黑龍江南蛤拉河子地區(qū)早侏羅世花崗巖演化及構(gòu)造環(huán)境

王 博郭 煒 王朝金

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

黑龍江南蛤拉河子地區(qū)早侏羅世花崗巖演化及構(gòu)造環(huán)境

王 博*郭 煒 王朝金

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

提 要 黑龍江南蛤拉河子地區(qū)花崗巖分布廣泛，巖性主要為石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖。通過對花崗巖進行了鋯石年齡分析測試和巖石地球化學的分析研究，結(jié)果表明石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖形成于早侏羅世，隨著SiO2含量的增加，F(xiàn)e2O3、FeO、MgO、Al2O3、MnO、CaO、TiO2含量逐漸減少，K2O含量逐漸增加，且向富鉀方向演化；Rb、U、Th、K等逐漸富集，Nb、Ti、P逐漸虧損；輕稀土和重稀土總量逐漸逐漸增加，Eu從無異?；蛉醯呢摦惓５綇娏邑摦惓?。早侏羅世花崗巖為“I”型花崗巖，其與太平洋板框向歐亞板塊俯沖有關(guān)。

早侏羅世花崗巖 鋯石U-Pb年齡 巖石地球化學 構(gòu)造環(huán)境

1　概況

研究區(qū)位于黑龍江省五常市東南部南蛤拉河子地區(qū)，張廣才嶺南段西北西麓。區(qū)內(nèi)花崗巖廣泛分布，主要由早侏羅世花崗巖組成，出露面積約占約占研究區(qū)總面積的52%（圖1）。早侏羅世花崗巖由一套中酸性-酸性巖漿組成，主要巖性為石英閃長巖，黑云母花崗閃長巖，黑云母二長花崗巖。

石英閃長巖出露于張家灣一帶，呈巖基產(chǎn)出，巖石類型有細粒石英閃長巖和中細粒石英閃長巖，被細粒黑云母花崗閃長巖和中細粒似斑狀黑云母花崗閃長巖侵入；花崗閃長巖出露于北二青頂子、青山林場、建設(shè)林場和磨盤山水庫一帶，呈巖基、巖株產(chǎn)出，巖石類型有中細粒黑云母花崗閃長巖和中細粒似斑狀黑云母花崗閃長巖，區(qū)域上花崗閃長巖被二長花崗巖侵入。二長花崗巖出露于陳大房子、沙河子鎮(zhèn)和大鍋盔北，呈巖基、巖株產(chǎn)出，巖石類型有中（細）粒似斑狀黑云母二長花崗巖、中粒黑云母二長花崗巖，中細粒黑云母二長花崗巖和細粒黑云母二長花崗巖。

圖1　早侏羅世花崗巖分布簡圖及同位素采樣位置Fig.1 Distribution diagram and isotope sampling position of Lias granite

2　年代學特征

研究區(qū)內(nèi)對早侏羅世花崗巖采樣7個樣品，并進行了分析測試，共獲得了7個U-Pb鋯石同位素年齡測定數(shù)據(jù)。分述如下：

2.1石英閃長巖

區(qū)內(nèi)共采取1個U-Pb鋯石同位素年齡樣品，樣品采自張家灣巖體，巖性為中細粒石英閃長巖，從鋯石陰極發(fā)光圖像可以看出鋯石全部為半自形～自形粒狀（圖2），顯示典型的巖漿震蕩生長環(huán)帶，鋯石Th/U比值介于0.43～1.37之間，均反映其鋯石巖漿成因特點【1，2】，測定數(shù)據(jù)諧和度較高，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（176.2±1.8）Ma（MSWD= 1.17），代表了張家灣石英閃長巖巖漿結(jié)晶年齡，據(jù)此將本期石英閃長巖形成時代確定為早侏羅世晚期。

圖2　中細粒石英閃長巖U-Pb鋯石年齡諧和圖Fig.2 Concordia plot of U-Pb age for zircon of Medium-fine quartz diorite

2.2花崗閃長巖

區(qū)內(nèi)共采取了2個U-Pb鋯石同位素年齡樣品，樣品采自北二青頂子和建設(shè)林場東，巖性分別為中細粒似斑狀黑云母花崗閃長巖和中細粒黑云母花崗閃長巖，獲得了（198±1.5）Ma和（182.4±1.1）Ma諧和年齡（圖3），時代將其置于早侏羅世。

圖3　建設(shè)林場東中細粒黑云母花崗閃長巖U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Concordia plot of U-Pb age for zircon of medium-fine biotite granodiorite from eastern Jianshe forest farm

在建設(shè)林場東側(cè)采取的同位素測年樣品中所選出的鋯石晶形較完整，具有比較清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，多為長、短柱狀，代表巖漿成因的鋯石。鋯石樣品Pb含量為4.68×10-6～23.9×10-6，U含量為70.78×10-6～483.6×10-6，Th/U平均值0.24～1.08，顯示它們是巖漿結(jié)晶形成的。從中篩選了25顆鋯石進行測定，測年數(shù)據(jù)進行校正后，21個測點均落在諧和線上，計算得到加權(quán)平均年齡為（182.4±1.1）Ma（圖3），該年齡值基本代表巖體的巖漿結(jié)晶時代。

2.3二長花崗巖

區(qū)內(nèi)共采取了4個U-Pb鋯石同位素年齡樣品，樣品采自青山林場西南（細粒黑云母二長花崗巖），大鍋盔北（中細粒黑云母二長花崗巖），建設(shè)林場東南（中細粒似斑狀黑云母二長花崗巖），八一水庫東（中粒黑云母二長花崗巖），獲得了（178.8±4.3）Ma、（176.4±2.4）Ma、（172.7±1.6）Ma和（174.5±0.94）Ma諧和年齡。時代置于早侏羅世。

圖4　青山林場西南細粒黑云母二長花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像及U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Concordia plot of Zircon cathodoluminescence microscopy image and U-Pb age for fine biotite monzonitic granite from sourthwestern Qingshan forest farm

青山林場西南采集的同位素測年樣品，從鋯石陰極發(fā)光圖像（圖4）可以看出鋯石主要為半自形—自形粒狀，極少數(shù)呈板柱狀顯示典型的巖漿震蕩生長環(huán)帶，鋯石Th/U比值介于0.43～1.37之間，均反映其鋯石巖漿成因特點【1，2】。年齡主要分為五組，分別為（178.8±4.3）Ma（n=9）、（250±5.6）Ma（n=2）、（294±4.67）Ma（n=3）、（329±5.02）Ma、（362.6±7.7）Ma（n=2），位于最下部的9個測點的加權(quán)平均年齡為（178.8±4.3）Ma（MSWD = 3.7），應代表了該巖石形成的時代即早侏羅世，其余的年齡均代表了巖漿捕獲鋯石的年齡。

從大鍋盔山北采取的同位素測年樣品中所選出的鋯石晶形較完整，具有比較清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，多為長、短柱狀，代表巖漿成因的鋯石。鋯石樣品Pb含量為5.17×10-6～14.81×10-6，U含量為151.62×10-6～473.4×10-6，Th/U平均值0.55～0.83，，顯示它們是巖漿結(jié)晶形成的。從中篩選了25顆鋯石進行測定，測年數(shù)據(jù)進行校正后，12個測點均落在諧和線上，計算得到加權(quán)平均年齡為（176.4±2.4）Ma（圖5），該年齡值基本代表巖體的巖漿結(jié)晶時代。

從八一水庫東采取的樣品中所選出的鋯石主要為半自形—自形粒狀，極少數(shù)呈板柱狀，顯示典型的巖漿震蕩生長環(huán)帶，鋯石Th/U比值介于0.92～2.77之間，均反映其鋯石巖漿成因特點【1，2】。從中篩選了25顆鋯石進行測定，測年數(shù)據(jù)進行校正后，20個測點均落在諧和線上，計算得到加權(quán)平均年齡為（174.5±0.94）Ma（圖6），該年齡值基本代表巖體的巖漿結(jié)晶時代。

圖6　八一水庫東中粒黑云母二長花崗巖U-Pb年齡諧和圖Fig.6 Concordia plot of U-Pb age for Medium biotite monzonitic granite from eastern Bayi reservoir

3　巖石地球化學特征

3.1主量元素特征

對研究區(qū)內(nèi)石英閃長巖、花崗內(nèi)生巖、二長花崗巖等樣品進行了分析，巖石的主要元素分析結(jié)果見表1。

石英閃長巖的SiO2含量為61.44%～67.67%，Na2O含量為2.52%～3.2%，K2O含量為1.54%～2.61%，巖石里特曼指數(shù)（σ）為0.79～1.34，均小于3.3，為鈣堿性系列，在AFM圖解（圖7）中，石英閃長巖樣品也全部落入鈣堿性系列，在SiO2-K2O圖解（圖8）中，樣品亦全部落入鈣堿性系列【3】。從花崗巖成因系列Na2O-K2O圖解（圖9）中樣品全部落入I型花崗巖區(qū)【4】。

花崗閃長巖的SiO2含量64.72%～69.75%，Na2O含量為2.48%～4.5%，K2O含量為2.26%～4.05%，巖石里特曼指數(shù)（σ）為1.16～3.19，均小于3.3，為鈣堿性系列，在AFM圖解（圖7）中，樣品也全部落入鈣堿性系列，在SiO2-K2O圖解（圖8）中，樣品落入高鉀鈣堿性、鈣堿性系列中，綜合判斷花崗閃長巖為鈣堿性系列【3】。從花崗巖成因系列Na2O-K2O圖解（圖9）中樣品全部落入I型花崗巖區(qū)【4】。

表1　石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖主量元素分析結(jié)果表Table 1 Principal element analyzing table of quartz diorite， granodiorite and monzonitic granite

圖7　AFM圖解（引自Irvine，1971）T為拉斑玄武巖系列；C為鈣堿性系列Fig.7 AFM diagram（from Irvine，1971）

圖8　花崗巖類SiO2-K2O圖解Fig.8 SiO2-K2O diagram of granite

二長花崗巖的SiO2含量在70.61%～74.68%之間。Na2O含量為3.23%～4.4%，K2O含量為3.88%～4.18%，巖石里特曼指數(shù)（σ）為0.79～1.34，均小于3.3，為鈣堿性系列，在AFM圖解（圖7）中，樣品也全部落入鈣堿性系列，在SiO2-K2O圖解（圖8）中，樣品落入高鉀鈣堿性系列中，綜合判斷二長花崗巖為鈣堿性系列【3】。從花崗巖成因系列Na2O-K2O圖解（圖9）中三個樣品樣品落入A型花崗巖區(qū)，在A型與I型花崗巖Y-SiO2判別圖（圖10）中有3個樣品落入I型花崗巖區(qū)。A型花崗巖堿性暗色礦物含量高，而區(qū)內(nèi)二長花崗巖中未見堿性暗色礦物，二長花崗巖為I型花崗巖【4】。

南蛤拉河子地區(qū)早侏羅世花崗巖全堿含量（K2O+Na2O）隨著SiO2的含量增高而增高，有向富鉀方向演化的趨勢。且均為I型花崗巖。

圖9　花崗巖成因系列Na2O-K2O圖解（Collis等，1982）Fig.9 Na2O-K2O diagram of granite formation cause

圖10　A型與I型花崗巖Y-SiO2判別圖（Collis等，1982）Fig.10 Y-SiO2discriminant of type A and type I granite

3.2稀土、微量元素特征

從表2可以看出，石英閃長巖稀土總量（∑REE）為123.85×10-6～159.75×10-6，其中輕稀土總量（LREE）為114.63×10-6～146.6×10-6，重稀土總量（HREE）為9.22×10-6～13.9×10-6，LREE/HREE介于9.67～12.51，相對富集輕稀土，虧損重稀土，（La/Yb）N變化于10.98～15.53之間，輕重稀土分餾明顯，基本無Eu異?；蚵跃呷醯恼鼸u異常（δEu為0.92～1.01）【5】，稀土元素球粒隕石標準化曲線表現(xiàn)為明顯的右傾（圖11左）。由原始地幔標準化的微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖11右）可以看出， Rb、U、Th、K、Sr等大離子親石元素明顯的富集，而Nb、Ti等高場強元素和P相對虧損，具有明顯的負異常特征【6】。

表2　早侏羅世花崗巖稀土、微量元素分析結(jié)果及主要參數(shù)Table 2 Rare earths and microelement analyzing resule and key parameter of Lias granite

續(xù)表2 早侏羅世花崗巖稀土、微量元素分析結(jié)果及主要參數(shù)Table 2（Continued）Rare earths and microelement analyzing resule and key parameter of Lias granite

圖11　石英閃長巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（左）及微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（右）（球粒隕石標準化值引自Taylor and Mclennan（1985）；原始地幔標準化值引自Sun and McDonough（1989）Fig.11 REE chondrite-normalized patterns of quartz diorite （left） and original earth mantle standardizing chart of microelement （right）

花崗閃長巖稀土總量（∑REE）為104.06× 10-6～277.46×10-6，輕稀土總量（LREE）為92.17 ×10-6～258.98×10-6，重稀土總量（HREE）為9 ×10-6～18.48×10-6，LREE/HREE介于7.42～14.01，相對富集輕稀土，虧損重稀土，（La/Yb）N變化于5.25～14.57之間，輕重稀土分餾明顯，具弱的Eu負異常（δEu為0.55～0.92），其虧損可能與源區(qū)殘留少量斜長石有關(guān)【5】，稀土元素球粒隕石標準化曲線表現(xiàn)為明顯的右傾（圖12左）。由原始地幔標準化的微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖12右）可以看出， Rb、U、Th、K等大離子親石元素明顯的富集，而Nb、Ti等高場強元素和P相對虧損，具有明顯的負異常特征【6】。

二長閃長巖稀土總量（∑REE）為134.54× 10-6～306.51×10-6，輕稀土總量（LREE）為122.18×10-6～285.22×10-6，重稀土總量（HREE）為8.27×10-6～21.29×10-6，LREE/ HREE為9.08～15.5，相對富集輕稀土，虧損重稀土，（La/Yb）N為8.86～16.87，輕重稀土分餾更為明顯，具明顯的Eu負異常（δEu為0.35～0.76）（圖13左），其虧損可能與源區(qū)殘留大量斜長石有關(guān)【5】，表明其巖漿物質(zhì)來源可能與地殼有關(guān)。由原始地幔標準化的微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖13右）可以看出， Rb、U、Th、K等大離子親石元素明顯的富集，而Nb、Ti等高場強元素和P相對虧損，具有明顯的負異常特征【6】。

圖12　花崗閃長巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（左）及微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（右）（球粒隕石標準化值引自Taylor and Mclennan（1985）；原始地幔標準化值引自Sun and McDonough（1989）Fig.12 REE chondrite-normalized patterns of granodiorite （left） and original earth mantle standardizing chart of microelement （right）

圖13　二長花崗巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（左）及微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（右）（球粒隕石標準化值引自Taylor and Mclennan（1985）；原始地幔標準化值引自Sun and McDonough（1989）Fig.13 REE chondrite-normalized patterns of monzonitic granite （left） and original earth mantle standardizing chart of microelement （right）

4　巖漿演化及構(gòu)造環(huán)境

巖石隨著SiO2含量的逐漸增加，F(xiàn)e2O3、FeO、MgO、Al2O3、MnO、CaO、TiO2含量逐漸減少，K2O含量逐漸增加，且向富鉀方向演化。從稀土元素平均含量分析，隨著SiO2含量的逐漸增加，輕稀土和重稀土總量逐漸逐漸增加，稀土曲線總體呈左高、右低，輕稀土向右陡傾，輕重稀土分餾逐漸增強，Eu從無異常或弱的正異常到強烈負異常。從微量元素平均含量分析，隨著SiO2含量的逐漸增加，Rb、U、Th、K等大離子親石元素逐漸富集，而Nb、Ti高場強元素和P逐漸虧損，具有明顯的負異常特征，而Ti的虧損程度隨著巖漿演化而增加，表面巖漿中磷灰石、鈦鐵礦、榍石等含Ti礦分離結(jié)晶作用逐漸增強。

很多學者都從不同的角度探討過古亞洲洋構(gòu)造域與古太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換問題，對于小興安嶺-張廣才嶺地區(qū)中生代花崗巖形成的構(gòu)造背景存在明顯不同的認識，概況起來主要有三種觀點：①與太平洋板塊俯沖有關(guān)1988【7】，而許文良等認為僅早侏羅世花崗巖與庫拉板塊的俯沖有關(guān)（許文良等，1994）；②與陸內(nèi)造山作用有關(guān)，鄧晉福等認為中國北方大陸（包括本區(qū)）在海西期已完成了南北兩大板塊的碰撞拼合，印支期的碰撞造山已不是陸-陸碰撞造山，而是陸內(nèi)塊體間的碰撞造山，純屬陸內(nèi)造山作用（鄧晉福等，1996）。③與西伯利亞板塊和華北板塊碰撞后的伸展作用有關(guān)（許文良等，1994；邵濟安等，1997；洪大衛(wèi)等，1994；吳福元等，1999）。到目前為止，對古亞洲洋與古太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換問題還缺乏明確的認識。

前文已說明早侏羅世花崗巖為I型花崗巖，在La/Yb-Th/Yb圖解（圖14）中樣品全部落入大陸邊緣中，在Yb+Nb-Ru圖解（圖14）中樣品全部落入火山?。╒AG）中，結(jié)合以上兩點，說明調(diào)查區(qū)內(nèi)早侏羅世花崗巖處于大陸邊緣弧的構(gòu)造環(huán)境，其與太平洋板框向歐亞板塊俯沖有關(guān)。

圖14　花崗巖類構(gòu)造環(huán)境判斷圖解（La/Yb-Th/Yb據(jù)Condie，1989；Yb+Nb-Ru據(jù)Bechelor，1985）Fig.14 Diagram of granite structural environment

5　結(jié)論

基于對早侏羅世花崗巖的U-Pb年代學研究以及巖石地球化學的研究，得出以下幾點認識：

（1）通過鋯石U-Pb測年結(jié)果，表明研究區(qū)內(nèi)石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖形成時代為早侏羅世。

（2）早侏羅世花崗巖為鈣堿性系列，由中酸性像酸性過渡，隨著SiO2含量的增加，向富鉀方向演化。稀土總量逐漸增加，Eu從無異?；蛉醯恼惓５矫黠@的負異常，Rb、U、Th、K等逐漸富集，而Nb、Ti、P更加虧損。

（3）早侏羅世花崗巖為“Ⅰ”型花崗巖，處于大陸邊緣弧的構(gòu)造環(huán)境，與太平洋板塊向歐亞板塊俯沖有關(guān)。

1 吳元保，鄭永飛. 鋯石成因礦物學研究及其對U-Pb年齡解釋的制約［J］.科學通報，2004，49（16）：1589～1604

2 Pidgeon R T.，Nemchin A A，Hitchen GJ..Internal structures of zircons from Archaean granites from the Darling Rangebatholith：Implications foe zircon stability and the interpretation of zircon U-Pb ages［J］.Contributions toMineralogy and Petrology，1998，132：288～299

3 Hugh R.Rollison（英）著，巖石地球化學［M］. 楊學明，等譯. 合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2000

4 肖慶輝，鄧晉福，馬大銓，等. 花崗巖研究思維與方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，2002：1～60

5 中國科學院地球化學研究所. 高等地球化學［M］. 北京：科學出版社，2000

6 李昌年. 火成巖微量元素巖石學［M］. 武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1992

7 李之彤. 吉黑東部晚三疊世巖漿活動及其與板塊構(gòu)造的關(guān)系［J］.中國地質(zhì)科學院院報，1988（00）

There are quartz diorite， biotite granodiorite and biotite adamellite in Nanhalahezi. The anlysis on U-Pb age testing and lithogeochemistry of zircon showed that the quartz diorite， biotite granodiorite and biotite adamellite were formed at Early Jurassic. The increase of SiO2content result in the decline of Fe2O3，F(xiàn)eO，MgO，Al2O3， MnO，CaO， TiO2，and the increase of K2O.At the same time， Rb，U，Th and K elements are rich ，but the Nb，Ti，P elements are lose. The total quantity of light and heavy rare earth are gradually increase. The Eu elements are vary from no abnormalities to weak and strong negative anomaly. The formation of “I” granite were caused by pacific plate subducting to eurasian plate.

2015年度國家科學技術(shù)獎揭曉

國土資源系統(tǒng)推薦項目榜上有名

2016年1月8日，國家科學技術(shù)獎勵大會在北京人民大會堂隆重舉行，國土資源系統(tǒng)推薦的項目中，有1項獲得國家自然科學獎二等獎，有3項獲得國家科技進步獎二等獎。

其中，由國土資源部推薦，中國地質(zhì)大學（北京）王成善、魏文博、朱弟成等人研究完成的《青藏高原生長的深部過程、巖石圈結(jié)構(gòu)與地表隆升》，榮獲2015年度國家自然科學獎二等獎。

由中國海洋工程咨詢協(xié)會推薦，國家海洋局第二海洋研究所、國家海洋局第一海洋研究所、國家海洋信息中心等單位研究完成的《中國海大陸架劃界關(guān)鍵技術(shù)研究及應用》項目；由中國測繪地理信息學會推薦，中國測繪科學研究院、武漢大學、西南交通大學等單位研究完成的《國家數(shù)字城市地理空間框架技術(shù)體系構(gòu)建與應用》項目；由國土資源部推薦，中國地質(zhì)科學院勘探技術(shù)研究所、北京天和眾邦勘探技術(shù)股份有限公司、無錫鉆探工具廠有限公司等單位研究完成的《2000米以內(nèi)全液壓地質(zhì)巖心鉆探裝備及關(guān)鍵器具》項目，分別獲得2015年度國家科學技術(shù)進步獎二等獎。

LIAS GRANITE EVOLUTION AND THE STRUCTURAL ENVIRONMENT OF NANHALAHEZI REGION IN HEILONGJIANG PROVINCE

Wang Bo Guo Wei Wang Chaojin
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ，Zhuozhou， Hebei， 072754， China

early Jurassic granite； U-Pb age of zircon； lithogeochemistry； structural environment

P588.121

A

1006-5296（2016）01-0038-10

* 第一作者簡介：王博（1986～），男，礦產(chǎn)勘查專業(yè)，工程師

2015-11-20；改回日期：2015-12-11