2. 自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室, 长春 130061
2. Key Laboratory of Mineral Resources Evaluation in Northeast Asia, Ministry of Natural Resources, Changchun 130061, China
0 引言
大兴安岭-小兴安岭大地构造上处于中亚造山带东部，由额尔古纳、兴安、松嫩等微陆地块组成[1-2]。近些年来，众多学者已对板块碰撞聚合开展了大量的研究工作并取得了一定的成果，认为大兴安岭在古生代经历了大洋俯冲—大陆碰撞—造山后伸展的完整演化过程[3-4]。目前，主要认为额尔古纳地块和兴安地块沿着新林—喜桂图缝合带于早古生代(约500 Ma)完成碰撞拼贴[5-6]。兴安地块和松嫩地块沿着贺根山—黑河一线碰撞已得到普遍认可[7-8]，而两地块的碰撞拼合时代还存在争议。崔芳华等[9]通过对出露于大兴安岭全胜林场地区晚石炭世的Ⅰ型花岗岩进行研究，认为其形成于兴安地块-松嫩地块碰撞拼合后的伸展背景，即兴安地块和松嫩地块于晚石炭世之前已经完成碰撞拼合；Li等[10]报道了松嫩地块和张广才岭地块西缘与埃达克岩特征类似的流纹岩(约319 Ma)，认为其形成于板块汇聚的地壳加厚阶段，暗示着兴安地块与松嫩地块于晚石炭世早期发生碰撞拼贴；Dong等[11]报道了早二叠世时期兴安地块附近的中酸性岩体，认为其是俯冲流体交代的亏损地幔部分熔融的产物，预示着兴安地块在早二叠世处于俯冲环境。由此可见，争论的拼合时间多集中于古生代时期，因此对古生代期间岩石的研究有助于进一步厘清兴安地块和松嫩地块的碰撞拼贴时代。小兴安岭二站乡位于贺根山—黑河缝合带附近，发育晚石炭世至早二叠世花岗岩，对该地区晚石炭世至早二叠世的构造过程反演能够为解决上述科学问题提供一定的依据。区域资料表明，贺根山—黑河缝合带北部出露的一系列岩石，如钙碱性辉长岩、二长花岗岩和流纹岩等都受到贺根山—黑河洋北向俯冲的影响[12]。塔源镇同样位于贺根山—黑河缝合带以北，该地区发育的岩石是否可以为洋盆晚古生代期间的构造演化提供一定参考依据呢？因此，本文以大兴安岭塔源镇和小兴安岭二站乡晚古生代期间发育的二长花岗岩-碱长花岗岩为研究对象，通过岩石学、年代学以及地球化学的研究来分析其侵位时代、地球化学特征、岩石成因和构造背景，并结合区域上已有的研究成果，探讨其与微陆块之间碰撞拼合的关系，提高对贺根山—黑河缝合带晚古生代期间构造格局和演化历史的认识。
1 地质背景及样品特征一般认为贺根山—黑河缝合带(贺根山—黑河洋最终闭合位置)是兴安地块与松嫩地块之间的最终碰撞缝合线[8, 13] (图 1)，其标志有多宝山斑岩型铜矿床、贺根山蛇绿岩带以及黑河地区发育的花岗岩等。近几年来，沿贺根山—黑河缝合带一线报道了诸多与俯冲作用相关的岩浆事件，如在古生代期间识别出的两期岩浆弧(480~420 Ma，360~320 Ma)[13]，也可说明该条缝合带代表了兴安地块和松嫩地块的最终碰撞拼贴带。与贺根山—黑河缝合带相关的蛇绿岩主要分布在大兴安岭南段，代表着贺根山—黑河洋(兴安地块与松嫩地块间的古亚洲洋分支)古洋壳的残留[14]。关于贺根山蛇绿岩的形成时代，崇根山蛇绿岩中辉长岩的年龄为(341±3)Ma[15]、贺根山蛇绿岩北部地区中辉长岩和斜长花岗岩的SHRIMP锆石年龄为354~333 Ma[16]、Zhou等[17]通过对小坝梁一带与蛇绿岩不整合接触的沉积岩进行年龄测定，限定了贺根山蛇绿岩侵位时间在中二叠世之前(约280 Ma)。
塔源镇和二站乡大地构造位置上分别位于额尔古纳地块与兴安地块、兴安地块与松嫩地块拼接处(图 1)。额尔古纳地块的结晶基底主要由角闪岩相变质的兴华渡口群、绿片岩相变质的佳疙瘩群和少量新元古代花岗质岩石组成[12]，古生代地层出露较少，主要发育中生代火山岩、沉积地层以及花岗岩。兴安地块中生代岩浆活动频繁，主要发育花岗岩和火山岩，古生代地层出露面积较大，早古生代地层主体由浊积岩组成，晚古生代则发育碎屑沉积岩和少量花岗质岩石。松嫩地块大部分被松辽盆地中—新生代沉积物覆盖。
本项研究的对象分别是出露于塔源的黑云母二长花岗岩(51°25′0.4′′N，124°15′18.6′′E)、二站乡的二长花岗岩(49°40′21.12′′N，126°54′39.78′′E；49°34′0.9′′N，126°55′55.32′′E)和碱长花岗岩(49°32′15.12′′N，126°51′9.72′′E)(图 2)。其中：塔源黑云母二长花岗岩体位于塔源镇南约3 km，被中生代侏罗纪白音高老组和白垩纪光华组火山岩地层覆盖；二站乡二长花岗岩侵入体规模较大，被二叠纪蔺家屯组和白山组火山岩地层覆盖，而碱长花岗岩体出露规模较小。所研究的岩石均为淡红色，新鲜无蚀变，块状构造，细粒半自形结构(图 3)，主要描述如下：
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| 图 2 大兴安岭塔源(a)及小兴安岭二站乡(b)地区地质简图 Fig. 2 Geological map of Tayuan area(a) in the Great Xing'an Range and Erzhan Country area (b) in the Lesser Xing'an Range |
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| Qtz. 石英；Pl. 斜长石；Kfs. 钾长石。 图 3 塔源黑云母二长花岗岩(a)和二站乡二长花岗岩(b)及碱长花岗岩(c、d)岩相学特征 Fig. 3 Petrographic characteristics of Tayuan biotite monzogranite(a), Erzhan Country monzogranite(b) and alkali-feldspar granite(c, d) |
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黑云母二长花岗岩(14SD014)由斜长石(30%)、碱性长石(30%~35%)、石英(25%)和黑云母(10%~15%)组成(图 3a)。斜长石呈半自形板状，粒径主要为0.35~3.00 mm；碱性长石呈半自形板状，粒径为0.50~2.00 mm；石英无色粒状结构，粒径为0.15~1.00 mm；黑云母呈片状，粒径为1.00~2.00 mm。
二长花岗岩(1050、1051)由斜长石(45%)、碱性长石(30%)、石英(20%)、黑云母(5%)组成(图 3b)。斜长石呈自形—半自形板状，粒径为0.50~3.00 mm，部分发生绢云母化；碱性长石呈半自形板状，粒径为0.50~1.80 mm，发育卡氏双晶；石英无色粒状结构，具波状消光，粒径为0.50~1.00 mm; 黑云母呈片状，粒径为0.75~2.00 mm。
碱长花岗岩(1052)由碱性长石(60%)、石英(25%)、斜长石(10%)和少量黑云母(3%)组成(图 3c、d)。碱性长石呈半自形板状，粒径为0.50~3.00 mm；斜长石呈自形—半自形板状，粒径为0.50~2.00 mm；石英无色粒状，粒径为0.15~3.00 mm；黑云母片状，颗粒细小。
2 分析方法塔源样品锆石U-Pb测年在自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成，测试仪器为Agilent 7900型ICP-MS、GeoLasPro型激光系统，激光束斑直径为32 μm，利用GLITTER软件计算样品同位素比值及元素含量。二站乡的锆石U-Pb测年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，测试仪器为Agilent 7500a型ICP-MS、GeoLas2005激光系统，激光束斑直径为32 μm，利用ICPMSDataCal[18]软件计算样品同位素比值及元素含量。以上样品数据均采用Anderson[19]的方法进行普通Pb校正，年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot程序[20]。
塔源的岩石样品地球化学成分测试由广州澳实分析检测有限公司完成，二站乡的岩石样品地球化学成分测试由西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。主量元素均采用X荧光光谱分析方法测定，分析精度优于5%；微量元素采用ICP-MS法分析，分析精度优于10%。
锆石Lu-Hf同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。实验中详细测试流程和计算的相关参数详见文献[21-24]。
3 分析结果 3.1 锆石U-Pb定年塔源黑云母二长花岗岩(14SD014)、二站乡二长花岗岩(1050)和碱长花岗岩(1052)锆石U-Pb分析结果见表 1。所测锆石均呈自形—半自形柱状，岩浆震荡环带清晰，Th/U值分别为0.57~1.35、0.44~0.98和0.36~1.66，属于岩浆结晶锆石[25]。
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塔源黑云母二长花岗岩锆石206Pb/238U年龄值变化范围在313~306 Ma之间，测试点位于谐和线上或附近，加权平均年龄为(308±1)Ma(MSWD=0.5，n=20)，为晚石炭世侵入体(图 4a)。二站乡二长花岗岩锆石206Pb/238U表面年龄介于310~301 Ma之间，加权平均年龄为(305±1)Ma(MSWD=4.6，n=22)，形成于晚石炭世(图 4b)；碱长花岗岩206Pb/238U表面年龄为298~286 Ma，加权平均年龄为(293±1)Ma(MSWD=3.1，n=20)，形成于早二叠世(图 4c)。
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| 图 4 塔源花岗岩(14SD014)和二站乡花岗岩(1050、1052)锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagram for the Tayuan granites (14SD014) and Erzhan Country granites (1050, 1052) |
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花岗岩的主量元素分析结果如表 2所示，所有岩石在w(K2O)-w(SiO2)图解(图 5a)中均落入高钾钙碱性系列区域。其中，塔源黑云母二长花岗岩的w(SiO2)为67.70%~68.82%，w(K2O)为3.46%~3.80%，w(Na2O)为4.23%~4.47%，w(MgO)和w(CaO)分别为1.04%~1.16%，2.25%~2.53%；w(Al2O3)为14.92%~15.29%，A/CNK=0.97~0.99，在A/NK-A/CNK图解(图 5b)中落入准铝质弱过铝质区。
| 岩性 | 样品号 | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | MnO | MgO |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 68.82 | 0.54 | 14.92 | 0.40 | 2.28 | 0.07 | 1.12 |
| 16X41 | 68.11 | 0.48 | 15.23 | 0.39 | 2.23 | 0.06 | 1.04 | |
| 16X42 | 68.29 | 0.55 | 15.29 | 0.43 | 2.41 | 0.07 | 1.16 | |
| 17X01 | 67.70 | 0.54 | 15.15 | 0.41 | 2.33 | 0.07 | 1.10 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 71.87 | 0.30 | 14.69 | 2.30 | 1.76 | 0.09 | 0.62 |
| 1051 | 71.64 | 0.34 | 14.26 | 2.72 | 2.08 | 0.08 | 0.87 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 75.36 | 0.18 | 12.37 | 2.50 | 1.91 | 0.06 | 0.25 |
| 1052-2 | 73.05 | 0.28 | 12.34 | 3.67 | 2.81 | 0.09 | 0.40 | |
| 岩性 | 样品号 | CaO | Na2O | K2O | P2O5 | 烧失量 | 总和 | A/CNK |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 2.30 | 4.23 | 3.68 | 0.17 | 0.99 | 104.00 | 0.99 |
| 16X41 | 2.25 | 4.35 | 3.80 | 0.16 | 0.81 | 98.91 | 0.99 | |
| 16X42 | 2.53 | 4.47 | 3.46 | 0.18 | 0.84 | 99.68 | 0.97 | |
| 17X01 | 2.41 | 4.37 | 3.64 | 0.17 | 0.90 | 98.79 | 0.98 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 1.78 | 4.62 | 3.48 | 0.09 | 0.42 | 100.26 | 1.01 |
| 1051 | 1.93 | 4.37 | 3.59 | 0.12 | 0.37 | 100.29 | 0.98 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 0.62 | 4.37 | 4.48 | 0.05 | 0.11 | 100.35 | 0.94 |
| 1052-2 | 0.91 | 4.47 | 4.56 | 0.06 | 0.38 | 100.21 | 0.89 | |
| 岩性 | 样品号 | A/NK | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 1.30 | 54.70 | 107.50 | 8.99 | 30.10 | 5.02 | 1.09 |
| 16X41 | 1.30 | 50.10 | 94.70 | 8.20 | 27.60 | 4.68 | 1.02 | |
| 16X42 | 1.30 | 69.40 | 124.00 | 10.35 | 34.00 | 5.40 | 1.07 | |
| 17X01 | 1.30 | 58.40 | 113.50 | 9.69 | 32.20 | 5.41 | 1.14 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 1.23 | 15.52 | 31.83 | 3.71 | 14.83 | 2.93 | 0.95 |
| 1051 | 1.21 | 27.36 | 54.91 | 5.92 | 21.77 | 3.97 | 0.78 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 0.94 | 29.10 | 66.69 | 8.40 | 35.15 | 7.92 | 0.62 |
| 1052-2 | 0.92 | 52.68 | 113.12 | 13.83 | 54.83 | 11.54 | 0.77 | |
| 岩性 | 样品号 | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 3.91 | 0.59 | 3.63 | 0.70 | 2.09 | 0.31 | 2.24 |
| 16X41 | 3.55 | 0.55 | 3.39 | 0.67 | 1.91 | 0.31 | 2.04 | |
| 16X42 | 4.05 | 0.62 | 3.68 | 0.75 | 2.14 | 0.33 | 2.29 | |
| 17X01 | 4.42 | 0.67 | 3.95 | 0.77 | 2.31 | 0.38 | 2.62 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 2.60 | 0.37 | 2.17 | 0.44 | 1.30 | 0.20 | 1.33 |
| 1051 | 3.49 | 0.49 | 3.01 | 0.61 | 1.82 | 0.28 | 1.91 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 8.04 | 1.23 | 7.69 | 1.63 | 4.86 | 0.75 | 5.03 |
| 1052-2 | 11.48 | 1.73 | 10.83 | 2.24 | 6.68 | 1.02 | 6.82 | |
| 岩性 | 样品号 | Lu | Rb | Ba | Th | U | Nb | Ta |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 0.36 | 111.00 | 743.00 | 20.60 | 4.99 | 19.80 | < 0.10 |
| 16X41 | 0.32 | 114.00 | 737.00 | 18.90 | 4.49 | 18.40 | 2.30 | |
| 16X42 | 0.37 | 103.50 | 628.00 | 22.60 | 5.03 | 21.70 | 3.00 | |
| 17X01 | 0.40 | 114.50 | 731.00 | 19.80 | 4.83 | 23.60 | 3.20 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 0.21 | 52.13 | 901.62 | 3.74 | 0.93 | 6.98 | 0.41 |
| 1051 | 0.30 | 81.47 | 640.56 | 10.67 | 2.50 | 9.60 | 0.75 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 0.77 | 116.90 | 242.18 | 8.83 | 1.88 | 11.97 | 0.89 |
| 1052-2 | 1.05 | 133.79 | 231.90 | 13.67 | 2.83 | 16.75 | 1.06 | |
| 岩性 | 样品号 | Sr | Zr | Hf | Y | V | Ga | Cs |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 437.00 | 255.00 | 6.40 | 20.10 | 54.00 | 17.40 | 1.97 |
| 16X41 | 433.00 | 236.00 | 6.20 | 18.20 | 49.00 | 17.40 | 2.17 | |
| 16X42 | 431.00 | 254.00 | 6.60 | 20.60 | 56.00 | 17.80 | 1.93 | |
| 17X01 | 441.00 | 275.00 | 7.10 | 23.10 | 54.00 | 18.20 | 2.28 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 255.88 | 164.69 | 4.02 | 13.87 | 22.14 | 15.86 | 0.91 |
| 1051 | 257.63 | 127.27 | 3.48 | 19.97 | 36.99 | 16.68 | 2.05 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 73.28 | 500.40 | 11.67 | 47.04 | 12.75 | 20.28 | 1.95 |
| 1052-2 | 66.89 | 594.83 | 13.60 | 64.95 | 16.05 | 21.86 | 2.00 | |
| 岩性 | 样品号 | Cr | ∑REE | LREE/HREE | (La/Yb)N | δEu | Ti/Zr | Nd/Th |
| 黑云母二长花岗岩 | 14SD014 | 10.00 | 221.23 | 15.00 | 17.52 | 0.73 | 12.70 | 1.50 |
| 16X41 | 10.00 | 199.04 | 14.62 | 17.62 | 0.73 | 12.20 | 1.50 | |
| 16X42 | 10.00 | 258.45 | 17.16 | 21.74 | 0.67 | 13.00 | 1.50 | |
| 17X01 | 10.00 | 235.86 | 14.20 | 15.99 | 0.69 | 11.90 | 1.60 | |
| 二长花岗岩 | 1050 | 1.25 | 78.38 | 8.10 | 8.38 | 1.03 | 10.92 | 3.97 |
| 1051 | 7.43 | 126.61 | 9.63 | 10.26 | 0.63 | 16.01 | 2.04 | |
| 碱长花岗岩 | 1052-1 | 2.16 | 177.88 | 4.93 | 4.15 | 0.24 | 2.16 | 3.98 |
| 1052-2 | 5.15 | 288.63 | 5.90 | 5.54 | 0.20 | 2.82 | 4.01 | |
| 注：主量元素质量分数单位为%；微量、稀土元素质量分数单位为10-6。1052-1和1052-2为图 2b中1052采样位置处的样品编号。 | ||||||||
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| 图 5 塔源花岗岩和二站乡花岗岩w(K2O)-w(SiO2)(a)及A/NK-A/CNK(b)图解 Fig. 5 Diagrams of w(K2O)-w(SiO2) (a) and A/NK-A/CNK (b) of the Tayuan granites and Erzhan Country granites |
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二站乡二长花岗岩在地球化学成分上表现出与塔源黑云母二长花岗岩类似特征，即w(SiO2)为71.64%和71.87%，w(K2O)为3.48%和3.59%，w(Na2O)为4.37%和4.62%，w(Al2O3)为14.26%和14.69%，w(CaO)为1.78%和1.93%，属准铝质岩石(图 5b)；但二站乡碱长花岗岩相对富硅(w(SiO2)为75.36%和73.05%)、富钾(w(K2O)为4.48%和4.56%)，贫CaO(0.62%和0.91%)、Al2O3(12.37%和12.34%)，A/CNK为0.94和0.89，属于过碱质岩石(图 5b)。
3.2.2 微量元素塔源黑云母二长花岗岩的稀土元素总量为199.04×10-6~258.45×10-6，明显富集LREE(LREE/HREE为14.20~17.16)，轻重稀土元素分馏程度较为强烈((La/Yb)N=15.99~21.74)，弱负铕异常(δEu=0.67~0.73)。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(图 6a)呈现出“左高右低”型，在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6b) 中可以看出富集K、Rb、U、Th、Zr、Hf等元素，亏损Nb、P、Ti等高场强元素。
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| 图 6 研究区花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig. 6 Chondrite-normalized REE distribution pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) of the granites in the study area |
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二站乡二长花岗岩的稀土元素特征与塔源黑云母二长花岗岩相比，稀土总量及各元素含量低。w(∑REE)为78.38×10-6和126.61×10-6，同样富集轻稀土元素、亏损重稀土元素(图 6a)，(La/Yb)N值为8.38和10.26，轻重稀土元素分馏明显；而碱长花岗岩稀土元素总量较高，w(∑REE)为177.88×10-6和288.63×10-6，轻重稀土元素分馏相对较弱，但负铕异常强烈(δEu为0.24和0.20)，可能存在明显的斜长石分离结晶或斜长石作为源区残留相。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6b)中，K、Rb、Zr、Hf强烈富集，Nb、Ta、P、Ti相对亏损。
4 讨论 4.1 岩石成因类型 4.1.1 塔源和二站乡二长花岗岩塔源黑云母二长花岗岩和二站乡二长花岗岩A/CNK分别为0.97~0.99及1.01和0.98，A/NK分别为1.30及1.23和1.21，属准铝质—弱过铝质岩石，Ga/Al值分别为2.16~2.27及2.04和2.21，具Ⅰ型花岗岩特征[26]。在花岗岩成因类型判别图解(图 7)中数据点落入Ⅰ型区。因此，塔源黑云母二长花岗岩和二站乡二长花岗岩属于Ⅰ型花岗岩系列。
碱长花岗岩A/CNK为0.94和0.89，A/NK为0.94和0.92，属过碱质岩石，Ga/Al值为3.10和3.35，具A型花岗岩特征。在花岗岩成因类型判别图解(图 7)中样品落入A型区。相比二长花岗岩，碱长花岗岩强烈亏损P、Ti，富集Zr、Hf元素，也与A型花岗岩特征类似[26]。因此，二站乡碱长花岗岩为A型花岗岩。
4.2 岩浆源区性质本文研究的塔源黑云母二长花岗岩和二站乡二长花岗岩、碱长花岗岩均表现出高硅、高碱、富集轻稀土元素和亏损重稀土元素特征，暗示源区与地壳的部分熔融相关[3]。样品的Ti/Zr值分别为11.90~13.00、10.92和16.01、2.16和2.82 (地壳 < 30)，Nd/Th值分别为1.50~1.60、3.97和2.04，3.98和4.01，远小于幔源岩石(Nd/Th>15)，同样说明岩浆源区应该是壳源物质。塔源黑云母二长花岗岩εHf(t)=0.5~2.2，TDM2=1 288~1 181 Ma(表 3)，在Hf同位素特征图解(图 8)中，样品分布于亏损地幔与球粒陨石演化线区域之间，暗示黑云母二长花岗岩源于中元古代增生的下地壳物质的部分熔融。
| 样品号 | t/Ma | 176Yb/177Hf | 176Lu/177Hf | 176Hf/177Hf | 2σ | εHf(0) | εHf(t) | 2σ | TDM1/Ma | TDM2/Ma |
| 14SD014-01 | 308 | 0.033 901 | 0.001 127 | 0.282 624 | 0.000 022 | -5.2 | 1.3 | 0.8 | 892 | 1 238 |
| 14SD014-02 | 308 | 0.045 083 | 0.001 654 | 0.282 605 | 0.000 027 | -5.9 | 0.5 | 1.0 | 932 | 1 288 |
| 14SD014-03 | 308 | 0.031 394 | 0.001 000 | 0.282 629 | 0.000 023 | -5.1 | 1.5 | 0.8 | 882 | 1 226 |
| 14SD014-04 | 308 | 0.028 497 | 0.000 873 | 0.282 648 | 0.000 022 | -4.4 | 2.2 | 0.8 | 853 | 1 181 |
| 14SD014-05 | 308 | 0.030 916 | 0.000 971 | 0.282 630 | 0.000 024 | -5.0 | 1.5 | 0.8 | 880 | 1 224 |
| 14SD014-06 | 308 | 0.033 458 | 0.001 031 | 0.282 602 | 0.000 026 | -6.0 | 0.5 | 0.9 | 921 | 1 287 |
| 14SD014-07 | 308 | 0.032 009 | 0.001 019 | 0.282 626 | 0.000 020 | -5.1 | 1.4 | 0.7 | 886 | 1 232 |
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| 图 8 塔源镇地区花岗岩锆石Hf同位素特征与年龄关系图 Fig. 8 Hf isotopic characteristics and age relationship for the zircon of granites in the Tayuan Town area |
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Tang等[27]提出了利用锆石铕异常值估算I-A型花岗岩形成地壳厚度的公式:
(1) 式中，z代表地壳厚度，km。利用式(1)计算得到塔源-二站乡二长花岗岩形成的地壳厚度均值分别为38.8 km、34.7 km，碱长花岗岩形成的地壳厚度均值为28.7 km。塔源-二站乡二长花岗岩并没有明显的Eu正异常(δEu为0.63~1.03)，且稀土元素之间也不存在明显分馏现象。Wyllie等[28]曾指出，岩石在熔融产生熔体过程中残余矿物的组合将对稀土元素和微量元素产生影响，当熔浆中残余矿物以斜长石为主时，负铕异常强烈；当残余矿物以石榴石为主时，稀土元素发生强分馏且铕表现出正异常。结合Wyllie的脱水熔融实验相图可知，石榴石约在压力1 GPa，即地壳深度33 km处稳定出现，而斜长石矿物在压力很低时(< 0.5 GPa)便可稳定存在，至地壳深度70 km处才完全消失，可见斜长石的消失和石榴子石形成有一个很宽的压力区间，在该压力区间内，斜长石和石榴石是可以共生的。因此，我们认为塔源-二战二长花岗岩可能形成于斜长石与石榴石过渡带，斜长石和石榴石共存导致微量元素具有过渡性质，即重稀土元素不存在强烈亏损以及未出现明显的Eu正异常，而是从负异常向正异常过渡。塔源二长花岗岩微量元素高Sr、低Yb，二站乡二长花岗岩低Sr、低Yb的特征分别类似于埃达克岩和喜马拉雅型花岗岩，代表了地壳加厚阶段[29]。因此，我们认为二长花岗岩形成于造山带地壳加厚处，该计算结果表明晚石炭世Ⅰ型花岗岩到早二叠世A型花岗岩的转变对应着地壳减薄事件的发生。
4.3 构造环境目前，关于大兴安岭-小兴安岭古生代区域构造演化存在的主要问题是各板块之间的碰撞拼合时间。额尔古纳地块与兴安地块于早古生代完成碰撞拼合已成为共识，而对于兴安地块与松嫩地块的碰撞拼合时间争议较大。一些学者认为古亚洲洋沿贺根山—黑河缝合带在早石炭世晚期闭合，即兴安地块在泥盆纪期间处于俯冲环境，在二叠纪转为后碰撞环境[30-31]；Nozaka等[32]认为兴安地块与松嫩地块沿贺根山—黑河缝合带于白垩纪完成拼合，兴安地块在晚古生代持续受到古亚洲洋板块俯冲作用的影响；张彦龙等[33]认为早二叠世兴安地块与松嫩地块间的洋盆还未闭合，两地块碰撞拼合发生在早中生代。
本文晚石炭世样品属准铝质弱过铝质、高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩，构造环境判别图解中显示其位于火山弧区域(图 9)，暗示晚石炭世岩体的形成与俯冲环境相关，说明此时贺根山—黑河缝合带尚未闭合，仍持续受到古大洋俯冲作用的影响，塔源黑云母二长花岗岩和二站乡二长花岗岩可能是贺根山—黑河大洋板块俯冲的产物。地球化学特征表明，位于俯冲带前缘的二站乡二长花岗岩w(K2O)低于远离俯冲带的塔源二长花岗岩w(K2O)，暗示着贺根山—黑河洋盆可能存在北向俯冲的体系。区域上早二叠世二站乡碱长花岗岩属于过碱质A型花岗岩，指示其形成于伸展环境(图 9)。结合区域上已识别出大量二叠纪期间的A型花岗岩，如大黑山岩体约292 Ma[35]、五道沟碱长花岗岩约292 Ma[36]，暗示其形成于兴安地块与松嫩地块碰撞拼合后的伸展背景下。另外，本文通过对区域上发育的晚石炭世—早二叠世花岗岩进行总结分析，总体上显示出由晚石炭世Ⅰ型花岗岩向早二叠世A型花岗岩的转变，在构造环境判别图解中也显示由火山弧向板内环境的转变(图 9)，说明贺根山—黑河洋的闭合时间应在晚石炭世末期—早二叠世早期。综上所述，可以判断兴安地块和松嫩地块沿着贺根山—黑河缝合带于晚石炭世末期—早二叠世早期(308~293 Ma)完成拼合，该缝合带在二叠纪期间处于造山后伸展环境。
研究区内晚石炭世至早二叠世存在广泛的酸性岩浆活动，这些岩浆活动被认为与贺根山—黑河洋的演化相关。通过上述分析，笔者认为晚石炭世二长花岗岩为俯冲条件下地壳部分熔融的产物，至早二叠世该地区经历了地壳减薄事件，可能的解释为早二叠世残留板片断裂下沉引起软流圈物质上涌，导致上覆地壳减薄，从而诱发了伸展体制下的花岗质岩浆活动(图 10)。本文研究的I-A型花岗岩代表了区域内晚古生代的岩浆活动事件，反映了区域构造环境变迁过程，晚石炭世的Ⅰ型花岗岩记录了区域俯冲环境特征，早二叠世的A型花岗岩记录了碰撞后伸展环境特征，表明大兴安岭在该时期经历了俯冲—碰撞—造山后伸展的构造演化过程。同时，具有连续过渡特点的I-A型花岗岩转变约束了贺根山—黑河洋俯冲—碰撞时限，记录了古亚洲洋晚古生代从俯冲到闭合后伸展的演变，这对于认识东北地区构造演化历史具有重要意义。
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| 图 10 塔源和二站乡地区晚石炭世—早二叠世构造演化模式图 Fig. 10 Late Carboniferous-early Permian tectonic evolution pattern in Tayuan-Erzhan Country areas |
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1) 塔源和二站乡二长花岗岩形成于313~301 Ma，为晚石炭世侵入体；二站乡碱长花岗岩形成于298~286 Ma，为早二叠世岩浆活动产物。
2) 塔源镇黑云母二长花岗岩与二站乡二长花岗岩地球化学成分相似，属于准铝质—弱过铝质、高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩；二站乡碱长花岗岩属于过碱质A型花岗岩。这些花岗岩浆均源于下地壳物质的部分熔融，但塔源二长花岗岩形成的地壳厚度为38.8 km，二站乡二长花岗岩形成于34.7 km，碱长花岗岩则为28.7 km。
3) 研究区晚石炭世Ⅰ型花岗岩形成于板块俯冲构造背景，早二叠世A型花岗岩是造山后伸展构造环境的产物。
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