趙亮亮，徐福忠，張 巖，倪 斌，馬曉輝

1.中國冶金地質(zhì)總局 礦產(chǎn)資源研究院，北京100025；2.中國冶金地質(zhì)總局 地球物理勘查院，河北 保定071051

0 引言

黑龍江雜巖位于佳木斯地塊與松嫩地塊之間，為板塊拼合過程中形成的構(gòu)造混雜巖，由不同時代、不同成因和不同構(gòu)造背景的巖石構(gòu)造混雜而成，屬于典型的由地體俯沖拼帖而形成的高壓變質(zhì)帶之一［1-3］.巖石主要出露在黑龍江省東部的牡丹江－穆棱、依蘭－樺南及蘿北-嘉蔭等地區(qū)，沿牡丹江斷裂呈南北向帶狀分布于佳木斯地塊西緣（圖1）.

圖1 佳木斯地塊和牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖地質(zhì)簡圖①黑龍江省地質(zhì)局第一區(qū)域地質(zhì)測量隊.1∶20萬地質(zhì)調(diào)查報告（牡丹江幅）.1977.（據(jù)文獻［18］修改）Fig.1 Geological sketch maps of Jiamusi massif and Heilongjiang complex in Mudanjiang area①（Modified from Reference［18］）

傳統(tǒng)上，這套組合被視為正常的變質(zhì)地層單元，為佳木斯地塊的重要組成部分，時代置于太古宙、古元古代或中元古代［4-7］.20世紀90年代初，張興洲［8］提出，“黑龍江群”不是正常的變質(zhì)地層，而是一套混有解體蛇綠巖殘塊，并經(jīng)歷了藍片巖相變質(zhì)作用的構(gòu)造混雜巖，是佳木斯地塊與西部松嫩地塊拼合的標志.目前，雖然對其作為一套與俯沖增生有關(guān)的構(gòu)造混雜巖的認識是一致的［3-5，8-21］，但是對其形成時代認識尚不統(tǒng)一：黑龍江下亞群獲得全巖U－Pb等時線年齡值922 Ma，時代為中元古代［7］；李錦軼等［11］根據(jù)牡丹江地區(qū)中基性侵入變質(zhì)雜巖的鋯石蒸發(fā)法207Pb/206Pb年齡（388±45 Ma），推測黑龍江雜巖的原巖形成時代上限不晚于泥盆紀；Wu等［17］認為，原黑龍江群可能代表了侏羅紀的增生雜巖；周建波等［18］根據(jù)黑龍江雜巖中綠簾藍閃鈉長片巖SHRIMP鋯石U－Pb年齡240～300 Ma和長英質(zhì)片巖SHRIMP鋯石U－Pb年齡240～338 Ma，認為佳木斯地塊向西俯沖的時代主體為印支期，陸－陸拼貼及碰撞過程主要為晚印支期，并可持續(xù)到早侏羅世；李旭平等［20-21］認為，274.7±3.2 Ma的石榴子石云母鈉長片巖和256.0±1.0 Ma的含云母綠簾角閃巖是佳木斯地塊與松嫩地塊俯沖碰撞過程中，不同階段或不同時期的產(chǎn)物.因此，黑龍江雜巖年代屬性如何仍然是個尚未清楚的問題.

本文通過對牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖鋯石LA－ICPMS U－Pb微區(qū)定年，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景分析，對黑龍江雜巖形成時代及恢復黑龍江雜巖演化歷史與時代提供新的證據(jù)，為深入認識佳木斯地塊的組成和構(gòu)造演化提供依據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

佳木斯地塊位于黑龍江省東部.大地構(gòu)造位置處于中亞造山帶東端，其東與西太平洋構(gòu)造域的中生代地體增生區(qū)相接（圖1a）.地塊西以牡丹江斷裂為界與松嫩地塊相鄰，東以躍進山斷裂為界與完達山地體相連，南以敦密斷裂為界與興凱地塊相隔，向北延入俄羅斯境內(nèi)（圖1b）.

構(gòu)成佳木斯地塊的變質(zhì)巖系由麻山群和黑龍江群組成（圖1c）.麻山群是一套經(jīng)歷了角閃巖相－麻粒巖相變質(zhì)的表殼巖系，主要巖石類型有長英質(zhì)片麻巖、石墨片巖、夕線石榴片麻巖、大理巖及輝石麻粒巖等，其主體相當于孔茲巖系，時代置于古元代古或太古宙［5，7，22-23］.近年來，鋯石SHRIMP U－Pb測年表明麻山群變質(zhì)年齡和伴生的片麻狀花崗巖的年齡為500 Ma左右，屬于泛非期高級變質(zhì)事件［14-16，24-25］.在后續(xù)的相關(guān)研究中雖然對這一事件是否與泛非事件有關(guān)還有不同的認識，但佳木斯地塊麻粒巖相變質(zhì)作用發(fā)生在早古生代早期，而非早前寒武紀的認識已基本取得共識［14-16，19，26-27］.

黑龍江雜巖沿牡丹江斷裂呈近南北向帶狀斷續(xù)分布于佳木斯地塊西緣，主要出露于蘿北－嘉蔭、依蘭－樺南和牡丹江等地.黑龍江雜巖主要包括巖塊（片）和基質(zhì)兩個部分.基質(zhì)主要為一套強烈變形的長英質(zhì)糜棱巖，巖塊主要由具蛇綠巖性質(zhì)的蛇紋石化橄欖巖、變輝長巖、變玄武巖、藍片巖、硅質(zhì)巖、大理巖組成，各巖塊常呈塊狀、透鏡狀產(chǎn)出［5，8-10］.傳統(tǒng)上，這套組合被視為佳木斯地塊上的正常變質(zhì)地層單元，時代置于早前寒武紀［7］.20世紀90年代，張興洲等［8-9］、曹熹等［5］就曾提出，所謂的黑龍江群不是一套正常的變質(zhì)地層單元，而是由不同時代、不同變質(zhì)特征、不同構(gòu)造背景巖石形成的構(gòu)造混雜體.在蘿北和依蘭的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)奧陶紀放射蟲化石，在牡丹江地區(qū)黑色頁巖中發(fā)現(xiàn)幾丁蟲化石，基性巖類中保存有大量的變余枕狀構(gòu)造，證明了原黑龍江群中含有洋殼成分，因此確定原黑龍江群應為俯沖拼貼過程中形成的具有類似蛇綠巖層序的混雜巖帶.

牡丹江地區(qū)的黑龍江雜巖由基質(zhì)（約占70%）和分布于其中的各種巖塊（約占30%）所組成.巖系的基質(zhì)由長英質(zhì)糜棱巖和石英糜棱片巖組成，其原巖為一套由雜砂巖、亞雜砂巖沉積組成的沉積巖，形成于活動大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境.巖塊主要為超基性巖塊、變質(zhì)基性熔巖、變硅質(zhì)巖.該雜巖為一套綠片巖相到角閃巖相變質(zhì)的火山－沉積建造.

2 樣品特征

本次研究的樣品采自牡丹江磨刀石鎮(zhèn)北東側(cè)，采樣點的位置如圖1c，巖性為長英質(zhì)糜棱巖（圖2）.巖石為殘斑或變斑狀結(jié)構(gòu)，葉理構(gòu)造發(fā)育.主要成分為：殘斑碎斑狀鈉長石（40%～45%）、石英（30%～35%）、白云母（15%～20%）、綠簾石（5%）以及少量電氣石等組成.鈉長石為該巖石類型的主要組成礦物（圖2b），多呈斷續(xù)的條帶狀分布，具有明顯的動態(tài)重結(jié)晶特點.部分長石具有變斑晶性質(zhì)，斑晶中的包裹物排列方向與基質(zhì)葉理方向一致，連續(xù)貫通.礦物變形強烈，排列具定向性，與構(gòu)造葉理方向一致.從巖性看，此樣品的原巖很可能是沉積巖或火山碎屑巖.野外構(gòu)造和顯微結(jié)構(gòu)表明，巖石經(jīng)歷了糜棱巖化作用.

圖2 長英質(zhì)糜棱巖野外照片和顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.2 Outcrop and microstructure photographs of felsic mylonite

3 分析方法

樣品用常規(guī)方法粉碎，并用浮選和磁選方法進行分選，然后在雙目鏡下挑選出晶型和透明度較好的鋯石顆粒.將挑選出的鋯石顆粒和標準鋯石一起粘貼在雙面膠帶上，并灌入環(huán)氧樹脂制成樣靶，切制打磨使鋯石能夠露出1/2的范圍，之后拋光清洗將待測鋯石做透射光、反射光顯微照相，以觀察其拋光面有無裂隙及包裹體等.然后在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所電子探針和掃描電鏡實驗室通過JEOL掃描電子顯微鏡獲得鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像，通過對鋯石陰極發(fā)光圖像分析，選擇吸收程度均勻的區(qū)域進行分析測試.

鋯石LA－ICP－MS U－Pb同位素分析在西北大學大陸動力學重點實驗室的Agilent7500a ICP－MS儀器上用標準測定程序進行.應用標準鋯石91500作為計算U－Pb同位素的外標，其參考值加權(quán)平均206Pb/238U年齡為1 065.4±0.6 Ma，標準鋯石TEMORA1作為未知樣品測定獲得的年齡為415±4 Ma（MSWD＝0.112，n＝24），該鋯石的ID－TIMS年齡為416.75±0.24 Ma［28］.元素含量的計算采用硅酸鹽玻璃NIST SRM 610為外標，91Zr為內(nèi)標.激光束的束斑為30 μm.詳細儀器參數(shù)及分析技術(shù)見文獻［29］.原始數(shù)據(jù)使用ICPMS DataCal7.2軟件進行處理.實驗獲得的數(shù)據(jù)采用文獻［30］的方法進行同位素比值的校正，以扣除普通Pb的影響.鋯石的U－Pb年齡結(jié)果使用Isoplot3.0軟件［31］計算.

4 測試結(jié)果

對出露于黑龍江省東部牡丹江地區(qū)長英質(zhì)糜棱巖中的鋯石進行了LA－ICP－MS U－Pb定年研究，顯微鏡下鋯石呈無色透明或略具淺黃色，其形態(tài)主要為半自形柱狀至圓形，鋯石粒度約為50～80 μm，長∶寬＝1∶1～3∶1.CL研究結(jié)果顯示所測鋯石主要呈自形晶和半自形晶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰.這些鋯石多數(shù)發(fā)育震蕩環(huán)帶，主體顯示為巖漿成因（圖3a）；部分鋯石顆粒顯示昏暗色調(diào)，具弱分帶或面狀分帶，可能為后期重結(jié)晶作用影響所致.

本研究對樣品鋯石進行了37次分析（表1），測試結(jié)果顯示年齡數(shù)據(jù)平均分布在諧和線附近（圖3be），并得到年齡介于252～2 369 Ma.鋯石的Th/U比值為0.01～1.67，變化較大.具體年齡分布情況如下：22顆鋯石年齡分布在（252±26）～（275±3）Ma之間，鋯石U－Pb年齡諧和度高，集中度較好，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為269±1.9 Ma（MSWD＝0.93）；9顆鋯石年齡分布在（490±18）～（518±5）Ma之間，鋯石U－Pb年齡諧和度較高，集中度較好，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為509.4±7.1 Ma（MSWD＝1.3）；有2顆鋯石的同位素年齡大于1.0 Ga，其207Pb/206Pb諧和年齡分別為2 420±71、2 459±60 Ma，為典型的古元古界年齡（圖3f）.

表1 黑龍江雜巖樣品（10MD－07）鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡數(shù)據(jù)表Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating data of Heilongjiang complex sample 10MD－07

5 討論

5.1 黑龍江雜巖的形成時代

傳統(tǒng)上黑龍江群被認為形成于元古宙，為含藍閃－綠片巖礦物組合的高壓型綠片巖相變質(zhì)巖系［7］.20世紀90年代以來，眾多學者［3-5，8-13］對黑龍江雜巖進行了詳細的地質(zhì)研究，明確提出了原黑龍江群是由不同時代、不同變質(zhì)特征、不同構(gòu)造背景巖石形成的構(gòu)造混雜體，形成時代為早古生代.近年來，Wu等［17］則認為黑龍江群可能代表了一個侏羅紀的增生雜巖.周建波等［18］認為黑龍江雜巖形成于三疊紀前后［18，27］.綜上，目前對黑龍江雜巖形成時代依然存在不同認識.

牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖中長英質(zhì)糜棱巖37次鋯石測年的諧和年齡顯示，諧和年齡主要分布在兩個區(qū)間（圖3），其中最年輕一組年齡區(qū)間為252～275 Ma，峰期年齡為271 Ma.同時該組年齡碎屑鋯石晶形呈半自形或自形，CL圖像具有清晰的振蕩環(huán)帶，并具有高Th/U比值（0.01～1.67，平均大于0.4），具有巖漿鋯石典型特征，說明來自巖漿巖的物源區(qū).以上結(jié)果表明黑龍江雜巖長英質(zhì)糜棱巖原巖主體形成時代應該小于252 Ma，而275 Ma的年齡應該代表其形成的上限年齡.

圖3 黑龍江雜巖中長英質(zhì)糜棱巖的鋯石CL圖像和LA－ICP－MS U－Pb年齡Fig.3 CL image and LA-ICP-MS U-Pb dating of the zircons from felsic mylonite in Heilongjiang complex

此外，結(jié)合在牡丹江磨刀石地區(qū)長英質(zhì)片巖中獲得峰期261 Ma的SHRIMP碎屑鋯石年齡［17］，在穆棱地區(qū)石英片巖中獲得244～254 Ma的LA－ICP－MS UPb碎屑鋯石年齡［32］，以及在樺南地區(qū)石榴石云母鈉長片巖中獲得峰期274 Ma的LA－ICP－MS U－Pb碎屑鋯石年齡［20］，說明區(qū)域上黑龍江雜巖基質(zhì)中碎屑鋯石年齡在誤差范圍內(nèi)相一致，表明黑龍江雜巖基質(zhì)主體沉積時代為晚二疊世，而不是先前認識的元古宙.

5.2 牡丹江地區(qū)黑龍江雜巖的鋯石年齡譜

黑龍江雜巖樣品鋯石的LA－ICP－MS年代學除了峰期年齡為271 Ma一組外，在490～518 Ma的年齡區(qū)間，在諧和圖上為一組特征年齡；另外還存在兩個古元古代鋯石年齡（分別為2 420±71和2 459±60 Ma）.

上述黑龍江雜巖的鋯石年齡峰期與佳木斯地塊區(qū)域巖漿事件存在較好的對應關(guān)系.其中252～275 Ma（峰期年齡為271 Ma）對應佳木斯地塊與周圍塊體或佳木斯地塊內(nèi)部塊體間的拼合作用有關(guān)的晚古生代花崗巖.目前在佳木斯地塊上發(fā)育大量的二疊紀巖漿巖，對牡丹江以北的柴河、青山巖體和雞西地區(qū)的石場巖體等4個巖體的SHRIMP U－Pb年代學研究顯示其形成時代為270～254 Ma［26，33-34］，均為二疊紀晚期至三疊紀早期的產(chǎn)物.同時沿著張廣才嶺—小興安嶺一側(cè)，發(fā)育巨量的中生代巖漿巖，其時代主體為三疊紀前后［16，33］.這些巖漿巖的特點說明黑龍江雜巖主要物源區(qū)的主體應為分布在佳木斯地塊內(nèi)部及附近的二疊紀—三疊紀前后的巖漿巖.物源區(qū)距佳木斯地塊西南緣牡丹江地區(qū)的距離較近，因而該地區(qū)的黑龍江雜巖保留了大量的原巖信息.主要分布在490～518 Ma的年齡（峰期年齡為497 Ma）與佳木斯地塊基底的麻山雜巖的時代相一致.Wilde等［3，15，24］從變形的花崗片麻巖中獲得502±10 Ma和（515±8）～（523±8）Ma鋯石SHRIMP U－Pb年齡.以上數(shù)據(jù)說明佳木斯地塊的基底組成巖石也曾作為黑龍江雜巖的重要物源區(qū).另外兩顆古元古代鋯石年齡——分別為2 420±71和2 459±60 Ma——來自較老的鋯石核部，有相對較低的U、Th含量和較高的Th/U比值，具有典型巖漿鋯石特點.這些年齡結(jié)果顯示，黑龍江雜巖主要來源于佳木斯地塊區(qū)及周緣地塊.

5.3 大地構(gòu)造意義

黑龍江雜巖由基質(zhì)和巖塊兩部分組成.基質(zhì)主體為長英質(zhì)糜棱巖，約占黑龍江雜巖的70%，其原巖為一套由雜砂巖、亞雜砂巖組成的沉積巖，形成于活動大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境［10］.牡丹江地區(qū)的黑龍江雜巖中的變基性巖以形成于大洋板塊內(nèi)的洋中脊型玄武巖為主［27］.此外，在牡丹江地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量具枕狀構(gòu)造的變玄武巖，以及在黑龍江雜巖中普遍含有的富錳硅質(zhì)巖，特別是含幾丁蟲等微體化石的千枚巖的發(fā)現(xiàn)［11］，說明黑龍江增生雜巖具有變質(zhì)蛇綠混雜巖的特點，代表了板塊拼合帶的物質(zhì)組成［10］.

本文黑龍江雜巖中最老年齡2 420、2 459 Ma的研究結(jié)果說明有來自古元古代的物質(zhì).其中獲得的500 Ma峰期年齡，與佳木斯地塊結(jié)晶基底——麻山群高級變質(zhì)作用年齡相一致，表明黑龍江群具有泛非期高級變質(zhì)作用事件的碎屑鋯石，即有新元古代—早古生代造山作用的記錄.而獲得的最為顯著的峰期271 Ma碎屑鋯石年齡，被認為是長英質(zhì)糜棱巖原巖形成的上限年齡.該年齡與牡丹江磨刀石、穆棱以及樺南地區(qū)的黑龍江雜巖分布區(qū)長英質(zhì)糜棱巖基質(zhì)中的碎屑鋯石年齡相一致［17，20，32］，表明黑龍江雜巖基質(zhì)主體沉積時代為晚二疊世.這與代表西拉木倫—長春—延吉縫合帶的最終閉合時間——吉林大玉山花崗巖（248±4 Ma）形成時代相一致［35］，可能為古亞洲洋閉合的產(chǎn)物.另外，Zhou等［19］在牡丹江磨刀石地區(qū)獲得大洋中脊型變玄武巖213和224 Ma鋯石年齡，依蘭地區(qū)獲得洋島型藍片巖258和259 Ma鋯石年齡；呂長祿等［32］在依蘭地區(qū)獲得變玄武巖243 Ma及堆晶輝長巖251和252 Ma鋯石年齡.這些年齡資料說明，佳木斯地塊與松嫩地塊之間的洋盆在二疊紀末—三疊紀初（274～213 Ma）依然存在.

6 結(jié)論

（1）黑龍江雜巖長英質(zhì)糜棱巖原巖主體形成時代應該小于252 Ma，而峰期271 Ma的年齡應該代表其形成的上限年齡，表明黑龍江雜巖變形基質(zhì)形成于二疊紀晚期之后.

（2）獲得兩組鋯石年齡（峰期271 Ma、509 Ma），表明黑龍江雜巖主要來源于佳木斯地塊區(qū)及周緣地塊.