黑龍江濱東地區(qū)唐家屯組火山巖時代的U-Pb年代學(xué)證據(jù)

王 興，鄭 濤，谷華娟，牛延宏，梁城喆

1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾161005；2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京100083

黑龍江濱東地區(qū)唐家屯組火山巖時代的U-Pb年代學(xué)證據(jù)

王 興1，鄭 濤1，谷華娟1，牛延宏1，梁城喆2

1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾161005；2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京100083

黑龍江省濱東地區(qū)廣泛發(fā)育唐家屯組火山巖，其以強(qiáng)片理化酸性、中酸性火山巖為主，夾少量中性火山巖及片理化變質(zhì)的正常沉積巖.唐家屯組火山巖SiO2含量為61.50%～68.96%，TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分別為0.61%～0.88%、1.21%～4.24%、0.30%～2.08%和0.77%～4.57%.Mg#為4～25，Al2O3＝15.12%～16.99%，K2O＝2.68%～5.2%，Na2O/K2O＝0.94～2.18，Na2O+K2O＝7.05%～9.99%，較富堿.稀土元素總量（∑REE）為140.81×10-6～276.36×10-6，LREE／HREE比值為7.72～9.70，明顯富輕稀土元素，貧重稀土元素.δEu＝0.77～1.03，具有負(fù)異常—弱的正異常，稀土元素配分曲線為右傾性.微量元素總體上富集大離子親石元素（LILE）Zr、Ba，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素和Sr、P，具有雙峰式火山巖的特點(diǎn).該火山巖LA-ICP-MS U-Pb定年的結(jié)果顯示，其加權(quán)平均年齡分別為300±1 Ma，形成時代為晚石炭世，其形成于引張環(huán)境.

唐家屯組；火山巖；U-Pb年齡；濱東地區(qū)；黑龍江省

興蒙造山帶東段的大興安嶺及其鄰區(qū)，晚古生代至早中生代經(jīng)歷了古亞洲洋、蒙古-鄂霍次克洋的閉合及區(qū)內(nèi)多塊體拼貼的過程［1-3］.中新生代又疊加了環(huán)太平洋構(gòu)造體系的改造［3-4］.晚中生代進(jìn)入造山后作用階段，火山噴發(fā)活動及盆嶺構(gòu)造極為發(fā)育［3-4］，中生代火山巖出露廣泛，巖石類型復(fù)雜，是東亞大陸邊緣中生代巨型火山巖帶的重要組成部分.近年來，各專家和學(xué)者對濱東地區(qū)進(jìn)行了大量研究［3-9］，但對唐家屯組火山巖研究較少.針對這些問題，筆者對濱東地區(qū)唐家屯組火山巖進(jìn)行了巖石地球化學(xué)及年代學(xué)的研究，以揭示區(qū)內(nèi)唐家屯組火山巖的形成時代.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于松遼盆地以東，佳木斯地塊、興凱地塊以西，佳伊斷裂以北的張廣才嶺的濱東地區(qū)，大地構(gòu)造位置歸屬于小興安嶺-松嫩地塊濱東隆起帶上［4］，玉泉斷陷中北部，東鄰伊春-延壽地槽褶皺系［8］（圖1）.

研究區(qū)內(nèi)出露的花崗巖以早侏羅世花崗巖和晚侏羅世堿長花崗巖為主.區(qū)內(nèi)地層主要發(fā)育上石炭統(tǒng)唐家屯組、上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)楊木崗組和中二疊統(tǒng)土門嶺組，另西部大面積發(fā)育第四系沉積物.

研究區(qū)內(nèi)唐家屯組火山巖發(fā)育，整體沿北東向展布，被晚石炭世堿長花崗巖及早侏羅世花崗閃長巖、二長花崗巖、堿長花崗巖、花崗斑巖侵入，與上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)楊木崗組整合接觸，與中二疊統(tǒng)土門嶺不整合接觸.

1.2 樣品描述

上石炭統(tǒng)唐家屯組以強(qiáng)片理化酸性、中酸性火山巖為主，夾少量中性火山巖及片理化變質(zhì)的正常沉積巖［9］.本次工作只對唐家屯組火山巖進(jìn)行了研究.

本文同位素測年樣品D4036采自三道街屯北采石場處英安巖中部的新鮮巖石.取樣點(diǎn)坐標(biāo)為：東經(jīng)127°11′44″，北緯45°38′47″.巖石呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，斑晶由斜長石和石英組成.斜長石半自形板狀，聚片雙晶.石英呈粒狀，大小0.1～0.2mm.角閃石，柱狀，黃綠色，斜消光，0.2～1 mm.黑云母，片狀，黃褐色，平行消光，大小0.2～1.2mm.基質(zhì)主要由長英質(zhì)隱晶集合體組成，黏土鱗片稠密不均分布其間，局部石英微粒集合體呈斑塊狀.

2 樣品分析方法

同位素測年樣品為D4036，樣品新鮮，表面無風(fēng)化，呈灰黑色，重16 kg.鋯石U-Pb定年樣品均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所采用常規(guī)方法進(jìn)行粉碎，并用浮選和電磁選方法進(jìn)行分選，然后在雙目鏡下挑選出晶形、顆粒大小、磨蝕程度以及顏色不同的鋯石顆粒，進(jìn)而確保所選鋯石的代表性.在此基礎(chǔ)上，將鋯石粘在雙面膠上，用無色透明的環(huán)氧樹脂澆灌固定，待環(huán)氧樹脂充分固化后拋光，使鋯石暴露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光掃描電鏡顯微照像，根據(jù)鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像.盡量選擇包裹體較少且吸收程度均勻的區(qū)域進(jìn)行分析測試［10］.

樣品在天津地質(zhì)礦產(chǎn)所重點(diǎn)實驗室通過鋯石LAMC-ICP-MS U-Pb測年方法進(jìn)行了同位素年齡測定.實驗方法：將鋯石用雙面膠粘在載玻片上，罩上PVC環(huán)，然后將環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行充分混合后注入PVC環(huán)中，待樹脂充分固化后將樣品靶從載玻片上剝離，并對其進(jìn)行打磨和拋光，然后對靶上樣品進(jìn)行顯微鏡下的反射光和透射光照像以及陰極熒光照像.根據(jù)鋯石陰極發(fā)光照片、反射光和透射光照片選擇鋯石的合適（感興趣）的測年晶域，利用193 nm激光器對鋯石進(jìn)行剝蝕.通常采用的激光剝蝕的斑束直徑為35或50 μm.采用TEMORA作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn).采用中國地質(zhì)大學(xué)劉勇勝博士研發(fā)的ICPMSDataCal程序和Kenneth R1 Ludwig的Isoplot程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.采用208Pb校正法對普通鉛進(jìn)行校正.利用NIST612玻璃標(biāo)樣作為外標(biāo)計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量［11］.

3 火山巖地球化學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)火山巖地球化學(xué)特征見表1.

3.1 主量元素

從表1可以看出，唐家屯組火山巖的SiO2含量為61.50%～68.96%，其中64.48%～68.3%之間出現(xiàn)明顯的間斷，具有雙峰式火山巖組合的特點(diǎn).TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分別為0.61%～0.88%、1.21%～4.24%、0.30%～2.08%和 0.77%～4.57%.Mg#為 4～25，Al2O3＝15.12%～16.99%，K2O＝2.68%～5.2%，Na2O/K2O＝0.94～2.18，Na2O+K2O＝7.05%～9.99%，較富堿.在TAS圖解（圖2）中落入粗安巖、粗面巖和英安巖區(qū)域，堿性范圍和亞堿性范圍都有樣品落入.在SiO2-K2O圖解（圖3）中位于高鉀鈣堿系列和鉀玄武系列內(nèi).

圖2 唐家屯組火山巖的TAS圖Fig.2 TheTASdiagramforthevolcanicrocksofTangjiatunFormation

3.2 微量元素

唐家屯組稀土元素總量（∑REE）為140.81×10-6～276.36×10-6，LREE/HREE比值為7.72～9.70，明顯富輕稀土元素，貧重稀土元素.δEu＝0.77～1.03，具有負(fù)異?！醯恼惓＃⊥猎嘏浞智€（圖4）為右傾性.微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖5）中，總體上富集大離子親石元素Zr、Ba，虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素和Sr、P.

表1 濱東地區(qū)唐家屯組火山巖主量、稀土和微量元素分析結(jié)果表Table1 Major and trace element contents of volcanic rocks of Tangjiatun Formation in East Harbin area

4 鋯石U－Pb測年

濱東地區(qū)唐家屯組2個火山巖樣品中鋯石陰極發(fā)光體圖像（圖6）顯示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有發(fā)育振蕩生長環(huán)帶的粒狀或短柱狀鋯石，也有具有條痕狀吸收特點(diǎn)的板狀或短柱狀鋯石，還有少量鋯石不發(fā)光，但它們均具有高的Th/U比值（0.317～1.428），暗示其巖漿成因.

D4036樣品共進(jìn)行了25個鋯石顆粒的測定，其中15個鋯石的測試結(jié)果位于諧和線上及附近，定年結(jié)果顯示15個測點(diǎn)鋯石206Pb/238U年齡值（表2）加權(quán)平均年齡為300±1 Ma（圖7），代表其巖漿結(jié)晶年齡，表明其形成時代應(yīng)為晚石炭世.

基于本文定年結(jié)果可以看出，唐家屯組火山巖形成時代為晚石炭世.

5 討論

5.1 唐家屯組火山巖的形成時代

對于該組火山巖的形成時代，在《黑龍江省巖石地層》［9］及賓縣、五?？h幅1∶20萬區(qū)調(diào)中將其歸為晚石炭世，郝文麗等［10］在五常地區(qū)通過LA－ICP－MS U-Pb測年測得其年齡為289～302 Ma，加權(quán)平均值為295±1 Ma，將其時代確定為早二疊世.

圖3 唐家屯組火山巖的SiO2－K2O圖Fig.3 The SiO2-K2O diagram of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

圖4 唐家屯組火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

表2 D4036樣品LA-MC-ICP-MS U-Pb年代學(xué)分析結(jié)果表Table2 Zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb geochronologic analysis results for sample No.D4036

圖5 唐家屯組火山巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Primitive mantle-normalized spider diagram of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

筆者對唐家屯組火山巖的鋯石進(jìn)行了礦物學(xué)定年研究，CL圖像顯示其典型的巖漿成因——即定年結(jié)果應(yīng)代表了火山巖的形成時代，LA－ICP－MS U－Pb定年的結(jié)果顯示，其加權(quán)平均年齡為300±1 Ma.結(jié)合其他研究者所獲得的U－Pb定年結(jié)果，唐家屯組火山巖的形成時代應(yīng)為晚石炭世.

5.2 火山巖地層的重新劃分

在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，用巖石組合對比的方法劃分火山巖地層容易發(fā)生混亂，需要高精度的測年數(shù)據(jù)來界定每組火山巖的具體形成時代［7］.前人對濱東地區(qū)火山巖地層的劃分主要依靠巖石組成特征、古生物類型對比等方法.但在野外實際地質(zhì)研究中發(fā)現(xiàn)，唐家屯組火山巖受后期的構(gòu)造影響，原所標(biāo)定的各組火山巖混雜了其他組的巖石.如前人原定的五道嶺組火山巖樣品應(yīng)屬于唐家屯組.

5.3 唐家屯組火山巖的成因

該組火山巖具有雙峰式組合的特征.雙峰式火山巖一般認(rèn)為是引張環(huán)境的產(chǎn)物［3-4］.它們共同揭示了松嫩－張廣才嶺地塊東部在早二疊世處于一種伸展環(huán)境.可以判定，松嫩－張廣才嶺地塊與興安地塊一起，在早二疊世—晚石炭世期間共同經(jīng)歷了一次區(qū)域性的伸展事件［4］.

6 結(jié)論

濱東地區(qū)唐家屯組火山巖鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡為300±1 Ma，形成于晚石炭世，具有雙峰式火山巖的組合特點(diǎn)，其形成與松嫩-張廣才嶺地塊與興安地塊在早二疊世—晚石炭世期間共同經(jīng)歷了一次區(qū)域性的伸展事件有關(guān).

圖6 D4036樣品U-Pb鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 Cathodoluminescence images of zircons U-Pb of sample No.D4036

致謝：本文是黑龍江省料甸、松江鎮(zhèn)、全孝村幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目全體成員的共同成果，特表感謝.

圖7 唐家屯組火山巖鋯石LA-MC-ICP-MS U-Pb年齡諧和曲線圖和直方圖Fig.7 Zircon LA-MC-ICP MS U-Pb dating concordia diagram and weighted average ages of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

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THE U-Pb CHRONOLOGICAL EVIDENCE FOR THE VOLCANIC ROCKS OF TANGJIATUN FORMATION IN EAST HARBIN，HEILONGJIANG PROVINCE

WANG Xing1，ZHENG Tao1，GU Hua-juan1，NIU Yan-hong1，LIANG Cheng-zhe2
1.Qiqihar Branch，Heilongjiang Institute of Geological Survey，Qiqihar 161005，Heilongjiang Province，China；2.China University of Geosciences，Beijing 100083，China

The Tangjiatun Formation，dominated by strong schisteous acidic and acidic-intermediate volcanic rocks，with minor intermediate volcanic rocks and metamorphosed normal sedimentary rocks，are widely exposed in East Harbin，Heilongjiang province.The volcanic rocks contain SiO2of 61.50%-68.96%，TiO2of 0.61%-0.88%，F(xiàn)e2O3of 1.21%-4.24%，MgO of 0.30%-2.08%and CaO of 0.77%-4.57%，with Mg#of 4-25，Al2O3＝15.12%-16.99%，K2O＝2.68%-5.2%.The alkaline content is rich，with Na2O/K2O＝0.94-2.18，Na2O+K2O＝7.05%-9.99%.The total REE contents are 140.81×10-6-276.36×10-6，with LREE/HREE ratio of 7.72-9.70.The rocks are enriched in LREE but depleted in HREE，with δEu＝0.77-1.03，i.e.negative anomaly to slightly positive anomaly.The mode of REE patterns shows right-inclined curves.The trace elements of the rocks are rich with LILEs（Zr and Ba）and depleted with HFSEs（Nb，Ta and Ti），Sr and P，showing the characteristics of bimodal volcanic rocks.The LA-ICP-MS U-Pb dating result of the volcanic rocks yields the weighted average age of 300±1 Ma，indicating the forming age of Late Carboniferous Epoch，which was an extensional environment.

Tangjiatun Formation；volcanic rocks；U-Pb dating；East Harbin；Heilongjiang Province

1671-1947（2016）03-0237-07

P597

A

2016-08-12；

2015-12-02.編輯：李蘭英.

“黑龍江省料甸幅、松江鎮(zhèn)幅、全孝村幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項目（編號HLJKD2009-10）.

王興（1982—），男，工程師，現(xiàn)主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究工作，通信地址黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)中山路65號，E-mail// wx1103208@163.com