于太極 王璞珺 高有峰,3 張艷 陳崇陽

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院,葫蘆島 125105 2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,長春 130061 3.吉林大學(xué)古生物學(xué)與地層研究中心,長春 130026 4.吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院,四平 136000

過鋁質(zhì)花崗巖在全球造山帶中廣泛分布(Sylvester,1998; Barbarin,1999; Chappell and White,2001),可形成于俯沖(Chenetal.,2014)、活動大陸邊緣和陸-陸碰撞等構(gòu)造環(huán)境(Fingeretal.,1997; Sylvester,1998)。一般認(rèn)為過鋁質(zhì)花崗巖是陸殼富鋁質(zhì)沉積物部分熔融形成的(Le Fortetal.,1987; Kappetal.,2002),其形成機(jī)制和熱量來源包括板片斷離(Xuetal.,2022)、陸內(nèi)俯沖(鄧晉福等,1994)、陸-陸碰撞過程中地殼的堆疊加厚(Barbarin,1996)、構(gòu)造減壓(Gerdesetal.,2002; 張宏飛等,2005)和幔源物質(zhì)的底侵(Elburg,1996)等。因此過鋁質(zhì)花崗巖的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征對研究陸殼部分熔融時源區(qū)物質(zhì)組成、形成溫度、熱量來源和地球動力學(xué)背景具有重要作用。

中國東北地區(qū)位于中亞造山帶東段,從古生代到新生代經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過程,尤其是中生代以來經(jīng)歷了蒙古-鄂霍茨克洋閉合和古太平洋俯沖的疊加與改造(Wangetal.,2006,2016; Zhangetal.,2010,2011)。近年來,為揭示蒙古-鄂霍茨克洋閉合和古太平洋俯沖對東北地區(qū)影響的時間及空間范圍,大量學(xué)者對東北地區(qū)中生代火成巖的年代學(xué)和地球化學(xué)進(jìn)行研究(李宇等,2015; Ouyangetal.,2015; Tangetal.,2015; Guoetal.,2015; Wangetal.,2019; Huangetal.,2021; Jietal.,2021),其研究范圍主要集中在額爾古納地塊、興安地塊和佳木斯地塊,普遍認(rèn)為額爾古納地塊和興安地塊巖漿活動與蒙古-鄂霍茨克洋的閉合有關(guān)(Xuetal.,2013; Ouyangetal.,2015; Wangetal.,2015; Lietal.,2017),松遼盆地東部和佳木斯地塊的巖漿活動與古太平洋板塊的俯沖有關(guān)(Guoetal.,2015; Huangetal.,2021; Jietal.,2021)。松遼盆地西緣相對遠(yuǎn)離蒙古-鄂霍茨克縫合帶和古太平洋俯沖帶,針對性研究較少,這限制了對東北地區(qū)中生代蒙古-鄂霍茨克洋閉合和古太平洋俯沖構(gòu)造演化的認(rèn)識。而且關(guān)于蒙古-鄂霍茨克洋的閉合時間仍存在分歧,基于古地磁數(shù)據(jù)分析認(rèn)為閉合時間有以下幾種觀點(diǎn):(1)三疊紀(jì)到晚侏羅世閉合(eng?r and Natal’in,1996; Kravchinskyetal.,2002);(2)早、中侏羅世閉合(Zorin,1999; Parfenovetal.,2001);(3)中侏羅世閉合(Kirillova,2003; Tomurtogooetal.,2005; 李宇等,2015);(4)早白堊世閉合(Enkinetal.,1992; Halimetal.,1998; Renetal.,2016)。近年來蒙古-鄂霍茨克縫合帶及鄰區(qū)巖石學(xué)和地球化學(xué)的研究工作日趨增多,與蒙古-鄂霍茨克洋俯沖相關(guān)和陸-陸碰撞后伸展相關(guān)的巖漿巖年代學(xué)和地球化學(xué)研究為蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系演化提供了更多的依據(jù),但與大洋閉合和陸-陸碰撞直接相關(guān)的過鋁質(zhì)S型花崗巖缺少明確證據(jù)報道。

本文報道了松遼盆地西緣突泉地區(qū)發(fā)現(xiàn)的晚侏羅世過鋁質(zhì)流紋巖和英云閃長玢巖的巖相特征、鋯石U-Pb年齡和全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù),以探討其巖石成因、巖漿源區(qū)和構(gòu)造背景,為蒙古-鄂霍次克洋閉合到陸-陸碰撞的時空范圍提供合理的約束。

1 地質(zhì)背景與樣品描述

中國東北地區(qū)位于中亞造山帶東部,西北部經(jīng)蒙古-鄂霍茨克縫合帶與西伯利亞克拉通相連,南部經(jīng)西拉木倫-長春-延吉縫合帶與華北克拉通相連,東部與古太平洋板塊相接,其組成單元從西北到東南可分為額爾古納地塊、興安地塊、松遼地塊和佳木斯地塊。這些塊體被新林-喜桂圖縫合帶、賀根山-黑河縫合帶、牡丹江-依蘭縫合帶分隔(圖1a; Liuetal.,2017)。突泉地區(qū)位于松遼盆地西緣,研究區(qū)主要為侏羅系和下白堊統(tǒng)地層,從下至上發(fā)育沉積巖、酸性火山巖和中基性火山巖,并發(fā)育一系列不定向展布的侵入巖巖體和定向排列的脈巖。

圖1 中國東北地區(qū)構(gòu)造簡圖(a,據(jù)Liu et al.,2017)和突泉地區(qū)地質(zhì)簡圖(b,據(jù)吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1988)

本次研究的流紋巖(D11、D12、D13和D14)出露在突泉地區(qū)西部公路旁剖面(N45°22′49.6″、E121°26′16.9″)(圖1b)。流紋巖呈層狀產(chǎn)出,角度不整合于中侏羅世砂巖之上,二者均被早白堊世煌斑巖巖脈侵入(圖2a-c)。英云閃長玢巖(MN6、MN7、MN10、MN11和MN12) 出露在突泉地區(qū)東南部牤牛海露天煤礦中,該煤礦煤層發(fā)育在中侏羅統(tǒng)地層中,上部為第四系(N45°12′10.2″、E121°48′11.2″)(圖1b)。英云閃長玢巖為中侏羅統(tǒng)沉積地層中一系列小而密集的淺層侵入體。英云閃長玢巖以巖脈的形式出現(xiàn),厚度約為2～5m,呈北東向分布,與中侏羅世砂巖有明顯的接觸邊界(圖2e)。

圖2 突泉地區(qū)晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖野外露頭照片和顯微鏡下照片

流紋巖和英云閃長玢巖的巖石礦物含量(表1)和特征如下:

表1 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖顯微鏡下礦物組成和含量

流紋巖,呈土黃色,塊狀構(gòu)造,具有斑狀結(jié)構(gòu),斑晶為斜長石(～10%)、鉀長石(～20%)、石英(～5%),基質(zhì)由隱晶狀長英質(zhì)礦物組成(～60%),并含有絹云母和副礦物(～5%)。斜長石斑晶呈半自形板柱狀,無序排列,粒度0.5～1.5mm,晶體中具卡納復(fù)合雙晶,其消光角小,為鈉更長石或鈉長石,部分被熔蝕成港灣狀。少見斜長石晶屑和安山巖巖屑(～5%),斜長石晶屑呈次棱角狀或者棱角狀。安山巖巖屑中見針狀斜長石,呈微晶狀,緊密平行排列。鉀長石斑晶呈半自形柱狀,粒度0.2～1mm,為正長石和微斜長石,呈平行消光,其邊緣有熔蝕。絹云母呈自形-半自形片狀,發(fā)育在礦物縫隙或者斜長石中(圖2c)。

英云閃長玢巖,呈灰白色,半自形粒狀構(gòu)造,具斑狀結(jié)構(gòu),主要礦物為斜長石(～65%)、鉀長石(～5%)、石英(～25%)、絹云母(～10%)。斜長石呈半自形長條狀,微定向排列,粒度0.1～0.5mm。鉀長石呈半自形,粒度0.1～0.2mm。石英呈自形粒狀和隱晶狀。原生礦物絹云母呈半自形細(xì)小鱗片狀分布,干涉色鮮艷多在二到三級;次生礦物絹云母為斜長石絹云母化形成,顏色為淡黃色(圖2f)。

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年

對樣品的鋯石挑選、制靶和陰極發(fā)光圖像采集在河北廊坊地質(zhì)調(diào)查研究院完成。采用常規(guī)方法將樣品粉碎至100目,經(jīng)浮選、磁力分選后,利用雙目鏡挑選出晶形完好、長寬比例適中、透明度和色澤度好、具有柱面特征的鋯石顆粒。然后將其粘貼在環(huán)氧樹脂中,制成鋯石靶,再進(jìn)行打磨和拋光直至鋯石新鮮的核部暴露出來。完成樣品制靶后,對鋯石進(jìn)行透射光和反射光顯微圖像采集,依據(jù)陰極發(fā)光和透反射照片選擇最佳的鋯石位置進(jìn)行U-Pb定年。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和吉林大學(xué)東北亞礦產(chǎn)資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,兩所實(shí)驗(yàn)室的激光剝蝕系統(tǒng)均為GeoLas 2005,分析測試儀器ICP-MS型號均為Agilent 7500a型,激光剝蝕斑束的直徑為32μm,剝蝕深度為20～40μm,實(shí)驗(yàn)過程中采用哈佛大學(xué)國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(≈1064Ma)作為校正外標(biāo)樣品,GJ-1(≈599Ma)作為監(jiān)控樣品,進(jìn)行同位素分餾校正,鋯石的微量元素含量采用美國國家標(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)物質(zhì)NIST 610作為外標(biāo)樣品,Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計算,每個樣品分析數(shù)據(jù)包括15～20s空白信號和40～50s樣品剝蝕信號。對樣品信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Pb同位素數(shù)值、鋯石年齡計算等分析數(shù)據(jù)的離線處理均采用軟件ICPMSDataCal(Ver.6.7; Liuetal.,2010)完成。普通Pb校正采用Andersen (2002)方法,樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和加權(quán)平均年齡計算采用國際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot(Ver.3.00; Ludwig,2003)完成。同位素比值和年齡誤差為1σ水平,置信水平為95%,加權(quán)平均年齡采用206Pb/238U年齡。

2.2 主量元素和微量元素

本研究樣品的全巖主、微量元素分析測試均在吉林大學(xué)東北亞礦產(chǎn)資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素采用X射線熒光光譜分析(XRF; Rigaku ZSX Primu Ⅱ型),通過容量法測定FeO含量,通過重量法測定LOI值。采用Agilent 7500a型ICP-MS分析微量元素。通過美國地質(zhì)調(diào)查局標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BHVO-1、BCR-2和AGV-1以及中國國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSR-1的對比分析表明,主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于1%,微量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石特征及U-Pb年代學(xué)

本文對1件流紋巖樣品(D12)和1件英云閃長玢巖樣品(MN7)進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年。鋯石晶體選取無色透明,晶形以長柱狀為主,鋯石粒徑介于87～142μm,長寬比1:1～3:1 (圖3、表2)。鋯石晶體形態(tài)比較完整,邊部具有清晰的振蕩環(huán)帶特征,鋯石Th/U比值大于0.2 (圖3、表2),屬于巖漿鋯石(Hoskin and Schaltegger,2003)。

圖3 突泉地區(qū)晚侏羅世流紋巖(a)和英云閃長玢巖(b)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖及部分測定鋯石CL圖像

表2 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果

流紋巖樣品(D12)39顆鋯石分析測試點(diǎn)均落在206Pb/238U和207Pb/235U諧和線上,表明諧和性較好,鋯石在形成后其U-Pb體系一直保持封閉狀態(tài)。單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡值介于152.1±1.6Ma～161.0±1.8Ma之間,加權(quán)平均年齡為156±1Ma(MSWD=1.8),指示流紋巖形成于晚侏羅世(圖3a、表2)。

英云閃長玢巖樣品(MN7)37顆鋯石分析測試點(diǎn)均落在206Pb/238U和207Pb/235U諧和線上,表明諧和性較好,鋯石在形成后其U-Pb體系一直保持封閉狀態(tài)。單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡值介于147.4±3.9Ma～163.6±4.5Ma之間,加權(quán)平均年齡為155±1Ma(MSWD=1.3),指示英云閃長玢巖形成于晚侏羅世(圖3b、表2)。

3.2 地球化學(xué)特征

突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖主量元素和微量元素分析結(jié)果見表3。

表3 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

3.2.1 主量元素

流紋巖的SiO2含量為72.35%～74.28%;Al2O3含量為13.70%～14.65%;Na2O含量為4.08%～4.99%;K2O含量為2.39%～3.11%;MgO含量為0.44%～0.58%;全堿(Na2O+K2O)含量為6.74%～7.38%;K2O/Na2O值為0.48～0.76。

英云閃長玢巖的SiO2含量為68.23%～72.47%;Al2O3含量為16.65%～18.16%;Na2O含量為3.72%～4.78%;K2O含量為1.69%～2.38%;MgO含量為0.25%～0.46%;全堿(Na2O+K2O)含量為5.48%～7.16%;K2O/Na2O值為0.36～0.50。

在TAS分類圖解中,兩種巖石樣品均投點(diǎn)在花崗巖區(qū)域內(nèi)(圖4a),在SiO2-K2O圖解中(圖4b),樣品投點(diǎn)在鈣堿性系列。在A/NK-A/CNK圖解中(圖4c),兩種巖石投點(diǎn)在過鋁質(zhì)區(qū)域。其中流紋巖鋁飽和指數(shù)A/CNK值為1.32～1.39,平均值為1.36,英云閃長玢巖鋁飽和指數(shù)A/CNK值為1.48～2.13,平均值為1.84。

圖4 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖SiO2-(Na2O+K2O)圖解(a,據(jù)Middlemost,1994)、SiO2-K2O圖解(b,據(jù)Peccerillo and Taylor,1976)和A/CNK-A/NK圖解(c,據(jù)Maniar and Piccoli,1989)

3.2.2 微量元素

流紋巖稀土元素總量(∑REE)為89.56×10-6～135.4×10-6,高于英云閃長玢巖稀土元素總量(∑REE)39.92×10-6～69.75×10-6。流紋巖輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為6.96～8.23,(La/Yb)N值為6.62～8.77,δEu值為0.52～0.76,英云閃長玢巖輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為7.47～9.71,(La/Yb)N值為7.93～13.39,δEu值為0.34～0.53,均呈現(xiàn)Eu負(fù)異常,表現(xiàn)出輕稀土元素相對富集,重稀土元素虧損的特征(圖5a);在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖5b),流紋巖和英云閃長玢巖呈現(xiàn)出富集Rb、Ba、K等大離子親石元素,虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素特征。流紋巖和英云閃長玢巖的稀土元素配分模式和微量元素特征均與島弧和同碰撞流紋巖的特征相似(Moetal.,2007; Kimura and Nagahashi,2007)。

圖5 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Sun and McDonough,1989)

4 討論

4.1 流紋巖和英云閃長玢巖的形成時代

松遼盆地西緣突泉地區(qū)的流紋巖和英云閃長玢巖鋯石CL圖像(圖3)可以清晰看出鋯石具有典型的巖漿振蕩生長環(huán)帶,而且具有較高的Th/U比值(0.20～2.42),說明其為巖漿鋯石(Hoskin and Schaltegger,2003)。鋯石U-Pb測年分析點(diǎn)多位于鋯石的環(huán)帶部位,數(shù)據(jù)投點(diǎn)在U-Pb諧和線上,表明這些測年結(jié)果代表鋯石的結(jié)晶年齡,進(jìn)而可以代表樣品形成時代。

流紋巖單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡值介于152.1±1.6Ma～161.0±1.8Ma之間,加權(quán)平均年齡為156±1Ma(MSWD=1.8),英云閃長玢巖單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡值介于147.4±3.9Ma～163.6±4.5Ma之間,加權(quán)平均年齡為155±1Ma(MSWD=1.3),表明突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖形成時代為晚侏羅世,且流紋巖結(jié)晶年齡大于英云閃長玢巖結(jié)晶年齡。

松遼盆地西緣流紋巖和英云閃長玢巖形成于晚侏羅世,這與研究區(qū)內(nèi)正長花崗巖和花崗閃長巖巖體(150～160Ma; Wuetal.,2011; Tangetal.,2015)、大興安嶺中南段甘珠爾廟地區(qū)黑云母正長花崗巖巖體(154Ma; 楊奇荻等,2014)、興安地塊黑花山埃達(dá)克質(zhì)花崗巖巖體(158～154Ma; 趙院冬等,2018)、大興安嶺北端的龍溝河、二十一站等巖體(武廣等,2008)和額爾古納地塊、興安地塊酸性火山巖(148～160Ma; Zhangetal.,2010; Jietal.,2019; Zhangetal.,2020)的形成時代一致,具有相同的巖漿活動時期和構(gòu)造背景(表4)。

表4 突泉地區(qū)及鄰區(qū)晚侏羅世巖漿巖鋯石U-Pb測年及構(gòu)造親緣性和應(yīng)力歸屬

4.2 流紋巖和英云閃長玢巖成因類型

晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖礦物組成主要為石英、鉀長石、斜長石和絹云母,其中絹云母的成分基本上和白云母相同K{Al2[AlSi3O10](OH)2},為富鋁礦物,不含有A型花崗巖中經(jīng)常出現(xiàn)的堿性鐵鎂質(zhì)暗色礦物(鈉閃石等),也不含I型花崗巖特征礦物角閃石。流紋巖和英云閃長玢的CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算結(jié)果顯示含剛玉分子(3.77%～9.65%)(表3),與過鋁質(zhì)花崗巖特征相似(Chappell and White,2001)。流紋巖和英云閃長玢巖富SiO2(68.23%～74.28%)、低MgO+FeOT(0.96%～3.37%),鋁飽和指數(shù)A/CNK(1.32～2.13)大于1.1,為強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖(Sylvester,1998)。流紋巖和英云閃長玢巖的FeOT/MgO比值較低(2.84～5.02),與A型花崗巖類明顯富鐵的特征不相同(FeOT/MgO>10,Whalenetal.,1987)。在SiO2-FeOT/MgO關(guān)系圖中(圖6a),樣品投點(diǎn)在I型、S型花崗巖區(qū)內(nèi)。流紋巖和英云閃長玢巖的104×Ga/Al為1.69～2.67,在以104×Ga/Al比值為基礎(chǔ)的判別圖解中(圖6b),樣品大部分投點(diǎn)于I型、S型花崗巖區(qū)域內(nèi)。巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,在過鋁質(zhì)巖漿中,P2O5含量穩(wěn)定,不隨SiO2含量的變化而變化,這種地球化學(xué)特征可用于區(qū)分I型和S型花崗巖(Watson and Capobianco,1981),流紋巖和英云閃長玢巖樣品的P2O5變化較小(0.03%～0.07%),在SiO2-P2O5圖解中(圖6c),P2O5含量隨著SiO2含量增加基本保持穩(wěn)定,與S型花崗巖的演化趨勢較一致。此外,在ACF圖解中(圖6d),流紋巖和英云閃長玢巖樣品均投點(diǎn)在S型花崗巖范圍。上述結(jié)果綜合表明流紋巖和英云閃長玢巖具有過鋁質(zhì)S型花崗巖特征。

圖6 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖巖石成因類型判別圖解

4.3 流紋巖和英云閃長玢巖巖漿源區(qū)性質(zhì)

晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖為長英質(zhì)酸性火成巖,具有較高的SiO2(68.23%～74.28%)含量,較低的MgO(0.25%～0.58%)、Cr(6.38×10-6～12.49×10-6)、Co(0.90×10-6～3.13×10-6)、Ni(1.70×10-6～4.36×10-6)含量,與基性巖地球化學(xué)特征不同,同時研究區(qū)缺少與之同生的大規(guī)模鐵鎂質(zhì)火山巖,表明流紋巖和英云閃長玢巖起源于幔源巖漿分異的可能性較小。

流紋巖和英云閃長玢巖的Nb/U比值(1.79～8.36)和Rb/Sr比值(0.35～0.55)與大陸地殼平均值相近(Nb/U=6.2; Rudnick and Fountain,1995; Rb/Sr=0.35; Hofmannetal.,1986),而明顯不同于地幔平均值(Nb/U=47±10; Rudnick and Fountain,1995; Rb/Sr=0.034; Hofmannetal.,1986)。在Nb/Y-Th/Y圖解中(圖7a),流紋巖和英云閃長玢巖投點(diǎn)在殼源附近,暗示其源巖來自地殼物質(zhì)的部分熔融。

圖7 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖成因判別Th/Y-Nb/Y圖解(a,據(jù)和Rb/Ba-Rb/Sr圖解(b據(jù)Sylvester,1998)

過鋁質(zhì)S型花崗巖是變質(zhì)沉積巖部分熔融的產(chǎn)物(Sylvester,1998)。變質(zhì)沉積巖既包含“成熟度”較高的富黏土泥巖(Searleetal.,1997),又包含“成熟度”相對較低的貧黏土雜砂巖(White and Chappell,1988)。一般認(rèn)為源區(qū)為富黏土泥巖的過鋁質(zhì)熔體具有較高的Rb/Sr和Rb/Ba值,而源區(qū)為貧黏土雜砂巖的過鋁質(zhì)熔體具有較低的Rb/Sr和Rb/Ba值。流紋巖和英云閃長玢巖樣品的Rb/Sr值為0.35～0.55,Rb/Ba值為0.08～0.26。在Rb/Sr-Rb/Ba圖解中(圖7b),流紋巖和英云閃長玢巖樣品均投點(diǎn)在貧黏土變質(zhì)雜砂巖部分熔融區(qū)附近,表明流紋巖和英云閃長玢巖為貧黏土源區(qū)雜砂巖部分熔融,流紋巖起源于熔融程度為75%～80%的雜砂巖,英云閃長玢巖起源于熔融程度為70%～90%的雜砂巖。

在部分熔融過程中,含鋁礦物隨著溫度的升高,鋁含量基本不變,而含鈦礦物隨著溫度的升高,鈦含量也升高。因此部分熔融的溫度越高,Al2O3/TiO2比值越小(Patio Douce and Johnston,1991)。流紋巖和英云閃長玢巖Al2O3/TiO2比值為38.41～61.36,表明其部分熔融溫度較低,這與鋯飽和溫度估算的流紋巖和英云閃長玢巖初始源區(qū)巖漿的溫度TZr(850～876℃)和(837～849℃)一致(Milleretal.,2003)。綜合推斷流紋巖和英云閃長玢巖巖漿形成溫度小于875℃,低于A型花崗巖巖漿形成溫度(900℃)。

4.4 地球動力學(xué)背景

研究區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖主量元素地球化學(xué)分析顯示Al2O3含量較高為13.70%～18.16%,TiO2含量較低為0.27%～0.37%,與俯沖島弧和同碰撞背景下的巖漿巖地球化學(xué)特征相似(Crawfordetal.,1987; Kimura and Nagahashi,2007; Moetal.,2007)。微量元素地球化學(xué)分析顯示,流紋巖和英云閃長玢巖富集Rb、Ba、K等大離子親石元素,虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強(qiáng)元素。具有較低的Y(5.29×10-6～19.75×10-6)、Nb(7.44×10-6～8.50×10-6)、Sr(60.6×10-6～154.9×10-6)和Yb(0.53×10-6～2.40×10-6)含量,與島弧花崗巖類似(Pearce,1983)。從酸性巖稀土和微量元素親緣關(guān)系看(圖5),研究區(qū)流紋巖(156Ma)與日本新生代The Chayanao-Ebisutoge俯沖島弧環(huán)境流紋巖更接近(Kimura and Nagahashi,2007),而英云閃長玢巖表現(xiàn)出與西藏岡底斯帕那組新生代陸-陸同碰撞環(huán)境流紋巖相似的稀土和微量元素分配模式(Moetal.,2007)。

Pearceetal.(1984)將花崗巖侵入環(huán)境分為洋中脊型、板內(nèi)型、火山弧型和同碰撞型,并建立了Y-Nb元素判別圖解。在Y-Nb圖解(圖8a)中流紋巖和英云閃長玢巖投點(diǎn)在火山弧和同碰撞型花崗巖區(qū)域內(nèi),流紋巖具有相對高的Y值。Harrisetal.(1986)利用Rb-Hf-Ta三元圖解按照構(gòu)造演化階段將酸性巖漿巖劃分為碰撞前鈣堿性(火山弧)花崗巖、同碰撞過鋁質(zhì)花崗巖、碰撞晚期鈣堿性花崗巖和碰撞后花崗巖。在Rb/10-Hf-Ta×3圖解(圖8b)中,流紋巖和英云閃長玢巖投點(diǎn)在火山弧和碰撞型花崗巖區(qū)域內(nèi),流紋巖具有相對高的Rb和Ta值,表明研究區(qū)過鋁質(zhì)流紋巖和英云閃長玢巖主要與火山弧花崗巖和同碰撞花崗巖特征相似,可能形成于碰撞前到同碰撞階段。張旗等(2008)認(rèn)為中酸性巖漿巖Sr和Yb的含量與巖漿形成深度有關(guān),是識別與判別巖漿源區(qū)成因和性質(zhì)的有效標(biāo)志,按照Sr=400×10-6和Yb=2×10-6的標(biāo)志將花崗巖劃分為5類,按照分類,突泉地區(qū)過鋁質(zhì)流紋巖屬于低Sr高Yb型,形成于低壓環(huán)境;英云閃長玢巖屬于低Sr、低Yb型,形成于中壓環(huán)境(圖8c)。根據(jù)Sr和Yb數(shù)值變化,突泉地區(qū)地殼具有從正常地殼(Sr<400×10-6,Yb>2×10-6)向增厚地殼(Sr<100×10-6,Yb<2×10-6)演化趨勢,即處于地殼加厚階段(張旗等,2011)。Batchelor and Bowden (1985)認(rèn)為花崗巖在R1-R2巖石分類圖解中具有造山旋回演化特征,在R1-R2圖解中(圖8d),流紋巖構(gòu)造環(huán)境在非造山階段和同碰撞階段,英云閃長玢巖構(gòu)造環(huán)境為同碰撞階段。暗示研究區(qū)過鋁質(zhì)巖石的形成可能經(jīng)歷了碰撞前到同碰撞階段。

圖8 突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

過鋁質(zhì)花崗巖具有較高的SiO2含量和鋁飽和指數(shù)(A/CNK),是雜砂巖或泥質(zhì)巖部分熔融的產(chǎn)物,形成于陸-陸碰撞環(huán)境(Chappell and White,2001)。Sylvester (1998)認(rèn)為強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗的形成環(huán)境可分為同碰撞型和后碰撞型,同碰撞型過鋁質(zhì)花崗巖形成于碰撞早期的地殼加厚階段,部分熔融的熱源為K、Th、U等元素的放射性衰變產(chǎn)生的熱量,熔融溫度一般小于875℃;后碰撞型過鋁質(zhì)花崗巖形成于地殼加厚之后,部分熔融的熱源來自軟流圈上涌,熔融溫度一般大于875℃。通過鋯飽和溫度估算的流紋巖和英云閃長玢巖初始源區(qū)巖漿的溫度為850～876℃和837～849℃(Milleretal.,2003),說明其巖漿形成溫度小于875℃,這與阿爾卑斯造山帶和喜馬拉雅造山帶的過鋁質(zhì)花崗巖相似,其形成于陸-陸碰撞過程中地殼加厚階段(Sch?reretal.,1986; von Blanckenburg,1992)。

流紋巖和英云閃長玢巖重稀土元素含量較低,暗示源區(qū)具有石榴子石的殘留,結(jié)合其過鋁質(zhì)特征,表明它們是加厚陸殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物(Pearceetal.,1990; Harrisetal.,1986; Barbarin,1999)。根據(jù)Profetaetal.(2015)歸納的巖漿巖La/Yb值與地殼厚度的回歸關(guān)系式H=21.277ln(1.0204(La/Yb)N),流紋巖形成時地殼厚度約為40～46km,英云閃長玢巖形成時地殼厚度約為44～55km,表明地殼處于加厚過程。

大興安嶺地區(qū)近年來報道的同期火成巖顯示加厚地殼巖漿源區(qū)特征(李宇等,2015; 趙院冬等,2018; Zhangetal.,2020; Yuetal.,2022),這種加厚地殼預(yù)示了同碰撞作用的發(fā)生。突泉地區(qū)發(fā)育中-晚侏羅世前陸盆地(于太極,2023)、大興安嶺北部漠河地區(qū)發(fā)育中-晚侏羅世前陸盆地(Tangetal.,2016; Chenetal.,2022),表明在晚侏羅世中國東北地區(qū)存在匯聚陸緣邊界構(gòu)造擠壓事件,是導(dǎo)致地殼加厚的原因。

結(jié)合全球典型的洋殼俯沖島弧和陸-陸碰撞背景酸性巖地球化學(xué)特征和研究區(qū)同時期酸性巖特征及區(qū)域構(gòu)造背景,研究區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖的形成,表明該時期地殼正處于加厚過程,其構(gòu)造背景為洋殼俯沖到陸-陸碰撞轉(zhuǎn)換階段。

蒙古-鄂霍茨克縫合帶位于研究區(qū)西北約500km,該縫合帶西起蒙古中部的杭愛山脈,東至鄂霍茨克的烏達(dá)海灣,寬200～300km,長度大于3000km,是蒙古-鄂霍茨克洋閉合的產(chǎn)物。蒙古-鄂霍茨克大洋板塊既存在北向俯沖作用(Zorin,1999; Parfenovetal.,2003; Bussienetal.,2011; Donskayaetal.,2013),也存在南向俯沖作用(Tomurtogooetal.,2005; Sunetal.,2013; 李宇等,2015)。蒙古-鄂霍茨克洋自西向東呈剪刀式閉合(Metelkinetal.,2007),最終導(dǎo)致西伯利亞克拉通和蒙古-華北板塊碰撞、拼接(趙越等,1994)。前人的研究表明,東北地區(qū)額爾古納地塊、興安地塊中生代巖漿作用與蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系密切相關(guān)(Meng,2003; Wangetal.,2006,2015; Zhangetal.,2010; Wuetal.,2011; Xuetal.,2013; Ouyangetal.,2015; Lietal.,2017; Tangetal.,2019)。松遼盆地西緣突泉地區(qū)流紋巖和英云閃長玢巖的成因和形成背景,以及突泉地區(qū)晚侏羅世煌斑巖(156.0±2.3Ma;Yuetal.,2022)的起源深度,表明研究區(qū)晚侏羅世巖石圈處于增厚階段,這與蒙古-鄂霍茨克洋閉合后,西伯利亞克拉通與額爾古納-興安-松遼地塊陸-陸碰撞的動力學(xué)背景一致(Zorin,1999; Oxman,2003; Metelkinetal.,2010)。晚侏羅世時期沿蒙古-鄂霍茨克縫合帶附近發(fā)生的褶皺變形、構(gòu)造不整合和沉積間斷等擠壓事件,也被認(rèn)為與蒙古-鄂霍茨克洋閉合以及陸-陸碰撞有關(guān)(Lietal.,1999; Tangetal.,2015; Yangetal.,2015)。

也有學(xué)者認(rèn)為東北地區(qū)晚中生代巖漿活動與古太平洋板塊俯沖角度和速度變化有關(guān)(Wuetal.,2002; Zhangetal.,2010,2011; Jietal.,2021; Liuetal.,2022)。普遍認(rèn)為佳木斯地塊和松遼地塊東部早侏羅世到中侏羅世(194～174Ma)發(fā)育的火成巖與古太平洋板塊向西俯沖有關(guān)(Guoetal.,2015; Huangetal.,2021)。晚侏羅世到早白堊世早期(173～133Ma),佳木斯地塊和松遼地塊存在明顯的巖漿活動間歇期(Jietal.,2019),這表明古太平洋板塊俯沖和與俯沖相關(guān)的巖漿活動在這一時期逐漸減弱。而在額爾古納地塊和興安地塊晚侏羅世到早白堊世早期(164～132Ma),巖漿活動頻繁,火成巖廣泛發(fā)育(Zhangetal.,2010; Jietal.,2021),本文研究的松遼盆地西緣突泉地區(qū)晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖與額爾古納地塊和興安地塊的巖漿活動為同期(表4),形成于俯沖島弧和陸-陸碰撞環(huán)境,該期巖漿活動同時具有自北向南時代變新的遷移趨勢,被認(rèn)為是與蒙古-鄂霍茨克洋的閉合有關(guān)(Zhangetal.,2008,2010; Ouyangetal.,2015; Lietal.,2017)。在中侏羅世晚期到早白堊世早期,古太平洋板塊對歐亞大陸俯沖作用存在間斷(Xuetal.,2013; Wangetal.,2019)和俯沖方向的改變(Maruyamaetal.,1997),而東北地區(qū)中-晚侏羅世到早白堊世早期存在區(qū)域不整合和沉積間斷,因此蒙古-鄂霍茨克洋的閉合以及陸-陸碰撞解釋該時期區(qū)域性擠壓作用和巖漿活動更為合適(Metelkinetal.,2010; Xuetal.,2013; Yangetal.,2015; 于太極,2023)。

綜上所述,本文認(rèn)為蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系的影響范圍到達(dá)了松遼盆地西緣突泉地區(qū),研究區(qū)晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖的巖漿活動是蒙古-鄂霍茨克洋洋殼俯沖到陸-陸碰撞的地質(zhì)響應(yīng),松遼盆地西緣及鄰區(qū)在欽莫利階(156±1Ma～155±1Ma)處于蒙古-鄂霍茨克洋閉合到陸-陸碰撞轉(zhuǎn)換時期,156±1Ma時蒙古-鄂霍茨克洋南向俯沖,引發(fā)流紋巖巖漿活動;155±1Ma時西伯利亞板塊與額爾古納-興安-松遼地塊發(fā)生陸-陸碰撞,加厚下地殼部分熔融形成英云閃長玢巖巖漿(圖9)。

圖9 蒙古-鄂霍茨克洋晚侏羅世地球動力學(xué)演化示意圖

5 結(jié)論

(1)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果顯示松遼盆地西緣突泉地區(qū)流紋巖結(jié)晶年齡為156±1Ma,英云閃長玢巖結(jié)晶年齡為155±1Ma,表明其形成于晚侏羅世。

(2)晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖具有過鋁質(zhì)S型花崗巖特征,其巖漿源區(qū)為加厚陸殼物質(zhì)的部分熔融。

(3)蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系的影響范圍到達(dá)了松遼盆地西緣突泉地區(qū),研究區(qū)晚侏羅世流紋巖和英云閃長玢巖的形成與蒙古-鄂霍茨克洋洋殼俯沖和陸-陸碰撞有關(guān),松遼盆地西緣及鄰區(qū)在欽莫利階(156±1Ma～155±1Ma)處于蒙古-鄂霍茨克洋閉合到陸-陸碰撞轉(zhuǎn)換階段。

致謝感謝吉林大學(xué)“火山巖儲層及其油氣藏地質(zhì)-地球物理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”在野外工作和鋯石U-Pb測年分析中給予的大力幫助。感謝兩位評審專家、責(zé)編和主編提出的寶貴意見!這些意見對提高論文質(zhì)量起到了重要作用!