0 引 言
东北大兴安岭地区自西向东分布有额尔古纳地块和兴安地块,它们均具有古老的前寒武纪变质结晶基底——兴华渡口群[1-3]。自古生代以来,该区经历了古亚洲洋构造体系的演化,表现为多个微陆块之间的拼合;中、新生代又受到环太平洋构造体系和蒙古—鄂霍茨克海缝合带的影响,大地构造演化历史比较复杂,岩浆构造活动频繁[4]。近年来,有关大兴安岭地区花岗岩的锆石U-Pb定年结果表明,区内绝大多数花岗岩形成于早古生代和侏罗纪[5-6],而本次研究发现额尔古纳和兴安地块的过渡带——凤凰山地区内还存在古老的英云闪长岩侵入体的发育,零星分布于前寒武纪结晶基底内。因此,本文以出露于大兴安岭北部凤凰山地区兴华渡口群中的英云闪长岩为研究对象,进行了锆石U-Pb定年和岩石地球化学研究,进一步确认了该区新元古代岩石的存在,为研究本区前寒武纪地壳形成演化提供了年代学证据,具有重要的地质意义。
1 地质背景及岩相学特征黑龙江凤凰山地区地处兴蒙造山带,额尔古纳地块南部边缘与兴安地块北缘之间的塔河过渡带之内。区内构造复杂,主要由复向斜褶皱构造、倒转的背斜褶皱构造以及NE向的得尔布干区域断裂的北东段组成[1, 7-8](图 1)。
研究区出露的地层有:古元古界兴华渡口群变质岩系(Pt3Xh),主要岩性为石榴石大理岩、花岗质片麻岩等;奥陶系库纳森组(O1k)和大伊希康河组(O1-2dy)的砂岩、粉砂岩等陆源碎屑岩;侏罗系玛尼吐组(J1mn)安山岩等;白垩系光华组(K1gn)安山岩、英安岩等。断裂构造极为发育,具多期次活动的特点,主要为NE向和EW向构造。其中,研究区北部的断裂由于侏罗系、白垩系火山喷发作用以及第四系沉积覆盖,使得NE向的区域性断裂在区内呈现断续的特征;EW向断裂为凤凰山韧性剪切断裂,控制了凤凰山地区内的结晶基底展布方向。另外,区内发育的构造还有凤凰山倒转背斜褶皱构造、向斜褶皱构造等。区内岩浆活动强烈,主要以新元古代花岗岩(Pt3γ)、花岗闪长岩(Pt3γδ)、辉长岩(Pt3ν)等为主,其次为海西晚期花岗岩(C2γ)、二长花岗岩(C2ηγ)等,以及燕山期花岗岩(T3J1γ)、二长花岗岩(K1ηγ)等。
本文所研究的岩石样品采自大兴安岭北端凤凰山采石场,岩性主要为英云闪长岩,该岩体与区内兴华渡口群呈侵入接触关系。
英云闪长岩,中细粒半自形粒状结构,块状构造,主要矿物成分为斜长石(50%~55%)、石英(25%~30%)、黑云母(15%),副矿物主要为磷灰石、锆石等(3%);黑云母主要呈片状、细鳞片状,少部分具绿泥石化,有一定程度的扭曲变形,部分可能为钾化产物(图 2)。
2 测试方法岩石地球化学样品的分析测试工作在广州澳实矿物实验室内完成。主量元素采用玻璃熔片大型X-射线荧光光谱(ME-XRF26)测试;微量元素及稀土元素利用酸溶法制备样品,使用ICP-MS(Element)测试完成,分析精度为:当元素质量分数大于10×10-6的误差小于5%,小于10×10-6的误差小于10%。锆石的挑选在中国地质科学院应用地球化学重点开放实验室完成。经过双目镜下仔细挑选表面平整光洁、晶型和透明度较好的锆石颗粒,然后将它们粘贴在环氧树脂表面,待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。抛光后将锆石进行透射光、反射光和阴极发光显微照相,通过反射光和CL图像详细研究锆石的晶体形貌和内部结构特征,以选择同位素分析的最佳点。
锆石U-Pb年龄测定和微量元素分析在天津地质矿产研究所实验室完成。锆石测定中采用直径25~30 μm的离子束,阴极发光(CL)图像利用扫描电镜+Gatan阴极发光MonoCL3获得,测试利用LA-ICP-MS进行U-Pb同位素测定,并采用标准锆石GJ-1作为外部年龄标准进行U、Pb同位素分馏校正。并采用ICPMS Data Cal程序和Isoplot程序进行数据处理,利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。本文所测定的岩石形成于新元古代,其结果以206Pb/238U年龄计算,年龄误差为2σ。
3 分析结果 3.1 主量元素本次研究选择的3个样品均为英云闪长岩,SiO2质量分数为61.30%~64.66%,平均值63.29%,属中性岩类;Al2O3质量分数为16.20%~17.18%,平均值16.76%;MgO质量分数为2.45%~3.65%,平均值3.12%;Na2O质量分数为3.17%~3.65%,平均值3.36%;岩石碱的质量分数相对较高,w(Na2O+K2O)为7.43%~10.58%,K2O/Na2O值为1.04~2.34,属于钾质岩石,Na2O、K2O质量分数变化范围不大;P2O5平均质量分数为0.23%,TiO2平均质量分数为0.52%,说明岩浆岩相对贫磷和钛(表 1)。在硅碱图中,多数样品落入亚碱性系列,少数落入碱性系列。在AFM图中,样品落入钙碱性系列,由此确定英云闪长岩属亚碱性系列岩中的钙碱性系列岩石(图 3)。A/CNK-A/NK图(图 4),样品落入过铝质区域,表明英云闪长岩属过铝质岩石。
样品号 | SiO2 | Al2O3 | CaO | Fe2O3 | K2O | MgO | MnO | Na2O | P2O5 | TiO2 | A/NK | A/CNK | K2O/Na2O | K2O+Na2O | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Y | ΣREE | LREE | HREE | LREE/HREE | (La/Yb)N | (Gd/Yb)N | δEu | δCe | Rb | Sr | Ba | P | Zr | Hf | U | Th | K | Cs | Ga | Nb | Ta | Cr | Ti |
FHS-01 | 64.66 | 16.91 | 1.72 | 5.08 | 3.78 | 3.25 | 0.08 | 3.65 | 0.25 | 0.58 | 2.25 | 1.84 | 1.04 | 7.44 | 49.00 | 91.30 | 9.71 | 32.40 | 5.39 | 1.02 | 4.13 | 0.62 | 3.49 | 0.68 | 1.95 | 0.28 | 1.87 | 0.25 | 18.00 | 220.09 | 188.82 | 31.27 | 6.04 | 17.67 | 1.78 | 0.64 | 0.95 | 147.00 | 269.00 | 1 620.00 | 1 084.59 | 232.00 | 6.30 | 1.43 | 9.20 | 31 406.63 | 3.46 | 20.90 | 9.70 | 0.40 | 40.00 | 3 474.66 |
FHS-02 | 63.90 | 16.20 | 1.08 | 4.40 | 4.00 | 3.65 | 0.06 | 3.25 | 0.24 | 0.55 | 2.23 | 1.94 | 1.23 | 7.25 | 62.40 | 112.00 | 12.20 | 41.80 | 7.11 | 1.31 | 4.95 | 0.67 | 4.19 | 0.74 | 2.21 | 0.33 | 2.09 | 0.31 | 20.20 | 272.51 | 236.82 | 35.69 | 6.64 | 20.13 | 1.91 | 0.64 | 0.92 | 148.50 | 169.00 | 1 145.00 | 1 048.80 | 198.00 | 5.50 | 1.92 | 8.97 | 33 191.49 | 3.82 | 20.20 | 10.90 | 1.00 | 60.00 | 3 300.00 |
FHS-05 | 61.30 | 17.18 | 2.58 | 5.17 | 7.41 | 2.45 | 0.07 | 3.17 | 0.21 | 0.43 | 1.62 | 1.30 | 2.34 | 10.58 | 42.20 | 75.90 | 7.65 | 30.30 | 5.42 | 1.23 | 5.39 | 0.82 | 4.56 | 0.86 | 2.55 | 0.37 | 2.21 | 0.33 | 25.90 | 205.69 | 162.70 | 42.99 | 3.78 | 12.87 | 1.97 | 0.69 | 0.94 | 166.50 | 196.00 | 1 455.00 | 923.89 | 158.00 | 5.10 | 4.35 | 7.67 | 61 488.46 | 2.58 | 20.40 | 31.80 | 2.60 | 20.00 | 2 600.42 |
注:主量元素质量分数单位为%;微量元素和稀土元素质量分数单位为10-6。 |
英云闪长岩的稀土元素总质量分数较低,w(ΣREE)=(205.69~272.51)×10-6,平均232.76×10-6(表 1)。w(LREE)=162.70×10-6~236.82×10-6,平均值为196.11×10-6;w(HREE)=31.27×10-6 ~42.99×10-6,平均值为36.65×10-6;LREE/HREE变化范围为3.78~6.64,平均值为5.49;(La/Yb)N变化范围为12.87~20.13,平均值为16.89,轻稀土分馏强烈,(Gd/Yb)N变化范围为1.78~1.97,平均值为1.89;δEu=0.64~0.69,平均值为0.66,显示较弱的负异常,表明岩浆演化过程中未经历明显的斜长石分离结晶作用。球粒陨石标准化稀土配分模式显示为轻稀土富集和重稀土元素相对亏损的特征。
从岩石样品的原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图 5)可以看出,Rb、K等大离子亲石元素(LILE)具正异常,显示富集大量亲石元素;而Nb、Ta、Sr、P、Ti等高场强元素(HFSE)出现负异常,显示其亏损的特点。
3.3 锆石U-Pb定年英云闪长岩测年样品(FHS-01)采自凤凰山地区,样品中的锆石呈灰黑色,多数锆石为长柱或短柱状,长100~150 μm,长宽比为1.5∶1.0~2.5∶1.0,大部分锆石发育有清晰的振荡环带(图 6),U质量分数为581×10-6~2 371×10-6,具有典型岩浆锆石的特点[11]。20个锆石所测定年龄相对集中,均集中分布在谐和线上,20个测点的206Pb/238U年龄加权平均值为(807.7±2.2)Ma(MSWD=0.022)(图 7,表 2),代表了英云闪长岩的形成时代为新元古代。
点号 | wb/10-6 | Th/U | 同位素比值 | 年龄/Ma | ||||||||||||
Pb | U | Th | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | ||
FHS-01-1 | 281 | 2 085 | 939 | 0.450 5 | 0.133 5 | 0.001 0 | 1.214 2 | 0.015 9 | 0.066 0 | 0.000 8 | 808 | 6 | 807 | 11 | 805 | 25 |
FHS-01-2 | 232 | 1 697 | 728 | 0.429 3 | 0.133 4 | 0.000 8 | 1.213 8 | 0.015 4 | 0.066 0 | 0.000 8 | 807 | 5 | 807 | 10 | 805 | 25 |
FHS-01-3 | 209 | 1 527 | 659 | 0.431 8 | 0.133 5 | 0.000 8 | 1.218 7 | 0.015 5 | 0.066 2 | 0.000 8 | 808 | 5 | 809 | 10 | 814 | 25 |
FHS-01-4 | 294 | 2 133 | 899 | 0.421 5 | 0.133 5 | 0.000 8 | 1.217 1 | 0.015 5 | 0.066 1 | 0.000 8 | 808 | 5 | 808 | 10 | 810 | 25 |
FHS-01-5 | 75 | 581 | 109 | 0.187 7 | 0.133 6 | 0.000 8 | 1.219 3 | 0.016 4 | 0.066 2 | 0.000 8 | 808 | 5 | 809 | 11 | 813 | 27 |
FHS-01-6 | 324 | 2 371 | 821 | 0.346 1 | 0.133 4 | 0.000 8 | 1.215 7 | 0.015 4 | 0.066 1 | 0.000 8 | 807 | 5 | 808 | 10 | 810 | 25 |
FHS-01-7 | 249 | 1 814 | 613 | 0.337 9 | 0.133 6 | 0.000 8 | 1.216 6 | 0.015 4 | 0.066 1 | 0.000 8 | 808 | 5 | 808 | 10 | 808 | 25 |
FHS-01-8 | 199 | 1 435 | 548 | 0.381 7 | 0.133 5 | 0.000 8 | 1.210 7 | 0.015 3 | 0.065 8 | 0.000 8 | 808 | 5 | 806 | 10 | 799 | 25 |
FHS-01-9 | 159 | 1 170 | 388 | 0.331 5 | 0.133 7 | 0.000 8 | 1.216 4 | 0.015 7 | 0.066 0 | 0.000 8 | 809 | 5 | 808 | 10 | 806 | 25 |
FHS-01-10 | 215 | 1 565 | 675 | 0.431 0 | 0.133 6 | 0.000 8 | 1.209 5 | 0.015 3 | 0.065 7 | 0.000 8 | 808 | 5 | 805 | 10 | 796 | 25 |
FHS-01-11 | 181 | 1 354 | 530 | 0.391 2 | 0.133 1 | 0.000 8 | 1.211 9 | 0.015 3 | 0.066 0 | 0.000 8 | 806 | 5 | 806 | 10 | 808 | 25 |
FHS-01-12 | 154 | 1 149 | 490 | 0.426 2 | 0.133 2 | 0.000 8 | 1.206 0 | 0.015 7 | 0.065 6 | 0.000 8 | 806 | 5 | 803 | 10 | 795 | 26 |
FHS-01-13 | 176 | 1 232 | 919 | 0.746 2 | 0.133 5 | 0.000 8 | 1.211 3 | 0.015 6 | 0.065 8 | 0.000 8 | 808 | 5 | 806 | 10 | 801 | 25 |
FHS-01-14 | 151 | 1 101 | 550 | 0.499 6 | 0.133 6 | 0.000 8 | 1.217 1 | 0.015 4 | 0.066 1 | 0.000 8 | 808 | 5 | 808 | 10 | 808 | 25 |
FHS-01-15 | 194 | 1 397 | 824 | 0.590 1 | 0.133 5 | 0.000 8 | 1.218 7 | 0.015 5 | 0.066 2 | 0.000 8 | 808 | 5 | 809 | 10 | 812 | 25 |
FHS-01-16 | 158 | 1 174 | 398 | 0.339 4 | 0.133 4 | 0.000 9 | 1.211 2 | 0.016 5 | 0.065 8 | 0.000 9 | 807 | 6 | 806 | 11 | 801 | 29 |
FHS-01-17 | 170 | 1 219 | 708 | 0.581 2 | 0.133 5 | 0.000 9 | 1.215 3 | 0.015 7 | 0.06 6 | 0.000 8 | 808 | 5 | 808 | 10 | 807 | 25 |
FHS-01-18 | 108 | 753 | 535 | 0.710 0 | 0.133 5 | 0.000 9 | 1.216 0 | 0.017 0 | 0.066 1 | 0.000 9 | 808 | 5 | 808 | 11 | 809 | 29 |
FHS-01-19 | 253 | 1 883 | 749 | 0.397 9 | 0.133 5 | 0.000 8 | 1.215 5 | 0.015 4 | 0.066 0 | 0.000 8 | 808 | 5 | 808 | 10 | 807 | 25 |
FHS-01-20 | 141 | 1 008 | 572 | 0.567 9 | 0.133 5 | 0.000 9 | 1.219 5 | 0.017 0 | 0.066 3 | 0.000 8 | 808 | 6 | 810 | 11 | 814 | 26 |
位于大兴安岭北部的额尔古纳地块是兴蒙造山带内的重要大地构造单元,其结晶基底主要由角闪岩相变质的兴华渡口群和少量新元古代花岗质岩石构成[12]。近年来,随着SHRIMP 锆石U-Pb、LA-ICP-MS 锆石U-Pb和40Ar-39Ar等精细同位素定年技术的提高,一些学者对额尔古纳地块基底性质进行了研究,获得了不少有关额尔古纳地块性质的准确年代学数据(表 3)。有关额尔古纳地块变质基地“兴华渡口群”的形成时代,传统观点认为,其形成时代为新太古代—早中元古代[1, 3, 12]。最新的研究资料显示,其形成时代为早—中寒武世和新元古代[2, 8, 14-15]。
据最新的研究成果,额尔古纳地块中存在一些成岩时代为新元古代的岩浆锆石和变质锆石,年龄数据非常集中(图 8,表 3),且本次研究获得凤凰山英云闪长岩成岩年龄为(807.7±2.2)Ma,进一步证实了该区存在前寒武纪变质基底的形成或裂解,表明额尔古纳和兴安地块过渡地带受新元古代中期构造岩浆活动影响,产生了一些与造山作用有关的岩体。
4.2 构造意义兴蒙造山带东段由3个主要微地块组成,分别为松嫩地块、兴安地块和额尔古纳地块。中元古代末期,由大陆碰撞初步形成全球性的Rodinia超大陆,在新元古时期Rodinia超大陆最终形成和裂解[16]。而古亚洲洋是在新元古代晚期Rodinia大陆裂解打开,到二叠纪晚期关闭,中国东北正是新元古代Rodinia等古陆形成和裂解碰撞事件的一部分。本文研究的凤凰山地区位于大兴安岭北部的额尔古纳地块和兴安地块结合部位,额尔古纳地块的东北缘,区内广泛分布着前寒武纪变质岩系组成的兴华渡口群古老块体,其形成环境为岛弧或大陆边缘弧后裂谷型火山沉积盆地[2, 14]。
额尔古纳凤凰山地区英云闪长岩地球化学特征显示,该区岩石为钙碱性岩石系列,且岩石的全碱质量分数相对较高(7.43%~10.58%),铝饱和指数A/CNK(1.30~1.94)较高,为过铝质岩石。稀土元素特征表现轻重稀土分馏明显,具有明显的右倾式曲线特征,同时显示中等负铕异常(δEu=0.64~0.69);微量元素蛛网图显示具有一致的配分模式,富集大离子亲石元素(LILE)Rb、K等,亏损高场强元素(HFSE)Nb、P、Sr、Ta、Ti等,显示出与弧相关的造山构造环境花岗岩浆的特征。在岩浆源区δEu-(La/Yb)N判别图(图 9)中均落入壳源区域内,具有壳源特征。
在w(Nb)-w(Y)和w(Rb)-w(Y+Nb)图解(图 10)中,英云闪长岩大多落入火山弧花岗岩及火山弧同碰撞花岗岩区域,部分落入板内花岗岩区。反映该岩石形成于大陆弧背景下,具有增生在大陆壳边缘的新地壳特征,与分布在大兴安岭地区新元古代花岗岩的特征相似[2, 7, 14-15, 19]。
结合额尔古纳区域构造演化史,新元古代初期(1 000~800 Ma),受新元古代Rodinia超大陆裂解-碰撞事件的影响,额尔古纳地块北缘发生洋壳俯冲、消减和碰撞作用,出现了碰撞型花岗岩侵入(805~793 Ma);同时,兴华渡口群中大量变质锆石年龄也位于900~800 Ma之间。因此,我们认为凤凰山地区英云闪长岩是岛弧活动大陆边缘的陆缘增生碰撞造山环境下的产物,岩浆来源于增生的新地壳物质的部分熔融[19-23],反映了额尔古纳地块和兴安地块过渡带在新元古代时期的一次重要的地壳增生事件。
5 结论1) 大兴安岭北部额尔古纳和兴安地块过渡带的凤凰山地区英云闪长岩U-Pb年龄为(807.7±2.2)Ma,代表了该区新元古代一期重要的岩浆事件,证实了该区存在前寒武纪基底。
2) 凤凰山地区英云闪长岩为过铝质岩石,其稀土微量元素特征显示具有与大陆壳增生构造环境下花岗岩的特征,推断岩浆来源与增生的新地壳物质的部分熔融有关。
3) 结合大兴安岭地区北部的构造演化历史,认为该区新元古代英云闪长岩属火山弧-同碰撞环境,是受Rodinia超大陆裂解-碰撞影响,额尔古纳地块和兴安地块过渡带地壳增生的产物。
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