伸展背景下的埃达克质岩：黑龙江呼玛地区早白垩世侵入岩的年代学和地球化学特征

摘要：为理清大兴安岭兴安地块中生代岩体的岩石成因及构造背景，本文通过岩石学、年代学、全岩地球化学等方法，对大兴安岭东北部的黑龙江省呼玛地区早白垩世侵入岩进行了研究。结果显示：研究区早白垩世中性侵入岩为钙碱性－高钾钙碱性系列准铝质－弱过铝质岩石，成岩时间在（121.3±1.2）～（118.7±0.9）Ma之间，稀土元素配分曲线显示为右倾模式，Eu微弱正异常（0.98～1.11），富集K、Sr、Ba等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素。岩石同时具有高的Sr/Y（57.66～145.76）、LaN/YbN（11.66～29.52）和较高的Mg#（50.93～57.63）、w（Cr）（77.00×10-6～92.60×10-6）、w（Ni）（23.20×10-6～32.60×10-6）值，显示出埃达克质岩特征。

综合本次研究认为该期侵入岩主要形成于蒙古－鄂霍茨克洋闭合后的伸展环境，由加厚下地壳导致的岩石圈拆沉，软流圈幔源岩浆上涌形成埃达克质岩石。

关键词：呼玛地区；花岗岩；锆石UPb测年；地球化学；埃达克质岩

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230059

中图分类号：P59

文献标志码：A

Supported by the Project of China Geological Survey （12120114028101） and the 1∶50 000 Regional Geological and Mineral Survey Project in Heilongjiang Province （HLJKD201506）

Adakitic-Like Rocks in Extensional Setting： Chronological and Geochemical Characteristics of Early Cretaceous Intrusive Rocks in Huma Area， Heilongjiang Province

Zhang Kun Shi Dongyan1，3，4，Chang Xiangkun1，Piao Xinghai1，Wang Weidong5

1." Heilongjiang Mining Group Co.，Ltd.，Harbin 150000，China

2. Institute of Geosciences and Ｒesources， China University of Geosciences， Beijing 100083， China

3. College of Earth Sciences， Jilin University， Changchun 130061， China

4. Institute of Geochemistry Chinese Academy of Sciences， Guiyang 550081， China

5. The Fifth Geolgical Survey Institute of Heilongjiang Province， Harbin 150036， China

Abstract： To elucidate the petrogenesis and tectonic settings of the Mesozoic rock formations in the Xing’an region of the Greater Khingan Range， this study employs petrology， chronology， and whole-rock geochemistry methods to investigate the Early Cretaceous intrusive rocks in the Huma area of Heilongjiang Province. The results reveal that the intrusive rocks are calc-alkaline to high-potassium calc-alkaline， quasi-aluminous to weakly peraluminous， crystallizing between （121.3±1.2） and （118.7±0.9） Ma. The rare earth element distribution patterns display a rightward trend with a weak positive Eu anomaly （0.981.11）， enriched in large ion lithophile elements like K， Sr， Ba， and depleted in high field strength elements such as Nb， Ta， Ti， and P. The rocks show elevated ratios of Sr/Y （57.66145.76）， LaN/YbN （11.6629.52）， high Mg# （50.9357.63）， w（Cr） （77.00×10-692.60×10-6）， and w（Ni） （23.20×10-632.60×10-6）， indicating adakitic-like characteristics. Based on the comprehensive research， it is believed that the intrusive rocks primarily crystallized in an extensional environment following the closure of the Mongolian-Okhotsk Ocean， likely caused by lithospheric delamination thickening the lower crust and resulting in the upwelling of mantle-derived magma， forming adakitic-like rocks.

Key words： Huma area; granites; zircon UPb dating; geochemistry; adakitic-like rocks

0 引言

埃达克岩（Adakites）最初被Defant等[1]发现于太平洋东岸埃达克岛，因其特殊的岩石地球化学特征及与成矿的紧密联系而受到学者的广泛关注。它具有高Sr、低Y，低HREE，正Sr、Eu异常，亏损Nb、Ta值，并具有与MORB（洋中脊玄武岩）相似的Sr、Nd同位素特征等。且Defant等[1]认为埃达克岩形成于年轻（≤25 Ma）洋片的俯冲环境，有足够的热量来驱动部分熔融发生。该概念提出后，世界各地学者相继发现具有相似岩石地球化学特征的岩石[25]。

随着对该类岩石不断地深入认识，有学者提出了继年轻的洋片俯冲之外的岩石学成因：1）加厚玄武质下地壳的部分熔融[610]；2）岩石圈拆沉引起的部分熔融[24，1112]；3）基性岩浆的高压分异[4，1314]；4）基性与酸性岩浆的混合成因[1518]；5）平板俯冲或地幔中停滞板块的部分熔融[4，11，19]；6）初始俯冲[5，11，2021]；7）俯冲的板片窗或板片撕裂、洋脊俯冲[11，2224]。为区别于埃达克岩的原始定义，统一将该类岩石称之为埃达克质岩[17，25]，严格地讲，该埃达克质岩并非真正的埃达克岩，只是具有类似的岩石地球化学特征。赵振华[26]将年轻俯冲洋片熔融形成的岩浆岩归为埃达克岩，将加厚/拆沉下地壳熔融形成的岩浆岩归为埃达克质岩，而将分离结晶、岩浆混合、高Sr/Y源区熔融、富集地幔熔融等其他过程形成的具有高Sr/Y和LaN/YbN值的岩石全部归为假埃达克岩，更加严格地规范了“埃达克”概念的使用。

对于大兴安岭地区的埃达克质岩类，前人取得了一定的认识发现。刘佳宜[27]在大兴安岭东北部的晚泥盆世花岗岩中发现2件埃达克岩，认为其来源于兴安地块南部年轻的加厚岛弧地壳岩石。赵院冬等[2829]在兴安地块东北部的研究显示：早－中侏罗世的TTG花岗岩具有埃达克质岩石特征，形成于受洋壳俯冲作用影响的陆缘弧环境，反映蒙古－鄂霍茨克洋的俯冲作用；晚侏罗世发育陆壳加厚型的埃达克质岩，形成于板块闭合后的造山环境。尹志刚等[30]的研究则显示，在早侏罗世大兴安岭存在埃达克质花岗岩，具有陆壳加厚特征。王苏珊[31]、邵帅等[32]在黑河地区的研究中发现，大部分形成于早白垩世的火山岩具有高Sr、低Y的特征，并认为其形成于俯冲的岛弧环境。孔金贵等[33]对呼玛地区晚侏罗世花岗闪长岩进行了研究，将其划归“C”型埃达克岩。

本文拟借助于岩石学、年代学、全岩地球化学等方法手段，对研究区内早白垩世侵入岩的埃达克岩类进行界定，为大兴安岭兴安地块中生代岩体的岩石成因及构造背景提供更多证据。

1 地质概况与岩相学特征

研究区内地层主要由新元古代结晶基底、古生代海相沉积[34]、中生代火山喷发沉积和新生代河湖相砂砾沉积等构成（图1）。其中中生代火山喷发沉积见于研究区中部和南部，大面积出露。

研究区内侵入岩较发育，约占总面积的一半，主要见于西部、北部。近年来有学者在研究区内通过花岗岩锆石UPb定年，将该大面积分布的侵入岩侵入时间限定在早侏罗世（181～176 Ma），全岩地球化学显示其为高钾钙碱性系列、准铝质－弱过铝质的I型花岗岩，具有高Sr、低Y的特征[3637]；并通过锆石Hf同位素、SrNd同位素研究发现，其源区物质主要来自新元古代以来增生的地壳物质[3738]。但对于研究区内小岩株状产出的中性侵入岩则缺少相关的研究探讨。

本文综合研究区内地质构造、围岩的接触关系、岩石矿物特征、岩体的锆石UPb测年、岩石地球化学特征等，将区内侵入岩划分出一个新的岩浆活动期次：形成于早白垩世（121.3～118.7 Ma）的水磨沟－三间房一带中性侵入岩，详见图1b。其岩体呈岩株状出露于研究区中部与北部地区，主要由中细粒石英闪长岩、（中）细粒闪长岩和细中粒石英二长闪长岩组成（图2a－e）。露头中可看到本期侵入岩侵入新元古界兴华岩组变质岩中（图2a）。部分岩石具碎裂结构，发生脆性变形，裂隙发育，碎粒、碎粉及石英细脉、绿帘石微细粒沿裂隙岩石充填交代。副矿物主要有锆石、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿、榍石等产出。

中细粒石英闪长岩（图2ab、fg）：岩石具中粒花岗结构、碎裂结构，块状构造，矿物成分及体积分数：石英5%～10%，钾长石＜5%，斜长石60%～85%，黑云母5%～10%，角闪石3%～30%。石英，他形粒状，粒径为0.2～0.5 mm；钾长石，他形粒状，粒径为0.2～1.0 mm，条纹呈斑点、斑块状，具高岭土化蚀变；斜长石，半自形板状，粒径为0.6～4.5 mm，聚片双晶宽窄不一，局部表面绢云母化或有零星绿帘石交代；黑云母，片状，褐色，吸收性明显，具平行消光；角闪石，长柱状，粒径为0.5～1.5 mm，浅褐色。

（中）细粒闪长岩（图2cd、hi）：岩石呈半自形粒状结构，块状构造。矿物成分及体积分数：石英＜3%，斜长石65%～70%，黑云母5%～22%，角闪石10%～30%。石英，呈他形分布于长石粒间，无色透明，粒径为0.2～0.5 mm；斜长石，长条状，粒径为0.2～3.5 mm，无色，聚片双晶，表面见星点状绢云母化；黑云母，片状，褐色，吸收性明显，平行消光；角闪石，柱状，粒径为0.2～1.0 mm，正中突起，多被绿泥石交代呈假象。

细中粒石英二长闪长岩（图2e、jk）：岩石具细中粒花岗结构，块状构造。矿物成分及体积分数：石英5%～10%，钾长石10%～15%，斜长石55%～75%，黑云母5%～10%，角闪石5%～15%。石英，他形粒状，波状消光，粒径为0.5～3.0 mm；钾长石，他形粒状，卡式双晶少量发育，条纹呈脉状、泥化，部分具格子双晶，粒径为1.0～5.0 mm；斜长石，半自形板状，聚片双晶细密或具环带结构，绢云母星散交代，粒径为1.0～5.0 mm；黑云母，不规则片状，多被绿泥石交代，粒径为0.7 mm；角闪石，长条状，多被绿泥石交代，长轴定向，局部首尾相连条带状围绕碎斑分布。

2 样品采集与分析方法

研究区内选取2件年龄样品进行了LAICPMS锆石 UPb同位素测年，取样位置在研究区的北部，分别采集一件闪长岩（LT4：126°28′01.14″E，52°05′58.87″N）与一件石英闪长岩（LT11：126°27′08.54″E，52°05′56.05″N），具有较好的代表性。

样品分析由自然资源部华北矿产资源监督检测中心完成。首先将新鲜的岩石样品粉碎至100目，使用重力分选及标准磁分离技术挑选出单个锆石；然后对分离出的锆石利用阴极发光图像筛选出没有裂隙和包裹体杂物的锆石样品，进行样品测试。激光烧蚀多接收器等离子质谱设备为美国ESI公司NEW WAVE 193 nm FX激光器和美国赛默飞世尔公司NEPTUNE多接收等离子质谱仪，锆石的UPb年龄谐和图与加权平均年龄，使用Isoplot/ Ex_ver3进行绘制计算。

研究区内共选取8件新鲜的闪长岩与石英闪长岩岩石样品进行了主量和微量及稀土元素的分析，其中在研究区北部水磨沟附近取样2件（LT4、LT11），在研究区中部三间房附近取样6件（LT32、LT33、LT34、LT35、LT37、LT38）。

全岩主量和微量及稀土元素的测试单位分别为黑龙江省第五地质勘查院和黑龙江省地质矿产实验测试研究中心。将新鲜未风化的地表露头样品加工碎至200目，混匀，按照乔特公式Q=0.8d2（Q为样品最低可靠质量，kg；d为样品中最大颗粒直径，mm）进行缩分。主量元素分别采用重量法（SiO2、烧失量）、滴定法（Al2O3、CaO、MgO、FeO）、原子吸收法（K2O、Na2O）、比色法（Fe2O3、TiO2、P2O5）进行测定，精度误差优于5%，使用的仪器设备为北京普析通用仪器有限责任公司的GGX610型火焰原子吸收分光光度计和上海菁华科技仪器有限公司的722型可见光光度计、赛多利斯科学仪器（北京）有限公司的BS124S型电子天平。微量元素分别采用离子选择电极法（F）、原子荧光法（Hg、As、Sb、Se）、发射光谱法（Ag、B、Sn）、X射线荧光光谱法（其他微量元素）进行测定，精度误差优于10%，使用的仪器设备主要为日本理学ZSX Primus Ⅱ型全自动顺序扫描X射线荧光光谱仪。稀土元素采用X射线荧光光谱法进行测定，精度误差优于10%，使用的仪器设备为日本理学ZSX Primus Ⅱ型全自动顺序扫描X射线荧光光谱仪。

3 锆石UPb定年结果

阴极发光图像显示大部分锆石颗粒完整，自形程度较高，环带清晰，内部无残核，外部无变质边，具有岩浆成因锆石的特征。样品的部分锆石CL图像见图3，锆石UPb年龄见表1。

样品LT4，23个测点Th的质量分数介于27 ×10-6～133 ×10-6之间，U的质量分数介于33 ×10-6～146 ×10-6之间，Th/U值为0.48～1.65。样品的206Pb/238U介于127～117 Ma之间，它们均落入谐和曲线上及其附近（图4a），其206Pb/238U加权平均年龄为（121.3±1.2）Ma（MSWD=3.0，n=23），代表其岩体的形成时代为早白垩世。

样品LT11，全部24个测点中，有23个测点Th的质量分数介于31 ×10-6～229 ×10-6之间，U的质量分数介于43 ×10-6～160 ×10-6之间，Th/U值为0.35～1.80，其206Pb/238U介于123～116 Ma之间，它们均落入谐和曲线上及其附近（图4b），206Pb/238U加权平均年龄为（118.7±0.9）Ma（MSWD=2.0，n=23），代表其岩体的形成时代为早白垩世。另外一个测点（142 Ma）偏离谐和曲线，可能是捕获锆石并有铅丢失所致，暗示了早白垩世早期岩浆活动的存在。

区内新发现早白垩世侵入岩锆石，与兴隆地区龙江组、光华组和甘河组等火山岩年龄相近[39]，指示区域内存在较大规模的早白垩世岩浆活动。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

由表2可见，去掉烧失量转换为干体系后，该岩体的样品主量组分如下：w（SiO2）为56.47%～64.95%，w（TiO2）为0.62%～0.89%，w（TFe2O3）为5.15%～8.46%，w（Al2O3）为17.22%～18.89%，w（CaO）为2.22%～5.52%，w（MgO）为2.80%～4.71%，w（Na2O）为3.73%～4.82%，w（K2O）为2.00%～2.90%，w（Na2O+K2O）为5.91%～7.36%，Na2O/K2O为1.40～2.16，均值为1.78。样品具有较高的Mg#值（50.93～57.63）。岩石分异指数（ID）介于49.57～69.77之间，分异指数较低，表明岩浆经历了较低程度的分异，结晶程度较差，酸性程度较低。

岩石里特曼指数（σ）为1.82～3.50，均值为2.55，整体表现为钙碱性岩系，在w（K2O）w（SiO2）图解（图5a）中，小部分样品落入钙碱性系列，大部分样品落入高钾钙碱性系列内；侵入岩A/CNK为0.92～1.31（平均值为1.04），在A/NKA/CNK图解（图5b）中，多数样品落入准铝质－弱过铝质范围内。综合可知，该期次侵入岩为钙碱性－高钾钙碱性系列，具准铝质－弱过铝质特征。

4.2 微量及稀土元素

从微量及稀土元素分析结果（表2）中可知，稀土总量（∑REE）在122.42×10-6～161.85×10-6（平均值为134.87×10-6）之间，明显低于内蒙兴安－吉黑造山带地区闪长岩平均值（179.36×10-6）[42]；轻重稀土元素比（LREE/ HREE）为10.03～18.42，LaN/YbN为11.66～29.52，显示了轻重稀土元素分异程度较高的特征；δEu值在0.98～1.11之间，显示弱的正异常，暗示源区为榴辉岩相，残留矿物很少或没有斜长石；δCe值在1.00～1.31之间，具正异常特征。从球粒陨石标准化稀土元素配分图（图6a）中可以看出，各样品的稀土配分模式曲线大致平行，显示同源演化的特征，呈轻稀土富集的右倾模式，轻稀土元素分馏较强烈，重稀土元素分馏较微弱。

从原始地幔标准化微量元素蛛网图（图6b）中可以看出，该期次侵入岩的K、Sr、Ba等大离子亲石元素及轻稀土元素相对富集，Nb、Ta、Ti、P等高场强元素及重稀土元素亏损明显，暗示岩浆作用与板块的俯冲环境相关。样品具有较高的Sr质量分数（715.00 ×10-6～1 079.00 ×10-6），以及较高的Sr/Y值（57.66～145.76，平均值为103.98）。

5 讨论

研究区内早白垩世侵入岩显示出埃达克岩石的地球化学特征，w（SiO2）≥56.47%，w（Al2O3）≥17.22%，w（Na2O）≥3.73%，Na2O/K2O为1.40～2.16，明显富w（Sr）（715.00 ×10-6～1 079.00 ×10-6），强烈亏损重稀土元素w（Y）（6.25 ×10-6～12.40 ×10-6）及w（Yb）（0.82 ×10-6～1.47 ×10-6），具有高的Sr/Y值（57.66～145.76）和LaN/YbN值（11.66～29.52），相对富集Eu（δEu为0.98～1.11），具有相对较高的w（Cr）（77.00×10-6～92.60×10-6）、w（Ni）（23.20×10-6～32.60×10-6）值。在Sr/Yw（Y）和LaN/YbNYbN图解（图7）中，均落入埃达克岩区域内。

值得注意的是，洋壳部分熔融形成的埃达克岩形成于年轻（≤25 Ma）、热的洋片俯冲环境。在早白垩世晚期，西北部的蒙古鄂霍茨克洋已闭合并完成了碰撞后造山过程，去除日本海扩张的影响（约15 Ma）[44]，东部的古太平洋俯冲带距离研究区远达约1 300 km，其下方不可能有年轻的洋片存在。由此可以排除研究区早白垩世侵入岩是埃达克岩的可能，那么应将其归为埃达克质岩，并对于其可能的岩石成因作以下分析：Schiano等[45]认为，不相容微量元素的固体/熔体配分系数可以用于区分部分熔融与分离结晶，其中部分熔融的轨迹是斜线，而分离结晶轨迹为水平线。从图8可知，研究区早白垩世侵入岩均展示出具有斜率的斜线轨迹而非水平线，说明该期岩浆活动主要经历了部分熔融过程，暗示了其不可能由基性岩浆高压分异形成；而混合成因的埃达克质岩指基性与酸性岩浆在地壳深处混合并结晶形成，该部分熔融证据同样否定了研究区早白垩世侵入岩的混合成因。加厚玄武质地壳的部分熔融，主要物源来自地壳，具有相对低的w（MgO）和Mg#值，这与该期岩浆具有高Mg#值的特征不符，也排除加厚玄武质地壳部分熔融的成因。初始俯冲是指冷的板片在陡倾俯冲进入到热的地幔中时，由于温度的增加使俯冲板片产生部分熔融，而研究区远离俯冲带，不可能发生初始俯冲过程，遂也被排除。Sun等[24]认为靠近洋脊的洋壳是热的，在洋脊俯冲时易被部分熔融形成埃达克岩，Nb的富集是洋脊俯冲的典型地球化学特征。研究区距西北部的蒙古鄂霍茨克洋缝合带及东南部的日本海沟均有数百甚至上千千米之遥，洋脊俯冲到研究区的可能性并不大，且微量元素显示Nb、Ta、Ti等亏损，与Nb的富集特征不符，因此将其排除。剩余平板俯冲/地幔停滞板块的部分熔融和岩石圈拆沉引起的部分熔融两种可能的模式下面分别进行讨论。

关于平板俯冲的认识，现在仍不够统一。Mungall[47]及Sun等[19]认为，平板俯冲会消除地幔楔的影响，从而形成板块熔融的低Mg埃达克质岩石；而下地壳的熔体与软流圈等上升的地幔物质交代，可以演化出具有高Mg特点的埃达克质岩石。Li等[48]对长江中下游埃达克质岩的成因研究中则认为，平板俯冲引起的板片拆离并脱水交代，在富集地幔熔融，是源区的混合作用占主导，地壳的混染作用相对较小，这本质上仍是一种拆沉熔融。况且平板俯冲若存在，其板片来自哪里？邵济安等[49]通过地震层析影像等地球物理方法，得出东部的古太平洋板块俯冲在珲春一带的1 000 km以下发生裂离，而不可能继续向西驱动的结论。近年来有学者[50]提出来自研究区西北部蒙古－鄂霍茨克洋平板俯冲的认识，但不可忽视的是，在该过程中大兴安岭地区仍发育大量碰撞造山后的伸展环境下形成的大量A型花岗岩及碱性流纹岩，有证据显示其物源以富集地幔为主[5152]，这与靠近下地壳的平板俯冲隔绝了壳幔交互作用相悖。综合分析认为，研究区内早白垩世的埃达克质岩亦不可能是平板俯冲成因。

研究区内早白垩世侵入岩具有较高的Mg#值（50.93～57.63），接近于亏损地幔部分熔融形成的岩浆（Mg#＞60），区别于下地壳部分熔融成因（Mg#＜40[53]）。且岩石中高Cr、Ni值，暗示成岩母岩有地幔橄榄岩的参与。而角闪榴辉岩相下地壳拆沉到下伏地幔中，经历部分熔融和与地幔橄榄岩的反应，可以形成具有高Mg#、Cr、Ni特征的埃达克质岩[2，17]。Gao等[3]在华北克拉通东北缘的研究中也发现，岩石圈拆沉后，引起软流圈物质上涌，并与橄榄岩交代，形成兴隆沟埃达克质岩浆，在岩浆上升过程携带了幔源丰富的Cu、Au及REE等成矿物质，随后伴随张性环境下盆地的生成与软流圈碱性玄武岩的喷发。该过程可以与研究区内早白垩世龙江期安山岩→九峰山期煤盆地→甘河期玄武岩浆喷发的演化过程相类比，其中龙江期火山喷发活动与本文侵入岩形成时间相近。近年来的地球物理研究中也发现大兴安岭下方的莫霍面平坦及地震层析成像剖面中可以看到高密度的残留体存在[5456]，或许可以将此与岩石圈的拆沉作用相联系。

对样品进行的构造判别投图中（图9）显示，大部分样品落在火山弧环境背景中，暗示花岗岩的源区比较接近亏损地幔，且岩浆演化程度较低。而区域上早白垩世侵入岩具有高Mg#值等特征，也显示出有较多的幔源组分参与，暗示其岩石成因并非来自俯冲洋板块的部分熔融，而更可能是来自伸展构造背景下岩石圈的拆沉引起软流圈幔源成分的上涌。由此，本文认为研究区内早白垩世具有埃达克岩石地球化学特征的侵入岩是在伸展环境下幔源物质上涌形成的。

6 结论

1）通过LAICPMS锆石UPb测年，限定研究区内早白垩世侵入岩的成岩时间在（121.3±1.2）～（118.7±0.9）Ma之间。

2）研究区内早白垩世侵入岩具有中硅、低钾、高镁铁、富钙的特征，为钙碱性高钾钙碱性系列、准铝质弱过铝质岩石，稀土元素曲线显示轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾模式，Eu微弱正异常，微量元素显示大离子亲石元素富集，高场强元素亏损。

3）研究区内早白垩世侵入岩具有高的Sr/Y和LaN/YbN值，以及含较高的Mg、Cr、Ni质量分数，显示出埃达克质岩石特征。构造判别图中样品落入火山弧环境下，

结合其形成于蒙古鄂霍茨克洋闭合后的伸展环境，

暗示岩石圈拆沉引起的幔源物质上涌，占据主导形成了该期次岩浆活动。

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