黑龍江寶清地區早二疊世二長花崗巖年代學及地球化學特征

華永成　趙振荃　熊鵬磊　張樹岐

(1.河北地質大學資源學院；2.黑龍江地球物理勘察院)

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黑龍江寶清地區早二疊世二長花崗巖年代學及地球化學特征

華永成1趙振荃1熊鵬磊2張樹岐2

(1.河北地質大學資源學院；2.黑龍江地球物理勘察院)

對黑龍江寶清地區早二疊世二長花崗巖的年代學、地球化學特征進行了詳細分析，結果表明：①LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年結果顯示樣品2029的分析年齡為(275.9±1.8)Ma，樣品4228的分析年齡為(298.8±3.6)Ma，測年結果表明該類樣品形成于早二疊世；②該類巖石主量元素為高硅、富鋁、貧鈣，低鎂、低鐵，在侵入巖w(SiO2)-AR圖解中，亦屬堿性，在侵入巖 w(K2O)-w(Na2O)鉀質鈉質系列圖解中，屬于鉀質巖石系列；③微量元素原始地幔標準化蛛網圖顯示，4條蛛網模式曲線形態趨于一致，Rb、La、Nd顯現峰值，Ta、Sr呈現谷，P為負異常；③稀土元素總量153.77%～219.88%，平均186.29%，輕稀土元素富集，重稀土虧損，δEu為0.64～1.35，平均0.97，除龍慶河301高地二長花崗巖體屬由上地殼經不同程度的部分熔融形成外，其他巖體屬基性巖漿分異型；④在稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖解中顯示斜率(La/Yb)N為6.69～21.58，4條曲線形態不盡一致，總體曲線右傾，輕稀土富集型，結合區域研究資料表明為地幔深熔火山弧邊緣碰撞帶的構造環境，同屬火山弧邊緣侵入巖。

二長花崗巖早二疊世年代學特征地球化學特征鋯石U-Pb定年構造環境

黑龍江寶清地區位于興凱湖與布列亞山地塊區，屬于佳木斯隆起帶與寶清過渡帶的接觸部位[1]，地質歷史漫長，地質構造復雜。近年來，有關西部和中部地質單元的研究成果較多，但對佳木斯地塊東部地質單位的研究相對薄弱[2-4]。為此，本研究對寶清地區早二疊世二長花崗巖年代學及地球化學特征進行探討。

1　地質背景

黑龍江寶清地區區域大地構造上屬于佳木斯地塊東緣，佳木斯地塊東緣位于黑龍江省東部寶清—密山地區，東側為躍進山拼貼帶，南側為敦化—密山斷裂帶[1]。樣品5340采集于寶清縣圖幅西南角的古井子二長花崗巖體，其巖體以北為第四系更新統的階地堆積層。樣品4228采集于青龍山圖幅東北角的大梨樹溝王庵溝頂二長花崗巖體，該巖體以東與侏羅系上統松木溝組的巖體呈不整合接觸，以西為第四系全新統的大梨樹溝低漫灘堆積層。樣品1057采集于青龍山圖幅中部的大百石河西小溝叉428.1高地巖體，該巖體以東為第四系全新統的大百石河低漫灘堆積層。樣品2029采集于防火站圖幅西側的龍慶河301高地巖體，該巖體以西為早二疊系花崗閃長巖體，以東為第四系全新統龍慶河低漫灘堆積層。

2　巖相學特征

樣品5340為肉紅色粗中—中粒二長花崗巖，中粒半自形結構，塊狀構造，在顯微鏡下鉀長石為條紋長石，條紋結構，粒度0.5～5mm，含量45%；斜長石為半自形板狀，聚片雙晶絹云母化，部分出現高嶺土化，An27，粒度0.5～4mm，含量30%～45%；石英為半自形粒狀；粒度0.7～3.5mm，含量20%～25%；暗色礦物為黑云母，少量，向白云母轉化，含量2%，此外，含少量磁鐵礦。

樣品4228為暗肉紅色—肉紅色二長花崗巖，斑狀結構，基質隱晶質-球粒結構，塊狀構造，在顯微鏡下鉀長石為隱晶質結構，斑晶他形，粒度1.9～5mm，含量2%，基質占70%，為長英礦物；斜長石為斑晶，半自形板狀，聚片雙晶，絹云母化，An31，粒度0.2～1.8mm，含量20%；石英為他形粒狀，具溶蝕現象，粒度0.4～1.8mm，含量5%，暗色礦物為黑云母，向白云母轉化，粒度0.35～1mm，含量1%，其他礦物為磁鐵礦。

樣品1057為肉紅色中—細粒二長花崗巖，中—細粒半自形結構，塊狀構造，在顯微鏡下鉀長石為條紋長石和微斜長石，半自形板狀—他形條紋結構和格子雙晶，粒度0.8～5mm，含量40%～50%；斜長石為半自形板狀，聚片雙晶，絹云母化，An26～33，粒度1.5～4mm，含量25%～35%；石英為半自形粒狀，波狀消光，粒度0.8～2.5mm，含量20%～25%，個別35%～40%，暗色礦物為黑云母，片狀，平行消光，部分泥石化，含量1%～5%；其他礦物為綠簾石、磷灰石、磁鐵礦。

樣品2029為淺肉紅色粗—中粒二長花崗巖，中粒半自形結構，塊狀構造，在顯微鏡下鉀長石為條紋長石，半自形板狀，且包裹著斜長石，粒度2～5mm，含量35%；斜長石為半自形板狀，聚片雙晶和卡鈉聯合雙晶，粒度2～5mm，含量30%；石英為他形粒狀，粒度2～5mm，含量30%。

3　U-Pb同位素測年

用于鋯石U-Pb定年的樣品為TW2029、TW4228，將樣品清凈，在河北省廊坊區域地質礦產調查研究所實驗室挑選鋯石。首先將鋯石樣品放于環氧樹脂中，然后進行磨蝕與拋光直至鋯石核部出露。鋯石U-Pb年齡在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室利用LA-ICP-MS方法測定，試驗中采用He氣作為剝蝕物質的載氣，鋯石91500作為外標，NIST600作為內標。鋯石測定點的同位素比值、U-Pb表面年齡和U-Pb含量計算采用GLIT-TER程序，采用ISO-PLOT程序計算鋯石加權平均年齡及繪制諧和圖。在龍慶河301高地巖體2029點采集同位素樣品，獲得鋯石單礦物LA-ICP-MS法分析的年齡值為(275.9±1.8)Ma(圖1、表1)。另外，在王庵溝頂二長花崗巖體4228點獲得鋯石單礦物LA-ICP-MS法分析的年齡值為(298.8±3.6)Ma(圖2、表2)。據上述分析可確定該巖組時代為早二疊世。

圖1　TW2029樣品鋯石LA-ICP-MS U-Pb

圖2　TW4228樣品鋯石LA-ICP-MS U-Pb

樣品編號含量/(×10-6)PbUTh同位素比值w(206Pb)/w(238U)1σw(207Pb)/w(235U)1σw(207Pb)/w(206Pb)1σw(208Pb)/w(232Th)TW2029-01224001970.04360.00050.31450.01600.05270.00280.0143TW2029-02183531180.04390.00070.33180.01470.05570.00260.0145TW2029-03122291100.04380.00070.31200.02010.05200.00350.0126TW2029-04469152860.04390.00050.33610.01230.05560.00200.0134TW2029-05204001310.04380.00090.33820.01720.05620.00280.0128TW2029-06193671050.04390.00070.34030.01600.05710.00270.0143TW2029-07152851290.04380.00100.36320.02360.06030.00370.0141TW2029-08213971310.04370.00090.33660.02260.05570.00370.0149TW2029-0913251920.04380.00070.30890.01960.05230.00350.0141TW2029-10213991330.04370.00080.33470.02570.05560.00440.0136TW2029-11244073220.04390.00050.30200.01380.04940.00220.0136TW2029-12163001290.04390.00090.30500.02580.04970.00390.0133TW2029-13295133230.04290.00050.32170.01200.05450.00220.0131TW2029-14152791120.04380.00090.29920.01670.05060.00300.0142TW2029-15438263260.04390.00050.30210.01000.04980.00160.0135

續表

表2　TW4228樣品鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素年齡測試結果

續表

4　巖石地球化學特征

4.1巖石化學特征

黑龍江寶清地區二長花崗巖主量元素分析結果見表3。由表3可知，主要氧化物含量：高硅，w(SiO2)平均73.01%；富鋁，w(Al2O3)平均14.33%；富鈉，w(Na2O)平均3.99%；貧鈣，w(CaO)平均1.07%；低鎂，w(MgO)平均0.03%；低鐵，w(FeO)平均0.66%。在侵入巖w(SiO2)-AR圖解(圖3)中，屬堿性；在侵入巖w(K2O)-w(Na2O)鉀質鈉質系列圖解(圖4)中，屬鉀質巖石系列；A/CNK值平均1.29%，據A/CNK=1.1判別值，大梨樹溝王庵溝頂花崗斑巖體屬S型，其余為I型；依A-C-F三角圖解屬I-S型，I型花崗巖居多。由I型花崗巖的元素特征可知，源巖物質可能為敦化—密山斷裂帶的產物。由S型花崗巖的元素特征可知，以殼源沉積物質為源巖，經部分熔融、結晶產生的花崗巖，可能是佳木斯地塊與興凱地塊之間古亞洲洋消失同碰撞期的產物。

圖3　侵入巖w(SiO2)-AR圖解

樣品編號含量/%SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgO534072.600.2015.260.700.080.020.07422872.020.3714.841.160.450.050.50105771.220.3413.800.561.760.030.82202972.720.1314.660.920.390.020.13465276.480.1613.080.260.610.020.24樣品編號含量/%CaONa2OK2OP2O5燒失量w(Na2O+K2O)53400.375.643.860.020.589.3242280.554.003.820.101.727.8210571.153.224.970.061.208.1920291.043.815.020.040.688.8346522.233.272.420.010.5013.08樣品編號總量/%里特曼指數A/CNKw(K2O)/w(Na2O)534099.402.931.570.71422899.622.111.770.96105799.352.381.481.54202999.602.621.491.32465299.3576.481.650.26

圖4　w(K2O)-w(Na2O)鉀質鈉質系列圖解

4.2巖石稀土元素特征

黑龍江寶清地區二長花崗巖稀土元素含量及特征參數見表4。由表4可知：w(ΣREE)183.57%～240.51%，平均207.82%；w(LREE)132.8%～203.37%，平均170.4%，LREE富集；w(HREE)10.26%～20.97%平均15.84%，HREE虧損；δEu0.64～1.35，平均0.97，Eu異常較弱；w(LREE)/ w(HREE) 6.33～19.57，平均11.87；在稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖解(圖5)中顯示，(La/Yb)N6.69～21.58，4條曲線形態不盡一致，總體曲線右傾，輕稀土富集型。古井子二長花崗巖體顯示重稀土富集，Eu富集，為正異常。龍慶河301高地二長花崗巖體Eu虧損，呈負異常；西小溝叉428.1高地二長花崗巖體(XT1057)、王奄溝頂花崗斑巖體(XT4228)Eu表現不明顯，曲線分布型式顯示為同期異源產物。在w(Rb)-w(Yb+Ta)不同類型侵入巖圖解中，屬火山弧花崗巖；在w(Rb)-w(Y+Nb)圖解中，則為火山弧邊緣花崗巖。

表4　黑龍江寶清地區二長花崗巖稀土元素分析結果

圖5　稀土元素球粒隕石標準化分布型式

4.3巖石微量元素特征

黑龍江寶清地區二長花崗巖微量元素含量及特征參數見表5。由表5可知：樣品中除Ba、Zr、Th外，其余所有微量元素的含量都很低，特別強烈表現出虧損U、Ta、Hf等元素，據張琪[5-6]提出的花崗巖分類方法，古井子二長花崗巖體(樣品5340)、大梨樹溝王庵溝頂花崗斑巖體(樣品4228)為低Sr、高Yb的島弧成因的埃達克巖型花崗巖類; 大百石河西小溝叉428.1高地二長花崗巖體(樣品1057)、龍慶河301高地二長花崗巖體(樣品2029)為低Sr、低Yb的喜馬拉雅型花崗巖類。據微量元素組合判別，侵入巖成因類型趨向I型；據w(Rb)/w(Sr)值，巖組趨向同熔型；據w(Rb)/w(Li)值，則為同熔型-改造型。微量元素原始地幔標準化蛛網圖(圖6)顯示，4條蛛網模式曲線形態趨于一致，Rb、La、Nd顯現峰值，Ta、Sr呈現谷，P為負異常，WL3530曲線表現離散，可能為同期次。

表5　黑龍江寶清地區二長花崗巖微量元素分析結果

5　討　論

5.1巖石組合及演化特征

二長花崗巖體的巖性較均一，從粗粒到粗—中粒，無明顯界限，暗色礦物含量總體較少，同時含有少量的磁鐵礦。該巖體附近均發育第四系地層，且主量元素的特征參數變化較小，但稀土元素和微量元素的特征參數變化較大。在稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖解中4條曲線形態不盡相同，總體曲線右傾，輕稀土富集型。古井子二長花崗巖體顯示重稀土富集、Eu富集，為正異常。龍慶河301高地二長花崗巖體Eu虧損，呈負異常。西小溝叉428.1高地二長花崗巖體(XT1057)、王奄溝頂花崗斑巖體(XT4228)Eu表現不明顯，曲線分布型式顯示為同期異源產物。據w(Rb)-w(Yb+Ta)不同類型侵入巖圖解，屬火山弧花崗巖；據w(Rb)-w(Y+Nb)圖解，則為火山弧邊緣花崗巖。微量元素原始地幔標準化蛛網圖顯示，4條蛛網模式曲線形態趨于一致，Rb、La、Nd顯現峰值，Ta、Sr呈現谷，P為負異常，WL3530曲線表現離散，可能為不同期次。

圖6　微量元素原始地幔標準化蛛網

5.2巖體形成年齡

在王庵溝頂二長花崗巖體4228點獲得的鋯石單礦物LA-ICP-MS法分析年齡為(298.8±3.6)Ma。在龍慶河西301高地巖體2029點采集同位素樣品，獲得的鋯石單礦物LA-ICP-MS法分析年齡為(275.9±1.8)Ma。該2個年齡值為巖漿鋯石的結晶年齡，即代表了二長花崗巖的形成年代。由于王庵溝頂二長花崗巖體的形成時代早于龍慶河301高地的巖體，說明他們為不同時期的侵入體。

5.3構造背景

在二長花崗巖礦物組成上，除主要礦物外，還含有少量磁鐵礦，常量元素具有高硅、富鋁、富鈉、貧鈣、低鎂、低鐵等特征，微量元素富集Ba、Zr、Th、LREE，貧U、Ta和Hf。稀土元素富集輕稀土，在稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖中，4條曲線不盡一致，總體曲線右傾。在侵入巖w(Rb)-w(Yb+Ta)差別圖解(圖7)和w(Rb)-w(Yb+Nb)圖解(圖8)中，3個樣品投點同屬火山弧邊緣侵入巖，為地幔深熔火山弧邊緣碰撞帶的構造環境，表明佳木斯地塊東部二疊紀期間處于活動大陸邊緣的構造背景中，當時應該存在1個自東向西俯沖的大洋板塊。

圖7　不同類型花崗巖 w(Rb)-w(Yb+Ta)圖解

圖8　不同類型花崗巖w(Rb)-w(Yb+Nb)圖解

6　結　語

結合巖石U-Pb同位素測年、主量元素、微量元素、稀土元素測試結果，對黑龍江寶清地區早二疊世二長花崗巖的年代學、地球化學特征進行了深入探究，將該地區二長花崗巖分為I型花崗巖和S型花崗巖兩大類，王庵溝頂二長花崗巖體的形成時代早于龍慶河301高地巖體，原巖物質可能是一種敦化—密山斷裂帶的產物或佳木斯地塊與興凱地塊之間古亞洲洋消失同碰撞期的產物，產出于地幔深熔火山弧邊緣碰撞帶的構造環境。

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2016-03-10)

華永成(1989—)，男，碩士研究生，050000 河北省石家莊市裕華區槐安東路136號。