孟凡波

(黑龍江省齊齊哈爾地質(zhì)勘查院， 黑龍江 齊齊哈爾 161006)

0 引 言

霍洛臺地區(qū)位于大興安嶺北段，地處黑龍江省最北部，依據(jù)我國東北地區(qū)中生代以后大地構(gòu)造格局，屬額爾古納地塊北緣。額爾古納地塊北鄰西伯利亞克拉通，是中亞造山帶的北段[1-2]。該地區(qū)在古生代受古亞洲洋構(gòu)造域控制，歷經(jīng)古亞洲洋俯沖碰撞和多個微地塊的拼合[3]。自中生代以來，古亞洲洋關(guān)閉，該地區(qū)受蒙古-鄂霍茨克洋(Mongolia-Okhotsk)和古太平洋(Paleo-Pacific)雙重構(gòu)造域的影響和改造，地質(zhì)活動十分強(qiáng)烈且復(fù)雜，巖漿活動活躍且在白堊世晚期達(dá)到頂峰。在多期巖漿活動和構(gòu)造運(yùn)動影響下，大興安嶺地區(qū)成為中國重要的多金屬成礦帶，形成了眾多的熱液礦床[4]，其中大部分熱液礦床都與中生代巖漿-熱液活動具有成因聯(lián)系。近年來，大興安嶺地區(qū)白堊世巖漿活動、成巖機(jī)制及其形成動力學(xué)機(jī)制成為學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)問題。較為主流的觀點(diǎn)有以下幾種：太平洋板塊洋殼的俯沖[5]、陸內(nèi)裂谷[6]、古亞洲洋關(guān)閉引起的深部地幔柱上升[7]，蒙古-鄂霍茨克洋俯沖閉合引起的軟流圈上涌[8]等等。這些動力學(xué)機(jī)制觀點(diǎn)的不一致限制了大興安嶺地區(qū)白堊世巖漿活動和成巖、成礦機(jī)制的研究。為進(jìn)一步明確晚中生代大興安嶺北段地區(qū)巖漿活動和構(gòu)造機(jī)制，筆者對大興安嶺北段霍洛臺地區(qū)閃長玢巖進(jìn)行了U-Pb年代學(xué)和地球化學(xué)特征研究，以期揭示其成因機(jī)制和巖漿源區(qū)及其動力學(xué)背景。

1 地質(zhì)背景與樣品特征

1.1 地質(zhì)背景

霍洛臺地區(qū)位于中亞造山帶東段額爾古納地塊北緣(見圖1)[9]，屬于大興安嶺多金屬成礦區(qū)帶北部，距漠河市西約50 km，行政區(qū)劃歸屬漠河縣。區(qū)域上，新古遠(yuǎn)古代火山巖、中生代巖漿巖、火山巖和陸源沉積碎屑巖廣泛出露。研究區(qū)內(nèi)地層出露較少，僅出露下元古界興華渡口群興華組，巖石組合為低角閃巖相為主的變質(zhì)中基性-中酸性火山巖，早侏羅世—晚侏羅世及早白堊世花崗巖類巖石大量發(fā)育，分布約占研究區(qū)面積90%。同時，研究區(qū)脈巖發(fā)育廣泛(圖2)，出露有閃長玢巖脈(δμ)、花崗斑巖脈(γπ)、英安巖脈、流紋巖脈等脈巖。

圖1 東北地區(qū)大地構(gòu)造Fig. 1 Tectonic of northeast China

圖2 霍洛臺地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig. 2 Geological map of Huoluotai area

1.2 樣品巖石學(xué)特征

樣品采自霍洛臺礦區(qū)內(nèi)閃長玢巖的地表露頭，新鮮面呈灰綠色-灰黑色，風(fēng)化面灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。鏡下可見，樣品由φ=15%的斜長石斑晶(Pl)、φ=5%角閃石斑晶(Hbl)和φ=80%微晶狀基質(zhì)組成。斜長石斑晶: 粒度為3～4 mm，自形-半自形，板柱狀，聚片雙晶極為發(fā)育，部分斜長石斑晶局部破碎；角閃石斑晶鏡下呈自形-半自形板狀；菱形斜交節(jié)理發(fā)育，多色性為黃綠色-淺黃色，粒度3～4 mm?；|(zhì)由較多的斜長石、石英和少量角閃石組成，顆粒細(xì)小呈微晶狀。

2 測試分析方法

鋯石的挑選、制靶及同位素測試實(shí)驗(yàn)均在北京市科薈測試技術(shù)有限公司進(jìn)行。利用標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)將鋯石單礦物分離，在雙目顯微鏡下人工精心挑選出結(jié)晶形態(tài)好、無雜物包裹且內(nèi)部無明顯裂縫表面光滑的鋯石顆粒，經(jīng)制靶剖光后，采取CL圖像，分析其晶體形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征，以便同位素實(shí)驗(yàn)測試時優(yōu)選測試點(diǎn)位。實(shí)驗(yàn)過程中全程采用高純He氣體作為激光光斑(32 μm)剝蝕物質(zhì)吸收載體，剝蝕深度為20～40 μm。年齡計算標(biāo)樣、元素含量外標(biāo)樣品以及內(nèi)標(biāo)元素分別為91500、 NIST SRM610和29Si[10]，具體分析方法見參考文獻(xiàn)[11]。同位素比值等參數(shù)計算通過ICP-MS Datacal程序處理[12]，鋯石年齡計算機(jī)圖件繪制使用Isoplot 3.3 for Excell[13]。

樣品的主微量元素測試實(shí)驗(yàn)工作由東北亞礦產(chǎn)資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。樣品經(jīng)干燥破碎后研磨待用。采用玻璃熔片X-射線熒光光譜法(XRF)測定主量元素，ICP-MS法測定微量和稀土元素。主微量元素測試誤差控制標(biāo)準(zhǔn)均優(yōu)于國標(biāo)要求。

3 測試結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb測年結(jié)果

本次所選用的20個鋯石測試點(diǎn)位均符合測試要求。表1為U-Pb同位素結(jié)果，記207Pb與235U同位素原子比為λ(207Pb)/λ(235U)。圖3為測試點(diǎn)位及CL圖像。用于測試的鋯石晶型較好，無明顯核幔結(jié)構(gòu)，長度為146～208 μm，寬度為55～104 μm，長寬比為1∶1～2∶1，大部分成長柱狀，震蕩環(huán)帶明顯。鋯石加權(quán)平均年齡為(142.0±1.6) Ma(NSWD=0.14，n=20)，鋯石協(xié)和一致年齡范圍介于140.7～144.7 Ma，如圖4所示。

表1 U-Pb同位素測試結(jié)果

圖3 霍洛臺閃長玢巖鋯石陰極發(fā)光圖像和測試位置Fig. 3 Cl images and test location of zircons from Huoluotai diorite porphyrite

圖4 霍洛臺地區(qū)閃長玢巖加權(quán)平均年齡和協(xié)和圖Fig. 4 Zircon U-Pb isotope weighted average and concordia plots of Huoluotai diorite porphyrite

3.2 主量元素

霍洛臺礦區(qū)全巖地球化學(xué)測試結(jié)果見表2。閃長玢巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，為56.08%～58.71%，平均為57.52%；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為4.26%～5.48%，均值為4.89%；全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為6.57%～7.64%，均值為7.21%；Mg值為56.23～58.69，均值為57.28；K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為4.05%～4.92%，平均為4.52%；Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，為0.71%～2.19%，平均為1.49%。ω(Na2O)/ω(K2O)比值較高，介于0.15～0.54，均值為0.34；全堿(ω(Na2O)+ω(K2O))較高，為5.44%～6.35%，均值為6.01%。

表2 霍洛臺閃長玢巖主量、微量和稀土元素測試結(jié)果

在Si-K圖解中落入了鉀玄巖區(qū)域，見圖5。在鋁飽和指數(shù)圖解中落入了偏鋁質(zhì)區(qū)域，見圖6，記鋁飽和指數(shù)α=w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O),β=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O)。

圖5 硅鉀圖解Fig. 5 Diagrams of Si-K

圖6 A/NK-A/CNK圖解Fig. 6 Diagram of A/NK versus A/CNK

3.3 微量元素

閃長玢巖稀土元素總量相對較低，為152.12×10-6～159.08×10-6，輕稀土總量w(LREE)介于140.81×10-6～146.92×10-6，重稀土總量w(HREE)介于11.31×10-6～12.16×10-6，輕重稀土比值為11.81～12.70，平均值為12.27。由稀土元素配分模式圖7a(標(biāo)準(zhǔn)化值[14])可以看出，閃長玢巖相對富集輕稀土元素而虧損重稀土元素，銪負(fù)異常不明顯(δEu為0.74～0.78)。巖石輕、重稀土元素分餾強(qiáng)烈，w(La)與w(Yb)標(biāo)準(zhǔn)化比值為15.77～16.74，均值為16.16。且輕稀土元素富集分異程度高，w(La)與w(Sm)標(biāo)準(zhǔn)化比值為3.33～3.74，均值為3.51。重稀土元素分異程度較低，w(Gd)與w(Yb)標(biāo)準(zhǔn)化比值為2.52～2.68，均值為2.59。

由微量元素蛛網(wǎng)圖7b(標(biāo)準(zhǔn)化值[15])可見，霍洛臺閃長玢巖明顯富集強(qiáng)不相容元素Rb、K、Th、U等，而Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti等虧損高場強(qiáng)元素虧損。通常Sr、Ba元素的虧損與巖漿演化過程中斜長石的分離結(jié)晶有關(guān)，而Nb、Ta、Ti虧損形成的TNT型負(fù)異常則與重礦物的分離結(jié)晶有關(guān)。

圖7 霍洛臺閃長玢巖稀土配分曲線和微量元素蛛網(wǎng)Fig. 7 Chondrite normalized REE patterns and trace elements spider for Huoluotai diorite porphyrite

4 討 論

4.1 巖漿源區(qū)與巖石成因

前人研究表明，中性巖漿巖成因機(jī)制主要有：①部分熔融地幔楔被俯沖流體交代[16]；②幔源巖漿分離結(jié)晶的直接演化[17]；③鐵鎂質(zhì)下地殼的部分熔融[18]。由鐵鎂質(zhì)下地殼部分熔融而形成的巖漿巖通常具有較低的Mg值(<40)[19],而霍洛臺地區(qū)閃長玢巖Mg值較高，為56.23～58.69，證明了其成因并不是由下地殼鐵鎂質(zhì)巖石直接熔融而成。由幔源巖漿或地幔楔部分熔融的巖漿直接演化的中性火成巖通常具有高Cr、Ni元素含量、高M(jìn)gO含量和較高的Mg值(>40)。這些地球化學(xué)特征與霍洛臺高M(jìn)g值、高Ni特征較為相似，顯示其具有幔源巖漿的特征。由于霍洛臺地區(qū)閃長玢巖呈巖脈狀產(chǎn)出侵入地層與火山巖中，周圍沒有發(fā)育規(guī)模較大的同期基性-超基性巖體，故霍洛臺地區(qū)閃長玢巖直接由幔源巖漿分離結(jié)晶的可能性較小。霍洛臺地區(qū)閃長玢巖巖石成因圖解和流體來源判別圖解如圖8、9所示。

圖8 Nb/Y-Rb/Y圖解Fig. 8 Diagram of Nb/Y versus Rb/Y

圖9 La/Sm-Ba/Th圖解Fig. 9 Diagram of La/Sm versus Ba/Th

霍洛臺地區(qū)閃長玢巖具有明顯的“TNT”型負(fù)異常，虧損Nb、Ni、Ta等元素。這種異常與巖漿受到混染后巖漿源區(qū)殘留的金紅石、鈦鐵等礦物有關(guān)，但需進(jìn)一步明確交代混染物質(zhì)的性質(zhì)。閃長玢巖的w(Nb)/w(Ta)介于19.67～20.68，遠(yuǎn)高于殼源巖漿(11～12)；w(Zr)/w(Hf)介于37.21～39.53，接近原始地幔均值(37)，顯示其具有明顯的幔源特征[20]。w(Nb)/w(U)比值通常可以作為地殼混染的標(biāo)志[21]，閃長玢巖w(Nb)/w(U)介于為6.39～8.20，同時低于地殼均值(25和9)，也遠(yuǎn)低于受地殼物質(zhì)混染的玄武巖(9～40)，閃長玢巖的地化特征顯示了沒有遭受過地殼物質(zhì)的混染。樣品較高的w(U)/w(Th)值和“TNT”負(fù)異常都暗示了其源區(qū)與俯沖作用相關(guān)[22]。低的w(Nb)/w(Y)值和上升的w(Rb)/w(Y)(圖8、9)暗示了交代地幔楔的是來自俯沖洋殼的脫水流體[23]。綜上所述，霍洛臺閃長玢巖的巖漿源區(qū)應(yīng)為受俯沖板片流體交代的地幔楔部分熔融，且其在上升侵位過程中并沒有受到明顯的地殼物質(zhì)混染。

4.2 構(gòu)造背景

霍洛臺閃長玢巖明顯富集強(qiáng)不相容元素Rb、K、Th、U等，而Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti等虧損高場強(qiáng)元素虧損[24]。這些特征均指示閃長玢巖具有活動大陸邊緣巖漿特點(diǎn)，在Ta/Yb-Th/Yb(圖10a)中落入了活動大陸邊緣區(qū)域。同時，在Nb-Nb/Th、Zr-Nb/Zr圖解中(圖10b)，閃長玢巖分別落于俯沖帶巖漿巖區(qū)域，表明霍洛臺閃長玢巖形成于俯沖構(gòu)造背景環(huán)境中。

圖10 霍洛臺閃長玢巖構(gòu)造背景判別圖解Fig. 10 Tectonic setting diagram of Huoluotai diorite porphyrite

目前，大量的研究資料表明，早白堊世時期中國東北部處于伸展環(huán)境，發(fā)育有大量的雙峰式火山巖、A型花崗巖，同時也發(fā)育變質(zhì)核雜巖和斷陷盆地等。這一時期，中國東北部受蒙古-鄂霍茨克洋俯沖碰撞和古太平洋板塊俯沖作用的雙重影響。學(xué)者對其形成的動力學(xué)背景存在較大分歧，包括太平洋俯沖作用、地幔柱或底侵作用、蒙古-鄂霍茨克洋俯沖作用等認(rèn)識。早白堊世早期古太平洋板塊俯沖方向約為33°方向，而大興安嶺地區(qū)巖漿巖活動帶為NNE向，與太平洋俯沖方向平行，證明了古太平洋板塊俯沖作用與早白堊世早期巖漿活動沒有直接關(guān)系。

近年來研究表明，大興安嶺地區(qū)火山巖活動具有自西向東、由南到北年齡逐漸變新的趨勢[25]，這應(yīng)與蒙古-鄂霍茨克洋南向俯沖相關(guān)。蒙古-鄂霍茨克縫合帶閉合碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)也造成了大興安嶺地區(qū)陸殼的加厚。因此，最可能的構(gòu)造模式為，蒙古-鄂霍茨克洋俯沖碰撞引起大興安嶺北段下地殼的加厚，俯沖板片受熱增壓而導(dǎo)致流體析出交代巖石圈地幔楔，同時地殼加厚造成的大規(guī)模的巖石圈導(dǎo)拆沉引起了軟流圈上涌，導(dǎo)致流體交代的地幔楔發(fā)生部分熔融，進(jìn)而地幔巖漿上升侵位形成了霍洛臺閃長玢巖。

5 結(jié) 論

(1)霍洛臺地區(qū)閃長玢巖LA-ICP-MS鋯石加權(quán)平均年齡為(142.0±1.6) Ma，顯示形成于早白堊世早期。

(2)霍洛臺閃長玢巖Mg、Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，微量元素上顯示富集大離子親石元素K、Rb、Ba和輕稀土元素，相對虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、P，顯示其具有幔源巖漿的特點(diǎn)，且受到了板片流體的交代。

(3)霍洛臺地區(qū)閃長玢巖來源于地幔楔的部分熔融。蒙古-鄂霍茨克洋俯沖碰撞造成了下地殼加厚，蒙古-鄂霍茨克洋板片流體交代了上覆地幔楔，大規(guī)模巖石圈拆沉引起了軟流圈上涌，導(dǎo)致流體交代的地幔楔發(fā)生部分熔融。