任永健，張成信，張明明，程爍，高立湧，于汪，趙寒，王暢，張偉勝

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京，100013

內(nèi)容提要: 筆者等選擇大興安嶺北段諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖進行了鋯石U-Pb年代學(xué)和地球化學(xué)研究，探討該區(qū)域侵入巖成因類型、巖漿來源及構(gòu)造環(huán)境。該區(qū)侵入巖巖性主要為正長花崗巖、正長花崗斑巖和似斑狀正長花崗巖，對其中正長花崗巖樣品進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年表明，正長花崗巖侵位年齡為129.5±0.4 Ma，應(yīng)為早白堊世巖漿活動的產(chǎn)物，結(jié)合區(qū)內(nèi)侵入巖與地層相互接觸關(guān)系，本區(qū)侵入巖形成時代為早白堊世。區(qū)內(nèi)侵入巖具有富硅(SiO2= 67.36%～74.09%)、富堿(K2O+Na2O= 8.88%～9.34%)、高鋁(Al2O3= 12.56%～16.15%)，低MgO、TiO2、CaO的特點，屬于高鉀鈣堿性巖石系列；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.94～1.31，為準鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)巖石。微量元素富集Rb、U、Th、K等大離子親石元素，強烈虧損Ti、Nb、Sr、P等高場強元素，具有明顯的Eu負異常，屬于高分異I型花崗巖。巖石Rb/Sr為0.9～2.0，Sr/Y為4.2～7.2，顯示出高Sr、低Y的特點，指示巖漿源區(qū)為地殼物質(zhì)的部分熔融。結(jié)合區(qū)域研究成果，蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域在早白堊世之前已結(jié)束碰撞，諾敏大山地區(qū)早白堊世巖漿活動可能發(fā)生在蒙古—鄂霍茨克造山后的伸展環(huán)境。

大興安嶺地區(qū)作為興蒙造山帶的重要組成部分，由北西向南東跨越了額爾古納地塊、興安地塊及松嫩地塊三大地塊，是研究造山帶構(gòu)造演化的重要地區(qū)(劉永江等，2010，2016；曾濤等，2012)。顯生宙以來，受古亞洲洋構(gòu)造體制、蒙古—鄂霍茨克洋構(gòu)造體制及古太平洋構(gòu)造體制等多期重要構(gòu)造事件影響，區(qū)域內(nèi)巖漿活動極其強烈。目前，關(guān)于大興安嶺北段中生代巖漿活動的構(gòu)造背景還存在較大爭議，主要存在受蒙古—鄂霍茨克洋閉合的影響、受古太平洋板塊俯沖的影響、或受兩者共同作用的影響等觀點(高源等，2013；宋立忠等，2010；Tang Jie et al., 2015；Wang Tao et al., 2015；李錦軼等，2009)。

由此可見，還需要進一步深入研究大興安嶺北段中生代侵入巖構(gòu)造背景，有助于對額爾古納—興安地塊與松嫩地塊構(gòu)造演化提供新的依據(jù)，具有重要的研究意義。筆者等對大興安嶺北段諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖體進行了系統(tǒng)采樣，深入研究了早白堊世侵入巖地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb年齡和構(gòu)造背景等，在前人研究的基礎(chǔ)上，探討了蒙古—鄂霍茨克洋構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域?qū)τ趨^(qū)域構(gòu)造演化和構(gòu)造巖漿活動的影響，以期為區(qū)域構(gòu)造演化提供新的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體地質(zhì)

研究區(qū)位于大興安嶺北段諾敏大山一帶，大地構(gòu)造位置處于鄂倫春早—中華力西褶皺帶與伊爾施加里東褶皺帶結(jié)合部位，以區(qū)域型斷裂構(gòu)造頭道橋—鄂倫春深大斷裂為界，北西側(cè)處于陳巴爾虎旗—根河晚中生代火山盆地，南東側(cè)處于博克圖—鄂倫春晚古生代深成巖雜巖區(qū)(圖1)。區(qū)域上出露的地層主要有新元古界青白口系佳疙疸組、中生界上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組和瑪尼吐組、下白堊統(tǒng)白音高老組及新生界第四系。區(qū)域上印支期—燕山期巖漿活動較為頻繁，除大規(guī)模中生代火山巖外，還形成了廣泛分布的侵入巖，主要由中酸性—酸性巖漿巖組成。巖石類型主要為正長花崗巖、正長花崗斑巖和似斑狀正長花崗巖等，其中以正長花崗巖體出露面積最大。

圖1 東亞(a)和中國東北地區(qū)(b)大地構(gòu)造簡圖(據(jù)任永健，2019 修改)Fig. 1 The tectonic sketch map of eastern Asia(a) and northeastern China(b)(modified after Ren Yongjian，2019&)

似斑狀正長花崗巖主要分布于研究區(qū)72 km幅莫果吉大山附近，總體呈北東向展布，侵入上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組中。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由斑晶和基質(zhì)兩部分組成，礦物成分主要有斜長石、鉀長石，次要礦物黑云母、石英，副礦物有磷灰石、磁鐵礦等，蝕變礦物主要有絹云母、綠泥石、高嶺石、簾石類等。

正長花崗斑巖主要分布于研究區(qū)哈達汗螢石礦北側(cè)、十四支線兩側(cè)，總體呈北東向展布。巖石呈肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分由斑晶和基質(zhì)組成，其中斑晶以鉀長石為主，含量占斑晶的80%～95%，粒徑變化較大，中細粒在0.4～2.6 mm、中粗粒在2～3.7 mm、粗粒最大可達7.6 mm左右，有的可見卡爾斯巴雙晶，部分可見條紋結(jié)構(gòu)，其次見少量斜長石或石英等斑晶?；|(zhì)主要也由他形鉀長石組成，其次為少量的石英、斜長石或絹云母等，多為顯微微粒結(jié)構(gòu)，部分為細粒結(jié)構(gòu)，半自形—他形。副礦物多為磁鐵礦、磷灰石等，多數(shù)見絹云母化、高嶺石化等蝕變。

中(細)粒正長花崗巖，在區(qū)內(nèi)分布廣泛，出露面積最大。分別侵入青白口系佳疙疸組、上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組地層之中。巖石類型有中細粒正長花崗巖、細粒正長花崗巖。巖石呈淺肉紅色，中細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由石英、堿性長石、斜長石組成，斜長石呈自形—半自形粒狀，粒徑多為0.45～3 mm，粒內(nèi)聚片雙晶發(fā)育，發(fā)育輕微土化；堿性長石呈半自形粒狀，粒徑0.3～3 mm，發(fā)育輕微土化、絹云母化，表面污濁，主要為鉀長石和少量微斜長石；微斜長石粒內(nèi)見細密而寬窄不一的格子雙晶；石英呈他形粒狀。

圖2 大興安嶺北段諾敏大山地區(qū)地質(zhì)簡圖?Fig. 2 Geological sketch map of the Mount Nuomin area, northern Great Hinggan Mountains

2 樣品采集與分析方法

本文所涉及的部分巖石地球化學(xué)樣品數(shù)據(jù)來源于筆者等在該區(qū)進行1∶5萬礦調(diào)工作的資料，用于巖石地球化學(xué)分析的樣品包括2件正長花崗巖和2件似斑狀正長花崗巖，用于同位素測年分析樣品采集于正長花崗巖體，其他樣品數(shù)據(jù)來源于1∶25萬額爾古納左旗幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告?。

主量、微量和稀土元素分析在中化地質(zhì)礦山總局中心實驗室完成。野外采集新鮮無蝕變的巖石樣品，首先用水將樣品表面沖洗干凈并晾干，機械破碎至200目后送實驗室分析。主量元素在樣品制成熔片后通過X射線熒光光譜法(XRF)測試，相對誤差在元素豐度>1.0%時為±1%，元素豐度<1.0%時為±10%；FeO采用氫氟酸、硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定容量法，分析相對誤差小于2%，微量元素使用ICP-MS測試，樣品測定值和推薦值的相對誤差小于10%，且所有值均在5%以內(nèi)。

圖3 研究區(qū)侵入巖野外及顯微照片： (a)、(b)—中細粒正長花崗巖；(c)、(d)—似斑狀正長花崗巖；(e)、(f)—正長花崗斑巖Fig. 3 Geological feature and photomicrographs of granite in the study area：(a), (b)— medium—fine-grained syenite granite；(c), (d)— porphyritic syenite granite；(e), (f)— syenite granite porphyryPl—斜長石；Kfs-鉀長石；Mc—微斜長石；Pth—條紋長石；Qtz—石英Pl— plagioclase；Kfs- potassium feldspar；Mc— micro plagioclase；Pth— perthite；Qtz— quartz

本文測年樣品的鋯石分選、制靶及陰極發(fā)光照相均由河北省廊坊市科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，先用常規(guī)方法將樣品粉碎至80～100目，雙目鏡下挑選晶形和透明度較好、無裂痕、無包裹體、顆粒較大的鋯石顆粒，用無色透明的環(huán)氧樹脂澆灌固定，待環(huán)氧樹脂固化后進行打磨、拋光，然后對其進行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。LA-ICP-MS測試在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas Pro，ICP-MS為Agilent 7500，激光束斑直徑為32 μm。實驗中采用高純He作為剝蝕物質(zhì)載氣，用美國國家標準技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽剝離標準參考物質(zhì)NIST SRM610進行儀器最佳化，樣品測定時用哈佛大學(xué)標準鋯石91500作為外部校正，以保證標準和樣品的儀器條件完全一致。詳細的實驗原理和流程參見Liu Yongsheng等(2010)，采用ICP-MS DataCal程序和Isoplot(ver3.0)程序進行數(shù)據(jù)處理(Ludwig，2003)，給定的同位素比值和年齡誤差均為1σ。

3 分析結(jié)果

3.1 形成時代

樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果見表1。

樣品TK24-TW為中細粒正長花崗巖，從鋯石陰極發(fā)光圖像可以看出鋯石全部為半自形—自形粒狀，顯示典型的巖漿振蕩生長環(huán)帶，鋯石Th/U值介于0.7～1.56之間，均反映其鋯石巖漿成因特點。20顆鋯石校正后有效數(shù)據(jù)18個，所測定的18顆鋯石n(206Pb)/n(238U)年齡值介于126.3±5.5～130.7±1.7 Ma，測定數(shù)據(jù)諧和度較高，n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為129.5±0.4 Ma(MSWD=0.69)，代表了中細粒正長花崗巖體巖漿結(jié)晶年齡，其形成時代為早白堊世(圖4)，結(jié)合野外各巖體與地層間接觸關(guān)系及前人研究成果，研究區(qū)侵入巖形成時代均為早白堊世。

圖4 大興安嶺北段諾敏大山地區(qū)正長花崗巖鋯石U-Pb同位素年齡和部分鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像Fig. 4 Zircon U-Pb isotopic age and partial CL image of syenite in the Mount Nuomin area, northern Great Hinggan Mountains

3.2 巖石地球化學(xué)特征

諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖的主量元素、稀土元素及微量元素分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖主量元素(%)分析結(jié)果和CIPW標準礦物參數(shù)及稀土元素(×10-6)、微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 2 Analysis results of major elements (%), CIPW standard mineral parameters, rare earth elements (×10-6) and trace elements (×10-6) of Early Cretaceous intrusive rocks in the Mount Nuomin area

由表2可以看出，研究區(qū)侵入巖樣品的主量元素特征基本一致，其SiO2含量相對較高(67.36%～74.09%)，MgO含量較低(0.2%～1.03%)，TiO2含量較低(0.17%～0.4%)，Al2O3含量普遍較高(12.56%～16.15%)，堿質(zhì)含量高(K2O+Na2O=8.88%～9.34%)，且相對富K2O，屬于高鉀鈣堿性巖石系列(圖5a)。其K2O/Na2O平均為1.18，里特曼指數(shù)σ為2.61～3.23，分異指數(shù)DI為86.62～95.84，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)在0.94～1.31，區(qū)內(nèi)侵入巖呈現(xiàn)出準鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)特征(圖5b)。

圖5 研究區(qū)早白堊世侵入巖SiO2—K2O圖解(a，據(jù)Maitre, 1989)和A/CNK—ANK圖解(b，據(jù)Maniar and Piccli, 1989)Fig. 5 SiO2—K2O diagramming (a, after Maitre, 1989) and A/CNK—ANK diagramming (b, after Maniar and Piccli, 1989) of Early Cretaceous intrusive rocks in the study area

早白堊世侵入巖稀土元素分析結(jié)果顯示，其∑REE介于229.58×10-6～335.5×10-6，LREE/HREE介于14.75～21.38，巖石稀土總量較高，輕稀土元素相對富集。(La/Yb)N=13.19～34.85，輕重稀土分餾明顯，銪負異常明顯(δEu=0.49～0.91)，表明源區(qū)有斜長石的殘留或斜長石結(jié)晶。各稀土配分曲線近一致，表現(xiàn)為同源巖漿演化特征，稀土元素球粒隕石標準化曲線表現(xiàn)為明顯右傾的海鷗型(圖6a)，表明輕稀土元素(LREE)富集和重稀土元素(HREE)虧損特征。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖6b)中，大離子親石元素(LILE) Rb、U、Th、K富集，Ba和高場強元素(HSFE)Ti、Nb、Sr、P等則明顯虧損。

圖6 研究區(qū)早白堊世侵入巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns diagrams(a) and Primitive mantle-normalized traceelement spider diagrams(b) of Early Cretaceous intrusive rocks in the study area (chondrites and mantle normalized values according to Sun and McDonough, 1989)

4 討論

4.1 巖石成因

諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖主要礦物成分為石英、鉀長石(微斜長石為主)，暗色礦物較少，礦物組合特征與高分異花崗巖較一致。主量元素分析結(jié)果顯示，巖石總體富硅、富堿，MgO、CaO、TiO2含量較低，微量元素富集Rb、U、Th、K等大離子親石元素，強烈虧損Ti、Nb、Sr、P等高場強元素，具有明顯的Eu負異常，這些特征表明侵入巖漿經(jīng)歷了高分異演化。前人對大興安嶺北段中生代花崗巖進行了較多的研究，表明區(qū)域上中生代花崗巖主要為A型和I型(林強等，2004；劉宇崴，2018；周傳芳等，2020)。研究區(qū)早白堊世侵入巖礦物中未見到石榴子石、堇青石、白云母等富鋁S型花崗巖的特征礦物，結(jié)合巖石P2O5含量明顯較低，可以排除該區(qū)侵入巖為S型花崗巖的可能。在P2O5—SiO2相關(guān)圖上表現(xiàn)為明顯的負相關(guān)關(guān)系(圖7a)，符合磷灰石飽和規(guī)則，同時在Th—Rb圖解上表現(xiàn)為正相關(guān)趨勢(圖7b)，這些都與I型花崗巖演化趨勢一致。在FeOT/MgO—Zr+Ce+Nb+Y和(K2O+Na2O)/CaO—Zr+Ce+Nb+Y圖解中(圖7c、圖7d)，樣品多數(shù)落入或靠近高分異花崗巖區(qū)域。綜上所述，諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖屬于高分異I型花崗巖。

4.2 巖漿源區(qū)

諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖富集大離子親石元素和輕稀土元素，強烈虧損高場強元素，與俯沖帶巖漿巖特征一致，暗示巖漿為地殼來源或受到地殼物質(zhì)的混染。前人通過研究認為，Rb和K有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，富集于成熟度高的地殼中；Sr和Ca有相似的地球化學(xué)行為，在成熟度低、演化不充分的地殼中富集(隋振民，2007；張彥龍等，2008；尹志剛等，2018)。Rb/Sr 值能較好地記錄物質(zhì)的性質(zhì)，Rb/Sr值高，一方面說明巖漿演化程度很高，另一方面說明源巖可能主要來自地殼。研究區(qū)早白堊世侵入巖Rb/Sr=0.9～2.0，符合陸殼巖石的范圍(>0.5)；Sr/Y=4.2～7.2，顯示出高Sr、低Y的特點，以上特征均反映了巖漿的殼源特征。區(qū)域上大興安嶺北段阿里河地區(qū)早白堊二長花崗巖和正長花崗巖(133～140 Ma)巖漿起源于新增生基性下地殼的部分熔融(劉宇崴，2018)；大興安嶺北段新林鎮(zhèn)地區(qū)侵入巖εHf(t)值均為正值，顯示其巖漿源區(qū)存在新增生的年輕地殼物質(zhì)加入，Hf同位素特征顯示其巖漿源區(qū)為新元古代底侵的地殼物質(zhì)(周傳芳等，2020)；大興安嶺伊勒呼里山早白堊世堿長花崗巖(138～140 Ma)巖漿源區(qū)可能為地殼物質(zhì)的部分熔融(尹志剛等，2018)。結(jié)合區(qū)域資料和研究區(qū)侵入巖巖石地球化學(xué)特征顯示研究區(qū)早白堊世侵入巖巖漿源區(qū)為地殼物質(zhì)的部分熔融。

4.3 構(gòu)造環(huán)境

研究區(qū)處于天山—興蒙造山帶大興安嶺巖漿巖帶北段，靠近額爾古納地塊和興安地塊的縫合帶。顯生宙以來，大興安嶺北段受到古生代亞洲洋構(gòu)造域、中—新生代蒙古—鄂霍茨克洋構(gòu)造域和太平洋構(gòu)造域影響，其中生代特別是燕山期巖漿演化問題一直存在爭議，尤其是與蒙古—鄂霍茨克洋構(gòu)造域的關(guān)系。在空間上，大興安嶺北段距蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造帶較近，并且與大興安嶺北段火山巖帶組合起來的展布方向與蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造帶的展布方向一致，且自西向東火山巖年齡逐漸年輕化。前人大量研究表明，大興安嶺北段火山巖時代主要集中在晚侏羅世—早白堊世早期，巖石地球化學(xué)特征也顯示它們源于被俯沖流體交代富集的巖石圈地幔，暗示蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域在早白堊世之前已結(jié)束碰撞，之后進入碰撞造山后伸展構(gòu)造環(huán)境(張連昌等，2007；Donskaya et al., 2013；孟凡超等，2014；Li Yu et al., 2015)。從時空關(guān)系上看，大興安嶺北段早白堊世時期巖漿活動應(yīng)受蒙古—鄂霍茨克洋閉合作用的影響。本文諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖樣品在微量元素Rb—(Y+Yb)構(gòu)造環(huán)境判別圖中均落入后造山花崗巖區(qū)域(圖8a)，在花崗巖R2—R1構(gòu)造環(huán)境判別圖中落入同碰撞—后造山環(huán)境附近(圖8b)。

圖8 諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖構(gòu)造判別圖解(a，據(jù)Maniar and Piccoli，1989；b，據(jù)Batchelor and Bowden, 1985)Fig. 8 The tectonic distinguishing diagram of the Early Cretaceous intrusive rocks in the Mount Nuomin area (a，after Maniar and Piccoli，1989；b，after Batchelor and Bowden, 1985)

樣品微量元素強烈虧損Ti、Nb、Sr、P等高場強元素，同時具有高Sr、低Y和Yb特征，也顯示該侵入巖形成可能與地殼快速縮短增厚的碰撞后期相對松弛階段相關(guān)，推測為地幔底侵巖漿熔融下地殼物質(zhì)，與前人提出的“后碰撞”構(gòu)造環(huán)境形成的花崗巖特征極相似，相當于碰撞造山晚期階段。綜上所述，諾敏大山地區(qū)早白堊世侵入巖形成的構(gòu)造環(huán)境可能為蒙古—鄂霍茨克造山后的伸展環(huán)境。

5 結(jié)論

(1)大興安嶺北段諾敏大山地區(qū)正長花崗巖U-Pb年齡為129.5±0.4 Ma，結(jié)合野外各侵入巖與地層接觸關(guān)系，表明巖石侵入時代應(yīng)為早白堊世，為燕山期巖漿活動的產(chǎn)物。

(2)諾敏大山地區(qū)侵入巖巖石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為富硅、富堿，MgO、CaO、TiO2含量較低，微量元素富集Rb、U、Th、K等大離子親石元素，強烈虧損Ti、Nb、Sr、P等高場強元素，具有明顯的Eu負異常特征，表明侵入巖漿經(jīng)歷了高分異演化，屬于高分異I型花崗巖。

(3)諾敏大山地區(qū)早白堊世巖漿活動可能發(fā)生在蒙古—鄂霍茨克造山后的伸展環(huán)境。

注 釋/Notes

? 中化地質(zhì)礦山總局內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查院．2020．內(nèi)蒙古呼倫貝爾市諾敏大山等三幅1∶5萬區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查報告．

? 黑龍江省地質(zhì)調(diào)查總院．2003．1∶25萬額爾古納左旗幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告．