2023, Vol. 32
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东北地区位于中亚造山带东段，自西向东依次划分为额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块（松辽地块）、佳木斯地块. 该区构造演化历史复杂，古生代—早中生代经历了古亚洲洋构造体系演化[1-6]，中生代又经历了古太平洋和蒙古－鄂霍克次洋的叠加改造[7-13]. 近年来，对东北地区花岗质岩石和火山岩的年代学与地球化学的研究，主要集中在对古亚洲洋构造体系与古太平洋构造体系影响的研究方向[14-16]，相比之下，对蒙古－鄂霍次克构造体系演化及影响范围讨论相对较少.
2016年，中国地质调查局开展“北方新区、新层系油气资源调查”项目研究，以松辽盆地北部及外围深层系石炭—二叠系为主要方向，针对石炭—二叠纪沉积盆地的性质、地层展布特征、地层变质程度、中生代以来岩浆活动、构造运动改造过程等问题，开展了油气基础地质调查工作.
笔者通过对大兴安岭中北段甘南地区的二云二长花岗岩进行年代学与地球化学研究，讨论二云二长花岗岩的形成时代、岩石成因及其形成的构造背景，以期为东北地区中生代构造演化的认识提供新的证据，同时为石炭—二叠纪沉积盆地经中生代改造和保存特征提供依据.
1 区域地质概况研究区行政区划位于黑龙江省齐齐哈尔市甘南县境内，大地构造位置处于松辽盆地西北部斜坡区. 区内主要出露有古生界寒武系和志留系、中生界白垩系、新生界第四系（图 1）. 研究区花岗岩分布广泛，大体呈NE向展布，侵入到寒武纪和志留纪地层当中，并被白垩系覆盖. 区内构造以NNE—NE向、NW向断裂为主. 前人根据岩体与地层之间的侵入关系和少量的锆石U－Pb及全岩K－Ar同位素年龄数据认为，研究区内的花岗质岩石除少量中生代（侏罗纪）花岗岩之外，主体属于晚古生代（主要是二叠纪）花岗岩体❶.
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图 1 研究区地质略图 Fig.1 Geological sketch map of the study area 1-新生界(Cenozoic); 2-白垩系(Cretaceous); 3-志留系(Silurian); 4-寒武系(Cambrian); 5-侏罗纪花岗岩(Jurassic granite); 6-二叠纪花岗岩(Permian granite); 7-石炭纪花岗岩(Carboniferous granite); 8-采样点(sampling site) |
❶黑龙江省地质调查研究总院.M51C004003(阿荣旗幅)1:250 000区域地质调查报告.2005.
本研究的二云二长花岗岩(ηγJ3)采样地点位于甘南县长吉岗乡北东2.5 km处, 地表为第四系.样品采集于中国地质调查局沈阳地质调查中心2018年实施的地质调查井"黑甘地1井"岩心(图 1).该井完钻井深905 m, 自上而下发育的地层: 0~57 m为第四系, 57~365.4 m为晚白垩世沉积地层, 365.4~905 m (未穿)为二云二长花岗岩.从过井大地电磁测深(MT)剖面(图 2)可以看出, 二云二长花岗岩体分布较大, 厚度在600~1 300 m, 侵位到石炭-二叠纪地层中.
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图 2 黑甘地1井电磁测深剖面 Fig.2 Magnetotelluric sounding profile of HGD-1 well |
岩石为浅肉红色中细粒二云二长花岗岩，中细粒花岗结构, 蠕虫结构, 块状构造(图 3a).矿物成分由斜长石、碱性长石、石英、白云母及黑云母组成.斜长石: 含量25%~45%, 粒径0.4~2.6 mm, 半自形宽板状, 聚片双晶较细密, 可见环带结构, 绢云母星点状分布, 部分中心绢云母化强烈; 碱性长石: 含量20%~35%, 粒径0.3~3.2 mm, 他形宽板状, 条纹结构; 石英: 含量25%~40%, 粒径0.1~2.0 mm, 他形粒状, 波状消光, 部分小粒石英为硅化作用, 石英和斜长石组成蠕虫结构; 白云母: 含量2%~5%, 粒径0.2~0.8 mm, 无色, 片状, 鲜艳的二级至三级干涉色; 黑云母: 含量3%~8%, 粒径0.2~1.0 mm黄褐色, 片状, 部分绿泥石化(图 3b).
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图 3 晚侏罗世二云二长花岗岩宏观和显微照片 Fig.3 Macroscopic and microscopic photographs of the Late Jurassic two-mica monzogranite |
将挑选好的晶形完好、透明度高、干净且无裂纹的锆石用环氧树脂固定, 待环氧树脂充分固化后抛光至锆石露出核部, 然后进行锆石的CL照相及LA-ICP-MS分析.锆石靶的制备过程与SHRIMP方法相似[17].锆石U-Pb测试的仪器为美国New Wave Research Inc.公司生产的激光剥蚀进样系统(UP 193SS)和美国Agilent科技有限公司生产的Agilent 7500a型四级杆等离子质谱仪联合构成的激光等离子质谱系统(LA-ICP-MS).实验用36 μm的激光束斑直径和10 Hz的激光频率, 激光取样过程采用5 s的预剥蚀时间、20 s的冲洗样品池时间以及40 s的剥蚀取样时间.实验采用人工合成硅酸盐玻璃NIST610作为外标[18]、Si作为内标进行元素校正, 采用标准锆石91500作为外标进行U-Pb同位素分馏效应的校正计算, 澳大利亚锆石标样TEM[19]和QH[20]作为监控盲样来监视测试过程中的稳定性和数据质量.数据处理采用澳大利亚Glitter软件(ver.4.4, Macquarie University)完成, 普通铅校正方法同Andersen[21].
3 分析测试结果 3.1 同位素年龄本研究对甘南地区黑甘地1井388.5 m花岗岩样品(HG388.5TWS)进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析, 点测25个.阴极发光图(图 4)上可见, 样品锆石多为自形, 大多锆石具有岩浆结晶锆石的晶体形态, 多为长柱状, 少数呈短柱状, 粒径主要集中在90~200 μm之间, 长宽比大多为2:1, 具有清晰的岩浆震荡环带, 少部分锆石有不同程度破碎, Th/U介于0.09~1.29间, 平均为0.51.以上特征表明样品锆石为岩浆成因锆石.
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图 4 花岗岩阴极发光图像和年龄 Fig.4 CL images and ages of the selected zircons from granite samples |
锆石样品测试结果(表1, 扫描首页OSID二维码可见)显示, 3个测试点数据(15点、17点和23点)偏离谐和线, 其余22个点数据均在谐和线上及其附近, 其中15个分析点206Pb/238U加权平均年龄为161.4±1.2 Ma (MSWD=2.8, n=15)(图 5), 另一组206Pb/238U加权平均年龄为210.0±2.5 Ma (MSWD=3.3, n=7), 应为继承锆石年龄.结合上述分析可知, 161.4±1.2 Ma代表了岩体的形成年龄, 该岩体为晚侏罗世早期侵入岩.
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图 5 锆石U－Pb谐和图及加权平均年龄图 Fig.5 Zircon U－Pb concordia diagram and weighted mean age |
二云二长花岗岩样品的主量元素、微量元素和稀土元素测定由中国地质调查局沈阳地质调查中心实验测试中心完成.其中, 主量元素采用X射线荧光光谱仪测定, 相对标准偏差为2%~5%;微量及稀土元素均采用电感耦合等离子体质谱仪测定, 相对标准偏差小于10%.经镜下观察, 剔除风化、蚀变样品, 选取了15个样品进行了主量、稀土、微量元素的测试.样品的分析测试是在等离子体质谱仪ICP-MS (X Series Ⅱ)上完成的, 测试结果的相对标准偏差小于5%.
3.2.1 主量元素二云二长花岗岩的主要元素分析结果（表2，扫描首页OSID二维码可见）显示，SiO2含量介于69.81%~74.30%之间，岩石酸性程度较高，Al2O3含量介于13.50%~16.80%，K2O为2.43%~4.45%，CaO为0.88%~2.13%，MgO为0.04%~0.32%，Fe2O3为0.26%~0.6%，K2O/Na2O值为0.41~1.11，Na2O+K2O＝8.11%~8.81%，铝饱和指数A/CNK为1.01~1.07（＜1.1），MgO含量为0.04%~0.32%，TiO2为0.09%~0.25%. 在侵入岩TAS图解（图 6a）上，二云二长花岗岩样品全部落入花岗岩区域，与岩相学观察特征一致. 在SiO2－K2O图解（图 6b）上，二云二长花岗岩样品点多数落入高钾性区，部分点落入高钾钙碱性区. 在铝饱和指数图解（图 6c）上，样品落入准铝－弱过铝质花岗岩区. 在K2O－Na2O图解（图 6d）上落入I型花岗岩区.
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图 6 晚侏罗世二云二长花岗岩岩石类型系列图解(据文献[6, 22-23]) Fig.6 Classification discrimination diagrams of the Late Jurrasic two-mica monzogranite(After References[6, 22-23]) |
二云二长花岗岩的稀土元素总量（ΣREE）为54.53×10－6~131.02×10－6，轻稀土元素（LREE）变化范围为49.05×10－6~124.20×10－6，重稀土元素（HREE）变化范围为5.49×10－6~12.01×10－6（表3，扫描首页OSID二维码可见），显示轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的特点；LREE/HREE值为6.04~18.75；（La/Yb）N ＝5.82~27.69，变化范围较小. 轻稀土元素配分曲线相对较陡，而重稀土元素配分曲线近水平分布. 主体具有弱的Eu负异常，个别具有Eu正异常（δEu ＝0.70~1.13，平均0.92）. 表明轻、重稀土元素分馏较明显，而重稀土元素分馏不明显. 二云二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线呈右倾型（图 7）.
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图 7 二云二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解 Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of two-mica monzogranite |
二云二长花岗岩微量元素蛛网图（图 8）上，富集大离子亲石元素Rb、Ba、K和高场强元素Hf，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素（表4，扫描首页OSID二维码可见），显示壳源岩浆的典型特征[24].
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图 8 二云二长花岗岩微量元素蛛网图 Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams of two-mica monzogranite |
研究区侵入岩较发育，位于大兴安岭构造岩浆带的中北段，分布在研究区西部和西北部. 岩石类型复杂，从基性到酸性岩均有出露，以中深成的花岗岩为主. 前人根据岩体与地层之间的侵入关系和少量的锆石U－Pb及全岩K－Ar同位素年龄数据认为，研究区内的花岗质岩石除少量中生代（早侏罗世）花岗岩之外，主体属于晚古生代（主要是二叠纪）花岗岩体❶. 黑甘地1井位于研究区南部，地表为第四系，构造位置属于松辽盆地西北部斜坡区. 通过黑甘地1井二云二长花岗岩的锆石CL图像（图 4）可以看出锆石具有典型的岩浆振荡生长环带，结合其较高的Th/U比值（0.09~1.29），说明它们均是岩浆结晶作用的产物，所测定的年龄应代表了岩体的形成时代. 锆石U－Pb定年结果显示，研究区黑甘地1井钻遇二云二长花岗岩的形成时代为161.4±1.2 Ma，为晚侏罗世早期. 该年龄与大兴安岭中段东福二长岩[22]、大兴安岭北段伊勒呼里山二长花岗岩[25]的形成时代一致，指示研究区晚侏罗世早期岩浆事件的存在.
❶黑龙江省地质调查研究总院.M51C004003(阿荣旗幅)1:250 000区域地质调查报告.2005.
二云二长花岗岩具有高硅、富铝、富碱、低磷、低钛的特征，铝饱和指数A/CNK值为1.01~1.07，小于1.1，在A/CNK－A/NK图解（图 6c）中位于准铝质－弱过铝质区域；在稀土元素配分模式图（图 7）上，呈现轻、重稀土元素的显著分异、微弱的Eu负异常到正异常的特征，稀土元素配分曲线呈右倾型. K2O/Na2O值为0.41~1.11，平均值为0.76，相对富钾. 结合矿物特征和SiO2－K2O图解，显示高钾钙碱性系列花岗岩的特点，成因类型属于I型花岗岩. 高钾钙碱性I型花岗岩的岩浆来源主要为下地壳岩石的部分熔融[26-27]. 二云二长花岗岩以富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，具有微弱的Eu负异常到正异常，明显不同于幔源岩浆演化所形成的强烈负Eu异常的酸性岩石，显示岩浆为地壳来源或遭受过地壳物质的混染，表明其原始岩浆起源于加厚陆壳物质的部分熔融. 在埃达克Sr/Y－Y判别图解（图 9）上，二云二长花岗岩大部分落在埃达克型安山岩和英安岩区. 前人研究认为埃达克岩形成于高压背景[23, 28-29]，综合认为甘南地区二云二长花岗岩的原始岩浆起源于新增生的加厚陆壳物质的部分熔融.
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图 9 二长花岗岩Sr-Yb分类图(据文献[6, 23]) Fig.9 The Sr-Yb classification diagram of monzogranite(After References[6, 23]) |
前人研究认为环太平洋构造体系中生代对东北亚大陆俯冲影响距离可能不会超过长春—沈阳一线[30-34]，影响的范围主要在松辽盆地及以东地区，并且认为中侏罗世晚期—早白垩世早期为古太平洋板块俯冲的间歇期，没有对欧亚大陆进行俯冲[7]，在该时期内整个中国东部受古太平洋板块的影响有限. 而蒙古－鄂霍次克构造体系影响的空间范围主要在松辽盆地以西以及华北地块北缘[8, 35-36]. 结合成岩分析，二云二长花岗岩的原始岩浆起源于新增生的加厚陆壳物质的部分熔融，表明二云二长花岗岩是加厚陆壳物质部分熔融的产物，指示该区二云二长花岗岩产出于陆壳加厚或陆－陆碰撞环境，与R1－R2图解（图 10）揭示的样品大部分位于同碰撞期花岗岩成因区吻合. 位于大兴安岭北段大索尔珠沟地区的谢尼奇山岩体（161 Ma）、伊勒呼里山岩体（158 Ma）及大兴安岭中段东福岩体（161 Ma），均形成于陆壳加厚的背景，与蒙古－鄂霍次克洋的闭合有关[22, 25, 37].
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图 10 二云二长花岗岩R1-R2图解(据文献[6, 22, 25]) Fig.10 The R1-R2 diagram of two-mica monzogranite(After References[6, 22, 25]) |
综上所述，二云二长花岗岩的形成与蒙古－鄂霍次克洋闭合过程中的陆－陆碰撞环境有关，岩石的形成时代（161 Ma）限定了大兴安岭中北段齐齐哈尔甘南地区的闭合时代为晚侏罗世早期.
5 结论（1）产于大兴安岭甘南地区的二云二长花岗岩的锆石U－Pb定年结果显示其形成于晚侏罗世早期（161 Ma）.
（2）岩石学和地球化学特征表明，二云二长花岗岩属准铝－弱过铝质高钾钙碱性系列岩石，富集大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，显示微弱的Eu负异常到正异常，轻、重稀土元素分异显著，富集轻稀土元素. 原始岩浆起源于新增生的加厚陆壳物质的部分熔融，显示I型花岗岩的特征，为同碰撞期陆壳加厚过程的产物.
（3）二云二长花岗岩的形成应与蒙古－鄂霍次克洋闭合过程中的陆－陆碰撞环境有关，限定了蒙古－鄂霍次克洋在大兴安岭中北段甘南地区的闭合时代为晚侏罗世早期.
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