佳木斯地块角闪黑云花岗质片麻岩的锆石定年及其地质学意义：新元古代结晶基底的证据

吕长禄，冯俊岭，郑卫政，任凤和，王强茂

（1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；2.黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江 哈尔滨150036；3.国土资源实物地质资料中心，河北 三河065201）

黑龙江省东部的佳木斯地块是兴蒙造山带中要的微地块之一，是我国东北地区的一个重要大地构造单元。对它的详细研究对于认识古亚洲洋的发展和演化以及了解我国东北地区的构造格架具有重要的意义。

佳木斯地块位于黑龙江省东部，由位于鸡西－牡丹江、桦南和萝北等三个地区出露面积不等的麻山群和黑龙江群组成［1］。麻山群主要分布在地块的内部，黑龙江群主要分布在地块的西、南侧边缘（图1－a）。麻山群主体为低角闪岩相－麻粒岩相变质岩系，其主要岩石类型有长英质片麻岩、石墨片岩、矽线石榴片麻岩、大理岩等，其原岩与孔兹岩系相当［2－4］。部分地区麻山群变质程度较低，被称为兴东群［1，4］。黑龙江群为经历蓝片岩相－绿片岩相变质的构造岩系，主要岩石类型有蓝片岩、绿片岩、云母钠长片岩、大理岩、变玄武岩、变辉长岩、蛇纹石化橄榄岩及相应的糜棱岩，其原岩基本上与蛇绿混杂岩相当［2，5］。长期以来，麻山群和黑龙江群都被认为是太古宙、古元古代或中元古代的变质地层［1－2，6－7］，但最近研究结果表明，该地块麻粒岩相变质作用发生在500Ma左右，并且存在515M～527Ma深成岩，揭示晚泛非造山作用的存在［8－12］。根据非协和的年龄推测可能还存在1500Ma左右的火成岩［11］。此外，对黑龙江群的认识也有了很大的进展，认为黑龙江群是佳木斯地块边缘发育的一套增生－碰撞杂岩［5，13－20］。虽然前人进行了大量工作，但对于佳木斯地块是否存在前寒武纪结晶基底并没有给出令人信服的证据，尤其是麻粒岩相变质事件的500Ma左右的SHRIMP锆石U－Pb年龄主要来源于副变质片麻岩，对于恢复麻山群的演化历史具有不确定性。基于上述研究基础，本文选取牡丹江穆棱地区反映佳木斯地块麻山群中最具典型的正变质片麻岩（角闪黑云花岗质片麻岩）进行研究，研究发现这些花岗质片麻岩实际上是尚未从麻山群中解体出的古老变质侵入体，利用LA－ICP－MS技术，对花岗质片麻岩进行了精确的锆石U－Pb同位素的年代学研究，该研究成果对讨论黑龙江东部佳木斯地块的基底时代和性质，以及本地区的早期地质演化具有重要意义。

1 研究区地质背景

研究区位于佳木斯地块的南缘穆棱地区，出露的地层有麻山群、黑龙江岩群和中新生代沉积岩系。此外还发育大量前寒武纪花岗质片麻岩及少量晚古生代花岗岩（图1－b）。

麻山群主要为一套灰色片麻岩和斜长角闪岩，遭到高角闪岩相到麻粒岩相的变质作用，普遍发生混合岩化。同时也存在大量变质深成侵入体（花岗质片麻岩）。变质深成侵入体（花岗质片麻岩）占主要地位，而邻近的西麻山和柳毛地区，副变质片麻岩占主要地位。条带状混合岩的基体为角闪岩质，大量的脉体为长英质，并强烈揉皱成肠状褶曲（图2－a）。变质深成侵入体主要由角闪黑云花岗质片麻岩（图2－b）及少量眼球状黑云母花岗片麻岩（图2－c）组成。眼球状黑云母花岗片麻岩中的眼球为斜长石、钾长石的变斑晶，此外，石英和长石具有文象结构，局部保留有典型的变余似斑状结构，说明原岩应该是粗粒花岗岩；角闪黑云花岗质片麻岩具鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，由浅色与暗色相间的条带平行排列构成，浅色条带为长英质，暗色条带主要由黑云母富集而成。显微镜下局部见角闪黑云花岗质片麻岩中石英包裹斜长石、微斜长石微晶，说明其为正变质岩（图2－d）。变质深成侵入体之间均表现为构造接触或渐变过渡关系。从岩体的片麻理与围岩片理总体产状协调一致推断，岩体变形改造作用是区域变形变质作用的结果。

黑龙江岩群主要由蓝片岩、绿片岩、大理岩、长英质糜棱岩、变辉长岩、变基性火山岩等组成。麻山群表现为自北向南的冲断岩片，构造叠置在黑龙江岩群之上。

中生代沉积岩系由白垩系穆棱组砂岩、粉砂岩和海浪组砂砾岩组成，不整合覆盖在麻山群之上。

图1 研究区地质构造简图

图2 样品宏观照片（a－c）和镜下显微照片（d）

区内侵入岩主要以前寒武纪花岗质片麻岩为主，少量为晚二叠世石英闪长岩、花岗闪长岩。前寒武纪花岗质片麻岩分布于麻山群中，晚二叠世花岗闪长岩呈北东向产出，侵入黑龙江岩群。蛇纹石化超基性岩，原划为元古宙侵入岩［1］。经野外观察，它是以冲断岩片形式构造定位的超基性岩，不具有岩浆侵入体的特征。

2 样品及其岩石学特征

用于同位素测年的样品Y020取自新兴村－常兴村一带麻山群中的角闪黑云花岗质片麻岩，GPS坐标：E130°26′52″，N44°51′28″（图1－b）。

岩石风化面黄褐色，新鲜面灰白色，具鳞片粒状变晶结构，片麻状构造。岩石主要由角闪石少量、黑云母10%～15%、斜长石30%、钾长石35%和石英20%～25%组成。暗色矿物角闪石、黑云母和浅色粒状矿物斜长石、钾长石、石英，各自聚集成连续、断续相间的平行条带状排列。

角闪石：粒状，个别见六边形，褐绿色，多色性较明显，多色性Ng＇－绿色，Np＇－浅黄绿色，柱面一组节理C∧Ng＇＝15°，横切面具角闪石式解理。

黑云母：片状定向排列，黄褐色，多色性明显，一组极完全解理。

斜长石：粒状，聚片双晶发育，双晶带较宽且均匀，为钙长石。局部可见双晶笔直细密，为更长石。晶面有星散绢云母化分布。粒径0.1～1.8mm。

钾长石为微斜长石，具有格子状双晶，粒径0.08～2mm。

石英：它形粒状、浑圆状，和长石、黑云母相间分布。偶见石英水滴状分布在长石中。个别见石英中包裹斜长石、微斜长石微晶。石英粒径2.5mm以下。

在暗色矿物角闪石和黑云母聚集位置可见有少量石榴石变斑晶分布，具有极高突起，全消光。

3 分析方法

样品的破碎和锆石分选由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。锆石制靶、阴极发光照相在北京锆石领航科技有限公司扫描电子显微镜上获取。锆石U－Pb定年在天津地质矿产研究所同位素实验室完成，使用仪器为Neptune电感耦合等离子体质谱仪和193nm激光取样系统（LA－ICP－MS）对锆石进行微区原位单点U－Pb测年。激光剥蚀的斑束为35μm，能量密度为13～14J/cm2，频率为8～10 Hz，实验中采用高纯氦气作为剥蚀物质的载气。锆石标样采用TEMORA标准锆石，数据处理采用中国地质大学（武汉）Liu等［21］编写的程序和Ludwig的Isoplot程序进行作图［22］，采用208Pb对普通铅进行校正，以扣除普通Pb的影响测试结果。利用NIST612作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。

4 分析测试结果

本文对角闪黑云花岗质片麻岩样品进行了LAICP－MS U－Pb年代学测试，锆石阴极发光图像见图3，年代学分析数据见表1、表2。

锆石一般为自形晶，长柱状为主，粒径多介于100～150μm之间，长宽比值多为2∶1～4∶1，锆比较清晰，但锆石的边部普遍出现变质边和交代域，显示岩石受到后期变质作用的影响。上述特征与该样品发育片麻状构造的特征相吻合。锆石Th/U比值介于0.1 71～0.91之间，为岩浆结晶锆石［23－25］。上述特征显示该样品的原岩应为岩浆岩，与野外观察结果相吻合，其中对角闪黑云花岗质片麻岩的锆石进行了25个测点分析。其中2个点U、Pb含量过低，数据异常，已删除。测年结果显示，除5个测试点偏离谐和曲线外，其余18个测试数据均分布在谐和线上（图4），并且18个测点集中分布，206Pb/238U加权平均年龄为892.0±3Ma（n＝18，MSWD＝4.2），应代表片麻岩的原岩年龄；另外5个测点位于锆石的边部，206Pb/238U年龄分别为647Ma、645Ma、590Ma、499Ma和499Ma，较集中在646Ma和499Ma两期，可能是后期变质事件的年龄。其中最后一期变质年龄499Ma和前人对麻山群变质年龄的认识较一致［8－13］。

表1 锆石LA－ICP－MS U－Pb

表2 锆石LA－ICP－MS U－Pb年龄数据

图3 锆石CL图像

图4 锆石的U－Pb谐和图（a）及加权平均年龄图（b）

5 讨论和结论

佳木斯地块前寒武纪基底岩系麻山群的同位素年代学研究始于20世纪80～90年代。曾获得2539Ma的紫苏辉石的Ar－Ar年龄和2251MaPb－Pb年龄［1，7］。认为麻山群的变质时间为太古代；曹熹等［2］也报道了大量的Rb－Sr和Sm－Nd年龄。但wilde等［9，12］、李锦轶等［13］对上述年龄的可靠性提出质疑，有的是因为测试对象是碎屑锆石，不能作为结晶基底的直接证据［10－11，13，26］。刘静兰［27］与Simon Wilde等［9］对麻山群单颗粒锆石进行SHRIMP测年，获得U－Pb年龄（502±10）Ma，Wilde等［12］又发表了进一步的测年数据（525±12）Ma～（507±12）Ma，并据此提出中国东北的晚泛非岩浆活动事件。Wilde等［11］对佳木斯地块柳毛地区中的变闪长岩进行了锆石SHRIMP U－Pb定年，锆石颗粒核部的年龄变化较大，无法得到协和的岩石形成年龄。颉颃强［28］等对新兴村－常兴村一带麻山群中条带状混合岩进行了SHRIMP锆石U－Pb定年，获得了490～1004Ma年龄数据，这些年龄数据比较分散，并且每段年龄都无法得到合理的加权平均年龄，其中490～531Ma年龄被认为是麻山岩群的变质年龄，843～1004Ma年龄被认为可能指示区域上存在新元古代的结晶基底。本次角闪黑云花岗质片麻岩892.0±3Ma LA－ICP－MS U－Pb年龄的获得，表明角闪黑云花岗质片麻岩原岩形成于新元古代，并且经历了泛非运动的影响［29］，为佳木斯地块存在元古宙的陆壳结晶基底提供了确凿证据。

无独有偶，吴广［30］在额尔古纳地块南缘绿林林场兴华渡口群变质表壳岩中的二云母石英片岩中获得碎屑锆石SHRIMP年龄892±20Ma，表明额尔古纳地块也存在9亿年左右的构造－岩浆热事件。另外根据北天山南带柳园花岗片麻岩中获得的锆石U－Pb年龄为880±31Ma［31］，柴达木北缘的花岗片麻岩中获得多组锆石U－Pb年龄均在950～870Ma之间［32］，阿尔金的阿克塞一带辉长岩的Sm－Nd等时线年龄为829±60Ma［33］，证明新元古代初期祁连与阿尔金地带均发生过汇聚和俯冲的构造作用。此外，万天丰［34］也认为华南各板块和中朝各板块在这一时间段（1000～800Ma：青白口纪）普遍汇聚、碰撞。上述资料表明该期造山运动在新元古代初期非常普遍，相当于晋宁运动，略晚于发生在北美的格林威尔造山运动，是一次超大陆的聚合过程。可能暗示这次岩浆事件是佳木斯、额尔古纳等地块碰撞、拼合成为统一结晶基底时期的产物。

致谢：本研究在测试分析等各环节中，先后得到了河北省区域地质矿产调查研究所实验室、北京锆石领航科技有限公司、天津地质矿产研究所同位素实验室等相关单位的大力支持和帮助。在此一并表示衷心的感谢。

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