巖體的年代學(xué)和地球化學(xué)及其巖石成因探究

申姍姍+高原+王月平

[摘 要]多年來，對(duì)于黑龍江綏陽鎮(zhèn)巖體的巖性特征有著比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，然而，對(duì)于年代學(xué)的工作研究比較薄弱，亟待深入的研究突破。本文通過巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素等綜合研究，對(duì)黑龍江綏陽鎮(zhèn)早侏羅世花崗閃長巖的年代學(xué)和地球化學(xué)及其巖石成因進(jìn)行了深入剖析。從而揭示研究區(qū)花崗巖成因類型和構(gòu)造環(huán)境。通過對(duì)鋯石U-Pb同位素定年，巖體的巖漿結(jié)晶年齡為190±3Ma（MSWD=1.75）。結(jié)合巖體地球化學(xué)總體特征分析，確定了綏陽巖體與為I型花崗巖。并進(jìn)一步確定了巖漿主要來自于地殼物質(zhì)的部分熔融，部分熔融作用可能起因于基性巖漿的底侵作用。通過對(duì)閃長質(zhì)包體元素分布模式分析，確定其巖相為花崗閃長巖，結(jié)合前人的研究成果及綏陽巖體花崗閃長巖的地球化學(xué)特征，認(rèn)為其形成與古太平洋板塊俯沖作用存在密切聯(lián)系。

[關(guān)鍵詞]花崗閃長巖及包體；鋯石U-Pb定年；地球化學(xué)；巖石成巖；綏陽巖體

中圖分類號(hào)：TU45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）15-0240-04

一、地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造

研究區(qū)位于興蒙造山帶興凱湖地塊的太平嶺隆起帶[1]（圖1.1），興凱湖地塊北側(cè)和西南側(cè)分別與佳木斯地塊和華北地塊相鄰。地質(zhì)演化歷史漫長，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、礦產(chǎn)資源豐富。

1.2 區(qū)域地層及巖漿巖

自晚古生代一直持續(xù)到新生代火山活動(dòng)強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)巖漿巖廣泛分布。其中侵入巖以中深成花崗巖類為主，巖石類型以花崗閃長巖、二長花崗巖、白云母二長花崗巖、正長花崗巖為主，呈巖基狀產(chǎn)出，其次有少量閃長巖、蛇紋巖，主要呈巖株?duì)町a(chǎn)出。地層區(qū)劃早三疊世之前隸屬興凱地層大區(qū)，延邊地層區(qū)，東寧—汪清地區(qū)地層分區(qū)，雞東和老黑山地層小區(qū)。中新生代為濱太平洋地層區(qū)，雞西—延吉地層分區(qū)，鶴崗—東寧地層小區(qū)。

1.構(gòu)造單元線；2.上元古界構(gòu)造層；3.印支期構(gòu)造層；4.燕山構(gòu)造層；5.花崗巖類；6.年代學(xué)采樣點(diǎn)

二、巖體及巖相學(xué)特征

2.1 巖體地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)侵入巖是太平嶺花崗巖帶的東延部分（圖2.1），出露面積665 km2，主要見于綏陽鎮(zhèn)、八里坪、二道崗一帶，多呈巖基狀產(chǎn)出，也有呈巖株?duì)町a(chǎn)出，巖體的分布方向以北東向?yàn)橹鳌r石類型相對(duì)簡單，主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、石英閃長巖等。

趙春荊等[2]認(rèn)為太平嶺花崗巖的主體形成于晚海西期（γ43），而印支期（γ51）和燕山早期（γ52）則發(fā)育較少；孫德有等[3]獲得的太平嶺花崗巖為中生代花崗巖（鋯石U-Pb年齡介于193 Ma～216Ma）；呂長祿等[4]獲得這些花崗巖的SHRIMP 鋯石 U- Pb 年齡介于179～204 Ma 之間；門蘭靜[5]等獲得金廠地區(qū)花崗斑巖的鋯石年齡為 203.0±3.6 Ma；韓世炯[6]獲得高麗溝地區(qū)石英閃長巖巖漿結(jié)晶年齡為191.4±6.7Ma；趙玉鎖等[7]認(rèn)為在該區(qū)域存在兩期巖漿活動(dòng)，分別為印支晚期到燕山早期巖漿活動(dòng)（190-210Ma）、燕山晚期巖漿活動(dòng)（110-125Ma）。

2.2 巖相學(xué)特征

細(xì)粒閃長質(zhì)包體在花崗閃長巖中十分發(fā)育，由北（綏陽巖體）到南（太平川森調(diào)隊(duì)檢查站巖體）均有出露。閃長質(zhì)包體的顏色比寄主巖的顏色深，為深淺不一的灰黑色、灰色。組成包體的礦物粒徑絕大多數(shù)小于1 mm，甚至小于0.5mm，為微?！⒓?xì)粒結(jié)構(gòu)，說明形成閃長質(zhì)包體的巖漿比寄主巖巖漿冷卻時(shí)間更短，更快，而只有少部分的（石英）閃長質(zhì)包體結(jié)構(gòu)較粗，粒度接近寄主巖石的礦物粒徑。

花崗閃長巖中分布的包體大小不一，絕大多數(shù)集中在幾厘米到二十幾厘米之間。閃長質(zhì)包體與寄主花崗巖的接觸面大都呈彎曲狀，接觸界限清晰可見，也有見過渡關(guān)系，也有見呈霧迷狀，部分還可見冷凝邊，個(gè)別包體具條帶狀，長寬之比可達(dá)3：1，部分包體具定向排列，有的包體周圍具有長英質(zhì)暈圈。

三、巖體的年代學(xué)和地球化學(xué)分析方法

將研究范圍內(nèi)獲取的未經(jīng)腐蝕風(fēng)化的綏陽鎮(zhèn)的巖體全新樣品進(jìn)行分析，通過鋯石測年法、全巖地球化學(xué)以及同位素法進(jìn)行了分析。

3.1 鋯石測年分析

鋯石是一種較為多見的副礦物，其分選、穩(wěn)定性能好、熔點(diǎn)高，另外U和Th的含量較高，Pb的含量較低，在U-Pb定年方法中第一考慮會(huì)采用鋯石。本次研究利用LA-ICP-MS法對(duì)鋯石進(jìn)行U-Pb測年工作。進(jìn)行透射光、反射光顯微照相，觀察其拋光面有無裂隙及包裹體等，然后再進(jìn)行陰極發(fā)光照相，以進(jìn)一步反映鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。

3.2 全巖地球化學(xué)分析

對(duì)主、微量元素、稀土元素的分析測定。主要實(shí)驗(yàn)步驟為：首先熔化樣品，制成玻璃餅，然后測定主元素（應(yīng)用X射線熒光光譜儀，型號(hào)為XRF-1500），分析精確度要達(dá)到并強(qiáng)于1%。稱取樣品40毫克，將其放置在Teflon中，加入溶解液HNO3與HF，然后用HNO3（l%）稀釋溶液，測定微量以及稀土元素的設(shè)備為雙聚焦電感耦合等離子質(zhì)譜儀，型號(hào)為（ICP-MS）ELEMENT，采購自FinniganMAT公司，分析精確度要達(dá)到并強(qiáng)于5%。

3.3 同位素（Sm-Nd、Rb-Sr）分析

在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所同位素超凈室完成了Sr、Nd 同位素的測定工作。Sr同位素質(zhì)量分餾用86Sr/88Sr = 0.1194開展校正，Rb-Sr分析全過程空白本底大概是（ 2.5）×10- 10克，Nd同位素質(zhì)量分餾以146Nd/144Nd= 0.7219開展校正，Sm-Nd全過程空白本底大概是5×10-12克。

四、分析結(jié)果

4.1 鋯石分析結(jié)果

對(duì)樣品進(jìn)行了13顆鋯石U-Pb同位素測試，鋯石Th/U值介于0.38～1.0之間，與巖漿成因鋯石的典型Th/U值0.1～1.0相一致。206Pb/238U年齡為（176±6）～（197±10）Ma，在U-Pb諧和圖上（圖4.1），均位于諧和線上及其附近，顯示了出一致的諧和年齡，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為190±3Ma，代表了綏陽鎮(zhèn)巖體的巖漿結(jié)晶年齡。

4.2 巖石地球化學(xué)特征

在侵入巖的QAP圖解上（圖4.2），綏陽巖體巖石成分點(diǎn)均落入花崗閃長巖范圍內(nèi)；巖石固結(jié)指數(shù)（SI）為5.69～19.3，分異指數(shù)（DI）為61.8～78.38，里特曼指數(shù)（δ）為0.59～1.79。A/CNK值主要介于0.92～1.07，（除樣品GS7199為1.40）平均值為0.99（<1.1），在A/CNK-A/NK圖解中（圖4.3），綏陽巖體花崗閃長巖成分點(diǎn)大都落于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)過渡區(qū)間內(nèi)，在w（SiO2）- w（K2O）圖解中（圖4.4），巖石樣品點(diǎn)多投入鈣堿性系列區(qū)域。

該巖體的鎂值Mg#即100 w （Mg）/ w （Mg+Fe2+）為15.55～45.78，平均值為28.99，遠(yuǎn)低于原生巖漿鎂值的范圍（68～75），說明了該套巖石經(jīng)歷了一定程度的分異演化。隨著w（SiO2）的增加，w（Al2O3）、w（TiO2）、w（MgO）w（CaO）、w（P2O5）和w（TFeO）降低，而w（MnO）和w（alk）則呈現(xiàn)增加的趨勢，說明巖漿經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶作用。在w（Na2O）- w（K2O）成因類型判別圖解中（圖4.5），所有樣品均落入I型花崗巖區(qū)；在ACF圖解中（圖4.6），花崗閃長巖樣品均落入I型花崗巖范圍內(nèi)。

花崗閃長巖稀土元素總量（ΣREE）為（73.89～140.45）×10-6，平均值為114.77×10-6，低于陸殼平均值154.7×10-6（表4.2），稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式曲線圖顯示出（圖4.7），整體上右傾的趨勢，輕稀土略富集，輕、重稀土比值（LREE/HREE）為4.51～8.10，平均值為5.79，LaN/YbN值為4.25～6.42，平均值為5.76，δEu介于0.51～0.83之間，平均值為0.67，具有明顯的負(fù)Eu異常，表明了巖漿演化過程中發(fā)生了斜長石的分離結(jié)晶作用或源區(qū)發(fā)生了斜長石的堆晶作用。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化“蛛網(wǎng)圖”（圖4.8）（花崗閃長巖樣品中部分Th含量極低標(biāo)準(zhǔn)化中用1.00代替，包體U含量極低用0.1代替），整體呈現(xiàn)出右傾趨勢，Th、U、Nb、Ta、Ti和P出現(xiàn)明顯的虧損谷， Sr也出現(xiàn)一定程度的虧損，而K、La則較富集。

陰影部分為興蒙造山帶東段低鍶花崗巖樣品

4.3包體巖石全巖地球化學(xué)特征

最近十多年來對(duì)包體的研究大多是基于地球化學(xué)角度，即根據(jù)包體的巖石化學(xué)、同位素、稀土元素組成等推斷包體的物質(zhì)來源[15-22]。在侵入巖的QAP圖解（圖4.2）中，閃長質(zhì)包體巖石成分點(diǎn)均落入石英二長閃長巖/輝長巖范圍內(nèi)；巖石固結(jié)指數(shù)（SI）的平均值為20.1，分異指數(shù)（DI）平均值為48.28，里特曼指數(shù)（δ）平均值為1.9。A/CNK平均值為0.89（<1.1），在A/CNK-A/NK圖解中（圖4.3），閃長質(zhì)包體成分點(diǎn)落于過鋁質(zhì)間內(nèi)，在w（SiO2）- w（K2O）圖解中（圖4.4），巖石樣品點(diǎn)投入鈣堿性系列區(qū)域。閃長質(zhì)包體的鎂值Mg#的平均值為35.66，比花崗閃長巖高。在w（Na2O）- w（K2O）成因類型判別圖解中（圖4.6），閃長質(zhì)包體巖石樣品均落入I型花崗巖區(qū)。

閃長質(zhì)包體的稀土元素總量（ΣREE）平均值為101.08×10-6，低于陸殼平均值154.7×10-6，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式曲線圖顯示出（圖4.7），整體上右傾的趨勢，輕稀土略富集，輕、重稀土比值（LREE/HREE）平均值為4.77，LaN/YbN平均值為4.33，δEu平均值為0.94，具有弱的負(fù)異常。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化“蛛網(wǎng)圖”（圖4.8），整體呈現(xiàn)出右傾趨勢，與花崗閃長巖的曲線形式相似。

4.4 同位素結(jié)果

綏陽巖體花崗閃長巖Sr、Nd同位素（根據(jù)侵入巖Sm-Nd同位素特征表和侵入巖Rb-Sr同位素特征表）87Sr/86Sr=0.706274～0.714468，Sr初始比值（ISr）為0.704893～0.70609。147Sm/144Nd值為0.1266～0.2151、143Nd/144Nd值為0.512635～0.512722、Nd初始比值為0.512792～0.512987。εNd（t）值變化于-5.12～-8.92之間，表明巖漿源區(qū)主要來自于地殼物質(zhì)。

五、巖石成因及構(gòu)造意義

5.1巖石時(shí)代確定

通過野外綏陽巖體的產(chǎn)狀以及之前測得鋯石U-Pb年齡為190±3Ma，確定巖體的結(jié)晶形成時(shí)代為早侏羅世。

5.2巖石成因探究

研究區(qū)內(nèi)早期花崗巖普遍含有角閃石和黑云母，副礦物種類較多，主要由鋯石、榍石、磷灰石、磁鐵礦等；巖體中普遍發(fā)育有豐富的細(xì)粒閃長質(zhì)包體，而且形成了一些幾十厘米級(jí)的包體群，在這些侵入的花崗巖類邊緣附近捕虜體和長英質(zhì)包體是較普遍的；樣品的Al2O3/（CaO+Na2O+K2O）（分子比）介于0.87-0.914之間，主要為偏鋁質(zhì)花崗巖類，少量為弱過鋁質(zhì)花崗巖類；以上均說明巖石組合具I型花崗巖的特征。

在興蒙造山帶東端，發(fā)育大量早侏羅世的花崗巖，它們與研究區(qū)的綏陽巖體屬同一巖漿—構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物。這些花崗巖大都以富硅、堿和鋁，貧鎂、鐵和鈣，以及富集大離子親石元素和虧損高場強(qiáng)元素等為特點(diǎn)，暗示了興蒙造山帶東端的大量花崗質(zhì)巖其漿源區(qū)應(yīng)為下部陸殼[8]，與此同時(shí)，許多學(xué)者還通過Hf同位素等有力證據(jù)，證實(shí)了該區(qū)域上的花崗巖的巖漿源區(qū)應(yīng)主要為下地殼新增生陸殼物質(zhì)[9-10]。

綜上所述，研究區(qū)綏陽巖體為低Sr的I型花崗巖，巖漿物質(zhì)主要來自于地殼當(dāng)中的基性巖漿的部分熔融。

5.3、構(gòu)造環(huán)境及其意義

中生代以來，東北地區(qū)經(jīng)歷了極其復(fù)雜的構(gòu)造演化過程。主要表現(xiàn)在其經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域?yàn)I太平洋構(gòu)造域的演化與轉(zhuǎn)換。研究區(qū)綏陽巖體花崗閃長巖巖石化學(xué)SiO2、鈣堿指數(shù)、山德指數(shù)、Na2O/CaO、Na2O/K2O、 MgO/TFeO、MgO/MnO、Al2O3/Na2O+K2O等特征與Maniar對(duì)花崗巖構(gòu)造環(huán)境的研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，具有大陸碰撞花崗巖（CCG）與大陸弧花崗巖（CAG）的特點(diǎn)。

在Rb-（Yb+Nb）判別圖（圖5.10）上投點(diǎn)多位于火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖區(qū)，說明為造山期的深熔產(chǎn)物為主。判別圖Nb-Y（圖5.10）中巖石投點(diǎn)位于火山弧花崗巖區(qū)，個(gè)別落入同碰撞花崗巖區(qū)。在花崗巖的R1-R2多陽離子圖解（圖5.11）中，花崗閃長巖、閃長質(zhì)包體多落入板塊碰撞前的，可能暗示了閃長質(zhì)巖漿形成于造山前期的基性巖漿的底侵作用，也說明了包體成因?yàn)閹r漿混合成因的特征。

研究表明，在興蒙造山帶東端，小興安嶺地區(qū)分布著早侏羅世（182～186Ma）的基性侵入巖，顯示為一種伸展的構(gòu)造環(huán)境；從巖石的礦物組成和化學(xué)成分資料來看，花崗閃長巖的特征，暗示了當(dāng)時(shí)存在與古太平巖板塊俯沖的板塊體制。因此，綏陽巖體花崗閃長巖形成與古太平洋板塊俯沖產(chǎn)生的擠壓構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。

六、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本文在對(duì)綏陽巖體花崗閃長巖及其閃長質(zhì)包體進(jìn)行了詳盡的野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了SHRIMP鋯石U-Pb定年、地球化學(xué)和Sr-Nd同位素地球化學(xué)等綜合研究，主要取得以下認(rèn)識(shí)：

1、綏陽巖體花崗閃長巖形成于190±3Ma，形成時(shí)代為早侏羅世。

2、綏陽巖體花崗閃長巖與世界代表花崗閃長巖化學(xué)成分相似，屬I型花崗巖類。

3、巖漿主要來自于地殼物質(zhì)的部分熔融，部分熔融作用可能起因于基性巖漿的底侵作用。

4、綏陽巖體花崗閃長巖形成與古太平洋板塊俯沖產(chǎn)生的擠壓構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李體剛，王艷忠。郎利國. 黑龍江金廠金礦床地質(zhì)特征及找礦前景分析[J].物探與化探，2007，31（supp），94-97.

[2] 趙春荊，彭玉鯨，黨增欣，等.吉黑東部構(gòu)造格架及地殼演化[M].沈陽：遼寧大學(xué)出版社，1996.

[3] 孫德有，吳福元，高山，陸孝平.吉林中部晚三疊世和早侏羅世兩期鋁質(zhì)A 型花崗巖的厘定及對(duì)吉黑東部構(gòu)造格局的制約[J]. 2005a.地學(xué)前緣，12（ 2） ： 263 - 275.

[4] 呂長祿，徐東海，李新鵬，郝興中. 黑龍江太平嶺早侏羅世花崗巖成因及殼?；旌献饔?[J] .現(xiàn)代地質(zhì)，2012

[5] 門蘭靜. 黑龍江東寧縣金廠超大型金礦床的地質(zhì)、地球化學(xué)特征及成礦模式 [M]. 吉林大學(xué)，2008

[6] 韓世炯. 黑龍江省金廠金礦床成礦時(shí)代及其地球動(dòng)力學(xué)意義 [D].吉林大學(xué)，2010

[7] 趙玉鎖，閻家盼. 黑龍江金廠金礦成巖成礦時(shí)代及成礦地質(zhì)背景 [J]. 礦物學(xué)報(bào)，2011

[8] 徐美君，許文良，王楓，高福紅，于介江. 小興安嶺中部早侏羅世花崗質(zhì)巖石的年代學(xué)與地球化學(xué)及其構(gòu)造意義[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2013，29（02）：354-368.

[9] 隋振民，葛文春，吳福元，張吉衡，徐學(xué)純，陳瑞玉. 2007. 大興安嶺東北部侏羅紀(jì)花崗質(zhì)巖石的鋯石U-Pb 年齡、地球化學(xué)特征及成因[J].巖石學(xué)報(bào)，23（2）：461-480.

[10] 曾濤，王濤，郭磊，童英，張建軍，史興俊，張磊，李永飛. 2011. 東北新開嶺地區(qū)晚中生代花崗巖類時(shí)代、成因及地質(zhì)意義[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），41（6）：1881-1900.