孫 雷，曾 振，崔維龍，王曉杰，趙青年，郝振群，李 寒，張宏澤，周 江

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽(yáng)110034；2.航天建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100162；3.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130061；4.中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029

0引言

中國(guó)東北地區(qū)及其鄰區(qū)大地構(gòu)造位置上屬于中亞造山帶的東段，由多個(gè)微陸塊拼貼而成［1-4］，自西向東依次為額爾古納－興安地塊、松遼地塊、佳木斯－興凱地塊及那丹哈達(dá)地體（或增生雜巖帶）（圖1）.古生代期間，該區(qū)域經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造體系的演化［5-6］，并在晚二疊世—早三疊世古亞洲洋最終閉合，多個(gè)微陸塊完成碰撞拼合.中國(guó)學(xué)者對(duì)這一更大的拼合板塊有“黑龍江板塊”［7-8］及“佳蒙地塊”［9］等稱謂，俄羅斯學(xué)者多稱之為“阿穆爾微大陸或超地體”［10］，表現(xiàn)以側(cè)向增生為特征的陸殼增生方式［6，11-13］.因此，該區(qū)域構(gòu)造形式十分復(fù)雜，表現(xiàn)為一個(gè)復(fù)合式構(gòu)造區(qū)域，并在東北地區(qū)最東側(cè)大陸邊緣形成了一條近南北向展布的俯沖雜巖增生帶［14-17］.研究區(qū)位于東北地區(qū)東緣那丹哈達(dá)增生雜巖帶上，南以密山－伊曼斷裂為界與主體位于俄羅斯境內(nèi)的興凱地塊相鄰，西以躍進(jìn)山斷裂［18］或同江－密山斷裂［19］為界與佳木斯地塊毗鄰，東隔烏蘇里江與俄羅斯境內(nèi)巨大的錫霍特－阿林增生雜巖帶相連，為典型古太平洋板塊俯沖－增生的產(chǎn)物［20-21］，是研究古太平洋板塊向歐亞大陸之下俯沖演化過程的天然實(shí)驗(yàn)室.

黑龍江東部那丹哈達(dá)增生雜巖中發(fā)育大量硅質(zhì)巖，張慶龍等最早對(duì)其進(jìn)行了報(bào)道，并對(duì)那丹哈達(dá)增生雜巖中放射蟲化石與日本美津濃地體中放射蟲化石進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比［18，22］；俄羅斯學(xué)者G.I.Buryi以該地區(qū)硅質(zhì)巖中的牙形刺為研究對(duì)象，確定硅質(zhì)巖的地質(zhì)時(shí)代［23］；李朋武等對(duì)那丹哈達(dá)與日本美津濃地區(qū)的同時(shí)代硅質(zhì)巖進(jìn)行詳細(xì)的古地磁對(duì)比［24］；馬金萍等曾對(duì)黑龍江東部晚三疊世—早侏羅世放射蟲硅質(zhì)巖的特征及油氣遠(yuǎn)景進(jìn)行論述，但相對(duì)缺少對(duì)黑龍江省東部硅質(zhì)巖的地球化學(xué)研究［25］.基于此，作者在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)黑龍江省東部石場(chǎng)、勤得利和勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)采樣（圖1b），野外地質(zhì)調(diào)查與室內(nèi)綜合研究相結(jié)合，通過系統(tǒng)對(duì)比和總結(jié)研究區(qū)硅質(zhì)巖的主量、稀土元素特征，對(duì)其成因和形成環(huán)境進(jìn)行探討，以期為該地區(qū)中生代時(shí)期的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景研究提供依據(jù).

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置及區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)文獻(xiàn)［3，8］）Fig.1 Geotectonic location and regional geological sketch map of the study area（From References［3，8］）

1 地質(zhì)背景與巖石特征

那丹哈達(dá)增生雜巖位于黑龍江省東部，主要由一套具有洋殼組合特點(diǎn)的晚三疊世—中侏羅世超鎂鐵質(zhì)巖、鎂鐵質(zhì)堆晶巖、枕狀玄武巖、硅質(zhì)巖及泥質(zhì)硅質(zhì)巖組成，其中含有晚古生代灰?guī)r巖塊.這套雜巖作為俄羅斯境內(nèi)巨大的錫霍特－阿林中生代增生雜巖帶的一部分，總體上呈近南北走向，向西突出的弧狀展布.生物地層學(xué)及古地磁學(xué)研究普遍認(rèn)為，該雜巖是一個(gè)在中—晚侏羅世初由低緯度快速遷移到佳木斯地塊東緣的外來地體［18，20，22，26-29］.本區(qū)出露地層以中生界和新生界為主：主要發(fā)育中—上三疊統(tǒng)十八坰地組（T2－3s），上三疊統(tǒng)大壩北山組（T3d）、大佳河組（T3dj），上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)大嶺橋組（T3－J1d）和下侏羅統(tǒng)永福橋組（J1y）.它們之間均為整合接觸，其中大佳河組地層主要為大面積硅質(zhì)巖，局部夾泥巖或粉砂巖、透鏡狀灰?guī)r，含豐富的牙形刺及放射蟲化石，厚度大于1 060 m.區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)、巖漿活動(dòng)及變質(zhì)變形樣式都十分復(fù)雜，具有復(fù)雜的發(fā)展演化歷史.

石場(chǎng)地區(qū)硅質(zhì)巖（46°51′20″N，133°20′13″E）呈黃白色，中薄層—層狀構(gòu)造，層厚6～15 cm，夾薄層泥巖，部分硅質(zhì)巖中含有少量放射蟲，發(fā)育典型尖棱褶皺，褶皺軸面近直立，部分地區(qū)褶皺軸面近水平，樞紐呈近南北向（圖2a、b、c）.勤得利地區(qū)硅質(zhì)巖（47°59′54″N，133°11′2″E）呈灰黑色，中薄層—層狀構(gòu)造，層厚5～12 cm，水平層理明顯發(fā)育，夾薄層泥巖（圖2d）.勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)存在兩種顏色的硅質(zhì)巖（47°29′54″N，133°53′39″E），其一為灰白色，其二為紫紅色，硅質(zhì)巖中未發(fā)現(xiàn)放射蟲，兩種硅質(zhì)巖均為中薄層—層狀構(gòu)造，層厚6～12 cm，水平層理明顯發(fā)育，夾薄層泥巖（圖2e、f）.

圖2 黑龍江省東部硅質(zhì)巖野外及顯微照片F(xiàn)ig.2 Field and microscopic photographs of siliceous rocks in eastern Heilongjiang Province

2 樣品采集與分析方法

在黑龍江省東部地區(qū)采集了16件樣品，樣品的主量、微量和稀土元素測(cè)試均由澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司完成.主量元素由荷蘭PANalytical生產(chǎn)的Axios儀器利用熔片X射線熒光光譜法（XRF）測(cè)定，并采用等離子光譜和化學(xué)法測(cè)定進(jìn)行互相檢測(cè).微量元素和稀土元素采用美國(guó)Perkin Elmer公司生產(chǎn)的Elan 9000型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP－MS）測(cè)定.主量元素分析精度優(yōu)于5%，微量和稀土元素分析精度優(yōu)于10%.

3 分析結(jié)果

黑龍江省東部三個(gè)地區(qū)的16件硅質(zhì)巖樣品的主量、微量和稀土元素測(cè)試結(jié)果見表1.

表1 黑龍江省東部硅質(zhì)巖樣品地球化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Contents of major，trace and rare earth elements in the siliceous rocks in eastern Heilongjiang Province

3.1 主量元素

硅質(zhì)巖是指由化學(xué)作用、生物和生物化學(xué)作用以及某些火山作用所形成的富含SiO2（一般超過70%）的巖石［30］.石場(chǎng)地區(qū)黃白色硅質(zhì)巖、勤得利地區(qū)灰黑色硅質(zhì)巖、勝利農(nóng)場(chǎng)灰白色硅質(zhì)巖和紫紅色硅質(zhì)巖的主量元素特征為SiO2含量最高，分別為94.39%～95.95%、95.42%～96.76%和94.76%～96.48%、94.82%～95.77%，平均為95.11%、95.53%、95.62%和95.16%；Al2O3含 量 平 均 為1.71%、1.74%、1.98%和1.83%；TFe2O3平均為1.13%、0.78%、0.62%和0.94%；Na2O平均 為0.04%、0.14%、0.02%和0.01%；TiO2平 均 為0.06%、0.07%、0.09%和0.08%.石場(chǎng)地區(qū)、勤得利地區(qū)以及勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)的硅質(zhì)巖普遍具有較高的SiO2含量，屬于純硅質(zhì)巖范圍（SiO2為91.00%～99.80%）［31］.

3.2 稀土元素

由黑龍江省東部那丹哈達(dá)增生雜巖中硅質(zhì)巖的北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線（圖3）所示，勤得利、石場(chǎng)以及勝利農(nóng)場(chǎng)的硅質(zhì)巖呈近于平坦型的分配曲線.

圖3 黑龍江省東部硅質(zhì)巖北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖（北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)文獻(xiàn)［32］）Fig.3 NASC-normalized partition REE patterns of siliceous rocks in eastern Heilongjiang Province（NASC－normalized value from Reference［32］）

石場(chǎng)地區(qū)黃白色硅質(zhì)巖、勤得利地區(qū)灰黑色硅質(zhì)巖、勝利農(nóng)場(chǎng)灰白色硅質(zhì)巖和紫紅色硅質(zhì)巖的∑REE含 量 平 均 為24.06×10－6、35.55×10－6、43.34×10－6和40.94×10－6；∑LREE含量平均為21.47×10－6、32.00×10－6、35.58×10－6和34.06×10－6；∑HREE含量平均為2.59×10－6、3.56×10－6、7.76×10－6和6.88×10－6；∑LREE/∑HREE的比 值 分 別 介 于7.22～9.36、6.99～12.75、4.24～5.34和4.11～5.61，均富集輕稀土.

石場(chǎng)和勤得利地區(qū)具有Ce正異常，石場(chǎng)地區(qū)、勤得利地區(qū)硅質(zhì)巖的δCe分別為0.96～1.08、1.03～1.71，平均為1.04、1.45，勤得利地區(qū)硅質(zhì)巖的δCe值明顯高于石場(chǎng)地區(qū)；而勝利農(nóng)場(chǎng)灰白色、紫紅色兩種硅質(zhì)巖具有明顯的Ce負(fù)異常，δCe為0.60～0.65，平均為0.63.石場(chǎng)、勤得利和勝利農(nóng)場(chǎng)三個(gè)地區(qū)硅質(zhì)巖的δEu值沒有明顯的差別，δEu平均為0.95、0.97和0.94.

4 硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及形成環(huán)境

硅質(zhì)巖的Fe2O3與洋脊擴(kuò)張中心的熱液有關(guān)，主要賦存于洋中脊附近的富含金屬礦物的沉積物中，Al2O3和TiO2與大陸和島弧物質(zhì)輸入相關(guān)，MnO可以作為來自大洋深部的標(biāo)志［33-35］，硅質(zhì)巖中的Al、Fe、Ti等元素在其成巖過程中能夠保持穩(wěn)定.因此，以上元素可以有效地示蹤硅質(zhì)巖的沉積環(huán)境和硅的來源［31，35-36］.

石場(chǎng)地區(qū)黃白色硅質(zhì)巖的TFe2O3/TiO2比值較高，為11.29～27.00，平均為20.02；勝利農(nóng)場(chǎng)灰白色硅質(zhì)巖的TFe2O3/TiO2比值較低，為4.40～9.33，平均為6.98；勤得利地區(qū)灰黑色硅質(zhì)巖和勝利農(nóng)場(chǎng)紫紅色硅質(zhì)巖的TFe2O3/TiO2比值介于二者之間，分別為9.00～13.38和11.63～13.43，平均為11.59和12.58.三個(gè)地區(qū)四組硅質(zhì)巖的Al2O3/（Al2O3＋TFe2O3）比值差異不大，介于0.52～0.83之間，平均為0.68.勝利農(nóng)場(chǎng)灰白色硅質(zhì)巖的（La/Ce）N值為1.61～2.03，平均為1.76；紫紅色硅質(zhì)巖的（La/Ce）N值為1.70～1.79，平均為1.74.二者的（La/Ce）N值均明顯高于石場(chǎng)（1.11～1.18，平均1.13）和勤得利地區(qū)硅質(zhì)巖（0.68～1.05，平均0.84）.

利用Al－Fe－Mn三角圖解進(jìn)行判別［37-38］，通常所有熱液成因硅質(zhì)巖比值均落于富Fe端，非熱液成因硅質(zhì)巖比值均落于富Al端.本文硅質(zhì)巖樣品均落入生物成因區(qū)域之上靠近Al端元一側(cè)（圖4）.K2O/Na2O值的大小是判斷硅質(zhì)巖是否受海底熱液作用影響的指示標(biāo)志，四組硅質(zhì)巖僅有一個(gè)樣品的K2O/Na2O值為0.96，其余樣品K2O/Na2O值為4.67～64，明顯不同于海底熱液作用所形成的硅質(zhì)巖（K2O/Na2O＜1）［39］.因此，該地區(qū)硅質(zhì)巖未遭受海底熱液作用，而是直接受生物作用和陸源影響成因的硅質(zhì)巖，這與樣品中含有一定數(shù)量的放射蟲化石的現(xiàn)象一致.

圖4 黑龍江省東部地區(qū)硅質(zhì)巖Al－Fe－Mn判別圖解（據(jù)文獻(xiàn)［37－38］）Fig.4 The Al-Fe-Mn discrimination diagram of siliceous rocks in eastern Heilongjiang Province（After References［37－38］）

元素Th和U在沉積物中的含量取決于沉積環(huán)境的氧化環(huán)境，其中Th不受水體氧化還原條件影響，常以不溶的Th4＋形式存在，而U在強(qiáng)還原條件下以不溶的U4＋形式存在，導(dǎo)致沉積物中U富集.石場(chǎng)地區(qū)硅質(zhì)巖U/Th值為0.43～0.58，平均為0.52；勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)灰白色硅質(zhì)巖U/Th值為0.44～0.64，平均為0.50；勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)紫紅色硅質(zhì)巖U/Th值為0.16～0.19，平均為0.17.三者的U/Th值小于0.75，反映石場(chǎng)和勝利農(nóng)場(chǎng)硅質(zhì)巖形成于富氧環(huán)境.而勤得利地區(qū)硅質(zhì)巖的U/Th值大于1.25，為1.42～2.63，平均為2.10，反映勤得利硅質(zhì)巖形成于厭氧環(huán)境［40］.

硅質(zhì)巖中Mn元素常常被認(rèn)為是來自大洋深部的標(biāo)志元素，Sugisaki等［41］曾指出，MnO/TiO2比值可以作為判斷硅質(zhì)巖沉積物距離大洋盆地遠(yuǎn)近的指示標(biāo)志，開闊大洋環(huán)境形成的硅質(zhì)巖的MnO/TiO2介于0.5～3.5之間，距大陸較近的大陸坡及邊緣海沉積的硅質(zhì)巖的MnO/TiO2小于0.5.石場(chǎng)、勤得利和勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)的硅質(zhì)巖MnO/TiO2分別為0.14～0.40、0.13～0.25和0.11～0.13，表明研究區(qū)硅質(zhì)巖形成于距大陸較近的大陸坡和邊緣海沉積環(huán)境.

研究認(rèn)為，大陸邊緣（La/Yb）N平均值為1.1～1.4，洋中脊附近（La/Yb）N平均值為0.3左右，深海平原硅質(zhì)巖（La/Yb）N介于二者之間［42］.石場(chǎng)、勤得利和勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)硅質(zhì)巖的（La/Yb）N分別為1.23～1.59、0.85～1.40和0.89～1.15（表1），說明黑龍江省東部三個(gè)地區(qū)的硅質(zhì)巖形成于大陸邊緣環(huán)境.

在環(huán)境判別圖（圖5）中，大部分硅質(zhì)樣品落入“大陸邊緣”和“遠(yuǎn)洋盆地”或附近區(qū)域內(nèi).綜上所述，黑龍江東部那丹哈達(dá)增生雜巖中四組硅質(zhì)巖可能形成于大陸坡及邊緣海環(huán)境.

圖5 黑龍江省東部硅質(zhì)巖形成境判別圖（據(jù)文獻(xiàn)［35，43］）Fig.5 The discrimination diagram for formation environment of siliceous rocks in eastern Heilongjiang Province（After References［35，43］）

5 結(jié)論

（1）黑龍江省東部石場(chǎng)地區(qū)黃白色硅質(zhì)巖、勤得利地區(qū)灰黑色硅質(zhì)巖、勝利農(nóng)場(chǎng)灰白色硅質(zhì)巖和紫紅色硅質(zhì)巖的主量元素中SiO2含量最高，分別為94.39%～95.95%、95.42%～96.76%、94.76%～96.48%和94.82%～95.77%，其次為Al2O3、Fe2O3、K2O，均普遍具有較高的SiO2，屬于純硅質(zhì)巖；稀土元素分配曲線基本一致，呈近于平坦型的分配曲線，富集輕稀土.

（2）通過主量與微量元素地球化學(xué)特征分析，黑龍江省東部石場(chǎng)、勤得利和勝利農(nóng)場(chǎng)地區(qū)的硅質(zhì)巖形成于大陸坡及邊緣海環(huán)境.