蘭麗雪，張彥龍，高妍，文雯，景妍，井佳浩

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061；2.吉林大學(xué) 東北亞國際地學(xué)研究與教學(xué)中心，長春 130026；3.中國石油 青海油田采油一廠 開發(fā)地質(zhì)研究所，甘肅 敦煌 736202

0 引言

中亞造山帶(CAOB)是地球上最大的顯生宙次生造山帶之一，位于西伯利亞克拉通以南，塔里木--華北克拉通以北[1--2]。東北地區(qū)位于中亞造山帶東段，處于古亞洲洋、古太平洋和蒙古--鄂霍茨克洋三大構(gòu)造體系的重疊部位。這種特殊的構(gòu)造位置決定了東北地區(qū)構(gòu)造演化過程的復(fù)雜性。大興安嶺地區(qū)作為東亞大陸邊緣最為活躍的區(qū)域之一，以強(qiáng)烈的構(gòu)造--巖漿活動(dòng)和大規(guī)?；◢徺|(zhì)侵入體為特征?；◢徺|(zhì)類巖石是大陸地殼最重要的組成部分，其形成主要是在不同構(gòu)造環(huán)境下地幔向地殼傳遞物質(zhì)和/或熱量的結(jié)果。因此，花崗質(zhì)巖石在解釋地殼生長和構(gòu)造演化過程中具有關(guān)鍵作用。此外，大興安嶺中生代花崗巖分布面積較大，且前人已經(jīng)開展了大量的科學(xué)研究工作，但對(duì)于其形成與演化過程依然存在較大爭議。目前，關(guān)于大興安嶺中生代花崗巖形成的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制問題主要有兩個(gè)不同觀點(diǎn)：①廣泛發(fā)育的中生代花崗巖與蒙古--鄂霍茨克洋閉合及造山后的重力垮塌有關(guān)；②與古太平洋板塊西向俯沖作用有關(guān)。筆者通過對(duì)大興安嶺南段烏蘭毛都地區(qū)花崗巖進(jìn)行詳細(xì)的巖石學(xué)、年代學(xué)以及全巖地球化學(xué)的研究，并結(jié)合已有的相關(guān)資料，探討研究區(qū)花崗巖的形成時(shí)代、成因類型及其形成的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

1 地質(zhì)概況及樣品特征

大興安嶺傳統(tǒng)上被認(rèn)為是夾持于華北克拉通和西伯利亞克拉通之間，位于中亞造山帶(CAOB)的東部。大興安嶺地區(qū)由微大陸塊體拼貼而成，包括西北部的額爾古納和興安地塊，中部的松嫩地塊和東部的佳木斯--興凱地塊(圖1a)。在古生代—中生代期間經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造體系、蒙古--鄂霍茨克構(gòu)造體系和環(huán)太平洋構(gòu)造體系的疊加改造[3--4]。研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)科爾沁右翼前旗烏蘭毛都地區(qū)，大地構(gòu)造位置屬于大興安嶺南段的松嫩地塊(圖1b)。松嫩地塊向北與興安地塊相接，南與佳木斯--興凱地塊相連，是東北地區(qū)重要的微陸塊之一。近年來的地質(zhì)年代學(xué)研究顯示大興安嶺興安地塊基底并不是前人認(rèn)為的前寒武紀(jì)變質(zhì)巖，而主要是由古生代—中生代不同類型的巖漿巖、變質(zhì)巖以及沉積巖組成[5--7]。研究區(qū)出露的地層有古生代和中生代，其中古生界主要為二疊系；中生界主要為侏羅系。

圖1 中國東北地區(qū)構(gòu)造簡圖 (a) 和烏蘭毛都地區(qū)地質(zhì)簡圖 (b)Fig.1 Tectonic sketch map of Northeast China (a) and simplified geological map of Wulanmaodu area (b)

烏蘭毛都巖體(46°24′42.3″N, 121°14′23.0″E)巖石類型為花崗閃長巖，呈細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物組成為：石英(25%～30%)、斜長石(40%～45%)、堿性長石(15%～20%)、角閃石(5%～7%)和黑云母(3%～5%)(圖2)。石英呈他形粒狀，多具波狀消光；斜長石為自形--半自形板狀，具有明顯的聚片雙晶特征；堿性長石主要為鉀長石和條紋長石，發(fā)育卡式雙晶和條紋結(jié)構(gòu)；角閃石自形長柱狀，橫截面為菱形；黑云母呈鱗片狀。含有少量鋯石、不透明礦物等副礦物。

Qtz.石英；Kfs.鉀長石；Pl.斜長石；Hbl.角閃石；Bi.黑云母。圖2 烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖的鏡下顯微照片F(xiàn)ig.2 Photomicrographs of granodiorites in Wulanmaodu area

2 分析方法

樣品的鋯石分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石U--Pb定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀(LA--ICP--MS)測定。儀器采用波長為193 nm的ComPex102ArF準(zhǔn)分子激光器和Elan6100DRC型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP--MS)，激光剝蝕束斑直徑為36 μm，頻率為10 Hz，有效采集時(shí)間為45 s。實(shí)驗(yàn)外部標(biāo)準(zhǔn)校正使用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NISTSRM610進(jìn)行儀器最佳化。采用Glitter(ver 4.0，Macquarie University)程序進(jìn)行鋯石U--Pb同位素比值及元素含量處理，參照Andersen(2002)[8]的方法進(jìn)行普通鉛校正，選用國際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot(ver 2.49)進(jìn)行年齡計(jì)算。鋯石LA--ICP--MS U--Pb測試分析的中單個(gè)分析點(diǎn)的同位素分析誤差不超過3%，為提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，巖漿鋯石采用多點(diǎn)測試，以統(tǒng)計(jì)加權(quán)方式提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，一般測試點(diǎn)數(shù)要求超過15個(gè)，置信區(qū)間設(shè)為95%。

待測樣品的全巖主量、微量化學(xué)分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。采用X射線熒光光譜儀(XFR)和電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP--MS)分別對(duì)主量元素和微量元素進(jìn)行分析。對(duì)比國際標(biāo)樣AGV--2、BHVO--2、BCR--2和GSP--1的分析結(jié)果表明，主量元素和微量元素的分析精度和準(zhǔn)確度分別優(yōu)于5%和10%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U--Pb定年

花崗閃長巖樣品(GW04158)中鋯石呈長柱狀，自形程度較好，且發(fā)育明顯的巖漿振蕩生長環(huán)帶，Th/U比值范圍為1.28～1.90(表1)，暗示其為巖漿成因[9]。

本文對(duì)烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖(GW04158)進(jìn)行LA--ICP--MS鋯石U--Pb同位素分析測試，所測得的16個(gè)測試點(diǎn)的206Pb/238U年齡值介于126 ～136 Ma之間(表1)，且所有測試點(diǎn)都集中分布在諧和線上或附近，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(132±2) Ma(圖3)，指示烏蘭毛都花崗閃長巖形成時(shí)代為早白堊世。

圖3 烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖U--Pb年齡諧和圖及陰極發(fā)光(CL)圖像Fig.3 U--Pb concordia diagram and CL images of granodiorites in Wulanmaodu area

表1 烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖鋯石 LA--ICP--MS U--Pb 定年結(jié)果

3.2 巖石地球化學(xué)特征

大興安嶺南段烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖的主量及微量元素測試結(jié)果見表2。

表2 烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖主量元素(10-2) 和微量元素(10-6)分析結(jié)果

花崗巖閃長的SiO2=66.68%～68.09%、Al2O3=14.94%～15.35%、(K2O+Na2O) = 7.43%～7.59%、TFe2O3=3.83%～3.88 %、MgO=1.62%～1.72% (Mg#= 49.8～50.9)。在( K2O + Na2O)--SiO2、K2O--SiO2分類圖解中(圖4a、b)，顯示樣品屬于高鉀鈣堿性系列。從A/NK--A/CNK圖解中可以看出樣品屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)系列(圖4c)， 其鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.93～0.95。

花崗閃長巖富集輕稀土元素(LREEs)、虧損重稀土元素(HREEs)，其∑LREE介于94.7×10-6～106.7×10-6之間。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖中呈明顯右傾型(∑LREE/∑HREE = 9.1～10.7；圖5a)，具有Eu正異常(δEu = 1.49～1.74，平均值為1.62)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖解上顯示(圖5b)，花崗閃長巖富集Rb、K等大離子親石元素(LILEs)，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素(HFESs)。

圖4 烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖TAS圖解[10] (a)，K2O--SiO2圖解[11](b)和A/NK--A/CNK圖解[12](c)Fig.4 TAS (a), K2O versus SiO2 (b) and A/NK versus A/CNK (c) diagrams for Early Cretaceous granodiorites from Wulanmaodu area

4 討論

4.1 形成時(shí)代

雖然前人對(duì)大興安嶺地區(qū)花崗巖研究較為深入，并取得了一定的突破性成果，但是由于測試技術(shù)滯后造成高精準(zhǔn)的年代學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)的缺乏，制約了對(duì)大興安嶺地區(qū)不同時(shí)代花崗巖的成因及構(gòu)造機(jī)制進(jìn)行更深的討論[15--16]。為此，筆者對(duì)烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖中的巖漿成因鋯石進(jìn)行了高精度LA--ICP--MS U--Pb同位素測年，樣品的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(132±2)Ma，代表了巖漿結(jié)晶成巖的時(shí)代，表明烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖為早白堊世巖漿作用的產(chǎn)物。該年齡與近年來發(fā)表的大興安嶺其他地區(qū)的花崗巖的形成時(shí)代較為一致，多數(shù)為中生代花崗巖，且形成時(shí)代為早白堊世的花崗巖比例較大[2]。結(jié)合前人已發(fā)表的大興安嶺地區(qū)大量的早白堊世火山巖年代學(xué)數(shù)據(jù)[17--20]，表明早白堊世期間大興安嶺地區(qū)發(fā)生一期重大的巖漿活動(dòng)事件。

4.2 巖石成因

花崗巖成因類型的限定對(duì)于花崗巖成因研究極為重要，既可反映巖漿源區(qū)的性質(zhì)，還可作為巖漿形成構(gòu)造環(huán)境的判別依據(jù)。根據(jù)地球化學(xué)特征和巖石成因，花崗質(zhì)巖石通?？煞譃镮型、S型、M型和A型。通過地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，研究區(qū)花崗閃長巖樣品顯示高硅、富堿、貧鎂和鐵的特征，并且富集大離子親石元素(如Rb、K)和高場強(qiáng)元素(如Th、U)，虧損高場強(qiáng)元素(如Nb、Ta和P)，指示其與大陸地殼的親緣性。烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)系列(A/CNK<1.1)，未見白云母、堇青石等過鋁質(zhì)礦物，表明其并不屬于S型花崗巖。此外，大興安嶺地區(qū)大量的花崗質(zhì)巖石均屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)--過鋁質(zhì)系列[21--28](圖4b)。樣品的鋯石飽和溫度范圍為745℃～759℃，明顯低于A型花崗巖的形成溫度，Ga/Al比值為2.26～2.32，暗示其并非A型花崗巖(Ga/Al>2.6)。并且在Whalen et al.[29]和Eby[30]提出的判別圖解中(圖6)，樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在I型花崗巖區(qū)域。綜合以上證據(jù)，顯示樣品屬于I型花崗巖。

圖5 烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖稀土元素配分圖[13] (a)和微量元素蛛網(wǎng)圖[14] (b)Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution pattern (a) and primitive mantle-normalized spider diagrams (b) for Early Cretaceous granodiorites from Wulanmaodu area

圖6 烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖成因類型判別圖解Fig.6 Discrimination diagrams of genetic types for Early Cretaceous granodiorites from Wulanmaodu area

目前關(guān)于I型花崗巖的成因，前人有兩種解釋：①地殼物質(zhì)的部分熔融[31]；②中基性巖漿的結(jié)晶分異[32]。大興安嶺地區(qū)發(fā)育廣泛的中生代花崗巖[2]，由基性巖漿的分離結(jié)晶作用形成如此大規(guī)模的酸性巖漿作用的可能性較小。研究區(qū)花崗閃長巖樣品具有高硅(SiO2= 66.68%～68.09%)、富堿(K2O + Na2O = 7.43%～7.59%)及貧鐵(TFe2O3=3.83%～3.88%)、鎂(MgO=1.62%～1.72%)的特征，且富集輕稀土元素和大離子親石元素，虧損重稀土元素與高場強(qiáng)元素。此外，花崗閃長巖的Zr/Hf與Nb/Ta比值范圍分別為33.82～36.25(平均值為34.6)和6.75～9.06(平均值為7.63)，這些比值更接近地殼的Zr/Hf與Nb/Ta比值(33和11)，與原始地幔的相應(yīng)值相差較大(37和17.8)；其Nd/Th比值范圍為0.40～0.47(平均值為0.43)，更接近殼源巖石的Nd/Th值(平均值為3)，明顯區(qū)別于幔源巖石(平均值>15)，暗示研究區(qū)早白堊世花崗閃長巖的形成與地殼巖石的部分熔融有關(guān)[33]。此外，研究區(qū)花崗閃長巖顯示P、Ti元素虧損，反映了源區(qū)礦物相中存在磷灰石和鈦鐵礦的殘留。

4.3 構(gòu)造背景

在構(gòu)造環(huán)境判別圖解中(圖7)，花崗閃長巖樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)以及大量大興安嶺地區(qū)花崗質(zhì)巖石的數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在火山弧(VAG)區(qū)域內(nèi)，指示其活動(dòng)大陸邊緣屬性。結(jié)合其低溫特點(diǎn)，暗示烏蘭毛都花崗閃長巖的形成可能與俯沖作用有關(guān)。目前，甘珠爾廟變質(zhì)核雜巖、海拉爾盆地和扎蘭屯雙峰式火山巖等伸展背景產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)，表明大興安嶺地區(qū)在早白堊世期間處于伸展背景[34--35]。關(guān)于引起此種伸展環(huán)境的動(dòng)力學(xué)機(jī)制是一個(gè)有較大爭議的問題，主要有兩種觀點(diǎn)：①與蒙古--鄂霍茨克洋閉合及造山后的重力垮塌有關(guān)；②與古太平洋板片西向俯沖有關(guān)。

圖7 烏蘭毛都地區(qū)早白堊世花崗閃長巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.7 Discrimination diagram for tectonic setting of Early Cretaceous granodiorites from Wulanmaodu area

蒙古--鄂霍茨克洋板塊的俯沖早在晚古生代末期就已經(jīng)存在，并一直延續(xù)到三疊紀(jì)。普遍認(rèn)為，蒙古--鄂霍茨克洋為自西向東呈剪刀式閉合，西部于晚三疊世—早侏羅世閉合，東部于晚侏羅世—早白堊世完成閉合[36--37]。對(duì)于大興安嶺地區(qū)而言，其西北側(cè)蒙古--鄂霍茨克洋的閉合發(fā)生在中侏羅世。根據(jù)大量火成巖年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示，NE向展布的蒙古--鄂霍茨克縫合帶與大興安嶺早白堊世火山巖NNE向的展布特征不一致。從時(shí)間與空間特征上，大興安嶺早白堊世花崗質(zhì)巖石的形成與蒙古--鄂霍茨克洋的閉合關(guān)聯(lián)并不緊密。古太平洋又稱為泛大洋，中生代期間主要包括伊澤奈崎板塊、法拉隆板塊、菲尼克斯板塊和太平洋板塊，東北地區(qū)侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)的構(gòu)造演化主要受伊澤奈崎板塊影響。在早--中侏羅世期間，伊澤奈崎板塊對(duì)中國東北地區(qū)的俯沖方式由大角度向平板俯沖轉(zhuǎn)變[38--39]。早白堊世晚期由于古太平洋俯沖方向轉(zhuǎn)變?yōu)镹NW，東北地區(qū)由擠壓的構(gòu)造背景轉(zhuǎn)換為伸展的構(gòu)造背景，由此引發(fā)的壓力釋放使得增厚的下地殼密度失穩(wěn)而引發(fā)拆沉，致使地幔物質(zhì)上涌，加熱下地殼物質(zhì)，為東北地區(qū)大規(guī)模的巖漿活動(dòng)提供了條件。綜上所述，筆者認(rèn)為大興安嶺烏蘭毛都地區(qū)的早白堊世花崗閃長巖的形成與古太平洋板塊西向俯沖有關(guān)。

5 結(jié)論

(1)大興安嶺烏蘭毛都地區(qū)花崗閃長巖LA--ICP--MS鋯石U--Pb測年結(jié)果顯示其形成年齡為132±2 Ma，屬于早白堊世巖漿作用的產(chǎn)物。

(2)研究區(qū)早白堊世花崗閃長巖屬于高鉀鈣堿性系列，屬于I型花崗巖。

(3)早白堊世花崗質(zhì)巖漿作用形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，與古太平洋板塊的西向俯沖密切相關(guān)。

致謝感謝西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在鋯石U--Pb同位素測試過程和全巖主、微量分析過程中給予的支持與幫助。