佳木斯板塊安山巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖成巖時(shí)代及意義

趙 強(qiáng), 湯靜如, 姜迎久

(1. 桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林541004;2. 黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇六隊(duì), 黑龍江 齊齊哈爾161100)

佳木斯板塊位于興蒙造山帶最東段, 屬于中亞造山帶, 處于西伯利亞板塊、 華北板塊和太平洋板塊構(gòu)造域的疊加部位, 佳木斯板塊具有復(fù)雜的構(gòu)造拼貼構(gòu)造演化歷史。 前人對(duì)佳木斯板塊的構(gòu)造演化分析, 主要有兩種不同的爭(zhēng)議, 周建波根據(jù)對(duì)佳木斯板塊南側(cè)及西側(cè)的變質(zhì)雜巖的梳理, 認(rèn)為太平洋板塊于三疊紀(jì)-早侏羅世開始向西俯沖[2], 許文良根據(jù)碎屑鋯石及火山巖的年齡和分布, 認(rèn)為環(huán)太平洋構(gòu)造體系向歐亞大陸下俯沖開始的時(shí)間應(yīng)為早侏羅世。 即侏羅世以后的佳木斯板塊主要是受太平洋板塊構(gòu)俯沖影響[3]。 隨著太平洋構(gòu)造域開始向歐亞板塊的俯沖, 中生代以來(lái)中國(guó)東部形成了一個(gè)重要的火山巖帶[4], 以往佳木斯板塊中松木河組重要的火山巖部分, 研究程度相對(duì)偏低, 缺少相對(duì)精確的年代學(xué)及地球化學(xué)資料, 這很大程度上限制了該區(qū)區(qū)域上的構(gòu)造演化歷史研究分析。 本文對(duì)出露于七臺(tái)河以西地區(qū)的松木河組安山巖開展了年代學(xué)、 巖石地球化學(xué)研究, 結(jié)合本區(qū)花崗閃長(zhǎng)斑巖的年代學(xué)、 巖石地球化學(xué)研究, 確定了松木河組形成時(shí)代, 討論了巖石成因及構(gòu)造背景。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于興蒙造山帶東段, 位于佳木斯板塊中部, 佳木斯隆起區(qū)南側(cè), 勃利盆地北側(cè)。 區(qū)域主要巖性有, 麻山群: 主體為經(jīng)歷低壓高溫角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)作用的變質(zhì)巖系, 其巖石類型有長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、 石墨片巖、 矽線石榴片麻巖、 大理巖等, 其原巖相當(dāng)于孔茲巖系。 馬家街組主要由碳質(zhì)板巖碳質(zhì)千枚巖、 紅柱石千枚巖、 大理巖組成, 形成時(shí)代認(rèn)為是二疊紀(jì)之前。 黑龍江雜巖主要有由于這套巖石組合中含有以藍(lán)閃石、 青鋁閃石、 黑硬綠泥石、 多硅白云母及紅簾石等為代表的高壓變質(zhì)礦物組合, 其形成時(shí)代主要是在210～180Ma。 晚寒武世似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖, 具有一定的片麻狀構(gòu)造, 斑晶主要是斜長(zhǎng)石, 斑晶粒度在0. 5cm～3cm 之間, 形成時(shí)代為504Ma 左右。 二疊世花崗巖, 巖石具有弱片麻狀構(gòu)造, 該期花崗巖在佳木斯板塊中分布廣泛, 地球化學(xué)上具有活動(dòng)陸緣性質(zhì), 主要形成在中晚二疊世[9]。

2 安山巖、 花崗閃長(zhǎng)斑巖特征及樣品采集

該地區(qū)松木河組主要角閃安山巖, 安山巖, 含角礫安山巖等組成, 與下覆的早白堊世沉積巖以整合接觸, 未見(jiàn)頂。 安山巖主要以爆發(fā)相、 溢流相相為主。 松木河組年齡樣采樣位置在七臺(tái)河市長(zhǎng)興鄉(xiāng)長(zhǎng)發(fā)水庫(kù)西側(cè)采石場(chǎng)中采集的樣品, 經(jīng)緯度是N: 130°49′43″, E: 45°58′17″。 巖石樣品新鮮, 無(wú)明顯風(fēng)化,樣品編號(hào)為YJGS13。 安山巖具有斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 巖石中斑晶的含量在10%左右, 斑晶主要是有斜長(zhǎng)石及角閃石構(gòu)造, 斜長(zhǎng)石含量在5～%8%之間, 自形板狀, 粒徑在0. 25mm～1. 25mm 之間不等。 角閃石含量在2% ～5%之間, 自形-半自形短柱狀, 橫截面為近六邊形、 菱形, 粒度在0. 1mm～1mm 之間?；|(zhì)由細(xì)微粒斜長(zhǎng)石物定向排列構(gòu)成交織結(jié)構(gòu)。 其他露頭處采取安山巖樣品編號(hào)為YJGS27、 YJGS30。采樣位置見(jiàn)圖1。

圖1 區(qū)域地質(zhì)與采樣點(diǎn)位圖Fig 1. Map of Regional Geology and Sampling Site

花崗閃長(zhǎng)斑巖主要沿?cái)鄬? 特別是兩組斷層交匯處侵入到黑龍江雜巖中及二疊世花崗巖中, 與圍巖多為斷層接觸, 個(gè)別處見(jiàn)順層侵入, 主要呈小巖枝狀。 花崗閃長(zhǎng)斑巖采集位置為樺南縣三道溝鄉(xiāng)東側(cè)采石場(chǎng)采集, 經(jīng)緯度N: 130°41′49″, E: 46°07′27″。 巖石樣品新鮮, 無(wú)風(fēng)化, 樣品編號(hào)為YJGS4。 巖石具有斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。 斑晶主要為斜長(zhǎng)石、 堿性長(zhǎng)石、 石英和黑云母。 斜長(zhǎng)石含量約20%, 多呈半自形板柱狀、 長(zhǎng)柱狀, 粒徑多在0. 5mm～1. 7mm 之間, 最大可達(dá)2. 8mm, 堿性長(zhǎng)石含量約5%, 多呈半自形-他形的粒狀及板狀, 粒徑多在0. 5mm ～1. 5mm 之間, 石英含量約10%, 呈他形粒狀, 粒徑在0. 5mm～1. 7mm 間, 一級(jí)黃白干涉色。 黑云母含量約8%, 呈他形片狀, 粒徑多在0. 3mm～1. 7mm 之間。基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu), 并含少量的磁鐵礦。 遭受碳酸鹽化蝕變。 其他露頭處采取安山巖樣品編號(hào)為YJGS39, 具體采樣位置見(jiàn)圖1。

圖2 松木河安山巖(a) 花崗閃長(zhǎng)斑巖(b) 鏡下特征Fig 2. Microscopic Picture of Songmuhe Andesite (a) and Granodiorite Porphyry (b)

2 樣品分析測(cè)試方法

2.1 鋯石U-Pb 定年

如上所述本次采集的樣品均為人工采石場(chǎng)露頭新鮮樣品, 樣品的破碎和鋯石的挑選工作在河北省廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成。 在陰極發(fā)光(CL) 圖像基礎(chǔ)上, 采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜計(jì)(LA-ICPMS) 法對(duì)鋯石進(jìn)行微區(qū)原位單點(diǎn)U-Pb 同位素定年。 試驗(yàn)在吉林大學(xué)完成。 單個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差為1σ, 加權(quán)平均年齡計(jì)算采用的是206Pb /238U 表面年齡的數(shù)據(jù), 置信水平為95%。

2.2 主量、 微量和稀土元素分析

主量、 微量和稀土元素的分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。 其中, 主量元在RigakuRIX 型熒光光譜儀(XRF) 上進(jìn)行, 微量、 稀土元素的分析采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICPMS) 完成。 測(cè)量采用自動(dòng)進(jìn)樣的方式, 以外部標(biāo)準(zhǔn)校正方法進(jìn)行。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb 定年結(jié)果

兩件樣品的鋯石LA-ICPMSU-Pb 定年數(shù)據(jù)列于表1。 鋯石多呈自形—半自形晶, 發(fā)育有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶。 較高的w (Th) / w (U) 值, 松木河安山巖(0. 17 ～0. 65), 花崗閃長(zhǎng)斑巖除繼承鋯石其他17 顆鋯石w (Th) / w (U) 值(0. 12～0. 56) 表明鋯石具有典型的巖漿成因。

圖3 松木河組安山和諧年齡圖圖4 花崗閃長(zhǎng)斑巖山和諧年齡圖Fig 3. Concodia of Songmuhe Formation Andesite

本次工作在長(zhǎng)興幅長(zhǎng)發(fā)水庫(kù)附近采石場(chǎng)安山巖中采取同位素年齡樣品, 采用LA-ICP-MAS 技術(shù)對(duì)挑選出的20 顆鋯石進(jìn)行了分析(表2) 獲得U-Pb 諧和年齡為116±2Ma (n = 12, MSWD = 0. 49) 圖3。五道溝附近早白堊世花崗閃長(zhǎng)斑巖中取一件鋯石U-Pb 同位素測(cè)年樣品, 采用LA-ICP-MS 技術(shù)對(duì)20 顆鋯石進(jìn)行同位素測(cè)年(表2), 獲得諧和年齡113. 5±2 (Ma) (MSWD = 2. 3, N = 12) 圖4。 可以看出松木河組安山巖與北側(cè)花崗閃長(zhǎng)斑巖應(yīng)為同期巖漿巖。 應(yīng)具有相同的產(chǎn)出環(huán)境。

3.2 巖石地球化學(xué)特征

本次工作采取松木河組安山巖稀土、 微量樣品3 套, 花崗閃長(zhǎng)斑巖稀土、 微量樣品測(cè)試結(jié)果如表2。 安山巖具有SiO2含量在58. 49% ～65. 88%。 Al2O3含量為15. 14% ～17. 35%, TiO2為0. 34% ～1. 17%,CaO 含量2. 16% ～4. 70%, MgO 含量為0. 58% ～1. 25%。 Na2O+K2O 含量為6. 09% ～8. 02%, K2O/ Na2O為0. 26～0. 43。 巖石富鈉鉀鈣、 貧鎂。 固結(jié)指數(shù)SI 為3. 95～10. 92, 分異指數(shù)DI 為70. 67～77. 89, 應(yīng)屬于安山巖-流紋巖區(qū), 里特曼指數(shù)σ = 1. 60～3. 74, 平均2. 81 (＜4), 屬巖漿鈣堿性系列。

安山巖稀土配分模式曲線圖(圖5) 上, 曲線呈較陡右傾, 顯示輕稀土富集型, 重稀土虧損, 巖石稀土總量∑REE 為39. 55×10-6～199. 67×10-6, 平均為118. 19×10-6。 輕重稀土比LREE / HREE 為7. 42 ～13. 22。 安山巖微量元素蛛網(wǎng)圖曲線(圖6) 上可以看出其Ta、 Hf 相對(duì)富集, Nb 相對(duì)虧損, LREE 相對(duì)HREE 富集。 Eu 弱正異常, δEu 為1. 03～1. 13。

花崗閃長(zhǎng)斑巖SiO2含71. 451% ～74. 47%。 Na2O 值3. 73 ～4. 31%, K2O 值1. 78 ～2. 74%之間, Na2O+K2O 含量。 為5. 50% ～7. 05%, K2O/ Na2O 為0. 48～0. 64。 在SiO2-K2O 圖解上, 整體具有中鉀鈣堿性系列的特征。

花崗閃長(zhǎng)斑巖的稀土、 微量元素投圖與安山具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)(圖5) 巖石稀土微量特征,曲線呈較陡右傾, 顯示輕稀土富集型, 重稀土虧損, 巖石稀土總量∑REE 為30. 76×10-6～60. 02×10-6。輕重稀土比LREE / HREE 為7. 42～13. 22。 在微量元素蛛網(wǎng)圖曲線(圖6) 上可以看出Ta、 Hf 相對(duì)富集, Nb 相對(duì)虧損, LREE 相對(duì)HREE 富集, Eu 弱負(fù)異常。

圖5 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖(a)Fig 5. REE Chondrite-Normalized Pattern (a)

圖6 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)Fig 6. Trace Element Original Mantle Normalized Cobweb

4 討論

4.1 松木河組安山巖、 花崗閃長(zhǎng)斑巖形成時(shí)代

通過(guò)對(duì)七臺(tái)河地區(qū)松木河組進(jìn)行精確的LA-ICPMSU-Pb 同位素定年測(cè)試研究, 所測(cè)樣品的鋯石主要呈自形-半自形晶, 振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶清晰, 巖漿成因的特征。 鋯石U-Pb 定年結(jié)果表明, 樣品的成巖年齡為(116±2) Ma, 表明松木河組形成時(shí)代為早白堊世晚期。

七臺(tái)河地區(qū)花崗閃長(zhǎng)斑巖獲鋯石U-Pb 諧和年齡113. 5±2 (Ma), 與東北地區(qū)東部相關(guān)報(bào)道的白堊世火山巖年齡相近, 代表的火山巖有延吉地區(qū)明月溝組安山巖(111±4) Ma、 綏芬河地區(qū)的綏芬河組安山巖, 中國(guó)東北地區(qū)東部分布著大面積與本次得到的松木河組安山巖同時(shí)期的火山巖, 說(shuō)明這些火山活動(dòng)處在相同的構(gòu)造域下形成的同時(shí)代火山巖。

4.2 巖石成因和地質(zhì)意義

由于松木河組安山巖與花崗閃長(zhǎng)斑巖具有相同成巖年齡及相似的主量、 微量和同位素地球化學(xué)特征, 反映其具同源巖漿, 只是產(chǎn)出位置不同, 現(xiàn)統(tǒng)一討論巖石成因。 本文所研究的安山巖, 具有富集輕稀土和大離子元素(Ta、 Hf), 無(wú)Eu 負(fù)異常, 其巖漿來(lái)源非單純下地殼熔融特點(diǎn), 并且歐亞大陸東緣北東向發(fā)育同時(shí)期的多樣巖石組合, 應(yīng)該在相同的大地背景條件下形成。

Nb、 Ta、 U、 Hf 作為不相容元素, 在原始巖漿結(jié)晶分異過(guò)程中相對(duì)比較穩(wěn)定, 部分元素?cái)?shù)學(xué)關(guān)系可以作為判別地殼混染的標(biāo)志。 Nb / U 作為一種判別地殼混染的標(biāo)志組合, 原始地幔Nb / U 值較高(Nb / U≈30), 大陸地殼Nb / U 值則較低(Nb / U≈9. 7), 本區(qū)巖巖石Nb / U 平均值為14. 18, 表明物質(zhì)來(lái)源主要是殼?；旌闲纬傻膸r漿。

佳木斯地區(qū)的松木河組期安山巖形成與早白堊世晚期, 結(jié)合前人對(duì)東部同時(shí)期巖漿活動(dòng)的研究, 再結(jié)合區(qū)域上大地構(gòu)造演化歷史, 推測(cè)松木河期巖漿活動(dòng)是在太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的產(chǎn)物[12、13]。對(duì)太平洋板塊何時(shí)向歐亞大陸俯沖現(xiàn)在還有一定的爭(zhēng)論[2、14], 但是可以確定的是侏羅世以后太平洋板塊多次向歐亞大陸俯沖作用, 海底異常條帶和地幔柱時(shí)空分布情況研究也證明在150～90Ma 期間太平洋板塊不斷的向歐亞大陸俯沖[15]。 結(jié)合歐亞板塊東部早白堊世火山巖空間分布和樣式組合分布, 均暗示松木河組安山巖是太平洋板塊在早白堊晚向歐亞板塊下俯沖作用的背景下形成。

5 結(jié)論

(1) 佳木斯板塊七臺(tái)河地區(qū)的松木河組安山巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖形成與早白堊世, 鋯石SIMSU-Pb定年的結(jié)果為(116±2) Ma 和(113. 5±2) Ma。 二者具有相同地球化學(xué)特點(diǎn), 具有相同巖漿源。

(2) 松木河組安山巖是在早白堊晚期太平洋板塊向歐亞板塊俯沖下俯沖作用的背景下形成。