大兴安岭北段漠河地区早古生代花岗质岩体：对额尔古纳-兴安地块碰撞后伸展过程的响应*

景妍 葛文春 杨浩 董玉 张彦龙 纪政

吉林大学地球科学学院，长春 130061

中亚造山带是当今世界上现存的规模最大，演化最为复杂的增生型造山带(Jahnetal., 2000; Windleyetal., 2007)，是显生宙以来大陆地壳生长的主要位置(图1a;engöretal., 1993; Jahnetal., 2000)。中国东北地区位于中亚造山带最东段，夹持于西伯利亚、华北两个古老克拉通以及年轻的环太平洋增生型造山带之间。该区域包含多个不同构造属性的微陆块，自西北向东南依次为额尔古纳地块、兴安地块、松嫩-张广才岭地块、佳木斯地块和兴凯地块以及地块间的构造带和华北克拉通北缘陆缘增生杂岩带(图1a; Wuetal., 2011; Zhouetal., 2015, 2018; Wilde and Zhou, 2015; Liuetal., 2017; 周建波等, 2018; 许文良等, 2019)。关于这些微陆块/地体的构造属性、边界以及相互间碰撞-拼合过程一直是东北地区基础地质研究的重要科学问题。前人研究已基本查明：古生代以来，作为对冈瓦纳大陆汇聚的响应，中亚造山带东段以微陆块/地体的碰撞-拼合过程为主，伴随有古亚洲洋的多方向俯冲、陆缘增生、微陆块软碰撞拼贴、碰撞后伸展和陆内造山作用，各个微陆块间由不同的断裂或古缝合带分隔开来(图1a; Li, 2006; Xiaoetal., 2003; Wuetal., 2011; Liuetal., 2017; Zhouetal., 2018; 许文良等, 2019)。中生代以来，东北地区又遭受古太平洋构造体系和蒙古-鄂霍茨克构造体系的叠加与改造，造就了东北地区广泛发育的晚中生代巨量花岗岩和火山岩(Wuetal., 2011; Xuetal., 2013)。目前，关于额尔古纳地块、兴安地块以及松嫩-张广才岭地块在古生代-早中生代初期相继碰撞拼贴成整体，这一观点基本已达成共识。但是，由于缺少大陆深俯冲及大规模区域变质和变形作用等典型陆-陆碰撞相关的地质记录，中国东北地区的各个微陆块以何种方式，于何时相互碰撞拼贴这一关键问题仍缺乏统一认识(Xiaoetal., 2003; Li, 2006; Wuetal., 2011; Wilde and Zhou, 2015; Liuetal., 2017; 周建波等, 2018; 许文良等, 2019)。因此，识别出各个微陆块之间的碰撞-拼合-造山后伸展过程，对于重建中亚造山带东段的构造-岩浆演化进程具有至关重要的意义。

早前对东北地区的地质研究已取得显著的成果，主要集中在东北地区显生宙期间花岗岩和火山岩的岩浆活动期次，岩石成因机制，地壳增生，微陆块之间的碰撞-拼合时间(Xiaoetal., 2003; Wuetal., 2011; Liuetal., 2017)，以及古亚洲洋构造域的终结及环太平洋构造域对东北地区的影响和改造(Liuetal., 2017; Zhouetal., 2018; 许文良等, 2019; Guanetal., 2022; Jingetal., 2022a, b)。随着区域地质调查研究的深入和测试精度的提高，之前被划定为前寒武纪和古生代的岩浆岩和地层单元多数被证实为中生代的产物，有关这些微陆块早古生代的构造演化过程以及构造属性的研究则相对较为薄弱。除此之外，东北地区在中生代期间又遭受蒙古-鄂霍茨克构造体系和环太平洋构造体系的叠加改造影响，使得早古生代岩浆记录被巨量的年轻地壳/地幔物质改造或置换(Wuetal., 2011; Liuetal., 2017; 许文良等, 2019)。早古生代构造属性和深部大陆动力学过程研究的大片空白严重制约了对中亚造山带东段构造演化相关问题的深刻认识。

作为中亚造山带东段的重要组成部分，额尔古纳地块还保留较为完整的早古生代花岗岩类和同期的镁铁质-超镁铁质岩石，这些岩浆作用在造山带构造重建过程中具有重要的意义。近年来，在额尔古纳地块陆续报道一些早古生代深成侵入体，但是关于早古生代时期大兴安岭北段额尔古纳地块和兴安地块碰撞拼合的位置、时间和过程，以及由挤压体制向拉张体制转换的时间及相关的地球动力学机制仍然存在较大争议。当前争议主要以(微)陆块碰撞造山后的岩石圈伸展作用和俯冲相关的弧后盆地模型为主，针对碰撞后伸展还存在两种不同的认识：(1)额尔古纳地块与兴安地块碰撞拼合后伸展环境(葛文春等, 2005, 2007; 隋振民等, 2006; 汪岩等, 2017; 赵硕, 2017; 杜兵盈等, 2019; 孙晨阳, 2021)；(2)西伯利亚板块南缘与额尔古纳地块碰撞后拉张背景(武广等, 2005; 吴琼等, 2019; 周传芳等, 2022)。其中，葛文春等(2005)、张彦龙等(2010)报道了塔河地区早古生代(494～480Ma)似斑状正长花岗岩和黑云母二长花岗岩，以及同时期少量角闪碱长花岗岩和角闪辉长岩，依据双峰式岩浆作用的地球化学属性，提出这些岩体形成于造山后的构造背景，认为额尔古纳与兴安地块间的碰撞作用在～490Ma之前已完成。武广等(2005)通过对额尔古纳地块漠河地区517～504Ma洛古河岩体的研究，认为它们形成于挤压体制向拉张体制转换的构造环境，与额尔古纳地块与西伯利亚克拉通之间古亚洲洋分支碰撞闭合后拉张过程有关，吴琼等(2019)通过对漠河地区早奥陶世A型花岗岩的研究也得出相同的认识。除此之外，王利民(2015)通过对阿尔山地区早古生代(475～469Ma)多宝山组和佳疙疸组的研究，识别出弧火山岩属性向OIB特征过渡的低钛玄武岩和OIB地球化学属性的高钛玄武岩。其中，多宝山组低钛玄武岩的源区具有OIB深部上涌地幔和俯冲洋壳释放的流体组分的双重贡献，而佳疙疸组高钛玄武岩的岩浆源区以OIB地幔性质为主，详细的数据分析表明它们形成于弧后伸展盆地的早期阶段。上述争论可以看出，目前对额尔古纳地块早古生代岩浆岩的成因及相应的地球动力学背景仍缺乏统一的认识。

前人研究表明造山运动的各个阶段均会产生不同类型的岩浆作用。额尔古纳地块发育有早古生代花岗岩，针对花岗岩的岩石组合特征、源区特点和形成机制的研究，不仅可以为大陆地壳增生-演化及壳幔相互作用等提供有效制约，也是理解造山带构造岩浆演化和地球动力学机制转换的重要突破口(Eby, 1990; Jahnetal., 2000; Wuetal., 2011)。因此，本文报道了大兴安岭北段漠河地区早古生代花岗岩的锆石U-Pb年龄、全岩主-微量元素地球化学数据和锆石原位Hf同位素组成，结合详细的野外地质调查和室内岩相学研究，旨在查明这些地质体的形成时代、岩石成因和形成的地球动力学背景。在此基础上，综合额尔古纳地块早古生代的岩石组合类型及时空变异规律，最终揭示中亚造山带东段额尔古纳地块和兴安地块的碰撞-拼合-拉张过程，揭示该地区从挤压体制向伸展背景转换的时间、地球动力学机制及深部作用过程。

1 区域地质背景及样品描述

额尔古纳地块处于中亚造山带的最东端，该地块呈北东向展布于东北地区的西北端，其主体位于俄罗斯和蒙古境内，西部与西伯利亚克拉通相邻，北与俄罗斯境内的岗仁地块相接，南与Ereendavaa地块相连，东南以塔源-喜桂图断裂与兴安地块相接(李锦轶, 1998; 张兴洲等, 2006; 刘永江等, 2010)。额尔古纳地块是具有前寒武纪变质结晶基底的古老微陆块(内蒙古自治区地质矿产局, 1991; 李文国, 1996)，基底主要由绿片岩相-低角闪岩相变质的兴华渡口群、绿片岩相变质的佳疙瘩群(苗来成等, 2007; Geetal., 2015; Zhaoetal., 2016)、具有浅海碳酸盐岩组合的额尔古纳河组，以及可能与Rodinia超大陆聚合-裂解作用相关的少量新元古代花岗质岩石组成(927～737Ma；Wuetal., 2011; 赵硕, 2017)。此外，赵硕(2017)通过对额尔古纳地块前寒武纪地质体以及前寒武纪地层中碎屑锆石年龄分布、花岗质岩石锆石Hf同位素组成以及全岩Nd同位素模式年龄的分析，结合前人的研究成果，认为额尔古纳地块是一个至少具有新太古代-古元古代结晶基底的古老块体。通过对比新元古代岩浆事件和前寒武纪锆石U-Pb年龄分布，赵硕(2017)提出额尔古纳地块和西伯利亚南缘微陆块明显区别于西伯利亚克拉通和华北克拉通，并认为额尔古纳地块与塔里木克拉通具有构造亲缘性。

额尔古纳地块断裂构造极其发育，其中以额尔古纳河断裂和得尔布干断裂最为著名，它们也是大兴安岭地区铀、贵金属和有色金属巨型成矿带的重要成矿和控矿构造。考虑到得尔布干断裂两侧的地球物理异常(张兴洲等, 2006)，传统观点认为该断裂为额尔古纳地块与兴安地块的缝合带(李锦轶等, 2004; Li, 2006)。然而近年来的研究表明得尔布干断裂不具备缝合带的特征(刘财等, 2011)，未发育蛇绿岩套以及缝合带相关的构造-岩石，实际是晚中生代重大伸展构造变形(走滑断裂)的产物(邵济安等, 1999; 孙晓猛等, 2011; 张丽等, 2013; 郑涵等, 2015)。随着相关地质证据的相继报道，新林-喜桂图缝合带代表额尔古纳与兴安地块之间的界限这一观点基本已达成共识(葛文春等, 2005; Wuetal., 2011; Zhouetal., 2015; 冯志强, 2015)。

额尔古纳地块早古生代花岗岩集中分布在塔河和漠河一带，即塔河-韩家园子-十八站和阿龙山-齐乾-漠河县等地区；在岩石系列组合上，西北部漠河地区为单一的高钾钙碱性系列花岗岩，东南部塔河-韩家园子花岗岩带以钙碱性和高钾钙碱性系列为主(葛文春等, 2005, 2007; 武广等, 2005; 隋振民等, 2006; 秦秀峰等, 2007; Wuetal., 2011; 汪岩等, 2017; 吴琼等, 2019)。额尔古纳地区中生代时期受蒙古-鄂霍茨克构造域和古太平洋构造域的影响，中生代岩浆活动强烈，以发育巨量的中生代火山岩和花岗岩为特征(Xuetal., 2013)。前寒武纪变质基底岩石仅零星分布，主要出露于北极村和漠河村之间，部分出露在漠河地区南部；古生界发育不全。本文研究区位于大兴安岭北段的漠河地区，包括漠河县、呼中、阿龙山和奇乾等区域，大地构造上属于额尔古纳地块，位于塔源-喜桂图缝合带的北侧(图1a-e)。依据最新的漠河县地质调查结果和野外地质考察，早古生代岩体主要分布于漠河县城北部西林吉-砂宝斯-天估山一带，出露范围较大，面积约600km2。早古生代侵入岩为一套成分演化系列岩石，包括石英闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩。岩石就位时间范围为517～440Ma，属于寒武纪-奥陶纪岩浆活动的产物。

本文所采的岩石样品主要为二长花岗岩(图2a-d)，由于侏罗纪时期岩浆活动剧烈，岩体大量就位，使得早古生代岩体在野外呈孤岛状岩基产出，出露范围较为分散(图1a-e)。系统的野外地质调查和岩相学研究显示二长花岗岩具有中细粒半自形粒状结构和中粗粒半自形粒状结构，块状构造，主要的矿物组成包括斜长石(30%～35%)、石英(30%～35%)、碱性长石(20%～25%)和黑云母(5%)，副矿物可见磷灰石、锆石和榍石(图2a-d)。其中，斜长石呈自形-半自形板柱状，普遍发育聚片双晶，局部可见绢云母化蚀变，粒度约0.05～2.5mm；石英呈他形粒状，干涉色Ⅰ级灰白，最高干涉色可见Ⅰ级黄，粒度多集中在0.02～2.0mm；碱性长石呈半自形板柱状-他形粒状，以正长石和条纹长石为主，可见卡式双晶和条纹结构，局部发育高岭土化蚀变，粒度约0.25～2.75mm；黑云母呈自形-半自形片状，粒度约0.05～0.35mm，平行消光，单偏光镜下可见浅褐色-深褐色的吸收性，局部遭受绿泥石化蚀变作用。

2 分析方法

2.1 锆石U-Pb定年

花岗岩样品的破碎和锆石的分选工作由河北省区域地质调查大队地质实验室完成。首先将采集到的新鲜无蚀变的岩石样品机械粉碎至80～100目，在严格避免污染的实验条件下，采用常规的重选和磁选技术分选出锆石，在双目镜下人工挑选出不同长宽比例和柱锥面特征的锆石，并用环氧树脂凝固成靶，打磨、抛光直至锆石核部充分出露，完成样品靶的制备。样品靶制备完成后，对锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的显微图像采集，查明锆石的内部结构，以便在后续测试中选择透明的、无裂隙的、无包裹体的锆石区域。

LA-ICP-MS锆石原位单点U-Pb同位素定年实验由西北大学大陆动力学教育部重点实验室完成。实验仪器采用美国AGILENT公司的Agilent 7500a型ICP-MS，与之连接的为193nm ArF准分子激光剥蚀系统。实验过程中以He气作为剥蚀物质的载气，激光剥蚀束斑的直径为36μm，频率为10Hz，有效采集时间为45s。实验过程采用国际标准锆石91500作为外标进行同位素分馏校正，选用澳大利亚标准锆石TEM和QH作为辅助标样。使用美国国家标准物质局研制的人工合成硅酸盐玻璃NIST610进行仪器最佳化。运行GLITTER(ver.4.4)程序计算获得锆石U-Pb同位素比值和元素含量。根据Andersen (2002)的方法进行普通Pb校正，最后利用Isoplot(ver.3.0；Ludwig, 2003)程序完成年龄计算与谐和图的绘制。

2.2 全岩主量元素和微量元素

在详细的岩相学观察的基础上，我们挑选14个新鲜的花岗岩样品进行全岩地球化学测试。将代表性花岗岩样品的风化面去除，将处理后的样品放入颚式无污染碎样机中进行粗碎和细碎，最后用多头玛瑙球磨机研磨至200目以下。全岩主、微量元素分析在中国科学院广州地球化学研究所和西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室共同完成。主量元素采用X荧光光谱(XRF)法，微量元素测试在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成。主量元素的XPF分析精度优于1%～5%。使用USGS标准W-2和G-2及国内标准GSR-1、GSR-2和GSR-3来校正所测样品的元素含量。微量元素的分析精度为2%～5%，其详细步骤与Lietal. (2005)和Li (1997)所述相同。

2.3 锆石原位Hf同位素

锆石原位Hf同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。所用仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪，仪器的运行条件和实验过程的具体的实验参数可参考Wuetal. (2006)。实验过程中以国际标准锆石91500(176Hf/177Hf=0.282294±0.000015，176Lu/177Hf=0.00031)为外标，激光剥蚀的能量值为100mJ，束斑直径为63μm，频率为10Hz。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb定年

本文对漠河地区4件花岗岩样品进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，测试结果见表1。测试所分析的锆石均呈自形-半自形棱柱状，长宽比介于1:1～4:1，CL图像中可见典型的岩浆振荡生长环带，显示岩浆成因锆石(图3; Belousovaetal., 2002)。

表1 额尔古纳地块漠河地区二长花岗岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data for monzogranite in the Mohe area

续表1Continued Table 1

样品GW03220采自漠河县城西侧(52°50′59.3″N、122°18′04.2″E)。9个锆石颗粒的分析结果表明，所有测点均位于谐和线上或其附近，206Pb/238U表观年龄介于500～475Ma之间，计算所得206Pb/238U加权平均年龄为482±4Ma(MSWD=1.4；n=9)。所测试锆石的Th/U比值介于0.19～0.85之间，表明其为岩浆成因锆石，因此206Pb/238U加权平均年龄可以代表花岗岩样品的就位年龄(图4a)。

样品GW03258采自漠河县城北侧(52°59′24.3″N、122°30′29.5″E)。对该样品的锆石共进行16个测点分析，分析结果显示锆石具有高的Th/U比值(0.25～0.93)，表明它们属于岩浆锆石；除5颗锆石可能由于后期Pb丢失导致位于谐和线下方，其中11个锆石测试点均位于谐和线上。16个测点给出206Pb/238U表观年龄介于538～474Ma之间，其中11个锆石显示年轻的206Pb/238U年龄(483～474Ma)，并给出加权平均年龄为480±3Ma(MSWD=0.30；n=11)，表明花岗岩的就位年龄为早奥陶世(图4b)。其余5个较老的锆石，其206Pb/238U年龄范围为538～498Ma，可能代表花岗岩侵位过程中所捕获锆石的年龄(图4b)。

样品GW04047采自阿龙山镇西南侧(51°40′07.0″N、121°49′34.5″E)。本文对该样品中的锆石共进行了20个测点分析，除4个测点略微偏离谐和线外，其余16个测点均位于谐和线上或附近，结合锆石高的Th/U比值(0.06～1.73)，表明年龄测试结果可以代表岩浆结晶时间。其中，15个锆石测点的206Pb/238U表观年龄介于472～441Ma之间，给出加权平均年龄为456±7Ma(MSWD=5.2；n=15)，代表花岗岩样品的结晶年龄(图4c, d)。剩余5个较老的锆石206Pb/238U表观年龄介于1025～489Ma，代表了花岗岩中捕获锆石的年龄(图4c, d)。

样品GW04092采自奇乾县城的附近(52°40′57.8″N、121°50′00.5″E)。本文对该样品中的锆石共进行了25个测点分析，其中5个测点可能由于Pb丢失略微偏离谐和线外，其余20个测点均位于谐和线上或附近。测试锆石的Th/U比值介于0.22～0.85之间，属于岩浆成因锆石。测试结果显示，23个锆石测点的206Pb/238U表观年龄介于477～448Ma，给出加权平均年龄为464±4Ma(MSWD=11.2；n=23)，代表花岗岩样品的结晶年龄(图4e)。其余2个较老的206Pb/238U表观年龄均代表早期捕获锆石的结晶年龄，其分别为～496Ma和～491Ma(图4e)。

3.2 全岩地球化学特征

漠河地区早古生代花岗岩具有较高的SiO2(64.90%～74.77%)和全碱(Na2O+K2O)含量(6.73%～8.90%)，其Na2O/K2O比值为0.48～0.95，MgO含量(0.17%～0.85%)较低，Mg#值介于11.68～39.53之间，过渡金属元素(如Cr，Ni元素)含量较低(表2)。基于CIPW标准矿物计算方法，以花岗岩的主量元素分析结果为依据，计算花岗岩中的矿物组成。依据石英、碱性长石和斜长石的相对含量绘制QAP图解，结果显示漠河地区花岗岩均落入二长花岗岩的区域内(图5a)。在(K2O+Na2O)-SiO2图解中，岩石样品均落入花岗岩区域，并显示亚碱性岩浆岩的特征(图5b)；在K2O-SiO2图解中显示高钾钙碱性系列向钾玄岩系列演化的趋势(图5c)。花岗岩样品的Al2O3含量(13.37%～16.09%)中等，铝饱和指数(A/CNK比值)介于0.96～1.21之间，属于准铝质-弱过铝质岩石(图5d)。从稀土元素配分图解中可以看出，漠河地区早古生代花岗岩显示明显右倾的配分模式，所有花岗岩样品均具有一致的分异趋势，富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，发育明显-中等的Eu负异常(δEu=0.31～0.74，仅一个二长花岗岩样品的δEu值为2.51)；原始地幔标准化微量元素蛛网图显示花岗岩样品总体富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、K等)，亏损高场强元素(如Nb、Ta、Ti等)和P(图6a, b)。

表2 漠河地区二长花岗岩的主量元素(wt%)与微量元素(×10-6)组成Table 2 Major (wt%) and trace element (×10-6) contents of monzogranites in the Mohe area

3.3 锆石Hf同位素

在锆石LA-ICP-MS研究的基础上，对漠河地区早古生代二长花岗岩中的锆石进行原位Hf同位素测试分析(表3)。测试结果显示，样品GW04047(456Ma)中岩浆锆石的176Hf/177Hf值变化于0.282477～0.282648，εHf(t)值为-0.77～+5.09，相应的Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2)介于1475～1106Ma；一颗捕获锆石(828Ma)的176Hf/177Hf比值为0.282622，εHf(t)值为+12.19(图7、表3)。样品GW04092(464Ma)中岩浆锆石的176Hf/177Hf值变化于0.282468～0.282628，εHf(t)值为-0.80～+5.22，相应的Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2)介于1487～1118Ma；一颗捕获锆石(496Ma)的176Hf/177Hf比值为0.282591，εHf(t)值为+4.38(图7、表3)。样品03GW258中岩浆锆石 (480Ma) 的176Hf/177Hf比值为0.282491～0.282585，εHf(t)值变化于+0.01～+3.36，Hf同位素二阶段模式年龄(tDM2)分别为1447～1235Ma；两颗捕获锆石(516～504Ma)的176Hf/177Hf比值为0.282546～0.282573，εHf(t)值变化于+2.60～+3.68(图7、表3)。

表3 漠河地区二长花岗岩的锆石Hf同位素组成分析结果Table 3 Lu-Hf isotopic compositions of zircons from monzogranites in the Mohe area

4 讨论

4.1 额尔古纳地块早古生代岩浆作用

大兴安岭地区植被覆盖严重，且大部分早古生代岩体遭受中生代构造热事件的叠加改造，不同时代的岩浆岩难以识辨，因此缺乏早古生代火成岩岩石组合和系统的地球化学研究，这使得中亚造山带东段早古生代的构造属性和演化历史一直存在争论。作为中亚造山带东段的重要组成部分，额尔古纳地块还保留较为完整的早古生代花岗岩类和同期的镁铁质-超镁铁质岩石。因此，查明额尔古纳地块早古生代岩石组合类型和岩浆活动期次，并结合前人研究成果，这对深入研究并探讨中亚造山带东段早古生代构造-岩浆演化历史具有重要意义。详细的区域地质调查研究已经表明额尔古纳地块早古生代的岩浆作用主要存在于该地块东北部，尤其是北部的莫尔道嘎-满归-漠河以及与兴安地块交界部位的塔河-十八站-韩家园子一带，在该地块中部的额尔古纳地区也有少量同时期岩浆岩的分布。额尔古纳地块早古生代以花岗质岩浆作用为主，中基性岩浆作用的出露规模较小，相关岩浆作用的产物主要为517～504Ma的洛古河二长花岗岩和石英闪长岩(武广等, 2005)；502Ma的西门都里河二长花岗岩(秦秀峰等, 2007)；500～461Ma的哈拉巴奇二长花岗岩和花岗闪长岩(隋振民等, 2006)；以及500～460Ma的塔河-查拉班河-白银纳花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩和角闪辉长岩(葛文春等, 2005, 2007)。除此之外，赵硕(2017)在额尔古纳地块东北段附近报道了早古生代基性侵入体，包括盘古483Ma角闪辉长岩、塔河477～463Ma角闪辉长岩-闪长岩、恩和463Ma辉长岩和阿龙山439Ma角闪辉长岩。汪岩等(2017)在塔河地区首次识别出一套晚寒武世中基性火山岩，包括501Ma的玄武安山岩和500Ma的粗面玄武岩。本文通过系统总结并分析前人研究成果，发现研究区早古生代岩浆作用的活动时间为520～440Ma，主体为一套具有弧型属性的火成岩岩石组合。结合本文的锆石U-Pb定年结果以及前人研究成果，额尔古纳地块早古生代岩浆活动主要可以划分为4个阶段：～500Ma(中-晚寒武世)、～480Ma(早奥陶世)、～460Ma(中-晚奥陶世)和～440Ma(早志留世)(表4、图4f)。

表4 额尔古纳地块早古生代岩浆作用Table 4 Early Paleozoic magmatism in the Erguna Block

续表4Continued Table 4

4.2 岩石成因及源区性质

4.2.1 岩石类型

花岗岩是大陆地壳的重要组成部分，其作为区域构造岩浆演化的产物，保留了丰富的地质信息，是板块演化的重要岩石学记录。因此，关于花岗岩的岩石组合特征、源区特点、形成机制的研究可以有效揭示大陆地壳的结构、生长、演化及壳幔相互作用(Chenetal., 2000; Jahnetal., 2000; Wuetal., 2011)。依据花岗岩的岩浆源区性质和形成的构造环境，其成因类型可以划分为I型、S型、A型和M型(Chappell and White, 1974, 1992)。上述研究显示，漠河地区花岗质岩体就位于482～456Ma，主体为二长花岗岩。地球化学分析显示漠河地区二长花岗岩具有高硅，高钾，低镁的特征，Na2O/K2O比值范围为0.48～0.95，A/CNK值介于0.96～1.21之间，属于高钾钙碱性系列花岗岩，同时显示准铝质-弱过铝质的特点。结合岩石样品普遍存在捕获锆石的现象，表明研究区花岗岩并非幔源岩浆分异的产物(即M型花岗岩；Whalen, 1985)。岩相学研究表明花岗岩样品中含有黑云母，且并未出现典型的富铝类矿物(如石榴子石、夕线石、白云母和堇青石等)，结合其准铝质-弱过铝质的特点，这与典型S型花岗岩的特征不相符(Chappell and White, 1974, 1992, 2001; Chappelletal., 2012)。此外，实验岩石学研究表明磷灰石在强过铝质熔体中，具有相对较高的溶解度(Wolf and London, 1994)，S型花岗岩中P2O5含量随着SiO2含量的增加而增加，I型花岗岩则显示相反的趋势。因此花岗岩样品中较低的P2O5含量以及SiO2与P2O5的负相关关系(图8a)表明漠河花岗岩具有I型花岗岩的属性(Chappell and White, 1974, 1992, 2001)。微量元素分析发现，随着Rb元素含量的升高，二长花岗岩样品的Y和Th元素均显示增高的趋势，也与I型花岗岩一致(表2; Chappell, 1999)。此外，采用锆石饱和温度计，依据全岩主-微量元素含量计算花岗岩的锆饱和温度也是判别I型和A型花岗岩的有效方式。其中，漠河二长花岗岩样品(03GW186)显示较高的δEu正异常(δEu=2.51)，明显不同于研究区其它样品，考虑其较高的Zr含量(1269×10-6)、Ba含量(2640×10-6)和Al2O3含量(16.09%)，以及相对较高的Sr含量(276.9×10-6)，推测该岩石样品受长石和锆石晶体的聚集或岩浆演化后期长石和锆石堆晶作用的影响。同时，二长花岗岩样品(GW04092和GW04092-1)的SiO2含量偏低(64.90%～65.35%)，而Fe2O3T和TiO2含量相对较高(6.24%～6.56%和0.77%～0.86%)，结合中等Eu负异常(0.45～0.46)，推测该花岗样品可能代表中性岩浆分离结晶的产物。因此，为了保证锆饱和温度计算的准确性，本文将筛除以上3个样品，对剩余样品进行计算：漠河地区二长花岗岩的锆石饱和温度介于771～868℃，平均值为812℃(Watson and Harrison, 1983)，明显低于A型花岗岩的温度，进一步表明它们属于I型花岗岩。由于花岗岩样品相对低的10000×Ga/Al比值、Zr和Nb含量，在10000×Ga/Al-Zr和10000×Ga/Al-Nb图解中，绝大多数样品点投影至I型，S型或M型的区域内(图9a, b)。在(Zr+Nb+Ce+Y)-10000×Ga/Al和(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO)图解中，花岗岩样品的投影点大多落入高分异花岗岩的区域内(图9c, d)。综上所述，本文认为漠河地区二长花岗岩属于高分异性I型花岗岩。此外，随着SiO2含量的增加，漠河地区二长花岗岩样品的主量元素，如MgO、P2O5、Al2O3、TiO2、Fe2O3T和CaO含量降低，结合微量元素图解上明显的Eu、Sr、P和Ti异常，表明漠河地区二长花岗岩样品的元素协同变化可能是角闪石、斜长石、Fe-Ti氧化物和磷灰石分离结晶或岩浆源区部分熔融过程造成的。然而，在(La/Sm)N-La和Th/Nd-Th图解上(图8c, d)，漠河地区二长花岗岩样品显示出部分熔融的演化趋势而不是分离结晶的趋势。因此表明分离结晶作用并不是岩浆成分变异的主导因素，二长花岗岩的元素变化特征可以用来探讨岩浆源区性质。

4.2.2 源区特征

I型花岗岩作为最常见的花岗岩类型是探究造山带区域地壳演化、壳幔相互作用和地壳增生、重熔和分异过程的重要媒介。I型花岗岩的成因机制主要包括地幔来源镁铁质岩浆的结晶分异作用、幔源玄武质岩浆和壳源长英质岩浆的混合作用、以及幔源岩浆底侵导致大陆地壳的部分熔融作用。首先，大兴安岭北段地区的早古生代岩体以二长花岗岩为主，同时期大规模的镁铁质侵入体(辉长岩和辉绿岩等)所占比例相对较少，仅在恩和地区和塔河地区出露有少量辉长岩和角闪辉长岩包体(张彦龙等, 2010; Zhaoetal., 2014; 赵硕, 2017)。结合漠河地区二长花岗岩中等-明显的Eu负异常(0.31～0.74，除了一个正Eu异常二长花岗岩样品2.51)，因此认为大量的中酸性岩浆不可能由镁铁质岩浆结晶分异演化而来。此外，强烈的结晶分异作用通常会形成超镁铁质-镁铁质堆晶体，这种现象在研究区也并未出现，因此野外地质证据同样不支持结晶分异模型。

关于岩浆混合作用，中酸性岩体广泛发育镁铁质包体通常认为是岩浆混合过程发生的重要指示，然而这种地质现象在野外地质考察中并未可见。此外，岩相学研究中并未发现矿物之间的不平衡共生现象，环带结构和交代结构，以及表明岩浆快速冷凝结晶的针状磷灰石，因此排除岩浆混合的成因模式。锆石作为岩浆早期结晶的产物，因其Hf同位素体系具有较高的封闭温度，可以有效记录混合岩浆端元的Hf同位素特征(吴福元等, 2007)。研究早古生代花岗岩样品的锆石具有相对一致的Hf同位素组成，其εHf(t)值介于-0.80～+5.22，通过与前人报道的额尔古纳地块同时期花岗岩的Hf同位素对比，发现它们在误差范围内一致(图7a, b; 赵硕, 2017; 孙晨阳, 2021)，这种Hf同位素特征进一步表明岩浆混合不是花岗质岩浆的主要成因模式。

值得注意的是，漠河地区二长花岗岩具有相对高硅(64.90%～74.77%)、高钾(4.13%～6.30%)，低镁(0.17%～0.85%)、低Mg#值和低的过渡金属元素(Cr和Ni)含量，基本可以判定其岩浆不可能起源于地幔物质的部分熔融(Frey and Prinz, 1978)，可能代表地壳物质部分熔融的产物(Hofmann, 1988; Rudnick and Gao, 2003)。此外，二长花岗岩样品相对富集Ba、Rb、K、Th和U等大离子亲石元素，亏损P、Ta、Nb和Ta等高场强元素，这种特征与大陆地壳的成分组成十分相似(Rudnick and Fountain, 1995; Rapp and Watson, 1995; Rappetal., 1999)。考虑到漠河地区二长花岗岩样品属于高分异型花岗岩，微量元素，尤其是高场强元素具有相似的地球化学性质，在岩浆演化过程中它们的比值非常稳定，可以用来追踪岩浆源区的性质。漠河地区二长花岗岩样品具有相对低的Nd/Th(0.99～5.36；平均值2.14)和Ti/Zr比值(1.29～10.65；平均值6.97)，这与壳源岩浆的比值相近(Nd/Th=3.00；Ti/Zr<30.00)而明显不同于幔源岩浆比值范围；Nb/U值介于1.82～11.13之间(平均值5.45)，与大陆地壳的Nb/U值相近(为6.2; Rudnick and Fountain, 1995)，这些特征都表明漠河地区二长花岗岩可能为大陆地壳部分熔融的产物。此外，实验岩石学结果表明，在0.7GPa和fO2(Ni-NiO=1.3～+4)的条件下，选取含水量中等(1.7%～2.3%)的中-高钾玄武质岩石作为部分熔融实验的起始物质，可以得到准铝质-弱过铝质高钾花岗质-流纹质熔体，这些熔体的地球化学属性与本文报道的二长花岗岩样品相一致(Sissonetal., 2005)。考虑到漠河花岗岩锆石的εHf(t)值大多为正值(-0.80～+5.22)，结合它们的Hf同位素二阶段模式年龄(1487～1106Ma)，本文认为漠河地区早古生代二长花岗岩的源区以中-新元古代新增生的年轻地壳组分为主，同时存在少量古老地壳物质的贡献。

地壳来源岩浆的地球化学属性主要受控于源区物质组成和熔融条件(Beard and Lofgren, 1991)。本文报道的漠河地区早古生代二长花岗岩虽然形成年龄跨度约26Myr(482～456Ma)，但是它们不仅出露位置相近，且地球化学特征和岩石成因类型也近乎一致，指示它们可能具有相似的岩浆源区。张旗等(2006)认为Sr和Yb的含量对判定花岗岩源区特征具有十分重要的指示意义。漠河地区二长花岗岩均显示低的Sr含量(84.12×10-6～276.9×10-6)，表明其源岩的部分熔融是在斜长石稳定的条件下进行的。但是，花岗岩样品Yb含量则变化较大(0.94×10-6～7.98×10-6)。其中，部分二长花岗岩样品(03GW179、03GW197、03GW213、03GW215和GW04051)具有较低的HREEs(Yb=0.94～1.77×10-6)和Y(10.55～21.69×10-6)，轻重稀土分异明显，(La/Yb)N比值为11.27～23.77，反映源区残留相主要为具有高Y和重稀土元素分配系数的矿物(即石榴石或角闪石)。然而，这些二长花岗岩则显示较低的(Gd/Yb)N比值(1.17～1.84)，表明源区的残留相主要为角闪石，石榴石含量较少。因为角闪石虽然有高的Gd分配系数，但是在与中酸性岩浆平衡下具有更高的Yb分配系数(Kleinetal., 1997)，而石榴石作为残留相时会形成较高的(Gd/Yb)N比值。由此表明这些低Sr低Yb型二长花岗岩的源区残留相应为石榴石角闪岩相，矿物组成包括斜长石+少量石榴石+角闪石+辉石(张旗等, 2006)。除了上述低Sr低Yb型二长花岗岩样品，其余的二长花岗岩则显示明显的低Sr高Yb型特征，指示其岩浆源区的残留相为角闪岩相。在模拟源区组成和部分熔融程度的Gd/Yb-Nb/Sm图解中，可见部分二长花岗岩样品点沿石榴石角闪岩相部分熔融曲线分布，其余样品点分布在无石榴石角闪岩相区域，可能指示不同深度地壳物质的部分熔融过程(图8b; Sen and Dunn, 1994; Hastieetal., 2010)。综上所述，本文认为漠河地区早古生代二长花岗岩起源于石榴石角闪岩相和角闪岩相下地壳的部分熔融作用，岩浆演化后期的分离结晶作用对岩浆成分的变化影响并不显著。

4.3 花岗岩形成的构造背景及其对额尔古纳-兴安地块碰撞后伸展过程的制约

关于碰撞过程的挤压体制向碰撞后拉张体制转换的时间以及地球动力学机制，目前仍然存在较大争议。前人研究表明，通过对俯冲至碰撞后阶段产生岩浆岩的岩石组合及源区性质的研究，可以探讨造山带形成的深部动力学过程。针对碰撞拼合后的拉张环境，碰撞后岩石圈伸展导致的深部软流圈地幔物质上涌及幔源岩浆的底侵作用使得地壳加热并发生部分熔融作用，形成大量碰撞后岩浆作用。一般来说，碰撞后岩浆作用以高钾钙碱性，碱性，高Sr/Y，A型花岗岩和镁铁-超镁铁质岩石为特征(Harrisetal., 1994)，因此，识别出最早形成的碰撞后岩浆作用，不仅可以深入理解岩石圈深部过程，而且有助于查明挤压体制向拉张体制转换的时间节点，这对于了解造山带晚期构造-岩浆演化及壳-幔相互作用的动力学机制具有重要意义。

上述研究表明，漠河地区花岗岩具有高硅、高碱，中等铝含量以及准铝质-弱过铝质的地球化学特征，矿物组成上包含黑云母，属于典型的高钾钙碱性I型花岗岩。微量元素配分图显示漠河花岗岩显示明显右倾的稀土元素配分型式，富集大离子亲石元素和轻稀土(Rb、Ba、K、La、Ce)，亏损高场强元素和重稀土(Nb、Ta、Ti、Yb)，普遍发育中等程度的Eu异常，具有典型的弧型岩浆岩的地球化学属性(Pearceetal., 1984)。结合前人研究成果，我们发现大兴安岭北段额尔古纳地块早古生代岩浆岩以花岗质岩浆作用为主，包括二长花岗岩、正长花岗岩以及少量二长岩，镁铁质岩浆作用如辉长岩、辉绿岩和闪长岩较少出露，这种岩石组合与典型的后造山岩浆岩组合类似，暗示这些岩石可能形成于后碰撞的构造背景。此外，详细的地球化学分析对比显示额尔古纳地块广泛发育的早古生代花岗质岩体主要为一套高钾钙碱性中酸性火成岩组合，这也与后碰撞阶段形成的高钾钙碱性花岗岩较为相似(Liégeois, 1998; Sylvester, 1998)。

关于额尔古纳地块发育的早古生代后造山岩浆岩组合究竟与额尔古纳地块-兴安地块的碰撞拼贴有关(葛文春等, 2005, 2007; 隋振民等, 2006)，亦或是额尔古纳地块与西伯利亚克拉通碰撞后伸展的结果(武广等, 2005)，一直也是东北地区早古生代构造-岩浆演化研究的热点问题。详细的区域地质调查已经查明：额尔古纳地块和兴安地块之间的造山带呈南北向展布，出露长度可达约1300km，传统上认为两地块间的缝合带为得尔布干断裂带，但是系统且深入的研究表明得尔布干断裂为一条晚中生代形成的具有明显地球物理异常的走滑断裂(郑常青等, 2009; 孙晓猛等, 2011; 刘财等, 2011)。此外，近年来对于新林-喜桂图缝合带的研究也取得重要的进展，包括：(1)新林-吉峰-嘎仙-环二库发育的蛇绿混杂岩，它们显示E-MORB和OIB的地球化学属性，代表了新元古代古亚洲洋洋壳的残片(冯志强, 2015; Fengetal., 2016)；(2)在大兴安岭北段的头道桥-额尔古纳右旗附近零星出露有高压变质岩—蓝片岩，Zhouetal. (2015)通过对头道桥蓝片岩进行系统的研究，查明它们的原岩形成时代为511±2Ma，并具有N-MORB和OIB玄武岩的地球化学特征，记录了额尔古纳和兴安地块的碰撞过程；(3)Zhouetal. (2011)查明额尔古纳地块北段兴华渡口群的麻粒岩相变质作用时间约为～500Ma，可能是对额尔古纳和兴安地块的碰撞作用的响应；(4)张丽等(2013)通过统计分析表明额尔古纳和兴安地块具有截然不同的花岗岩Hf同位素特征，即额尔古纳地块显示低的εHf(t)值(-9.7～+2.5)，而兴安地块则显示高的εHf(t)值(+6～+17)。冯志强(2015)通过对大兴安岭北段伊敏地区的泥鳅河组(422±5Ma)和红水泉组(338±5Ma)的砂岩研究发现其εHf(t)值变化范围较大(-21～+16)，具有混合的Hf同位素特征，据此提出在泥鳅河组和红水泉组地层沉积前(～500Ma)，额尔古纳和兴安地块沿新林-喜桂图缝合带的碰撞拼贴过程已完成。

除了本文报道的早古生代高钾钙碱性花岗岩，额尔古纳地块还发育有少量基性和碱性侵入体，如～460Ma的恩和辉长(闪长)岩，塔河岩体的角闪辉长岩和～460Ma的石英二长岩(张彦龙等, 2010; 赵硕, 2017)，暗示该期岩浆事件形成于拉张的伸展环境，与深部软流圈地幔物质上涌和幔源岩浆的底侵作用相关。赵硕(2017)通过系统总结并归纳当前研究的成果，发现额尔古纳地块在中-晚寒武世期间，以高钾钙碱性准铝质系列的中酸性侵入体为主，含有少量A型花岗岩；早奥陶世期间以高钾钙碱性I型和A型花岗岩为主，伴随少量中基性侵入体(包括二长岩、闪长岩和辉长岩)；中-晚奥陶世和早志留世期间，额尔古纳地块碱性侵入体广泛发育，并伴随有同期次的双峰式火成岩组合。由此可以看出，额尔古纳地块早古生代(520～440Ma)岩浆岩总体表现出由高钾钙碱性系列岩石侵位，随后向碱性系列转变的趋势，同时伴随双峰式火成岩的产生，这些岩石变化特征均与后碰撞火成岩演化类似。此外，考虑到早古生代侵入岩在额尔古纳和兴安两地块的交界广泛发育，结合塔源-喜桂图一带蛇绿岩的出露(冯志强, 2015)和区域地质资料，本文认为额尔古纳地块早古生代火成岩主要形成于额尔古纳地块和兴安地块碰撞后的伸展背景，与软流圈物质上涌导致下地壳部分熔融作用密切相关。

5 结论

(1)大兴安岭北段漠河地区花岗岩形成于482～456Ma，为早古生代(奥陶纪-志留纪)岩浆活动的产物。

(2)漠河地区花岗岩起源于石榴石角闪岩相和角闪岩相地壳物质的部分熔融作用，岩浆演化后期的分离结晶作用对岩浆成分的变化影响并不显著。

(3)漠河地区花岗岩形成于额尔古纳地块和兴安地块碰撞后的伸展作用，与软流圈地幔物质上涌密切相关。

致谢感谢中国科学院地质与地球物理研究所杨岳衡研究员在锆石Hf同位素测试过程中给予的帮助；锆石LA-ICP-MS U-Pb定年得到了西北大学大陆动力学教育部重点实验室工作人员的帮助；感谢中国科学院广州地球化学研究所和西北大学在全岩主、微量分析过程中给予的支持。同时感谢两位匿名审稿人提出的宝贵的具有建设性的意见。