黑龍江南蛤拉河子地區(qū)早侏羅世侵入巖成因及構(gòu)造環(huán)境分析①

朱敬賓

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754

南蛤拉河子地區(qū)處于張廣才嶺巖漿巖帶南部，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈，侵入巖廣泛分布，以不同產(chǎn)狀、不同規(guī)模、不同巖石類型產(chǎn)出。共劃分90 多個(gè)大小不等的巖體。研究區(qū)內(nèi)侵入巖主要由中酸性-酸性巖漿巖組成，巖石類型有石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、英云閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖、堿長(zhǎng)花崗巖等，經(jīng)歷了燕山期構(gòu)造巖漿活動(dòng)期。筆者通過幾年的調(diào)查研究，通過侵入巖的接觸關(guān)系、巖石礦物學(xué)、地球化學(xué)特征以及鋯石U-Pb 同位素測(cè)年數(shù)據(jù)等，劃分了研究區(qū)內(nèi)的早侏羅世侵入巖演化序列，并對(duì)其成因、構(gòu)造環(huán)境及就位機(jī)制進(jìn)行了探討。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)前中生代地層區(qū)劃歸屬為張廣才嶺-完達(dá)山地層大區(qū)伊春-尚志地層小區(qū)內(nèi)，中新生代地層屬濱太平洋地層區(qū)，進(jìn)一步劃分為張廣才嶺-南樓山地層分區(qū)[1]。出露地層主要為古生界下二疊統(tǒng)楊木崗組、中生界下侏羅統(tǒng)二浪河組以及新生界各類成因沉積等。所處大地構(gòu)造位置：一級(jí)構(gòu)造單元為西伯利亞板塊；二級(jí)構(gòu)造單元為興蒙古生代造山帶；三級(jí)構(gòu)造單元為小興安嶺-張廣才嶺巖漿弧[2]。發(fā)育有大面積中生代中性-中酸性-酸性侵入巖。

2 巖石礦物學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)侵入巖漿活動(dòng)主要為中生代，最早始于中生代早侏羅世，至中侏羅世均有強(qiáng)度不等的侵入地質(zhì)記錄，且規(guī)模大、活動(dòng)頻繁、侵入強(qiáng)烈，出露面積大，以酸性巖為主，呈團(tuán)塊狀、條帶狀、不規(guī)則狀近NE 向分布，共劃分出3 個(gè)填圖單位[3-4]，分別為黑云母石英閃長(zhǎng)巖（δοJ1）、黑云母花崗閃長(zhǎng)巖（γδJ1）、黑云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγJ1）。黑云母石英閃長(zhǎng)巖（δοJ1），巖石風(fēng)化面灰-灰黃色，新鮮面淺灰-灰白色，具（中）細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由石英（15%）、斜長(zhǎng)石（55%）、角閃石（20%）及黑云母（8%）等組成[5]。黑云母花崗閃長(zhǎng)巖（γδJ1），巖石呈灰白色，具（中）細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，由石英（20%）、斜長(zhǎng)石（45%）、堿性長(zhǎng)石（25%）及黑云母（10%）等組成。二長(zhǎng)花崗巖（ηγJ1），巖石呈淺灰-灰白色，具中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由石英（20%）、堿性長(zhǎng)石（25%）、斜長(zhǎng)石（40%）及黑云母（8%）組成。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

3.1.1 黑云母石英閃長(zhǎng)巖（δοJ1）

研究區(qū)共采集黑云母石英閃長(zhǎng)巖9 件，SiO2的含量較低（61.44%～67.67%），平均為65.37%；Na2O 含量（2.52%～3.2%），平均為2.95%，K2O含量（1.54%～2.61%），平均為2.08%；全堿含量（ALK=4.41%～5.74%）高而且相對(duì)穩(wěn)定，平均為5.03%（表1）[4]。巖石的里特曼指數(shù)（δ）為0.8～1.35，均小于3.3，為鈣堿性巖石系列。在SiO2-TFe/MgO 圖解中樣品絕大數(shù)落入鈣堿性系列[4]，在AFM 圖解中也落入鈣堿性系列（圖1），AR=1.48～1.85，在SiO2-AR 圖解中所有樣品全部落入鈣堿性系列中（圖2）。在SiO2-K2O 圖解上所有樣品全部落入中鉀鈣堿性系列。CaO 含量為3.53%～5.41%，平均為4.36%，巖石Al2O3普遍較高，為15.54%～17.54%，平均為16.25%，A/CNK=1.06～1.21，均小于1.1，屬于弱過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖，顯示出了典型的“Ⅰ”型花崗巖的特征[6]。

表1 黑云母石英閃長(zhǎng)巖主量元素分析結(jié)果表（10-2）Table 1 Main element analysis results table of biotite quartz diorite（10-2）

圖1 AFM 圖解[7]Fig.1 AFM diagram

圖2 花崗巖類SiO2-AR 圖解[8]Fig.2 SiO2-A.R diagram for granite

3.1.2 黑云母花崗閃長(zhǎng)巖（γδJ1）

研究區(qū)在不同巖體采集黑云母花崗閃長(zhǎng)巖樣品 13 件，測(cè)試結(jié)果顯示 SiO2的含量較低（62.03%～75.7%），平均為67.8%；低于黎彤等定義的中國(guó)花崗巖類的平均值(71.63%)[9]。K2O含量（2.25%～4.84%），平均為3.24%（大于3.2%），Na2O 含量（2.48%～5.38%），平均為3.87%；全堿含量（ALK=4.74%～8.08%）高而且相對(duì)穩(wěn)定，平均為7.11%[4]（表2）。

巖石的里特曼指數(shù)（δ）為0.88～3.04，均小于3.3，為鈣堿性巖石系列。在AFM 圖解中樣品全部落入鈣堿性系列（圖3），AR=1.68～3.74，在SiO2-AR 圖解中樣品絕大數(shù)樣品落入鈣堿性系列[4]。在SiO2-K2O 圖解上樣品絕大數(shù)落入高鉀鈣堿性系列，三個(gè)樣品落入中鉀鈣堿性系列。巖石Al2O3普遍較高（13.02%～17.79%），平均為15.46%，A/CNK=0.88～1.21，多數(shù)低于1.1，另據(jù)A/CNK-A/NK 圖解（圖4）進(jìn)一步將其劃分為準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)花崗巖，具有I 型花崗巖的特征。CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算中各樣品多出現(xiàn)剛玉（C）（0.1%～4.07%），多數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1%，反映巖漿物質(zhì)來源與地殼有關(guān)[10]。巖石DI值為69.9～91.7，SI 值為5.8～13.8，高的DI 值，低的SI 值，表明巖漿結(jié)晶分異程度較好[11]。

表2 黑云母花崗閃長(zhǎng)巖主量元素分析結(jié)果表（10-2）Table 2 Main elements analysis table of biotite granodiorite（10-2 ）

圖3 AFM 圖解[7]Fig.3 AFM diagram

圖4 花崗巖類A/CNK-ANK 圖解[8]Fig.4 SiO2-A.R diagram for granite

3.1.3 黑云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγJ1）

研究區(qū)在不同巖體共采集黑云母二長(zhǎng)花崗巖樣品4 件。從分析結(jié)果[4]可看出：①巖石富SiO2，SiO2的含量變化69.75%～73.97%之間，平均為71.87%。堿質(zhì)含量高，且相對(duì)富K2O，Na2O+K2O含量變化在6.19%～8.59%之間，平均為7.4%；K2O/Na2O 平均為1.35。②巖石的里特曼指數(shù)（δ）為1.38～2.38，均小于3.3，為鈣堿性巖石系列。在AFM 圖解中三個(gè)樣品落入鈣堿性系列，一個(gè)樣品落入拉斑玄武巖系列[4]。在SiO2-AR 圖解上兩個(gè)樣品落入堿性系列區(qū)域，兩個(gè)樣品落入鈣堿性系列區(qū)域[4]。③在SiO2-K2O 圖解上樣品全部落入高鉀鈣堿性系列（圖5）。④巖石Al2O3普遍較高（13.4%～15.1%），平均為14.3%，A/CNK=1.03～1.28，僅一個(gè)樣品大于1.1。

圖5 花崗巖類SiO2-K2O 圖解Fig.5 SiO2-K2O diagram for granite

在A/CNK-A/NK 圖解（圖6）中，樣品全部落入過鋁質(zhì)區(qū)域。CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算中各樣品均出現(xiàn)剛玉（C）（1.55～4.31），反映巖漿物質(zhì)來源與地殼有關(guān)[12]。所有這些特征顯示其具有I-S 型花崗巖的特征。

圖6 花崗巖類A/CNK-ANK 圖解Fig.6 A/CNK-ANK diagram for granite

3.2 稀土元素和微量元素特征

3.2.1 黑云母石英閃長(zhǎng)巖（δοJ1）

黑云母石英閃長(zhǎng)巖稀土元素及微量元素分析結(jié)果顯 示，其 ω(∑REE)介于 123.85×10-6～151.81×10-6，ω(LREE)介于114.63×10-6～142.4×10-6，ω(HREE) 介 于 9.22×10-6～ 13.90×10-6，ω(LREE/HREE)介于8.52～15.06（表3，表4）。

表3 黑云母石英閃長(zhǎng)巖稀土元素分析結(jié)果及特征參數(shù)一覽表Table 3 Summary of analysis results and characteristic parameters of REEs in biotite quartz diorite

表4 黑云母石英閃長(zhǎng)巖微量元素分析結(jié)果及特征參數(shù)一覽表Table 4 Summary of analysis results and characteristic parameters of trace elements in biotite quartz diorite

稀土總量較低，相對(duì)富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，其虧損可能與源區(qū)殘留石榴石有關(guān)。（La/Yb）N=9.16～22.01，輕重稀土分餾明顯，基本沒有Eu 異?；蚵跃呷醯恼鼸u（δEu=0.75～1.03），屬于上地殼經(jīng)不同程度的部分熔融形成的花崗巖類，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線表現(xiàn)為明顯的右傾（圖7）。由原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖8）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 高場(chǎng)強(qiáng)元素和P 相對(duì)虧損，具有明顯的負(fù)異常特征，Ti 的虧損程度隨巖漿演化而增加，表明巖漿經(jīng)歷了磷灰石、鈦鐵礦、榍石等含Ti 礦物的分離結(jié)晶作用[12]。

圖7 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線Fig.7 REE distribution curve standardized by the chondrite

圖8 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.8 Trace element distribution curve standardized by the original mantle

3.2.2 黑云母花崗閃長(zhǎng)巖（γδJ1）

早侏羅世黑云母花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素及微量元 素 分 析 結(jié) 果[4]顯 示，其 ω(∑REE)介 于104.7×10-6～180.24×10-6，ω(LREE/HREE)介 于5.94～23.4。巖石稀土總量較低，相對(duì)富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，（La/Yb）N=5.43～33.05，輕重稀土分餾明顯，基本無Eu 異?；蚵跃呷醯恼鼸u 異常（δEu=0.52～1.27），平均為1.04，屬于上地殼經(jīng)不同程度的部分熔融形成的花崗巖類，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線表現(xiàn)為明顯的右傾，略具“V”字型（圖9）。由原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素圖上（圖10）可以看出，大離子親石元素Rb、Sr、U、Th、K、Zr 的富集，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、P、Ti 的強(qiáng)烈虧損，Ti 的虧損程度隨巖漿演化而增加，反映巖漿物質(zhì)來源與地殼有關(guān)。

圖9 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線Fig.9 REE distribution curve standardized by the chondrite

圖10 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.10 Trace element distribution curve standardized by the original mantle

3.2.3 黑云母二長(zhǎng)花崗巖（ηγJ1）

早侏羅世黑云母二長(zhǎng)花崗巖稀土元素及微量元素分析結(jié)果[4]顯示，ω(∑REE)介于74.27×10-6～155.73×10-6，ω(LREE/HREE)介于3～16.73。輕稀土富集，重稀土虧損，（La/Yb）N=2.06～21.52，輕稀土分餾程度較重稀土更為顯著，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線表現(xiàn)為明顯右傾的“V”字型（圖11），Eu 負(fù)異常顯著（δEu=0.31～0.74）。微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖12），細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖顯示較明顯的Nb、Ti、P 的負(fù)異常，相對(duì)富Rb、Th、U、K、Sr 等大離子親石元素，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti 的強(qiáng)烈虧損，反映了巖漿物質(zhì)的來源與地殼有關(guān)。

圖11 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線Fig.11 REE distribution curve standardized by the chondrite

圖12 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.12 Trace element distribution curve standardized by the original mantle

4 早侏羅世侵入巖成因類型

花崗巖是地殼中分布最廣的一種酸性火成巖，亦是造山帶的重要組成部分，通過花崗巖成因了解大陸造山帶的形成和演化一直以來都是地球科學(xué)研究的前沿課題。七八十年代以來，花崗巖分類取得了一系列令人矚目的成就，如Chappell 和White[13]通過澳大利亞拉克倫造山帶花崗巖研究將其分為I 型和S 型兩大類，I 型為未經(jīng)風(fēng)化的火成巖熔融形成的巖漿產(chǎn)物，S 型是以泥質(zhì)巖為主的風(fēng)化的沉積巖熔融形成的巖漿產(chǎn)物。Collins[14]將產(chǎn)于非造山環(huán)境相對(duì)不含水的堿性花崗巖定義為A 型花崗巖。

測(cè)區(qū)內(nèi)該期侵入巖巖石地球化學(xué)特征表明，早侏羅世侵入巖隨SiO2含量增加，巖石從閃長(zhǎng)質(zhì)包體-石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)花崗巖，DI 值進(jìn)一步升高，SI 值進(jìn)一步降低，顯示巖漿結(jié)晶分異程度愈來愈高，演化更徹底的特點(diǎn)；CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉含量不斷增加，輕重稀土分餾逐漸增強(qiáng)，稀土總量逐漸增高，輕稀土富集程度逐漸增強(qiáng)，重稀土不斷富集，Eu 從無異?；蚵跃呷跽惓５綇?qiáng)烈負(fù)異常；稀土配分曲線從輕稀土富集右傾型變?yōu)橛覂A的V 字型[15]。所有這些巖石地球化學(xué)特征顯示早侏羅世花崗巖主要為殼源熔融形成的S 型花崗巖，在ACF 圖解（圖13）上所有樣品全部落入S 型花崗巖區(qū)域。石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖A/CNK 含量變化不大，且均小于1.1%，Na2O/K2O 大于1，顯示其具有I 型花崗巖的特征，在K2O-Na2O 圖解（圖14）上絕大多數(shù)樣品落入I 型花崗巖區(qū)域，I 型花崗巖主要發(fā)育于大洋-大陸匯聚板塊邊緣，其形成可能經(jīng)歷了大陸邊緣陸殼之下楔形地幔的部分熔融，以及與上覆地殼不同程度的混源[15]。這些特征表明石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖巖石組合，具有I-S 型花崗巖的特征，而二長(zhǎng)花崗巖類成因類型主要為S 型。通過前人研究資料表明，區(qū)域上該期花崗巖的87Sr/86Sr 主要集中在0.705～0.716 之間，顯示出具有殼?；旌铣梢蛐畔16]。

圖13 花崗巖類ACF 圖解[17]Fig. 13 ACF diagram for granite

圖14 A、I、S 型花崗巖類判別圖解[14]Fig. 14 Discriminant diagram for A,I and S Granite

5 構(gòu)造環(huán)境分析

（1）早侏羅世黑云母石英閃長(zhǎng)巖

該期侵入巖δ 平均值為1.13，A/CNK 值為1.08，其Rb/Sr（0.12～0.19）值較小，而K/Rb（191～355）值較大，具同熔型花崗巖特征（劉英俊等）[18]，在K2O/Na2O 圖解中投點(diǎn)均位于“I”型花崗巖區(qū)，以上均反映為”型花崗巖的特征。

在TFeO (FeOt+MgO)-SiO2、TFeO-MgO、TFeO+MgO-CaO 三組圖解中[4]，三組投圖樣品均落入IAG+CAG+CCG 區(qū)域內(nèi)，根據(jù)其A/CNK值均小于1.1，確定其不可能是CCG 型，結(jié)合其Na2O/CaO 小于4.0；MgO/MnO 值位于2.0～38.0區(qū)間；Al2O3/（Na2O+K2O）值均大于1.1，綜上反應(yīng)其為 CAG 型，屬大陸弧花崗巖[9]。在Rb-(Y+Nb)圖解中位于火山弧花崗巖(VAG)區(qū)。故研究區(qū)內(nèi)早侏羅世石英閃長(zhǎng)巖的形成應(yīng)與太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖有關(guān)，在俯沖作用下，在大陸上形成的巖漿弧巖石，形成近北東向的鈣堿性構(gòu)造花崗巖帶。

（2）早侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖

早侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖其δ 平均值為0.87～2.6，A/CNK 值平均值為0.99～1.23，其Rb/Sr（0.24～1.23）值較小，而K/Rb（95.8～379）值較大，具同熔型花崗巖特征[18]，，在K2O/Na2O圖解中投點(diǎn)均位于“I”型花崗巖區(qū)[4]，以上均反映為“I”型花崗巖的特征。在 TFeO T（ FeO+MgO ） -SiO2中 部 分 樣 品 落 入IAG+CAG+CCG 中，部分樣品落入POG 區(qū)域，在TFeO-MgO、TFeO+MgO-CaO 圖解中[4]，兩組投圖樣品均落入IAG+CAG+CCG 區(qū)域內(nèi)，根據(jù)它們的A/CNK 值多數(shù)小于1.1，確定其不可能是CCG 型，結(jié)合其地球化學(xué)特點(diǎn)：Na2O/CaO＜4.0；MgO/MnO 值位于2.0～38.0 區(qū)間；Al2O3/（Na2O+K2O）值均大于 1.1，綜上反應(yīng)其為CAG 型，屬大陸弧花崗巖。在Rb-（Y+Nb）圖解中位于火山弧花崗巖（VAG）區(qū)。所以測(cè)區(qū)內(nèi)早侏羅世花崗閃長(zhǎng)巖類是太平洋板塊在早侏羅世繼續(xù)向歐亞大陸板塊俯沖作用下構(gòu)造巖漿巖帶的產(chǎn)物[4]。

（3）早侏羅世二長(zhǎng)花崗巖

該期侵入巖類通過對(duì)其巖石地球化學(xué)分析，屬于S 型花崗巖類。按照巴爾巴林[19]的劃分觀點(diǎn)，相當(dāng)于其劃分的高鉀鈣堿性花崗巖類（高鉀低鈣-KCG 型）。在Maniar＆Piccoli[20]提出的TFeO(FeOt+MgO)-SiO2、Al2O3-SiO2兩組判別圖解中，絕大多數(shù)樣品落入POG 區(qū)域內(nèi)，屬后造山花崗巖類，與巴爾巴林劃分的KCG 型一致[19]。在Nb-Y 圖解中位于火山弧花崗巖(VAG)區(qū)和同碰撞花崗巖（Syn-COLG）區(qū)，在（Y+Nb）/Rb圖解進(jìn)一步投圖位于火山弧花崗巖(VAG)。

在Condie[21]的Th/Yb-La/Yb 圖解中，所有樣品全部落入大陸邊緣區(qū)，說明該期侵入巖是太平洋板塊俯沖在歐亞大陸板塊之下，在大陸上形成的巖漿弧巖石。由Bechelor[22]年提出的R1-R2因子判別圖可進(jìn)一步加以印證，此方法涉及到占火成巖質(zhì)量95%以上的八種元素的氧化物，充分的考慮到了巖石總體化學(xué)特征，具有很多優(yōu)點(diǎn)，在此圖解中石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖主要落入板塊碰撞前和地幔分異區(qū)域（圖15），體現(xiàn)了殼?；旌铣梢驒C(jī)制。而二長(zhǎng)花崗巖類主要落入同碰撞區(qū)域，反映了早侏羅世侵入巖從中性到酸性，構(gòu)造環(huán)境從俯沖到同碰撞連續(xù)變化過程，早侏羅世二長(zhǎng)花崗巖類很可能是環(huán)太平洋增生地體的佳木斯板塊與西側(cè)的張廣才嶺地塊碰撞造山作用形成的。

圖15 花崗巖類構(gòu)造環(huán)境判斷圖解[21-22]Fig. 15 Discriminant diagram for tectonic setting of granite

6 結(jié)論

（1）研究區(qū)早侏羅世花崗巖類巖石主要為石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)花崗巖，石英閃長(zhǎng)巖和花崗巖閃長(zhǎng)巖Na2O/K2O＞1，而二長(zhǎng)花崗巖Na2O/K2O＜1，顯示從中性到酸性陸殼成分增多的趨勢(shì)。

（2）巖石總體由低鉀拉斑系列過渡為鈣堿性系列，最后為高鉀鈣堿性系列，而研究表明，島弧巖漿巖組合以鈣堿性I 型花崗巖為主，同碰撞侵入巖主要以高鉀鈣堿性系列強(qiáng)過鋁質(zhì)S 型花崗巖為主。

（3）從研究區(qū)早侏羅世花崗巖類微量元素蛛網(wǎng)圖分析，明顯虧損Nb、P、Ti 元素，并在Nb、P、Ti 三處出現(xiàn)向下凹陷，在K、（Rb）、Ba、Th、Ce、Sm（Hf）出現(xiàn)向上隆起，構(gòu)成了大陸弧的“三弧”隆起特征。

（4）研究區(qū)早侏羅世所有花崗巖類樣品構(gòu)造環(huán)境圖解均進(jìn)一步證明了從中性到酸性，構(gòu)造環(huán)境從俯沖到同碰撞連續(xù)變化過程。