大兴安岭加格达奇东北部花岗岩类形成时代、地球化学特征及成因

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尹志刚, 李海娜, 张海, 等. 大兴安岭加格达奇东北部花岗岩类形成时代、地球化学特征及成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(6): 1741-1755

Yin Zhigang, Li Haina, Zhang Hai, et al. Formation Age, Geochemical Characteristics and Genesis of Granites in Northeastern Jiagedaqi of Daxing'anling[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2018, 48(6): 1741-1755.

大兴安岭加格达奇东北部花岗岩类形成时代、地球化学特征及成因

尹志刚¹, 李海娜¹, 张海², 郝科¹, 庞学昌¹, 宫兆民¹, 李敏¹, 张圣听¹

1. 辽宁工程技术大学矿业学院, 辽宁阜新 123000;
2. 黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院, 黑龙江齐齐哈尔 161005

收稿日期: 2018-09-07

作者简介: 尹志刚(1962-), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事区域地质矿产调查方面的研究, E-mail:yzg63@163.com

基金项目: 中国地质调查局项目（1212011120671）

摘要: 研究区位于大兴安岭兴安地块的东北部。本文主要讨论了碱长花岗岩和花岗斑岩两种岩石类型，并对其成岩年代、地球化学特征、成因及构造环境进行了深入讨论。研究结果显示：具有高SiO₂、A1₂O₃、TFeO/MgO，贫MgO、TiO₂、P₂O₅等特征；A/NK-A/CNK和w（K₂O）-w（SiO₂）图解显示，样品主要为过铝质、高钾钙碱性岩石。并且（Na₂O+K₂O）/CaO-w（Zr+Nb+Ce+Y）、TFeO/MgO-w（Zr+Nb+Ce+Y）图解和锆石饱和温度都显示，研究区花岗岩类岩石具有高分异Ⅰ型花岗岩的特征。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年研究获得128~124 Ma的岩体侵位年龄，其形成的大地构造背景为蒙古-鄂霍茨克洋消亡之后，陆陆碰撞造山演化晚期地壳伸展背景，岩浆起源于壳内火成岩源岩的部分熔融。

关键词: 锆石U-Pb年代学岩石地球化学大地构造背景花岗岩类岩石大兴安岭

Formation Age, Geochemical Characteristics and Genesis of Granites in Northeastern Jiagedaqi of Daxing'anling

Yin Zhigang¹, Li Haina¹, Zhang Hai², Hao Ke¹, Pang Xuechang¹, Gong Zhaomin¹, Li Min¹, Zhang Shengting¹

1. College of Mining Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, Liaoning, China;
2. Qiqihar Branch, Heilongjiang Institute of Geological Survey, Qiqihar 161005, Heilongjiang, China

Supported by Project of China Geological Survey(1212011120671)

Abstract: The study area is located in the northeastern part of the Xing'an block in DaXing'anling. The main types of rocks focused on are alkali feldspar granite and granite porphyry, and their formation age, geochemical characteristics, genesis and tectonic setting were studied in depth. The results show that SiO₂ has a high mass fraction, with high A1₂O₃, TFeO/MgO, poor MgO, TiO₂, P₂O₅, etc.. A/NK-A/CNK and w(K₂O)-w(SiO₂) diagrams show that the samples are mainly of peraluminous, high potassium calc alkaline granites. All the (Na₂O+K₂O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y), TFeO/MgO-w(Zr+Nb+Ce+Y) and zircon saturation temperatures show that the rocks are of highly fractionated I-type granites. The emplacement age of the rock mass obtained from zircon LA-ICP-MS U-Pb dating is 128-124 Ma. It is concluded that the tectonic setting of the geotectonic background was the crustal extension in the late stage of continental collision orogeny after the extinction of the Mongolia-Okhotsk Ocean. The magma was originated from the partial melting of igneous source rocks.

Key words: zircon U-Pb chronology rock geochemistry tectonic setting granite rock Daxing'anling

0 引言

研究区位于兴蒙造山带的东段，兴安地块东北部，北临额尔古纳地块。其中，额尔古纳地块于早古生代起已经转为稳定^[1-2]，兴安地块于早古生代的中期沿塔源—喜桂图断裂增生、拼贴到额尔古纳地块之上^[3-5]。研究区古生代时期主要受西伯利亚板块与华北板块之间的古亚洲洋构造域控制，主要表现为东北微陆块拼贴碰撞的造山过程^[6]；中生代则主要受蒙古—鄂霍茨克洋板块俯冲作用的影响，经历了碰撞后伸展等构造演化过程。由于岩浆作用强烈，花岗岩分布广泛，使该区的大地构造背景和地质演化历史复杂，加格达奇地区是研究岩浆作用及其构造背景的良好场所。大兴安岭地区是我国最重要的多金属成矿带之一，分布着众多大型、超大型多金属矿床。因此，我们通过激光LA-ICP-MS技术对研究区碱长花岗岩和花岗斑岩进行了锆石U-Pb定年，并根据其地球化学特征，讨论了它的形成年代、岩石成因及其地质意义，以期对寻找矿产资源提供依据。

1 地质概况

研究区位于兴安地块东北部，兴蒙造山带东段阿里河—扎兰屯花岗岩带内。碱长花岗岩发育于研究区大黑山和图幅北部(图 1)，总体呈北东向零星展布；出露面积5.13 km²，占研究区总面积的0.38%；规模较小，由4个侵入体组成，呈不规则状小岩株状产出。花岗斑岩在研究区内零星分布，规模较小，出露面积11.63 km²，占研究区总面积的0.86%；由26个侵入体组成，呈不规则状小岩株状产出。变质岩系多被花岗岩吞噬呈残块出露，前人根据变质岩石组合和变质程度差异，将结晶岩系划分为兴华渡口群、落马湖群、新开岭群、风水沟河群(组)和扎兰屯群^[7-8]。区内岩浆活动主要发生在燕山期，受断裂控制。前人根据燕山期各岩体的同位素年龄及区域构造岩浆演化特征，将岩浆活动分为燕山早期和燕山中期2个侵入亚旋回^[7]。

图 1 研究区地质简图 Figure 1 Geological sketch map of the study area

图选项

2 岩石学特征

本次主要研究中细粒碱长花岗岩和花岗斑岩。

中细粒碱长花岗岩(图 2a)：岩石风化面和新鲜面均呈肉红色，中细粒花岗结构，块状构造。岩石由钾长石、斜长石、石英和黑云母组成。钾长石呈他形粒状，为条纹长石，条纹发育，条纹呈细纹状、斑点状，与其他矿物相嵌分布，粒径大小为0.6~2.6 mm，体积分数为63%；斜长石半自形板状、粒状，聚片双晶细密，部分环带发育，为更长石、中长石，粒径0.5~1.8 mm，体积分数为7%；石英呈他形粒状，波状消光，粒径为0.3~2.2 mm，体积分数为28%；黑云母为铁镁质黑云母，片状，黄褐色，部分褪色，粒径为2.0 mm以下，体积分数为2%。主要副矿物有锆石、磷灰石、赤褐铁矿等。

a.碱长花岗岩；b.花岗斑岩。Qz.石英；Pl.斜长石；Kf.钾长石；Bi.黑云母。图 2 研究区花岗岩类岩石显微照片 Figure 2 Microphotographs of the granites in the study area

图选项

花岗斑岩(图 2b)：岩石新鲜面肉褐色、肉红色，斑状结构，基质文象结构。斑晶成分复杂，主要由钾长石、斜长石和石英组成，粒径为2.0~6.0 mm。钾长石呈半自形—他形板状，为条纹长石，交代斜长石形成，少量包裹斜长石，晶面不干净被黏土矿物轻微交代，体积分数约占8%；斜长石为更长石—中长石，呈半自形板状，聚片双晶较宽，见环带，边缘常被钾长石交代，体积分数约占7%；石英烟灰色，他形粒状，单晶产出，体积分数约占5%。基质主要由长石和石英组成，矿物粒径小于2.0 mm，长石和石英形成文象结构。长石多为钾长石，晶面不干净，多被黏土矿物轻微交代，见少量显微晶质黑云母，体积分数约占1%；石英灰色，他形粒状，体积分数约占23%。副矿物为锆石、磷灰石、黄铁矿等。

3 样品和分析方法

本文对两个岩石样品进行测试。挑选新鲜岩石样品经破碎分选出锆石，在双目镜下挑选透明、晶形较好的锆石置于玻璃板上，灌上环氧树脂制靶，固化后磨至一半并抛光，使锆石内部暴露，进行阴极发光照相(图 3)。详细实验测试过程可参见文献^[9]。锆石U-Pb同位素分析在天津地质矿产研究所LA-ICP-MS实验室完成。用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化，采用91500标准锆石外部校正法进行锆石原位U-Pb分析，采用的激光束斑直径为40 μm。

图 3 研究区花岗岩类岩石锆石阴极发光图像 Figure 3 Zirconcathodoluminscences(CL) images of the granities in the study area

图选项

主量、微量和稀土元素分析在中国科学院地质与地球物理研究所完成。其中：主量元素采用熔片法X-线荧光光谱法(XRF)测定，分析准确度和精度优于2%；微量元素和稀土元素是用Teflon熔样罐进行熔样，然后采用Finnigan MAT公司生产的双聚焦高分辨等离子体质谱仪ICP-MS进行测定，准确度和精度优于10%；Fe₂O₃、FeO采用容量法(VOL)测定。

4 形成时代

前人对兴蒙造山带东段阿里河—扎兰屯花岗岩带内碱长花岗岩做了大量研究表明：兴安地块北缘十二站碱长花岗岩结晶年龄为298 Ma^[10]；兴安地块南缘巴音乌拉地区碱长花岗岩结晶年龄为288~290 Ma，为早二叠世侵位形成^[11]；内蒙古科尔沁右翼中旗碱长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb加权平均年龄为(166±1) Ma^[12]。

本文对加格达奇东北部碱长花岗岩和花岗斑岩进行锆石U-Pb定年。碱长花岗岩样品(PM006TC64)采自大黑山岩体，所测锆石晶形较好，多为长柱状，自形到半自形，环带结构清晰，并且²³²Th/²³⁸U值为0.062 8~2.198 6，其中20个大于0.4，其余在0.4附近(除1个点为0.062 8)，具有岩浆锆石的成分特征(图 3a)。根据测试结果(表 1)，24个锆石测点均位于谐和线上或其附近(图 4a)，²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄为119~129 Ma，加权平均年龄为(124.19±0.80) Ma，MSWD=4.0，表明碱长花岗岩结晶年代为早白垩世。花岗斑岩样品(PM21LT36-1)采自四十里大甸子岩体，阴极发光图像显示锆石颗粒均呈自形晶，个别有残留的结晶核心和固相包体，具有清晰的岩浆型振荡环带结构(图 3b)，分析点²³²Th/²³⁸U为0.062 8~1.753 9，均大于0.4(除1个点为0.062 8)，表明其为岩浆结晶锆石。锆石年龄为127~131 Ma，测点全部位于谐和线上(图 4b)，加权平均年龄为(128.45±0.54) Ma，MSWD=14，表明岩浆侵位结晶时间为早白垩世。

图 4 研究区花岗岩类岩石锆石U-Pb年龄谐和图 Figure 4 Concordian U-Pb diagrams of the granites in the study area

图选项

表 1 研究区早白垩世花岗岩类锆石U-Pb定年数据 Table 1 Zircon U-Pb data of the Early Cretaceous granites in the study area

样品号 PM006TC64	w_B/(10^-6)		²³²Th/ ²³⁸U	同位素比值						年龄/Ma
样品号 PM006TC64	Pb	U	²³²Th/ ²³⁸U	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	1σ	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	1σ
1	21	1 124	0.310 2	0.019 4	0.000 2	0.136 0	0.006 6	0.050 9	0.002 5	124	1	129	6	235	111
2	24	1 081	1.461 0	0.019 6	0.000 2	0.142 3	0.003 9	0.052 7	0.001 4	125	1	135	4	316	62
3	40	2 038	0.526 4	0.019 5	0.000 2	0.142 1	0.003 1	0.052 8	0.001 1	125	1	135	3	321	49
4	19	922	1.203 5	0.019 9	0.000 2	0.134 8	0.005 2	0.049 2	0.001 8	127	1	128	5	158	88
5	34	1 719	0.786 7	0.019 4	0.000 2	0.151 8	0.003 8	0.056 6	0.001 4	124	1	143	4	476	55
6	82	4 212	0.294 2	0.019 6	0.000 2	0.148 9	0.003 0	0.055 0	0.001 1	125	1	141	3	411	45
7	72	3 629	0.315 4	0.018 6	0.000 2	0.136 4	0.002 3	0.053 1	0.000 9	119	1	130	2	334	37
8	37	1 692	1.489 1	0.019 4	0.000 2	0.146 0	0.003 4	0.054 5	0.001 2	124	1	138	3	393	50
9	8	392	0.826 3	0.019 4	0.000 2	0.147 3	0.008 9	0.055 0	0.003 2	124	1	140	8	414	132
10	12	610	0.894 0	0.019 3	0.000 2	0.131 9	0.005 4	0.049 7	0.001 9	123	1	126	5	180	90
11	9	400	1.138 7	0.019 7	0.000 3	0.132 6	0.012 8	0.048 8	0.004 7	126	2	126	12	140	227
12	3	119	0.727 7	0.019 8	0.000 4	0.134 1	0.016 9	0.049 1	0.006 5	127	2	128	16	150	311
13	20	940	0.824 1	0.019 1	0.000 2	0.130 1	0.005 7	0.049 4	0.002 1	122	1	124	5	168	98
14	17	829	0.562 8	0.019 3	0.000 2	0.130 9	0.004 2	0.049 2	0.001 6	123	1	125	4	155	74
15	23	971	1.186 8	0.019 7	0.000 2	0.136 9	0.003 9	0.050 4	0.001 4	126	1	130	4	214	66
16	57	2 008	2.000 2	0.019 7	0.000 2	0.132 5	0.003 2	0.048 9	0.001 2	126	1	126	3	141	56
17	12	583	0.746 5	0.019 7	0.000 2	0.133 7	0.003 9	0.049 2	0.001 3	126	1	127	4	155	62
18	7	301	0.777 0	0.020 2	0.000 3	0.132 6	0.013 6	0.047 6	0.004 9	129	2	126	13	82	242
19	9	471	0.062 8	0.020 0	0.000 2	0.146 3	0.006 1	0.053 1	0.002 2	127	1	139	6	335	93
20	52	2 136	1.553 4	0.019 1	0.000 2	0.131 2	0.003 6	0.049 7	0.001 3	122	1	125	3	181	62
21	130	4 991	2.014 6	0.019 5	0.000 2	0.135 7	0.002 4	0.050 4	0.000 9	125	1	129	2	215	41
22	36	1 640	1.161 4	0.019 1	0.000 2	0.132 4	0.004 5	0.050 4	0.001 6	122	1	126	4	212	73
23	68	3 440	1.045 4	0.018 9	0.000 2	0.133 1	0.002 3	0.051 0	0.000 9	121	1	127	2	240	39
24	56	1 773	2.198 6	0.019 2	0.000 2	0.133 9	0.002 4	0.050 5	0.000 9	123	1	128	2	216	39
样品号 PM21TC36-1	w_B/(10^-6)		²³²Th/ ²³⁸U	同位素比值						年龄/Ma
样品号 PM21TC36-1	Pb	U	²³²Th/ ²³⁸U	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	1σ	²⁰⁶Pb/ ²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²³⁵U	1σ	²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb	1σ
1	9	391	0.670 1	0.020 4	0.000 2	0.139 4	0.006 6	0.049 5	0.002 3	130	1	133	6	171	107
2	5	229	0.684 0	0.020 4	0.000 2	0.133 6	0.010 3	0.047 5	0.003 6	130	2	127	10	75	181
3	6	246	0.877 9	0.020 0	0.000 2	0.147 2	0.008 1	0.053 2	0.002 9	128	1	139	8	339	122
4	9	409	0.768 6	0.020 1	0.000 2	0.139 5	0.005 4	0.050 5	0.001 9	128	1	133	5	217	88
5	7	315	0.810 5	0.020 0	0.000 2	0.146 2	0.007 5	0.052 9	0.002 6	128	1	139	7	326	114
6	8	400	0.474 2	0.020 0	0.000 2	0.137 2	0.007 2	0.049 8	0.002 5	128	1	131	7	186	116
7	7	322	0.959 6	0.020 0	0.000 2	0.145 2	0.008 5	0.052 5	0.002 9	128	1	138	8	309	124
8	6	260	0.664 4	0.020 3	0.000 2	0.132 5	0.007 1	0.047 4	0.002 4	130	1	126	7	67	123
9	5	218	0.783 0	0.020 5	0.000 2	0.135 2	0.014 6	0.047 9	0.005 2	131	1	129	14	93	258
10	7	305	0.753 6	0.020 0	0.000 2	0.144 5	0.006 1	0.052 4	0.002 1	128	1	137	6	303	90
11	5	204	0.659 9	0.020 3	0.000 2	0.134 7	0.011 3	0.048 1	0.004 0	130	2	128	11	102	197
12	5	209	0.857 7	0.020 4	0.000 2	0.147 8	0.010 6	0.052 4	0.003 6	130	1	140	10	305	158
13	13	343	1.188 4	0.025 7	0.000 3	0.816 9	0.018 1	0.230 6	0.004 3	164	2	606	13	3 056	30
14	9	357	1.226 0	0.020 2	0.000 3	0.136 9	0.006 1	0.049 2	0.002 2	129	2	130	6	157	105
15	5	218	0.810 2	0.020 1	0.000 2	0.139 1	0.008 7	0.050 2	0.003 1	128	1	132	8	203	142
16	12	448	1.374 0	0.020 4	0.000 2	0.149 3	0.005 3	0.053 1	0.001 8	130	1	141	5	333	78
17	7	256	1.348 5	0.019 9	0.000 3	0.141 9	0.010 5	0.051 6	0.003 4	127	2	135	10	268	150
18	8	334	0.695 6	0.020 0	0.000 2	0.135 4	0.006 7	0.049 0	0.002 2	128	1	129	6	148	107
19	7	380	0.062 8	0.020 0	0.000 2	0.138 8	0.006 8	0.050 4	0.002 3	128	1	132	6	213	104
20	6	275	0.825 5	0.020 0	0.000 2	0.138 6	0.006 6	0.050 3	0.002 4	127	1	132	6	211	109
21	8	331	1.108 8	0.019 9	0.000 2	0.139 4	0.007 7	0.050 7	0.002 5	127	1	132	7	229	113
22	9	366	1.057 0	0.019 9	0.000 2	0.143 9	0.007 2	0.052 4	0.002 4	127	1	137	7	302	103
23	24	904	1.753 9	0.020 0	0.000 2	0.142 4	0.005 4	0.051 6	0.001 9	128	1	135	5	267	85
24	3	142	0.661 9	0.019 9	0.000 3	0.135 9	0.010 0	0.049 5	0.003 5	127	2	129	10	170	165
25	5	231	0.653 6	0.020 0	0.000 3	0.147 4	0.008 9	0.053 5	0.003 1	128	2	140	8	351	129

表选项

5 地球化学特征 5.1 主量元素

利用岩石的主量元素在w(K₂O+Na₂O)-w(SiO₂)图解(图 5)上投影可知，碱长花岗岩和花岗斑岩都落入亚碱性花岗岩区域内，说明碱长花岗岩和花岗斑岩为同一期岩浆产物，花岗斑岩为碱长花岗岩的浅部表现。从主量元素分析数据(表 2)来看，碱长花岗岩样品的w(SiO₂)为74.81%~76.22%，w(TiO₂)为0.10%~0.17%，w(MgO)为0.11%~0.33%，w(P₂O₅)为0.02%~0.05%，w(Na₂O+K₂O)为8.40%~8.93%，Na₂O/K₂O值为0.84~1.17，A/CNK值为1.06~1.09，岩石固结指数(I_S)为1.08~3.34，相对偏低；分异指数(I_D)为94.24~96.24，里特曼指数(σ)为2.12~2.51。花岗斑岩样品的w(SiO₂)为74.12%~75.84%；w(TiO₂)为0.15%~0.21%和w(P₂O₅)为0.04%~0.05%，二者比碱长花岗岩稍高；w(MgO)为0.14%~0.20%；全碱w(Na₂O+K₂O)为8.66%~8.91%，较高；Na₂O/K₂O值为0.87~1.08，A/CNK值为0.99~1.07；I_S为1.22~1.82，I_D为93.57~96.17，相对偏高，σ为2.36~2.55。

1.橄榄辉长岩；2a.碱性辉长岩；2b.亚碱性辉长岩；3.辉长闪长岩；4.闪长岩；5.花岗闪长岩；6.花岗岩；7.硅英岩；8.二长辉长岩；9.二长闪长岩；10.二长岩；11.石英二长岩；12.正长岩；13.副长石辉长岩；14.副长石二长闪长岩；15.副长石二长正长岩；16.副长正长岩；17.副长深成岩；18.霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩。图 5 研究区花岗岩类岩石(TAS)图解 Figure 5 TAS diagram of granites in the study area

图选项

表 2 研究区早白垩世花岗岩类样品主量元素与微量元素分析结果 Table 2 Analysis results of the Early Cretaceous granites main elements and trace elements in the study area

样号	岩石名称	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	P₂O₅	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	烧失量	总和	I_D	I_S	σ	T_zr	A/CNK	A/NK	Ba	Nb	Rb	Sr	Zr	Th	Ta	Y	Ti	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	V	δEu	∑REE	(La/ Yb)N
PM006TC64	碱长花岗岩	75.06	0.17	13.28	0.78	0.68	0.04	0.27	0.49	4.24	4.22	0.56	99.84	94.24	2.65	2.23	775	1.07	1.15	307	14.1	138	82.8	133	11.4	1.58	11.4	1 018.89	22.5	52	6.42	23	4.09	0.39	3.25	0.5	2.69	0.53	1.43	0.3	2.02	0.29	4.49	10.7	0.32	130.77	7.49
PM006TC68	碱长花岗岩	76.22	0.14	12.82	0.86	0.28	0.03	0.33	0.32	3.84	4.56	0.45	99.89	95.22	3.34	2.12	824	1.09	1.15	242	13.5	163	47	223	10.3	2.24	10.2	839.09	13.6	36.9	7.15	12.6	1.91	0.29	1.87	0.32	2.07	0.42	1.33	0.3	1.96	0.3	3.35	8.34	0.46	91.21	4.7
PM006TC70	碱长花岗岩	75.67	0.12	13.3	0.81	0.34	0.03	0.2	0.25	4.35	4.34	0.45	99.9	95.91	1.99	2.31	796	1.08	1.12	202	18	139	58.7	165	5.88	2.31	12.6	719.22	20.2	48.5	5.64	19.8	3.82	0.39	3.11	0.5	2.87	0.55	1.45	0.32	2.03	0.29	3.76	5.29	0.33	122.1	6.71
PM006TC72	碱长花岗岩	75.8	0.11	13.14	0.68	0.45	0.03	0.28	0.33	4.32	4.31	0.4	99.88	95.54	2.79	2.27	705	1.06	1.11	170	15.3	138	36.9	55.2	5.25	1.58	12.1	659.28	16.7	41	4.72	16.5	3.16	0.25	2.71	0.47	2.67	0.53	1.43	0.31	1.92	0.29	3.67	6.86	0.25	104.75	5.87
PM006TC73	碱长花岗岩	75.76	0.1	13.45	0.64	0.14	0.02	0.19	0.27	4.36	4.4	0.55	99.9	96.24	1.95	2.34	711	1.08	1.13	177	17.9	170	35.6	58.1	3.19	1.69	13.9	599.35	16	39.6	4.64	16.5	3.4	0.26	2.97	0.51	3.09	0.62	1.66	0.35	2.22	0.32	3.99	4.1	0.24	106.05	5.87
PM006TC79	碱长花岗岩	74.83	0.14	13.77	0.79	0.23	0.03	0.23	0.39	4.54	4.24	0.64	99.87	95.24	2.29	2.42	667	1.08	1.14	269	16.2	143	62.1	32	3.43	2.57	13.7	839.09	21.5	48.3	5.74	20.1	3.68	0.42	3.14	0.51	3.09	0.6	1.62	0.36	2.22	0.32	4.46	7.45	0.37	125.16	4.87
D1353	碱长花岗岩	74.81	0.17	13.73	0.87	0.32	0.05	0.11	0.23	4.82	4.11	0.57	99.84	96.24	1.08	2.51	764	1.07	1.11	588	12.5	96.4	61.8	117	3.17	0.39	21.8	1 018.89	15.6	26	6.25	20.7	2.64	0.55	2.76	0.29	2.16	0.32	1.34	0.3	1.38	0.18	5.03	12.4	0.62	102.23	7.64
PM21LT36-1	花岗斑岩	75.84	0.21	12.36	1.01	0.88	0.04	0.2	0.21	4.15	4.76	0.12	99.82	96.17	1.82	2.42	772	0.99	1.03	480	11.7	107	85.4	137	2.97	0.76	8.42	1 258.63	15.3	69.7	3.94	13.7	2.54	0.4	2.05	0.24	1.74	0.34	0.98	0.2	1.46	0.2	4.68	10.5	0.52	121.21	0.19
PM004TC14	花岗斑岩	74.84	0.15	13.18	0.39	1.93	0.05	0.14	0.26	4.33	4.33	0.02	99.68	93.57	1.26	2.36	761	1.07	1.11	563	10.9	93.4	87	112	3.94	0.69	8.57	869.28	15	33.3	3.43	12.6	2.35	0.43	1.83	0.28	1.5	0.32	1.11	0.18	1.14	0.16	3.55	12.1	0.61	82.2	0.19
PM004TC18	花岗斑岩	74.12	0.16	13.51	0.54	1.89	0.05	0.14	0.29	4.62	4.29	0.04	99.69	93.59	1.22	2.59	767	1.06	1.1	622	10.3	87.6	75	125	4.53	0.58	9.5	935.22	13.2	31.5	3.03	11.8	2.21	0.36	1.77	0.27	1.65	0.36	1.17	0.2	1.19	0.19	3.71	13.2	0.54	78.4	0.19

注：主量元素质量分数单位为10^-2；微量元素质量分数单位为10^-6；T_zr单位为℃。

表选项

碱长花岗岩和花岗斑岩均属过铝质岩石(图 6a)；σ显示岩石为钙碱性；在w(K₂O)- w(SiO₂)图解(图 6b)中投点落入高钾钙碱性系列区。总体上看，该期花岗岩属铝过饱和、高钾钙碱性系列岩石。

图 6 研究区花岗岩类岩石的A/NK-A/CNK(a)和w(K₂O) -w(SiO₂)(b)图解 Figure 6 A/NK-A/CNK(a) and w(K₂O) -w(SiO₂)(b) diagram of granites in the study area

图选项

5.2 稀土和微量元素

碱长花岗岩样品稀土元素w(∑REE)为91.21×10^-6~130.77×10^-6，平均为111.75×10^-6，(La/Yb)_N为4.70~7.64，轻重稀土分馏程度中等，具明显的Eu负异常(δEu=0.24~0.62)，暗示岩浆演化过程中有斜长石从岩浆中结晶分离出来或在部分熔融作用过程中有斜长石残留在源区^[13]。花岗斑岩样品稀土元素总量相对于碱长花岗岩样品较低，为78.40×10^-6~121.21×10^-6，平均为93.94×10^-6，轻重稀土分馏程度中等，具弱Eu负异常(δEu=0.52~0.61)。

碱长花岗岩和花岗斑岩具有一致的微量和稀土元素地球化学特征。稀土配分模式为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型(图 7a)，在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7b)中富集Rb和K，相对富集高场强元素Th、Zr等，明显亏损大离子亲石元素Ba、Sr、P和Ti，可能与岩浆演化过程中斜长石和磷灰石的分离结晶作用有关^[14]。

图 7 研究区花岗岩类岩石的稀土元素球粒陨石标准化模式(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Figure 7 Rare earth element chondrite standardization model (a) and trace element original mantle standardization spider diagram of granites in the study area (b)

图选项

6 讨论 6.1 岩石成因

研究区碱长花岗岩和花岗斑岩属于高钾钙碱性系列，w(SiO₂)高，均在74.12%以上，岩体TFeO/MgO平均值为7.74，低w(CaO)(均低于0.49%)，w(Al₂O)₃为12.36%~13.77%，小于14.00%，全碱的质量分数为8.40%~8.93%，贫镁(w(MgO)为0.11%~0.33%)，低钛(w(TiO₂)为0.10%~0.21%)，亲铁元素V质量分数低(w(V)为(4.10%~13.20)×10^-6)，I_D值为93.57~96.24，反映岩体经历了高程度的分异演化作用。在(Na₂O+K₂O)/CaO- w(Zr+Nb+Ce+Y)图(图 8a)中，投影点落入A型和高分异花岗岩的交界部分；在TFeO/MgO-w(Zr+Nb+Ce+Y)图(图 8b)中，投影点大部分落入高分异花岗岩区域，因此其可能为高分异花岗岩。岩体的Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素质量分数均较典型A型花岗岩偏低^[15]，Nb/Ta值(除1个数值外，平均值为10.6)与分异花岗岩的相应值(2.3~9.9)^[16]十分接近，这些特征说明该岩体属于分异的花岗岩。高分异花岗岩大多含有较多的继承锆石，显示出较高的Hf质量分数，因此使全岩和锆石均具有较低的Zr/Hf值^[17-19]，而本文中Zr/Hf(除1个值为66.5外)平均值为24.8，相对较低。A型花岗岩和高分异花岗岩地球化学特征相似，很难区分，但是A型花岗岩最重要的特征之一就是高温，因此锆石饱和温度为二者的区分提供了可靠的证据。本文锆石饱和温度显示小于800 ℃，表征了岩浆结晶温度较低为高分异花岗岩。A型花岗岩由于强烈的结晶分异作用而落入高分异花岗岩区，因此高分异花岗岩可能是由A型花岗岩演化来的^[20]。本文岩体w(Al₂O₃)不高，从岩相学的角度分析，花岗岩不含有典型的S型花岗岩所含有的特征富铝矿物，如堇青石、石榴石和原生的白云母等，并且从w(Al₂O₃) -w(SiO₂)图(图 9a)可知，w(Al₂O₃)随w(SiO₂)增加呈降低趋势，显示I型花岗岩特征。高分异的S型花岗岩具有更低的w(Na₂O)(均值为0.14%)和更高的w(P₂O₅ )(均值为2.81%)^[12]，而本区碱长花岗岩和花岗斑岩较低的w(P₂O₅)(均小于0.05%)和较高的w(Na₂O)(均大于3.84%)明显区别于高分异的S型花岗岩^[21]；并且随着分异程度的增加，S型花岗岩的w(P₂O₅)会出现升高的趋势^[22-23]。而研究区碱长花岗岩和花岗斑岩w(P₂O₅)随w(SiO₂)增加明显降低(图 9b)，同时w(Y)-w(Rb)图(图 9c)也显示I型花岗岩特征。因此，研究区碱长花岗岩和花岗斑岩不能归入S型花岗岩，而为高分异的I型花岗岩。

FG.分异型I，S或M型花岗岩；OGT.未分异的I，S或M型花岗岩。图 8 研究区花岗岩类岩石(Na₂O+K₂O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)和TFeO/MgO-w(Zr+Nb+Ce+Y)图解 Figure 8 (Na₂O+K₂O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y) and TFeO/MgO-w(Zr+Nb+Ce+Y)diagram of granites in the study area

图选项

图 9 研究区花岗岩类岩石w(Al₂O₃)-w(SiO₂)、w(P₂O₅)-w(SiO₂)和w(Y)-w(Rb)图解 Figure 9 w(Al₂O₃)-w(SiO₂)、w(P₂O₅)-w(SiO₂) and w(Y)-w(Rb) diagram of granites in the study area

图选项

在岩浆演化过程中，Ba趋于富集在晶出的高温钾矿物和斜长石矿物中，因此随着岩浆向上侵入，在分异程度高的岩浆中Ba减少^[24]。花岗斑岩为碱长花岗岩的浅部表现，正常花岗斑岩Ba的质量分数应该比碱长花岗岩低，而本文花岗斑岩中Ba无异常，且花岗斑岩中有包体发现，说明岩浆可能发生同化混染作用。Miller等^[25]根据锆石饱和温度，提出热和冷花岗岩的概念。其中前者的温度大约在840 ℃，含源区残留物较少，其形成可能与外来热的加入有关；而后者的温度不超过800℃(平均为766 ℃)，含源区残留物较多，其形成主要与流体加入有关^[26]。本文花岗斑岩锆石饱和温度平均为767 ℃，说明同化混染过程中可能有流体加入，使岩浆中Ba质量分数出现无异常现象。

研究区碱长花岗岩和花岗斑岩主量元素具有高硅、富钾和贫镁、铁、钙的岩石化学特征，这说明其原始岩浆起源于地壳火成岩物质的部分熔融^[27-28]。大离子亲石元素K、Rb等富集，高场强元素Nb、P等亏损，元素地球化学组成指示其与大陆地壳物质具有明显的亲缘性^[27]。Nb/Th值为1.24~5.61，平均值为3.22，与壳源岩石接近(均为3)^[29]。因此，研究区碱长花岗岩和花岗斑岩可能为壳源成因，来源于火成岩源岩的部分熔融。

6.2 构造背景及其意义

利用R₂-R₁图(图 10a)投点，研究区样品基本都位于非造山区域。并且Th/Ta值为3~10，表明其形成与陆内拉张带有关^[30]。高I_D(93.57~96.24)和w(Na₂O+K₂O)(8.40%~8.93%)，低w(CaO)(0.21%~0.49%)特点，与张性花岗岩(I_D值为88.87~91.97，w(Na₂O+K₂O)为8.40%~8.57%，w(CaO)为0.86%~1.24%)相近；lg[CaO/Na₂O+K₂O)]-w(SiO₂)图解(图 10b)上落入引张型区域，因此本区碱长花岗岩和花岗斑岩都指示形成于非造山拉张环境。

图 10 研究区花岗岩类岩石R₂-R₁(a)和lg[CaO/(Na₂O+K₂O)]-w(SiO₂)(b)图解 Figure 10 R₂-R₁(a) and lg[CaO/(Na₂O+K₂O)]-w(SiO₂)(b) diagram of granites in the study area

图选项

关于在早白垩世大兴安岭处于伸展环境下的观点己经普遍得到了地质工作者的认可。葛文春等^[1]对大兴安岭中部的乌兰浩特地区出露的中生代花岗岩进行研究，根据其结晶年龄划分为3期，其中早白垩世花岗岩形成于板内伸展拉张构造背景；隋振民等^[31]研究了大兴安岭东部的大量花岗岩，认为其中的早白垩世花岗岩形成于板内伸展的构造环境，可能与华北克拉通岩石圈的减薄作用有关；张彦龙等^[32]研究了大兴安岭北部花岗杂岩体，认为其形成受控于额尔古纳地块和兴安地块拼合后的伸展环境；Fan等^[33]通过研究大兴安岭北部的中生代火山岩，认为大兴安岭北段中生代火山岩形成于造山后的弥散性伸展环境，来自于与古亚洲洋或蒙古—鄂霍茨克洋闭合有关的受流体交代的地幔。邵济安等^[34]通过对华北的大兴安岭—燕山地区晚中生代火山-深成岩岩石化学、同位素地质学的分析，认为该地区岩浆的形成和演化与板内伸展环境下的底侵作用有关。聂立军等^[35]对大兴安岭中部的白音高老组流纹岩进行研究，U-Pb测年结果显示其形成于早白垩世，进一步分析则判断其形成于受太平洋板块俯冲影响的板内伸展环境。尽管大兴安岭早白垩世处于伸展背景已无争议，然而对于何种构造体制引起的伸展还存有争议。其中蒙古—鄂霍茨克洋闭合碰撞造山后的岩石圈伸展模式^[36-37]、地幔柱模式^[38-39]、受到古太平洋板块的俯冲影响模式^{[10, 40]}，以及形成于板内构造体制的岩石圈减薄或者壳幔相互作用模式^{[41-42, 1]}成为主要争论焦点。晚古生代时期，在东亚地区位于西伯利亚板块、古太平洋板块和华北板块之间，存在一个长约3 000 km，宽约300 km，大约呈120°夹角、向东张口的蒙古—鄂霍茨克洋。由于西伯利亚板块与中蒙地块之间发生旋转，从而使鄂霍茨克洋由西部向东部发生剪刀式闭合^[43]，西部于晚三叠世开始闭合，东部可能在晚侏罗世—早白垩世最终闭合^{[44, 36]}，最后形成蒙古—鄂霍茨克缝合带。中侏罗世(165~170 Ma)期间，大兴安岭西坡的辽西地区发现了一次重要的陆壳加厚，这一过程代表了蒙古—鄂霍茨克缝合带的闭合，广泛发育的中—晚侏罗世火山岩就是陆壳加厚后的坍塌或拆沉的产物^[45]。早白垩世时期，大兴安岭北部地区发育的火山岩具有与这次陆壳加厚时间的坍塌或拆沉阶段形成的伸展构造背景相对应。前人^{[38, 46-47]}研究表明，古太平洋板块最初的俯冲方向向北或者北东方向，直到晚白垩世期间表现出明显的向西俯冲。Engebretson等^[48]根据对伊佐奈歧板块的古地磁研究结果提出，太平洋板块向东亚大陆边缘的俯冲作用最早也在晚白垩世之后。邵济安等^[49-50]也认为太平洋板块向亚洲大陆的正面俯冲始于晚白垩世。因此，本研究区主要受到蒙古—鄂霍茨克构造域的影响，为陆陆碰撞造山演化晚期地壳伸展背景下的产物。

7 结论

1) 黑龙江省加格达奇东北部主要的岩石类型为碱长花岗岩和花岗斑岩。样品锆石U-Pb年龄分别为(124.19±0.80)、(128.45±0.54) Ma，属于早白垩世。

2) 地球化学特征表明，研究区早白垩世花岗质岩石化学成分上属过铝质岩石，高钾钙碱性岩石系列，相对富集高场强元素Th、Zr等，明显亏损大离子亲石元素Ba、Sr、P和Ti，低CaO(质量分数均低于0.49%)的特征，全碱的质量分数为8.40%~8.93%，贫镁(0.11%~0.33%)，低钛(0.10%~0.21%)，并且锆石饱和温度几乎全部低于800 ℃，均属于高分异I型花岗岩特征。

3) 研究区内高分异I型花岗岩是蒙古—鄂霍茨克洋消亡，陆陆碰撞造山演化晚期地壳伸展背景下的产物，岩浆起源于壳内火成岩源岩的部分熔融。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20170299
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尹志刚, 李海娜, 张海, 郝科, 庞学昌, 宫兆民, 李敏, 张圣听

Yin Zhigang, Li Haina, Zhang Hai, Hao Ke, Pang Xuechang, Gong Zhaomin, Li Min, Zhang Shengting

大兴安岭加格达奇东北部花岗岩类形成时代、地球化学特征及成因

Formation Age, Geochemical Characteristics and Genesis of Granites in Northeastern Jiagedaqi of Daxing'anling

吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(6): 1741-1755

Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2018, 48(6): 1741-1755.

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收稿日期: 2018-09-07

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