启动于早奥陶世或略早。黑河地区晚泥盆世海陆交互相小河里河组板岩、砂岩、砾岩组合代表了该期俯冲阶段的结束。1∶25 万嫩江县幅区调修测项目（2015），将嫩江县新立屯原1∶20万霍龙门公社幅划分的前奥陶系风水沟河重新厘定为“上奥陶统”新立屯片麻杂岩，主要岩性为黑云斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩、黑云长英变粒岩、二云斜长变粒岩等，变质程度达低角闪岩相，原岩主体为碎屑岩，局部夹火山岩。通过对该杂岩开展黑云斜长变粒岩锆石U-Pb LA-ICP-MS 测年工作，25 个测点分析后，在年龄相对频率曲线上可以见到早奥陶世—早泥盆世6 处峰值为480，460，440，420，390，360 MPa，其中以460 MPa 和440 Ma 峰值为主，并且新立屯片麻杂岩与多宝山组呈构造接触，暗示新立屯片麻杂岩代表了早奥陶世—晚泥盆世洋陆转换阶段的俯冲增生杂岩残留（图2）。

4.3 早石炭世

早奥陶世—早泥盆世岩浆弧与早石炭世俯冲增生杂岩带之间存在NE向展布的早石炭世TTG岩系—英云闪长岩、正长花岗岩（345～352 Ma）、二长花岗岩（357 Ma）组合，与早石炭世洪湖吐河期钙碱性火山岩构成了早石炭世岩浆弧，代表了额尔古纳地块与松嫩地块间洋盆向额尔古纳地块俯冲最后一期洋陆转换阶段。早石炭世俯冲增生杂岩带、早石炭世岩浆弧、早奥陶世—早泥盆世岩浆弧和呼玛弧后盆地空间展布上可以确定洋盆位于俯冲增生杂岩带南东侧，洋盆向北西俯冲。1∶20 万嫩江县幅区调（1991）在内蒙古自治区红山梁地区早石炭世莫尔根河期火山岩—含“蓝闪石”糜棱岩化钾长流纹质熔结凝灰岩获得的同位素Rb-Sr年龄为（336±6）Ma。1∶25万嫩江县、孙吴县区调修测（2015）在俯冲增生杂岩—下石炭统科洛变质杂岩中获得的锆石U-Pb LA-ICP-MS 变质谐和年龄为（335～339）Ma，结合嫩江—黑河地区晚石炭世—早二叠世超镁铁质岩—辉长岩（299 Ma）、陆相火山岩（309～303 Ma）、碱性花岗岩（303 Ma）后造山组合，分析表明额尔古纳地块与松嫩地块间洋盆该阶段俯冲自早石炭世早期持续至早石炭世中期，早石炭世中期多宝山岛弧带与松嫩地块碰撞拼合（图3）。

5 结 论

（1）新元古代—早寒武世新林—塔源—兴隆俯冲增生杂岩带物质组成包括岩块、基质2个部分。岩块包括：林海地区富铌基性火山岩组合，属SSZ 型蛇绿岩；兴隆地区高镁闪长质岩石组合；兴隆地区角闪石岩、辉长岩组合，属地幔柱型蛇绿岩；塔源、林海、大乌苏林场地区蛇纹岩、蛇纹石化辉石橄榄岩、二辉辉石岩、角闪石岩、辉长岩组合，属于与俯冲相关的蛇绿岩。基质为零点岩群和部分兴隆岩群正常碎屑岩、碳酸盐岩及中酸性火山岩组合。

（2）早石炭世嫩江—黑河俯冲增生杂岩带物质组成包括晚泥盆世蛇绿岩岩块（角闪石岩、角闪辉长岩）和早石炭世海沟—斜坡基质（科洛变质杂岩和部分洪湖吐河组片麻岩、变粒岩、板岩、砾岩组合）2 个部分。

（3）依据目前额尔古纳地块和松嫩地块之间所识别出的不同时代岩浆弧、俯冲增生杂岩带物质组合及区域磨拉石建造等，将2地块间洋陆转换过程划分出3 期洋陆转换阶段，即青白口纪晚期—早寒武世、早奥陶世—晚泥盆世、早石炭世。

致 谢

本文是在《中国区域地质志》首席科学家李廷栋院士，肖庆辉研究员、潘桂棠研究员、陆松年研究员、丁孝忠研究员、太原理工大冯志强副教授和《黑龙江省区域地质志》主编韩松山正高级工程师等指导下完成，在此表示感谢！