华北克拉通北缘东段位于华北克拉通与佳木斯-兴凯地块之间，是古亚洲洋消失后华北克拉通与佳木斯-兴凯地块最后拼合的位置，其构造演化长期以来备受关注(Tang，1990；赵春荆等，1986；方文昌，1992；邵济安等，1994，1997；李锦轶，1998；吴福元等，1999，2001)。该区分布着大面积的显生宙花岗岩。早期研究认为这些花岗岩可以划分为从加里东期至燕山期的完整系列，并呈带状沿华北克拉通北缘由新到老对称分布(Zeng et al.，2001；吉林省地质矿产局，1988；方文昌，1992；周永昶等，1992)，是华北克拉通和佳木斯-兴凯地块拼合的标志(邵济安等，1994，1997；赵春荆等，1996；张兴洲等，1999；彭玉鲸和赵成弼，2001)。近几年来，高精度锆石U-Pb年代学表明，该区并不存在以上所认为的古生代花岗岩(吴福元等，1999，2001)。尤其是在吉林中部大面积分布的具有代表性的黄泥岭岩体(黄泥河岩体)、棉田岩体及百里坪岩体的主体均为中生代形成(张艳斌等，2002a，b)，而非传统上所认识的加里东期或海西期花岗岩。目前，在东北东部也只有佳木斯地块还存在较精确的年龄数据证明海西期花岗岩的存在(Wilde et al.，1997)。那么，在两个板块之间的华北北缘东段是否存在古生代形成的花岗岩呢？

为了探讨古亚洲洋在华北克拉通北缘东段的消亡过程及华北与西伯利亚两大板块的闭合历史，本文选择了位于华北克拉通北缘东段与兴-蒙造山带交汇部位的海沟岩体开展了系统的地质、地球化学和年代学工作。海沟岩体是海沟金矿的赋矿围岩，前人曾通过角闪石K-Ar法和全岩Rb-Sr等时线法获得161.3Ma和181Ma的成岩年龄(吉林省地质矿产局第五地质调查所，1990^①)，并认为海沟岩体形成于中生代。由于受到后期成矿作用的影响，海沟岩体发育大规模的蚀变，以上方法获得的年龄可能无法准确反映岩体的侵入时代。通过本次工作发现，过去通常认为形成于中生代的海沟岩体，其精确的单颗粒锆石U-Pb年龄为320Ma，形成时代为海西期。在吉林省中部大面积中生代花岗岩中出现的海西期花岗岩对探讨海沟金矿的成岩成矿关系及该区的构造演化具有特殊意义。

①吉林省地质矿产局第五地质调查所.1990.吉林省安图县海沟金矿床研究报告

海沟岩体位于华北克拉通北缘东段与兴-蒙造山带交汇部位，地处NW向夹皮沟-海沟成矿带的东南端(图 1)。矿区南部为龙岗高级区，北部为中生代黄泥河岩体。区内断裂构造发育，NE向敦化-密山断裂为区内一级构造，是古郯庐断裂的北延部分(Zeng et al.，2001)；NW向夹皮沟断裂、富尔河-古洞河断裂、清茶馆-白水滩(金银别-海沟)断裂、NE向两江断裂带为二级构造。沿NW向构造带分布大面积的色洛河群构造杂岩。据最新研究表明，该杂岩体由新太古代变质火山-沉积地层、晚古生代变质火山-沉积岩、二叠纪片麻状杂岩体和侏罗纪糜棱岩化花岗岩组成(李承东等，2007)。

图 1

Fig. 1

图 1 海沟岩体地质简图 Fig. 1 Simplified geological map of Haigou granitoids

海沟岩体北部与黄泥岭岩体接触，南部与色洛河群杂岩接触。该岩体为岩株状产出，可分为二长岩和二长花岗岩两部分。平面上，两者呈同心圆状，二长花岗岩位于岩体的中部，二长岩分布于外侧；剖面上，两者呈桶状向北东方向侧伏。据地表和井下观察，二长岩与二长花岗岩呈渐变过渡关系，两者之间未见明显界线。岩体内发育的大量后期NE向乳白色石英大脉，构成海沟金矿的主要矿体。同时，整个矿区内发育大量中-基性脉岩，主要有闪长玢岩、次安山岩、辉绿玢岩、花岗闪长斑岩等。闪长玢岩常与矿体平行出现，其他三种脉岩常切割矿体。

二长岩呈肉红色，粗粒结构、二长结构、交代净边结构，交代残余结构，块状构造；主要矿物由钾长石(约45%~50%)，斜长石(约40%~45%)，角闪石(约5%~10%)组成，有时含少量黑云母、石英、磷灰石、榍石、锆石等副矿物(＜5%)。矿区内二长岩多发生钾化、硅化、绢云母化、绿泥石化蚀变，且距离矿体越近，蚀变强度越大。二长花岗岩呈肉红色，粗粒结构、花岗结构，块状构造；主要由钾长石(约30%~35%)，斜长石(约25%~30%)，石英(约30%~35%)组成，偶见少量角闪石、黑云母、磷灰石、榍石、锆石等(均＜5%)。矿区内二长花岗岩多发生钾化、硅化蚀变，尤其是硅化蚀变，越靠近矿体，蚀变强度越强，局部见少量黄铁绢英岩化。

本次分析测试的样品均采自海沟岩体，地表和井下均有分布。其中，二长岩(样号13CM61)采自13中段61号穿脉坑道；二长花岗岩(样号9-51)采自9中段51号穿脉坑道。采集样品时，尽量远离矿体，以保证样品新鲜。

在薄片镜下鉴定的基础上，选取新鲜未蚀变的样品，碎至200目后进行岩石地球化学分析。主量和微量元素均在中国科学院地质与地球物理研究所实验室进行，主量元素采用XRF法分析，微量元素采用ICP-MS方法测定。具体分析流程及分析参数参见刘红涛等(2002a)。Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析测试在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室完成，详细的分析流程可见Chen et al.(2000，2002)。Nd模式年龄采用Isoplot程序计算(Ludwig，2001)，采用2σ误差。锆石挑选由河北省地勘局廊坊实验室完成。锆石样品阴极发光(CL)照相是在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针实验室CAMECA SX51电子探针下完成。锆石样品U-Pb同位素是在Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)上测试完成。实验中采用Geolas 139nm ArF准分子激光剥蚀取样系统，剥蚀时间26S，待测样剥蚀束斑直径50μm，标准样品剥蚀束斑直径70μm，剥蚀出的气熔胶通过载气He载入MC-ICP-MS进行同位素比值测定(Wu et al.，2006)。锆石年龄采用国际标准锆石91500(年龄为1064.2Ma)外部校正法进行校正，普通铅校正采用Andersen(2002) 的方法。实验过程中标准样品91500点、待分析样品点按照2∶7进行。锆石数据处理采用Galiter软件程序完成，年龄采用ISOPLOT3.0程序计算。锆石Hf同位素是在中国科学院地质与地球物理研究所进行的，采用Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和Geolas 193nm准分子激光取样系统(LA-MC-ICMP-MS)，分析原理和流程见Wu et al.(2006) 。激光频率为8Hz，能量密度为100mJ/cm²，分析束斑直径为70μm，信号采集时间为26s。同时采用锆石91500的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf为标准，分析结果与目前用溶液法获得的值在误差范围内一致(Woodhead et al.，2004)。

采自海沟岩体的7个样品的全岩主量元素、微量元素分析结果分别参见表 1。海沟岩体中二长岩的SiO₂含量变化范围为60.54%~62.86%。铝含量高，变化范围为17.19%~18.62%。TiO₂含量偏低，变化范围为0.36%~0.46%。全碱含量高，K₂O+Na₂O含量变化范围为9.86%~11.04%，K₂O/Na₂O变化范围为0.66~0.88。二长花岗岩的SiO₂含量变化范围为67.61%~70.37%。Al₂O₃含量高，变化范围为15.91%~16.47%。TiO₂含量偏低，变化范围为0.17%~0.23%。全碱含量高，K₂O+Na₂O含量变化范围为9.32%~10.31%，K₂O/Na₂O变化范围为0.51~0.93。从铝饱和指数来看，二长岩、二长花岗岩的A/CNK值均小于1，介于0.87~0.94之间；A/NK值大于1，介于1.10~1.18之间，在A/NK-A/CNK图解上，两种岩石均落在准铝质区域，为准铝质系列(图 2)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 海沟岩体岩石化学主量元素组成(wt%)和微量元素组成(×10-6) Table 1 Major(wt%)and trace elements data(×10-6)of Haigou granitoids 样品号 B1 B3 11-41 -7 12-53CM -2 8-37 5-53 -7 9-45 -9 样品名 二长岩 二长花岗岩 SiO2 61.77 62.86 60.54 60.95 67.61 70.37 70.06 TiO2 0.36 0.38 0.46 0.43 0.23 0.18 0.17 Al2O3 18.61 17.19 18.62 18.46 16.47 15.91 15.91 Fe2O3T 2.37 3.24 3.59 3.24 1.50 0.99 1.06 MnO 0.06 0.07 0.09 0.09 0.05 0.04 0.03 MgO 0.56 0.87 1.06 0.89 0.36 0.21 0.23 CaO 2.53 2.35 3.03 2.54 1.68 1.63 1.39 Na2O 6.30 5.33 6.27 5.88 5.33 6.17 5.65 K2O 4.13 4.53 4.35 5.16 4.98 3.15 3.94 P2O5 0.21 0.19 0.20 0.13 0.06 0.05 0.05 LOI 2.10 2.04 0.98 1.04 1.40 1.24 1.22 Total 99.00 99.05 99.19 98.81 99.67 99.94 99.71 FeO 0.94 1.40 1.50 1.32 0.72 0.54 0.45 Fe2O3 1.43 1.84 2.09 1.92 0.78 0.45 0.61 ALK 10.43 9.86 10.62 11.04 10.31 9.32 9.59 K/Na 0.66 0.85 0.69 0.88 0.93 0.51 0.70 A/NK 1.18 1.18 1.17 1.14 1.10 1.10 1.10 A/CNK 0.91 0.91 0.87 0.89 0.91 0.91 0.94 σ 5.80 4.90 6.43 6.79 4.32 3.17 3.40 Li 14.60 11.50 6.97 5.97 9.00 6.64 5.61 Be 1.51 2.17 1.06 1.28 1.04 1.53 1.44 Sc 2.40 3.80 5.32 3.59 1.33 1.02 1.02 V 43.7 54.3 71.8 66.5 21.9 16.7 18.7 Cr 5.74 10.70 15.70 6.78 4.23 6.05 6.41 Co 3.47 5.79 6.69 5.41 2.42 0.69 0.80 Ni 5.87 6.51 8.49 4.64 2.67 2.40 1.86 Cu 4.45 11.20 7.32 3.27 2.17 2.85 2.52 Zn 36.5 51.5 63.1 53.9 24.1 7.0 18.2 Ga 19.5 19.5 21.2 21.0 18.0 18.7 18.7 Rb 90.8 80.5 81.2 86.2 123 82.6 88.2 Sr 2090 1339 2031 2288 985 1042 879 Y 18.20 15.20 21.20 24.50 12.30 9.45 8.40 Nb 21.8 22.9 23.8 30.9 20.9 25.8 25.1 Mo 0.23 0.27 0.52 0.18 0.05 0.46 0.08 Cd 0.04 0.04 0.10 0.05 0.03 0.03 0.04 In 0.02 0.03 0.04 0.03 0.02 0.01 0.01 Sb 0.22 0.26 0.83 0.81 0.13 0.19 0.19 Cs 2.57 2.76 2.10 2.02 2.23 1.24 1.78 Ba 3998 3924 4457 5711 3152 1670 1706 Ta 1.75 1.68 1.86 2.37 1.75 1.80 1.81 W 0.56 0.38 0.27 0.19 0.11 0.52 0.75 Re 0.001 0.000 0.001 0.000 0.001 0.002 0.000 Tl 0.78 1.04 0.67 0.88 1.04 0.70 0.80 Pb 50.5 66.8 50.8 54.2 50.4 56.3 30.7 Bi 0.26 0.30 0.14 0.16 0.16 0.19 0.14 Th 7.10 10.80 8.40 8.25 19.40 18.10 8.05 U 1.10 2.80 2.29 1.99 11.30 6.28 4.33 Zr 114 158 258 153 262 351 335 Hf 2.37 3.73 4.73 2.95 5.42 7.53 6.79 La 56.1 45.7 70.2 60.8 41.1 21.6 23.8 Ce 95.3 83.5 108 108 62.1 35.0 34.7 Pr 10.40 6.89 11.80 11.10 5.61 3.23 3.14 Nd 37.7 25.4 43.0 42.7 20.0 11.5 11.2 Sm 5.48 3.96 6.20 6.54 2.58 1.57 1.66 Eu 2.03 1.40 2.16 2.31 1.02 0.64 0.60 Gd 4.76 3.46 5.19 5.53 2.23 1.53 1.44 Tb 0.69 0.51 0.75 0.84 0.34 0.23 0.21 Dy 3.38 2.46 3.85 4.19 1.87 1.30 1.25 Ho 0.60 0.47 0.68 0.76 0.38 0.27 0.24 Er 1.83 1.57 2.10 2.32 1.20 0.90 0.85 Tm 0.30 0.25 0.35 0.40 0.20 0.17 0.17 Yb 1.71 1.63 2.28 2.46 1.41 1.21 1.17 Lu 0.24 0.25 0.30 0.35 0.23 0.19 0.20 ΣREE 220.5 177.5 256.9 248.3 140.3 79.34 80.63 LREE 61.06 41.62 69.10 69.02 31.78 18.70 18.25 HREE 289.6 225.7 335.5 327.8 177.3 102.1 102.8 LREE/ HREE 15.3 15.7 15.6 13.7 16.9 12.7 13.6 (La/Yb)N 40.0 34.2 37.6 30.2 35.6 21.8 24.8 δEu 1.21 1.15 1.16 1.17 1.30 1.26 1.18 δCe 0.96 1.14 0.91 1.01 0.99 1.01 0.97

表 1 海沟岩体岩石化学主量元素组成(wt%)和微量元素组成(×10-6) Table 1 Major(wt%)and trace elements data(×10-6)of Haigou granitoids

图 2

Fig. 2

图 2 海沟岩体岩石A/NK-A/CNK图解 Fig. 2 Plot of A/NK-A/CNK for Haigou granitoids

海沟岩体稀土元素分析结果表明，二长岩和二长花岗岩的球粒陨石标准化配分曲线均为轻稀土富集型(图 3)。两者具有较一致的稀土配分曲线，其稀土元素总量ΣREE在79.34×10^-6~256.9×10^-6之间，二长岩的稀土总量明显高于二长花岗岩的稀土总量。LREE/HREE比值介于12.7~15.7之间，(La/Yb)_N介于21.8~40.0之间，轻重稀土分馏明显，可能是海沟岩体中含有较多的角闪石和榍石所致。δEu介于1.15~1.30之间，具有微弱的铕正异常。微量元素分析结果表明，海沟岩体表现出明显的Pb的正异常，并具有不同程度的Ti亏损。在原始地幔标准化微量元素配分曲线上，二长岩、二长花岗岩总体特征一致：富集大离子亲石元素Rb、Ba、K，二长花岗岩相对二长岩更富集高场强元素U、Th，相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P(图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 海沟岩体的稀土和微量元素组成(球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun and McDonough，1989) Fig. 3 REE and trace compositions of Haigou granitoids(chondrite-normalize and primitive mantle-normalized values after Sun and McDonough，1989)

在海沟岩体的微量元素构造环境判别图解上(图 4)，除在Yb-Ta图解上二长岩和二长花岗岩落在同碰撞和火山弧交界区域上无法区分外，在Y-Nb、Yb+Ta-Rb及Y+Nb-Rb图解上均落在火山弧区域。结合其微量元素地球化学特征认为，海沟岩体可能形成于陆缘弧环境。

图 4

Fig. 4

图 4 海沟岩体构造环境判别图(底图据Pearce et al.，1984) Fig. 4 Tectonic diagrams of Haigou granitoids(after Pearce et al.，1984)

海沟金矿二长岩和二长花岗岩的Rb、Sr含量变化较大，Rb=73×10^-6~105×10^-6，Sr=896×10^-6~2075×10^-6，⁸⁷Rb/⁸⁶Sr=0.1059~0.3313，但是Rb同位素组成相对均一，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.70619~0.70744。锶同位素(320~323Ma)初始比值为(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i= 0.7054~0.7059。二长岩和二长花岗岩中Sm和Nd的含量变化较大，Sm=1.7×10^-6~6.0×10^-6，Nd=10.7×10^-6~39.0×10^-6，但Nd同位素组成相对均一，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.511878~0.511975。成岩时(320~323Ma)Nd同位素的初始比值(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_i=0.511689~0.511781，ε_Nd(t)=-10.4~-8.6，其中二长花岗岩的ε_Nd(t)值要略高(表 2)。二长岩和二长花岗岩两阶段Nd的亏损地幔模式年龄分别介于1.84~1.99Ga和1.84~1.93Ga之间。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 海沟岩体的Sr-Nd同位素组成 Table 2 Analytical data of Sr-Nd isotopic compositions of Haigou granitoids

表 2 海沟岩体的Sr-Nd同位素组成 Table 2 Analytical data of Sr-Nd isotopic compositions of Haigou granitoids

二长岩(样号13CM61)的锆石粒度在100~200μm 之间，大多数锆石具有较好的晶形和明显的岩浆结晶环带(图 5)。锆石的Th/U 比介于0.50~0.70之间(表 3)，均大于0.1，为岩浆成因锆石(Corfu et al.，2003；Bowring and Schmitz，2003；宋彪等，2002)。锆石分析结果表明，锆石颗粒年龄范围在316±8Ma~331±8Ma。21个分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U和²⁰⁷Pb/²³⁵U在测定误差范围内一致。在一致曲线图中，数据点成群分布于一致曲线上或其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为322.9±3.4Ma，MSWD=0.2(图 6)，该年龄反映岩体的结晶时间或岩体的成岩时间。

图 5

Fig. 5

图 5 海沟岩体锆石CL图像 Fig. 5 CL images of zircons from Haigou granitoids

图 6

Fig. 6

图 6 海沟岩体的锆石U-Pb年龄 Fig. 6 Zircons U-Pb ages of Haigou granitoids

二长花岗岩(样号9-51)，锆石粒度在100~200μm 之间。镜下和阴极发光特征表明，该组锆石具有较好的晶形和明显的岩浆结晶环带，锆石的Th/U 比值范围为0.25~0.83之间(表 3)，均大于0.1，为岩浆成因锆石(图 5)。分析结果表明，19颗锆石年龄范围在313±7Ma~335±10Ma。19个分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U和²⁰⁷Pb/²³⁵U在测定误差范围内一致。在一致曲线图中，数据点成群分布于一致曲线上或其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为320.3±3.5Ma，MSWD=0.29，该年龄反映二长花岗岩结晶时间或岩体的成岩时间。此外，该组锆石中出现两粒大于24亿年的锆石，两个点的单点年龄为分别为2471Ma和2497Ma，²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为2484±61Ma，MSWD=0.17。虽然该组锆石没有明显的溶蚀现象，但其年龄和二长花岗岩的中岩浆锆石的年龄相差巨大。因此认为这两颗锆石为捕获锆石，可能为岩浆上升过程中自华北克拉通北缘晚太古代末-早元古代初的结晶基底中捕获而来。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 海沟岩体的U-Pb同位素组成 Table 3 Analytical data of zircon U-Pb isotopic compositions of Haigou granitoids 测点号 Pb* Th U Th/U 原子比值 年龄(Ma) (×10-6) $\frac{^{207}\text{Pb}}{^{206}\text{Pb}}$ 1σ $\frac{^{207}\text{Pb}}{^{235}\text{U}}$ 1σ $\frac{^{206}\text{Pb}}{^{238}\text{U}}$ 1σ $\frac{^{207}\text{Pb}}{^{206}\text{Pb}}$ $\frac{^{207}\text{Pb}}{^{235}\text{U}}$ $\frac{^{206}\text{Pb}}{^{238}\text{U}}$ 9-51(二长花岗岩) 1 40.20 357.99 718.68 0.50 0.05292 0.00206 0.36249 0.01303 0.04969 0.00121 325 314 313 2 39.61 398.85 690.29 0.58 0.05277 0.00306 0.36477 0.01944 0.05014 0.00154 319 316 315 3 28.76 239.27 506.78 0.47 0.05308 0.00301 0.39069 0.02034 0.05338 0.00163 332 335 335 4 30.85 257.41 512.40 0.50 0.05279 0.00124 0.37167 0.00825 0.05106 0.00105 320 321 321 5 57.04 505.39 981.06 0.52 0.05288 0.00330 0.37369 0.02141 0.05125 0.00167 324 322 322 6 260.03 358.56 430.78 0.83 0.05266 0.00187 0.37026 0.01219 0.05098 0.00121 314 320 321 7 36.63 271.22 646.69 0.42 0.05241 0.00188 0.36494 0.01211 0.05049 0.00121 303 316 318 8 22.37 232.33 380.85 0.61 0.17109 0.00249 11.16072 0.15831 0.47315 0.01003 2568 2537 2497 9 47.31 336.38 862.17 0.39 0.16235 0.00259 10.45648 0.16254 0.46711 0.00997 2480 2476 2471 10 30.80 252.75 548.03 0.46 0.05239 0.00195 0.36699 0.01262 0.05079 0.00123 302 317 319 11 80.73 425.24 1492.15 0.28 0.05227 0.00102 0.36803 0.00684 0.05105 0.00102 297 318 321 12 36.54 311.07 642.09 0.48 0.05307 0.00141 0.37281 0.00921 0.05093 0.00109 332 322 320 13 106.39 580.87 1980.05 0.29 0.05261 0.00151 0.36870 0.00980 0.05082 0.00112 312 319 320 14 40.98 281.69 747.47 0.38 0.05256 0.00143 0.36676 0.00931 0.05059 0.00110 310 317 318 15 35.20 343.90 608.18 0.57 0.05244 0.00485 0.37264 0.03140 0.05153 0.00231 305 322 324 16 67.85 315.30 1260.80 0.25 0.05171 0.00151 0.36783 0.00994 0.05159 0.00115 273 318 324 17 60.16 346.90 1090.76 0.32 0.05093 0.00304 0.36793 0.02010 0.05240 0.00167 238 318 329 18 33.56 227.87 607.75 0.37 0.05229 0.00210 0.36809 0.01358 0.05106 0.00130 298 318 321 19 37.63 272.50 698.08 0.39 0.05296 0.00323 0.36532 0.02033 0.05003 0.00164 327 316 315 20 307.14 226.33 544.13 0.42 0.05308 0.00302 0.37198 0.01926 0.05084 0.00159 332 321 320 21 52.27 337.41 956.93 0.35 0.05396 0.00210 0.37844 0.01364 0.05088 0.00125 369 326 320 13CM61(二长岩) 1 25.89 226.42 451.05 0.50 0.05298 0.00256 0.37453 0.01668 0.05127 0.00141 328 323 322 2 41.75 373.10 724.99 0.51 0.05324 0.00138 0.37475 0.00909 0.05104 0.00108 339 323 321 3 29.00 272.97 498.33 0.55 0.05295 0.00161 0.37420 0.01057 0.05125 0.00115 327 323 322 4 40.22 409.09 679.04 0.60 0.05301 0.00159 0.37686 0.01052 0.05156 0.00114 329 325 324 5 34.44 356.23 582.49 0.61 0.05312 0.00172 0.37580 0.01130 0.05131 0.00117 334 324 323 6 30.59 389.83 490.75 0.79 0.05319 0.00245 0.37461 0.01587 0.05108 0.00138 337 323 321 7 39.18 400.00 644.44 0.62 0.05167 0.00191 0.37538 0.01279 0.05269 0.00127 271 324 331 8 46.23 533.85 761.77 0.70 0.05311 0.00191 0.37701 0.01251 0.05148 0.00123 333 325 324 9 31.04 308.95 531.41 0.58 0.05308 0.00192 0.37368 0.01251 0.05106 0.00122 332 322 321 10 32.38 305.60 548.54 0.56 0.05213 0.00410 0.37458 0.02701 0.05211 0.00202 291 323 327 11 44.15 423.40 746.40 0.57 0.05268 0.00176 0.37543 0.01160 0.05169 0.00120 315 324 325 12 29.92 290.66 499.03 0.58 0.05261 0.00204 0.37784 0.01352 0.05209 0.00128 312 325 327 13 43.30 381.46 751.75 0.51 0.05333 0.00153 0.37427 0.00999 0.05090 0.00112 343 323 320 14 24.33 228.65 420.13 0.54 0.05263 0.00374 0.37067 0.02412 0.05107 0.00183 313 320 321 15 54.20 604.79 902.72 0.67 0.05300 0.00157 0.37513 0.01033 0.05133 0.00114 329 323 323 16 28.73 243.48 491.37 0.50 0.05239 0.00199 0.37677 0.01324 0.05215 0.00127 302 325 328 17 37.35 379.68 652.27 0.58 0.05300 0.00217 0.36741 0.01384 0.05027 0.00128 329 318 316 18 28.40 270.50 497.14 0.54 0.05294 0.00214 0.36732 0.01369 0.05032 0.00127 326 318 316 19 31.79 353.45 536.39 0.66 0.05314 0.00233 0.37694 0.01519 0.05145 0.00135 335 325 323 20 46.91 467.49 788.60 0.59 0.05276 0.00250 0.37676 0.01636 0.05179 0.00142 318 325 326 21 36.60 412.54 610.26 0.68 0.05279 0.00260 0.37469 0.01695 0.05147 0.00144 320 323 324

表 3 海沟岩体的U-Pb同位素组成 Table 3 Analytical data of zircon U-Pb isotopic compositions of Haigou granitoids

组成海沟岩体的二长岩、二长花岗岩的锆石Hf同位素分析结果表 4和图 7所示。二长岩21颗岩浆锆石的Hf同位素分析结果表明，初始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf变化范围为0.282369~0.282556。初始ε_Hf值全为负值，变化范围为-7.6~-0.8，两阶段Hf模式年龄值t_DM2在1.39~1.81Ga之间。二长花岗岩锆石分为两组，其中19颗岩浆锆石，2颗继承锆石。19颗岩浆锆石的Hf同位素初始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf变化范围为0.282263~0.282436。初始ε_Hf值为负值，变化范围为-11.5~-5.4，两阶段Hf模式年龄值t_DM2在1.67~2.06Ga之间。另外2颗继承锆石的初始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf分别为0.280905和0.281176。对应的初始ε_Hf值变化较大，分别为-12.3和-2.1，两阶段Hf模式年龄值t_DM2在分别为3.74Ga和3.10Ga。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 海沟岩体锆石Hf同位素组成 Table 4 Analytical data of zircon Hf isotopic compositions of Haigou granitoids 测点号 年龄(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σm εHf(0) εHf(t) 2σ tDM1 tDM2 fLu/Hf 9-51(二长花岗岩) 1 313 0.037405 0.001729 0.282347 0.000027 -15.1 -8.6 0.9 1308 1872 -0.95 2 315 0.038436 0.001741 0.282352 0.000023 -14.9 -8.4 0.8 1300 1858 -0.95 3 335 0.044870 0.001921 0.282285 0.000024 -17.3 -10.4 0.8 1402 1999 -0.94 4 321 0.039733 0.001826 0.282335 0.000022 -15.5 -8.9 0.8 1328 1895 -0.94 5 322 0.039541 0.001769 0.282277 0.000023 -17.6 -10.9 0.8 1409 2024 -0.95 6 321 0.038865 0.001664 0.282340 0.000024 -15.4 -8.7 0.8 1315 1882 -0.95 7 318 0.042436 0.001906 0.282338 0.000024 -15.4 -8.8 0.9 1326 1891 -0.94 8 2497 0.034191 0.001231 0.280905 0.000027 -66.1 -12.3 0.9 3283 3746 -0.96 9 2471 0.014428 0.000575 0.281176 0.000022 -56.5 -2.1 0.8 2865 3108 -0.98 10 319 0.041783 0.001772 0.282297 0.000023 -16.9 -10.2 0.8 1380 1980 -0.95 11 321 0.045013 0.002080 0.282270 0.000022 -17.8 -11.2 0.8 1431 2043 -0.94 12 320 0.047090 0.001973 0.282263 0.000019 -18.1 -11.5 0.7 1436 2057 -0.94 13 320 0.049682 0.002250 0.282382 0.000024 -13.9 -7.3 0.8 1275 1796 -0.93 14 318 0.035873 0.001646 0.282290 0.000021 -17.1 -10.5 0.7 1385 1994 -0.95 15 324 0.034294 0.001467 0.282312 0.000021 -16.4 -9.6 0.7 1348 1940 -0.96 16 324 0.031076 0.001467 0.282340 0.000020 -15.4 -8.6 0.7 1309 1878 -0.96 17 329 0.041710 0.001964 0.282355 0.000023 -14.8 -8.0 0.8 1304 1848 -0.94 18 321 0.038646 0.001648 0.282332 0.000020 -15.6 -8.9 0.7 1325 1898 -0.95 19 315 0.041273 0.001748 0.282318 0.000019 -16.1 -9.6 0.7 1349 1935 -0.95 20 320 0.034713 0.001555 0.282303 0.000020 -16.7 -10.0 0.7 1363 1963 -0.95 21 320 0.046383 0.002032 0.282436 0.000021 -12.0 -5.4 0.7 1190 1672 -0.94 13CM61(二长岩) 1 322 0.039274 0.001730 0.282414 0.000027 -12.7 -6.0 1.0 1212 1717 -0.95 2 321 0.040291 0.001841 0.282443 0.000025 -11.7 -5.0 0.9 1173 1652 -0.94 3 322 0.035505 0.001547 0.282412 0.000027 -12.8 -6.1 0.9 1209 1719 -0.95 4 324 0.048659 0.002175 0.282394 0.000027 -13.4 -6.8 1.0 1255 1766 -0.93 5 323 0.037308 0.001681 0.282472 0.000027 -10.7 -3.9 0.9 1127 1584 -0.95 6 321 0.036730 0.001580 0.282369 0.000027 -14.3 -7.6 1.0 1271 1816 -0.95 7 331 0.047011 0.002162 0.282528 0.000029 -8.7 -1.9 1.0 1061 1461 -0.93 8 324 0.041542 0.001825 0.282511 0.000026 -9.3 -2.6 0.9 1075 1498 -0.95 9 321 0.040867 0.001795 0.282407 0.000027 -13.0 -6.3 1.0 1223 1732 -0.95 10 327 0.035348 0.001594 0.282474 0.000024 -10.6 -3.8 0.8 1122 1577 -0.95 11 325 0.040111 0.001881 0.282399 0.000025 -13.3 -6.6 0.9 1239 1751 -0.94 12 327 0.036655 0.001624 0.282450 0.000026 -11.5 -4.6 0.9 1157 1631 -0.95 13 320 0.035450 0.001619 0.282448 0.000025 -11.5 -4.9 0.9 1160 1640 -0.95 14 321 0.039242 0.001739 0.282375 0.000026 -14.1 -7.4 0.9 1268 1805 -0.95 15 323 0.035558 0.001626 0.282489 0.000025 -10.1 -3.3 0.9 1102 1547 -0.95 16 328 0.029235 0.001346 0.282556 0.000030 -7.7 -0.8 1.1 998 1388 -0.96 17 316 0.036272 0.001660 0.282418 0.000024 -12.6 -6.0 0.9 1203 1709 -0.95 18 316 0.037378 0.001680 0.282454 0.000027 -11.3 -4.7 1.0 1153 1630 -0.95 19 323 0.043070 0.001885 0.282419 0.000021 -12.5 -5.9 0.8 1209 1705 -0.94 20 326 0.035478 0.001610 0.282395 0.000023 -13.4 -6.6 0.8 1234 1754 -0.95 21 324 0.041609 0.001868 0.282425 0.000024 -12.4 -5.6 0.9 1201 1693 -0.94

表 4 海沟岩体锆石Hf同位素组成 Table 4 Analytical data of zircon Hf isotopic compositions of Haigou granitoids

图 7

Fig. 7

图 7 海沟岩体的锆石Hf 同位素组成 Fig. 7 Zircons Hf isotopic compositions of Haigou granitoids

海沟金矿二长岩、二长花岗岩的Sr同位素(320~323Ma)初始值为(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i= 0.7054~0.7059，可能代表了成岩时存在地壳和地幔物质的双重贡献。而海沟岩体中二长岩较二长花岗岩具有更高的Sr含量和更低的Rb/Sr比值，说明岩体形成过程中，二长岩具有更多地幔物质的贡献。海沟岩体7个样品的ε_Nd均为负值，且相对集中，介于-10.4~-8.6之间，两阶段Nd模式年龄介于1.84~1.99Ga之间，表明古元古代的地壳物质对岩浆源区的贡献显著。在东北地区东部出露大范围的花岗岩，其中以中生代花岗岩占绝大多数。前人研究表明，这些花岗岩的形成主要与古亚洲洋闭合后的伸展体制(吴福元等，1999；刘红涛等，2002b)及中国东部的伸展构造有关(方文昌，1992；裴福萍，2008)。而海沟岩体的锶-钕同位素样品点相对集中，在ε_Nd(t)-(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i图解上(图 8)，均落在东北中生代花岗岩范围的下方，表明其成因与东北中生代花岗岩存在明显差异。

图 8

Fig. 8

图 8 海沟岩体Sr-Nd同位素组成东北中生代花岗岩据Wu et al.，2000 Fig. 8 The Sr and Nd isotopic compositions of Haigou granitoids The range of granites in northeastern China from Wu et al.，2000

锆石中通常含有较高的Hf，较低的Lu，从而导致其¹⁷⁶Lu／¹⁷⁷Hf具有非常低的比值。由于锆石形成后缺少放射性成因Hf的存在，使得¹⁷⁶Hf／¹⁷⁷Hf比值基本代表了其形成时体系的Hf同位素组成(Kinny and Mass，2003；吴福元等，2007)。同时，锆石具有较高的Lu-Hf同位素体系封闭温度，Lu-Hf同位素体系相对于U-Pb同位素更难被后期流体或热事件改造(Amelin et al.，1999，2000)，且Hf同位素体系的扩散系数较U和Pb的扩散系数相对较低(Cherniak and Watson，2003)。当原始地幔分异成地壳和亏损地幔时，地壳的Lu/Hf值明显较地幔偏低，且在以后的演化过程中，地壳物质的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值增长缓慢，使得地壳中ε_Hf的值越来越负，而亏损地幔中的ε_Hf值越来越高。因此，花岗岩中锆石的Hf同位素组成可以反映花岗岩形成时的物源特征。

海沟金矿海西期的二长岩、二长花岗岩的ε_Hf均为负值，ε_Hf范围分别为-7.6~-0.8和-11.5~-5.4。根据两阶段Hf同位素模式年龄计算，二长岩和二长花岗岩的t_DM2分别集中在1.4~1.8Ga和1.7~2.1Ga之间，且两者之间连续过渡(图 9)。表明其海沟岩体的源区主要为中元古代和古元古代的地壳物质，并可能有较多地幔物质的加入。具有相同结晶年龄的锆石颗粒，其ε_Hf的分布范围相对较宽，且二长岩的ε_Hf值明显高于二长花岗岩的ε_Hf值，这可能是由于岩浆源区地壳物质或壳幔物质不同比例熔融所造成的。在成岩过程中，地幔或新生地壳物质对二长岩的贡献要更大，而这正是其具有较低Rb/Sr比的原因之一。

图 9

Fig. 9

图 9 海沟岩体锆石Lu-Hf同位素组成演化 Fig. 9 Zircon Lu-Hf isotopic evolution diagram of Haigou granitoids

二长岩和二长花岗岩可能分别来自中元古代和古元古代地壳物质，这与Nd同位素分析结果一致。两粒古元古代捕获锆石的t_DM2分别为3.1Ga和3.7Ga。前人研究表明(Liu et al.，1992；吴福元等，1997，2005)，华北地台地壳形成的一个重要时期为3.1~3.6Ga，且存在大于3.8Ga年龄信息。而本次研究获得的两颗捕获锆石的Hf同位素数据很可能反映了华北地台古老地壳形成时的信息。

古亚洲构造域演化的重要问题是古亚洲洋在本区消失的时间与地点(吴福元等，1999)。虽然之前存在较多的争论(Tang et al.，1990；赵春荆等，1996；邵济安等，1997；王玉净和樊志勇，1997)，但随着东北显生宙花岗岩年代学的研究取得的重大进展，早期被认为形成于古生代的花岗岩岩体，其精确的锆石年龄显示为中生代产物。这些中生代花岗岩厘定，使得更多的学者倾向于认为古亚洲洋在二叠纪末于西拉木伦河-长春-延吉一线消失(Zhang et al.，2004；孙德有等，2004)。而在大兴安岭地区，大量早古生代的岩浆活动，表明古亚洲洋在早古生代确实存在俯冲作用(刘敦一等，2003；石玉若等，2004)，但在东北东部地区，却很少有较精确的晚古生代花岗岩的报道。本次研究中，精确的锆石U-Pb年龄表明，海沟岩体形成于320Ma，为古生代产物。其微量元素表明，该岩体形成于陆缘弧环境。结合该区构造演化，认为海沟岩体形成于古亚洲洋板块向华北板块俯冲过程中的陆缘弧环境。这表明到晚古生代，在华北克拉通北缘东段古亚洲洋板块仍然在向华北板块进行俯冲，古亚洲洋仍未闭合，还处在消亡的过程中，其闭合过程可能一直持续到二叠纪末。

海沟岩体是海沟金矿的赋矿围岩，数十条NE向的含金石英大脉就位于海沟岩体中。该矿区矿化与围岩的关系是历来研究中争论的焦点，主要观点有成矿与海沟岩体有关(陈殿芬和孙淑琼，1994；戴薪义等，1996)，成矿与脉岩相关(曾庆栋等，1999)。其中，“成矿与海沟岩体相关”观点的提出多基于对海沟岩体的形成时间与海沟金矿矿化时间两者基本一致的认识。然而，本次研究表明，海沟岩体形成于320Ma，为晚古生代；海沟金矿成矿时代在124~130Ma之间，为早白垩世成矿(张松，2011)。晚古生代，该区处于古亚洲构造域演化阶段，而到早白垩世，该区处于滨太平洋构造域演化阶段。即海沟岩体的形成和矿体的形成分别受到不同构造体制的制约。巨大的矿岩时差使得海沟岩体不可能为海沟金矿的形成提供热量。另外，海沟岩体的规模相对较小，且岩体中金的含量与世界花岗岩平均值相当(曾庆栋，1997)，虽然岩体发生大规模的蚀变，但在蚀变剖面上，蚀变岩石与新鲜岩石的金含量差别不大，故认为海沟岩体不可能为海沟金矿提供大量的成矿物质。因此，海沟岩体与海沟金矿即不可能是“父子”关系，更不会是“兄弟”关系。与此相反，海沟金矿成矿时代与成矿前闪长玢岩同是早白垩世形成的，且两者具有更加紧密的空间关系。海沟金矿的形成可能与成矿前的闪长玢岩关系更为密切。

海沟岩体中二长岩和二长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为322.9Ma和320.3Ma，为海西期产物，成岩与成矿没有直接的联系。其地球化学特征显示，海沟岩体形成于陆缘弧环境。这说明在晚古生代，在华北克拉通北缘东段古亚洲洋板块仍然在向华北板块进行俯冲，古亚洲洋的闭合过程仍在继续。岩石Sr、Nd同位素和锆石Hf同位素表明，海沟岩体可能形成于中元古代和古元古代地壳物质的部分熔融，同时可能有地幔物质的加入，且二长岩的ε_Hf值明显高于二长花岗岩的ε_Hf值，表明在二长岩的形成过程中，有更多地幔物质的加入。