大兴安岭北部永庆林场－十八站花岗岩锆石U-Pb年龄、Hof同位素特征

任邦方，孙立新，程银行，滕学建，李艳锋，郝爽

（天津地质矿产研究所，天津 300170）

大兴安岭北部永庆林场－十八站花岗岩锆石U-Pb年龄、Hof同位素特征

任邦方，孙立新，程银行，滕学建，李艳锋，郝爽

（天津地质矿产研究所，天津 300170）

永庆林场－十八站花岗岩体位于大兴安岭东北部的额尔古纳地块，主要由花岗闪长岩组成，二长花岗岩和石英闪长岩在岩体中零星出露。岩体中锆石呈自形晶，发育振荡生长环带，显示高Th/U比值（0.23～1.35），表明锆石岩浆成因。锆石的LA-ICP-MS U-Pb定年结果为443.5～447.5 Ma，属于晚奥陶世岩浆活动的产物，而非前人所划分为的新元古代。锆石的Hof同位素研究显示，2件花岗岩样品的εHof(t)值分别为-1.1～+2.4和-0.4～+3.6，二阶段模式年龄为1.2～1.5 Ga。结合额尔古纳地块已有的早古生代和中生代花岗岩锆石Hof同位素资料，笔者认为额尔古纳地块不同时代的花岗岩具有相似的模式年龄，其地壳增生的时间主要发生在中-新元古代。目前已有研究表明，兴安地块地壳增生发生在新元古代-显生宙，暗示它们具有不同的地壳演化过程。

额尔古纳；永庆林场－十八站；花岗岩；U-Pb同位素年龄；Hof同位素；地壳增生

大兴安岭地区位于兴蒙造山带的东段，以发育大规模的显生宙花岗岩为特征[1-3]。随着兴蒙造山带正εNd(t)值花岗岩的大量发现，关于显生宙地壳增生作用的问题取得了一系列重要的研究成果。研究显示，大兴安岭地区显生宙以来的花岗岩的源岩具有正εNd(t)和较低的tDM值，被认为是地壳垂向增生过程中源于地幔的年轻地壳物质[2-6]；大兴安岭地区又具有多块体拼合的特点，自北向南分布有额尔古纳、兴安和松嫩地块，花岗岩Nd、Hof同位素资料限定了不同块体的组成不尽相同，反映其地壳增生时间可能存在差异[7-15]。本文所研究的永庆林场－十八站地区的花岗岩位于额尔古纳地块，前人根据其变质变形特征、变质程度及其处于构造糜棱岩化带中，而将其划为新元古代的变质侵入体①黑龙江省地质矿产局第二区域地质调查大队1/20万十八站幅（1989年）、1/20万阿里河幅（1994年），但欠缺精确的年代学资料。本文在前人研究的基础上，对该花岗岩开展了锆石U-Pb同位素年代学和Hof同位素研究，结果表明永庆林场－十八站地区的花岗岩形成于443.5～447.5Ma的早古生代，额尔古纳地块存在新元古代地壳增生事件，这一结果对兴蒙造山带的地质演化研究具有重要意义。

1 地质概况与样品特征

研究区位于大兴安岭地区的东北部，大地构造位置上属于额尔古纳地块（图1）。额尔古纳地块主要由角闪岩相变质的兴华渡口群、绿片岩相变质的佳疙瘩群和少量新元古代花岗质岩石构成其结晶基底。区内花岗岩及中生代火山岩极为发育，古生代地层零星出露。永庆林场－十八站地区的花岗岩出露于额尔古纳地块的东南边缘，黑龙江省塔河县东部的永庆林场－十八站村附近，出露面积约60 km2。前人将永庆林场北部和十八站南部的花岗岩划为新元古代的花岗闪长岩。根据区调资料和笔者野外实地考察，永庆林场－十八站南部花岗岩体由花岗闪长岩、石英闪长岩和二长花岗岩组成，其中花岗闪长岩为该岩体的主体岩性，石英闪长岩和二长花岗岩在岩体中零星出露。岩体岩石以块状构造为主，局部变形较强烈，可见条带状、片麻状构造。

花岗闪长岩：岩石呈灰白色，中细粒花岗结构，块状构造，局部可见条带状、片麻状构造，主要矿物组合为斜长石（45%～50%）、钾长石（10%～15%）、石英（20%～25%）、黑云母和角闪石（10%～15%）。其中斜长石多为中长石和更长石，呈半自形板状，副矿物可见磁铁矿、磷灰石、锆石和榍石等。

图1 永庆林场-十八站岩体地质简图（小）Fig.1 Sim p liofied geo logica lmap o of the Yongqing linchang-Shibazhan granites

石英闪长岩：出露规模较小，岩石呈灰白色，中细粒结构，块状构造，主要矿物组合为斜长石（35%～40%）、钾长石（20%～25%）、石英（10%～15%）、黑云母和角闪石（10%～15%）。其中斜长石呈半自形板状，发育聚片双晶，常见环带结构。副矿物可见磁铁矿、磷灰石和锆石等。

二长花岗岩：岩石呈灰红-肉红色，中细粒花岗结构，块状构造，局部见条带状、片麻状构造。主要矿物组合为石英（15%～25%）、钾长石（25%～30%）、斜长石（35%～40%）、黑云母（5%）、普通角闪石（3%～5%），偶含少量单斜辉石，副矿物为锆石、榍石、磷灰石等。

2 分析方法

本文选择了永庆林场－十八站花岗岩体中3种岩性的3件样品进行锆石U-Pb年龄测定。锆石分选工作由河北省廊坊市区域地质矿产调查研究所实验室完成。锆石样品在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心制靶并进行反射光、透射光及阴极发光图像分析。在对所测锆石样品的显微结构进行详细分析的基础上，采用激光剥蚀等离子体质谱分析技术（LA-ICP-MS）对锆石进行微区原位分析，实验分析测试工作在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成。激光剥蚀系统为美国NewWave公司生产的UP193FX型193 nm ArF准分子系统，激光器来自德国ATL公司，ICP-MS为Agi lient 7500 a型质谱仪。激光器波长为193 nm，脉冲宽度<4 ns，本次实验的激光束斑直径为35μm，Plesovice（206Pb/238U加权平均年龄为337.13±0.37Ma[16]）和Qinghu标准锆石（206Pb/238U加权平均年龄为159.45±0.16Ma[17]）作为外标进行基体校正，NIST SRM612，其中29Si作为内标元素。样品的同位素比值及元素含量计算采用GLITTER-ver 4.0(Macquarie University)程序，普通铅校正采用Anderson[18]提出的ComPbCor r#3.17校正程序，U-Pb谐和图、年龄分布频率图绘制和年龄加权平均计算使用Isoplot/Ex_ver 3[19]程序完成。

在LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年的基础上，对永庆林场－十八站花岗岩体进行了2个样品的锆石微区原位Hof同位素组成分析，在天津地质矿产研究所实验测试室激光剥蚀多接收器等离子体质谱仪（LA-MC-ICP-MS）上进行测定的，激光束斑直径为50μm，激光剥蚀时间为26 s，测定中采用He气作为剥蚀物质载气，利用标准锆石GJ-1对仪器状态进行监控并对样品进行外部校正。详细测试流程以及仪器运行条件等参见文献[20]。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb同位素年龄

本次研究的3件样品的分析结果列于表1，锆石阴极发光图像如图2，U-Pb谐和图如图3所示。由于所测定的岩石均形成于早古生代，其结果以206Pb/238U年龄计算，单个分析点的分析误差为1σ，但加权平均后的同位素年龄误差为2σ。

表1 永庆林场-十八站花岗岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测年结果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb Isotope date o of zircons ofrom Yongqing linchang-Shibazhan granites

续表1

图2 永庆林场-十八站花岗岩的锆石阴极发光图像Fig.2 CL im ages o of zircons ofrom the granites in Yongqing linchang-Shibazhan area

图3 永庆林场-十八站花岗岩体的锆石U-Pb谐和图Fig.3 Concordia U-Pb p lots o of zircons ofrom granites in Yongqing linchang-Shibazhan area

样品21TW25采自永庆林场西约12 km处，采样点位置N52°23.090'，E124°54.207'，岩性为中细粒二长花岗岩，岩石局部可见片麻状构造。锆石呈自形晶，晶体多为长柱状，粒度介于100～300μm之间，长宽比为2/1～4/1之间。锆石阴极发光图像（图2）显示，该组锆石发育清晰的振荡环带，为岩浆结晶锆石。36个岩浆锆石的测试结果表明，所测锆石的同位素分析数据均落在谐和线上及其附近（图3a），36个数据的206Pb/238U年龄加权平均值为443.5±1.7Ma，MSWD=1.13，代表了该岩体的结晶年龄。

样品21TW27采自永庆林场东约10 km处，采样点位置N52°24.898'，E125°12.191'，岩性为中细粒石英闪长岩，锆石多以短柱状半自形－自形晶为主，粒度介于100～200μm之间，长宽比介于1/1～2/1之间，阴极发光图像显示（图2），锆石内部结构清晰，发育轻微的振荡环带，锆石U-Pb同位素测年结果显示，Th/U比值介于0.32～1.35，具有典型的岩浆成因特征。33个分析测试点均落在谐和线上及其附近（图3b），加权平均年龄为447.5±4.4Ma，MSWD=5.9，这个年龄应该代表了该岩体的结晶年龄。

样品21TW28采自十八站南10 km处，采样点位置N52°22.258'，E125°28.336'，岩性为中－中细粒花岗闪长岩，锆石多为半自形－自形晶，以短柱状为主，粒度介于100～150μm之间，长宽比介于1/1～2/1之间，锆石阴极发光图像（图2）显示，所测锆石均具有轻微的振荡环带，锆石测试结果显示，34个分析测试点均落在谐和线上及其附近（图3c）,加权平均年龄为447.4±2.1Ma，MSWD=1.5，代表了该岩体的结晶年龄。

如上所述，永庆林场－十八站花岗岩体三个样品的岩浆锆石U-Pb同位素年龄为443.5～447.5Ma，表明岩浆侵位结晶的时间为早古生代。

3.2 锆石Hof同位素

永庆林场－十八站花岗岩体的锆石微区原位Hof同位素分析结果见表2。在εHof(t)和模式年龄计算过程中，二阶段模式年龄采用平均地壳的ofcc（-0.548）[21]进行计算，t为样品形成时间，λHof=1.867×10-11a-1， (176Lu/177Hof)CHUR=0.0332，(176Hof/177Hof)CHUR,0=0.282772; (176Lu/177Hof)DM=0.0384，(176Hof/177Hof)DM=0.28325[22]。所有锆石均具有较低的176Lu/177Hof和176Yb/177Hof比值，说明锆石在形成以后具有较低的放射成因Hof的积累，所测定的176Hof/177Hof比值基本代表了其形成时体系的Hof同位素组成。

样品21TW25共计分析了20个点，除5颗锆石的176Hof/177Hof比值略低外（<0.282 505），其余锆石分析点数据比较均一，分布于0.282 505～0.282 570之间，加权平均值为0.282 524±0.000 012(2σ,n=20)(图4a)。εHof(t)范围在-1.1～+2.4，二阶段Hof模式年龄(tDM2)变化范围为1 278～1 492Ma，平均为1 383Ma。

表2 永庆林场－十八站花岗岩锆石的Lu-Hof同位素分析结果Table 2 In situ Lu-H of isotopic ana lyses o of the zircon ofrom Yongqing linchang-Shibazhan granites

样品21TW28共计分析了20个点，除2颗锆石的176Hof/177Hof比值略低外（<0.282 508），其余锆石分析点数据比较均一，分布于0.282 508～0.282 593之间，加权平均值为0.282 534±0.000 013(2σ，n=20) (图4b)。εHof(t)范围在-0.4～+3.6，二阶段Hof模式年龄(tDM2)变化范围为1213～1460Ma，平均为1348Ma。

4 讨论

4.1 永庆林场－十八站花岗岩体的形成时代

前人根据变质变形特征、变质程度及当时对区域构造关系的认识，而将永庆林场－十八站花岗岩体划为新元古代的变质侵入体（本文首页角注），但缺乏精确的同位素年代学证据。本文对前人原划分为新元古代的花岗岩体进行了锆石U-Pb同位素测年，3个样品中半自形－自形晶岩浆锆石的测试结果显示，所测样品的分析测试点基本都落在谐和线上及其附近，表明了这些年龄应代表岩浆侵位结晶年龄。测定结果表明，永庆林场－十八站岩体的不同岩性样品均具有一致的年龄，其岩浆结晶年龄介于443.5～447.5Ma，表明该岩体是早古生代晚奥陶世岩浆活动的产物，而并非前人所认为的新元古代侵入体。该岩体与大兴安岭北部塔河花岗岩体(480～494Ma)、内河岩体(500Ma)、白银纳岩体(460Ma)、查拉班河岩体(465～481Ma)、莫尔道嘎地区太平川矿区南部的巨斑状钾长花岗岩体（444～458Ma）和漠河县洛古河岩体(504～517Ma)的时代基本一致[10，12，23-24]。从上述资料看，早古生代花岗岩在额尔古纳地块上普遍存在，其时代为440～500Ma。

4.2 锆石Hof同位素特征对额尔古纳地块属性的制约

额尔古纳地块发育有大量的早古生代和中生代花岗岩，研究显示，大兴安岭地区显生宙以来的花岗岩的源岩具有正εNd(t)和较低的tDM值，被认为是地壳垂向增生过程中源于地幔的年轻地壳物质[2-4]。最新的Hof同位素研究结果表明，额尔古纳地块花岗岩具有较大的εHof(t)值变化范围，早古生代花岗岩的εHof(t)值主要介于1.5～3.8之间，二阶段模式年龄为1.1～1.4Ga[10]；中生代早侏罗世花岗岩的εHof(t)值主要介于-3.7～5.41、中侏罗世花岗岩的εHof(t)值主要介于7.25～11.64，二阶段模式年龄为1.1～1.4 Ga[8,12]；早白垩世花岗岩的εHof(t)值主要介于1.32～8.23，二阶段模式年龄为0.9～1.1Ga[14]；中三叠世花岗岩的εHof(t)值主要介于-3.94～2.19，二阶段模式年龄为1.1～1.5Ga[11]。

本文研究的2件花岗岩样品的εHof(t)值分别为-1.1～+2.4和-0.4～+3.6，二阶段模式年龄为1.2～1.5Ga，与早古生代花岗岩和中生代花岗岩基本相同。在εHof(t)-t图解上（图5），这些花岗岩体的数据都落在球粒陨石演化线附近而且分布相对集中。一般认为具有正εHof(t)值的花岗质岩石来自亏损地幔或从亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融[8]。而本文研究的花岗岩样品除个别锆石的εHof(t)值为负值外，绝大多数锆石具有正的εHof(t)值。结合邻区及前人的研究资料[8，10-15]，其较老的二阶段Hof模式年龄（平均为1.3Ga）反映了源区可能为中元古代增生的地壳物质。从上述资料可知，额尔古纳地块不同时代的花岗岩具有相似的模式年龄，表明额尔古纳地块在中－新元古代时期曾发生过一次重要的地壳增生事件。而最新的研究显示兴安地块的地壳增生时间主要发生在新元古代－显生宙[8-9]，晚于额尔古纳地块。因此，大兴安岭北部的额尔古纳地块和兴安地块各自具有不同的地壳增生时间，也暗示它们具有不同的早期地壳演化历史。

图4 永庆林场－十八站花岗岩体的锆石Hof同位素特征Fig.4 Zircon Hof isotopic ofeatures o of the Yongqing linchang-Shibazhan granites

图5 永庆林场－十八站花岗岩锆石εH of(t)-t图解Fig.5εHof(t)-t p lot ofor the zircons o of the Yongqing linchang-Shibazhan granites

5 结论

（1）大兴安岭北部永庆林场－十八站花岗岩锆石的LA-ICP-MSU-Pb同位素定年结果表明，本区原定为新元古代的花岗岩为早古生代花岗岩，其侵位结晶时代为443.5～447.5Ma。结合本区和邻区其它早古生代花岗岩体的锆石U-Pb同位素年龄，可限定大兴安岭北部地区早古生代花岗岩浆活动的时限为440～500Ma。

（2）岩体的锆石Hof同位素表明，额尔古纳地块不同时代的花岗岩具有相似的模式年龄，其地壳增生的时间主要发生在中－新元古代，而兴安地块地壳增生主要发生在新元古代－显生宙，说明两地块具有不同的早期地壳演化历史。

致谢:本研究在分析测试各环节中，先后得到了河北省区域地质矿产调查研究所实验室、天津地质矿产研究所同位素实验室、中国科学院青藏高原所实验室等相关单位和个人的大力支持与帮助。岳雅慧、宋培平、耿建珍为样品测试、数据处理提供了帮助，成文过程中赵凤清研究员对本文提出许多宝贵修改意见，周红英教授级高工对文稿提出建设性意见，使本文得以完善，在此表示诚挚的谢意。

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Abstract:The Yongqinglinchang-Shibazhan granites are located in the Eerguna block in the northeastern Da Hinggan Mountains,and mainly consist oof granodiorite,w ith m inor adamellite and quartz diorite.The zircon grains separated ofrom the granodiorite sample in the Yongqinglinchang-Shibazhan granites show generally euhedral oform w ith ofine oscillatory zoning on their CL images,and high Th/U ratios(0.23～1.35),which exhibit the ofeaturesoofmagmatic zircons.LA-ICP-MS zircon U-Pb dating reveals that the Yongqinglinchang-Shibazhan granites emplaced at443.5～447.5Ma,belonging to the products oof upper Ordovicianmagmatism,not to the Neoproterozoic recognized and categorized by predecessors.Zircon Hof isotope characteristics indicate that two granotoid samples have zirconεHof(t)values ranging ofrom-1.1 to+2.4 and-0.4 to+3.6,w ithmodelages ofrom 1.2Ga to 1.5 Ga.Combined w ith previous zircon Hof isotope data obtained ofrom Early Paleozoic and Mesozoic granites in the Eerguna block,the authorshold that the graniteshave the sim ilarmodelagesalthough they were oformed in diofoferentgeological ages.Meanwhile it indicates that the crustal accretion event oof Eerguna block occurredmainly in M iddle and Neo-Proterozoic period.Previous studies indicate that the Xing’an block accreted in Neoproterozoic-Phanerozoic.Itsuggests that they have the diofoferent tectonic naturesand evolvementhistory.

Keywords:Eerguna;Yongqinglinchang-Shibazhan;granite;U-Pb isotope dating;Hof isotope;crustalgrow th

Zircon U-Pb Ages,H of isotopic Characteristicsoof the Yongqinglinchang-Shibazhan Granites in the Northern Da Hinggan M ountains,Northeastern China

REN Bang-ofang,SUN Li-xin,CHENGYin-hang,TENG Xue-jian,LIYan-ofeng,HAO Shuang
(Tianjin Instituteoof Geology and M ineralResources,CGS,Tianjin 300170,China)

P597+3

A

1672－4135（2012）02－0109-09

2012-04-17

国土资源部大调查项目：兴蒙造山带中古老陆块性质与成矿背景综合研究（1212011085478）

任邦方（1981-），男，助理研究员，地球化学专业，主要从事区域地质与地球化学研究工作，Email:bangofangren@126.com。