大兴安岭中段央格力雅山地区扎文河岩体地球化学特征及其构造意义

张顺新，胡绪云，姜魁，肖亮，黄新华，何立斌

(湖南省地质矿产勘查开发局四一八队， 湖南 娄底 417000)

0 引言

扎文河岩体位于大兴安岭中段央格力雅山地区，该区发育大量早白垩世、中二叠世、早石炭世侵入岩，前人研究主要集中于早白垩世、中二叠世侵入岩，如央格力雅山早白垩世中酸性岩(王嘉星等，2019)，诺敏地区二叠纪花岗岩(梁科伟等，2012)，但早石炭世扎文河岩体地球化学特征(邱家骧和林景仟，1991)、构造背景及岩石成因等方面研究程度较低。本文通过对扎文河岩体的岩石学与地球化学特征等方面进行研究，为进一步认识大兴安岭中段晚古生代时期岩浆活动和构造演化提供依据和线索。

1 区域地质概况和岩石学特征

图1 东北地区构造划分简图(a，据郑涵，2019)，大兴安岭央格力雅山地区地质简图(b)

大兴安岭中段在大地构造位置上处于中亚造山带东段，以塔源—喜贵图缝合带与贺根山—黑河缝合带为界自北向南依次划分为额尔古纳地块、兴安地块和松嫩地块(图1a)。研究区位于内蒙古自治区东部的大兴安岭东麓，构造上属于额尔古纳地块与兴安地块的接合部位。额尔古纳地块呈北东向展布，并在南部与蒙古境内的Ereendavaa地块相连，北部与俄罗斯境内的Gonzha地块相连。额尔古纳地块的前寒武纪结晶基底主要由出露于地块北西部的中—新元古代花岗质岩石、上元古界兴华渡口群和加疙瘩组变质沉积物以及前寒武纪晚期漠河杂岩等岩石序列构成(Tang et al.，2013)。地块内岩浆活动强烈，可划分为早古生代、晚三叠世—早侏罗世和白垩世三个主要阶段(唐杰，2016)。兴安地块主要由古生代沉积地层和花岗质岩石与大量中生代火山—沉积盖层和花岗质岩石构成，缺失前寒武纪结晶基底(Liu et al.，2017；王嘉星等，2019)。兴安地块内的岩浆活动主要集中于奥陶纪—志留纪早期、石炭纪—二叠纪和中生代(Wu et al.，2002)。

研究区出露的地层主要为上侏罗统玛尼吐组(J3mn)，为一套陆相中、中酸性火山岩及火山碎屑沉积岩夹中基性火山岩建造。区内断层以NE-SW走向为主，断层地表出露宽度约1～2 m，主要表现为硅化碎裂岩、构造角砾岩，沿走向出露长度约1～8 km。出露的侵入岩主要包括晚早石炭世扎文河岩体和少量白垩纪岩体。

系统的野外地质调查和室内显微镜观察表明早石炭世扎文河岩体由闪长岩、花岗闪长岩及正长花岗岩三个岩石单元组成，各单元岩相特征简述如下：

闪长岩：中细粒花岗结构，呈灰绿色，半自形结构，块状构造。岩石主要由斜长石(70%～85%)、黑云母和角闪石(10%～20%)、石英(2%～5%)等矿物组成。

花岗闪长岩：中细粒花岗结构，块状构造。矿物成分为斜长石(45%～55%)、钾长石(10%～15%)、石英(20%～25%)、黑云母和角闪石(15%～20%)。

正长花岗岩：主要为中细粒花岗结构(局部为细粒似斑状结构)，块状构造。岩石由钾长石(45%～55%)、斜长石(15%～20%)、石英(24%～35%)和黑云母(1%～2%)组成。

2 分析方法及结果

2.1 分析方法

所有测试样品均取自扎文河岩体新鲜露头，采样位置见图1b，样品编号分别为24YQ8、11YQ1、TW1、15YQ5、12YQ4、11YQ18。其中24YQ8为正长花岗岩，11YQ1、TW1、15YQ5为花岗闪长岩，12YQ4、11YQ18为闪长岩。

样品的主、微量元素分析测试工作在呼伦贝尔市原野测试有限责任公司完成，主量元素的测定采用X射线荧光光谱(XRF)玻璃熔片法，所用仪器型号为Rigaku RIX 2100 spectrometer；微量元素的测定则采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)，仪器型号为Agilent 7500a型质谱仪。

扎文河岩体化学成份分析结果见表1。样品具有较低的烧矢量(LOI)，表明岩石结晶后受风化和蚀变作用影响较小，分析结果可用于开展可靠的地质解释。

表1 扎文河岩体主量/%、微量及稀土元素/×10-6分析结果

续表1

续表1

2.2 主量元素特征

闪长岩样品主量元素含量较为稳定，里特曼指数值为1.66～1.81(均值1.74)，在TAS图解中属于亚碱性系列范围(图2a)，在SiO2-K2O图解中落入钙碱性系列范围(图2b)。闪长岩样品A/CNK值介于0.81～0.93(均值0.87；<1.1)，在A/CNK-A/NK图解中，落入偏铝质范围内(图2c)，在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)图解中介于铁质和镁质过渡区间(图2d)。

花岗闪长岩样品里特曼指数值为2.06～2.19(均值2.13 %)，为亚碱性系列岩石(图2a)。花岗闪长岩样品属于高钾钙碱性系列(图2b)，A/CNK值为0.98～1.04(均值1；<1.1)，为偏铝质岩石(图2c)，较为富铁，在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)图解中全部落入铁质区间(图2d)。

正长花岗岩样品里特曼指数值为2.10，在TAS图解中落入亚碱性系列(图2a)，在SiO2-K2O图解中落入高钾钙碱性系列(图2b)，A/CNK值为1.01(<1.1)，属于偏铝质岩石(图2c)，FeOT含量较高，为铁质岩石(图2d)。

2.3 微量元素特征

闪长岩样品稀土元素总量(ΣREE)为137.4×10-6～151.9×10-6(均值144.7×10-6)，相对富集轻稀土元素(LREE)，亏损重稀土元素(HREE)，LREE为122.3×10-6～133.3×10-6(均值127.8×10-6)，HREE为15.1×10-6～18.6×10-6(均值127.8×10-6)，轻重稀土比值LREE/HREE为7.17～8.09(均值7.63)，球粒陨石标准化(La/Yb)N值介于7.78～9.89(均值8.84)。样品显示弱Eu负异常，Eu/Eu*为0.75～0.78(均值0.76)，轻微Ce负异常，Ce/Ce*为0.94～0.98(均值0.96)，球粒陨石标准化稀土元素配分图总体显示右倾型REE模式，中—重稀土之间配分模式较为平缓(图3c)。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图3d)，闪长岩样品具有富集大离子亲石元素(LILE；如Rb和K)，亏损高产强元素(HFSE；如Nb、Ta和Ti)和P的特征。花岗闪长岩样品ΣREE为109.5×10-6～220.2×10-6(均值155.8×10-6)，具有轻稀土元素富集，重稀土元素亏损的特征，LREE为97.4×10-6～199.5×10-6(均值139.9×10-6)，HREE为12.09×10-6～20.76×10-6(均值15.9×10-6)，轻重稀土比值LREE/HREE为8.06～9.61(均值8.63)， (La/Yb)N值为8.12～11.21(均值9.43)。具有轻微Eu负异常，Eu/Eu*为0.72～0.88(均值0.81)，稀土元素总体显示右倾型配分模式，中—重稀土分馏不明显(图3a)。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图3b)，岩石明显富集Rb和K等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta和Ti等高产强元素以及P。

图2 扎文河岩体TAS图解(a)、SiO2-K2O图解(b)、A/CNK-A/NK图解(c)、SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)图解(d)

正长花岗岩样品ΣREE为171.2×10-6，LREE为155.9×10-6，HREE为15.34×10-6，LREE/HREE为10.16，(La/Yb)N值为11.37，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素。表现右倾型稀土配分模式和平缓的中—重稀土模式(图3c)，具有弱Eu负异常特征，Eu/Eu*为0.64(图3a)。微量元素方面，样品富集Rb和K等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta和Ti等高产强元素以及P(图3b)。

扎文河岩体闪长岩、花岗闪长岩和正长花岗岩三个岩石单元总体表现出较为相似的稀土和微量元素特征，暗示它们在成因上可能具有同源演化的特征。

图3 扎文河岩体球粒陨石标准化稀土配分模式图(a、c)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(b、d)(球粒陨石和原始地幔标准化值引自Boynton W V，1984；Sun and McDonough，1989)

3 讨论

3.1 扎文河岩体岩石成因

3.1.1 闪长岩单元

扎文河岩体闪长岩单元Mg#值介于38.66～43.21(均值40.93)，表明其不是幔源岩浆直接部分熔融的产物，分离结晶作用可能在其形成过程中扮演了重要的角色。在La-La/Sm和Zr-Zr/Nb图解中(图4)，闪长岩样品显示明显的分离结晶趋势，进一步佐证分离结晶是闪长岩岩浆演化的主导作用。

闪长岩单元具有富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高产强元素和重稀土元素的特征，指示其可能经历了俯冲变质或地壳混染(Green et al.，2000)。La/Sm-Ba/Th图解中(图5a)，样品呈现俯冲脱水趋势，进一步指示俯冲流体对原始岩浆的交代作用。在Ta/Yb-Th/Yb图解中(图5b)，样品落入活动大陆边缘区域，表明俯冲作用在岩石形成过程中可能扮演了重要的角色。

图4 扎文河岩体La-La/Sm图解(a)及Zr-Zr/Nb图解(b)

综上所述，扎文河岩体闪长岩单元很可能是富集地幔玄武质岩浆分离结晶作用的产物，并遭受了一定程度的俯冲流体交代。

3.1.2 花岗闪长岩和正长花岗岩单元

笔者系统的野外地质调查表明扎文河岩体及邻区未发现蛇绿混杂岩及相关基性岩石，故花岗闪长岩和正长花岗并非M型花岗岩。在(Zr+Nb+Ce+Y)-((K2O+Na2O)/CaO)和(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO)图解中，所有样品均落入I型和S型花岗岩区域(图6a，b)。

系统地岩相学观察表明扎文河花岗闪长岩和正长花岗不含富铝矿物，而含有一定数量的角闪石，指示其I型特征。本文样品A/CNK值介于0.98～1.04。Al-Na-K-Ca-Fe+Mg三角图解中(图6c)，所有样品均落入I型花岗岩区域。上述特征一致表明扎文河花岗闪长岩和正长花岗属于I型花岗岩。

图5 扎文河岩体La/Sm-Ba/Th图解(a，底图据Labanieh et al.，2012)、Th/Yb-Ta/Yb图解(b，底图据Pearce，1983)

图6 扎文河岩体 (Zr+Nb+Ce+Y)-((K2O+Na2O)/CaO))图解(a，底图据Whalen et al.，1987)、(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO) 图解(b，底图据Whalen et al.，1987)、Al-Na-K-Ca-Fe+Mg三角图解(c，底图据Chappell and White，2001)

花岗闪长岩和正长花岗样品在TAS图解和SiO2-K2O图解中分别落入亚碱性和高钾钙碱性区域(图2a，b)，指示其为高钾钙碱性I型花岗岩。较低的Mg#值(22.47～32.76；均值29.15)以及基性捕虏体的缺失指示其并非壳源与幔源岩浆发生岩浆混合作用的产物(Topuz et al.，2010)。

在La-La/Sm和Zr-Zr/Nb图解中(图4)，样品显示明显的分离结晶趋势，表明部分熔融并非花岗闪长岩和正长花岗形成的主导作用。除此之外，样品在哈克图解中与闪长岩单元表现出十分明显的线性关系(图7)，指示它们具有同源演化的特征。在稀土元素配分模式图和微量元素蛛网图中(图3)，扎文河岩体三个岩石单元显示相似的配分特征，进一步指示它们具有相同的母源岩浆。因此，分离结晶作用在花岗闪长岩和正长花岗岩单元的岩石形成过程中起到主导作用。与闪长岩单元一致，花岗闪长岩和正长花岗岩的Sr和Eu负异常特征指示斜长石普遍参与分离结晶作用，Ti负异常和P负异常分别暗示Fe-Ti氧化物和磷灰石的分离结晶(图3a、b)。

综上，扎文河岩体花岗闪长岩和正长花岗单元属于高钾钙碱性I型花岗岩，它们与闪长岩单元具有相同的岩浆源区，很可能是富集地幔玄武质岩浆分离结晶作用中—晚期阶段的产物。

图7 扎文河岩体哈克图解

3.2 扎文河岩体构造意义

SiO2-log(Cao/(Na2O+K2O))图解中样品全部落入挤压型系列区域(图8f)，暗示扎文河岩体不是造山后的伸展环境的产物。在Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)判别图中，所有花岗闪长岩及正长花岗岩样品均落入火山弧花岗岩区域(图8a，b)。在花岗岩类形成环境R1-R2判别图解中(图8c)，花岗闪长岩及正长花岗岩样品落入板块碰撞前区域(Ⅱ区)和碰撞后区域(Ⅲ区)的交界部位，指示较为强烈的挤压作用。另外，在FAM图解中(图8d)，大部分样品落入活动陆缘环境中。因此，笔者认为扎文河岩体形成的构造背景应为活动大陆边缘火山弧环境。

火山弧环境包括岛弧和大陆弧两种不同的背景。先前的研究表明大陆弧岩浆岩与岛弧岩浆岩相比通常具有较高的Th和Ta富集程度。扎文河岩体三个岩石单元的Th和Ta含量与典型大陆弧相当，在Ta/Yb-Th/Yb图解中，所有样品均位于大陆弧区域(图8e)，进一步指示大陆弧背景。上述表明，扎文河岩体形成于安第斯型大陆弧背景，是俯冲—挤压构造环境下的产物。

图8 扎文河岩体Rb-Y+Nb判别图(a，底图据Boynton，1984)、Rb-Yb+Ta判别图(b，底图据Boynton，1984)、R1-R2判别图(c，底图据Batchelor and Bowden，1985)、FAM判别图(d，底图据邱家骧和林景仟，1991)、Ta/Yb-Th/Yb判别图(e，底图据Harris et al.，1987)、SiO2-log(Cao/(Na2O+K2O))判别图(f，底图据Brown，2013)

前人研究指示额尔古纳地块与兴安地块于 492 Ma 前已经接合(Zhou et al.，2014)，碰撞拼贴位置为塔源—喜贵图缝合带(Gou et al.，2019)。近年来的大洋板块地质学和古地磁学研究表明，嫩江洋(或贺根山洋)是古亚洲洋东段的重要洋盆，晚石炭世时期其洋盆宽度超过1500 km(张东海等，2018)。尽管目前对嫩江洋是否存在双向俯冲仍未达成共识，但学者们普遍认为嫩江洋板块存在向兴安地块之下的俯冲。本文所报道的扎文河岩体在岩石成因上很可能是富集地幔玄武质岩浆分离结晶作用的产物，并遭受了一定程度的俯冲流体交代。俯冲板片的脱水作用和地幔楔提供的大量热源对岩石的形成起到了重要的促进作用。在构造背景上，扎文河岩体形成于安第斯型大陆弧背景，为俯冲—挤压构造环境下的产物。因此，笔者认为早石炭世期间嫩江洋存在向兴安地块之下的俯冲，俯冲环境与安第斯型大陆弧相当，俯冲过程中所形成的挤压应力和岩浆活动主导了该时期古亚洲洋构造域在大兴安岭中段的构造演化。

4 结论

(1)大兴安岭中段央格力雅山地区早石炭世扎文河岩体由闪长岩、花岗闪长岩和正长花岗岩三个单元组成。闪长岩单元很可能是幔源玄武质岩浆分离结晶作用早—中期阶段的产物，并遭受了一定程度的俯冲流体交代。花岗闪长岩和正长花岗岩单元属于高钾钙碱性I型花岗岩，它们与闪长岩单元具有相同的岩浆源区，很可能是富集地幔玄武质岩浆分离结晶作用中—晚期阶段的产物。

(2)扎文河岩体形成于安第斯型大陆弧背景，是俯冲—挤压构造环境下的产物。

(3)早石炭世期间嫩江洋存在向兴安地块之下的俯冲，俯冲过程中所形成的挤压环境和岩浆活动反映了该时期古亚洲洋构造域在大兴安岭中段的构造演化。