0 引言
大兴安岭地区位于天山—兴蒙造山带东段，由额尔古纳地块、兴安地块和松嫩地块等组成。自古生代以来，该区经历古亚洲洋构造体制、蒙古—鄂霍茨克洋构造体制及古太平洋构造体制等多期重要构造事件，期间整个大兴安岭地区伴随有大量的长英质岩浆作用[1-5]。近年来，大量古生代岩浆岩被发现并报道。厘清古生代岩浆的起源和演化特点，对研究大兴安岭各地块的构造演化及动力学背景具有重要意义。研究[6-9]表明，额尔古纳地块和兴安地块于早古生代完成碰撞拼合已得到许多学者的共识，但由于研究区位置、样品代表性、测试方法、研究方向等的不同，导致兴安地块与松嫩地块的拼合时间还存在较大争议，主要存在晚泥盆世碰撞拼合[10-12]、早石炭世碰撞拼合[3, 5, 13-18]、晚石炭世碰撞拼合[9, 19]等观点；此外，刘永江等[20]通过对兴安地块与松嫩地块Nd模式年龄研究，认为二者具有一致Nd同位素模式年龄(1 200~500 Ma)，具有相同时代的基底，二者为统一的兴安—松嫩地块。因此，有必要对额尔古纳—兴安地块与松嫩地块构造演化进行探讨。
额尔古纳—兴安地块与松嫩地块碰撞拼合时间的确定，关系到中朝古板块与西伯利亚古板块之间的缝合位置及时间这一长期争议的间题，具有重要的研究意义[1]。本文对大兴安岭北段新林地区晚石炭世岩体进行了系统采样，深入研究了晚石炭世二长花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征等，并结合前人资料，对额尔古纳—兴安地块与松嫩地块碰撞拼合时间及大地构造背景进行了探讨，以期为额尔古纳—兴安地块与松嫩地块的构造演化提供新的资料。
1 地质概况研究区大地构造位置位于天山—兴蒙造山带东部额尔古纳地块之上(图 1a)。根据野外调查和区域对比研究，结合同位素测年，将工作区地层重新划分为新元古代中高级变质的兴华渡口岩群，古生代浅变质的下奥陶统库纳森河组、下奥陶统黄斑脊山组、上奥陶统大伊希康河组、下志留统黄花沟组、下石炭统红水泉组和奥陶系—志留系大乌苏杂岩浊积岩组合及变中性岩组合[21]，中生代上侏罗统满克头鄂博组英安质-流纹质火山岩、上侏罗统玛尼吐组安山质-粗安质火山岩、下白垩统白音高老组流纹质火山岩、下白垩统甘河组玄武-玄武安山质火山岩地层和新生代第四系松散沉积物堆积等。区内断裂构造以NE向和NW向为主，其次为SN向及近EW向。侵入岩主要发育早白垩世、晚三叠世—早侏罗世、晚石炭世及新元古代侵入体。其中，晚石炭世花岗岩出露于大乌苏和富西里地区，呈岩基状产出，整体呈NE向展布，局部出露不连续，主要为二长花岗岩，岩体与兴华渡口岩群、古生代地层、新元古代侵入岩呈侵入接触关系，接触部位发育细粒化冷凝边，被上侏罗统玛尼吐组及下白垩统白音高老组不整合覆盖(图 1b)。
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| 1.第四系；2.甘河组；3.白音高老组；4.玛尼吐组；5.满克头鄂博组；6.大乌苏杂岩；7.古生代地层；8.兴华渡口岩群；9.早白垩世花岗岩；10.晚三叠世—早侏罗世花岗岩；11.晚石炭世花岗岩；12.新元古代花岗岩；13.实测断层；14.采样位置；15.主要地名及位置。b图据脚注①和②修编。 图 1 大地构造单元图(a)和新林地区地质简图(b) Fig. 1 Tectonic units divisionof the orogenic beltand simplified geological map of Xinlin area |
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本次研究岩石化学样品采自大兴安岭新林地区，岩性为二长花岗岩，其中大乌苏地区采集样品4件①，富西里地区采集样品4件②。测年样品地理坐标为分别为51°42.19′N，124°39.33′E和51°42.11′N，125°6.73′E。
① 中国人民武装警察部队黄金第三支队.黑龙江大兴安岭富西里等4幅1:5万区域地质矿产调查报告.沈阳：中国地质调查局沈阳地质调查中心，2013.
② 中国人民武装警察部队黄金第三支队.黑龙江大兴安岭碧州公社等4幅1:5万区域地质矿产调查报告.沈阳：中国地质调查局沈阳地质调查中心，2014.
二长花岗岩呈灰白色、浅灰肉红色，中—粗粒花岗结构，块状构造(图 2a)，岩体呈侵入关系与古生代地层接触(图 2b)。镜下观察发现，其矿物组合以斜长石(25%~40%)、钾长石(25%~35%)、石英(20%~30%)为主，暗色矿物为黑云母(1%~15%)。斜长石为更—中长石，半自形板状、板粒状，1.0~6.0 mm；钾长石为条纹长石、正长石，半自形—他形板状、粒状，2.0~5.0 mm；石英，他形，不规则粒状，以粒状集合体的形式较均匀分布在长石颗粒之间，0.2~4.0 mm；黑云母褐色—浅褐黄色多色性显著，少数变为白云母，并析出铁质，呈交代残余结构，多以片状集合体的形式杂乱分布，0.2~2.5 mm(图 2c，d)；副矿物为磁铁矿、磷灰石等。
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| a. SPM17TC20样品手标本照片；b.晚石炭世二长花岗岩与大乌苏杂岩接触关系素描图；c. SPM17TC20样品镜下照片；d. PM17TC34样品镜下照片。Q.石英；Kfs.钾长石；Pl.斜长石；Bt.黑云母；Hbl.普通角闪石。O—SD为大乌苏岩组。 图 2 新林地区晚石炭世二长花岗岩照片及接触关系素描图 Fig. 2 Photos and contact relationship of Late Carboniferous monzogranite in the Xinlin area |
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样品全岩主量元素和微量元素分析测试工作在河北省区域地质矿产调查研究所完成。其中主量元素采用熔片法X-射线荧光光谱法(XRF)测定，利用X射线激发样品产生二次X射线，对仪器误差和样品成分的二次X射线进行适当校准，通过射线的强度最终确定元素的含量，分析准确度和精度优于3%。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；分析流程采用AGV-1和BHVO-1等国际标准物质进行质量监测，分析过程中加入重复样以监测分析流程的精密度，准确度和精度优于10%。主量元素和微量元素分析测试具体实验条件和步骤参照文献[22]。
本文测年样品在河北省区域地质矿产调查研究所进行粉碎，并用浮选和电磁选法进行分选。首先在双目镜下选出晶形较好的锆石；然后将锆石粘贴在环氧树脂表面，打磨抛光后露出锆石的表面，制成样靶对测试样靶中锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相；最后采用LA-ICP MS仪器对锆石进行U-Pb测年分析。锆石U-Pb分析在天津地质矿产研究所同位素实验室LA-ICP MS仪器上完成，利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀，采用的激光剥蚀斑束直径为35 μm，激光能量密度为13~14 J/cm2，频率为8~10 Hz，激光剥蚀物质以氦为载气送入Neptune，并利用动态变焦扩大色散可以同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素，从而进行锆石U-Pb同位素原位测定。采用TEMORA作为外部锆石年龄标准。利用NIST610玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th质量分数。样品信号采集时间60 s(其中20 s为空白的测定)。采用ICP-MS DataCal和Isoplot程序进行数据处理，数据处理方法参照文献[23]。
4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年代学对新林地区的富西里内倭勒根河南二长花岗岩样品(PM17TC34)和大乌苏西里尼汗河北二长花岗岩样品(SPM17TC20)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析，分析结果见表 1。
| 点号 | wB/10-6 | 同位素比值 | Th/U | 年龄/Ma | ||||||||||
| Pb | U | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | |||
| 1 | 5 | 95 | 0.049 1 | 0.000 7 | 0.379 9 | 0.030 4 | 0.056 1 | 0.004 0 | 0.572 0 | 309 | 4 | 327 | 26 | |
| 2 | 8 | 154 | 0.048 5 | 0.000 7 | 0.369 4 | 0.019 3 | 0.055 2 | 0.002 7 | 0.593 0 | 305 | 4 | 319 | 17 | |
| 3 | 11 | 208 | 0.048 6 | 0.000 5 | 0.363 1 | 0.009 1 | 0.054 2 | 0.001 3 | 0.595 7 | 306 | 3 | 315 | 8 | |
| 4 | 10 | 201 | 0.049 6 | 0.000 5 | 0.354 9 | 0.009 6 | 0.051 9 | 0.001 4 | 0.531 7 | 312 | 3 | 308 | 8 | |
| 5 | 10 | 195 | 0.049 0 | 0.000 5 | 0.343 2 | 0.008 9 | 0.050 8 | 0.001 3 | 0.658 9 | 308 | 3 | 300 | 8 | |
| 6 | 10 | 191 | 0.047 9 | 0.000 4 | 0.331 7 | 0.009 0 | 0.050 2 | 0.001 3 | 0.695 9 | 302 | 3 | 291 | 8 | |
| 7 | 7 | 144 | 0.047 7 | 0.000 5 | 0.357 1 | 0.012 3 | 0.054 3 | 0.001 8 | 0.480 2 | 300 | 3 | 310 | 11 | |
| 8 | 7 | 142 | 0.048 1 | 0.000 6 | 0.330 3 | 0.013 1 | 0.049 8 | 0.001 9 | 0.411 3 | 303 | 4 | 290 | 11 | |
| 9 | 14 | 259 | 0.049 6 | 0.000 4 | 0.345 1 | 0.007 0 | 0.050 5 | 0.001 0 | 0.697 9 | 312 | 3 | 301 | 6 | |
| 10 | 11 | 214 | 0.048 0 | 0.000 5 | 0.357 6 | 0.009 9 | 0.054 0 | 0.001 3 | 0.548 7 | 302 | 3 | 310 | 9 | |
| 11 | 21 | 380 | 0.050 0 | 0.000 5 | 0.355 1 | 0.005 0 | 0.051 5 | 0.000 7 | 0.744 8 | 315 | 3 | 309 | 4 | |
| 12 | 23 | 442 | 0.049 1 | 0.000 5 | 0.344 2 | 0.004 1 | 0.050 8 | 0.000 6 | 0.575 5 | 309 | 3 | 300 | 4 | |
| 13 | 16 | 310 | 0.049 0 | 0.000 5 | 0.350 9 | 0.005 7 | 0.051 9 | 0.000 8 | 0.622 1 | 309 | 3 | 305 | 5 | |
| 14 | 7 | 139 | 0.048 6 | 0.000 6 | 0.358 8 | 0.012 6 | 0.053 6 | 0.001 8 | 0.654 7 | 306 | 4 | 311 | 11 | |
| 15 | 5 | 101 | 0.047 8 | 0.000 6 | 0.365 3 | 0.015 8 | 0.055 5 | 0.002 4 | 0.474 3 | 301 | 4 | 316 | 14 | |
| 16 | 24 | 452 | 0.048 5 | 0.000 4 | 0.359 5 | 0.007 8 | 0.053 7 | 0.001 1 | 0.615 3 | 305 | 3 | 312 | 7 | |
| 17 | 18 | 358 | 0.047 5 | 0.000 4 | 0.347 4 | 0.005 2 | 0.053 1 | 0.000 8 | 0.513 4 | 299 | 3 | 303 | 5 | |
| 18 | 30 | 596 | 0.047 7 | 0.000 4 | 0.344 9 | 0.004 9 | 0.052 5 | 0.000 4 | 0.559 6 | 300 | 3 | 301 | 4 | |
| 19 | 10 | 152 | 0.049 3 | 0.000 9 | 0.356 9 | 0.023 9 | 0.052 5 | 0.004 3 | 0.691 3 | 310 | 6 | 310 | 21 | |
| 20 | 52 | 1 015 | 0.047 5 | 0.000 5 | 0.361 7 | 0.004 7 | 0.055 2 | 0.000 6 | 0.887 4 | 299 | 3 | 313 | 4 | |
| 21 | 18 | 357 | 0.047 3 | 0.000 4 | 0.361 0 | 0.004 3 | 0.055 4 | 0.000 6 | 0.619 2 | 298 | 3 | 313 | 4 | |
| 22 | 13 | 257 | 0.047 8 | 0.000 4 | 0.353 5 | 0.005 9 | 0.053 6 | 0.000 9 | 0.462 8 | 301 | 3 | 307 | 5 | |
| 23 | 18 | 367 | 0.047 0 | 0.000 4 | 0.343 5 | 0.004 2 | 0.053 0 | 0.000 6 | 0.557 4 | 296 | 2 | 300 | 4 | |
| 24 | 17 | 316 | 0.048 1 | 0.000 3 | 0.352 8 | 0.005 3 | 0.053 2 | 0.000 8 | 0.844 6 | 303 | 2 | 307 | 5 | |
| 25 | 11 | 213 | 0.047 0 | 0.000 5 | 0.349 6 | 0.007 6 | 0.054 0 | 0.001 1 | 0.827 6 | 296 | 3 | 304 | 7 | |
| 26 | 71 | 289 | 0.047 7 | 0.000 1 | 0.343 5 | 0.010 3 | 0.052 2 | 0.001 5 | 0.740 0 | 300 | 1 | 300 | 8 | |
| 27 | 82 | 506 | 0.047 7 | 0.000 2 | 0.346 2 | 0.004 1 | 0.052 7 | 0.000 6 | 1.303 0 | 300 | 1 | 302 | 3 | |
| 28 | 129 | 472 | 0.047 8 | 0.000 1 | 0.349 1 | 0.006 4 | 0.053 0 | 0.000 9 | 1.528 0 | 301 | 1 | 304 | 5 | |
| 29 | 89 | 525 | 0.043 1 | 0.000 1 | 0.309 4 | 0.005 1 | 0.052 0 | 0.000 9 | 0.826 0 | 272 | 1 | 274 | 4 | |
| 30 | 54 | 261 | 0.047 7 | 0.000 1 | 0.344 5 | 0.007 8 | 0.052 4 | 0.001 2 | 1.062 0 | 300 | 1 | 301 | 6 | |
| 31 | 209 | 1 409 | 0.044 2 | 0.000 1 | 0.336 6 | 0.002 3 | 0.055 3 | 0.000 4 | 0.640 0 | 279 | 1 | 295 | 2 | |
| 32 | 66 | 399 | 0.049 8 | 0.000 1 | 0.382 6 | 0.011 5 | 0.055 7 | 0.001 7 | 0.712 0 | 313 | 1 | 329 | 8 | |
| 33 | 189 | 1 028 | 0.047 7 | 0.000 1 | 0.352 3 | 0.005 8 | 0.053 6 | 0.000 9 | 0.891 0 | 300 | 1 | 306 | 4 | |
| 34 | 71 | 539 | 0.030 2 | 0.001 2 | 0.277 9 | 0.008 3 | 0.082 5 | 0.003 9 | 5.147 0 | 192 | 8 | 249 | 7 | |
| 35 | 179 | 917 | 0.047 7 | 0.000 1 | 0.349 5 | 0.004 2 | 0.053 1 | 0.000 6 | 0.955 0 | 300 | 1 | 304 | 3 | |
| 36 | 46 | 250 | 0.047 6 | 0.000 2 | 0.345 6 | 0.015 4 | 0.052 6 | 0.002 3 | 0.814 0 | 300 | 1 | 301 | 12 | |
| 37 | 14 | 68 | 0.045 0 | 0.000 3 | 0.332 8 | 0.034 1 | 0.053 3 | 0.005 6 | 1.223 0 | 284 | 2 | 292 | 26 | |
| 38 | 161 | 680 | 0.047 8 | 0.000 2 | 0.348 2 | 0.005 5 | 0.052 9 | 0.000 8 | 1.280 0 | 301 | 1 | 303 | 4 | |
| 39 | 60 | 292 | 0.047 6 | 0.000 1 | 0.357 1 | 0.010 4 | 0.054 4 | 0.001 5 | 1.012 0 | 300 | 1 | 310 | 8 | |
| 40 | 10 | 56 | 0.047 5 | 0.000 3 | 0.350 7 | 0.048 2 | 0.052 4 | 0.007 4 | 0.788 0 | 299 | 2 | 305 | 36 | |
| 41 | 65 | 353 | 0.048 4 | 0.000 2 | 0.360 8 | 0.009 8 | 0.054 0 | 0.001 4 | 1.030 0 | 305 | 1 | 313 | 7 | |
| 42 | 53 | 309 | 0.048 0 | 0.000 1 | 0.347 6 | 0.008 0 | 0.052 5 | 0.001 2 | 0.757 0 | 302 | 1 | 303 | 6 | |
| 43 | 171 | 749 | 0.069 9 | 0.000 3 | 0.574 9 | 0.005 7 | 0.059 6 | 0.000 5 | 0.703 0 | 435 | 2 | 461 | 4 | |
| 44 | 121 | 631 | 0.041 0 | 0.000 2 | 0.318 5 | 0.004 4 | 0.056 4 | 0.000 8 | 0.958 0 | 259 | 1 | 281 | 3 | |
| 45 | 76 | 307 | 0.046 8 | 0.000 1 | 0.349 8 | 0.009 5 | 0.054 1 | 0.001 4 | 1.317 0 | 295 | 1 | 305 | 7 | |
| 46 | 104 | 576 | 0.048 0 | 0.000 1 | 0.342 9 | 0.004 0 | 0.051 9 | 0.000 6 | 0.746 0 | 302 | 1 | 299 | 3 | |
| 47 | 89 | 554 | 0.047 9 | 0.000 4 | 0.362 4 | 0.015 7 | 0.054 4 | 0.002 2 | 0.550 0 | 301 | 2 | 314 | 12 | |
| 48 | 129 | 626 | 0.047 8 | 0.000 1 | 0.345 8 | 0.005 1 | 0.052 5 | 0.000 8 | 0.925 0 | 301 | 1 | 302 | 4 | |
| 49 | 81 | 366 | 0.047 6 | 0.000 1 | 0.353 4 | 0.007 4 | 0.053 8 | 0.001 1 | 1.010 0 | 300 | 1 | 307 | 6 | |
| 50 | 31 | 136 | 0.050 0 | 0.000 3 | 0.364 0 | 0.023 2 | 0.052 4 | 0.003 3 | 1.263 0 | 315 | 2 | 315 | 17 | |
| 51 | 98 | 426 | 0.047 7 | 0.000 1 | 0.345 7 | 0.009 1 | 0.052 6 | 0.001 4 | 1.104 0 | 300 | 1 | 301 | 7 | |
| 52 | 79 | 373 | 0.047 3 | 0.000 1 | 0.353 8 | 0.006 3 | 0.054 2 | 0.001 0 | 1.009 0 | 298 | 1 | 308 | 5 | |
| 53 | 101 | 446 | 0.047 8 | 0.000 2 | 0.356 0 | 0.007 1 | 0.054 1 | 0.001 2 | 1.193 0 | 301 | 1 | 309 | 5 | |
| 54 | 117 | 572 | 0.047 7 | 0.000 1 | 0.348 6 | 0.005 1 | 0.053 0 | 0.000 7 | 1.006 0 | 300 | 1 | 304 | 4 | |
| 注：1—25点号为样品SPM17TC34；26—54点号为样品SPM17TC20。 | ||||||||||||||
富西里岩体样品(PM17TC34)中，锆石主要呈自形—半自形，柱状，长宽比在1.5:1~3:1之间。阴极发光图像显示，多数锆石具有清晰的振荡环带(图 3)，Th/U值介于0.2~1.0之间(表 1)，表明锆石为岩浆锆石成因[24]。样品总共分析了25个测点，测点均选择在具有明显震荡环带的区域，25个分析点的206Pb/238U加权平均年龄为(303.7±2.2)Ma(图 4a)，代表了二长花岗岩形成时代为晚石炭世。
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| 图 3 新林地区二长花岗岩代表性锆石CL图像 Fig. 3 Cathodoluminescence images of zircons of the monzogranites in Xinlin area |
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| a. PM17TC34; b. SPM17TC20。 图 4 新林地区晚石炭世二长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图和加权平均年龄图 Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagrams and weighted average age graph of Late Carboniferous monzogranites in Xinlin area |
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大乌苏岩体样品(SPM17TC20)中锆石内部多含裂隙和包裹体，直径为30~35 μm，激光剥蚀的斑束无法完全避开这些区域，普通铅含量偏高，表明有非放射性成因的铅混入，影响实验结果。锆石颗粒晶形较好，呈短柱状、长柱状，长50~300 μm，长宽比为2:1~1:1，部分可达3:1。所测锆石明显发育震荡环带(图 3)，锆石Th/U值大于0.1(0.550 0~5.147 0)(表 1)，具有岩浆锆石特征。样品总共分析了29个测点，分析点主要选择在具有明显震荡环带的区域，20个测点年龄偏离谐和线，可能为后期铅丢失或者有非放射性成因铅混入的影响，其年龄无意义。谐和线上9个分析点206Pb/238U加权平均年龄为(300.5±0.5)Ma(图 4b)，与富西里二长花岗岩锆石U-Pb年龄(303.7±2.2)Ma基本一致，为晚石炭世岩浆活动的产物。
4.2 岩石地球化学特征新林地区富西里和大乌苏花岗岩质岩体的主量元素和微量元素分析结果列于表 2。花岗岩的w(SiO2)变化较大(66.77%~75.85%)，含较高的w(K2O)(3.20%~5.67%)和K2O/Na2O(0.66~2.35，整体大于1)，w(Al2O3)(12.90%~16.22%)高于一般的碱性花岗岩(一般低于12%)[25]。具有低w(MgO)(0.12%~1.21%)、w(CaO)(0.23%~2.10%)和w(TiO2)(0.18%~0.66%)的特点，Mg#较低(17.42~43.21)。里特曼指数σ=1.82~2.73，属于钙碱性系列。在TAS图(图 5a)上投入花岗岩区域；在w(K2O)-w(SiO2)图解(图 5b)中显示高钾钙碱性花岗岩特点；其铝饱和指数(A/CNK)为1.06~1.44，具过铝质特征(图 5c)。
| 地区 | 样品号 | SiO2 | Al2O3 | TiO2 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | K2O | Na2O | MnO | P2O5 | 烧失量 | 总和 | AR | A/CNK | K2O/Na2O | ALK | A/NK | σ | TFeO | Mg# | Li | Nb | Sc | Ga | Zr | Hf | Th | Sr | Ba | U | Ta | Rb | Y | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ΣREE | 10000Ga/Al | (La/Yb)N | Y/Nb | LREE/HREE | δEu |
| 大乌苏地区 | SPM17TC03 | 66.77 | 16.22 | 0.66 | 1.66 | 1.34 | 2.10 | 1.21 | 3.20 | 4.86 | 0.07 | 0.21 | 1.41 | 99.70 | 2.57 | 1.06 | 0.66 | 8.06 | 1.42 | 2.73 | 2.83 | 43.21 | 12.25 | 9.10 | 5.02 | 23.10 | 159.00 | 8.01 | 6.80 | 1 024.00 | 961.00 | 1.99 | 0.77 | 74.40 | 7.70 | 27.70 | 50.00 | 5.99 | 22.60 | 3.84 | 1.25 | 2.99 | 0.35 | 1.62 | 0.28 | 0.76 | 0.11 | 0.62 | 0.15 | 125.96 | 2.69 | 30.12 | 0.84 | 17.31 | 1.09 |
| SPM17TC20 | 75.66 | 13.18 | 0.19 | 1.06 | 0.32 | 0.34 | 0.22 | 4.58 | 3.31 | 0.04 | 0.06 | 0.93 | 99.88 | 3.80 | 1.20 | 1.38 | 7.89 | 1.27 | 1.91 | 1.27 | 23.59 | 7.43 | 24.50 | 4.19 | 15.70 | 129.00 | 5.67 | 15.10 | 139.70 | 510.30 | 1.24 | 3.09 | 183.10 | 16.06 | 35.23 | 58.74 | 6.98 | 23.16 | 3.79 | 0.66 | 3.38 | 0.55 | 2.94 | 0.53 | 1.74 | 0.31 | 2.31 | 0.34 | 156.72 | 2.26 | 10.27 | 0.66 | 11.95 | 0.56 | |
| SPM17TC48 | 74.05 | 13.82 | 0.18 | 1.04 | 0.31 | 0.69 | 0.24 | 5.67 | 3.02 | 0.04 | 0.05 | 0.73 | 99.83 | 3.99 | 1.12 | 1.88 | 8.69 | 1.24 | 2.43 | 1.25 | 25.56 | 6.77 | 21.70 | 3.64 | 16.70 | 123.00 | 4.82 | 19.10 | 225.00 | 758.00 | 2.63 | 1.46 | 206.00 | 11.80 | 33.30 | 58.60 | 6.54 | 21.50 | 3.55 | 0.59 | 2.90 | 0.40 | 2.28 | 0.43 | 1.28 | 0.21 | 1.25 | 0.23 | 144.86 | 2.28 | 17.96 | 0.54 | 15.13 | 0.55 | |
| SPM17TC58 | 70.79 | 14.74 | 0.49 | 2.81 | 0.12 | 0.41 | 0.48 | 5.33 | 2.27 | 0.05 | 0.14 | 2.17 | 99.80 | 3.01 | 1.44 | 2.35 | 7.60 | 1.55 | 2.08 | 2.65 | 24.41 | 8.01 | 29.70 | 5.66 | 18.90 | 312.00 | 9.36 | 12.40 | 125.00 | 1 007.00 | 1.45 | 2.66 | 140.00 | 47.10 | 72.10 | 133.00 | 15.00 | 52.90 | 9.69 | 1.56 | 8.41 | 1.46 | 9.39 | 1.78 | 5.01 | 0.81 | 4.35 | 0.57 | 363.13 | 2.42 | 11.17 | 1.59 | 10.43 | 0.52 | |
| 富西里地区 | PM17TC34 | 75.85 | 12.90 | 0.34 | 0.96 | 0.15 | 0.23 | 0.12 | 4.67 | 3.75 | 0.01 | 0.09 | 0.74 | 99.81 | 4.58 | 1.11 | 1.25 | 8.42 | 1.15 | 2.16 | 1.01 | 17.42 | 4.29 | 20.20 | 7.61 | 14.20 | 202.00 | 5.27 | 10.40 | 158.00 | 749.00 | 1.39 | 108.00 | 7.22 | 26.00 | 39.60 | 5.38 | 17.80 | 2.88 | 0.63 | 2.18 | 0.33 | 1.70 | 0.32 | 0.89 | 0.14 | 0.98 | 0.15 | 106.20 | 2.08 | 17.89 | 0.36 | 14.87 | 0.74 | |
| PM24TC6 | 74.50 | 13.60 | 0.18 | 0.95 | 0.53 | 0.28 | 0.24 | 5.28 | 3.33 | 0.05 | 0.06 | 0.73 | 99.73 | 4.27 | 1.16 | 1.59 | 8.61 | 1.22 | 2.35 | 1.38 | 23.60 | 16.70 | 24.00 | 5.33 | 16.00 | 92.00 | 3.10 | 19.60 | 150.00 | 848.00 | 2.22 | 198.00 | 11.80 | 25.40 | 60.80 | 4.83 | 15.90 | 2.81 | 0.46 | 2.38 | 0.37 | 2.09 | 0.41 | 1.26 | 0.22 | 1.58 | 0.26 | 130.57 | 2.22 | 10.84 | 0.49 | 14.24 | 0.53 | ||
| PM24LT2 | 73.10 | 13.70 | 0.27 | 1.72 | 0.30 | 0.92 | 0.27 | 4.85 | 2.56 | 0.05 | 0.09 | 2.02 | 99.85 | 3.06 | 1.23 | 1.89 | 7.41 | 1.45 | 1.82 | 1.85 | 20.66 | 23.40 | 25.40 | 6.95 | 16.70 | 204.00 | 5.68 | 15.30 | 127.00 | 859.00 | 1.85 | 136.00 | 17.60 | 38.90 | 61.30 | 7.77 | 26.10 | 4.32 | 0.81 | 3.56 | 0.57 | 3.01 | 0.61 | 1.74 | 0.28 | 2.04 | 0.32 | 168.93 | 2.30 | 12.86 | 0.69 | 12.93 | 0.61 | ||
| PM17TC13 | 75.55 | 13.22 | 0.25 | 0.93 | 0.30 | 0.27 | 0.28 | 4.81 | 3.22 | 0.02 | 0.05 | 1.02 | 99.92 | 3.94 | 1.20 | 1.49 | 8.03 | 1.26 | 1.98 | 1.14 | 30.51 | 9.57 | 11.20 | 2.93 | 17.10 | 149.00 | 5.08 | 15.70 | 133.20 | 483.20 | 1.11 | 128.30 | 10.58 | 26.03 | 46.21 | 5.65 | 19.18 | 3.25 | 0.42 | 2.52 | 0.36 | 2.11 | 0.42 | 1.24 | 0.22 | 1.50 | 0.46 | 120.15 | 2.44 | 11.70 | 0.94 | 12.61 | 0.43 | ||
| 注：常量元素质量分数单位为%；微量和稀土元素质量分数单位为10-6。A/CNK=(Al2O3)/(CaO+K2O+Na2O)，摩尔数比；A/NK=(Al2O3)/(K2O+Na2O)，摩尔数比；σ=2(Na2O+K2O)/(SiO2-43)，质量分数；AR=[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)]，质量分数, AR为碱度率；Mg#=Mg2+/(Mg2++Fe2++Fe3+)，离子摩尔数；δEu=EuN/[(GdN+SmN)/2]，质量分数。“N”表示相对于球粒陨石标准化值，全文同。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 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；Ir线上方为碱性系列，下方为亚碱性系列。a底图据文献[26]；b底图据文献[27]；c底图据文献[28]。 图 5 新林地区晚石炭世二长花岗岩TAS图解(a)、w(K2O)-w(SiO2)图解(b)、A/NK-A/CNK图解(c) Fig. 5 TAS diagram (a), w(K2O)-w(SiO2) diagram (b), and A/NK-A/CNK diagram (c) of Late Carboniferous monzogranites in Xinlin area |
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富西里和大乌苏花岗岩质岩体稀土元素总量较高，w(ΣREE)=(106.20~363.13)×10-6，轻重稀土元素比值LREE/HREE=10.43~17.31。稀土元素配分模式(图 6a)显示轻稀土富集，重稀土亏损的右倾型，(La/Yb)N值为10.27~30.12，负铕异常明显(δEu=0.43~1.09)，表明源区应有残留斜长石。在原始地幔标准化图解(图 6b)中，岩石富集大离子亲石元素Ba、Rb、K等，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti和P，具有Ⅰ型花岗岩的特征。
新林地区晚石炭世花岗质岩石为二长花岗岩，主要矿物成分为长石和石英，暗色矿物主要为黑云母。从主量元素分析可以看出，岩石总体表现出富硅、富碱，低MgO、CaO、TiO2特征，花岗岩属过铝质高钾钙碱性岩石系列；铝饱和指数为1.06~1.44，为过铝质岩石，但岩石未见原生白云母、堇青石、石榴石等富铝矿物，副矿物中普遍出现磷灰石、磁铁矿和榍石等组合，明显不同于强烈富铝的S型花岗岩。在w(P2O5)-w(SiO2)相关图(图 7a)上为明显的负相关关系，符合磷灰石饱和规则，显示为Ⅰ型花岗岩的演化趋势[31]；岩石稀土总量较高，轻重稀土分馏明显，具负铕异常。因此，新林地区二长花岗岩应为Ⅰ型花岗岩。二长花岗岩Mg#(17.42~43.21)较低，显示岩浆经历了较高程度的结晶分异作用。10000Ga/Al介于2.08~2.69之间，整体低于A型花岗岩的最低值2.6[32]，在10000Ga/Al-w(Zr+Ce+ Y+Nb)和TFeO/MgO-w(Zr+Ce+Y+Nb)图解(图 7b，c)中，样品多数落入分异的花岗岩区域，属于分异的Ⅰ型花岗岩。Nb/Ta值为7.91~14.86，低于幔源岩石(17.5±2.0)[33-34]，而与陆壳岩石(11)相近[34]，均指示源区为陆壳物质。本次工作获得富西里二长花岗岩的87Sr/86Sr为0.712 938、143Nd/144Nd为0.512 386，根据t=303.7 Ma(样品PM17TC34获得的年龄)进行计算，二长花岗岩的(87Sr/86Sr)i值为0.704 4，εNd(t)值为-1.09，TDM2=1 172 Ma，本文和武广等[35]数据在εNd(t)-ISr图解中显示源区来源从富集地幔靠近原始地幔(图 7d)，这与大兴安岭北部，尤其是额尔古纳地块古生代—中生代花岗岩的Nd同位素组成具有较低的εNd(t)值(-9.7~-2.5)和较高的Nd模式年龄(1.2~1.8 Ga)[1]相一致，反映其源区物质主要为中—新元古代从亏损地幔增生的地壳物质。
前人对大小兴安岭地区晚古生代岩浆岩进行了大量研究，根据岩石地球化学及同位素年代学可划分为3个重要时期：第一期形成时代为355~330 Ma的早石炭世，岩石组合主要为钙碱性系列的辉长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩，主要发育有霍龙门地区二长花岗岩(351.5 Ma)[3]、乌尔其汗花岗闪长岩(331.2 Ma)[14]、牙克石花岗闪长岩(331.2 Ma)和西乌旗南部石英闪长岩(325/322 Ma)[36]等，还有塔河堆晶辉长岩(333 Ma)的原始岩浆为低钾钙碱性系列玄武岩，来自地幔辉石岩的部分熔融，形成于俯冲背景下的流体交代[37]。该期岩浆整体为活动大陆边缘环境，岩浆活动时间略早于松嫩地块和兴安地块的聚合事件，应与两者之间大洋俯冲事件有关。
第二期形成年龄为320~300 Ma的晚石炭世，该期岩浆岩在大兴安岭北部广泛分布，具有面状分布特征，岩石组合主要为高钾钙碱性二长花岗岩-花岗闪长岩-钾长花岗岩和陆相中—酸性火山岩，主要发育有维拉斯托石英闪长岩(310 Ma)和拜仁达坝花岗闪长岩(319 Ma)[38]、嵯岗地区花岗闪长质片麻岩(300 Ma)[39]、塔源地区二长花岗岩(318 Ma)[40]、黑河龙镇花岗闪长岩-二长花岗岩(319~315 Ma)[41]、扎兰屯地区正长花岗岩(301 Ma)、塔尔气地区二长花岗岩(313 Ma)[42]、兴安地区二长花岗岩(309 Ma)[40]、多宝山地区碱长花岗岩-正长花岗岩(309.0 Ma、299.3 Ma)[2]、全胜林场地区花岗岩(322/305/301/294 Ma)[15]和十二站地区花岗岩(298 Ma)[1]等。本次工作中，新林地区两个二长花岗岩样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄集中在300~304 Ma之间，代表了二长花岗岩的侵位年龄为晚石炭世。该期岩浆性质的研究对区域构造演化具有重要意义。
第三期为早二叠世与造山期后伸展有关的岩浆岩，形成年龄为292~260 Ma，岩石组合为碱性花岗岩-二长花岗岩-花岗闪长岩，主要沿着贺根山—黑河断裂发育，有白音乌拉碱性花岗岩(286 Ma)[43-44]、扎那乌拉碱性花岗岩(277 Ma)[43-44]、组横得楞碱性花岗岩(284/276 Ma)[43-44]、小兴安岭大黑山碱性花岗岩(292 Ma)[45-46]、小山屯碱性花岗岩(285 Ma)[45-46]、固固河碱性花岗岩(264 Ma)[45-46]，松木山碱性花岗岩(260 Ma)[45-46]和锡林浩特花岗岩(276 Ma)[47]等。
5.3 构造环境额尔古纳地块和兴安地块于早古生代完成了碰撞拼合[6-9]，因此新林地区后造山二长花岗岩应该是额尔古纳—兴安地块与松嫩地块拼合后造山构造阶段的产物。上述早石炭世花岗岩岩石地球化学特征显示其具有活动陆缘钙碱性岩浆弧的典型特征[12-13, 15]，形成于板块碰撞前的俯冲环境，塔河堆晶辉长岩(340~333 Ma)具有活动大陆边缘辉长岩的构造属性[38]，这表明早石炭世额尔古纳—兴安地块和松嫩地块之间存在洋壳俯冲消减和板块会聚作用[1, 15]；晚石炭世花岗岩岩石地球化学特征显示其为Ⅰ型花岗岩，属碰撞后成因，指示额尔古纳—兴安地块与松嫩地块于晚石炭世即已拼合；早—中二叠世A型花岗岩[43-47]的出现，暗示区域至少在二叠纪之前二者已经进入造山期后伸展环境。早石炭世—晚石炭世—二叠纪花岗岩具有从俯冲－碰撞后－造山后伸展的连续演化的成因特点[15]。本文新林地区二长花岗岩样品在微量元素w(Rb)-w(Y+Nb)构造环境判别图(图 8a)中大部分落入后造山花岗岩区域，在花岗岩R2-R1构造环境判别图(图 8b)中落入同碰撞—后造山环境附近。岩相学研究表明，该期岩石均未发生任何变形，未遭受任何变质作用，说明岩浆侵位活动晚于造山作用的峰期[15, 36]，结合二长花岗岩的年龄，说明额尔古纳—兴安地块与松嫩地块于晚石炭世之前已经完成了碰撞造山作用。因此，大兴安岭新林地区晚石炭世二长花岗岩可能形成于造山后伸展构造环境。结合研究区内出露有下石炭统红水泉组海相地层，而区域上晚石炭世末期遭受区域性隆升和剥蚀、区域海相地层消失[48]，暗示早石炭世末期为重要的构造环境转换期；因此额尔古纳—兴安地块与松嫩地块很可能于早石炭世末期沿二连－嫩江－黑河一线碰撞拼合[15, 48]，新林地区晚石炭世岩浆活动应与其密切相关，说明约300 Ma之前额尔古纳—兴安地块与松嫩地块已完成拼贴，并进入造山后伸展阶段。
1) LA-ICP-MS测年结果显示，大兴安岭新林地区出露的晚石炭世二长花岗岩锆石U-Pb加权平均年龄分别为(300.5±0.5)Ma和(303.7±2.2)Ma，为晚石炭世岩浆侵位活动的产物。
2) 大兴安岭新林地区晚石炭世花岗岩主要为二长花岗岩，岩石具富硅、富碱、高铝，低MgO、CaO、TiO2的特点，属于钙碱性过铝质岩石，富集大离子亲石元素而亏损高场强元素，具有Ⅰ型花岗岩特征。二长花岗岩(87Sr/86Sr)i值为0.704 4，εNd(t)值为-1.09，TDM2=1 172 Ma，反映其源区物质主要为中—新元古代从亏损地幔增生的地壳物质。
3) 大兴安岭新林地区晚石炭世花岗岩岩浆活动发生在额尔古纳—兴安地块与松嫩地块碰撞拼合的造山后伸展环境。
致谢: 玻乌勒山项目组全体成员对野外地质工作、样品采集等给予了帮助，黑龙江省区域地质调查所韩松山教授级高级工程师对野外工作给予了指导，成都地调中心姜丽莉博士对本文提出了宝贵意见，在此一并表示感谢!
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