大興安嶺松嶺地區(qū)早白堊世花崗巖地球化學特征及構(gòu)造意義

張大志， 宮兆民， 王春生， 劉松杰， 張圣聽， 周小剛， 張志浩

(1. 黑龍江省生態(tài)地質(zhì)調(diào)查研究總院， 黑龍江 哈爾濱 150036；2. 遼寧工程技術(shù)大學 礦業(yè)學院， 遼寧 阜新 123000)

0 引言

研究區(qū)位于興蒙造山帶的東段，興安地塊中北段，北西側(cè)緊鄰額爾古納地塊，經(jīng)歷了多階段的地質(zhì)事件的改造，形成了復雜的構(gòu)造行跡和巖石類型[1]。古生代受亞洲洋構(gòu)造域影響，中生代經(jīng)歷了環(huán)太平洋構(gòu)造域和鄂霍次克構(gòu)造體系的疊加和改造，多階段的構(gòu)造作用使包括研究區(qū)在內(nèi)的大興安嶺地區(qū)成為我國重要的銀、鉛、鋅、銅、鉬多金屬成礦帶。該帶內(nèi)金屬礦產(chǎn)眾多，大多與燕山期侵入活動關(guān)系密切[2]。鑒于此，本文對大興安嶺松嶺地區(qū)早白堊世二長花崗巖、正(堿)長花崗巖進行地球化學元素分析，討論該期花崗巖的巖石系列、成因類型、源區(qū)性質(zhì)及地質(zhì)意義，以期對尋找新的金屬礦產(chǎn)資源提供科學依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于大興安嶺松嶺地區(qū)，按板塊劃分為興安地塊北部，臨近額爾古納地塊，屬阿里河—扎蘭屯花崗巖帶的一部分。區(qū)內(nèi)出露的地層分別為古元古界興華渡口巖群、新元古界—下寒武統(tǒng)倭勒根群、上志留統(tǒng)—中泥盆統(tǒng)泥鰍河組、下白堊統(tǒng)光華組合甘河組。早白堊世侵入巖廣泛發(fā)育，主要的巖石類型為中粒含角閃石黑云母二長花崗巖、粗中粒正(堿)長花崗巖、(中)細粒正(堿)長花崗巖、微細粒斑狀正(堿)長花崗巖。巖體被下白堊統(tǒng)光華組流紋巖覆蓋，前人對本地區(qū)花崗巖類進行了鋯石U-Pb年代學研究，認為其形成時代為早白堊世(124±18 Ma)[3]。通過進一步的野外地質(zhì)調(diào)查、巖相學觀測以及巖石礦物學對比分析，得出此次研究的花崗巖同樣為早白堊世。

2 巖石地球化學特征

2.1 主量元素

研究區(qū)二長花崗巖、正(堿)長花崗巖主量元素分析結(jié)果見表1。巖石SiO2含量為72.19%～76.08%，平均值為74.22%；全堿含量(ALK=Na2O+K2O)為8.01%～9.65%，平均值為8.77%，表現(xiàn)出高硅、富堿的特點。全巖相對富鉀，K2O/Na2O為0.90～1.19，貧鎂(MgO含量為0.17%～0.79%，平均值0.40%)，貧鈣(CaO含量為0.37%～0.59%，平均值0.48%)，巖石固結(jié)指數(shù)(SI)為1.66～6.69，分異指數(shù)(DI)91.40～95.17，里特曼指數(shù)(δ)在1.93～3.19之間，顯示出巖石為鈣堿性。A/CNK為0.96～1.13，A/NK為1.04～1.22。總體來看，巖石為準鋁-弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性系列巖石。

2.2 稀土和微量元素

巖石稀土、微量元素分析結(jié)果見表1，稀土元素總量(ΣREE)為(99.03～195.62)×10-6，平均值為142.67×10-6，略小于陸殼平均值(154.7×10-6)。輕稀土元素(LREE)為(67.18～177.19)×10-6，重稀土元素(HREE)為(8.72～20.13)×10-6，LREE/HREE為7.70～10.00，LaN/YbN值為6.62～9.03。δEu=0.19～0.67，均小于0.7，表現(xiàn)出明顯的Eu負異常。巖石富集親石大離子元素Rb、K，虧損高場強元素P、Ti、Nb，具有地殼物質(zhì)的特點。

表1 研究區(qū)中侏羅世花崗巖主量元素含量(%)、微量元素和稀土元素含量(×10-6)分析結(jié)果

3 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境判別

3.1 巖石成因類型及源區(qū)性質(zhì)

區(qū)內(nèi)巖石具有高硅(SiO2含量為72.19%～76.08%，平均值為74.22%)、高鉀(K2O/Na2O為0.90～1.19)、富堿(ALK=Na2O+K2O為8.01%～9.65%，平均值為8.77%)的特點，而相對貧鎂(MgO含量為0.17%～0.79%，平均值0.40%)、貧鐵(FeO含量為0.94%～2.16%，平均值1.29%)、貧鈣(CaO含量為0.37%～0.59%，平均值0.48%)，A/CNK小于1.1，具A型花崗巖特點。Sr為21.60×10-6～388.00×10-6，平均值為147.32×10-6，小于150×10-6，Yb為1.71×10-6～3.33×10-6，大于1.5×10-6，與張旗所劃分的南嶺型花崗巖相當，而南嶺型花崗巖為典型的A型花崗巖。

對于A型花崗巖的成因，前人提出了3種模式：①交代作用模式；②地幔玄武質(zhì)巖漿高度結(jié)晶分異模式；③特殊源巖部分熔融模式。研究區(qū)正(堿)長花崗和二長花崗巖具有高硅、高堿、富鉀和貧鐵鎂鈣等巖石化學特征，顯示巖漿可能起源于下地殼火成巖物質(zhì)的部分熔融。Rb/Sr=0.31～6.92，平均值為3.27，符合殼源巖石的范圍(大于0.5)；Ti/Y=63.41～96.61，平均值為72.96，符合地殼物質(zhì)范圍(小于200)；Nb/Ta=7.15～11.90，平均值為9.56，與地殼Nb/Ta平均值11.4相當；Zr/Hf=14.92～27.72，平均值為23.49，與地殼Zr/Hf平均值33基本一致。上述特征均反映巖漿受過殼源物質(zhì)的混染，與地殼有強烈的親和性，來源于地殼。

3.2 構(gòu)造環(huán)境判別

研究區(qū)的巖石年齡為早白堊世，該時期的巖漿事件是與蒙古—鄂霍次克洋構(gòu)造體系有關(guān)還是與環(huán)太平洋構(gòu)造體系有關(guān)？首先，從時間上來看，松嶺地區(qū)侵入巖產(chǎn)于早白堊世，而太平洋板塊在中侏羅世-早白堊世處于間歇階段，沒有對歐亞大陸進行俯沖。其次，從空間上看，研究區(qū)位于興安地塊中北端，大量資料顯示中生代古太平構(gòu)造體系對中國東北板塊的影響位置主要在松嫩—張廣才嶺及以東地區(qū)，而蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體系的影響范圍主要在大興安嶺—冀北—遼西地區(qū)[4]。在冀北—遼西地區(qū)，廣泛存在一個規(guī)模龐大的區(qū)域性地層不整合，在海房溝組之下存在一個自北向南的逆沖推覆構(gòu)造，其形成時間在170 Ma左右，表明了中侏羅世為陸殼加厚過程[5]。綜合上述特征，在中-晚侏羅世時期，大興安嶺地區(qū)存在一次大規(guī)模的陸殼增生過程，這一過程與蒙古—鄂霍茨克縫合帶的閉合有關(guān)。而在早白堊紀時期，大興安嶺北部地區(qū)發(fā)育的火山巖具有與這次陸殼加厚時間的坍塌或拆沉階段形成的伸展構(gòu)造背景相對應(yīng)。前已述及，該時期太平洋構(gòu)造體系處于間歇階段。因此，松嶺地區(qū)的早白堊世A型花崗巖可能產(chǎn)于蒙古—鄂霍次克洋閉合后的巖石圈伸展環(huán)境之下，它的出現(xiàn)標志著大規(guī)模擠壓碰撞運動的結(jié)束和新的板內(nèi)構(gòu)造運動的開始。

4 結(jié)論

(1)大興安嶺松嶺地區(qū)出露的地層主要為古元古界興華渡口巖群、新元古界-下寒武統(tǒng)倭勒根群、上志留統(tǒng)-中泥盆統(tǒng)泥鰍河組、下白堊統(tǒng)光華組合甘河組。根據(jù)巖相學研究，區(qū)內(nèi)主要的巖石類型為中粒含角閃石黑云母二長花崗巖、粗中粒正(堿)長花崗巖、(中)細粒正(堿)長花崗巖。

(2)巖石學和地球化學特征顯示，松嶺地區(qū)巖石具有高硅、富鉀、貧鎂、貧鐵、貧鈣的特征，為準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性系列巖石。輕稀土元素較富集，重稀土元素相對虧損，具明顯的Eu負異常；另外，巖石富集大離子親石元素Rb、K，虧損高場強元素Nb、P、Ti，是下地殼火成巖物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，為鋁質(zhì)A型花崗巖。

(3)巖石可能形成于蒙古—鄂霍次克洋閉合后的巖石圈伸展環(huán)境之下，它的出現(xiàn)標志著大規(guī)模擠壓碰撞運動的結(jié)束和新的板內(nèi)構(gòu)造運動的開始。