黑龙江塔溪地区晚古生代后造山花岗岩特征及其地质意义

杨文鹏，赵 超，尹国良，张生旭，孙江军

(黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江 哈尔滨 150036)

黑龙江塔溪地区晚古生代后造山花岗岩特征及其地质意义

杨文鹏，赵 超，尹国良，张生旭，孙江军

(黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江 哈尔滨 150036)

位于兴蒙造山带东端的黑龙江塔溪地区花岗岩主要岩石类型为二长花岗岩和正长花岗岩，锆石U-Pb( LA-ICP-MS)同位素测年结果为295～285 Ma，表明形成于晚古生代。岩石地球化学以弱过铝质、中—高钾为特征，总体表现为：高钾钙碱性系列，轻稀土元素富集，重稀土元素相对亏损，弱—中等δEu负异常，大离子亲石元素(LILE)Rb、La富集，Ba、Sr亏损，高场强元素(HFSE)Ce、Zr、Hf、Th富集，Nb、Ta亏损。推测花岗质岩浆曾发生壳幔混染作用，有更多壳源物质参与，显示后造山I型花岗岩特征。认为花岗岩形成于挤压向伸展转换的后造山环境，为兴安地块与松嫩地块碰撞拼合的后造山阶段产物。

锆石U-Pb年龄；晚古生代；花岗岩；后造山；塔溪地区；黑龙江

0 引 言

图1 塔溪地区地质简图[1]Fig.1 Simplified geological map of Taxi area[1]1.古生代地层；2.中生代地层；3.新生代地层；4.新生代火山岩；5.花岗闪长岩；6.二长花岗岩；7.正长花岗岩；8.中生代花岗岩；9.测年/硅酸盐岩样品位置

西伯利亚板块、华北板块及太平洋板块围限区域之兴蒙造山带东端主要由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块、布列亚—佳木斯地块组成(图1(a))[1]，是研究该造山带岩浆活动及构造演化的关键地区。布列亚—佳木斯地块与松嫩地块于泥盆纪之前沿牡丹江断裂碰撞拼合[1]，额尔古纳地块与兴安地块于古生代早期沿喜桂图旗—新林一线拼合[1-5]，兴安地块与松嫩地块沿贺根山—嫩江—黑河构造带拼合，但对其拼合时代有3种观点：晚古生代[6-10]、早中生代[11-12]及二者具有一致的Nd模式年龄，为统一的兴安—松嫩地块，所表现的构造差异由中生代八里罕—嫩江走滑断裂所致[1,13-15]。正因兴安地块与松嫩地块的拼合位置及时代存在较大的争议，才使其具有更为重要的研究意义，研究区处于二者接壤部位，即东乌珠穆沁旗—嫩江—黑河构造带中。本文以该区分布的二长花岗岩及正长花岗岩为主要研究对象，通过岩石学、地球化学特征及锆石U-Pb( LA-ICP-MS)同位素年龄，深入研究与探讨其形成时代、成因及形成的构造背景，为兴蒙造山带东端的兴安地块与松嫩地块最终拼合位置及时代提供新的地质资料。

1 地质背景

图2 塔溪地区二长花岗岩岩石野外及显微照片(正交偏光)(Kfs.钾长石;Qtz.石英;Pl.斜长石)Fig.2 Field outcrops and photomicrographs(crossed-nicols)of the rocks from the monzogranite in Taxi area(Kfs.K-feldspar;Qtz.Quartz;Pl.Plagioclase)

2 岩石学及矿物学特征

研究区二长花岗岩(bPm208-30)呈浅肉红色，中细粒花岗结构，块状构造；矿物成分：斜长石体积百分含量为31%，钾长石体积百分含量为31%，石英体积百分含量为35%，黑云母体积百分含量为4%；斜长石呈灰白色，半自形板柱状，粒径0.4～0.8 mm，具不发育的环带结构，次生变化较强烈，被白云母、绢云母、绿帘石交代，杂乱分布；钾长石呈肉红色，它形粒状，大小不均匀，粒径0.5～2.5 mm，颗粒新鲜，格子双晶发育，较粗大的颗粒常含斜长石石英包体；石英呈它形粒状，粒径0.5～1.5 mm，波状消光强烈；黑云母呈半自形细片状，粒径0.2～0.5 mm，零星分布。副矿物主要为锆石、磷灰石、辉石、榍石和磁铁矿(图2)。

正长花岗岩(bD0017)呈浅肉红色，中细粒花岗结构，块状构造；矿物成分：斜长石体积百分含量为15%，条纹长石体积百分含量为58%，石英体积百分含量为25%，黑云母体积百分含量为2%；斜长石呈灰白色，半自形板状，粒状，聚片双晶细密隐约显示，更长石见受应力双晶弯曲，粒径0.3～1.5 mm，条纹长石，它形粒状，格子双晶较发育，条纹呈脉状、纹状，粒径0.5～3 mm；石英呈它形粒状，多个细粒镶嵌，波状消光，变形条带，粒径0.3～2.5 mm；黑云母呈鳞片状，部分褪色为白云母、绿泥石。副矿物主要为锆石、磷灰石、榍石、黄铁矿和磁铁矿。

3 锆石U-Pb年龄(LA-ICP-MS)

在研究区二长花岗岩(D0016)采取一组U-Pb年龄样品，采样点距杨树村北2.5 km处，坐标为东经126°12′33″和北纬49°36′24″(图1(b))。

3.1 样品制备及分析方法

将样品粉碎至60目，采用电磁选方法和人工重砂淘洗进行预富集，在镜下挑选出锆石，将其和标准锆石TEM固定在环氧树脂上，并对锆石靶进行镀金和抛光，拍摄反射光、透射光及阴极发光照片。

图4 塔溪地区花岗岩锆石U-Pb谐和图Fig.4 Zircon U-Pb concordian diagrams from the granites in Taxi area

锆石分选由河北省区域地质矿产调查研究所完成，锆石阴极发光图像、微量元素含量及U-Th-Pb同位素测定在中国地质大学(北京)科学研究院实验中心完成，所用仪器为阴极荧光光谱仪(型号Mono CL3+)，利用激光等离子体质谱法(LA-ICP-MS)进行分析。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal完成，详细的仪器操作条件和数据处理方法见参考文献[16]。U-Pb同位素测定采用锆石标准91500作为外标进行同位素分馏校正，每分析5个样品点，分析2次91500。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用91500的变化采用线性内插方法进行校正。锆石U-Pb谐和图绘制采用Ludwing Squid1.0程序和Isoplot ver3.0程序[17]。

3.2 分析结果

锆石阴极发光电子图像中锆石多为短柱状到长柱状，长宽比2∶1～3∶1，自形到半自形，晶形完好，晶棱与晶面清晰，具较明显的岩浆振荡环带构造(图3)，Th/U比值在0.2～0.9之间(表1)，显示岩浆型锆石特征，对该样品进行了25个锆石颗粒的测定，每个锆石点位测试数据在谐和线上较为集中，所有测试样点的206Pb/238U年龄加权平均值为(295.8±1.7)Ma，MSWD=0.31(图4)，代表了二长花岗岩原岩的结晶年龄，同时在研究区北部正长花岗岩(D0017)中获得了一组(285.7±2.2) Ma较谐和的U-Pb年龄，代表了正长花岗岩原岩的结晶年龄(图4)。

图3 塔溪地区二长花岗岩(D0016)锆石阴极发光(CL)图像Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images of zircon from the monzogranite (D0016)in Taxi area

样品号含量/10-6PbU232Th/238U比值206Pb/238U年龄/Ma±1σ207Pb/235U年龄/Ma±1σ207Pb/206Pb年龄/Ma±1σD0016⁃1105197750412829342971033262D0016⁃29918672040182964295929251D0016⁃31262315049572944294929351D0016⁃412823328056592924293829444D0016⁃568124320542129252921229176D0016⁃626449545035292984299730435D0016⁃718734218041393034304830943D0016⁃815428475048632944294929553D0016⁃921737132072682964302835239D0016⁃1023443455045712964296729634D0016⁃1121536902077122964296829641D0016⁃12114212590442429642961029564D0016⁃139817713057572965296929652D0016⁃1427649011064292954298732537D0016⁃15100171580755129752961029463D0016⁃1620439077029652974300831940D0016⁃1738642208803295629521299146D0016⁃1815327749050602994299829946D0016⁃1999193510249529452941029456D0016⁃2078139390602729552951229472D0016⁃2123442967045902974297829642D0016⁃2215328702042202944294929449D0016⁃2315728284056312974297929254D0016⁃241883555034432964305937549D0016⁃2553959906196294529218278126

注：表中数据已对204Pb进行了校正，年龄误差为1σ。

4 岩石地球化学特征

塔溪地区花岗岩的主量元素、微量元素及稀土元素分析数据(表2—表4)。

4.1 主量元素特征

二长花岗岩SiO2含量为75.03%～76.14%，全碱(Alk)含量较高，Na2O含量为4.38%～4.98%，K2O含量为2.44%～3.80%；正长花岗岩SiO2含量为71.54%～73.26%，全碱(Alk)含量较高，Na2O含量为3.80%～4.33%，K2O含量为4.56%～5.38%；里特曼指数σ<3.3(介于1.62～2.93)，为钙碱性岩石，在SiO2-K2O图解(图5(a))中投影点落于钙碱性系列-钾玄岩系列区，以高钾钙碱性系列为主；山德指数(A/CNK)介于1.05～1.16，为弱过铝质岩石，投影点落入后造山花岗岩区(图5(b))[19]。分异指数(DI)为92.34～95.51，表明岩浆酸性程度较高，分异演化作用较强。

表2 塔溪地区花岗岩类主量元素分析测试结果(wB/ % )

图5 塔溪地区花岗岩SiO2-K2O图解(a)[18]和A/NK-A/CNK图解(b)[19]Fig.5 SiO2 versus K2O(a)[18]and A/NK versus A/CNK(b)[19]diagrams of granites in Taxi areaCAG.大陆弧花岗岩类；CCG.大陆碰撞花岗岩类；CEUG.与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类；IAG.岛弧花岗岩类；POG.后造山花岗岩类；RRG.与裂谷有关的花岗岩类；OP.大洋斜长花岗岩

4.2 稀土及微量元素特征

研究区稀土元素总量(∑REE)162.46×10-6～260.25×10-6，明显高于陆壳平均值(165.35×10-6)[20]；LR/HR比值为11.41～18.59，在经球粒陨石标准化后的REE配分图解中(图6(a))，显示明显的LREE富集、HREE亏损的左低右高的右倾型式，HREE配分曲线呈近似水平状，δEu值介于0.35～0.87之间，表现为弱—中等的Eu负异常。

在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上(图6(b))，二长花岗岩与正长花岗岩具有相同的曲线配分型式，大离子亲石元素(LILE)富集Rb、La和亏损Ba、Sr，不相容元素Nd及Zr、Hf、Ce、Th等高场强元素(HFSE)和亏损Nb、Ta，高场强元素相对大离子亲石元素亏损，Sr、Ba元素具明显负异常，表明在岩浆演化过程中斜长石参与了强烈的结晶分异作用。

5 讨 论

5.1 岩浆成因及构造环境

塔溪地区花岗岩主要岩石类型为二长花岗岩及正长花岗岩，SiO2含量介于71.54%～76.14%之间，平均含量74.26%，为酸性岩类中的高钾钙碱性岩石系列，弱过铝质，与Maniar和Piccoli[19]划分的后造山花岗岩类(POG)具有相似的地球化学特征及岩石组合。岩石薄片鉴定结果显示岩石中黑云母矿物多为原生黑云母，另经人工重砂样品鉴定结果表明，岩石中副矿物为辉石、锆石、磷灰石、磁铁矿及榍石且以榍石常见为特征，CIPW标准矿物中出现磁铁矿及少量刚玉分子，其含量<1%。主量元素中Na2O含量(3.80%～4.98%)>3.2%、w(K2O)/w(Na2O)低，介于0.50～0.95(<1)，样品中P2O5含量随SiO2含量的增高而降低，Y与Th含量随Rb含量的增高而增高，与I型花岗岩的变化趋势相一致(图7(a))，稀土元素具有弱—中等的δEu负异常(0.35～0.87)，微量元素相对富集大离子亲石元素(LILE)而亏损高场强元素(HFSE)。从上述岩石的矿物组成、主量元素、微量元素及稀土元素特征看，研究区二长花岗岩及正长花岗岩显示了Ⅰ型花岗岩的特征[24]，属于Ⅰ型花岗岩。

表3 塔溪地区花岗岩类稀土元素分析测试结果(wB/ 10-6 )

表4 塔溪地区花岗岩类微量元素分析测试结果(wB/10-6)

图6 塔溪地区花岗岩稀土配分曲线((a)据Boynton[21]，1984)和微量元素蛛网图((b)据Sun和McDonough[22]，1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns((a) after Boynton[21]，1984)and primitive mantle-normalized trace element spidergrams of Taxi area((b) after Sun and McDonough[22],1989)

图7 塔溪地区花岗岩SiO2-P2O5图解(a)和(La/Yb)N-δEu图解(b)(底图据Chappell[23]，1999)Fig.7 SiO2 vs. P2O5(a)and(La/Yb)N vs. δEu(b)diagrams of granites in Taxi area(after Chappell[23],1999)

相关研究表明I型花岗岩是M型与S型花岗岩两个端元岩浆混合的产物[25-27]，东北地区晚古生代兴安地块显生宙花岗岩具有低初始锶和正的XNd(t)值(介于0.6～0.8之间)和相对低的Nd模式年龄(介于0.5～1.0 Ga)，表明它的形成有大量地幔物质的参与，壳幔混合是其形成的主要机制[28]，从(La/Yb)N-δEu图解(图7(b))可以看出，研究区大部分样品位于壳源区，部分位于壳幔源区，微量元素Nb/La比值(0.2～0.8，平均值0.4)和Rb/Nb(5.6～25.1，平均值12.0)分别低于和高于地壳(分别为0.7和4.5)的平均值[29]，Rb/Sr比值(1.09～2.50，平均值1.45)明显高于中国东部上地壳平均值(0.31)[30]和全球上地壳平均值(0.32)[31]，上述特征表明研究区花岗岩成因类型为I型花岗岩，花岗质岩浆主要来源于地壳，而微量元素Rb、Th、Zr、Hf正异常，亦表明了本期花岗质岩浆应具有更多壳源物质，在岩浆形成与演化过程中有幔源岩浆的加入，应属壳幔混源下综合作用的产物，然而花岗质岩浆源区来源极其复杂多样[32]，本文又缺少Sr、Nd、O、Pb等同位素资料，仅凭现有的资料还不能对花岗质岩浆源区做出较为准确的判断，因此对研究区花岗岩的源区有待进一步研究。

在Rb-(Y+Nb)、R1-R2、Al2O3-SiO2、SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)构造环境判别图解(图8)及A/NK-A/CNK图解(图5(b))中样品投影点落入后碰撞花岗岩区(post-COLG)和后造山花岗岩区(POG)，表明研究区花岗岩为弱过铝质、高钾钙碱性岩石系列后造山I型花岗岩，形成于挤压向伸展转换的后造山环境。

图8 塔溪地区花岗岩构造环境判别图解Fig.8 Discrimination diagrams of tectonic setting for the granites from Taxi area(a)Rb-(Y+Nb)判别图解(底图据Pearce[33]，1984)：VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；WPG.板内花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩；post-COLG.后碰撞花岗岩；(b)R1-R2判别图解(底图据Batchelor和Bowden[34]，1985)：1.地幔分离；2.板块碰撞前；3.板块碰撞后；4.造山晚期；5.非造山；6.同碰撞期；7.造山期后；(c)Al2O3-SiO2判别图解(底图据Maniar和Piccoli[19]，1989)；(d)SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)判别图解(底图据Maniar和Piccoli[19]，1989)；CAG.大陆弧花岗岩类；CCG.大陆碰撞花岗岩类；CEUG.与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类；IAG.岛弧花岗岩类；POG.后造山花岗岩类；RRG.与裂谷有关的花岗岩类

5.2 对兴安地块与松嫩地块碰撞拼合时代及位置的限定

沿二连浩特—东乌珠穆沁旗，嫩江—黑河地区发育着广泛的北东向造山后A型花岗岩(292～260 Ma)[8,35-38]；苏尼特左旗—西乌珠穆沁旗及研究区东北部霍龙门地区发育有同碰撞期花岗岩(351～315 Ma)[39-40]；在嫩江出露的334 Ma(Rb-Sr等时线年龄)的蓝闪片岩及大兴安岭北部的(333±8) Ma(U-Pb谐和年龄)的塔河辉长岩，表明约在330 Ma，存在着板片的消减作用[3,41]；大兴安岭十二站岩体(298±2) Ma[7]与研究区二长花岗岩及正长花岗岩(侵位结晶年龄分别为(295.8±1.7)Ma和(285.7±2.2) Ma，时代厘定为晚石炭世—早二叠世)，为后碰撞花岗岩类。一个完整的造山期由早至晚大致可分为：活动边缘(大洋板块俯冲)→碰撞(陆块初始主碰撞，伴随高压变质作用)→后碰撞(常为陆内环境，主海洋已关闭，大陆块体沿巨型剪切带仍有大量水平方向的运动)→板内(整个大陆块的单极旋转运动)，而造山后A型花岗岩与主碰撞期时间间隔约为40 Ma或70～25 Ma，后碰撞花岗岩与主碰撞期时间间隔约为50 Ma或50～20 Ma[42-47]。因此，兴安地块与松嫩地块在330～260 Ma的晚古生代沿二连浩特—贺根山—嫩江—黑河一线完成拼合，两地块间大洋板块的俯冲时限约为330 Ma，主碰撞期时限为330～315 Ma，后碰撞期时限为300～280 Ma，最后阶段A型花岗岩的形成标志着整个造山期的结束，板内期的来临，即约从260 Ma起转为稳定的板内构造演化阶段，在其约70 Ma的碰撞拼合过程中历经了一个从大洋板块的俯冲消减、主碰撞期、后碰撞期和造山期后伸展阶段的完整的造山期岩浆演化作用。

6 结 论

(1)塔溪地区花岗岩锆石U-Pb年龄(LA-ICP-MS)为295～285 Ma，表明其为晚古生代岩浆活动产物，主量元素、微量元素及稀土元素研究表明其为弱过铝质、高钾钙碱性岩石系列后造山I型花岗岩，形成于挤压向伸展转换的后造山环境。

(2)兴安地块与松嫩地块在330～260 Ma经历了从大洋板块的俯冲消减、主碰撞期、后碰撞期及造山期后伸展阶段的一个完整的岩浆演化作用。

致谢：本文撰写过程中得到了中国地质大学(武汉)地球科学学院张旺生教授的热情指导，修改过程中审稿专家提出了建设性的宝贵意见，在此一并表示衷心的感谢。

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Characteristics and Geological Implications of the Late Paleozoic Post-orogenic Granite in Taxi Area of Heilongjiang

YANG Wenpeng,ZHAO Chao,YIN Guoliang,ZHANG Shengxu,SUN Jiangjun

(Geological Survey Institute of Heilongjiang, Harbin,Heilongjiang 150036,China)

The granites in Taxi area, located in the east of the Xingmeng orogenic belt,are mainly composed of syengranite and monzogranite.The zircon U-Pb( LA-ICP-MS) age analyses from the granites is from 295 to 285 Ma,suggesting that it is the production of Late Paleozoic.According to macroscropical evidences it shows that the studied granite is weakly peraluminous,with middle to high K and the high K calcalkaline series,and that the result of the samples are enriched in light rare earth elements and depleted in heavy rare earth elements with weakly to moderate pronounced Eu anomalies. Evidences of the trace elements show that it is enriched in Rb,La and depleted in Ba,Sr of the LILE and enriched in Ce,Zr,Hf,Th and depleted in Nb,Ta of the HFSE. It is indicated that granitic magma crust and mantle contamination had occurred, with the participation of more crust source material, displaying the characteristics of post-orogenic I type granite. We concluded that the granites formed in extruded to stretch conversion post-orogenic environment,and that it is the product of post-orogenic evolution after the collision of Xing’an Block and Songnen Block.

zircon U-Pb age;Late Paleozoic;granite;post-collision;Taxi area; Heilongjiang

2015-11-02；改回日期：2016-03-10；责任编辑：戚开静。

中央财政专项基金项目“黑龙江1∶5万嫩北农场四队、座虎滩公社、杨树村、沐河屯幅区域地质矿产调查”(1212011220430)。

杨文鹏，男，工程师，1984年出生，资源勘查工程专业，主要从事区域地质矿产调查与研究工作。

Email：214139670@qq.com。

P588.1

A

1000-8527(2016)06-1244-10