嫩江科洛地区晚侏罗世深熔花岗岩对嫩江—黑河构造带的响应

2018-06-21杨晓平谭红艳

中国地质调查 2018年3期

杨晓平，汪岩，杨超，谭红艳

(1.中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳 110034； 2.吉林大学地球科学学院，长春 130061)

0 引言

嫩江科洛地区位于黑龙江西北部，大兴安岭和小兴安岭的交汇部位，松嫩地块与兴安地块拼贴带东段的嫩江—黑河构造带内，是区域上重要的构造活动区域和成矿有利部位。在嫩江—黑河构造带的性质及构造演化方面，一直分歧较大。有学者认为其为嫩江—八里罕断裂的北延部分[1]、贺根山—嫩江—黑河缝合带的东北段[2-3]、早中生代拼合构造带[4]、中晚侏罗世伸展构造带[5]等；但更多学者将其与二连—贺根山—扎兰屯构造带相联系，构成西伯利亚板块东南缘的早石炭世碰撞缝合带[6-7]。目前学者多依据岩石的构造属性和年代学研究构造带晚古生代变质事件，对中生代构造演化过程中的地质建造报道较少。本文通过嫩江—黑河构造带内地层、岩石进行野外调查、采样等工作，为进一步研究嫩江—黑河构造带的活动提供新的素材。在嫩江地区地质调查工作中，新发现一套晚侏罗世深熔花岗岩体，岩石普遍发育变形构造：构造变形较强部位矿物细粒化明显，形成花岗质糜棱岩和花岗质初糜棱岩；较弱部位粒度较粗，形成糜棱岩化花岗岩、花岗质碎裂岩和混合花岗岩。研究表明岩石的形成与嫩江—黑河构造带在中晚侏罗世的变质深熔作用有关。本文获得的晚侏罗世深熔花岗岩带的岩石学和年代学等资料，将为深入研究嫩江—黑河断裂带在中生代的活动特征提供新的构造建造证据。

1 区域地质概况

研究区位于松嫩地块与兴安地块的最终拼合位置(图1)，地质建造主要由早石炭世构造片麻岩、早中二叠世构造片岩、晚石炭世—早二叠世花岗质糜棱岩和晚侏罗世深熔花岗岩等构造单元组成。晚侏罗世深熔花岗岩主要分布于科洛杂带中部，呈NNE向带状展布、不规则状零星展布，出露面积155.21 km2(图2)，由25个侵入体组成，呈岩墙、岩株状产出，侵位于早古炭世混合岩带中心部位，南部被新生代火山-沉积岩不整合覆盖。深熔花岗岩普遍遭受不同程度的动力变质作用，边部形成碎裂和糜棱岩带，受后期断裂构造破坏，形成多个断块。前人曾将其划为新元古代交代型花岗岩，并视为与表壳岩伴生的变质深成侵入岩。受变质深熔作用影响，早石炭世科洛构造片麻岩出露地表的岩石普遍遭受混合岩化作用，发育条带状、眼球状、肠状、雾迷状构造。这套变质深熔(混合岩化)的岩石主要由基体(角闪岩、斜长角闪岩、角闪黑云斜长片麻岩等)和长英质脉体组成。

图1 嫩江—黑河地区大地构造位置

1.新生代沉积盆地； 2.新生代火山岩带； 3.松嫩盆地； 4.早白垩世火山盆地； 5.早—中二叠世构造片岩带； 6.早石炭世科洛构造片麻岩带； 7.晚侏罗世深熔花岗岩带； 8.早石炭世花岗质糜棱岩带； 9.测年采样点； 10.韧性断层

图2嫩江科洛地区地质构造简图

Fig.2GeologicalstructuresketchofKoloareainNenjing

早石炭世科洛构造片麻岩与其下部深熔花岗岩接触带附近岩石中新生脉体较多，含量在50%～85%之间，以顺层发育为主，多为原地重熔变质分异形成的，向上脉体逐渐减少，以切层发育为主，为沿构造裂隙贯入形成的半原地新生脉体，显示下部深熔作用强，向上趋于减弱的特点。根据脉体在混合岩中所占的比例可将混合岩划分为4个类型：混合岩化岩石(脉体所占比例<15%)、混合岩(脉体所占比例15%～50%)、混合片麻岩(脉体所占比例50%～85%)和混合花岗岩(脉体所占比例>85%)。研究区内变质深熔岩系中4个类型均有发育，但受隆升滑脱作用影响，出露的连续性、规律性不好，故此，将研究区的变质深熔岩系划归为两类：新生脉体大量聚集所占比例>85%的划归为混合花岗岩，即深熔型花岗岩；新生脉体所占比例<85%的划归为混合片麻岩。

晚侏罗世深熔花岗岩与早石炭世科洛构造片麻岩密切伴生，属表壳岩混合岩化产物。从其产出状态看，大规模岩体产出的构造层位位于科洛构造片麻岩之下，其内可见片麻岩残片；岩枝、岩脉多沿变质表壳岩片麻理或同构造形成的张裂隙、剪裂隙产出，脉体厚度多在几厘米至几十米，具伟晶状、细晶状非典型花岗质结构，属原地、半原地重熔结晶形成的花岗岩。晚侏罗世深熔花岗岩整体呈穹型隆起状侵入华力西期变质岩。大规模侵入体发育的糜棱叶理及碎裂定向与围岩片麻理、糜棱叶理基本协调，说明深熔型花岗岩侵位后与围岩又共同遭受NNE向剪切作用，最终呈构造平行接触。

2 岩石学特征

晚侏罗世深熔花岗岩岩石类型复杂，宏观上为一套具非典型花岗岩结构的深熔型侵入体。同一位置不同部位采集的样品显示岩石结构成分变化很大，岩石多发育交代结构、碎裂结构、糜棱结构，块状构造、斑杂状构造、眼球状构造、片麻状构造和肠状构造等，与片麻岩多发生同构造变形(图3)。

图3深熔花岗岩与片麻岩构成的肠状构造(左)和同构造变形(右)

Fig.3Enterolithicstructure(left)andcontemporaneousdeformationstructure(right)formedbyanatecticgraniteandgneiss

晚侏罗世深熔花岗岩整体呈穹形隆起状侵入科洛构造片麻岩，局部有小的岩枝、岩脉沿构造薄弱带侵入呈脉状的早石炭世花岗岩、科洛构造片麻岩中。大规模侵入体发育的糜棱叶理及碎裂定向与围岩片麻理、糜棱叶理基本协调，说明深熔型花岗岩侵位后与围岩又共同遭受NNE向剪切作用，最终呈构造平行接触。代表岩石类型如下。

(1)含石榴子石混合花岗岩(图4左)。岩石呈交代结构和交代蠕英结构。石英含量为20%～30%，粒状，有裂纹，波状消光，少拉长。斜长石含量为60%～70%，板状，部分聚片双晶较宽，具环带，为中长石，部分双晶纹细密，为更长石，常包裹石英、黑云母，边缘少被绿帘石交代，晶体边缘与石英、钾质接触处少见蠕英结构。钾长石含量5%～10%，它形。黑云母含量3%，暗褐色片状，平行消光。石榴子石含量1%，全消光，正高突起。

(2)含石榴子石花岗细晶岩(图4右)。花岗细晶结构，块状构造，粒径0.2～1.0 mm之间，颗粒多它形等轴状。石英为它形粒状，含量 20%左右。斜长石为它形，聚片双晶细密，为更中长石，具黏土化，含量60%左右。钾长石为它形，多微细长石，具格子双晶，少条纹长石，具条纹结构，含量10%左右。白云母为无色片状，平行消光，干涉色鲜艳，含量5%左右。黑云母为暗褐色片状，多色性明显，平行消光，含量2%左右。石榴子石为粒状，全消光，含量3%左右。

(3)花岗质初糜棱岩。岩石具糜棱结构，眼球状构造，由斜长石(30%～40%)、钾长石(25%～45%)、石英(20%～25%)、黑云母(小于2%)、石榴石(1%～2%)组成。残斑占70%～85%，全部为长石，呈粒状、眼球状，多碎裂，波状消光，斜长石双晶消失或细密弯曲，钾长石为条纹长石、微斜长石，条纹细纹状，后者格状双晶可见，粒径0.25～3.6 mm。糜棱岩基质占15%～30%，石英全部细粒化，局部流动明显，细碎长石同其一起分布在残斑间。石榴石为粒状，均质体，粒径0.25～1 mm。

图4深熔花岗岩显微镜下的蠕虫状石英反映的交代结构(左)和变质残留的石榴子石(右)

Fig.4Metasomatictexture(left)reflectedbyvermicularquartzandmetamorphic

residualgarnet(right)ofanatecticgraniteundermicroscope

3 形成时代探讨

3.1 测年方法

在科洛镇北部一带的晚侏罗世深熔花岗岩(D9018B4)中采集1件U-Pb年龄样品(采集点见图2)。锆石挑选工作在河北省廊坊区域地质调查所实验室完成，挑选锆石约200粒制作环氧树脂样品靶，拍摄阴极发光图像。锆石测年采用激光烧蚀多接收器等离子体质谱法(LA-MC-ICPMS)，测年样品靶在天津地质矿产研究所同位素实验室制备。LA-MC-ICPMS年龄样品于2013年在天津地质矿产研究所同位素实验室利用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)进行了微区原位U-Pb同位素测定，样品的同位素比值和元素含量数据通过的ICPMSDataCal程序计算加权平均年龄，谐和图的绘制采用Isplot程序完成[8]。

3.2 锆石U-Pb测试结果

样品测试获得了390 Ma、157～163 Ma、113 Ma 3组不谐和的U-Pb年龄(表1、图5)。

表1 晚侏罗世深熔花岗岩U-Pb年龄分析结果

注：表中所列误差均为1σ误差，样品均由天津地质矿产研究所测试分析。

图5 晚侏罗世深熔花岗岩锆石U-Pb年龄谐和曲线图

锆石阴极发光(CL)图像显示，锆石多为短柱状到长柱状，自形到半自形，部分具有较好的振荡环带构造，个别有残留的结晶核心(图6)。年龄为390 Ma的锆石为自形长柱状，表现弱CL强度和弱内部分带，发育核幔结构，具有变质增生锆石特点[9]，这种锆石核部年龄多代表变质原岩年龄，核部的年龄为390 Ma，测点位置位于锆石的核部，该锆石的Th/U比值为0.70(表1)，显示具岩浆锆石特征，这个年龄应为捕虏的岩浆锆石年龄，说明科洛地区存在有早、中泥盆世岩浆岩；大部分锆石年龄集中在113 Ma(22个点)，这些锆石普遍发育核幔壳结构，大部分晶棱圆化，核幔部分无明显分带或面形分带，CL强度变化大， Th/U比值为0.04～0.18，具有热液溶蚀作用形成的变质锆石特征[9]，增生边宽度较窄，说明晚期热事件重结晶作用较弱，核幔壳部位的测点年龄比较一致，在113 Ma左右形成一组不谐和年龄峰值，这说明在113 Ma左右岩石遭受了强烈的热液变质作用，这期变质作用是对松嫩盆地北缘早白垩世晚盆岭体系中盆缘隆升作用的响应； 157～163 Ma的这组年龄(3个点)与等时线基本谐和，锆石测点位置位于锆石的具有较规则外形和核幔结构部位，Th/U比值为0.04～0.066，有变质成因的面状分带和岩浆成因的振荡环带，与变质流体活动过程中形成的深熔脉体中的锆石和深熔变质过程中新生锆石特征相似[9]，这组基本谐和年龄基本应代表深熔变质过程中新生锆石原岩结晶年龄，相当于研究区深熔花岗岩结晶年龄。

图6晚侏罗世深熔花岗岩锆石CL图像

Fig.6ZirconsCLimagesofLateJurassicanatecticgranite

晚侏罗世深熔花岗岩整体呈穹形隆起状侵入早石炭世科洛构造片麻岩，局部有小的岩枝、岩脉沿构造薄弱带呈脉状侵入早石炭世花岗岩中，同时被上白垩统嫩江组不整合覆盖。大规模侵入体发育的糜棱叶理及碎裂定向与围岩片麻理、糜棱叶理基本协调，说明深熔型花岗岩侵位后与围岩又共同遭受NNE向剪切作用，最终呈构造平行接触。本期深熔花岗岩为变质深熔型原地、半原地成因的侵入岩，其结晶就位与围岩发生变质处于同一构造背景下。前人研究科洛杂岩韧性变形时代主要有2类观点: 梁琛岳等[5]认为科洛杂岩韧性变形始于中侏罗世晚期或稍后，为伸展滑脱型变形构造，形成于大兴安岭地区中、晚侏罗世岩浆的强烈底侵作用；韩国卿等[1]认为嫩江—八里罕断裂带左旋走滑韧性剪切时间为早白垩世中期(134～113 Ma),其形成与西太平洋伊泽纳崎板块向欧亚大陆俯冲的运动从NWW向NNW转向有关。笔者在早石炭世花岗岩获得的184 Ma U-Pb年龄及早石炭世科洛构造片麻岩获得的160～185 Ma U-Pb年龄，间接反映了本期深熔型花岗岩的结晶就位年龄。在深熔型花岗岩中获得的157～163 Ma的年龄代表了中晚侏罗世嫩江—黑河构造带强烈韧性变形、变质过程中的深熔作用事件，113 Ma锆石年龄响应了嫩江—八里罕断裂带左旋走滑过程中韧性变形事件。

4 构造与深熔变质作用讨论

深熔作用是一个区域地质事件的演化过程中，处于地壳中深部的变质岩由于温度升高、压力降低、流体加入或构造作用发生导致其部分熔融的地质作用和过程[10]，深熔作用主要发生于区域变质作用峰期附近。如果构造作用在深熔作用过程中居主导地位，也可以发生在大型韧性剪切带中[11]。深熔作用在有水流体的参与及缺乏水流体的参与两种情况下均可发生。含水流体的加入尽管可以形成黏度低的长英质熔体，但这种情况下源岩的分离程度低，侵位能力有限，一般不形成大面积的花岗质岩体。相反，缺乏水流体参与的情况下，源岩中的主要含水矿物(角闪岩、黑云母、白云母)的分解，所形成的熔体量会远远超过有水流量参与情况下形成的熔体量，这种情况下形成的熔体发生分离和迁移最终将会形成大面积的混合岩化岩石，且易形成大面积的花岗质岩体[11]。研究区位于黑河—嫩江断裂带内，这个区域性大型韧性剪切带的峰期活动，是区内变质深熔作用的诱发因素。研究区科洛构造杂岩中各类岩石主要组成矿物含大量的角闪岩、黑云母、白云母等含水矿物，这为深熔作用的发生提供了物质来源。区域韧性剪切作用使韧性剪切带深部变质岩中的富水矿物(角闪岩、黑云母、白云母)在C、H2O不饱和条件下发生分解脱水反应，产生大量熔体，而区内深层次的韧性剪切作用形成的较大的差应力，促进了熔体的分离和迁移。深熔产生的初始熔体发生结晶分异作用，先期沿片麻理和糜棱叶理顺层堆晶，在共生变质岩中形成原地花岗质浅色体；随着剪切作用持续，驱动熔体沿剪切和拉张裂隙贯入，混合岩化岩石及共生变质岩中形成半原地的顺层、切层花岗质脉体；残余熔体继续演化，聚集面积较大的深熔花岗质熔浆于深部就位，最终形成半原地的深熔花岗岩。

初步总结研究区内深熔变质作用主要由以下因素引起。

(1)碰撞造山带地壳物质的下部逆冲造成的热效应是研究区形成混合岩化的主要因素。区内发育规模较大的韧性剪切带，韧性剪切带中的高差应力是强化部分熔融作用的主要条件，表现为长英质物质低熔，变质作用与岩浆作用相互作用。

(2)流体驱动的熔融作用。黑云母、白云母脱水反应降低岩石熔融温度，动力驱动下加速部分熔融。本区混合岩化原岩是一套富含黑云母、白云母的片麻岩，其脱水反应和片麻理发育也为部分熔融提供了有利条件。

(3)变质地质体快速剥露过程中的降压熔融作用。研究区变质岩系大面积出露，产状平缓，显示剥蚀作用强烈，早中生代是区域上造山隆升的重要阶段，隆升剥蚀降压作用又是导致部分熔融的条件之一。

(4)糜棱叶理和构造片理与嫩江—黑河断裂带方向和位置对应，相当于嫩江—黑河韧性剪切带的一部分，区内的动力变质作用与嫩江—黑河断裂带走滑剪切作用有关。

早侏罗世以后研究区进入滨太平洋活动大陆边缘构造演化阶段，在早中侏罗世蒙古—鄂霍次克洋闭合和伊泽奈吉板块向东亚大陆作斜向俯冲背景下，嫩江—黑河断裂带在本区发生的左旋走滑作用，深层次的构造片麻岩系在水平剪切带内高差应力作用下发生深熔和塑性流变，原(半原)地花岗质熔体在深部聚集，形成花岗质亚岩浆，就位于北东向深熔片麻岩褶皱核部，形成晚侏罗世混合花岗岩带，在其后的韧性剪切作用下，岩体边部形成弱的糜棱岩带，内部具弱的片麻状和碎裂构造，变形产状与剪切应力方向一致，均呈NNE向。随着韧性剪切作用的持续，剪切带内与围岩间差应力增大，产生强大的热量，深部构造片麻岩系发生深熔和塑性流变，形成花岗质熔体，少部分熔体初熔后顺片麻理就位形成原地花岗岩(脉体)，部分熔体受剪切应力驱动下，向张裂隙、剪切裂隙和片麻理、叶理等低压空间流动，形成半原地花岗岩(脉体)，大部分熔体在深部聚集，形成花岗质亚岩浆，低密度的花岗质熔浆在伸展变形作用下沿NWW—SEE向伸展裂隙向上流动，因与深熔片麻岩之间黏稠比大，向上运移距离较小，未能形成高位岩浆房，但在上侵过程造成深熔片麻岩隆升，形成规模较大的穹形横弯褶皱和褶皱群，花岗质熔浆就位于深熔片麻岩褶皱核部，形成了晚侏罗世混合花岗岩，其内残留有条带基体，在其侵位作用下，上覆构造片麻岩发生顺层隆滑构造，自核部向两翼发生剪切滑脱，形成NWW—SEE向塑性流变构造，深熔花岗岩在同构造变形作用下也发生了塑性变形，形成片麻理、糜棱叶理和S-C组构等构造。深熔花岗岩所形成的构造形迹及构造应力性质与科洛片麻岩变形特征相似，两者具同构造变形特点，深熔花岗岩的变质程度偏低，发育残留的角闪岩相变质矿物(石榴石等)，且变形程度也较科洛片麻岩弱，说明在深熔花岗岩就位后，区域性深大断裂走滑剪切作用在持续减弱。

综上所述，本区混合岩化和深熔作用是在嫩江—黑河构造带走滑机制下由深部构造层次近水平方向剪切作用下形成的，科洛片麻岩、早石炭世花岗岩中的185～160 Ma变质锆石U-Pb年龄记录了侏罗纪的变质深熔事件。研究区混合岩化和深熔作用成因模式与粤西、闽西和内蒙古大青山地区的混合岩、糜棱岩、花岗岩、深熔片麻岩[12-14]的成因相类似。

5 结论

(1)在嫩江科洛地区新识别出具交代结构、斑杂状构造、眼球状构造的深熔花岗岩，与科洛片麻岩密切伴生，是嫩江—黑河断裂带在中晚侏罗世左旋走滑剪切活动过程中，位于地壳深层次的构造片麻岩在剪切带内高差应力作用下发生变质深熔作用形成的一套原地、半原地花岗质岩石。记录了科洛片麻岩在中晚侏罗世遭受了强烈的变质深熔作用。

(2)在深熔花岗岩获得了3组不谐和的U-Pb年龄，113 Ma年龄佐证了嫩江—八里罕断裂带在早白垩世晚期左旋走滑过程中韧性变形事件的存在； 157～163 Ma的年龄记录了晚侏罗世嫩江—黑河构造带走滑剪切峰期发生了变质深熔作用； 390 Ma的年龄说明科洛地区存在有早中泥盆世地质体。嫩江科洛地区的深熔花岗岩的形成主要与嫩江—黑河断裂在中晚侏罗世深部韧性剪切热效应作用有关。深熔花岗岩的厘定为深入研究嫩江—黑河断裂带在中生代的活动特点提供了重要的建造素材。

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