黑龙江佳木斯地块兴东群大盘道组碎屑锆石U--Pb定年及其地质意义

高煜，郝宇杰,2，任云生,3，史雨凡，孙振明，王崇一

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061； 2.自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室(吉林大学)，长春 130061； 3.防灾科技学院 地球科学学院，河北 三河 065201

0 引言

位于中亚造山带东部的兴蒙造山带东段由多个微小陆块组成[1--2](图1a)，自西向东主要划分为额尔古纳、兴安、松辽、佳木斯—兴凯地块及那丹哈达地体[3--6]。其中，佳木斯地块为中国东北地区最重要的构造单元之一，西侧以牡丹江断裂为界，东侧则与完达山中生代增生杂岩相接，南侧被敦化—密山断裂所截。

研究区大地构造位置属于佳木斯地块中部(图1a)。前人将佳木斯地块基底自下而上分为麻山群、兴东群以及黑龙江群[9]。其中，大盘道组是兴东群最重要的岩石单元，也是佳木斯地区重要的赋矿层位，赋存有羊鼻山铁钨矿床、孟家岗铁矿床及七星河金矿床等多个矿床(点)。因此，其沉积时代的确定是解决研究该区地质构造演化以及铁、金、钨等成矿物质来源、矿床成因等重要问题的关键。另一方面，麻山群和兴东群作为佳木斯地块最为重要的组成部分，二者之间的关系一直存在争议：有的学者以所测变质年龄不同为据，认为麻山群下伏于兴东群[10]，有的学者认为兴东群下伏于麻山群[11]，而有的学者根据二者较为相似的原岩建造、变质作用等特征将两者合二为一[12]。为解决上述问题，笔者对佳木斯地块兴东群大盘道组标准剖面上代表性岩石中的碎屑锆石进行LA--ICP--MS锆石U--Pb定年研究，确定其沉积时代，进而探究其物质源区和成矿意义。

图1 研究区大地构造位置图[7](a)及区域地质简图[8](b)Fig.1 Tectonic location map (a) and sketch geological map (b) of study area

1 区域地质背景

佳木斯地块内不仅发育前寒武纪结晶基底，同时还发育晚古生代、中生代及新生代的沉积盖层[9--10,13--16](图1b)。佳木斯地块结晶基底可分为麻山群、兴东群及黑龙江群。麻山群含有少量紫苏辉石麻粒岩，由变质程度达到麻粒岩相至高角闪岩相的深变质岩组成；黑龙江群由玄武岩、晚古生代—早中生代灰岩和云母片岩以及时代未知的超基性岩组成[5]；兴东群则为角闪岩相变质的含磁铁石英岩的变质岩系，属孔兹岩系，主要分布在萝北、双鸭山、桦南和嘉荫等地，原岩为一套海相碎屑岩--碳酸盐夹火山岩建造，自下而上可分为大马河组、大盘道组及建堂组。大马河组(Ptldm)下部由变粒岩组成，夹有少量的大理岩，上部则由混合岩及变粒岩组成；大盘道组(Ptldp)岩性主要为大理岩夹云母片岩，部分地区分布有含石墨大理岩及含石墨变粒岩，可见有磁铁矿及石墨矿；建堂组(Pt1jt)以混合岩为主，还出露有少量斜长角闪岩、变粒岩等。

佳木斯地块上主要发育有NW向、NEE向及少量EW向断裂，这些断裂构造构成了研究区构造格架，同时也限制了佳木斯隆起周缘盆地的形成与演化，后期由于挤压变形，在地表出露多条次级断裂[17]。其中，近东西向断裂包括兴农—裴德断裂、三江盆地南部边界断裂及双鸭山盆地南缘断裂等，而北西向断裂则以勃利—依兰断裂为主。

区内不同期次岩浆活动频繁，花岗质岩石广泛发育。前人研究认为，侵入岩主要以太古代和新元古代花岗岩为主，前者部分变质程度达到麻粒岩相，而后者普遍经历角闪岩相变质[10]。但近年来的研究表明，区内花岗岩主要形成于古生代[15,18--19]，早古生代花岗岩出露于宝清及鸡西地区，岩性为花岗闪长岩、斑状花岗岩和石榴石花岗岩，发育片麻状及块状构造。晚古生代花岗岩广泛分布于整个佳木斯地块，以青山、楚山、柴河和石场4个岩体为代表。同时，区域内还零星出露有中生代花岗岩，多为呈脉状产出的中酸性岩浆岩。

2 大盘道组产状及岩性组合

2.1 地质产状及岩性组合

本次研究在林口县测得较为完整的大盘道组剖面(图2a-f、图3)，剖面起点坐标为45°38′42.83″N；130°03′55.59″E，剖面终点坐标为45°38′40.81″N；130°03′21.49″E；剖面总体走向90°，全长约2 900 m(斜距)，实测地层厚度1 800 m，地层倾角45°～55°。

剖面上所测岩性主要为透闪石大理岩、二云石英片岩、角闪黑云石英片岩和含堇青石二云石英片岩，即大理岩夹石英片岩岩系，可归为孔兹岩系，其原岩为泥岩及灰岩，是一套较稳定构造条件下的浅海陆棚相沉积。

2.2 岩相学特征

岩相学研究表明，大盘道组地层主要岩性为含透闪石大理岩和二云石英片岩。二云石英片岩主要矿物为石英(约60%)、白云母(约25%)和黑云母(约15%)(图2g)，有时出现堇青石等特征变质矿物(图2i)。石英粒径在0.15～0.25 mm，呈他形粒状；黑云母呈半自形变晶结构，粒径在0.40～0.60 mm(图2k)；白云母粒径在0.40～0.60 mm，整体以条带状分布(图2l)。含透闪石大理岩呈粒状变晶结构，主要矿物为方解石(>90%)和透闪石(<10%)。方解石粒径在0.10～0.30 mm，半自形粒状变晶结构(图2h);透闪石粒径在0.10～0.40 mm(图2j)。

3 碎屑锆石U--Pb年代学研究

对大盘道组实测剖面第9层的二云石英片岩样品(DPD--9)，采用了LA--ICP--MS锆石U--Pb法对碎屑锆石进行年代学研究。取样位置如图3所示。

3.1 测试方法

锆石单矿物的挑选、制靶、锆石反射光、透射光照相以及阴极发光(CL)图像均在北京锆年领航科技有限公司完成；LA--ICP--MS锆石U--Pb同位素分析在吉林大学自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室完成。采用美国安捷伦公司7900型四极杆等离子质谱仪，GeolasPro型193 nm ArF准分子激光器，束斑直径24 μm，每测定5个样品点测定一个锆石91500和一个NIST610，年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正，元素浓度计算采用NIST610作外标，Si作内标[20]，同位素比值及年龄误差均为1 σ。其具体试验测定过程参见文献侯可军等[21]。锆石同位素数据相关处理用Glitter 4.0完成，运用Anderson进行普通铅校正[22]和Isoplot 3.0计算锆石加权平均值[23]，并绘制锆石U--Pb年龄谐和曲线图。

a. 灰白色大理岩；b. 大理岩夹云母片岩；c.二云石英片岩；d.含透闪石大理岩；e.大理岩与石英片岩分界线；f.二云石英片岩；g.正交偏光镜下二云石英片岩；h.方解石呈半自形粒状变晶结构；i.特征变质矿物堇青石；j.含透闪石大理岩；k.黑云母呈半自形变晶结构；l.白云母条带状分布；Qtz.单晶石英；Cal.方解石；Tr.透闪石；Crd.堇青石；Ms.白云母；Bit.黑云母。图2 大盘道组地质产状及岩性特征Fig.2 Geological occurrence and rock characteristics of Dapandao Formation

图3 大盘道组实测剖面图Fig.3 Geological profile map of Dapandao Formation

3.2 测试结果

对二云石英片岩样品(DPD--9)挑选了130粒代表性锆石(图4)进行了U--Pb年代学测试，每个锆石均有一个点进行测试，测试结果如表1所示。130粒锆石颗粒长轴为50～200 μm，形态较完整，多为短柱状，磨圆度较差(图4)，暗示其未经历长距离搬运。锆石普遍发育有岩浆震荡环带，其中部分锆石的CL图较暗，究其原因可能是其具有较高的Th、U丰度值，部分颗粒的发光性比较均一，未见有明显的分带结构。所有锆石中，除1粒锆石Th/U比值为0.09外，Th/U比值均介于0.10～1.35之间，反映了锆石的岩浆成因。

在130个分析点中，剔除因铅丢失而不谐和度>10%的样品点后，共有104个点落于谐和曲线上(图5a)。这104个测点的年龄分布在(2 338±20)Ma～(751±18)Ma之间，根据其年龄分布的特征，将所有样品点的年龄数据从小到大分为了5个年龄区间(图5b)，共得到4期年龄峰值：第一组年龄由11粒锆石的年龄组成，占总样品数的10.6%，其年龄范围及加权平均年龄值分别为(768±18)Ma～(751±18)Ma及(757±11)Ma(MSWD=0.053)，其峰期年龄为761 Ma(图5c)；第二组年龄由37粒锆石的年龄组成，占总样品数的35.6%，其年龄范围及加权平均年龄值分别为(861±21)Ma～(800±19)Ma及(826±6)Ma(MSWD=0.140)，其峰期年龄为820 Ma(图5d)；第三组年龄由26粒锆石的年龄组成，占总样品数的25%，其年龄范围及加权平均年龄值分别为(902±22)Ma～(881±21)Ma及(895±9)Ma(MSWD=0.064)，峰期年龄为898 Ma(图5e)；第四组年龄由12粒锆石的年龄组成，占总样品数的11.5%，其年龄范围及加权平均年龄值分别为(960±23)Ma～(936±20)Ma及(951±13) Ma(MSWD=0.088)，峰期年龄为952 Ma(图5f)；第五组年龄由18粒锆石的年龄组成，其年龄分布较分散，在(2 338±20)Ma～(1 004±38)Ma之间。

图4 大盘道组二云石英片岩代表性碎屑锆石CL图像Fig.4 CL images of representative detrital zircon in two-mica quartz schist from Dapandao Formation

a.锆石谐和年龄图；b.锆石年龄分布直方图；c.第一组锆石谐和年龄图；d.第二组锆石谐和年龄图；e.第三组锆石谐和年龄图；f.第四组锆石谐和年龄图。图5 大盘道组二云石英片岩样品碎屑锆石U--Pb年龄谐和图及年龄直方图Fig.5 Zircon U--Pb ages concordia diagram and relative probability plot for detrital zircons of two-mica quartz schist sample from Dapandao Formation

表1 大盘道组二云石英片岩LA--ICP--MS锆石U--Pb测年分析结果

续表1 大盘道组二云石英片岩LA--ICP--MS锆石U--Pb测年分析结果

分析点号U/10-6Th/10-6Th/U同位素比值年龄/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ5360.62304.280.20 0.065 320.002 111.212 040.042 150.134 570.003 5178534806198142054268.671 066.690.25 0.070 150.002 081.450 780.047 130.150 000.003 879333191020901225520.3462.710.32 0.066 930.001 681.219 420.035 140.132 150.003 3483627810168001956449.76460.680.98 0.069 460.003 171.418 200.066 110.148 070.004 1491252897288902357170.39266.330.64 0.125 810.002 836.407 750.171 280.369 390.009 332 040212 033232 0274458209.87426.230.49 0.066 260.001 781.248 900.037 780.136 700.003 488152882317826205964.34300.530.21 0.072 230.001 751.589 630.044 660.159 610.004 0299225966189552260112.65223.750.50 0.070 150.001 831.544 390.045 790.159 670.004 0693327948189552361186.68414.840.45 0.071 450.001 631.570 490.042 450.159 410.004 009702595917953226221.5965.040.33 0.069 770.002 371.440 410.052 300.149 730.003 959223690622899226378.78244.750.32 0.070 560.001 901.446 420.043 830.148 680.003 799452890818894216468.58141.820.48 0.067 380.001 701.315 170.037 840.141 540.003 5885027852178532065307.10271.781.13 0.070 920.001 771.452 930.041 730.148 590.003 7695526911178932166162.76299.820.54 0.069 500.002 451.354 830.050 680.141 380.003 7591437870228522167148.67330.580.45 0.070 120.002 201.449 240.049 350.149 910.003 909323391020900226820.0761.720.32 0.067 280.001 801.261 680.038 220.136 010.003 4684628829178222069452.42460.590.98 0.072 230.001 801.567 310.045 150.157 380.003 9899226957189422270135.75245.630.55 0.149 350.003 269.039 600.238 400.438 990.011 052 338202 342242 3465071134.35202.530.66 0.067 380.002 051.270 500.042 410.136 750.003 5485032833198262072163.11277.580.59 0.071 060.001 801.459 520.042 600.148 970.003 7795927914188952173335.02570.640.59 0.087 060.002 262.760 120.081 860.229 940.005 871 362261 345221 3343174151.86321.430.47 0.067 230.002 201.258 440.044 110.135 740.003 548453582720821207523.5668.390.34 0.067 800.001 831.326 360.038 050.141 850.003 2886227857178551976219.01531.840.41 0.069 650.001 711.430 820.038 110.148 950.003 4391825902168951977189.95377.750.50 0.072 380.001 951.560 430.044 820.156 320.003 649972795518936207853.4983.980.64 0.066 020.001 871.248 450.039 070.137 140.003 5180730823188282079320.60452.160.71 0.068 400.001 931.283 040.038 440.136 010.003 188812983817822188045.58234.850.19 0.069 080.001 821.417 550.040 140.148 800.003 469012689617894198124.5569.050.36 0.079 770.002 412.247 020.071 240.204 260.004 861 191301 196221 1982682450.23457.250.98 0.067 850.003 681.337 220.072 440.142 910.003 7786469862318612183151.92474.300.32 0.067 240.002 831.263 350.053 930.136 240.003 3884549829248231984188.65430.350.44 0.068 420.001 721.408 790.038 500.149 310.003 4888125893168972085449.77454.860.99 0.082 950.002 152.448 240.068 680.214 020.005 031 268251 257201 2502786131.96179.010.74 0.109 040.003 104.742 320.143 370.315 390.007 611 783251 775251 7673787108.32180.100.60 0.068 590.001 971.411 160.044 650.149 200.003 838863089419896218824.5270.160.35 0.065 890.001 721.219 880.034 410.134 250.003 1480327810168121889164.65258.770.64 0.067 760.001 881.280 710.038 150.137 050.003 2486128837178281890256.35210.601.22 0.064 540.001 901.105 910.034 510.124 250.002 9575931756177551791180.53291.780.62 0.065 690.001 891.129 030.034 610.124 630.002 9679730767177571792127.58339.460.38 0.067 320.001 681.261 160.034 550.135 850.003 1984826828168211893197.21219.300.90 0.067 440.001 901.264 550.038 200.135 980.003 238512983017822189423.9167.950.35 0.068 390.002 001.403 590.043 830.148 840.003 5688030890198942095451.18455.460.99 0.066 850.001 721.253 370.036 600.135 960.003 458332782516822209696.50264.230.37 0.063 370.002 051.088 280.037 060.124 550.003 0172135748187571797109.43183.230.60 0.067 260.001 651.385 260.037 590.149 360.003 5384625883168972098116.76177.030.66 0.069 850.001 931.426 260.042 510.148 080.003 5492428900188902099173.94252.800.69 0.067 340.002 211.266 280.043 640.136 380.003 3284835831208241910014.8984.170.18 0.067 490.002 741.327 390.055 340.142 630.003 5985347858248602010122.9165.860.35 0.072 010.001 971.587 380.046 950.159 870.003 8398627965189562110278.57889.540.09 0.065 570.001 721.232 000.035 380.136 270.003 2579327815168241810382.53189.570.43 0.105 580.002 434.414 340.114 600.303 220.007 221 724211 715211 70736104166.07292.940.57 0.065 610.001 541.127 710.029 690.124 660.002 95794257671475717

4 讨论

4.1 大盘道组沉积时限

兴东群大盘道组作为佳木斯地区铁、金、钨矿重要的赋矿岩系，其沉积时限一直为广大学者所关注。赖科等[11]对赋存于大盘道组地层中的羊鼻山铁矿矿石的锆石进行了LA--ICP--MS U--Pb测试，将大盘道组的沉积时限限定在～1 006 Ma，即中元古代；赵立国等[24]对双鸭山地区大盘道组地层中的石榴矽线钾长片麻岩进行了锆石U--Pb测试，认为其形成时代应>1 000 Ma；而黑龙江省地质调查总院对林口地区的大盘道组地层中的磁铁石英岩也进行了U--Pb测试，得出了3组物源的加权平均年龄，依次为(863±42)Ma、(750±19)Ma及(655±1)Ma，认为其沉积于新元古代。与前人的研究相比，本次研究的样品采集于大盘道组标准剖面，更具有代表性，且本次样品点数更多，更具有统计意义。

本次研究的结果表明，分布于林口地区的大盘道组地层中的二云石英片岩，其碎屑锆石U--Pb测年结果共分为5组:分别为2 338～1 004 Ma、960～936 Ma、902～881 Ma、861～800 Ma和768～751 Ma，最小年龄为751 Ma。本次虽然未能测得变质锆石的变质年龄，但赖科等[11]对赋存在大盘道组地层中的羊鼻山铁矿床矿石进行了锆石U--Pb测年，获得500 Ma的变质年龄，同时结合佳木斯地块整体在500 Ma±受到了泛非期构造热事件影响[25]以及在羊鼻山地区大盘道组内发现的～520 Ma的花岗岩[26]这两项证据，可以认定大盘道组的沉积时代为新元古代—早古生代，经历了较为漫长的沉积过程。

作为佳木斯地块重要的组成部分，关于麻山群与兴东群二者的关系仍存在争议。有学者以所测变质年龄的不同将二者区分，认为麻山群下伏于兴东群[10]；有学者以其相似的地质及地化特征将二者归为一体[12]；有学者以碎屑锆石年龄为证据认为兴东群下伏于麻山群[11]。从近年来的研究成果来看，据密山地区侵入麻山群副片麻岩(最小年龄1 050 Ma)中的898 Ma花岗岩，限定麻山群的沉积时限应该介于1 050～898 Ma[27]。而本次研究限定了大盘道组的沉积时限介于751～520 Ma，证明兴东群与麻山群并非为同一个整体，且兴东群的沉积时间要略晚于麻山群，即兴东群上覆于麻山群，进一步佐证了前人[10]所认为的麻山群为佳木斯地块最古老的地层的观点。关于佳木斯地块是否存在太古代结晶基底这一问题，赖科[11]在羊鼻山矿床赋矿围岩大盘道组的碎屑锆石中发现了佳木斯地块迄今为止最为古老的锆石之一，年龄为2.6～2.7 Ga，意味着佳木斯地块可能存在太古代结晶基底。

4.2 大盘道组沉积物源

大盘道组二云石英片岩共获得104个有效锆石年龄，其年龄分布范围在(2 338±20)Ma～(751±18)Ma。根据其年龄概率分布曲线可知，其主要年龄峰有4个，分别为952 Ma(11.5%)、898 Ma(25.0%)、820 Ma(35.6%)和761 Ma(10.6%)，以及一些年龄较大且值单一的锆石。根据其较明显的岩浆震荡环带、高Th/U比值及自形程度较好的锆石形态特征，可以认定大盘道组的沉积物源来自于古元古代、中元古代及新元古代的火成岩。

新元古代的碎屑锆石占总锆石数的82.7%，具有952 Ma、898 Ma、820 Ma和761 Ma这4个年龄峰。杨浩[28]通过对佳木斯地块庆仙水库正片麻岩及西北楞附近正片麻岩的锆石进行LA--ICP--MS测年，得出佳木斯地块至少存在898～891 Ma和757～751 Ma两期岩浆事件的结论。本文所得898 Ma及761 Ma的两个峰期年龄与这两期岩浆事件是高度吻合的。但目前在佳木斯地块内部缺少～820 Ma及～952 Ma岩浆事件的报道，且佳木斯地块与相邻松嫩地块的拼合时间在早古生代末期[29--32]，与兴凯地块的拼合时间在二叠纪之后[33]。综上，初步认为佳木斯地块内部可能至少还存在952 Ma±及820 Ma±的岩浆事件。

4.3 大盘道组的成矿意义

大盘道组地层中赋存的矿床有羊鼻山铁钨矿床、孟家岗铁矿床、大盘道铁矿床、红石铁矿床、大叶沟东山金矿床及七星河金矿床等(图1b)。以上矿床可分为沉积变质型和矽卡岩型两类。其中，沉积变质型矿床包括羊鼻山铁矿床、孟家岗铁矿床和大盘道铁矿床。矽卡岩型矿床包括红石矽卡岩型铁矿床、大叶沟东山金矿及七星河矽卡岩型金矿床(表2)。在上述两类矿床中，赋矿地层作为成矿物质的主要来源，与成矿都具有密切的成因联系。

表2 大盘道组赋存矿床特征对比表

大盘道组地层原岩属于以浅海相陆源碎屑岩、火山喷发岩为主的岩石组合，沉积于浅海陆棚相的环境中。自元古代以来，该地区发生过多期次的岩浆作用，使大盘道组富集了Au、Cu、Pb、Zn、Fe等金属成矿元素[34]，为大盘道组中的羊鼻山铁钨矿床及七星河金矿床的形成奠定了原始物质基础。胡明春等对大盘道组地层进行的微金分析也表明，地层中的黑云母变粒岩、黑云斜长片麻岩(原岩为中基性火山岩 )金丰度值较高 ,分别为54×10-9、52×10-9, 达地壳平均值的13倍[35]。

在中--新元古代，由于火山岛弧的强烈影响，海底热水喷流作用频发，在海水与热液的共同作用下，洋壳中的铁与硅释放出来并溶解于海水中，后期由于环境的改变或其他因素的介入，铁质沉积并形成早期的地层，与此同时也形成了羊鼻山铁矿和孟家岗铁矿等早期同沉积矿床，在寒武纪，这些沉积物受变质作用影响，形成如今的岩石组合，富铁物质形成磁铁石英岩等赋矿岩石[36]。在古生代，由于陆壳运动，佳木斯地块内部发生了大规模、多期次的岩浆热液运动[37]。大盘道组地层内早期形成的羊鼻山铁矿、孟家岗铁矿等沉积变质型铁矿受到后期岩浆热液改造，形成了较为特殊的“沉积变质--热液叠加改造”的成矿模式。

由此可见，多期次的岩浆作用也为大盘道组地层提供了丰富的物质源区和较高丰度的金属成矿元素。大盘道组地层中本就丰富的Au、Fe、Zn等元素，在早期构造运动的作用下发生再次富集，在古生代随着岩浆的侵入，与之热接触变质形成矽卡岩，进而导致地层中的Au、Fe等成矿元素再度活化、迁移，于有利部位富集、沉淀，最终形成了如红石铁矿床、大叶沟东山金矿床等矽卡岩型矿床[35,38--49]。

5 结论

(1)佳木斯林口地区的大盘道组的岩性主要为透闪石大理岩、二云石英片岩、角闪黑云石英片岩和含堇青石二云石英片岩，组成大理岩夹石英片岩构成的孔兹岩系，其原岩为泥岩及灰岩，是一套较稳定构造条件下的浅海陆棚沉积物。

(2)大盘道组二云石英片岩104粒锆石测得年龄可分为5组，最小年龄(751±18)Ma，限定了大盘道组地层的沉积下限。共有4期年龄峰值，分别为952 Ma、898 Ma、820 Ma和761 Ma，其中898 Ma和761 Ma与前人报道的峰期年龄为898～891 Ma和757～751 Ma的两期岩浆事件相对应，而峰值年龄为952 Ma和820 Ma的碎屑锆石的来源及其地质意义有待于进一步研究。

(3)大盘道组的沉积时代介于751～520 Ma，证明兴东群与麻山群并非为同一个整体，且兴东群的沉积时间要略晚于麻山群，进一步佐证前人所认为的麻山群为佳木斯地块最古老的地层的认识。

(4)多期次岩浆作用为大盘道组提供了丰富的物质源区和较高丰度的Au、Cu、Pb、Zn、Fe等金属成矿元素，为大盘道组中的羊鼻山铁钨矿床、孟家岗铁矿床及七星河金矿床等矿床的形成奠定了原始物质基础。