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鲁倩, 孙景贵, 安久海, 等. 吉林敦化松江河地区中生代似斑状花岗岩成因和形成环境:元素、Hf同位素和锆石U-Pb年代学证据[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 673-689
Lu Qian, Sun Jinggui, An Jiuhai, et al. Petrogenesis and Forming Environment of Mesozoic Porphyritic Granite in Songjianghe Region of Dunhua, Jilin Province: Evidences from Element Geochemistry, Hf Isotope and U-Pb[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2019, 49(3): 673-689.
吉林敦化松江河地区中生代似斑状花岗岩成因和形成环境:元素、Hf同位素和锆石U-Pb年代学证据
鲁倩1, 孙景贵1, 安久海2, 韩吉龙1, 褚小磊1     
1. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061;
2. 吉林省有色金属地质勘查局, 长春 130012
收稿日期: 2018-10-22
作者简介: 鲁倩(1994-), 女, 硕士研究生, 主要从事岩石地球化学方面的研究, E-mail:1874462919@qq.com
通信作者: 孙景贵(1961-), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事地球化学及热液矿床的研究与教学工作, E-mail:sunjinggui@jlu.edu.cn
基金项目: 国家科技部项目（2017YFC0601306）；中国地质调查局项目（DD2016005202）
摘要: 花岗岩是陆壳的重要组成部分，它是揭示地壳演化地球动力学过程的主要对象之一。为了揭示夹皮沟-海沟构造带的中生代地质演化，本文系统地开展了该带中段松江河地区花岗岩体内部产出的似斑状花岗岩的野外地质调查、岩相学、单颗粒锆石U-Pb同位素年代学、全岩元素、Hf同位素地球化学的研究。研究结果揭示：岩石呈粉红色、普遍发生较强的糜棱岩化作用，发育糜棱叶理构造；获得岩浆锆石的U-Pb同位素谐和年龄为217~169 Ma；加权平均年龄为（169.6±1.8）Ma（n=9，MSWD=1.3）；主量元素呈现高硅（71.18%~71.99%）、富碱（8.54%~8.93%）、贫镁（0.42%~0.52%）、贫钙（0.93%~1.38%）特征，并且A/NK>1.0，A/CNK < 1.1；微量元素呈现低Rb、Zr和高Sr、Ba等质量分数，高Sr/Y和（La/Yb）N特征；稀土元素表现轻稀土元素富集、重稀土元素亏损和较弱Eu的正异常特征；获得锆石原位176Yb/177Hf值为0.010 517~0.050 159，176Lu/177Hf值为0.000 476~0.001 784，176Hf/177Hf为0.282 310~0.282 457，对应的锆石εHf（t）值为-12.7~-7.5，二阶段模式年龄为2 792~2 325 Ma。上述特征揭示，松江河地区中生代似斑状花岗岩属准中等分异、同碰撞向伸展转换的Ⅰ型花岗岩，原始岩浆起源于新太古代陆壳重熔作用，岩浆就位发生在中侏罗世早阶段；它记录了燕山期早侏罗世古太平洋板块向欧亚大陆之下俯冲的挤压陆壳活化产生岩浆，并于中侏罗世地壳伸展岩浆上升过程中经岩浆结晶分离作用而产生的中等分异岩浆结晶形成，成岩后于晚侏罗世遭受了韧脆性构造作用改造。
关键词: 元素地球化学    Hf同位素    锆石U-Pb年代学    岩石成因    形成环境    似斑状花岗岩    
Petrogenesis and Forming Environment of Mesozoic Porphyritic Granite in Songjianghe Region of Dunhua, Jilin Province: Evidences from Element Geochemistry, Hf Isotope and U-Pb
Lu Qian1, Sun Jinggui1, An Jiuhai2, Han Jilong1, Chu Xiaolei1     
1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China;
2. Jilin Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau, Changchun 130012, China
Supported by the Program of Ministry Science and Technology of China(2017YFC0601306)and Project of China Geological Survey(DD2016005202)
Abstract: As an important part of continental crust, granite is one of the main objects to reveal the dynamic process of crustal evolution. The research of geology, geochronology and geochemistry was carried out on the porphyritic granite in Songjianghe granite to reveal the Mesozoic geological evolution of Jiapigou-Haigou structural belt. The Songjianghe porphyritic granite is pink, and mylonitization and mylonite foliation structure are widely developed. Zircon U-Pb apparent ages range from 217 Ma to 169 Ma with a weighted mean age of (169.6±1.8)Ma (n=9, MSWD=1.3). The major element data show that the porphyritic granite is characterized by high SiO2(71.18%-71.99%), alkali (8.54%-8.93%), low MgO (0.42%-0.52%), CaO (0.93%-1.38%), A/NK greater than 1.0, and A/CNK less than 1.1. The trace element data reveal that the porphyritic granite is characterized by depletion of Rb and Zr, enrichment of Sr and Ba, and high Sr/Y and (La/Yb)N. The REEs are characterized by enrichment of LREE, loss of HREE, and weak negative Eu anomalies. Hf isotope data show that 176Yb/177Hf ranges from 0.010 517 to 0.050 159, 176Lu/177Hf ranges from 0.000 476 to 0.001 784, 176Hf/177Hf ranges from 0.282 310 to 0.282 457, and the εHf(t) value of zircon ranges from -12.7 to -7.5, and the two-stage Hf model ages range from 2 792 to 2 325 Ma. The above features indicate that the Songjianghe porphyritic granites belong to the medium differentiated Ⅰ-type granite, and its geodynamic background is related to the transition from syn-collision to extension. The primary magma was derived from a re-melting and emplacement of late Neoarchean crust in the early Middle Jurassic. The magmatism was associated with the continental crust activation caused by the subduction of the Paleo Pacific plate to the Eurasian plate in the Early Jurassic. The porphyritic granite was generated by medium differentiated magmatic crystallization during the magma rising in the Middle Jurassic crustal extension, and followed by the transformation of the Late Jurassic ductile-brittle tectonic action.
Key words: element geochemistry    Hf isotope    Zircon U-Pb geochronology    petrogenesis    forming environment    porphyritic granite    

0 引言

花岗岩是陆壳的重要组成部分，它蕴含了地壳形成和演化的重要信息，是大陆形成、演化的重要标志物[1-2]。研究花岗岩有着非常重要的意义，学者们通过对花岗岩进行地球化学综合研究，能探讨地壳与地幔的物质组成和相互作用过程以及作用的性质；通过对花岗岩形成时代的探讨，能厘定区域上构造-岩浆事件的时限和演化史；将花岗岩成因分类组合与相关地质信息结合研究，可以探讨不同的构造背景和地球动力学过程[3-5]；且花岗岩还与多种金属矿产有密切的成因联系[6-7]。因此，长期以来花岗岩类一直是地质科学的主要研究对象之一。

华北地台北缘构造演化及其与北侧兴蒙造山带的关系，一直是我国区域基础地质研究中的一个关键问题[8-12]。位于吉林东南部敦化市境内的松江河地区，地处华北地台北缘东段与兴蒙造山带东段南缘之间的地体拼贴带的中部，对该区岩石形成时代、成因、构造背景进行系统研究，对探讨华北地台北缘构造演化及其与北侧兴蒙造山带的关系具有重要意义。研究区内出露着大面积中生代花岗岩体，前人曾将该区出露的中生代花岗岩均归属为黄泥河岩体，岩石组合为片麻状二长花岗岩-花岗闪长岩，形成于中侏罗世，并认为其为170~150 Ma至少由两期岩浆活动形成的复式岩体[13-17]。近期我们在该区从事1:5万岩相构造地质填图工作时，发现该区不仅存在片麻状二长花岗岩-花岗闪长岩岩石组合，同时还发育着一套有别于片麻状二长花岗岩-花岗闪长岩的不同程度糜棱岩化的粉红色似斑状中粒正长花岗岩-含斑中细粒正长花岗岩，其沿着松江河北岸分布。为此，我们在野外调研基础上，系统地开展了这套花岗岩的年代学、元素地球化学和Hf同位素研究，以期为探讨该区中生代地球动力学提供研究基础。

1 区域地质概况

研究区是一个经历了古亚洲洋演化、兴蒙造山作用、中生代古太平洋俯冲作用以及新生代超壳断裂作用而形成的叠加复合构造区[15, 18-19](图 1)，是构造-岩浆活动的典型地区。

图 1 研究区构造分区图(a)和区域地质简图(b) Fig. 1 Maps of regional tectonic(a) and sketch regional geological(b)in the study area
图选项

区内发育的地层由老到新有太古宇三合屯岩群、夹皮沟群，元古宇海沟岩群、青白口群，古生界吊水壶群，中生界以及新生界。太古宙到中生代时期，区内侵入岩主要由新太古代灰色片麻岩((2 971±95)Ma)[20]、大面积的花岗闪长质-二长花岗质片麻岩((2 521±14)Ma)[21]、沿着NW向断裂带发育的古生代二长花岗岩-花岗闪长岩-碱长花岗岩(508~471 Ma)[15, 22]组成。进入中生代环太平洋构造域，区域大面积出露中生代侵入岩，并且由西向东面积逐渐增大，年龄呈年轻之势。三叠纪岩浆事件主要包括：二长花岗岩((245±3)Ma)[23]、呈岩株或岩脉产出的正长岩((229.8±2.0) Ma)[17]-花岗闪长岩((223±2)Ma)[14, 24]-石英正长斑岩((218±6)Ma)[14, 24]、似斑状花岗岩((208.0±1.2)Ma)[17]；而侏罗纪侵入岩绝大多数为花岗质岩石，岩体多呈巨大岩基状，岩石类型主要为石英闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩，以大蒲柴河岩体(165~162 Ma)[25-27]和黄泥河岩体(168~153 Ma)[13-14, 16-17]为代表。构造主要是NW向多阶段演化(韧性、韧脆性和脆性)夹皮沟断裂、金银别断裂、富尔河断裂等和NE向脆性断裂；沿NW向构造带广泛发育着BIF铁矿床(2 500 Ma)[28-29]和中温热液金矿床(180~160 Ma)[26]；上述特征充分体现了该区是一个研究地壳演化与成矿，特别是前寒武纪地壳演化与成矿的良好地区。

2 似斑状花岗岩地质、岩相学特征

似斑状花岗岩产在松江河断裂北侧松江河花岗岩内部，呈岩柱或不规则侵入体状产出，与松江河断裂一致，呈NW向岩基状产出；并发育韧性变形构造，叶理与松江河断裂一致，呈NW向展布，出露面积约12.5 km2(图 2)。主体岩石呈粉红色，发育糜棱叶理构造，呈现糜棱岩化碎裂残斑状、条带状构造，碎裂状、旋转残斑状中粒结构(图 3a，b)；主要矿物由碎裂残斑状碱长石(20%~30%)和碎裂中细粒碱长石、斜长石、石英和黑云母以及副矿物锆石、磁铁矿和磷灰石等组成(70%~80%)，属正长花岗岩类型。其中：斑晶矿物为碎裂状、残斑状正长石和条纹长石，呈粉红色、半自形板状(d= 4.5~5.5 mm)，可见包裹的斜长石颗粒现象。基质矿物中，碱长石占基质体积分数的30%~35%，以条纹长石为主，其次是正长石，它们多呈半自形—他形板柱状中粒结构(d= 1.5~2.5 mm)，呈碎裂板状产出，发育条纹结构，并发生不同程度碎裂，包裹斜长石现象(图 3c)；斜长石占基质体积分数的20%~25%，呈碎裂状半自形、他形板状，可见两个世代，第一世代为发育在条纹长石内部的条板状晶体(d=0.3 mm±)，第二世代为与基质正长石、条纹长石、石英共生，碎裂状半自形、他形板状晶体(d=1.5~2.5 mm)(图 3d)；石英占基质体积分数的30%~35%，呈他形和重结晶粒状定向产出(d=0.2~1.5 mm)(图 3c，d)，构成糜棱叶理构造或似流纹状构造(d=0.1 mm±)，具有波形消光现象；黑云母占基质体积分数的3%，呈鳞片状(d=0.4~0.7 mm)或集合体状产出(图 3c，d)，由于构造变形多发生弧形弯曲，部分颗粒发生绿泥石化蚀变并且有铁质析出；副矿物占基质体积分数的1%左右。

图 2 研究区地质图和似斑状花岗岩采样位置图 Fig. 2 Geological map and sample location map of porphyritic granite in the study area
图选项
图 3 研究区似斑状花岗岩手标本(a，b)和镜下显微特征(c，d) Fig. 3 Hand specimens(a, b) and microscopic characteristics (c, d)of the porphyritic granite in the study area
图选项
3 实验样品和实验方法

为了揭示岩石成因和地质意义，我们在上述研究的基础上，对代表性的、新鲜的、蚀变弱的样品(B3024-1a，b和B1020-1a，b)开展相应的U-Pb同位素定年和全岩元素、锆石原位Hf同位素测定，具体实验方法如下。

3.1 单颗粒锆石U-Pb同位素测年实验

本项工作主要包括锆石分选、制作锆石靶样与阴极发光(CL)图像以及LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定。其中，锆石分选在廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成，其步骤为：首先将原岩样品使用自来水冲洗干净后称质量，然后进行破碎和粉碎，将岩石粉末通过120目筛网后进行淘洗，去除轻矿物部分，保留重砂部分；再将所得到的重砂矿物部分经过电磁选，选取含锆石纯度较高的试样；最后在双目镜下挑选出纯的锆石晶体。锆石制靶与阴极发光(CL)图像由北京地时科技有限公司完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定在吉林大学东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成，仪器是美国安捷伦科技有限公司电感耦合等离子体质谱仪Agi-lent ICPMS 7500ce和德国相干公司(Coherent)准分子激光COM- PexPro102，激光束斑为32 μm，激光波长为193 nm，激光能量密度10 J/cm2，激光频率5 Hz，氦载气流速0.68 L/min，元素分析的相对标准偏差(RSD)、分析值与参考值之间的相对标准偏差一般≤10%；低含量元素的RSD≤25%，数据处理采用Glitter软件。实验结果和计算结果列于表 1。

表 1 研究区似斑状花岗岩锆石U-Pb同位素测定结果 Table 1 U-Pb isotope dating of zircons from porphyritic granite in the study area
测点号 wB/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma
*Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
B1020-1-01 29.71 612.00 937.12 0.65 0.065 58 0.001 42 0.238 23 0.005 12 0.026 34 0.000 31 793 26 217 4 168 2
B1020-1-02 17.50 226.40 589.58 0.38 0.049 91 0.001 32 0.187 28 0.004 91 0.027 22 0.000 32 191 39 174 4 173 2
B1020-1-04 30.68 676.06 987.91 0.68 0.049 35 0.001 24 0.181 65 0.004 53 0.026 70 0.000 31 164 37 169 4 170 2
B1020-1-05 20.96 362.40 709.33 0.51 0.053 10 0.001 20 0.192 18 0.004 30 0.026 25 0.000 30 333 30 178 4 167 2
B1020-1-06 12.46 187.10 414.44 0.45 0.055 16 0.001 82 0.206 66 0.006 68 0.027 17 0.000 35 419 49 191 6 173 2
B1020-1-08 21.25 340.27 783.25 0.43 0.050 35 0.002 33 0.183 19 0.008 32 0.026 39 0.000 38 211 78 171 7 168 2
B1020-1-09 12.70 165.48 453.74 0.36 0.050 79 0.001 97 0.186 10 0.007 10 0.026 57 0.000 36 231 63 173 6 169 2
B1020-1-11 18.78 260.03 643.22 0.41 0.051 25 0.002 42 0.186 61 0.008 64 0.026 41 0.000 36 252 79 174 7 168 2
B1020-1-12 23.44 439.73 845.63 0.52 0.069 21 0.004 37 0.258 10 0.015 86 0.027 05 0.000 39 905 63 233 13 172 3
B1020-1-13 44.37 34.28 67.42 0.51 0.162 43 0.002 86 10.528 96 0.185 32 0.470 13 0.005 89 2 481 14 2 482 16 2 484 26
注：*Pb= 206Pb×0.224+207Pb ×0.221+208Pb ×0.524。
表选项
3.2 全岩主量、微量、稀土元素实验

该测试在河北省区域地质矿产调查所地质实验室完成。将采集的样品粉碎成200目粉末后，主量元素分析采用Axios MaxX-荧光光谱仪，其中，FeO采用50 mL滴定管滴定；样品先按照1:5的比例放入Li2B4O7溶液中，在1 050~1 250 ℃下熔化，然后将熔化样品制成玻璃薄片进行分析，分析精度估计1%(SiO2)和2%(其他氧化物)。微量元素和稀土元素的分析在X-serise 2等离子质谱仪上完成；将50 mg全岩粉末(200目)置于Teflon烧瓶中分别用HNO3和HF溶解后，加入HClO4进一步溶解。蒸干后用5%的HNO3溶液将样品稀释到50 mL，最后做微量元素分析，分析过程中同时测定两个GBW系列标样：一个标样校正Li，Ba，V，Cr，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Rb，Sr，Cs，Ba，Pb，Th，U，Sc，Y及稀土元素；另一个标样校正W，Mo，Nb，Ta，Zr和Hf等元素。分析误差 < 5%。实验结果列于表 2、3。

表 2 研究区似斑状花岗岩主量元素分析结果 Table 2 Results of Major element for porphyritic granite in the study area
样品号 SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 FeO CaO MgO K2O Na2O MnO P2O5 烧失量 总和 Na2O /K2O TFeO A/CNK A/NK ID
B1020-1a 71.74 14.94 0.21 0.60 1.10 1.38 0.43 4.10 4.45 0.03 0.08 0.74 99.78 1.09 1.64 1.03 1.27 88.96
B1020-1b 71.99 14.94 0.22 0.52 1.13 1.11 0.42 4.18 4.40 0.03 0.08 0.76 99.79 1.05 1.60 1.00 1.27 89.83
B3024-1a 71.18 15.09 0.31 1.05 0.89 0.93 0.49 4.11 4.82 0.02 0.10 0.81 99.80 1.17 1.83 1.66 1.22 90.72
B3024-1b 71.72 14.87 0.31 1.05 0.93 0.93 0.52 3.67 4.87 0.02 0.11 0.82 99.82 1.33 1.87 1.36 1.24 90.36
注：主量元素质量分数单位为%。
表选项
表 3 研究区似斑状花岗岩微量、稀土元素分析结果 Table 3 Results of rare and trace element for porphyritic granite in the study area
样品号 Y Rb Ba Th U Ta Nb Sr Nd Zr Hf Pb Ga La Ce Pr Yb
B1020-1a 8.33 103.21 1 187.20 9.16 1.78 0.78 9.69 489.34 22.05 161.00 4.24 25.36 20.39 32.52 59.50 6.34 0.75
B1020-1b 8.52 121.71 1 238.10 8.35 1.39 0.87 10.96 479.95 23.42 149.94 4.22 26.92 21.71 34.37 62.86 6.81 0.73
B3024-1a 3.90 101.92 1 011.40 9.28 1.39 0.66 9.14 434.68 6.55 131.04 3.79 26.47 21.30 11.06 33.04 1.93 0.48
B3024-1b 4.35 105.78 960.64 10.17 1.64 0.73 10.16 458.27 8.59 153.06 4.45 27.45 22.80 14.55 42.75 2.51 0.56
样品号 Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ∑REE LREE HREE LREE/
HREE		 δEu (La/Yb)N
B1020-1a 22.05 3.18 1.05 3.02 0.33 1.47 0.26 0.79 0.12 0.75 0.12 117.14 106.09 11.05 9.60 1.04 29.40
B1020-1b 23.42 3.31 1.08 3.22 0.35 1.50 0.26 0.80 0.11 0.73 0.12 138.86 118.06 20.80 5.68 0.90 31.66
B3024-1a 6.55 1.11 0.59 1.04 0.13 0.66 0.13 0.41 0.07 0.48 0.08 131.76 112.64 19.12 5.89 0.75 15.47
B3024-1b 8.59 1.35 0.60 1.31 0.16 0.76 0.16 0.48 0.08 0.56 0.09 130.31 115.46 14.85 7.78 0.75 17.42
注：稀土、微量元素质量分数单位为10-6。
表选项
3.3 原位Hf同位素测定

锆石原位微区Hf同位素比值测试在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室(LA-MC-ICPMS)完成，采用193 nm激光取样系统和Neptune多接受电感耦合等离子体质谱仪进行测试，激光束斑直径为44 μm，剥蚀时间为30 s，仪器的运行条件、详细的分析过程和数据处理见吴福元和Griffin等[30-31]的描述，分析过程中用国际标样91500锆石为外标，测定结果为0.282 285±0.000 003，该值与目前用溶液法获得的值在误差范围内一致[30, 32]。对锆石Hf同位素测定的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值进行同量异位干扰校正计算，采样的标准值为176Lu/175Lu=0.026 69[33]和176Yb/172Yb=0.588 6[34]。实验结果列于表 4。

表 4 研究区似斑状花岗岩锆石Hf同位素数据 Table 4 Zircon Hf isotopic compositions of the porphyritic granite in the study area
测试号 t/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 176Hf/177Hfi εHf(0) εHf(t) TDM /Ma TDMC /Ma fLu/Hf
数值 误差 数值 误差 数值 误差
B1020-1-01 168 0.015 716 0.000 344 0.000 649 0.000 014 0.282 399 0.000 013 0.282 397 -13.2 -9.6 1 196 2 510 -0.98
B1020-1-02 173 0.020 126 0.000 285 0.000 844 0.000 011 0.282 404 0.000 014 0.282 401 -13.0 -9.4 1 195 2 496 -0.97
B1020-1-03 170 0.017 822 0.000 329 0.000 787 0.000 008 0.282 408 0.000 014 0.282 405 -12.9 -9.3 1 188 2 483 -0.98
B1020-1-05 167 0.014 960 0.000 227 0.000 660 0.000 007 0.282 379 0.000 011 0.282 377 -13.9 -10.3 1 224 2 573 -0.98
B1020-1-07 173 0.010 517 0.000 188 0.000 476 0.000 008 0.282 401 0.000 013 0.282 399 -13.1 -9.5 1 187 2 502 -0.99
B1020-1-08 168 0.012 520 0.000 421 0.000 576 0.000 018 0.282 457 0.000 013 0.282 455 -11.1 -7.5 1 113 2 325 -0.98
B1020-1-09 169 0.016 019 0.000 091 0.000 648 0.000 003 0.282 310 0.000 010 0.282 308 -16.3 -12.7 1 319 2 792 -0.98
B1020-1-11 169 0.014 176 0.000 333 0.000 671 0.000 017 0.282 378 0.000 014 0.282 376 -13.9 -10.3 1 225 2 575 -0.98
B1020-1-12 168 0.017 250 0.000 264 0.000 757 0.000 012 0.282 337 0.000 012 0.282 334 -15.4 -11.8 1 285 2 708 -0.98
B1020-1-13 172 0.050 159 0.002 819 0.001 784 0.000 087 0.282 373 0.000 018 0.282 368 -14.1 -10.6 1 268 2 601 -0.95
B1020-1-14 169 0.013 592 0.000 117 0.000 620 0.000 005 0.282 394 0.000 011 0.282 392 -13.4 -9.7 1 201 2 524 -0.98
注：数据误差为2σ。
表选项
4 实验分析结果 4.1 单颗粒锆石U-Pb同位素测年

在CL图像分析的基础上，本次共完成13个单颗粒原位锆石的同位素分析，这些锆石形态多为长柱状或他形粒状，具有明显的岩浆环带，锆石长为100~200 um，长宽比为1:1~1:2(图 4a)；在分析的13个成分点中，仅有10个单颗粒锆石U-Pb年龄数据可用(B1020-1-03、07、10除外)，并可分为两组。

图 4 研究区似斑状花岗岩锆石阴极发光图像(a)、206Pb /238U-207Pb /235U年龄谐和图(b, c)及加权平均年龄图(d) Fig. 4 Cathodoluminescence (CL) images for zircons in sample (a), 206Pb /238U-207Pb /235U concordia age diagram (b, c) and weighted mean ages (d) of zircon U-Pb dating for porphyritic granite in the study area
图选项

第一组(B1020-1-13号)：颗粒较少，为古元古代碎屑锆石(图 4a)，呈现白色、他形粒状(d=90~100 um)，w(Th)为34.28×10-6，w (U)为67.42×10-6，w (*Pb)为44.37×10-6，Th/U为0.51；其207Pb/206Pb年龄为(2 481±14)Ma(表 1，图 4b)，整体表现为岩浆碎屑锆石属性。

第二组(除B1020-1-13号外的9颗锆石)：为发育的主体锆石，呈半自形—自形柱状，晶体长度为100~180 um，长宽比为1:1~1:2，具明显的较窄的岩浆环带，部分具有裂纹和核(图 4a)，其w (*Pb)为(12.46~30.68)×10-6，w(Th)为(165.48~676.06)×10-6，w(U)为(414.44~987.91)×10-6，Th/U为0.36~0.68，均呈现岩浆锆石的特征；9颗岩浆锆石除B1020-1-01和B1020-1-12可能因普通Pb严重丢失，导致谐和性较差外，其余锆石206Pb/238U年龄谐和性较好，其206Pb/238U年龄为173~167 Ma，加权平均年龄为(169.6±1.8) Ma(n=9，MSWD=1.3)(图 4c，d)，具备代表似斑状花岗岩的岩浆结晶年龄。

4.2 元素地球化学

全岩氧化物分析结果(表 2)显示，主要氧化物w(SiO2)为71.18%~71.99%、w(Al2O3)为14.87%~15.09%、w(Fe2O3)为0.52%~1.05%、w(FeO)为0.89%~1.13%、w(CaO)为0.93%~1.38%、w(MgO)为0.42%~0.52%、w(TFeO)为1.60%~1.87%，Na2O/K2O为1.05~1.33，计算的分异指数(ID)为88.96~90.72，A/CNK为1.05~1.09；整体具有高硅、富碱和贫铁、镁、钙及分异程度较高的特征。在w(Na2O+K2O)-w(SiO2)岩石分类图解(图 5a)中，成分点均落在花岗岩区域，在w(K2O)-w(SiO2)岩系分类图解(图 5b)上，样品均落在高钾钙碱性系列；在A/NK-A/CNK图解(图 5c)上，落在弱过铝质花岗岩区域。

a.底图据文献[35]；b.底图据文献[36]；c.底图据文献[37]；d，e.底图据文献[38]；f.底图据文献[39]。 图 5 研究区似斑状花岗岩w(Na2O+K2O)-w(SiO2)图解(a)、w(K2O)-w(SiO2)岩系分类图解(b)、A/NK-A/CNK 判别图(c)、稀土元素球粒陨石标准化配分图解(d)、微量元素原始地幔标准化蛛网图(e)和εHf(t)-t图解(f) Fig. 5 Diagrams of w(Na2O+K2O)-w(SiO2)(a), w(K2O)-w(SiO2)(b), A/NK-A/CNK(c) chondrite-normalized REE pattern (d), primitive mantle-normalized trace element spider diagram (e) and εHf(t)-t(d) of porphyritic granite in the study area
图选项

稀土元素分析结果(表 3)揭示，似斑状花岗岩的w(∑REE)为(117.14~138.86)×10-6，w(LREE)为(106.09~118.06) ×10-6、w(HREE)为(11.05~20.80)×10-6，LREE/HREE值为5.68~9.60，δ Eu为1.00~1.66；在稀土元素球粒陨石标准化图谱(图 5d)上，呈现轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的分布形式，且样品多具有较弱的Eu的正异常。

微量元素分析结果(表 3)显示，似斑状花岗岩的w(Rb)为(101.92~121.71)×10-6，w(Sr)为(434.68~489.34)×10-6，w(Ba)为(960.64~1 238.10)×10-6，w(Nb)为(9.14~10.96)×10-6，w(Th)为(8.35~10.17)×10-6，w(U)为(1.39~1.78)×10-6，w(Zr)为(131.04~161.00)×10-6，w(Hf)为(3.79~4.45)×10-6；在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 5e)上，均具有相对富集Rb、Sr、Ba等大离子亲石元素，相对亏损Nb、Ta等高场强元素的特征。

4.3 锆石Hf同位素

本次测得似斑状花岗岩(B1020-1)Hf同位素样品测试数据见表 4。测试结果显示样品的176Yb/177Hf 值为0.010 517~0.050 159，176Lu/177Hf值为0.000 476~0.001 784，176Hf/177Hf为0.282 310~0.282 457，对应的锆石εHf(t)值为-12.7~-7.5，TDMC为2 792~2 325 Ma。176Yb/177Hf 和176Lu/177Hf值指示锆石在形成后基本没有或较少的放射性Hf积累，所测得176Hf/177Hf值基本代表了其形成时体系中Hf同位素组成[1, 34]。在εHf(t)-t图解(图 5f)上，成分点均落入燕山褶皱冲断带区，少部分似斑状正长花岗岩落入到1.8 Ga地壳演化线的上方，多部分样品点均落入2.5~1.8 Ga地壳演化线之间。

5 讨论 5.1 岩石成因类型

20世纪70年代，Chappell等[40]提出了基于物质来源的花岗岩分类方案(S型和Ⅰ型)，Ishihara[41]提出了基于环境条件的花岗岩分类方案(磁铁矿系列和钛铁矿系列)，Loisella等[42]提出了A型花岗岩；20世纪90年代，Castro等[43]通过对西班牙Iberia地区海西褶皱带花岗岩的研究进一步认为，很多造山带花岗岩都有岩浆混合作用存在，其为M型(幔源)与S型(壳源)两个端元岩浆混合的产物，可称之为H型(hybrid type)花岗岩；目前业内比较接受的成因类型基本是S型、Ⅰ型、M型、A型和H型五类，这其中的成因分类蕴含着岩浆来源、岩浆作用和形成环境等一系列重要地质信息。本文研究的似斑状花岗岩的地质特征、岩石组构特征表明，该岩体虽然在形成之后受到了不同的韧性剪切作用，但是其岩相学特征揭示似斑状花岗岩的原生岩浆结晶形成的矿物组成主要是条纹长石、斜长石、石英和少量黑云母，其具有w(SiO2)为71.18%~71.99%、w(Na2O)>3.2%、w(Na2O)/w(K2O)>1，A/CNK < 1.1、相对富集轻稀土元素和Rb、K等大离子亲石元素，相对亏损Ta、Nb等高场强元素等地球化学特征，显示研究区的似斑状花岗岩为Ⅰ型花岗岩，且在花岗岩成因系列划分的w(Na2O)-w(K2O)(图 6a)和w(Ce)-w(SiO2)(图 6b)判别图中，成分点均落在Ⅰ型花岗岩区域；而其A/NK＞1.0和A/CNK＜1.1的特征揭示岩石属弱过铝质的性质，这种特征揭示本文所研究的松江河地区似斑状花岗岩应为弱过铝质Ⅰ型花岗岩。

a. w(Na2O)-w(K2O)图解；b. w(Ce)-w(SiO2)图解；c. (K2O+Na2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)判别图解；d. TFeO/MgO-w(Zr+Nb+Ce+Y)判别图解。A. A型花岗岩类分布；FG.高分异的I，S型花岗岩类；OGT.未分异的I，S，M型花岗岩类。a，b.底图据文献[35]；c，d.底图据文献[44]。 图 6 研究区似斑状花岗岩成因类型判别图解 Fig. 6 Discrimination diagrams of genetic types for medium porphyritic granite in the study area
图选项

Whalen等[44]经过大量研究提出，典型高分异Ⅰ型花岗岩的w(Zr+Nb+Ce+Y)值为(113.50~ 449.70)×10-6，且TFeO/MgO < 10。本文研究的松江河地区似斑状花岗岩w(Zr+Nb+Ce+Y)值为(177.11~ 238.53)×10-6，TFeO/MgO为3.56~3.85，ID为88.96~90.72，这与典型高分异Ⅰ型花岗岩地化特征相一致。且在(K2O+Na2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)和TFeO/MgO-w(Zr+Nb+Ce+Y)花岗岩成因类型判别图解(图 6c，d)中，松江河地区似斑状花岗岩样品成分点多落在高分异的Ⅰ型花岗岩区域内及高分异Ⅰ型花岗岩边缘，所以松江河地区似斑状花岗岩为典型中等高分异Ⅰ型花岗岩。

5.2 岩浆源区、岩浆作用与岩石成因

前人对区域上的侵入岩进行了许多研究，并取得了大量成果。其中，研究区的中生代侵入岩以大蒲柴河岩体(165~162 Ma)[25-27]和黄泥河岩体(168~153 Ma)[13-14, 16-17]为代表。前人认为大蒲柴河岩体为加厚下地壳部分熔融的产物，成因上与古太平洋板块的俯冲作用有关，其源区为两种岩浆混合作用形成，一种岩浆来自先存的大陆地壳源，而另一种为通过底侵作用进入下地壳的亏损幔源岩浆，代表了一次重要的地壳增生事件(前寒武纪)[25-27]；而黄泥河岩体则是在160~150 Ma和170~164 Ma至少由二期岩浆活动形成的复式岩体，其准确侵位年龄的确定对研究华北地台与北侧佳木斯地块或东北侧兴凯地块间的拼合历史至关重要[13-14, 16-17]。研究区似斑状花岗岩与大蒲柴河岩体和黄泥河岩体位于同一区域且形成时代均为侏罗纪，那么在岩浆源区、岩浆作用与岩石成因方面有什么不同呢？

研究区似斑状花岗岩为弱过铝质、中等高分异Ⅰ型花岗岩。经大量的研究证实，铝质Ⅰ型花岗岩的形成有多种方式，其主要方式是下地壳低程度部分熔融产生的岩浆直接上侵就位形成和高程度部分熔融产生的岩浆房经岩浆结晶分离作用岩浆演化到晚阶段形成[44]；而就下地壳性质而言，至少存在老地壳和年轻或新生下地壳。本文获得的似斑状花岗岩指示岩浆源区的元素、同位素地球化学特征显示：Rb/Sr值(0.21~0.25，平均值为0.23；上地壳平均值为0.32；下地壳平均值为0.05；洋壳平均值为0.02；原始地幔平均值为0.037)、Nb/Ta(12.42~13.93，平均值为13.20；上地壳平均值为1.50；下地壳平均值为9.57；洋壳平均值为0.01；原始地幔平均值为17.84)、La/Nb值(1.21~3.36，平均值为2.28；上地壳平均值为2.50；下地壳平均值为1.64；洋壳平均值为1.68；原始地幔平均值为0.98)、Zr/Hf(34.40~37.97，平均值为35.62；上地壳平均值为32.76；下地壳平均值为33.33；洋壳平均值为32.00；原始地幔平均值为37.50)均指示岩浆源区具有壳源特点[45-47]。获得的单颗粒锆石Lu-Hf同位素测定数据显示，εHf(t)值为-12.7~-7.5和TDMC为2 792~2 325Ma，与该区太古宙地质体(变质表壳岩、花岗质片麻岩)具有相似的年龄特征[18, 20-21, , 37-38, 48]；指示似斑状花岗岩的岩浆来源于“古老地壳物质”；而岩石内部残留着新太古代锆石说明岩浆来自该区新太古代陆壳重熔作用；且在εHf(t)-t图解(图 5f)上，成分点均落入燕山褶皱冲断带区。同时，岩石具有较高的w(SiO2)(71.18%~71.99%)、w(Sr)((434.68~489.34)×10-6)、w(Ba)((960.64~1 238.10)×10-6)，较低的w(MgO)(0.42%~0.52%)、w(Rb)((101.92~121.71)×10-6)、w(Zr)((131.04~161.00)×10-6)，高的Sr/Y(56.33~111.46)和(La/Yb)N(15.47~31.66)等特征，暗示其为高压部分熔融、石榴石和辉石为残留矿物相的基性源区或岩浆演化过程形成的中等高分异Ⅰ型花岗岩。但是，在图 6中，成分点落在高分异Ⅰ型与未分异的I，S，M型花岗岩分界线上，表明本文所研究的花岗岩是岩浆房中等分异结晶作用形成的岩浆经结晶作用形成的，且主要元素SiO2与其他氧化物具有较好的相关性，以及在蛛网图解(图 5e)中P与Ti的亏损，说明在岩浆演化中，矿物相、特别是副矿物相在岩浆演化过程起到了非常重要作用。

5.3 形成环境

最新的研究成果表明，华北地台与西伯利亚地台之间的古亚洲洋的闭合发生在晚二叠世[49-51]，该区早—中三叠世侵入到呼兰群的同碰撞花岗岩的发现[52-53]，以及区域上代表着伸展环境的晚三叠世A型花岗岩(230 ~210 Ma)[54-56]和镁铁—超基性岩(220 ~216 Ma)[57-58]的发现，揭示古亚洲构造体系的结束。晚三叠世进入古太平洋板块向欧亚大陆之下俯冲的构造系统，此时导致华北陆台北缘展布的晚古生代古老的俯冲带会再次活化[59-61]，其最直接的证据就是同时代斑岩型钼矿的形成，而华北陆台北缘早—中侏罗世斑岩型矿床(大黑山斑岩型钼矿，168 Ma[62]；福安堡斑岩型钼矿，167 Ma[63])的形成应与古太平洋板块俯冲作用下的古缝合带活化有关；本文的似斑状花岗岩就位发生在171.4~167.8 Ma就是其中的直接证据。

地质、岩相学特征研究揭示，似斑状花岗岩发生了明显的韧性变形改造，发育着糜棱叶理构造，表明似斑状花岗岩至少记录了两个重要的构造事件，即岩浆就位时的伸展环境和形成之后叠加的韧性变形作用。前者构造环境与其元素地球化学所揭示的明显亏损Nb、Ta的特征及在相关花岗岩构造环境判别图解(图 7)上成分点落在火山弧花岗岩区中的靠近同碰撞花岗岩区域，指示其形成于碰撞向伸展转换的构造环境。而在似斑状花岗岩岩体中发育的韧性变形作用，其糜棱叶理与松江河断裂以及韧性剪切带的构造变形(绿片岩相变质作用：157~154 Ma，张笑天，待发表)延展方向基本一致，说明这期变质作用与该区色洛河岩群绿片岩相的韧性剪切作用有关[66]。

a. Sr/Y-w(Y)图解；b. w(Nb)-w(Y)图解；c. w(Ta)-w(Yb)图解；d. w(Rb)-w(Y+Nb)图解。VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋中脊花岗岩；WPG.板内花岗岩；syn-COLG.同碰撞花岗岩。a.底图据文献[64]；b，c，d.底图据文献[65]。 图 7 研究区似斑状花岗岩构造环境判别图 Fig. 7 Tectonic setting discrimination diagrams for porphyritic granite in the study area
图选项
6 结论

1) 松江河地区似斑状花岗岩年代学研究结果显示其就位时间为(169.6±1.8) Ma，处于中侏罗世。

2) 松江河地区似斑状花岗岩属于过铝质、高钾钙碱性的中等分异Ⅰ型花岗岩，具有埃达克岩或埃达克质岩石的性质，原始岩浆起源于新太古代陆壳重熔作用。

3) 松江河地区似斑状花岗岩形成于同碰撞向伸展转换的构造环境，记录了燕山期早侏罗世古太平洋板块向欧亚大陆之下俯冲的挤压陆壳活化产生岩浆，并于中侏罗世地壳伸展岩浆上升过程经岩浆结晶分离作用而产生中等分异岩浆结晶形成，成岩后于晚侏罗世遭受了韧脆性构造作用改造，且与研究区发育松江河断裂以及韧性剪切带的构造变形延展方向基本一致。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180271
吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊
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文章信息

鲁倩, 孙景贵, 安久海, 韩吉龙, 褚小磊
Lu Qian, Sun Jinggui, An Jiuhai, Han Jilong, Chu Xiaolei
吉林敦化松江河地区中生代似斑状花岗岩成因和形成环境:元素、Hf同位素和锆石U-Pb年代学证据
Petrogenesis and Forming Environment of Mesozoic Porphyritic Granite in Songjianghe Region of Dunhua, Jilin Province: Evidences from Element Geochemistry, Hf Isotope and U-Pb
吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 673-689
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2019, 49(3): 673-689.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180271

文章历史

收稿日期: 2018-10-22

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