2019, Vol. 28
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大兴安岭地区位于兴蒙造山带东段，主要由额尔古纳、兴安地块以及松嫩地块西部组成，关于这些微地块的拼贴和演化过程的探讨一直是兴蒙造山带研究的热点问题.其中，兴安地块与松嫩地块沿贺根山-嫩江-黑河缝合带发生碰撞-拼贴，但目前关于二者的拼合时间仍然存在较大争议，主要集中于两种观点；一种认为晚古生代拼合[1-4]，另一种认为早中生代拼合[5-7].由于兴安地块与松嫩地块之间的拼贴与古亚洲洋演化密切相关，因此，选择合理的地段开展岩浆岩、年代学与构造研究尤为关键.大兴安岭北段扎兰屯地区巴升河岩体位于兴安地块与松嫩地块之间贺根山-嫩江-黑河缝合带，通过对该岩体开展LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和地球化学研究，不仅能够厘定大兴安岭北段晚古生代花岗质岩石的形成时代与成因，同时结合前人相关资料还能为探讨兴蒙造山带东段的构造演化历史提供重要制约.
1 区域地质背景及样品特征大地构造位置上，大兴安岭北段扎兰屯地区位于兴安地块和松嫩地块之间贺根山-嫩江-黑河缝合带（图 1A）.巴升河岩体分布于扎兰屯北一支沟林场、梁河以北碎石沟、荒草沟一带，平面上呈条带状及不规则面状，北东向展布，面积约为100 km2（图 1B）.
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图 1 扎兰屯巴升河岩体大地构造位置示意图及地质简图 Fig.1 Geotectonic location and geological sketch maps of Bashenghe pluton in Zhalantun area Qhal-全新统冲积（Holocene alluvium）；Qhalp-全新统冲洪积（Holocene alluvium-proluvium）；Qp3d-上更新统大黑沟组（Upper Pleistocene Daheigou fm.）；K1b-下白垩统白音高老组（Lower Cretaceous Baiyingaolao fm.）；J3m-上侏罗统满克头鄂博组（Upper Jurassic Manketouebo fm.）；J2tc-中侏罗统土城子组（Middle Jurassic Tuchengzi fm.）；J2t-中侏罗统塔木兰沟组（Middle Jurassic Tamulangou fm.）；P3l-上二叠统林西组（Upper Permian Linxi fm.）；O2-3lh-中上奥陶统裸河组（Middle-Upper Ordovician Luohe fm.）；O2d-中奥陶统多宝山组（Middle Ordovician Duobaoshan fm.）；χργP1-早二叠世碱长花岗岩（Early Permian alkali-feldspar granite）；γπ-花岗斑岩脉（granite porphyry dyke）；δ-闪长岩脉（diorite dyke）；F1-牡丹江断裂（Mudanjiang fault）；F2-敦化-密山断裂（Dunhua-Mishan fault）；F3-伊通-依兰断裂（Yitong-Yilan fault）；F4-索伦克尔-西拉木伦河断裂（Suolunkeer-Xar Moron River fault）；F5-贺根山-黑河断裂（Hegenshan-Heihe fault）；F6-塔源-喜桂图旗断裂（Tayuan-Xiguitu fault）；F7-蒙古-鄂霍次克带（Mongolia-Okhotsk belt） |
研究区内出露的古生界地层分别为：奥陶系多宝山组（O2d），为一套蚀变中酸性的火山岩夹少量碎屑岩的组合；奥陶系裸河组（O2-3lh），为一套细碎屑岩建造，岩石组合主要为变质粉砂岩、变质细砂岩及粉砂质板岩等；泥盆系大民山组（D3d）其下部为以砂砾岩、凝灰质含砾粗砂岩及变质粉砂岩及泥岩为主，夹多层结晶灰岩透镜体及少量变流纹岩的组合；二叠系林西组（P3l），其下部主要为一套泥岩、粉砂岩、细砂岩等细碎屑岩组合，上部为粗砂岩、砂砾岩等粗碎屑岩组合.
出露的中生界地层分别为：中侏罗统土城子组、塔木兰沟组（下段和上段），上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组，下白垩统白音高老组.
巴升河岩体岩性为中细粒（似斑状）碱长花岗岩（χργP1），新鲜面呈浅肉红色，中细粒结构，块状构造.主要由钾长石（条纹长石）（55%~60%）及石英（35%~40%），黑云母（5%±）构成.钾长石（条纹长石）：呈半自形板状，他形粒状，粒径1.5~3.7 mm.主晶为正长石，（-）αv，光轴角中等.客晶条纹细条带状，与主晶大体平行相间分布，界线较清楚，比较均匀.由颗粒边部向中心同一方向延伸，变细，条纹长短相近，形态较规则.条纹大小（厚度）0.02~0.07 mm，属显微条纹.部分条纹见有清晰的聚片双晶.条纹（客晶）光性，（-）αv，光轴中等偏大，属更长石.此种条纹长石应属正长条纹长石，属析离（分解）成因.约占条纹长石的1/2弱些.石英：不规则粒状，碎裂发育，波状消光，粒径0.5~2 mm.黑云母：绿色纤维片状，解理扭曲碎裂.含少量绿帘石，粒状铁矿物.岩石遭受不同程度应力作用，其中含少量粒状铁矿物，沿网裂有铁质充填.
2 锆石U-Pb定年 2.1 样品制备及测试样品的破碎和锆石的挑选工作由河北省区域地质调查大队地质实验室完成.镀碳后进行阴极发光扫描电镜显微照相（CL）.锆石的阴极发光（CL）图像（图 2）在中国地质科学院国家地质实验测试中心电子探针实验室完成.
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图 2 巴升河岩体部分锆石阴极发光图像 Fig.2 CL images of zircons in Bashenghe pluton |
锆石激光剥蚀等离子体质谱（LA-ICP-MS）U-Pb同位素分析在中国地质科学院国家地质实验测试中心的MC-LA-ICPMS上进行.采用193 nm激光剥蚀系统与新型高精度ICP-MS联机的原位分析测试.激光束斑的大小分为36 μm.该仪器以Ar做剥蚀物质的载气.年龄计算时以标准锆石91500为外标进行同位素比值校正，标准锆石TEM为监控盲样.元素计算时实验用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610为外标，Si为内标计算，NIST612和NIST614为监控盲样. U-Pb分析普通铅校正采用Anderson [8]的方法，其年龄计算采用国际标准程序ISOPLOT3.0计算.实验过程参见文献[9-10].
2.2 定年结果巴升河岩体测年样品岩石类型为碱长花岗岩，样品号为PM17RZ12.该样品取点位置为：北纬47°48′42″，东经121°18′55″.该样品的锆石多数晶型好，多为短柱状（长宽比多为2: 1），具有清晰的内部结构，岩浆振荡型环带发育，锆石发育有核边结构和生长环带（图 2），个别锆石具核幔结构、蜕变边，锆石的Th/U比值比较高，分布在0.55~1.61之间，这些特征指示锆石为典型的岩浆锆石.
对该样品30个锆石颗粒进行了LA-ICP-MS U-Pb定年测定，测试结果见表 1.所得数据部分点偏离了谐和曲线.其中，8个颗粒的206Pb/238U年龄分别为612.6、529.5、428.1、389.5、377.4、358、321.1和317.7 Ma，为捕获早期的锆石年龄，而成群分布的22个颗粒206Pb/238U加权平均年龄为297.8±3.6 Ma（n=22），MSDW=6.2（图 3），代表了巴升河岩体岩浆侵位结晶年龄.
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表 1 巴升河碱长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of alkali-feldspar granite samples from Bashenghe pluton |
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图 3 巴升河岩体碱长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.3 U-Pb concordia diagram for zircons in the alkali-feldspar granites from Bashenghe pluton |
主量、微量元素均在国土资源部东北矿产资源监督检测中心分析完成.主量元素用X射线荧光光谱（XRF）方法完成（其中FeO分析采用的是重铬酸钾容量法），精度为1%~5%；微量元素用ICP质谱方法分析完成，精度一般优于10%.
3.2 分析结果巴升河岩体中碱长花岗岩的主量、微量元素测试结果见表 2.巴升河岩体的SiO2含量为70.11%~73.76%，平均值为71.99%.全碱含量比较高，其中K2O含量为5.37%~5.56%，Na2O含量为3.49%~5.48%.在SiO2-K2O图解（图 4a）中，碱长花岗岩样品均落于钾玄岩系列范围内，反映出明显的富K特征.同时，巴升河岩体中碱长花岗岩4个样品的山德指数（A/CNK）为1.01~1.07，属于弱过铝质（图 4b）.综上认为：巴升河岩体表现出铝弱过饱和、富碱、高钾特征.
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表 2 巴升河碱长花岗岩岩体主量元素和微量元素成分 Table 2 Major and trace elements compositions in the Bashenghe alkali-feldspar granite pluton |
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图 4 巴升河岩体的SiO2-K2O图解及ANK-ACNK图解 Fig.4 The SiO2-K2O and ANK-ACNK diagrams of Bashenghe pluton |
4件巴升河岩体中碱长花岗岩样品的稀土元素（∑REE）总量为124.64×10-6~187.74×10-6，平均值为151.42，ΣLREE/ΣHREE比值和（La/Yb）N比值分别为5.72~7.54和3.90~5.24.在稀土元素球粒陨石标准化图中（图 5），样品表现出明显的LREE富集趋势，同时δEu平均值为0.3，具有明显的负δEu异常，暗示在岩浆演化过程中可能发生明显的斜长石分离结晶作用，或源区存在斜长石残留.在微量元素原始地幔标准化图解中（图 5），碱长花岗岩样品还表现出富集大离子亲石元素和亏损高场强元素（如Nb、Ta、P、Ti等）特征.碱长花岗岩样品中明显的Sr负异常，也暗示存在斜长石分离结晶作用，或源区存在斜长石残留.
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图 5 巴升河岩体稀土元素球粒陨石标准化及微量元素原始地幔标准化图解 Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spidergram of Bashenghe pluton |
大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩的全岩地球化学特征显示，这些样品总体上富Si、Al，总碱量（Na2O+K2O=8.86%~11.04%，质量分数）高；同时，样品具有高稀土元素含量，明显Eu负异常，并且富集大离子亲石元素和亏损高场强元素.山德指数A/CNK值为1.01~1.07，平均1.05，为弱过铝质岩石；在花岗岩成因系列Na2O-K2O图解中，投影点全部落于A型花岗岩区域内（图 6）.结合前人对该区域上岩体的研究[12-14]，认为巴升河岩体为A型花岗岩.
4.2 巴升河岩体构造环境探讨
大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩在R1-R2构造环境判别图解（图 7）中，样品落入非造山区A型花岗岩和造山期后A型花岗岩内.
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图 7 R1-R2构造环境判别图解 Fig.7 The R1-R2 tectonic environment discrimination diagram ①-地幔斜长花岗岩（mantle-derived plagiogranite）；②-破坏性活动板块边缘（板块碰撞前）花岗岩（destructive active plate margin/ pre-plate collision granite）；③-板块碰撞后隆起期花岗岩（post-plate collision uplift granite）；④-造山晚期花岗岩（late-orogenic granite）；⑤-非造山期A型花岗岩（anorogenic A-type granite）；⑥-同碰撞花岗岩（syn-collision granite）；⑦-造山期后A型花岗岩（post-orogenic A-type granite） |
Miniar（1999）依据化学成分的差异对造山花岗岩的构造环境做出了详细的总结（表 3），经过对比发现，巴升河岩体中碱长花岗岩样品的构造环境应与后造山花岗岩（POG）更为接近（表 3）.在晚石炭世至中二叠世期间，研究区总体为造山后伸展环境，表现为北陆南海[15]，区域上大兴安岭海西晚期花岗岩体形成于晚造山和造山期后的伸展环境[16].大兴安岭晚古生代A型花岗岩属于高温花岗岩，高热的产生与造山后伸展构造背景导致的软流圈上涌/幔源岩浆的底侵作用有关[1-2, 17].因此，作者认为：大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩的形成与造山后伸展背景环境有关.
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表 3 Maniar花岗岩类构造环境化学参数对比表 Table 3 Comparison of tectonic environment chemical parameters between different granitoids by Maniar |
目前，关于兴安地块与松嫩地块的拼合时间仍然存在较大争议，主要集中于两种观点：一种观点，通过在板块缝合带附近的A型花岗岩确定其拼合时间为晚古生代（292~260 Ma）[1-4]；另一种观点，认为早中生代拼合[5-7].
陈斌[18]通过对苏尼特左旗弧花岗岩和碰撞花岗岩的研究认为兴安地块与松嫩地块的拼合发生在310~230 Ma.
余和中[19]认为额尔古纳-兴安联合地块与松嫩地块于晚泥盆世至早石炭世完成拼接，二叠纪时期该区的构造演化已发展到一个新的演化阶段；赵芝[20]认为早中二叠世A2型花岗岩的出现，标志着大兴安岭北部进入造山后伸展阶段.本文认为，扎兰屯北部巴升河碱长花岗岩为A型花岗岩，它的出现标志着兴安地块与松嫩地块拼合完成进入后造山伸展阶段.锆石U-Pb年代学研究显示巴升河岩体的形成时间为298.1±4.2 Ma.结合前人研究，兴安地块与松嫩地块至少在298.1 Ma年之前完成碰撞拼贴.
5 结论通过对大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩开展锆石U-Pb年代学及地球化学研究，得出以下结论：
（1）大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩形成于298.1±4.2 Ma.
（2）大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩富Si、高K、富碱，为钾玄岩系列；稀土元素含量较高，Eu亏损呈现明显负异常，大离子亲石元素Rb、Th含量比较高；在花岗岩成因系列Na2O-K2O图解中，投影点全部落于A型花岗岩区域内；因此认为，巴升河碱长花岗岩为A型花岗岩.
（3）大兴安岭北段巴升河岩体中碱长花岗岩形成于造山后伸展构造背景.
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