大興安嶺滿歸地區(qū)變中酸性火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

李中會(huì)， 李睿杰， 李陽(yáng)， 沙環(huán)宇

(1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，哈爾濱 150036； 2.黑龍江省齊齊哈爾地質(zhì)勘查總院，齊齊哈爾 161006)

0 引言

大興安嶺北部寒武系—新生界出露齊全[1]，其中新元古界—下寒武統(tǒng)大網(wǎng)子組是西伯利亞板塊南緣早古生代陸緣增生的重要組成部分，以綠片巖相為主。前人曾在該區(qū)沉積地層中發(fā)現(xiàn)微體化石，時(shí)代為新元古代—早寒武世[2-3]，但根據(jù)巖石組合和變質(zhì)程度，少量時(shí)代不明地層被歸入大網(wǎng)子組。大網(wǎng)子組于1962年在大興安嶺市呼瑪縣韓家園子鄉(xiāng)創(chuàng)立并命名[1]，巖性主要為片理化安山巖夾絹云母泥質(zhì)片巖。滿歸鎮(zhèn)附近分布少量大網(wǎng)子組綠片巖相中酸性火山巖，由于地層接觸不連續(xù)，未見(jiàn)化石，導(dǎo)致該套火山巖未獲得正確認(rèn)識(shí)和進(jìn)一步研究。

本文以《漠河幅、漠河縣幅1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》[4]為基礎(chǔ)，通過(guò)詳細(xì)研究滿歸鎮(zhèn)附近的淺變質(zhì)地層，從巖石地層、火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究入手，精確厘定時(shí)間格架，為進(jìn)一步研究額爾古納地塊北緣早侏羅世巖漿活動(dòng)與構(gòu)造演化提供參考。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于大興安嶺北部，蒙古—鄂霍茨克縫合帶與天山—內(nèi)蒙古—大興安嶺縫合帶之間(圖1(a))[5]。該區(qū)屬于額爾古納地塊[6]，古生代地層屬于額爾古納地層分區(qū)[1]。區(qū)內(nèi)出露的較老地層為古元古界興華渡口巖群，為結(jié)晶基底； 新元古界—下寒武統(tǒng)吉祥溝組和下石炭統(tǒng)紅水泉組零星分布； 早侏羅世早期中酸性火山巖分布于滿歸鎮(zhèn)附近，晚侏羅世—早白堊世中酸性火山巖在研究區(qū)東南部呈NE向帶狀分布。侵入巖主要為早侏羅世石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和中元古代花崗巖，與前人劃分的新元古代—早古生代侵入巖[4,7]明顯不同。研究區(qū)構(gòu)造以NE向韌-脆性斷裂為主(圖1(b))。

1.第四系； 2.甘河組； 3.滿克頭鄂博組； 4.變中酸性火山巖； 5.紅水泉組； 6.吉祥溝組； 7.興華渡口巖群； 8.花崗質(zhì)片麻巖； 9.細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖； 10.細(xì)中?；◢忛W長(zhǎng)巖； 11.細(xì)中粒二長(zhǎng)花崗巖； 12.粗粒二長(zhǎng)花崗巖； 13.中細(xì)粒似斑狀二長(zhǎng)花崗巖； 14.地質(zhì)界線； 15.不整合界線； 16.推測(cè)斷層； 17.韌性剪切帶； 18.剖面及編號(hào)； 19.采樣位置及樣品編號(hào)

圖1 內(nèi)蒙古根河市滿歸鎮(zhèn)構(gòu)造位置(a)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)

Fig.1Tectoniclocation(a)andgeologicalsketch(b)ofManguiTowninGenheCityofInnerMongolia

2 剖面特征

滿歸變中酸性火山巖分布于滿歸鎮(zhèn)西2 km處，空間上呈孤島狀或團(tuán)塊狀，巖性為變安山巖、變英安巖和變流紋巖，夾變晶屑凝灰?guī)r，與古元古代興華渡口巖群、中元古代花崗質(zhì)片麻巖呈斷層接觸，且被周圍早侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖侵入。本次實(shí)測(cè)了1條路塹剖面(編號(hào)：P17-2)，并修測(cè)了1條前人實(shí)測(cè)的山地剖面(編號(hào)：P17)，剖面特征如下。

(1)剖面P17-2。滿歸變中酸性火山巖實(shí)測(cè)路塹剖面如圖2所示。由上到下地層層序特征描述如下。

1.變英安巖； 2.變安山巖； 3.變安山英安巖； 4.花崗閃長(zhǎng)巖； 5.花崗斑巖； 6.細(xì)粒閃長(zhǎng)巖； 7.花崗片麻巖； 8.松散砂礫堆積物； 9.變中酸性火山巖； 10.早侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖； 11.中元古代花崗片麻巖； 12.斷層； 13.采樣位置； 14.層號(hào)

圖2 滿歸變中酸性火山巖實(shí)測(cè)路塹剖面(P17-2)

Fig.2Measuredsection(P17-2)ofmeta-intermediate-

acidicvolcanicrocksinManguiarea

未見(jiàn)頂

深灰色變英安巖 49.21 m

墨綠色變英安巖 15.38 m

⑩綠灰色變英安巖 66.70 m

⑨墨綠色變英安巖 24.38 m

⑧綠灰色變英安巖 15.18 m

⑦淺灰綠色變安山英安巖 87.85 m

⑥深灰綠色變安山巖 40.08 m

⑤黑色變英安巖 43.63 m

④灰黑色變英安巖 224.47 m

③灰綠色變英安巖 19.76 m

②淺綠色變英安巖 62.57 m

①淺黃褐色變英安巖 9.66 m

—— 被早侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖侵入 ——

(2)剖面P17。滿歸變中酸性火山巖修測(cè)剖面如圖3所示。由上到下地層層序特征描述如下。

中元古代花崗片麻巖

—— 斷層 ——

③深灰色變流紋巖 33.57 m

②青灰色片理化變晶屑凝灰?guī)r 38.69 m

①深灰色變流紋巖 35.43 m

未見(jiàn)底

1.變流紋巖； 2.變晶屑凝灰?guī)r； 3.花崗片麻巖； 4.閃長(zhǎng)玢巖； 5.斷層破碎帶； 6.變中酸性火山巖； 7.中元古代花崗片麻巖； 8.層號(hào)

圖3 滿歸變中酸性火山巖修測(cè)山地剖面(P17)

Fig.3Revisionsection(P17)ofmeta-intermediate-acidicvolcanicrocksinManguiarea

3 火山巖特征

滿歸變中酸性火山巖普遍發(fā)育斷裂破碎構(gòu)造，伴有綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化、絹云母化、硅化，以變英安巖和變流紋巖為主。用于鋯石U-Pb年齡測(cè)定的變安山巖(編號(hào)：P17-2B11-12)采自實(shí)測(cè)剖面P17-2中部，與上、下巖層變英安巖呈整合接觸，因發(fā)生綠簾石化，巖石表面呈黑綠色，新鮮面呈灰黑色，見(jiàn)灰白色硅質(zhì)脈體(圖4(左))。

圖4 變安山巖(P17-2B11-12)野外露頭(左)及顯微鏡下照片(右)Fig.4 Outcrop (left) and photomicrograph (right) of the meta-andesite (Sample P17-2B11-12)

顯微鏡下觀察，巖石呈少斑結(jié)構(gòu)，斑晶粒徑0.5～1.2 mm，含量占3%，成分主要為長(zhǎng)石，呈半自形板狀，被絹云母、綠簾石和黏土礦物交代； 基質(zhì)含量占87%，被黏土礦物及少量綠簾石交代，結(jié)構(gòu)模糊，后期被硅質(zhì)交代； 硅質(zhì)含量占10%，呈脈狀和帶狀沿孔隙分布(圖4(右)) 。

4 年代學(xué)特征

4.1 測(cè)試方法

鋯石分選在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室完成，樣品靶制備在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石陰極發(fā)光照相和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成。樣品采用常規(guī)方法進(jìn)行粉碎、淘洗，保留重砂礦物，再用電磁選方法分選鋯石，雙目鏡下選出晶形較好的鋯石，然后將鋯石粘貼在環(huán)氧樹(shù)脂表面，打磨拋光后露出鋯石表面，完成樣品制靶后，對(duì)鋯石進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光照相，確定所測(cè)鋯石位置。在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室利用193 mm激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕束斑直徑為35 μm。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA作為外標(biāo)校正U-Pb同位素分餾，利用NIST612玻璃標(biāo)樣作為外標(biāo)計(jì)算鋯石的U、Th、Pb含量，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理和流程見(jiàn)參考文獻(xiàn)[8]。采用ICP-MS Data Cal程序[9]和Isoplot(ver 3.0)程序[10]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.2 測(cè)試結(jié)果

大部分鋯石顆粒在透射光和反射光下呈淺黃色—無(wú)色，半透明—透明，粒徑為75～165 μm，晶形呈半自形—自形短柱狀，長(zhǎng)寬比為2∶3。鋯石陰極發(fā)光照片(圖5)顯示，鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，均發(fā)育典型的振蕩環(huán)帶，表明其為巖漿成因鋯石。選擇26顆自形程度和透明度均較好的巖漿鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)年分析。

圖5 變安山巖(P17-2B11-12)鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.5 Cathodoluminescence images of zircons of meta-andesite(P17-2B11-12)

變安山巖(P17-2B11-12)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果見(jiàn)表1，鋯石U-Pb年齡諧和圖見(jiàn)圖6。26個(gè)測(cè)點(diǎn)可分為4組：第一組為2～6、8、13～15、20、22和26共12個(gè)點(diǎn)，校正后獲得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(199±1) Ma， 12個(gè)點(diǎn)的諧和曲線具有較好的一致性(MSWD=1.7)； 第二組為1、9、10、16和21共5個(gè)點(diǎn)，校正后獲得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(226.5±1.1) Ma，5個(gè)點(diǎn)的諧和曲線具有較好的一致性(MSWD=0.49)； 第三組為7、11、12、18、19、23和25共7個(gè)點(diǎn)，206Pb/238U年齡零散分布在210～717 Ma之間； 第四組為17和24兩個(gè)點(diǎn)，206Pb/238U年齡分別為181 Ma和189 Ma。第一組代表了火山巖的形成年齡，第二組和第三組代表了捕獲鋯石的年齡，第四組代表了遭受改造鋯石的年齡。

表1 變安山巖(P17-2B11-12)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果

圖6 變安山巖(P17-2B11-12)鋯石U-Pb年齡諧和圖

Fig.6ZirconU-Pbconcordantdiagramofmeta-andesite(P17-2B11-12)

5 討論

5.1 地層對(duì)比

滿歸變中酸性火山巖是在新元古界—下寒武統(tǒng)倭勒根群大網(wǎng)子組厘定的。倭勒根群包含吉祥溝組和大網(wǎng)子組[1]。前人在吉祥溝組泥質(zhì)板巖中采集到了球藻類微體化石Teophipoliacf.lacerata，Leiosphaeuidiasp.等[2]，時(shí)代為新元古代—早寒武世。在大網(wǎng)子組火山凝灰?guī)r中采集到了藻類微體化石Baltisphaeridiumsp.，Lophosphaeridiumsp.等[3]，時(shí)代為新元古代—早寒武世。將滿歸變中酸性火山巖與區(qū)域大網(wǎng)子組對(duì)比，發(fā)現(xiàn)滿歸變中酸性火山巖缺少板巖、變砂巖、石英片巖等細(xì)碎屑沉積巖夾層，暗示大網(wǎng)子組淺變質(zhì)火山巖缺少沉積巖夾層，其形成時(shí)代具有不確定性。

5.2 火山巖分布及其與漠河盆地物源的關(guān)系

目前，對(duì)大興安嶺火山噴發(fā)帶北段額爾古納地塊早侏羅世火山巖的研究較少。十六站一帶塔木蘭溝組(J2t)火山巖主要為玄武巖、安山巖、安山質(zhì)角礫熔巖、玄武質(zhì)凝灰熔巖等，其中安山巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為(185±1) Ma[11]，顯示該火山巖形成于早侏羅世。

研究表明，漠河盆地沉積活動(dòng)始于中侏羅世[12]，繡峰組、二十二站組礫石和巖屑見(jiàn)少量玄武巖、英安巖、安山巖、流紋巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r[12-14]，與本區(qū)及十六站地區(qū)早侏羅世火山巖巖性一致，暗示漠河盆地火山巖碎屑物來(lái)源與早侏羅世火山巖關(guān)系密切。與漠河盆地同成分碎屑物相比，滿歸早侏羅世火山巖又經(jīng)歷了變質(zhì)作用，推測(cè)與后期漠河逆沖推覆構(gòu)造有關(guān)。

5.3 地質(zhì)意義

古生代—中生代—新生代，東北地區(qū)主要受古亞洲洋構(gòu)造域、蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域影響[5,7,15]。前人對(duì)額爾古納地塊侵入巖進(jìn)行研究，認(rèn)為早侏羅世巖漿活動(dòng)與古亞洲洋的閉合[16-18]或蒙古—鄂霍茨克洋閉合后的板塊俯沖[7]有關(guān)?；鹕綆r和侵入巖相伴產(chǎn)出，顯示早侏羅世額爾古納地塊處于火山-巖漿弧構(gòu)造背景，暗示蒙古—鄂霍茨克洋存在南向俯沖的可能性。本次火山巖年齡的厘定，對(duì)早侏羅世巖漿活動(dòng)和大地構(gòu)造演化研究，尤其對(duì)蒙古—鄂霍茨克洋閉合過(guò)程的地球動(dòng)力學(xué)研究具有重要意義。

6 結(jié)論

(1)滿歸變中酸性火山巖主要由變安山巖、變英安巖、變流紋巖和少量變晶屑凝灰?guī)r組成。

(2)滿歸變安山巖形成于(199±1) Ma，即早侏羅世早期，而非前人認(rèn)為的形成于新元古代—早寒武世。

(3)額爾古納地塊早侏羅世火山巖為漠河前陸盆地沉積提供了物源。