大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石成因及构造意义

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施璐, 唐振, 郑常青, 等. 大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石成因及构造意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(1): 112-128

Shi Lu, Tang Zhen, Zheng Changqing, et al. Genesis and Tectonic Significance of Late Jurassic Granitoids in Chaihe Region, Central Great Xing'an Range, NE China[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(1): 112-128.

大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石成因及构造意义

施璐¹, 唐振¹, 郑常青², 秦涛¹, 张立东¹, 汪岩¹, 钱程¹, 杨帆¹

1. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034;
2. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061

收稿日期: 2018-06-26

作者简介: 施璐(1988-), 男, 工程师, 博士, 主要从事岩石学和区域地质调查方面的研究, E-mail:shilu880208@hotmail.com

基金项目: 中国地质调查局项目（DD20190039-03，DD20160048-02，1212011120654）

摘要: 本文对大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石进行了岩石学、同位素年代学、地球化学等研究，探讨了其岩石成因及形成的构造背景。岩石学研究表明，大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石主要岩石组合为花岗闪长岩、二长花岗岩和碱长花岗岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果获得2个二长花岗岩年龄分别为（152±1）Ma和（150±1）Ma。岩石主量元素具有富钾钠、富铝的特点，属铁质碱-钙性岩石。稀土元素相对富集轻稀土元素、亏损重稀土元素，具有弱到中等的Eu负异常，微量元素主要富集大离子亲石元素（Rb、Th、U、K、LREE）和Zr、Hf元素，亏损高场强元素（Nb、Ta、P、Ti）和Ba、Sr元素。地球化学特征指示这些晚侏罗世花岗质岩石来源于新元古代和早古生代期间从亏损地幔新增生的地壳物质部分熔融，形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合陆壳加厚之后挤压到伸展的转换环境。

关键词: 大兴安岭中部晚侏罗世花岗质岩石 U-Pb年龄岩石成因构造背景

Genesis and Tectonic Significance of Late Jurassic Granitoids in Chaihe Region, Central Great Xing'an Range, NE China

Shi Lu¹, Tang Zhen¹, Zheng Changqing², Qin Tao¹, Zhang Lidong¹, Wang Yan¹, Qian Cheng¹, Yang Fan¹

1. Shenyang Center, China Geological Survey, Shenyang 110034, China;
2. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China

Foundation item: Supported by Project of China Geological Survey (DD20190039-03, DD20160048-02, 1212011120654)

Abstract: The authors studied the Late Jurassic granitoids in the Chaihe region of central Great Xing'an Range. The Late Jurassic granitoids consist of granodiorite, monzonitic granite, and alkali-feldspar granite in lithology. We obtained two LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of monzonitic granite, they are (152±1) Ma and (150±1) Ma respectively. The chemical analyses show that the Late Jurassic granitoids are classified as ferrous alkali-calcic rocks, and are characterized by enrichment in light rare earth elements (LREEs), large ion lithophile elements (LILEs), Zr, Hf, and depletion of heavy rare earth elements (HREEs), high field strength elements (HFSEs), Ba, and Sr, with weak to moderate Eu negative anomalies. All the geochemical characteristics suggest that the Late Jurassic granitoids were derived from the partial melting of lower juvenile crustal basaltic rocks. We propose that the generation of the Late Jurassic granitoids is related to the transitional environment of extrusion-extension after the final closure of the Mongol-Okhotsk Sea and subsequent continental thickening.

Key words: Central Great Xing'an Range Late Jurassic granitoids U-Pb dating petrogenesis transition setting

0 引言

晚侏罗世和早白垩世是中国东北地区中生代岩浆活动的两个重要阶段，目前普遍认为早白垩世中国东北地区处于大规模的伸展环境，但是晚侏罗世处于何种环境仍存在争议。一些学者认为大兴安岭晚侏罗世岩浆岩形成于挤压构造背景或活动大陆边缘构造背景^[1-3]，一些学者认为可能是造山后伸展背景的产物^[4-7]，另有部分学者认为其形成于挤压到伸展的转换环境^[8-9]。本文选取大兴安岭中部柴河地区出露的晚侏罗世花岗质岩石，在野外地质调查和岩相学研究的基础上，通过年代学、岩石地球化学等方面的研究，探讨了大兴安岭中部晚侏罗世花岗质岩石的岩石学和地球化学特征、形成过程及形成的构造背景，以期为大兴安岭中生代大地构造背景研究提供基础地质证据。

1 地质背景及样品描述

大兴安岭位于中亚造山带东段，大地构造位置处于西伯利亚板块和塔里木—华北板块之间(图 1)^[10]。其古生代经历了多个微陆块碰撞拼合时期^[11-15]，构造演化与古亚洲洋的闭合密切相关；中、新生代受太平洋构造域和蒙古—鄂霍茨克构造域的叠加和改造^[16-17]。柴河地区位于大兴安岭中部，其晚中生代侏罗纪—白垩纪地质单元由陆相火山岩地层及同时期侵入岩组成(图 2)。

F₁.牡丹江断裂；F₂.敦化—密山断裂；F₃.伊通—佳木斯断裂；F₄.西拉木伦—长春—延吉断裂；F₅.贺根山—扎兰屯—黑河断裂；F₆.塔源—喜桂图断裂；F₇.德尔布干断裂。据文献[10]修编。图 1 研究区大地构造位置图 Fig. 1 Tectonic map of Chaihe region in the Central Great Xing'an Range

图选项

图 2 大兴安岭中部柴河地区地质简图 Fig. 2 Geological sketch map of the Chaihe region, Central Great Xing'an Range

图选项

柴河地区晚侏罗世花岗岩主要出露于哈布气林场、金江沟、天池、青年林场等地(图 2)，侵入到古生代地层和花岗岩中，岩石类型主要有花岗闪长岩、二长花岗岩和碱长花岗岩。花岗闪长岩，中细粒结晶结构，块状构造，岩石主要组成矿物有石英(约25%)、斜长石(约45%)、条纹长石(约10%)、黑云母(约12%)和角闪石(约8%)，副矿物可见磷灰石、榍石、锆石、磁铁矿(图 3a)。二长花岗岩，中细粒结晶结构，块状构造，主要矿物组成有石英(30%)、条纹长石(35%)、斜长石(30%)和黑云母(5%)，副矿物有榍石和磁铁矿(图 3b)。碱长花岗岩，中细粒结晶结构，块状构造，主要组成矿物有石英(约30%)、条纹长石(约62%)和少量酸性斜长石(约5%)、黑云母(约3%)，副矿物有磷灰石、榍石、锆石、磁铁矿等(图 3c)。

a.花岗闪长岩；b.二长花岗岩；c.碱长花岗岩。Qtz.石英；Pth.条纹长石；Pl.斜长石；Bt.黑云母。图 3 柴河地区晚侏罗世花岗质岩石显微照片 Fig. 3 Microscopic photographs for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

2 分析方法

锆石先用重液和磁选结合从粉碎的岩石样品中分选出来，再在双目镜下提纯；然后，将锆石嵌于树脂样靶中并抛光，之后镀上50 nm厚的纯金。阴极发光(CL)图像在中国地质科学院北京离子探针中心制成，主要是查明锆石内部结构，以便准确选点。锆石U-Pb定年在天津地质矿产研究所完成。测试仪器为NEPTUNE多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和氟化氩准分子激光剥蚀系统(NEW WAVE 193nm FX)联机^[18]。激光剥蚀斑束直径为35 μm，激光剥蚀样品的深度为20~40 μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气。锆石年龄计算采用源自澳大利亚Macquarie大学的标准锆石GJ-1作为外标，元素含量采用人工合成玻璃NIST SRM610作为外标^[19]。具体实验操作流程见文献[20]。样品的同位素比值和元素含量处理采用GLITTER(ver4.0)程序计算，普通Pb采用Andersen的3D坐标法校正^[21]，加权平均年龄及谐和图采用ISOPLOT(v. 3.00)^[22]绘制。单个测试点的同位素比值和同位素年龄误差为1σ，²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值置信度为95%。

样品的主量元素和微量元素分析在天津地质矿产研究所和国土资源部哈尔滨矿产资源监督测试中心完成。挑选新鲜未风化样品洗净、烘干后，用玛瑙研钵研磨至＜200目的粉末用于主量元素和微量元素分析。主量元素采用X射线荧光光谱分析(XRF)，微量元素的分析采用等离子质谱法(ICP-MS)完成，详细的主、微量元素分析实验原理和分析步骤见文献[23]。

在LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的基础上，进行了锆石原位Hf同位素测定工作。锆石原位Hf同位素分析在天津地质矿产研究所完成，测试仪器为NEPTUNE多接收器电感耦合等离子体质谱仪和氟化氩准分子激光剥蚀系统联机，激光束斑直径为50 μm。详细的分析方法参照文献[18]。分析过程中标准锆石GJ-1的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值为0.282 000±0.000 040。运用实验中测得的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf值来计算初始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值。¹⁷⁶Lu的半衰期采用1.865×10^-11a^-1 ^[24]。计算ε_Hf(t)值时采用现在的(¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf)_DM和(¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf)_DM值分别为0.283 25和0.038 4 ^[25]。Hf模式年龄的计算见文献[25-27]。

3 分析结果 3.1 锆石U-Pb定年

本论文对晚侏罗世花岗质岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析，锆石的CL图像见图 4，分析结果列于表 1。

实线圆圈为U-Pb同位素打点位置；虚线圆圈为Lu-Hf同位素打点位置。图 4 柴河地区晚侏罗世花岗质岩锆石CL图像 Fig. 4 Zircons CL images for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

表 1 柴河地区晚侏罗世花岗质岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

分析号	w_B/10^-6		Th/U	同位素比值						年龄/Ma
分析号	Th	U	Th/U	²⁰⁶Pb^/238U	1σ	²⁰⁷Pb^/235U	1σ	²⁰⁷Pb^/206Pb	1σ	²⁰⁶Pb^/238U	1σ	²⁰⁷Pb^/235U	1σ	²⁰⁷Pb^/206Pb	1σ
Z10-18.1	112	100	1.118 3	0.024 1	0.000 2	0.165 6	0.015 7	0.049 8	0.004 6	154	1	156	15	187	216
Z10-18.2	265	250	1.060 8	0.024 3	0.000 4	0.171 1	0.010 9	0.051 0	0.003 1	155	2	160	10	241	141
Z10-18.3	179	177	1.014 5	0.024 1	0.000 3	0.161 0	0.012 7	0.048 5	0.003 7	153	2	152	12	122	180
Z10-18.4	204	198	1.028 1	0.023 3	0.000 2	0.157 6	0.010 9	0.049 0	0.003 3	149	1	149	10	146	158
Z10-18.5	302	388	0.777 2	0.024 3	0.000 3	0.178 0	0.015 4	0.053 2	0.004 5	154	2	166	14	339	190
Z10-18.6	110	159	0.691 3	0.024 3	0.000 3	0.166 5	0.012 8	0.049 7	0.003 6	155	2	156	12	181	171
Z10-18.7	150	220	0.685 1	0.024 6	0.000 4	0.174 4	0.009 7	0.051 3	0.002 7	157	3	163	9	256	121
Z10-18.8	156	148	1.052 2	0.024 3	0.000 4	0.182 6	0.016 0	0.054 5	0.004 7	155	2	170	15	392	193
Z10-18.9	119	172	0.690 4	0.023 7	0.000 3	0.170 7	0.011 4	0.052 2	0.003 4	151	2	160	11	296	149
Z10-18.10	113	127	0.883 3	0.023 8	0.000 4	0.159 9	0.012 9	0.048 8	0.003 9	152	2	151	12	137	188
Z10-18.11	98	122	0.802 0	0.023 2	0.000 4	0.172 7	0.015 7	0.053 9	0.004 8	148	2	162	15	367	201
Z10-18.12	172	167	1.032 8	0.023 7	0.000 3	0.159 5	0.012 3	0.048 7	0.003 7	151	2	150	12	136	179
Z10-18.13	127	153	0.828 3	0.023 3	0.000 6	0.157 3	0.015 0	0.049 0	0.004 5	149	4	148	14	146	215
Z10-18.14	186	159	1.171 5	0.023 8	0.000 2	0.156 8	0.014 4	0.047 8	0.004 3	151	2	148	14	91	213
Z10-18.15	219	173	1.262 2	0.023 3	0.000 2	0.162 9	0.012 7	0.050 6	0.003 9	149	2	153	12	224	176
Z10-18.16	172	202	0.850 5	0.024 4	0.000 4	0.165 5	0.009 4	0.049 2	0.002 7	155	2	156	9	158	129
Z10-18.17	167	174	0.960 4	0.024 1	0.000 5	0.164 1	0.012 4	0.049 4	0.003 6	153	3	154	12	169	171
Z10-18.18	329	267	1.233 2	0.023 7	0.000 3	0.160 8	0.007 8	0.049 2	0.002 3	151	2	151	7	156	110
Z10-18.19	112	186	0.602 4	0.024 1	0.000 5	0.171 1	0.013 3	0.051 5	0.003 9	154	3	160	12	263	173
Z10-18.20	125	125	0.995 7	0.024 4	0.000 4	0.161 9	0.013 1	0.048 2	0.003 9	155	2	152	12	107	189
Z10-18.21	334	280	1.192 6	0.024 0	0.000 3	0.163 8	0.007 6	0.049 5	0.002 2	153	2	154	7	171	104
Z10-18.22	126	168	0.751 6	0.024 2	0.000 3	0.164 0	0.012 3	0.049 1	0.003 6	154	2	154	12	151	173
Z10-18.23	119	113	1.055 9	0.023 7	0.000 5	0.163 2	0.014 1	0.049 8	0.004 3	151	3	154	13	188	199
Z10-18.24	322	309	1.041 5	0.024 2	0.000 4	0.171 8	0.007 1	0.051 5	0.001 9	154	3	161	7	264	85
Z10-18.25	195	223	0.871 5	0.024 4	0.000 3	0.162 9	0.008 9	0.048 3	0.002 6	156	2	153	8	116	126
Z11-64.1	115	95	1.216 2	0.023 7	0.000 3	0.164 8	0.014 7	0.050 3	0.004 6	151	2	155	14	211	210
Z11-64.2	600	683	0.878 8	0.023 7	0.000 2	0.162 6	0.001 9	0.049 7	0.000 6	151	1	153	2	182	28
Z11-64.3	475	573	0.828 7	0.023 7	0.000 2	0.165 8	0.002 5	0.050 7	0.000 8	151	1	156	2	229	37
Z11-64.4	420	232	1.812 7	0.023 4	0.000 2	0.168 8	0.005 0	0.052 4	0.001 5	149	1	158	5	302	66
Z11-64.5	98	91	1.067 9	0.023 7	0.000 2	0.163 9	0.009 9	0.050 1	0.003 0	151	1	154	9	202	138
Z11-64.6	233	180	1.296 7	0.023 7	0.000 2	0.164 2	0.005 9	0.050 2	0.001 8	151	2	154	6	203	83
Z11-64.7	405	485	0.836 2	0.023 7	0.000 2	0.167 3	0.002 6	0.051 1	0.000 8	151	1	157	2	245	36
Z11-64.8	116	136	0.852 1	0.023 7	0.000 2	0.171 6	0.006 8	0.052 4	0.002 0	151	1	161	6	304	88
Z11-64.9	223	325	0.686 1	0.023 9	0.000 2	0.162 0	0.003 5	0.049 2	0.001 1	152	1	152	3	158	51
Z11-64.10	213	218	0.973 4	0.023 8	0.000 2	0.166 4	0.005 0	0.050 7	0.001 5	152	1	156	5	226	69
Z11-64.11	1 126	849	1.327 1	0.023 8	0.000 2	0.171 2	0.001 5	0.052 1	0.000 5	152	1	160	1	291	22
Z11-64.12	420	334	1.255 8	0.023 4	0.000 2	0.189 6	0.002 8	0.058 8	0.000 9	149	1	176	3	559	33
Z11-64.13	136	167	0.812 4	0.023 8	0.000 2	0.161 6	0.005 8	0.049 3	0.001 8	151	1	152	5	162	84
Z11-64.14	67	64	1.042 8	0.023 3	0.000 3	0.165 0	0.013 6	0.051 4	0.004 2	148	2	155	13	260	188
Z11-64.15	150	144	1.046 6	0.023 4	0.000 2	0.173 5	0.007 9	0.053 7	0.002 4	149	1	162	7	360	102
Z11-64.16	75	76	0.990 1	0.023 2	0.000 3	0.157 3	0.011 4	0.049 3	0.003 4	148	2	148	11	161	159
Z11-64.17	270	286	0.942 9	0.023 2	0.000 2	0.162 6	0.003 7	0.050 7	0.001 2	148	1	153	3	229	53
Z11-64.18	158	185	0.858 2	0.023 5	0.000 2	0.165 3	0.005 4	0.051 0	0.001 6	150	1	155	5	242	74
Z11-64.19	841	1 027	0.819 0	0.023 7	0.000 2	0.163 0	0.001 3	0.050 0	0.000 4	151	1	153	1	194	20
Z11-64.20	94	113	0.838 6	0.023 6	0.000 3	0.167 0	0.009 5	0.051 3	0.002 9	151	2	157	9	253	130
Z11-64.21	102	94	1.082 1	0.023 4	0.000 3	0.165 6	0.010 0	0.051 3	0.003 1	149	2	156	9	254	141
Z11-64.22	87	87	0.996 3	0.023 2	0.000 3	0.174 1	0.012 5	0.054 5	0.003 8	148	2	163	12	391	157
Z11-64.23	263	362	0.726 4	0.023 6	0.000 2	0.174 6	0.003 1	0.053 7	0.001 0	150	1	163	3	360	40
Z11-64.24	184	210	0.875 0	0.023 7	0.000 2	0.172 6	0.004 8	0.052 7	0.001 5	151	1	162	4	316	63
Z11-64.25	431	218	1.978 0	0.023 3	0.000 2	0.185 4	0.004 9	0.057 6	0.001 5	149	1	173	5	516	57

表选项

样品Z10-18，岩性为二长花岗岩，共25个锆石分析点。这些锆石多为短柱状和粒状，个别为长柱状，粒径为50~200 μm，长宽比为1:1~3:1。CL图像结果(图 4a)显示，这些锆石内部具有典型的环带结构，并且Th/U值为0.602 4~1.262 2，指示这些锆石属于岩浆锆石。在锆石U-Pb年龄谐和图(图 5a)中，样品Z10-18获得的锆石U-Pb年龄全部位于谐和线上，²⁰⁶Pb/²³⁸U的加权平均年龄为(152±1)Ma(MSWD=1.5)，时代为晚侏罗世，代表了花岗岩侵位的年龄。

图 5 柴河地区晚侏罗世花岗质岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 5 Zircons U-Pb concordia diagrams for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

样品Z11-64，岩性为二长花岗岩，共25个锆石分析点。这些锆石多为短柱状和粒状，个别为长柱状，粒径为40~220 μm，长宽比为1:1~4:1。

CL图像结果(图 4b)显示，这些锆石内部具有典型的环带结构，并且Th/U值为0.686 1~1.978 0，指示这些锆石属于岩浆锆石。在锆石U-Pb年龄谐和图(图 5b)中，样品Z11-64获得的锆石U-Pb年龄全部位于谐和线上及其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U的加权平均年龄为(150±1)Ma(MSWD=0.86)，时代为晚侏罗世，代表了花岗岩侵位的年龄。

另外，吉林省区域地质矿产调查所在柴河地区苏河屯北部也获得3个花岗岩的锆石U-Pb年龄，分别为(152±4)Ma、(147±1)Ma和(147±2)Ma，与本次研究获得的晚侏罗世锆石年龄相一致。因此，研究区晚侏罗世侵入岩的侵位时间介于152~147 Ma之间。

3.2 主、微量元素

研究区晚侏罗世花岗质岩主量元素和微量元素分析结果见表 2。

表 2 柴河地区晚侏罗世花岗质岩主量元素及微量元素分析结果 Table 2 Major and trace elements result for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

样品号	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	烧失量	总和	σ	A/CNK	A/NK	Na₂O+K₂O	TFeO	Cr	Rb	Sr	Ba	Ga	Th	U	Nb	Ta	Zr	Hf	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	∑REE	LREE/HREE	δEu
Z11-64	77.68	0.12	12.21	0.69	0.10	0.01	0.04	0.25	3.79	4.38	0.01	0.64	99.92	1.93	1.07	1.11	8.17	0.72	0.76	342.3	20.24	91.3	—	38.26	4.52	12.57	1.88	192	13.70	46.3	83.52	9.22	30.82	4.50	0.78	3.46	0.62	3.21	0.63	2.00	0.37	2.00	0.42	18.87	206.73	13.78	0.58
Z10-18	72.10	0.42	13.90	1.16	1.10	0.06	0.53	0.70	4.26	4.50	0.10	0.94	99.77	2.64	1.06	1.17	8.76	2.14	11.30	122.0	167.00	587.0	—	10.50	1.71	12.60	0.75	259	7.38	27.6	53.40	6.67	24.80	4.32	1.02	3.65	0.57	3.34	0.68	1.92	0.30	1.94	0.31	18.00	148.52	9.27	0.77
H13-17	75.60	0.19	12.70	1.02	0.44	0.07	0.17	0.44	4.65	4.28	0.08	0.56	100.20	2.45	0.97	1.03	8.93	1.36	5.46	162.0	48.00	132.0	16.0	25.70	2.55	17.40	1.31	159	6.72	15.7	48.90	2.91	9.17	1.58	0.15	1.55	0.22	1.32	0.29	0.91	0.14	1.01	0.18	8.30	92.33	5.63	0.29
H13-20	74.20	0.23	13.60	0.96	0.56	0.07	0.29	0.96	4.48	4.19	0.09	0.56	100.19	2.41	1.00	1.14	8.67	1.42	4.79	127.0	114.00	373.0	14.7	15.40	2.36	13.20	1.19	143	5.25	27.4	40.70	5.06	16.50	2.72	0.48	2.27	0.34	1.81	0.36	1.07	0.18	1.21	0.21	9.52	109.83	5.47	0.58
注：主量元素质量分数单位为%；微量元素质量分数单位为10^-6。

表选项

由表 2可知:柴河地区晚侏罗世花岗岩w(SiO₂)为72.10%~77.68%，w(TiO₂)为0.12%~0.42%，w(Al₂O₃)为12.21%~13.90%，w(TFeO)为0.72%~2.14%，w(MgO)为0.04%~0.53%，w(CaO)为0.25%~0.96%，w(Na₂O)为3.79%~4.65%，w(K₂O)为4.19%~4.50%，Na₂O/K₂O值为0.87~1.09，里特曼指数σ为1.93~2.64。说明其具有钙碱性岩石特征。在TAS图解(图 6a)中，晚侏罗世花岗质岩全部落在亚碱性系列，岩性均落入花岗岩区域；岩石具有较高的TFeO/(TFeO+MgO)值，为含铁量较高的铁质花岗岩(图 6b)；在w(Na₂O+K₂O-CaO)-w(SiO₂)岩石系列判别图解(图 6c)中, 样品落入碱-钙性系列中; 花岗岩的A/NK和A/CNK值分别为1.03~1.17和0.97~1.07，属于准铝质到过铝质岩石(图 6d)。

a底图据文献[28]；b、c底图据文献[29]；d底图据文献[30]。图 6 柴河地区晚侏罗世花岗岩TAS(a)，TFeO/(TFeO+MgO)-w(SiO₂)(b)，w(Na₂O+K₂O-CaO)-w(SiO₂)(c)和A/NK-A/CNK(d)图解 Fig. 6 TAS(a), TFeO/(TFeO+MgO)-w(SiO₂) (b), w(Na₂O+K₂O-CaO)-w(SiO₂)(c) and A/NK-A/CNK (d) diagrams for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

在微量元素原始地幔标准化图(图 7a)上，晚侏罗世花岗岩相对富集大离子亲石元素(Rb、K、LREE)和Th、U、Zr、Hf元素，亏损高场强元素(Nb、Ta、P、Ti)和Ba、Sr元素。P和Ti的亏损说明岩浆经历了磷灰石和榍石等含P、Ti矿物的分离结晶作用，Ba的亏损可能与斜长石、黑云母等矿物的分离结晶作用有关，Sr的亏损可能与斜长石的分离结晶作用有关，Nb和Ta亏损表明岩浆为地壳来源或曾受到地壳物质的混染。

原始地幔标准化值据文献[31];球粒陨石标准化值据文献[32]。图 7 柴河地区晚侏罗世花岗质岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(b) Fig. 7 Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

岩石的稀土元素总量(ΣREE)较低，介于(92.33~206.73)×10^-6之间，轻重稀土元素比值(LREE/HREE)为5.47~13.78，轻重稀土分馏系数(La/Yb)_N介于10.20~16.58之间，δEu为0.29~0.77。在球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线(图 7b)上, 表现出相似的变化趋势，具有轻稀土富集的右倾特征，相对富集轻稀土元素、亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异程度较强，可能与岩浆演化后期独居石、磷灰石等重稀土富集的矿物结晶分异有关。岩石具有弱到中等的Eu负异常，表明岩浆经历了斜长石的结晶分异作用。

3.3 锆石原位Hf同位素

在对研究区晚侏罗世花岗质岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的基础上，对定年样品的部分锆石进行了原位锆石Hf同位素分析，分析结果列于表 3中，锆石Hf同位素特征图见图 8。

表 3 柴河地区晚侏罗世花岗质岩锆石Hf同位素组成分析结果 Table 3 situ zircon Hf isotopic compositions of the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

分析点	t/Ma	¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf		¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf		¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf		¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i	ε_Hf(0)	ε_Hf(t)	T_DM1/Ma	T_DM2/Ma	f_Lu/Hf
分析点	t/Ma	数值	误差	数值	误差	数值	误差	¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i	ε_Hf(0)	ε_Hf(t)	T_DM1/Ma	T_DM2/Ma	f_Lu/Hf
Z10-18.1	154	0.042 7	0.000 1	0.001 1	0.000 0	0.282 913	0.000 021	0.282 917	5.1	8.37	477	603	-0.97
Z10-18.2	155	0.051 8	0.000 2	0.001 5	0.000 0	0.282 844	0.000 020	0.282 848	2.7	5.93	581	741	-0.95
Z10-18.3	153	0.062 9	0.000 3	0.002 0	0.000 0	0.282 945	0.000 022	0.282 949	6.2	9.41	442	545	-0.94
Z10-18.4	149	0.050 9	0.000 5	0.001 3	0.000 0	0.282 907	0.000 019	0.282 911	4.9	8.05	487	617	-0.96
Z10-18.5	154	0.058 9	0.000 6	0.001 8	0.000 0	0.282 834	0.000 020	0.282 838	2.3	5.54	599	762	-0.95
Z10-18.6	155	0.051 1	0.000 3	0.001 5	0.000 0	0.282 912	0.000 022	0.282 916	5.1	8.33	483	606	-0.95
Z10-18.7	157	0.054 7	0.000 2	0.001 6	0.000 0	0.282 931	0.000 021	0.282 935	5.8	9.04	457	568	-0.95
Z10-18.8	155	0.039 7	0.000 4	0.001 1	0.000 0	0.282 916	0.000 018	0.282 919	5.2	8.49	473	598	-0.97
Z10-18.9	151	0.047 9	0.000 4	0.001 3	0.000 0	0.282 905	0.000 020	0.282 909	4.8	8.03	490	620	-0.96
Z10-18.10	152	0.055 2	0.000 5	0.001 4	0.000 0	0.282 902	0.000 025	0.282 905	4.7	7.90	496	628	-0.96
Z10-18.11	148	0.049 3	0.000 4	0.001 6	0.000 0	0.282 896	0.000 024	0.282 899	4.5	7.59	508	642	-0.95
Z10-18.12	151	0.058 7	0.000 4	0.001 4	0.000 0	0.282 803	0.000 023	0.282 807	1.2	4.40	638	823	-0.96
Z10-18.13	149	0.055 9	0.000 7	0.001 3	0.000 0	0.282 861	0.000 019	0.282 865	3.3	6.42	553	708	-0.96
Z10-18.14	151	0.052 7	0.001 8	0.001 4	0.000 0	0.282 875	0.000 024	0.282 878	3.8	6.94	536	682	-0.96
Z10-18.15	149	0.040 2	0.000 1	0.001 0	0.000 0	0.282 925	0.000 023	0.282 929	5.6	8.72	458	580	-0.97
Z10-18.16	155	0.056 0	0.000 1	0.001 7	0.000 0	0.282 912	0.000 021	0.282 916	5.1	8.33	485	607	-0.95
Z10-18.17	153	0.033 3	0.000 2	0.001 0	0.000 0	0.282 876	0.000 017	0.282 880	3.8	7.08	527	675	-0.97
Z10-18.18	151	0.048 1	0.000 1	0.001 3	0.000 0	0.282 914	0.000 019	0.282 917	5.1	8.32	478	604	-0.96
Z10-18.19	154	0.037 3	0.000 0	0.001 2	0.000 0	0.282 906	0.000 018	0.282 910	4.9	8.12	488	617	-0.96
Z10-18.20	155	0.054 5	0.000 1	0.001 6	0.000 0	0.282 858	0.000 019	0.282 862	3.2	6.41	562	714	-0.95
Z10-18.21	153	0.042 9	0.000 2	0.001 2	0.000 0	0.282 826	0.000 019	0.282 830	2.1	5.29	601	775	-0.96
Z10-18.22	154	0.039 0	0.000 2	0.001 3	0.000 0	0.282 897	0.000 026	0.282 900	4.5	7.79	503	636	-0.96
Z10-18.23	151	0.097 9	0.001 1	0.002 9	0.000 0	0.282 944	0.000 029	0.282 948	6.2	9.25	454	552	-0.91
Z10-18.24	154	0.049 4	0.000 2	0.001 6	0.000 0	0.282 870	0.000 021	0.282 874	3.6	6.82	545	690	-0.95
Z10-18.25	156	0.054 7	0.000 3	0.001 6	0.000 0	0.282 867	0.000 021	0.282 871	3.5	6.74	549	696	-0.95
Z11-64.1	151	0.063 7	0.000 2	0.001 5	0.000 0	0.282 949	0.000 026	0.282 952	6.4	9.55	430	535	-0.96
Z11-64.2	151	0.090 8	0.001 0	0.002 5	0.000 0	0.282 933	0.000 023	0.282 937	5.8	8.91	464	571	-0.93
Z11-64.3	151	0.060 0	0.000 4	0.001 5	0.000 0	0.282 914	0.000 029	0.282 918	5.1	8.31	481	604	-0.95
Z11-64.4	149	0.083 0	0.000 5	0.001 9	0.000 0	0.282 860	0.000 028	0.282 863	3.2	6.31	565	715	-0.94
Z11-64.5	151	0.052 1	0.000 2	0.001 3	0.000 0	0.282 952	0.000 027	0.282 956	6.5	9.69	423	527	-0.96
Z11-64.6	151	0.050 6	0.000 5	0.001 2	0.000 0	0.282 988	0.000 025	0.282 992	7.8	10.99	370	455	-0.97
Z11-64.7	151	0.054 9	0.000 2	0.001 7	0.000 0	0.282 835	0.000 019	0.282 838	2.3	5.50	597	762	-0.95
Z11-64.8	151	0.052 1	0.000 7	0.001 2	0.000 0	0.282 947	0.000 030	0.282 951	6.3	9.53	429	537	-0.96
Z11-64.9	152	0.064 0	0.000 6	0.001 5	0.000 0	0.282 827	0.000 023	0.282 831	2.1	5.28	604	775	-0.96
Z11-64.10	152	0.064 5	0.000 3	0.001 7	0.000 0	0.282 896	0.000 025	0.282 900	4.5	7.69	509	640	-0.95
Z11-64.12	149	0.041 5	0.000 3	0.001 1	0.000 0	0.282 821	0.000 018	0.282 825	1.9	5.03	608	786	-0.97
Z11-64.13	151	0.054 1	0.000 2	0.001 4	0.000 0	0.282 901	0.000 025	0.282 905	4.7	7.88	498	629	-0.96
Z11-64.14	148	0.041 1	0.000 2	0.001 1	0.000 0	0.282 886	0.000 029	0.282 890	4.2	7.31	515	658	-0.97
Z11-64.15	149	0.065 4	0.000 3	0.001 6	0.000 0	0.282 889	0.000 029	0.282 893	4.3	7.39	517	654	-0.95
Z11-64.16	148	0.051 3	0.000 2	0.001 4	0.000 0	0.282 806	0.000 028	0.282 810	1.3	4.44	633	818	-0.96
Z11-64.17	148	0.045 2	0.000 0	0.001 1	0.000 0	0.282 881	0.000 023	0.282 885	4.0	7.12	523	669	-0.97
Z11-64.18	150	0.049 5	0.000 4	0.001 3	0.000 0	0.282 906	0.000 020	0.282 909	4.9	8.02	489	620	-0.96
Z11-64.21	149	0.052 4	0.000 5	0.001 4	0.000 0	0.282 884	0.000 024	0.282 888	4.1	7.23	522	664	-0.96
Z11-64.22	148	0.054 3	0.000 1	0.001 6	0.000 0	0.282 877	0.000 022	0.282 880	3.8	6.91	536	680	-0.95
注：数值误差为2σ。

表选项

图 8 研究区晚侏罗世花岗质岩锆石Hf同位素组成 Fig. 8 In situ zircon Hf isotopic compositions for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

哈布气林场晚侏罗世二长花岗岩(Z10-18)中25颗锆石的初始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值为0.282 807~0.282 949，ε_Hf(t)值介于4.40~9.41之间，其加权平均值为6.92±0.58，单阶段模式年龄(T_DM1)和二阶段模式年龄(T_DM2)变化范围分别为442~638 Ma和545~823 Ma。

金江沟晚侏罗世二长花岗岩(Z11-64)中19颗锆石的初始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值为0.282 810~0.282 992，ε_Hf(t)值介于4.44~10.99之间，其加权平均值为6.52±0.79，单阶段模式年龄(T_DM1)和二阶段模式年龄(T_DM2)变化范围分别为370~633 Ma和455~818 Ma。

从以上测试结果(表 3)和图 8可以看出，研究区晚侏罗世花岗质岩的锆石ε_Hf(t)值均为正值，并且具有年轻的二阶段模式年龄，二阶段Hf模式年龄集中在新元古代和早古生代。在ε_Hf(t)-t图解(图 9)上:晚侏罗世岩浆岩的锆石Hf同位素数据大部分落在大兴安岭南段新生的底侵下地壳演化线之下与古生代俯冲增生杂岩演化线之上，暗示了其物源主要来自新生底侵的下地壳和古生代俯冲增生杂岩混源; 同时还有个别锆石Hf同位素数据落在新生的底侵下地壳演化线之上与亏损地幔演化线之下，暗示其源区可能有幔源物质的混入。

底图据文献[33]，底侵下地壳与古生代俯冲增生杂岩演化线据文献[34]。图 9 柴河地区晚侏罗世花岗质岩ε_Hf(t)-t图 Fig. 9 ε_Hf(t)-t diagram for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

4 讨论 4.1 柴河地区晚侏罗世花岗质岩的岩石成因

研究区晚侏罗世花岗质岩中暗色矿物以角闪石、黑云母为主，无原生白云母，显示出Ⅰ型花岗岩的特点。主量元素特征中，岩石具有弱过铝质的特点，样品A/CNK值均小于1.1，且P₂O₅与SiO₂质量分数呈负相关性，这些特点都与Ⅰ型花岗岩特点相符。从标准矿物计算(CIPW)结果看，晚侏罗世花岗质岩石中标准矿物石英(Qtz)质量分数为27.98%~38.42%，钠长石(Ab)质量分数为32.33%~39.50%，正长石(Or)质量分数为24.86%~26.91%，未出现霞石(Ne)、白榴石(Lc)、六方钾霞石(Kp)等碱性标准矿物，分异指数(I_D=Qtz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp)为91.36~96.85。岩石具有较高的TFeO/(TFeO+MgO)值，为铁质花岗岩, 也显示高分异特征。在w(Na₂O+K₂O-CaO)-w(SiO₂)岩石系列判别图解中，样品落入碱-钙性系列中。在岩石成因判别图解(图 10)中^[35]，晚侏罗世花岗质岩主要落入分异花岗岩区域内，个别落入A型花岗岩区域。通过锆石饱和温度计计算，研究区晚侏罗世花岗质岩的锆石饱和温度为773~830 ℃(平均温度为799 ℃)，低于A型花岗岩的原始岩浆形成温度，而与Ⅰ型花岗岩的形成温度相近^[36]。与中侏罗世花岗质岩锆石饱和温度相比，形成温度有所升高，可能与伸展背景下幔源岩浆底侵作用有关(笔者未发表数据)。

FG.分异的花岗岩；OGT.未分异的花岗岩；A. A型花岗岩；I & S. I & S型花岗岩。图 10 柴河地区晚侏罗世花岗质岩岩成因判别图 Fig. 10 Genetic discrimination for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

微量元素显示研究区晚侏罗世花岗质岩富集Rb、K、LREE等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、P、Ti、HREE等高场强元素；性质相似的不相容元素比值在部分熔融过程中与源区一致，并且不受分离作用的影响，因而可以代表源区的特征。岩石的Nb/Ta值为6.69~13.28(均值为11.97)，与地壳的Nb/Ta平均值(12~13)接近^[37]，Zr/Hf值为14.01~35.09，与地壳的Zr/Hf平均值(33)接近^[38]，Ce/Pb值介于2.04~3.38之间，与地壳平均值(3.3)相近^[39]；这些特征均指示了晚侏罗世花岗质岩应来源于下地壳岩石的部分熔融。这一结论也得到了锆石Hf同位素组成的支持。研究区晚侏罗世花岗质岩的锆石ε_Hf(t)值均为正值(4.40~10.99)，并且具有年轻的二阶段模式年龄(T_DM2=455~823 Ma)，二阶段Hf模式年龄集中在新元古代和早古生代，表明晚侏罗世花岗质岩的岩浆源区为新生底侵的下地壳和古生代俯冲增生杂岩混源，同时可能有幔源物质的混入。综上所述，研究区晚侏罗世花岗质岩应为铁质碱-钙性分异的Ⅰ型花岗岩，其岩浆源区为新生底侵的下地壳和古生代俯冲增生杂岩混源，同时可能有幔源物质的混入。

4.2 柴河地区晚侏罗世花岗质岩形成的构造背景

研究区晚侏罗世花岗质岩岩石组合为花岗闪长岩、二长花岗岩、碱长花岗岩，在Rb/10-Hf-3Ta花岗岩微量元素构造判别图解(图 11a)中，晚侏罗世花岗质岩落入碰撞背景的花岗岩区域内；在w(Al₂O₃)-w(SiO₂)和TFeO/(TFeO+MgO)-w(SiO₂)花岗岩构造判别图解(图 11b，c)中，晚侏罗世花岗岩均落入POG后造山花岗岩类范围内；在R₂-R₁构造环境判别图解(图 11d)中同样落入同碰撞和造山后花岗岩过渡区域内。综上，表明晚侏罗世花岗质岩岩浆应形成于后造山挤压到伸展的转换环境。

IAG.岛弧花岗岩类；CAG.大陆弧花岗岩类；CCG.大陆碰撞花岗岩类；POG.后造山花岗岩类；RRG.与裂谷有关的花岗岩类；CEUG.与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类。R₁=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)(千阳离子数)；R₂=6Ca+2Mg+Al(千阳离子数)。a.底图据文献[40]；b.底图据文献[30]；c.底图据文献[30]；d.底图据文献[41]。图 11 柴河地区晚侏罗世花岗质岩构造环境判别图 Fig. 11 Tectonic setting discrimination diagrams for the Late Jurassic granitoids in Chaihe region

图选项

近年来，随着蒙古—鄂霍茨克洋缝合带研究程度的提高，尤其是蒙古—鄂霍茨克洋存在向南俯冲的确定^[42-44]，越来越多的学者认为大兴安岭地区晚中生代的岩浆活动应与蒙古—鄂霍茨克洋的闭合和造山后垮塌有关^[45-46]。同时，对于吉黑东部火山岩的年代学研究显示, 该区尚未发现164~140 Ma的火山岩年龄，而145~130 Ma的岩浆活动主要分布于松辽盆地以西的大兴安岭及满洲里地区^[47-55]，表明古太平洋板块的俯冲在中侏罗世晚期—早白垩世早期存在一个间歇期^[17]; 这也暗示了大兴安岭地区中侏罗世—早白垩世早期的岩浆作用与古太平洋板块的俯冲作用无关。同时古太平洋板块俯冲观点也很难解释兴蒙造山带及华北板块北缘斑岩铜、钼矿床的时空分布特征^[56]。因此，大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石的形成可能与蒙古—鄂霍茨克洋闭合陆壳加厚之后挤压到伸展的转换环境有关。

5 结论

1) 大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石的形成年龄介于152~147 Ma之间，为铁质碱-钙性分异的Ⅰ型花岗岩。

2) 大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石岩浆源区应为新生底侵的下地壳和古生代俯冲增生杂岩混源，同时可能有幔源物质的混入。

3) 大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石形成于蒙古—鄂霍茨克洋闭合陆壳加厚之后挤压到伸展的转换环境。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180169
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施璐, 唐振, 郑常青, 秦涛, 张立东, 汪岩, 钱程, 杨帆

Shi Lu, Tang Zhen, Zheng Changqing, Qin Tao, Zhang Lidong, Wang Yan, Qian Cheng, Yang Fan

大兴安岭中部柴河地区晚侏罗世花岗质岩石成因及构造意义

Genesis and Tectonic Significance of Late Jurassic Granitoids in Chaihe Region, Central Great Xing'an Range, NE China

吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(1): 112-128

Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(1): 112-128.

http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180169

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收稿日期: 2018-06-26

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