2013, Vol. 29
东北地区位于中亚造山带的东段。古生代期间，该区的构造演化主要表现为多个微陆块的拼合以及古亚洲洋的最终闭合(李锦轶等，1999；Wu et al., 2002, 2007；Li, 2006；Xu et al., 2009; Meng et al., 2010; Wang et al., 2012a, b)；而在中、新生代又叠加了环太平洋构造体系和蒙古-鄂霍茨克构造体系的影响(徐美君等，2011；Yu et al., 2012)。那么，对于古亚洲洋构造体系与环太平洋构造体系的转换时间以及蒙古-鄂霍茨克缝合带对我国东北地区的影响等问题一直存在争议。作为巨大的中亚造山带的一部分，东北地区以广泛发育不同时代的花岗岩为特点。前人已经对其开展了很多研究，特别是对东北地区中生代花岗岩做了大量的年代学与地球化学方面的研究(Jahn et al., 2000；吴福元等, 2001, 2005；Wu et al., 2002, 2011；张艳斌等, 2002；孙德有等, 2004, 2005a, b)，很多关键的地带已经建立了花岗岩的年代学格架(Wu et al., 2011)，这深化了人们对东北地区中生代花岗岩及其构造演化的认识。然而，对东北地区中生代花岗岩形成的构造背景，尤其是对位于小兴安岭中部地区中生代花岗岩的形成时代、成因及其与不同构造体系之间成因关系的研究相对较少。该区中生代花岗岩的形成是与环太平洋构造体系有关？还是与蒙古-鄂霍茨克构造体系有关？这些问题一直没有得到明确回答。鉴于此，本文报道了小兴安岭中部地区花岗岩锆石U-Pb定年结果、Hf同位素和岩石地球化学资料，结合同时代火成岩组合特征，讨论了该期火成岩的成因及其形成的构造背景，这对系统完整的认识东北地区中生代的构造属性具有重要意义。
2 地质背景及样品描述研究区位于小兴安岭的中部，靠近兴安地块与松嫩-张广才岭地块的缝合带。区内出露的前寒武纪地层为风水沟河群，并认为其是兴安地块的结晶基底(黑龙江省地质矿产局，1993)。但是最新的定年资料显示，风水沟河群的形成时代为晚古生代-早中生代，并不是前人所定的前寒武纪变质基底(Xu et al., 2012)。古生代的地层主要包括泥盆纪的福兴屯组、老秃顶子组；二叠纪的五道岭组、毛兰河组；它们呈零星状分布于大面积展布的花岗岩中(黑龙江省地质矿产局，1993)。中生代地层主要包括侏罗纪的龙江组、坤特奇组；白垩纪的九峰山组、甘河组、嫩江组、明水组。区内岩浆活动强烈，形成了大面积分布的花岗岩，主要以华力西晚期的花岗岩为主，并且还有少量的燕山期以及印支晚期的花岗岩出露(黑龙江省地质矿产局，1993)。
本文所涉及的小兴安岭中部花岗质岩石的样品采样点主要在孙吴县至西岗子镇公路边的风水沟河群(49°43′07.0″N，127°20′22.6″E)和天龙山到幸福林场公路边(48°42′50.8″N，127°15′43.4″E)以及幸福南行2km处(48°41′55.3″N，127°25′14.8″E)(图 1)，岩石类型主要为黑云母二长岩、黑云母二长花岗岩以及黑云母正长花岗岩，它们的岩相学特征如下。
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图 1 研究区地质简图(a, 据Wu et al., 2007修改) Fig. 1 Geological sketch map of the studied area (a, modified after Wu et al., 2007) |
样品HSW2-3，黑云母二长岩(图 2a)，新鲜面灰白色，中细粒结构，块状构造。主要矿物有斜长石(50%)，碱性长石(29%)，黑云母(15%)，石英(3%)和极少量的角闪石(1%)，副矿物为磷灰石和磁铁矿(2%)，其中碱性长石主要为条纹长石，部分斜长石可见环带结构。
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图 2 研究区早侏罗世侵入岩的镜下显微照片 (a)-黑云母二长岩；(b)-黑云母二长花岗岩；(c)-正长花岗岩；(d)-黑云母正长花岗岩. Bi-黑云母；Mic-微斜长石；Pet-条纹长石；Pl-斜长石；Q-石英 Fig. 2 Photomicrographs of the Early Jurassic intrusive rocks (a)-biotite monzonite; (b)-biotite monzogranite; (c)-syenogranite; (d)-biotite syenogranite. Bi-biotite; Mic-microcline; Pet-perthite; Pl-plagiocalse; Q-quartz |
样品HSW2-6，黑云母二长花岗岩(图 2b)，新鲜面浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，主要的矿物成分为石英(25%)、斜长石(35%)和碱性长石(28%)、黑云母(8%)，副矿物主要为榍石、锆石、磷灰石和磁铁矿(4%)。
样品HSW2-9，正长花岗岩(图 2c)，新鲜面肉红色，中粗粒结构，块状构造，主要的矿物成分为石英(32%)，碱性长石(48%)，斜长石(15%)和少量的黑云母(3%)，碱性长石主要为条纹长石、微斜长石和正长石。副矿物主要为锆石、磷灰石和磁铁矿(2%)。
样品HSW6-4和样品HSW6-12均为片麻状黑云母正长花岗岩(图 2d)，该样品为前人确定的前寒武纪风水沟河群中的花岗质片麻岩，然而，野外关系表明，该类岩石明显侵入到呈层状产出的变粒岩中(Xu et al., 2012)。该类岩石的新鲜面呈浅肉红色，中细粒花岗结构，片麻状构造。主要矿物为碱性长石(50%)、石英(28%)和斜长石(15%)，含少量黑云母(5%)，其中黑云母有微弱的定向，副矿物为锆石、磷灰石和磁铁矿(2%)。
3 分析方法 3.1 锆石U-Pb定年本文样品在河北省廊坊物探勘察院采用常规方法进行粉碎，并用电磁选方法进行分选，然后在双目镜下挑选出晶形和透明度较好，无裂痕和包裹体的锆石颗粒，然后将锆石粘贴在环氧树脂表面，打磨、抛光，然后对其进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集。锆石的制靶和显微图像的采集均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的Agilent 7500a ICP-MS仪器上用标准测定程序进行。试验中采用高纯He作为剥蚀物质载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化，样品测定时用哈佛大学标准锆石91500作为外部校正，以保证标准和样品的仪器条件完全一致。本次实验采用的激光束斑直径为32μm，详细实验步骤和数据处理方法见参考文献(Liu et al., 2008, 2010a, b)。测试结果的处理采用软件ICPMSDataCal (Liu et al., 2008, 2010a)完成，普通Pb校正采用Anderson (2002)方法，年龄计算跟谐和图的绘制均采用国际标准程序Isoplot (ver3.0)(Ludwig，2003)完成，给定的同位素比值和年龄误差均在lσ水平。本文样品锆石的LA-ICP-MS U-Pb分析结果见表 1。
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表 1 小兴安岭中部花岗岩与黑云母二长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for the granites and biotite monzonite in the central Lesser Xing'an Range |
采集的样品首先经过薄片显微镜下鉴定，然后选择最新鲜的样品用于地球化学分析，样品的粉碎加工均在无污染设备中进行。主量元素分析在中国科学院贵阳地球化学研究所完成，主量元素采用玻璃熔片大型X射线荧光光谱法(XRF)分析，元素分析的重现性(准确度)优于3%；痕量元素的分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用Agilent 7500a ICP-MS完成。详细的样品消解处理过程、分析精密度和准确度同Liu et al. (2008)。本文火山岩样品的主要元素和痕量元素的分析结果见表 2。
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表 2 小兴安岭西北部花岗岩与黑云母二长岩样品主量元素(wt%)与微量元素(×10-6)分析结果 Table 2 Major (wt%) and trace elements (×10-6) compositions for the granites and biotite monzonite in the central Lesser Xing'an Range |
在LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的基础上，参照锆石阴极发光(CL)图像对本文所采样品进行了锆石微区Hf同位素测定工作。锆石原位Lu-Hf同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所配有193nm激光取样系统的Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)上进行，激光束斑直径为44μm，激光脉冲宽度为15ns，试验中采用He气作为剥蚀物质载气。采用Mud Tank标样，详细的测试过程见Xu et al. (2004)详细测试流程以及仪器运行条件等参见Wu et al. (2006)。测定时用国际标样91500作外标，所用的激光脉冲速率为6~8Hz，激光光束脉冲能量为100mJ。本文火山岩样品的Hf同位素数据见表 3。
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表 3 小兴安岭西北部花岗岩与黑云母二长岩锆石Hf同位素分析结果 Table 3 Zircon Hf isotopic data for the granites and biotite monzonite in the central Lesser Xing'an Range |
本文报道了小兴安岭中部3个花岗岩和1个黑云母二长岩样品的锆石U-Pb年龄，它们的锆石粒度变化比较大(50~200μm)，其阴极发光图像(图 3)显示，锆石大部分为自形-半自形的粒状或长柱状，显示典型的岩浆振荡生长环带，锆石Th/U比值介于0.09~1.74之间，暗示其岩浆成因的特点。
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图 3 研究区早侏罗世侵入岩部分测定锆石的CL图像 Fig. 3 CL images of the selected zircons from the Early Jurassic intrusive rocks in the study area |
样品HSW2-3，黑云母二长岩，所测定的19粒锆石206Pb/238U年龄值介于173±3Ma~311±3Ma之间(表 1)，它们形成了两组谐和年龄(图 4a)，下部的18个测点206Pb/238U加权平均年龄为175±1Ma (MSWD=0.36)，上部的1个测点206Pb/238U年龄为311±3Ma，前者代表了黑云母二长岩的形成时代即早侏罗世，后者代表了黑云母二长岩中捕获锆石的年龄。
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图 4 研究区早侏罗世侵入岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagrams for the Early Jurassic intrusive rocks in the study area |
样品HSW2-6，黑云母二长花岗岩，定年结果显示，19个测点定年结果分为两组，上部的1个测点206Pb/238U年龄为239±3Ma, 下部的18个测点206Pb/238U加权平均年龄为176±1Ma (MSWD=0.36)(图 4b)。前者代表了花岗岩中捕获锆石的结晶年龄，后者代表了花岗岩的形成时代即早侏罗世。
样品HSW6-4，片麻状黑云母正长花岗岩，定年结果显示，25个测点锆石的206Pb/238U年龄值介于177±5Ma~336±7Ma (表 1)，年龄主要分为四组，分别为183±2Ma (n=12)，225±3Ma (n=3)，249±6Ma (n=3)，291±3Ma (n=4)，位于最下部的12个测点的加权平均年龄为183±2Ma (MSWD=0.56)(图 4c)，应代表了该岩石的形成时代即早侏罗世，而不是前人认为的前寒武纪，其余的年龄均代表了花岗岩中岩浆捕获锆石的年龄。
样品HSW6-12也为片麻状黑云母正长花岗岩，定年结果显示，23个测点定年结果比较复杂，定年结果分为五组，分别是185±2Ma (n=2)，251±3Ma (n=3)，278±4Ma (n=2)，291±1Ma (n=14)，320±3Ma (n=2)(图 4d)，最小的一组年龄应代表了该岩石的形成时代，表明片麻状黑云母正长花岗岩的形成时代为185±2Ma，其余的年龄均代表了岩浆捕获锆石的年龄。
基于上述定年结果可以看出，小兴安岭中部的花岗岩与黑云母二长岩的形成时代均为早侏罗世(175~185Ma)。此外，捕获锆石中还存在225Ma，250Ma，278Ma，290Ma，320Ma的捕获锆石的年龄峰值，这些年龄峰值在兴安地块以及松嫩-张广才岭地块上均有广泛的报导，如225Ma与278Ma的火成岩在兴安地块与松嫩地块有广泛的出露(苗来成等, 2003；葛文春等, 2005; Wu et al., 2011)；250Ma的捕获锆石的年龄与大兴安岭北部的松木山花岗岩岩体(Sun et al., 2001；Wu et al., 2002)以及兴安地块上的主峰闪长岩岩体(Wu et al., 2011)等的形成时代一致；年龄峰值为290Ma的捕获锆石年龄与大兴安岭北部的大黑山碱性花岗岩岩体(Sun et al., 2001；Wu et al., 2002, 2011)和滨东地区早二叠世火山岩(Meng et al., 2010)的形成时代相类似；中-晚石炭世(320Ma)的岩浆事件在东北地区也已被广泛报道(Gao et al., 2007；张彦龙等, 2010；赵芝等, 2010；Wu et al., 2011)。
4.2 主量元素早侏罗世黑云母二长岩SiO2的含量为55.66%~57.99%，具有较高的Al2O3含量，为20.70%~21.36%，同时比较富集Fe2O3T、MgO和CaO，Na2O+K2O的含量为8.21%~10.73%，Na2O/K2O值为3.46~5.13，显示了相对富钠低钾的特征，岩石里特曼指数为5.32~7.67，为碱性系列，在TAS图解中(图 5a)，两个样品均落入二长岩的范围内以及碱性系列区域，铝饱和指数A/CNK为0.87~1.02，主要为准铝质-弱过铝质(图 6)。
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图 5 研究区早侏罗世侵入岩SiO2-(Na2O+K2O)和SiO2-K2O图解(据Irvine and Baragar, 1971; Rickwood，1989) 1-额尔古纳地区早侏罗世钙碱性火山岩；2-吉黑东部早侏罗世钙碱性火山岩引自Xu et al. (2013); 阴影部分的数据唐杰等(2011)、Yu et al. (2012) Fig. 5 Plots of total alkali versus SiO2 (TAS) and SiO2 versus K2O for the Early Jurassic intrusive rocks in the study area (after Irvine and Baragar, 1971; Rickwood, 1989) 1-the Early Jurassic volcanic rocks in the Erguna area belong chemically to calc-alkaline series; 2-the Early Jurassic volcanic rocks in the eastern Heilongjiang-Jilin provinces belong chemically to calc-alkaline series (after Xu et al., 2013); the shadow areas after Tang et al. (2011); Yu et al. (2012) |
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图 6 研究区早侏罗世侵入岩的A/CNK-A/NK图解(据Maniar and Piccoli, 1989) Fig. 6 Plot of A/CNK versus A/NK for the Early Jurassic intrusive rocks in this study (after Maniar and Piccoli, 1989) |
早侏罗世黑云母二长花岗岩与正长花岗岩SiO2的含量变化范围很大67.32%~75.61%，Al2O3含量为12.76%~16.71%，全碱(Na2O+K2O)值为8.07%~10.40%，Na2O/K2O值为0.94~1.67，具有较低的Fe2O3T，MgO和CaO含量。岩石的里特曼指数(δ)为2.29~4.28，除一个样品里特曼指数大于3.3外，其余样品均小于3.3，显示碱性系列到亚碱性系列过渡的特征；在SiO2-K2O图解(图 5b)上，样品均分布在高钾钙碱性系列区域内。此外，岩石的A/CNK值均小于1.1，且A/NK均大于1，属于偏铝质-弱过铝质系列岩石，显示了I型花岗岩的特征。结合相邻区域同时代岩石样品的地球化学数据(唐杰等，2011；Yu et al., 2012)，在TAS图解上(图 5a)投点的区域，SiO2在57.99%~67.32%之间出现间断，说明研究区早侏罗世火成岩具有双峰式组合的特点。
4.3 稀土元素和微量元素早侏罗世的黑云母二长岩稀土元素含量(∑REE)介于125.5×10-6~282.8×10-6，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，(La/Yb)N=12.92~34.98，轻重稀土分馏明显，显示出明显的正Eu异常(δEu=1.37~1.89)(图 7a)。由原始地幔标准化的蛛网图(图 7b)上可以看出，黑云母二长岩富集Ba、Rb、K、Sr等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素。
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图 7 研究区早侏罗世侵入岩的稀土元素球粒陨石标准化配分图解(a, 标准化值据Boynton, 1984)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b, 标准化值据Sun and McDonough, 1989) 图中阴影部分的数据引自Yu et al. (2012) Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization values afterBoynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spider (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) diagrams for the Early Jurassic intrusive rocks The shadow areas after Yu et al. (2012) |
早侏罗世(176Ma)花岗岩相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，其中黑云母二长花岗岩有明显的Eu正异常外(δEu=1.70)，其余的正长花岗岩样品均具有明显的负Eu异常(δEu=0.55~0.65)(图 7a)。微量元素蛛网图(图 7b)上，它们均富集Ba、Rb、K等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素和Sr元素，其亏损程度较黑云母二长岩强烈。183~185Ma的片麻状黑云母正长花岗岩稀土元素配分形式表现为相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，基本无Eu异常或者略具弱的正Eu异常(δEu=1.06~1.56)(图 7a)。微量元素特征与黑云母二长岩类似，在微量元素的原始地幔标准化蛛网图(图 7b)上，同样亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，富集Ba、Rb、K、Sr等大离子亲石元素。
4.4 Hf同位素在LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的基础上，对小兴安岭中部的2个花岗岩样品和1个黑云母二长岩样品进行了锆石微区Lu-Hf同位素分析，结果列于表 3。
两个片麻状的黑云母正长花岗岩样品(样品HSW6-4与样品HSW6-12)对其中的29颗锆石进行了锆石Hf同位素分析。从表 3中可以看出，其中共有7个点的锆石U-Pb年龄与岩体的成岩年龄一致，其176Hf/177Hf比值分布于0.282846~0.282971之间，εHf(183~185Ma)值变化范围为+6.3~+10.8，两阶段Hf模式年龄变化范围为685~1092Ma；锆石加权平均年龄为224Ma的3个点的εHf (t)值变化范围为+9.4~+12.8，两阶段Hf模式年龄为530~836Ma，代表了该地区另一次岩浆事件中锆石的Hf同位素组成。εHf(249~251Ma)变化范围为+7.7~+11.9，二阶段模式年龄为624~1012Ma。还有14颗年龄较老的捕获锆石，εHf(278Ma)值为+8.5~+9.8，二阶段模式年龄为837~951Ma；εHf(291Ma)值为+8.3~+12.1，二阶段模式年龄为640~977Ma；εHf(320~321Ma)值为+11.0~+12.3，二阶段模式年龄为634~753Ma。另外还有一颗年龄为336Ma捕获锆石，其176Hf/177Hf值为0.282881，εHf(336Ma)值为+10.9，二阶段模式年龄777Ma。由上述Hf同位素数据可知，两个早侏罗世早期片麻状黑云母正长花岗岩Hf同位素数值在误差范围内保持了较好的一致性，说明它们同源。
样品HSW2-3黑云母二长岩，对其中锆石的10个点进行了Hf同位素分析，其中有9个点的U-Pb年龄与岩体的成岩年龄一致，其176Hf/177Hf值为0.282864~0.283055，εHf(175Ma)为+6.8~+13.6，Hf同位素的单阶段模式年龄(tDM1)为289~578Ma，二阶段Hf模式年龄为(tDM2)为423~1042Ma；另外一个点的εHf(311Ma)为+8.3，单阶段和两阶段Hf同位素模式年龄分别为630Ma和999Ma。
5 讨论 5.1 花岗岩的形成时代前人对本区花岗岩的定年主要根据K-Ar法，详细的锆石年代学资料极少。由于K-Ar体系具有较低的封闭温度，并且该区经历了多期晚期岩浆构造热事件的改造，因此K-Ar年龄不能准确反映岩浆的侵位结晶年龄。
天龙山至幸福林场附近的花岗岩最早由黑龙江省地质局(1987①)通过K-Ar法定年，将其定为华力西晚期。该区的黑云母二长岩和黑云母二长花岗岩，由它们的锆石CL图像(图 3)可以清楚的看到锆石具有典型的岩浆震荡生长环带，并结合其高的Th/U比值(0.54~1.74)，说明它们均是岩浆结晶作用的产物，所测定的年龄应代表了岩体的形成时代。锆石U-Pb定年结果显示，黑云母二长岩最小的一组年龄为175±1Ma，黑云母二长花岗岩最小的一组年龄为176±1Ma，这些年龄代表了岩浆的侵位结晶年龄即早侏罗世，而并不是前人所认为的华力西期(K-Ar法231Ma)。原定为“新元古代”的风水沟河群的片麻状黑云母正长花岗岩，由锆石U-Pb定年结果可知，其形成时代也为早侏罗世(183~185Ma)。上述定年结果显示，小兴安岭中部本文所研究的花岗质岩石，它们形成时代均为早侏罗世(175~185Ma)。
①黑龙江省地质局.1987.1︰20万辰清公社幅区域地质调查报告
那么，该区及相邻地区是否存在该期岩浆事件呢？通过近年来地质学者们对该区岩浆事件的研究发现，该区存在大规模的早侏罗世岩浆事件，如位于兴蒙造山带东段兴安地块上的三矿沟岩体的形成时代为177±3Ma，花朵山岩体的形成时代为176±3Ma (Ge et al., 2007)，朝阳林场岩体形成时代为171±4Ma (张彦龙等，2010)，大兴安岭中部的景阳黑云母花岗闪长岩的形成时代为174±4Ma (葛文春等，2005)，位于松嫩地块上的石长岩体花岗闪长岩的形成时代为175±2Ma，江密峰岩体花岗闪长岩形成时代为173±4Ma，天岗岩体二长花岗岩的形成时代为175±3Ma (Wu et al., 2011)，帽儿山组火山岩的形成时代为179~184Ma (唐杰等，2011)，新村岩体的形成时代为185Ma，曙光岩体的形成时代为186Ma，星火岩体的形成时代为182Ma，平房店岩体的形成时代为183Ma，刘仲沟岩体的形成时代为186Ma (Yu et al., 2012)。上述定年结果均表明在小兴安岭-张广才岭地区存在大规模的早侏罗世岩浆事件。
5.2 早侏罗世花岗质岩石与基性岩之间的成因关系本文所报道的小兴安岭中部的早侏罗世花岗岩与相邻地区同时代的基性-超基性火成岩构成了典型的双峰式火成岩组合。那么，本文所研究的花岗质岩石与黑云母二长岩成因关系如何？它们与基性岩又有何成因联系？
研究区早侏罗世的花岗质岩石有两种成因：一种是该期花岗质岩石与基性岩浆同源，即花岗质岩石是基性岩浆分离结晶形成的；另一种成因为该期花岗质岩石与基性岩浆不同源，即它们各自具有独立的成因。首先，对本区早侏罗世的双峰式火成岩而言，由于该区基性岩的出露面积仅占全部火成岩体积的百分之十几，远远小于该区同时代的花岗岩，这无法解释面积很小的基性岩浆分离结晶形成如此大规模的花岗岩。另外，如果花岗岩来自基性岩浆分离结晶而成，花岗岩的轻稀土元素丰度应明显高于基性岩，而重稀土元素丰度应低于基性岩，但是事实并非如此(图 7a)。综上所述，可以断定小兴安岭中部早侏罗世花岗岩具有独立的岩浆源区，即陆壳物质部分熔融的产物。
研究区黑云母二长岩的成因也有两种可能:一种是早侏罗世的黑云母二长岩是由基性岩浆分离结晶形成的；另一种是黑云母二长岩是基性岩浆与酸性岩浆混合的产物。首先，本文所研究的黑云母二长岩野外出露面积较小，呈细粒包体产出，并且被大面积的花岗岩所包裹，因此，黑云母二长岩可能是基性岩浆与酸性岩浆混合作用的产物；其次，如果黑云母二长岩是由玄武质岩浆分离结晶形成的，那么黑云母二长岩应该与其伴生的基性火成岩具有相似的微量元素组成(Shinjo and Kato, 2000)，本文所涉及的黑云母二长岩与基性岩的微量元素蛛网图有明显的差异(图 7b)，此外，黑云母二长岩的稀土元素配分曲线与该区同时代的基性-超基性岩以及酸性岩的稀土元素配分曲线呈平行的关系，这些特征均与岩浆分离结晶的事实不吻合。综上所述，黑云母二长岩应是镁铁质岩浆的产物，并与花岗质岩浆具有一定的混合或混染作用。
5.3 早侏罗世花岗岩岩浆源区性质小兴安岭中部的花岗岩与黑云母二长岩的形成时代均为早侏罗世(175~185Ma)，其中黑云母闪长岩为岩浆混合成因，不具备讨论岩浆源区的前提，那么黑云母正长花岗岩与黑云母二长花岗岩的岩浆源区性质如何呢？首先，早侏罗世的花岗岩富硅、碱和铝，贫镁、铁和钙，以及富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，这些特点均暗示该区这些花岗质岩浆源区应为下部陆壳。其次，一般认为，具有正εHf(t)值的火成岩不是直接来自亏损地幔，就是来自从亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融。早侏罗世的花岗岩岩浆锆石εHf(t)值为+6.3~+10.8，位于球粒陨石演化线和亏损地幔演化线之间，落入了兴蒙造山带东段显生宙火成岩εHf(t)值分布范围内(图 8a)，对应的二阶段模式年龄(tDM2)为754~1092Ma，这与大兴安岭东北部的侏罗纪花岗岩(隋振民等，2007)以及新开岭地区早中侏罗世花岗岩(曾涛等，2011)的εHf(t)相似。综上所述，可以判定该区早侏罗世花岗岩的岩浆源区应主要为下地壳新增生陆壳物质。
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图 8 研究区早侏罗世侵入岩的锆石εHf(t)-t图解(a, 据Yang et al. 2006) Fig. 8 Zircon Hf isotopic features for the Early Jurassic intrusive rocks in the study area (a, after Yang et al., 2006) |
研究区早侏罗世的花岗质岩石的岩石类型主要为黑云母二长花岗岩，正长花岗岩以及片麻状的黑云母正长花岗岩。最新的研究成果表明，在小兴安岭-张广才岭地区还存在着早侏罗世(182~186Ma)的基性侵入岩(Yu et al., 2012)，它们与该区同时代的花岗岩构成典型的双峰式火成岩组合，进而揭示了早侏罗世小兴安岭中部地区处于一种伸展的构造环境。这种伸展环境是与东部的古太平洋板块的俯冲有关，还是与该区西北部的蒙古鄂霍茨克缝合带演化有关？这可以从吉-黑东部以及额尔古纳地块西缘的早侏罗世火成岩的岩石组合及其空间展布得到回答。首先，在吉黑东部东宁-珲春地区的早-中侏罗世火山岩以钙碱性火山岩为主(图 5)，与活动大陆边缘火山岩的岩石组合相似，从东向西，SiO2、K2O含量具有增高的趋势，εNd(t)值呈降低的趋势，显示陆壳的成熟度逐渐增高，表明早-中侏罗世古太平洋板块向欧亚板块俯冲作用的开始，暗示该时期研究区的东部处于活动大陆边缘的构造背景，标志着环太平洋构造体系的开始(裴福萍等，2008；唐杰等，2011；Yu et al., 2012)。研究区双峰式火成岩形成于环太平洋板块俯冲于欧亚板块之下的弧后伸展环境；其次，在额尔古纳地块的西缘也存在一套早中侏罗世二长花岗岩与正长花岗岩组合，并且它们具有斑岩型钼(铜)矿的成矿属性，暗示活动陆缘的构造背景(秦克章等，1999；陈志广等，2008；王伟等，2011)，这也得到了最近在额尔古纳地块中早侏罗世(183Ma)钙碱性火山岩(图 5)的发现所证实(Xu et al., 2013)，这种活动陆缘背景应是蒙古-鄂霍茨克洋向额尔古纳地块之下俯冲作用的结果。小兴安岭-张广才岭早侏罗世火成岩同样处于蒙古-鄂霍茨克洋向额尔古纳地块之下俯冲的弧后环境。
综上所述，在早侏罗世期间，从吉黑东部和额尔古纳地块西缘的陆缘钙碱性火山岩到小兴安岭-张广才岭地区转变为双峰式火成岩组合，说明小兴安岭-张广才岭地区早侏罗世双峰式火成岩组合所揭示的伸展环境，应与古太平洋板块向欧亚大陆下的俯冲作用和蒙古-鄂霍茨克洋向额尔古纳地块之下的俯冲作用--即双向俯冲作用的弧后伸展环境相对应。东北地区早侏罗世火成岩组合的空间变异，不仅标志着环太平洋构造体系的开始，而且暗示此时仍存在蒙古-鄂霍茨克洋向南(或南东)的俯冲作用。
6 结论通过对小兴安岭中部地区早侏罗世花岗质岩石的锆石U-Pb年代学和岩石地球化学的研究，可以得出如下结论：
(1)小兴安岭中部3个花岗岩与1个黑云母二长岩的锆石U-Pb定年结果显示，它们的形成时代为早侏罗世(185~175Ma)，并非前人所认为的海西期。
(2)小兴安岭中部早侏罗世花岗岩岩浆起源于新增生陆壳的部分熔融，而呈细粒包体产出的黑云母二长岩则是镁铁质岩浆的产物，并与花岗质岩浆具有一定的混合或混染。
(3)小兴安岭中部早侏罗世花岗岩与同时代镁铁质超镁铁质侵入岩一起构成典型的双峰式火成岩组合，揭示该区早侏罗世处于一种伸展环境。
致谢 感谢河北省廊坊物探勘察院在锆石的分选过程中给予的帮助；同时感谢中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室在锆石LA-ICP-MS U-Pb分析以及微量元素测试和中国科学院贵阳地球化学研究所在主量元素测试过程中给予的大力帮助。| [] | Anderson T. 2002. Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb. Chemical Geology, 192(1-2): 59–79. DOI:10.1016/S0009-2541(02)00195-X |
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