張超 吳新偉 劉永江 張渝金 張超 郭威 崔芳華, 5

1. 山東理工大學資源與環(huán)境工程學院，淄博 2550492. 中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽 1100343. 中國海洋大學海底科學與探測技術(shù)教育部重點實驗室，海洋高等研究院，海洋地球科學學院，青島 2661004. 青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室，海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，青島 2662375. 自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評價重點實驗室，長春 130061

大興安嶺地區(qū)位于中亞造山帶東段，是區(qū)域構(gòu)造演化歷史中一個重要地質(zhì)單元，對研究中亞造山帶的構(gòu)造演化歷史具有重要的意義(徐備等, 2014; Xiaoetal., 2015; Liuetal., 2017)。該區(qū)是由額爾古納、興安和松遼地塊伴隨著古亞洲洋的不斷消減拼貼所形成的統(tǒng)一陸塊群(圖1a)(徐備等, 2014; Liuetal., 2017)，因與古亞洲洋最終閉合的時間和位置關(guān)系密切，一直是東北地區(qū)乃至中亞造山帶研究的熱點地區(qū)(Jahnetal., 2009; 崔芳華等, 2013; 徐備等, 2014; Cuietal., 2015; Xiaoetal., 2015; 劉永江等, 2016; 李成祿等, 2017; Fengetal., 2018a, b, 2019; 李睿華等, 2018; 梁琛岳等, 2018; 董金龍等, 2018; Jietal., 2018; Quetal., 2019)。由于缺少賀根山-黑河一線大興安嶺中段巖漿、構(gòu)造和古地理環(huán)境的制約，目前關(guān)于興安地塊與松遼地塊之間縫合帶的形成時間存在較大的爭議(蘇養(yǎng)正, 1996; 孫德有等, 2000; 周長勇等, 2005; 唐克東等, 2011; 趙院冬等, 2013; 徐備等, 2014; Liuetal., 2017; Fengetal., 2018b; Maetal., 2019a, b)。一種觀點認為興安地塊與松遼地塊于泥盆紀發(fā)生碰撞縫合(蘇養(yǎng)正, 1996; 唐克東等, 2011; 徐備等, 2014; Zhaoetal., 2017)，其縫合帶位置沿艾力格廟-錫林浩特-黑河一線(徐備等, 2014; Zhaoetal., 2017)，該觀點證據(jù)主要為沿艾力格廟、蘇尼特左旗、錫林浩特和大石寨到黑河一線分布的早古生代巖漿巖、混雜巖和磨拉石盆地；另一種觀點認為興安地塊與松遼地塊縫合帶位置為賀根山-黑河一線，其碰撞縫合時間為晚石炭世(崔芳華等, 2013; Liuetal., 2017; Fengetal., 2018a; 馬永非等, 2018; Maetal., 2019a, b)，該觀點主要證據(jù)包括：賀根山-黑河一線早古生代及晚古生代兩期巖漿弧，早石炭世呈現(xiàn)“北海南陸”、晚石炭世呈現(xiàn)“南海北陸”的古地理格局以及沿該線分布的多寶山島弧、賀根山蛇綠巖和晚石炭世S型及A型花崗巖。這些爭議產(chǎn)生的一個重要原因在于對賀根山-黑河縫合帶中段的研究程度較弱，缺少與縫合帶相關(guān)的巖石學時空約束證據(jù)，從而造成了對興安地塊和松遼地塊拼貼時間和位置的不同認識。鑒于此，有必要對賀根山-黑河縫合帶中段地區(qū)展開深入系統(tǒng)的地質(zhì)研究。

扎蘭屯地區(qū)位于賀根山-黑河縫合帶中段，其晚古生代巖漿巖的巖石成因及構(gòu)造背景不僅可以用來約束扎蘭屯地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化特征，也能為限定賀根山-黑河縫合帶晚古生代期間的構(gòu)造格局及演化歷史提供重要參考資料。因此，本文以大興安嶺扎蘭屯南部早二疊世花崗巖為研究對象，厘定花崗巖的鋯石U-Pb年代學格架，分析花崗巖的巖石地球化學特征，探討花崗巖巖石成因及構(gòu)造背景，揭示興安地塊和松遼地塊的拼合過程及賀根山-黑河縫合帶中段構(gòu)造演化歷史。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部扎蘭屯市南側(cè)，大地構(gòu)造位置位于興蒙造山帶賀根山-黑河縫合帶中段，是松遼地塊與興安地塊的重要拼貼部位(圖1a)。興安地塊主體由中生代火山巖、沉積巖和零星分布的古生代花崗質(zhì)巖石、火山巖及沉積地層組成，其“前寒武紀變質(zhì)巖基底”問題仍存在較大爭議(Cuietal., 2015)。松遼地塊主要由松遼盆地、小興安嶺-張廣才嶺及部分南大興安嶺組成，其大部分被松遼盆地中新生代沉積物覆蓋。近年來在松遼地塊東緣、南部及西緣均有早前寒武紀年齡的相關(guān)報道(Wangetal., 2014; Wuetal., 2018; Zhangetal., 2017)。研究區(qū)位于松遼地塊和興安地塊交接部位，其出露的地層主要為中生代和晚古生代火山-沉積地層(圖1b)。晚古生代地層較為復雜，由下而上包括大民山組、紅水泉組、寶力高廟組、格根敖包組、壽山溝組、大石寨組、哲斯組和林西組；中生代地層主要以火山巖為主。而巖漿巖主要以古生代侵入巖和中生代火山巖為主。古生代侵入巖主要分布在研究區(qū)的東部，呈北北東向展布，在大民山組、格根敖包組和大石寨組地層中含有少量淺變質(zhì)的古生代火山巖及火山碎屑巖夾層。中生代巖漿巖以火山巖為主，包括哈達陶勒蓋期、老龍頭期、滿克頭鄂博期、瑪尼吐期、白音高老期、龍江期、光華期和甘河期火山巖。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a, 據(jù)Liu et al., 2017修改)及區(qū)域地質(zhì)圖(b)

2 樣品描述及巖相學特征

早二疊世花崗巖在研究區(qū)內(nèi)呈北北東向展布，該花崗巖侵入到早期古生代沉積地層中，巖體中見有古生代地層捕虜體和細粒閃長巖包體(秦濤等, 2017)，此外早二疊世花崗巖被后期中生代巖漿活動破壞或被中生代火山巖地層覆蓋(圖2)。本次工作對出露于研究區(qū)的二長花崗巖和堿長花崗巖進行了巖相學、巖石地球化學和年代學樣品分析。樣品TWKSD05(二長花崗巖)采自徐地營子東側(cè)30km外的新鮮露頭處；樣品TW11(堿長花崗巖)采自扎蘭屯市西南側(cè)30km外的新鮮露頭處；樣品2015TW02(二長花崗巖)采自罕達罕東北30km外的新鮮露頭處(圖1b)。樣品特征描述如下：二長花崗巖為中細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為石英(20%)、斜長石(35%)、堿性長石(主要為條紋長石和正長石，含量40%)和黑云母(5%)，巖石發(fā)生碎裂，沿裂隙填充綠泥石和云母類礦物(圖2c)；堿長花崗巖具有中細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為條紋長石(60%)、石英(35%)及黑云母(5%)(圖2d)。

3 分析方法

鋯石的分選工作在河北省廊坊市科大礦物分選技術(shù)股份有限公司完成，樣品制靶和CL圖像采集和鋯石U-Pb測年工作在中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗室完成。鋯石測年所采用的儀器為Thermo Element Ⅱ型MC-ICP-MS 及與之配套的New wave UP213激光剝蝕系統(tǒng)，激光束斑直徑為30μm。普通鉛校正采用Andersen (2002)的方法，并采用哈佛大學國際標準鋯石91500作為外部校正(Yuanetal., 2004)，詳細實驗測試過程可參見文獻(Yuanetal., 2004)。所測年齡結(jié)果計算采用國際標準程序Isoplot(ver3.0)，其所獲得的測試數(shù)據(jù)、加權(quán)平均年齡的誤差均為1σ，諧和度在95%以上的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。

主量元素和痕量元素的分析在國土資源部沈陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。采用X射線熒光光譜法(XRF-1500)對主量元素進行分析，采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(X series 2型ICP-MS質(zhì)譜儀)對稀土、微量元素進行分析。主量元素和稀土、微量元素精度和準確度分別優(yōu)于5%和10%。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb測年結(jié)果

本文對扎蘭屯南部地區(qū)早二疊世二長花崗巖和堿長花崗巖共3件樣品進行了鋯石U-Pb年代學分析(表1)，測試結(jié)果如下。

樣品TWKSD05(二長花崗巖)：鋯石呈半自形-自形，具有巖漿震蕩環(huán)帶(圖3a)，大小約80～120μm。所有鋯石的Th/U值為0.20～1.00， 具有巖漿成因鋯石的特征。對樣品TWKSD05的30粒鋯石進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學分析，除2粒鋯石(-3和-29)外，其余鋯石顆粒年齡均位于諧和線上及其附近(圖3b)。所測年齡結(jié)果可以分為四組：(1)212±5Ma～223±5Ma(2粒，212±5Ma未在諧和線上)；(2)267±6Ma～273±7Ma(2粒)；(3)287±7Ma～314±8Ma(13粒)，加權(quán)平均年齡為298±6Ma(MSWD=2，n=13)(圖3c)；(4)327±8Ma～351±10Ma(13粒，351±10Ma鋯石顆粒未在諧和線上)，加權(quán)平均年齡為335±5Ma(MSWD=0.97，n=12)(圖3d)。

表1 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡結(jié)果

Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of Early Permian granites in Zhalantun area

測點號Th/U207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb(Ma)1σ207Pb/235U (Ma)1σ206Pb/238U(Ma)1σ2015TW02二長花崗巖-10.550.061910.003670.387720.026940.04740.00114671122333202997-20.410.057640.002270.385540.017880.04710.0010651685331132977-30.420.057630.001680.39420.013340.049010.0010751663337103087-40.710.05950.002390.387630.018310.047720.0010858585333133017-50.630.064770.009450.480320.08940.053830.002167672813986133813-60.410.057920.004240.407610.037260.052640.00141526153347273319-70.730.059650.004520.420250.039650.057220.00156591156356283599-80.490.057610.002720.40380.022840.050060.00116515101344173157-90.470.057130.00340.40250.029520.054720.00136496127344213438-100.720.056760.003480.423180.031950.056730.00141481131358233569-110.850.058690.002030.411120.017130.051320.0011555674350123237-120.620.055740.003020.404570.025650.051810.00122442117345193267-130.460.050240.006140.398640.056820.051870.001562062603414132610-140.610.053170.005070.37810.042420.051650.00144336202326313259-150.450.060940.005740.420860.046630.05090.00143637191357333209-160.630.058630.003060.421150.026710.051460.00123553110357193248-170.690.056920.005040.420260.045950.054370.001564881853563334110-180.700.058810.002110.4210.018290.052270.0011856076357133287-190.520.055660.002470.409170.021590.051770.0011943895348163257-200.540.056150.002440.402690.020960.052230.0012145894344153287-210.620.059270.003770.401140.030940.052640.00134577132343223318-220.770.055950.004510.386290.038030.0520.00144450170332283279-230.730.055330.004060.406610.03670.056440.0015426156346263549-240.740.058120.002960.389960.024340.052490.00128534108334183308-250.640.056990.00390.407320.034640.05280.00139491145347253329-260.470.057770.00270.363830.019640.046240.0010852199315152917-270.370.057540.002660.362580.019320.045620.0010651299314142887-280.550.058890.002720.381470.021050.044670.0010556398328152827-290.630.057060.002680.382840.020970.047280.0011493101329152987-300.510.057470.002370.374940.018010.047110.0010850989323132977TWKSD05二長花崗巖-10.33 0.060560.001230.3290.006790.045890.00111624 43 289 5 289 7 -21.00 0.056270.001120.389920.007890.053090.00129462 44 334 6 334 8 -30.33 0.156660.003040.637890.012320.03350.000812420 33 501 8 212 5 -40.37 0.052440.001020.355820.006890.055590.00135305 44 309 5 349 8 -50.55 0.052210.001290.337240.009140.04660.00115294 56 295 7 294 7 -60.20 0.062310.001240.304350.006120.042270.00103685 42 270 5 267 6 -70.32 0.058980.001150.375230.007280.052320.00127566 42 324 5 329 8 -80.28 0.059240.001230.312890.006630.043190.00105576 44 276 5 273 7 -90.42 0.053120.001030.34540.00670.053640.0013334 43 301 5 337 8 -100.82 0.058940.001150.391680.007680.053340.0013565 42 336 6 335 8 -110.42 0.056950.001180.319010.006830.045610.00112489 45 281 5 288 7 -120.41 0.054850.001130.330560.0070.045470.00111406 45 290 5 287 7 -130.28 0.057850.001140.334440.006620.046050.00112524 43 293 5 290 7 -140.95 0.052710.001260.352980.00920.048860.00121316 53 307 7 308 7 -150.50 0.059580.001170.376780.007410.052080.00127589 42 325 5 327 8 -160.55 0.058770.001140.375560.007330.051950.00127559 42 324 5 327 8 -170.18 0.057730.001120.341040.006620.047590.00116519 42 298 5 300 7

續(xù)表1

Continued Table 1

測點號Th/U207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb(Ma)1σ207Pb/235U (Ma)1σ206Pb/238U(Ma)1σ-180.93 0.055220.001090.357840.007150.049660.00122421 43 311 5 313 7 -190.29 0.057540.001150.334730.006820.046930.00115512 44 293 5 296 7 -200.30 0.055430.001120.346750.007180.048650.00119429 44 302 5 306 7 -210.50 0.055530.001080.367790.00720.053510.00131434 42 318 5 336 8 -220.25 0.057480.001130.24340.004840.035250.00087510 43 221 4 223 5 -230.84 0.057160.001140.403990.008190.055750.00137497 43 345 6 350 8 -240.57 0.052670.001020.342740.006680.05280.0013315 44 299 5 332 8 -250.39 0.059720.001170.381070.007490.052120.00128594 42 328 6 328 8 -260.42 0.05850.001130.357150.006940.049310.00121549 42 310 5 310 7 -270.37 0.053450.001050.367780.00730.054520.00134348 44 318 5 342 8 -280.22 0.058770.001140.329640.006410.045690.00112559 42 289 5 288 7 -290.23 0.112010.002190.77410.01530.0560.001381832 35 582 9 351 8 -300.34 0.05790.001130.362660.007160.049880.00123526 43 314 5 314 8 TW11堿長花崗巖-10.490.340620.008320.046180.00086298 6 291 5 -20.710.335560.007320.045590.00084294 6 287 5 -30.460.34230.009080.048260.00091299 7 304 6 -40.710.34130.008730.043810.00082298 7 276 5 -50.550.333530.006930.046450.00085292 5 293 5 -60.390.33420.006610.046710.00085293 5 294 5 -70.400.346640.007490.044430.00081302 6 280 5 -80.430.336160.007450.047470.00087294 6 299 5 -90.550.312070.01320.042890.00087276 10 271 5 -100.420.341070.009230.046260.00087298 7 292 5 -110.470.34940.009150.048410.0009304 7 305 6 -120.400.325830.006740.046450.00085286 5 293 5 -130.380.324910.008890.045280.00085286 7 286 5 -140.420.336250.007610.046930.00086294 6 296 5 -150.400.32540.009430.04510.00085286 7 284 5 -160.360.348080.015440.047480.00098303 12 299 6 -170.620.326310.006770.046040.0008428752905-180.440.321730.00780.046060.0008528362905-190.350.326410.006960.04730.0008628752985-200.400.263220.00630.036550.0006823752314-210.280.330060.007720.044650.0008229062825-220.500.317690.015560.043560.00093280122756-230.500.332330.008060.04730.0008829162985-240.340.327050.011120.044640.0008728792825-250.770.328870.007240.045690.0008428962885-261.050.335370.007840.044740.0008329462825-270.600.327740.007810.045070.0008328862845-280.430.326520.006940.044880.0008228752835-290.800.335490.007530.045840.0008429462895-300.520.325120.010170.045710.0008828682885-310.670.260050.008770.036690.0007123572324-320.470.327640.007230.0460.0008428862905-330.430.329650.008180.045520.0008428962875-340.360.328180.007910.046370.0008628862925-350.340.328870.006850.046030.0008428952905

圖2 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖野外及巖相學特征

樣品TW11(堿長花崗巖)：鋯石呈半自形-自形形態(tài)，大小約50～120μm，Th/U值為0.28～1.05，巖漿震蕩環(huán)帶明顯(圖3e)，具有巖漿成因鋯石的特征。對樣品TW11的35顆鋯石進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學分析，206Pb/238U表面年齡為231±4Ma～305±6Ma，2粒鋯石206Pb/238U年齡為231±4Ma和232±4Ma，其余33顆鋯石加權(quán)平均年齡為289±3Ma(MSWD=2.1，n=33)，所有鋯石顆粒年齡均位于諧和線上及其附近(圖3f)。

樣品2015TW02(二長花崗巖)：鋯石呈半自形到自形形態(tài)，大小約100～120μm，所測鋯石具有巖漿震蕩環(huán)帶(圖3g)，Th/U值為0.37～0.85，具有巖漿成因鋯石的特征。對樣品2015TW02的30顆鋯石進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定，其206Pb/238U表面年齡可分為兩組：一組鋯石年齡為282±7Ma～308±7Ma加權(quán)平均年齡為295±6Ma(MSWD=1.4，n=9)；一組鋯石年齡為315±7Ma～359±9Ma，加權(quán)平均年齡為331±5Ma(MSWD=1.9，n=21)；所有鋯石顆粒年齡均位于諧和線上及其附近(圖3h)。

奉新縣第二產(chǎn)業(yè)的占比高達64%，縣區(qū)的財政收入主要來源于農(nóng)業(yè)與工業(yè)園區(qū)，其中奉新工業(yè)園區(qū)在整個縣甚至是對所屬區(qū)域的發(fā)展都起到了重要的推動作用。而第三產(chǎn)業(yè)占比低，發(fā)展程度不深，對經(jīng)濟發(fā)展的推動力不強。

4.2 地球化學特征

4.2.1 主量元素

研究區(qū)花崗巖SiO2含量為75.70%～76.99%，Al2O3含量為12.42%～12.97%，K2O含量為4.23%～5.04%，Na2O含量為3.46%～4.31%，F(xiàn)eO含量為0.18%～0.54%，F(xiàn)e2O3含量為0.5%～0.85%，MgO含量為0.05%～0.23%，CaO含量為0.36%～0.56%，TiO2含量為0.06%～0.09%，F(xiàn)eO/MgO的比值為0.9～5.4，A/CNK為1～1.07 (表2)，屬弱過鋁質(zhì)巖石。在TAS圖解(圖4a)和硅堿圖解(圖4b)中，花崗巖樣品分別落入亞堿性和高鉀鈣堿性范圍內(nèi)，在K2O-Na2O圖解中(圖5)，所有樣品落入了A型花崗巖的范圍內(nèi)。

4.2.2 微量元素

早二疊世花崗巖的稀土總量為38.27×10-6～127.1×10-6(表2)，在球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖(圖6a)中，樣品具有輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的右傾“海鷗”型特征，其 (La/Yb)N除1個樣品數(shù)值較高(16.1)，其余樣品比值為0.35～3.15，多數(shù)樣品具有明顯的負Eu異常(δEu=0.41～1.08)。原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6b)顯示花崗巖相對富集大離子親石元素(LILEs，如Cs、Rb、K)和高場強元素Th，虧損高場強元素(HFSEs，如Nb、Ta)，其Sr、P、Ti元素也表現(xiàn)出明顯的負異常。樣品中10000Ga/Al比值為為2.8～4，接近于經(jīng)典A型花崗巖的10000Ga/Al比值(～3.75, Whalenetal., 1987)。樣品的Sc、V、Ni、Co含量較低，分別為1.26×10-6～3.8×10-6、2.3×10-6～11.48×10-6、2×10-6～3.24×10-6和0.67×10-6～5.39×10-6。

表2 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)組成

Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) element compositions for the Early Permian granites in Zhalantun area

樣品號PM221YQ15TWKSD05YQ1PM222YQ9PM222YQ11PM222YQ12PM222YQ13PM222YQ14PM222YQ16PM222YQ17SiO276.7676.7076.8275.7076.4376.7276.6776.9976.45TiO20.090.070.090.080.060.060.060.080.06Al2O312.4312.6312.6412.9712.8312.5612.7412.4212.82Fe2O30.850.750.770.600.540.500.700.520.62FeO0.310.270.310.540.540.490.440.490.18MnO0.050.060.020.040.060.060.040.030.02MgO0.120.050.200.180.200.200.200.230.20CaO0.360.380.560.380.380.500.420.360.37Na2O3.914.313.463.874.024.103.613.643.97K2O4.574.235.005.044.664.514.854.674.91P2O50.020.020.010.010.050.010.070.010.01LOI0.450.420.150.440.240.320.270.410.42A/CNK1.031.021.041.041.041.001.071.061.02Sr64.8917.0133.9722.0016.1215.8216.0326.0315.80V3.952.3011.1711.489.997.176.548.739.02Cr4.832.0510.0010.0010.0010.0010.0010.0010.00Co0.671.264.013.503.595.135.393.494.71Ni2.472.162.003.242.002.192.312.002.00Sc2.432.472.062.793.801.891.262.011.44Ga5.9211.3918.4320.2923.1821.5422.4219.3921.70Rb234.2375.5172.9287.2395.0357.5319.0263.4287.5Y22.8360.5527.8635.7374.4953.5735.0932.0323.26Zr55.9991.6387.6483.3078.8293.8695.7085.1689.21Nb27.8547.2817.0727.2353.4551.3152.8432.1152.15Cs11.1111.372.1710.4112.6611.4419.4916.6416.97Ba197.326.8270.2654.1948.0828.6738.9375.1726.47La17.4536.049.696.085.068.904.275.883.41Ce50.1854.1825.6323.4017.2910.4112.0719.8011.85Pr4.005.723.062.082.071.371.342.041.17Nd14.0619.2112.198.268.905.235.128.114.30Sm3.232.613.252.473.261.901.362.301.27Eu0.480.560.500.500.500.500.500.500.50Gd3.432.513.622.914.252.161.902.921.58Tb0.740.430.750.761.100.570.580.820.50Dy4.912.084.865.177.954.524.865.643.64Ho1.060.431.081.201.851.061.221.360.99Er2.821.322.983.555.803.683.853.913.09Tm0.640.210.500.651.190.710.760.730.60Yb3.731.513.655.259.785.386.125.574.66Lu0.480.280.500.781.560.770.890.840.71Hf4.195.443.018.99.473.825.065.716.42Ta1.291.012.144.812.442.933.344.1010.68Pb26.6345.9626.4833.7444.6144.0541.8533.3944.38Th8.9311.228.319.2212.1713.5912.3411.9012.03U2.678.522.542.623.885.513.402.6210.34∑REE107.2127.172.2663.0670.5647.1644.8460.4238.27(La/Yb)N3.1516.11.790.780.351.120.470.710.49δEu0.440.660.440.570.410.750.950.591.08LREE/HREE5.0213.53.032.111.111.501.221.771.43Nb/Ta21.646.87.985.6621.917.515.87.834.88Zr/Hf13.416.829.19.368.3224.618.914.913.9FeO/MgO2.585.401.553.002.702.452.202.130.90

圖4 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖TAS圖解(a, 底圖據(jù)Irvine and Baragar, 1971)和SiO2-K2O圖解(b, 底圖據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)

圖5 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖K2O-Na2O判別圖解(底圖圖據(jù)Collins et al., 1982)

5 討論

5.1 侵位時代

本文對研究區(qū)3個花崗巖樣品(TWKSD05，TW11，2015TW02)進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學分析。3個樣品所有鋯石均呈半自形到自形，具有巖漿震蕩環(huán)帶且Th/U比值>0.10，因此鋯石年齡可以代表巖體的侵位年齡。在樣品TWKSD05和TW11中含有少量年輕鋯石(共6顆，年齡分別為～220Ma和～270Ma)(圖7)，考慮研究區(qū)及鄰區(qū)存在三疊紀和晚二疊世構(gòu)造巖漿事件，因此～220Ma和～270Ma鋯石年齡被解釋為花崗巖侵位以后的構(gòu)造熱事件。而樣品TWKSD05和2015TW02中含有大量早石炭世(～330Ma)鋯石年齡(圖7)，所有鋯石年齡均位于諧和線上及其附近(圖3)。研究區(qū)存在～330Ma的花崗巖(另文發(fā)表)，且該時期花崗巖與本文研究花崗巖空間距離較近，兩者呈侵入接觸關(guān)系，因此TWKSD05和2015TW02中早石炭世鋯石應(yīng)為捕獲鋯石。剔除年輕鋯石和捕獲鋯石，3個花崗巖樣品的加權(quán)平均年齡分別為298±6Ma，289±3Ma和295±6Ma(圖3)，為早二疊世。

圖6 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a，標準化值據(jù)Boynton, 1984)及原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b，標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

圖7 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖單顆粒鋯石年齡分布特征

5.2 巖石成因及構(gòu)造背景

5.2.1 巖石成因

A型花崗巖的成因和巖漿源區(qū)性質(zhì)目前存在較大的爭議，其成因主要存在以下三種方式：殼幔物質(zhì)的混合熔融(Goodenoughetal., 2000; Kempetal., 2005; Bonin, 2007)，幔源巖漿的分異或部分熔融(Kempetal., 2005; Bonin, 2007)，殼源物質(zhì)的部分熔融(Collinsetal., 1982; Eby, 1990)。研究區(qū)A型花崗巖具有高硅、高鋁、富堿和富LREE的特征，暗示起源于下地殼的高鉀、正常水含量的長英質(zhì)巖石，所有樣品具有較低Sc、Ni、Co、V含量，明顯不同于幔源巖漿或鎂鐵質(zhì)原巖分離形成的A型花崗巖特征(吳福元等, 2007)；此外，幔源巖漿分異或部分熔融獲得的A型花崗巖需要有大面積同時期的中基性巖漿巖(Wuetal., 2002)，詳細的野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)及鄰區(qū)主要出露不同時代的花崗質(zhì)巖石，而晚石炭世-早二疊世中基性巖漿巖出露面積較小，因此研究區(qū)內(nèi)早二疊世花崗巖不是幔源巖漿分異或部分熔融的產(chǎn)物，其較高的SiO2含量和較低的MgO含量也進一步說明研究區(qū)內(nèi)早二疊世花崗巖成因與幔源巖漿無關(guān)(Bonin, 2007)。在哈克圖解(圖9)中，早二疊世花崗巖的TiO2、MgO、K2O和Na2O等與SiO2無明顯的相關(guān)性，表明巖漿未經(jīng)歷明顯的分離結(jié)晶作用；其Nb/Ta(4.88～21.9)(地殼為11.0，地幔為17.5)(Green, 1995)和Zr/Hf(8.32～29.1)(地殼為11.00，地幔為36.27)介于地幔與地殼比值之間；野外地質(zhì)調(diào)查及巖相學研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)早二疊世花崗巖巖體內(nèi)部發(fā)育少量基性巖和較多的細粒閃長質(zhì)包體(秦濤等, 2017)，該巖相學特征表明早二疊世花崗巖巖漿源區(qū)應(yīng)具有巖漿混合作用的特征，考慮樣品TWKSD05和2015TW02中含有大量～330Ma的捕獲鋯石，研究區(qū)早二疊世花崗巖不是殼源物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，其巖漿源區(qū)應(yīng)具有巖漿混合作用特征。綜合巖相學、巖石地球化學和捕獲鋯石特征，研究區(qū)內(nèi)早二疊世A型花崗巖應(yīng)是殼幔物質(zhì)混合熔融的產(chǎn)物。

圖8 扎蘭屯地區(qū)早二疊世A型花崗巖判別圖解(據(jù)Whalen et al., 1987)

圖9 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖哈克圖解

5.2.2 構(gòu)造背景

A型花崗巖代表伸展環(huán)境，Eby (1992)進一步將A型花崗巖分為A1型和A2型，且A1型花崗巖代表了大陸裂谷或板內(nèi)伸展環(huán)境，A2型花崗巖則代表了弧后、后碰撞、走滑等構(gòu)造環(huán)境下的伸展。在A型花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖10a)中，研究區(qū)早二疊世花崗巖所有樣品落入了A2型花崗巖的范圍內(nèi)，暗示其應(yīng)形成于與弧后、后碰撞或走滑等有關(guān)的伸展環(huán)境中。巖相學研究表明，研究區(qū)A型花崗巖未發(fā)生明顯的變形與變質(zhì)行為，且?guī)r石地球化學特征顯示沒有經(jīng)歷顯著的結(jié)晶分異作用(5.2.1中已論述)，故可以用巖石地球化學特征反應(yīng)其形成時的構(gòu)造背景。在R1與R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖10b)上，早二疊世花崗巖樣品落入造山后區(qū)域，在SiO2-Al2O3和SiO2-(FeOT/(FeOT+MgO))圖解(圖10c, d)中，A型花崗巖樣品后碰撞的范圍內(nèi)。研究區(qū)A型花崗巖位于扎蘭屯南部，其形成與賀根山-黑河縫合帶的構(gòu)造演化密切相關(guān)，結(jié)合研究區(qū)A2型花崗巖年代學、巖石地球化學特征及區(qū)域巖漿演化事件(5.3中詳細闡述)，本研究認為研究區(qū)早二疊世A型花崗巖形成于興安地塊與松遼地塊碰撞造山后的伸展階段。

圖10 扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(a,據(jù)Eby, 1992；b,據(jù)Batchelor and Bowden, 1985；c，d,據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)

圖11 大興安嶺嫩江-黑河一線早二疊世A型花崗巖分布圖

圖12 大興安嶺中段扎蘭屯地區(qū)晚石炭世-早二疊世構(gòu)造演化模式圖

5.3 對額爾古納-興安地塊和松遼地塊拼貼的制約

劉永江等(2010)和Liuetal. (2017)通過分析東北地區(qū)沉積相和古地理環(huán)境發(fā)現(xiàn)以晚石炭世為時間界線，東北地區(qū)沿賀根山-嫩江-黑河一線發(fā)生了“北海南陸”變?yōu)椤氨标懩虾！钡木薮蟮暮ｊ懽冞w，因此賀根山-嫩江-黑河是一條非常重要的構(gòu)造帶。近年來，不同學者從蛇綠巖套、沉積相和古地理環(huán)境及巖漿事件等方面對賀根山-黑河縫合帶進行了研究(洪大衛(wèi)等, 1994; 周長勇等, 2005; Miaoetal., 2007, 2008; Liuetal., 2017; 馮志強等, 2019; Maetal., 2019a, b)，以其限定松遼地塊和興安地塊的閉合時間及演化機制。Liuetal. (2017)對賀根山-黑河縫合帶巖漿弧特征進行了研究，并系統(tǒng)總結(jié)出沿賀根山-黑河分布的與俯沖作用相關(guān)的兩條早古生代(480～420Ma)和晚古生代(360～330Ma)巖漿弧，兩條巖漿弧的存在說明賀根山-黑河洋在早、晚古生代時期發(fā)生過兩次俯沖作用。扎蘭屯位于賀根山-黑河縫合帶中段，其晚古生代的巖漿活動對于約束晚古生代賀根山-黑河縫合帶中段的構(gòu)造演化具有重要意義。張渝金等(2015)在扎蘭屯地區(qū)泥盆紀大民山組地層中識別出了含有海相生物化石的生物成因硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖，且通過地球化學特征判定硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖形成于離大陸較近的大陸坡或邊緣海的高鹽度海水環(huán)境。此外，扎蘭屯南部大民山組(安山巖年齡為360Ma)基性玄武巖巖石地球化學特征與板內(nèi)洋島玄武巖(OIB)特征一致，中酸性火山巖具有弧火山巖的特點，因此晚泥盆世期間大興安嶺中段應(yīng)處于俯沖匯聚階段(張渝金等, 2016a)，該特征與Liuetal. (2017)提出的晚石炭世以前“北海南陸”的古地理環(huán)境一致。近年來在大興安嶺中段陸續(xù)識別出一系列與俯沖碰撞有關(guān)的早石炭世早期鈣堿性巖漿事件(包括輝長巖、玄武巖、安山巖、花崗巖閃長巖、二長花崗巖、流紋巖)(Fengetal., 2018a; Zhangetal., 2018; Maetal., 2019b)，這些具有島弧或活動大陸邊緣性質(zhì)的巖漿活動應(yīng)與賀根山-黑河洋的俯沖閉合有關(guān)。此后，大興安嶺中段晚石炭世早期又發(fā)育了一系列與擠壓碰撞、后碰撞、后造山有關(guān)的埃達克質(zhì)巖石、Ⅰ型和S型花崗巖(崔芳華等, 2013; 張渝金等, 2016b; Maetal., 2019b)，預(yù)示了晚石炭早期賀根山-黑河縫合帶處于碰撞造山隆升的過程。晚石炭世晚期-早二疊世，賀根山-黑河縫合帶進入了俯沖匯聚之后的“后碰撞”調(diào)節(jié)階段，此時，在孫吳、嫩江-黑河、扎蘭屯-蘑菇氣、賀根山一帶形成了與造山后伸展有關(guān)的A2型花崗巖和流紋巖(洪大衛(wèi)等, 1994; Wuetal., 2002; Lietal., 2014; Maetal., 2019a)(圖11)。研究區(qū)A2型花崗巖侵位時代為早二疊世(～290Ma)，其與鄰區(qū)同期A型花崗巖和流紋巖(洪大衛(wèi)等, 1994; Wuetal., 2002; Jahnetal., 2009; Lietal., 2014; Maetal., 2019a)共同侵位于興安地塊與松遼地塊碰撞造山后的伸展環(huán)境中(圖12)。大興安嶺中段巖漿演化過程與古地理環(huán)境變遷時空耦合特征表明興安地塊與松遼地塊碰撞應(yīng)該發(fā)生在早石炭世-晚石炭世早期，晚石炭世早期由于興安地塊于松遼地塊的拼貼，賀根山-黑河縫合帶最終形成，晚石炭世晚期到早二疊世期間賀根山-黑河縫合帶中段處于造山后伸展環(huán)境(圖12)，此時，大興安嶺地區(qū)古地理環(huán)境以賀根山-黑河一線為界由早期的“北海南陸”變?yōu)橥砥诘摹氨标懩虾！?Liuetal., 2017)。

6 結(jié)論

(1)扎蘭屯地區(qū)早二疊世花崗巖的形成年齡為289～298Ma。早二疊世花崗巖具有高硅、高鋁、富堿和LREE特征及低FeO/MgO比值和低的Ba、Sr、Eu含量，屬于A2型花崗巖，其巖漿具有巖漿混合作用的特征，是殼?；旌献饔玫漠a(chǎn)物。

(2)早二疊世A型巖漿巖沿賀根山-嫩江-蘑菇氣一線呈北北東向展布，早二疊世期間賀根山-黑河縫合帶中段處于后碰撞伸展環(huán)境。扎蘭屯地區(qū)早二疊世A2型花崗巖形成于伸展構(gòu)造背景下，其形成于興安地塊與松遼地塊拼貼碰撞后的“后碰撞”調(diào)節(jié)作用階段。

(3)晚泥盆世到早二疊世期間，扎蘭屯地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化經(jīng)歷了俯沖-碰撞拼貼-地殼加厚隆升-碰撞后伸展的構(gòu)造演化過程，賀根山-黑河縫合帶在扎蘭屯地區(qū)形成時間應(yīng)為晚石炭世早期。

致謝本文數(shù)據(jù)整理得到了山東理工大學本科生楊凱和馬超的大力支持。感謝匿名審稿專家對本文提出的寶貴修改意見。