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    吉林临江八道沟二长花岗岩地球化学、Hf同位素特征及其成因

    田力丹 孙丰月 王力 刘金龙 吴琼

    田力丹, 孙丰月, 王力, 刘金龙, 吴琼, 2018. 吉林临江八道沟二长花岗岩地球化学、Hf同位素特征及其成因. 地球科学, 43(2): 436-448. doi: 10.3799/dqkx.2017.572
    引用本文: 田力丹, 孙丰月, 王力, 刘金龙, 吴琼, 2018. 吉林临江八道沟二长花岗岩地球化学、Hf同位素特征及其成因. 地球科学, 43(2): 436-448. doi: 10.3799/dqkx.2017.572
    Tian Lidan, Sun Fengyue, Wang Li, Liu Jinlong, Wu Qiong, 2018. Geochemistry, Hf Isotopes and Petrogenesis of Badaogou Monzonotic Granites from Linjiang, Jilin Province. Earth Science, 43(2): 436-448. doi: 10.3799/dqkx.2017.572
    Citation: Tian Lidan, Sun Fengyue, Wang Li, Liu Jinlong, Wu Qiong, 2018. Geochemistry, Hf Isotopes and Petrogenesis of Badaogou Monzonotic Granites from Linjiang, Jilin Province. Earth Science, 43(2): 436-448. doi: 10.3799/dqkx.2017.572

    吉林临江八道沟二长花岗岩地球化学、Hf同位素特征及其成因

    doi: 10.3799/dqkx.2017.572
    基金项目: 

    吉林省地质勘查基金项目 22201300111

    详细信息
      作者简介:

      田力丹(1993-), 女, 硕士研究生, 主要从事矿床学研究

      通讯作者: 孙丰月
    • 中图分类号: P581

    Geochemistry, Hf Isotopes and Petrogenesis of Badaogou Monzonotic Granites from Linjiang, Jilin Province

    • 摘要: 八道沟具有复杂的构造环境,且侏罗纪花岗岩在该地区分布较为有限,因此十分缺乏对区域构造演化环境判断的证据.对八道沟二长花岗岩进行了地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素研究,结果显示:岩石样品中的锆石主要为长柱状,自形程度较好,发育较清晰的韵律生长环带结构,具岩浆锆石特征,该岩石形成于早侏罗世(176±1 Ma);岩石SiO2含量为68.93%~70.02%,贫MgO(1.27%~1.45%)、CaO(1.80%~2.78%),A/CNK值为0.92~1.02,轻稀土元素明显富集,铕异常不明显(0.96~1.03),属于准铝质高钾钙碱性系列,显示为I型花岗岩特征;岩石εHft)值为-20.21~-24.08,二阶段模式年龄tDM2(Hf)为2 498~2 740 Ma,且富集大离子亲石元素,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti,Mg#值介于45~47,由此推断岩石源于新太古代下地壳熔融.结合区域同时代岩浆岩展布,认为八道沟地区二长花岗岩的形成与古太平洋板块向欧亚大陆俯冲有关.
    • 图 1  研究区大地构造位置及岩浆岩分布

      Figure 1.  Geotectonic location and magmatite distribution of the study area

      1.早白垩世侵入岩,2.侏罗纪花岗岩,3.晚三叠世碱性岩,4.晚三叠世闪长岩—花岗岩,5.晚二叠—中三叠世侵入岩,6.石炭纪—早二叠世侵入岩,7.断裂带,8.地名;据Xu(2001)Yang et al.(2003, 2005)Zhao et al.(2006)Li et al.(2012)Zhang et al.(2014)Deng and Wang(2016)刘金龙等(2016)

      图 2  研究区地质简图

      Figure 2.  Geological map of the study area

      1.新近系船底山组;2.侏罗系;3.奥陶系;4.寒武系;5.青白口系钓鱼台组;6.老岭群花山组;7.喜马拉雅期玄武岩;8.侏罗纪花岗岩;9.断裂及节理

      图 3  八道沟二长花岗岩显微照片

      Figure 3.  Microscopic photographs from Badaogou monzonitic granites

      Bt.黑云母;Mc.微斜长石;Pl.斜长石;Qz.石英

      图 4  八道沟二长花岗岩部分锆石阴极发光(CL)图像

      Figure 4.  Cathodoluminescene (CL) images of zircons from Badaogou monzonitic granites

      图 5  八道沟二长花岗岩U-Pb年龄谐和图

      Figure 5.  U-Pb concordia diagram for Badaogou monzonitic granites

      图 6  八道沟二长花岗岩SiO2-K2O图解和A/CNK-A/NK图解

      Figure 6.  SiO2 vs. K2O diagram (a) and A/CNK vs. A/NK diagram (b) of Badaogou monzonitic granites

      图 7  八道沟二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

      Figure 7.  Chondrite-normalized REE pattern (a) and PM-normalized trace element spider diagram (b) of Badaogou monzonitic granites

      球粒陨石标准化值据Boynton(1984),原始地幔标准化值据Sun and McDonough (1989)

      图 8  八道沟二长花岗岩Hf同位素特征

      Figure 8.  Hf isotopic compositions of Badaogou monzonitic granites

      Yang et al.(2006)

      表 1  八道沟二长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

      Table 1.  Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis results of Badaogou monzonitic granites

      测点号 含量(10-6) Th/U 同位素比值及误差 年龄(Ma)及误差 钛地质温度计算
      Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ Ti(10-6) 最高温度(℃) 最低温度(℃)
      BDG-N1-1 441 851 0.52 0.055 2 0.004 4 0.207 0 0.016 4 0.027 2 0.000 5 433 180 191 14 173 3 15.8 789 776
      BDG-N1-3 1 455 3 395 0.43 0.053 0 0.002 1 0.199 0 0.008 2 0.027 1 0.000 4 328 91 184 7 172 2 63.7 942 928
      BDG-N1-5 1 306 2 307 0.57 0.052 6 0.002 6 0.203 6 0.010 2 0.028 0 0.000 4 322 119 188 9 178 3 12.0 763 751
      BDG-N1-6 893 3 381 0.26 0.053 1 0.002 2 0.200 6 0.007 9 0.027 4 0.000 4 332 99 186 7 174 2 7.97 727 716
      BDG-N1-7 1 545 4 679 0.33 0.053 9 0.002 0 0.203 1 0.007 5 0.027 2 0.000 4 369 85 188 6 173 2 8.41 732 720
      BDG-N1-9 1 049 3 394 0.31 0.055 0 0.002 3 0.210 4 0.009 0 0.027 6 0.000 3 409 91 194 8 175 2 19.4 809 797
      BDG-N1-10 1 012 1906 0.53 0.053 1 0.002 6 0.204 0 0.011 0 0.027 7 0.000 5 332 113 189 9 176 3 8.40 732 720
      BDG-N1-14 890 4 035 0.22 0.051 1 0.001 9 0.195 5 0.007 3 0.027 6 0.000 3 256 81 181 6 176 2 12.8 769 757
      BDG-N1-15 1 108 4 354 0.25 0.051 4 0.001 8 0.199 8 0.007 3 0.028 1 0.000 4 261 81 185 6 178 2 15.8 789 777
      BDG-N1-16 883 2 916 0.30 0.050 0 0.002 0 0.189 9 0.007 4 0.027 6 0.000 3 195 94 177 6 175 2 6.36 709 697
      BDG-N1-17 1 103 3 553 0.31 0.050 9 0.001 9 0.191 1 0.007 2 0.027 2 0.000 3 235 89 178 6 173 2 15.6 788 776
      BDG-N1-18 425 1 865 0.23 0.051 0 0.002 3 0.196 5 0.008 8 0.028 0 0.000 4 243 106 182 7 178 2 1.52 604 593
      BDG-N1-19 973 2 169 0.45 0.053 9 0.002 8 0.208 3 0.011 2 0.028 1 0.000 5 369 120 192 9 179 3 7.62 723 712
      BDG-N1-20 3 841 8 638 0.44 0.057 2 0.001 8 0.223 9 0.007 4 0.028 2 0.000 4 502 70 205 6 179 3 49.5 911 897
      BDG-N1-22 853 2 938 0.29 0.048 3 0.001 9 0.184 6 0.007 3 0.027 6 0.000 4 117 94 172 6 176 2 17.7 800 787
      BDG-N1-23 2 016 3 259 0.62 0.047 1 0.001 8 0.185 7 0.007 8 0.028 2 0.000 5 53.8 89 173 7 179 3 24.8 834 821
      BDG-N1-24 1 147 4 061 0.28 0.051 1 0.002 5 0.194 9 0.008 4 0.027 9 0.000 5 256 111 181 7 177 3 13.2 772 760
      BDG-N1-25 1 055 3 096 0.34 0.048 4 0.002 1 0.180 7 0.007 4 0.027 1 0.000 4 120 102 169 6 172 3 6.76 713 702
      注:常用的锆石Ti地质温度计算公式为T(℃)= (5 080±30)/[(6.01±0.03)-lg(Ti)]-273, 据Waston et al.(2006).
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      表 2  八道沟二长花岗岩主量元素(%)、微量元素(10-6)和稀土元素(10-6)含量

      Table 2.  Major elements (%), trace elements (10-6) and REE (10-6) contents of Badaogou monzonitic granites

      样品 BDG-B1 BDG-B2 BDG-B3 BDG-B4 BDG-B5
      SiO2 69.19 70.02 69.48 69.51 68.93
      TiO2 0.31 0.31 0.30 0.28 0.30
      Al2O3 14.15 14.04 14.57 14.15 14.32
      Fe2O3T 3.25 3.14 3.05 3.07 3.32
      MnO 0.12 0.10 0.11 0.11 0.12
      MgO 1.36 1.41 1.27 1.33 1.45
      CaO 2.74 1.80 2.40 2.78 2.53
      Na2O 3.44 3.31 3.61 3.47 3.53
      K2O 4.25 4.68 4.32 4.28 4.41
      P2O5 0.10 0.09 0.10 0.09 0.09
      LOI 0.91 0.82 0.63 0.50 0.89
      Total 99.81 99.71 99.83 99.57 99.90
      ALK 7.69 7.99 7.92 7.74 7.94
      Na2O/K2O 0.81 0.71 0.84 0.81 0.80
      A/CNK 0.93 1.02 0.97 0.92 0.94
      Mg# 45 47 45 46 46
      La 20.7 22.2 20.7 13.9 15.8
      Ce 41.6 41.1 37.7 25.9 30.4
      Pr 4.81 5.02 4.71 3.51 3.88
      Nd 16.9 17.6 16.9 12.6 14.3
      Sm 3.37 3.34 3.40 2.79 3.15
      Eu 1.00 1.01 1.04 0.90 0.97
      Gd 2.85 2.88 2.85 2.41 2.86
      Tb 0.45 0.42 0.45 0.39 0.44
      Dy 2.31 2.27 2.36 2.11 2.43
      Ho 0.51 0.46 0.49 0.44 0.49
      Er 1.41 1.34 1.41 1.29 1.42
      Tm 0.23 0.21 0.22 0.20 0.22
      Yb 1.51 1.37 1.41 1.35 1.53
      Lu 0.25 0.21 0.22 0.22 0.24
      Y 11.4 10.6 11.3 10.3 11.5
      ΣREE 97.9 99.5 93.8 68.0 78.1
      LREE 88.4 90.4 84.4 59.6 68.5
      HREE 9.51 9.15 9.43 8.41 9.63
      LREE/HREE 9.29 9.87 8.95 7.09 7.11
      (La/Yb)N 9.82 11.7 10.5 7.38 7.41
      δEu 0.96 0.97 0.99 1.03 0.96
      δCe 0.99 0.92 0.90 0.89 0.93
      Rb 137 148 149 86.3 110
      Ba 550 643 611 488 530
      Th 12.8 11.5 12.4 8.95 9.37
      U 3.07 2.42 2.12 2.00 2.02
      Nb 12.0 11.4 12.7 10.4 11.3
      Ta 1.63 1.54 1.62 1.50 1.44
      Sr 370 317 341 304 356
      Zr 50.2 39.2 42.5 95.4 47.2
      Hf 2.58 2.19 2.32 3.87 2.48
      Nb/Ta 7.35 7.38 7.85 6.94 7.81
      Rb/Sr 0.37 0.47 0.44 0.28 0.31
      La/Nb 1.73 1.95 1.62 1.33 1.40
      Ba/Nb 46.0 56.5 48.0 46.9 47.1
      注:ALK=摩尔(Na2O+K2O), A/CNK=摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O);Na2O/K2O为质量分数比值;Mg#=100×(MgO/40.31)/(MgO/40.31+Fe2O3T×2/159.7).
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      表 3  八道沟二长花岗岩锆石Hf同位素分析结果

      Table 3.  Zircon Hf isotopic compositions of Badaogou monzonitic granites

      样品 t(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σ εHf(0) εHf(t) 2σ tDM1(Hf) tDM2(Hf) fLu/Hf
      BDG-N1-1 176 0.040 955 0.001 710 0.282 023 0.000 014 -26.49 -22.83 0.50 1 764 2 662 -0.95
      BDG-N1-2 176 0.041 711 0.001 770 0.282 044 0.000 015 -25.73 -22.08 0.54 1 736 2 615 -0.95
      BDG-N1-3 176 0.037 639 0.001 569 0.282 039 0.000 013 -25.92 -22.25 0.45 1 735 2 626 -0.95
      BDG-N1-4 176 0.031 808 0.001 396 0.282 010 0.000 014 -26.96 -23.27 0.49 1 768 2 690 -0.96
      BDG-N1-5 176 0.032 890 0.001 437 0.282 018 0.000 017 -26.67 -22.98 0.59 1 758 2 671 -0.96
      BDG-N1-6 176 0.034 119 0.001 424 0.282 059 0.000 016 -25.22 -21.53 0.56 1 700 2 581 -0.96
      BDG-N1-7 176 0.038 575 0.001 623 0.282 036 0.000 013 -26.02 -22.35 0.45 1 741 2 632 -0.95
      BDG-N1-8 176 0.030 998 0.001 291 0.282 036 0.000 016 -26.04 -22.34 0.58 1 727 2 631 -0.96
      BDG-N1-9 176 0.048 996 0.001 986 0.281 989 0.000 017 -27.71 -24.08 0.61 1 826 2 740 -0.94
      BDG-N1-10 176 0.041 459 0.001 751 0.282 089 0.000 015 -24.14 -20.49 0.54 1 672 2 515 -0.95
      BDG-N1-11 176 0.047 229 0.001 990 0.282 050 0.000 015 -25.54 -21.92 0.52 1 739 2 605 -0.94
      BDG-N1-12 176 0.028 037 0.001 170 0.282 006 0.000 016 -27.07 -23.35 0.57 1 762 2 695 -0.96
      BDG-N1-14 176 0.052 130 0.002 129 0.282 098 0.000 016 -23.82 -20.21 0.56 1 676 2 498 -0.94
      BDG-N1-15 176 0.051 916 0.002 079 0.282 056 0.000 014 -25.33 -21.72 0.51 1 735 2 592 -0.94
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    出版历程
    • 收稿日期:  2017-09-22
    • 刊出日期:  2018-02-01

    吉林临江八道沟二长花岗岩地球化学、Hf同位素特征及其成因

      通讯作者: 孙丰月, sfy@jlu.edu.cn
      作者简介: 田力丹(1993-), 女, 硕士研究生, 主要从事矿床学研究
    • 1. 吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061
    • 2. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁沈阳 110034
    • 3. 中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037
    基金项目:  吉林省地质勘查基金项目 22201300111

    摘要: 八道沟具有复杂的构造环境,且侏罗纪花岗岩在该地区分布较为有限,因此十分缺乏对区域构造演化环境判断的证据.对八道沟二长花岗岩进行了地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素研究,结果显示:岩石样品中的锆石主要为长柱状,自形程度较好,发育较清晰的韵律生长环带结构,具岩浆锆石特征,该岩石形成于早侏罗世(176±1 Ma);岩石SiO2含量为68.93%~70.02%,贫MgO(1.27%~1.45%)、CaO(1.80%~2.78%),A/CNK值为0.92~1.02,轻稀土元素明显富集,铕异常不明显(0.96~1.03),属于准铝质高钾钙碱性系列,显示为I型花岗岩特征;岩石εHft)值为-20.21~-24.08,二阶段模式年龄tDM2(Hf)为2 498~2 740 Ma,且富集大离子亲石元素,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti,Mg#值介于45~47,由此推断岩石源于新太古代下地壳熔融.结合区域同时代岩浆岩展布,认为八道沟地区二长花岗岩的形成与古太平洋板块向欧亚大陆俯冲有关.

    English Abstract

    • 八道沟位于吉林省临江市东南部, 大地构造上处于华北板块东北缘,隶属于辽吉古元古代造山带,其南部为狼林地块(李雪梅,2009)(图 1).研究区所在的中朝板块自太古宙起经历了一系列大规模的构造运动,区内构造环境复杂,一直是备受争议的热点地区.自中生代开始,该地区主要受北部的古亚洲洋构造域及东部的环太平洋构造域影响.前人普遍认为在早—中三叠世,长春—延吉缝合线最终闭合,古亚洲洋彻底消失(Wu et al., 2011; 彭玉鲸等,2012),随后进入环太平洋构造体系.作为俯冲作用产物之一的花岗质岩浆,在八道沟所在的吉南地区分布广泛,但现有研究结果显示侏罗纪花岗岩分布较为有限,目前仅见于荒沟山地区的草山、梨树沟、老秃顶子及遥林岩体(孙德有等, 2005秦亚等, 2013),明显缺乏对区域构造演化环境判断的充分证据.此外,吉林省地质调查研究院在研究区北部发现了较具规模的八道沟金矿,孙永杰等(2007)研究认为区内花岗岩体的构造蚀变带是找矿重要标志之一.因此,本文对八道沟地区出露的花岗岩进行了详细的年代学、岩石地球化学及Hf同位素研究,确定了其形成时代,从而揭示该区侏罗纪构造背景,并为八道沟金矿提供一些研究资料.

      图  1  研究区大地构造位置及岩浆岩分布

      Figure 1.  Geotectonic location and magmatite distribution of the study area

      • 研究区内出露的地层包括下元古界老岭群花山组、新元古界青白口系钓鱼台组、寒武系及奥陶系,研究区北部出露有侏罗系且零星分布新近系船底山组玄武岩(李东津等, 1997)(图 2).其中老岭群花山组分布在八道沟西北部,岩性为以千枚岩为主的泥质粉砂质浅变质岩系;青白口系钓鱼台组则出露在八道沟东部及北部,岩性为以石英砂岩为主的碎屑沉积建造;古生界寒武系及奥陶系交替出露在研究区北缘,前者为碳酸盐—碎屑岩沉积建造,后者则为以灰岩为主的碳酸盐沉积建造.

        图  2  研究区地质简图

        Figure 2.  Geological map of the study area

        八道沟地区岩浆岩分布广泛, 岩体出露面积较大且总体呈南东向展布.该岩体北部大部分被新生代喜马拉雅期玄武岩覆盖,其余部分与老岭群花山组、青白口系钓鱼台组、奥陶系及寒武系呈侵入接触,花岗岩与灰岩、大理岩接触处形成规模较小且形态复杂的矽卡岩.区内构造发育,主要以近东西走向的节理及脆性断裂的形式出现,东西向构造形成较早,多被后期北东、北西向断裂错开.北西、北东及近南北向线性构造与东西向断裂带共同切割元古代及古生代地层,形成了一套角砾化、碎裂化岩石组合,同时也控制了该区矿脉在空间上的产出与分布(吉林省地质矿产局, 1988孙永杰等, 2007).

      • 岩石样品为二长花岗岩,具花岗结构、块状构造,主要矿物为斜长石、碱性长石、石英、角闪石及黑云母,副矿物主要为磁铁矿、锆石、绿帘石、榍石和磷灰石等.其中斜长石含量约为35%,自形—半自形,粒度为0.5~2.0 mm,发育聚片双晶,表面有弱绢云母化;碱性长石包括微斜长石、条纹长石,含量约为30%,粒度为1~2 mm;石英含量约为25%,粒度为0.2~1.0 mm,呈不规则粒状,局部交代长石;角闪石含量约为5%,呈长柱状,长轴为1~2 mm;黑云母含量小于5%,呈片状,少量绿泥石化(图 3).

        图  3  八道沟二长花岗岩显微照片

        Figure 3.  Microscopic photographs from Badaogou monzonitic granites

      • 锆石单矿物挑选是由河北省廊坊市区域地质调查研究所实验室完成, 利用标准重矿物分离技术, 在双目镜下挑选出晶形较好且无明显裂痕的锆石单矿物颗粒, 将不同矿物固定在环氧树脂表面, 打磨抛光后露出锆石的表面, 最后进行透射光、反射光及阴极发光(CL)图像的采集.锆石激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析则在吉林大学东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成.激光剥蚀仪器使用德国相干公司(Coherent)COMPEx Pro型ArF准分子激光器, 质谱仪使用美国安捷伦公司7500A型四极杆等离子质谱.本次测试采用的激光剥蚀束斑直径为32 μm,能量密度为10 J/cm2,剥蚀频率为8 Hz.实验中使用高纯度氦气(流速为600 mL/min)作为载气流,辅助气为氩气(气流量为1.15 L/min).采用国际标准锆石91500(1 062 Ma)进行同位素比值的外部校正, 标准锆石PLE/GJ-1/Qing Hu为监控盲样.锆石元素含量以国际标样NIST610为外标、Si为内部标准计算,NIST612和NIST614为监控盲样.样品同位素比值及元素含量计算由ICPMSDataCal(Liu et al., 2008, 2010)测定,年龄计算及绘制图件采用国际标准程序Isoplot(Ludwig, 2003), 普通铅校正则使用Anderson(2002)给出的程序计算.

      • 本次样品主、微量元素均在吉林大学测试实验中心完成.主量元素由X射线荧光光谱仪(PW1401/10)测定(GB/T14506.28-93),相对标准偏差为2%~5%;微量及稀土元素则由美国安捷伦科技有限公司Agilent 7500A型耦合等离子体质谱仪测定(Z/T0223-2001),本次样品测试经国际标样BHVO-2、BCR-2和国家标样GBW07103、GBW07104监控,元素含量大于10×10-6的分析精度小于5%,元素含量小于10×10-6的分析精度小于10%.

      • 本次样品中锆石Lu-Hf同位素测定在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成, 实验所用仪器及系统分别采用Finnigan Neptune多接收电感耦合等离子质谱仪及New Wave UP213激光剥蚀系统, 具体分析流程及仪器操作参见侯可军等(2007).分析过程中采用锆石标样GJ1作为参考物,其176Hf/177Hf加权平均值为0.282 015±0.000 028(2σ, n=10),与文献报道值(Elhlou et al., 2006侯可军等, 2007)在误差范围内一致.

      • 岩石样品中的锆石主要为长柱状, 自形程度较好, 具有较清晰的韵律生长环带结构(图 4), 且其Th/U比值为0.22~0.62(表 1),具岩浆成因锆石特征(Weaver, 1991).锆石分析点均落在谐和线上及其附近,206Pb/238U的加权平均年龄为176±1 Ma, MSWD=0.92(图 5), 代表花岗岩的侵位年龄属早侏罗世.

        图  4  八道沟二长花岗岩部分锆石阴极发光(CL)图像

        Figure 4.  Cathodoluminescene (CL) images of zircons from Badaogou monzonitic granites

        测点号 含量(10-6) Th/U 同位素比值及误差 年龄(Ma)及误差 钛地质温度计算
        Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ Ti(10-6) 最高温度(℃) 最低温度(℃)
        BDG-N1-1 441 851 0.52 0.055 2 0.004 4 0.207 0 0.016 4 0.027 2 0.000 5 433 180 191 14 173 3 15.8 789 776
        BDG-N1-3 1 455 3 395 0.43 0.053 0 0.002 1 0.199 0 0.008 2 0.027 1 0.000 4 328 91 184 7 172 2 63.7 942 928
        BDG-N1-5 1 306 2 307 0.57 0.052 6 0.002 6 0.203 6 0.010 2 0.028 0 0.000 4 322 119 188 9 178 3 12.0 763 751
        BDG-N1-6 893 3 381 0.26 0.053 1 0.002 2 0.200 6 0.007 9 0.027 4 0.000 4 332 99 186 7 174 2 7.97 727 716
        BDG-N1-7 1 545 4 679 0.33 0.053 9 0.002 0 0.203 1 0.007 5 0.027 2 0.000 4 369 85 188 6 173 2 8.41 732 720
        BDG-N1-9 1 049 3 394 0.31 0.055 0 0.002 3 0.210 4 0.009 0 0.027 6 0.000 3 409 91 194 8 175 2 19.4 809 797
        BDG-N1-10 1 012 1906 0.53 0.053 1 0.002 6 0.204 0 0.011 0 0.027 7 0.000 5 332 113 189 9 176 3 8.40 732 720
        BDG-N1-14 890 4 035 0.22 0.051 1 0.001 9 0.195 5 0.007 3 0.027 6 0.000 3 256 81 181 6 176 2 12.8 769 757
        BDG-N1-15 1 108 4 354 0.25 0.051 4 0.001 8 0.199 8 0.007 3 0.028 1 0.000 4 261 81 185 6 178 2 15.8 789 777
        BDG-N1-16 883 2 916 0.30 0.050 0 0.002 0 0.189 9 0.007 4 0.027 6 0.000 3 195 94 177 6 175 2 6.36 709 697
        BDG-N1-17 1 103 3 553 0.31 0.050 9 0.001 9 0.191 1 0.007 2 0.027 2 0.000 3 235 89 178 6 173 2 15.6 788 776
        BDG-N1-18 425 1 865 0.23 0.051 0 0.002 3 0.196 5 0.008 8 0.028 0 0.000 4 243 106 182 7 178 2 1.52 604 593
        BDG-N1-19 973 2 169 0.45 0.053 9 0.002 8 0.208 3 0.011 2 0.028 1 0.000 5 369 120 192 9 179 3 7.62 723 712
        BDG-N1-20 3 841 8 638 0.44 0.057 2 0.001 8 0.223 9 0.007 4 0.028 2 0.000 4 502 70 205 6 179 3 49.5 911 897
        BDG-N1-22 853 2 938 0.29 0.048 3 0.001 9 0.184 6 0.007 3 0.027 6 0.000 4 117 94 172 6 176 2 17.7 800 787
        BDG-N1-23 2 016 3 259 0.62 0.047 1 0.001 8 0.185 7 0.007 8 0.028 2 0.000 5 53.8 89 173 7 179 3 24.8 834 821
        BDG-N1-24 1 147 4 061 0.28 0.051 1 0.002 5 0.194 9 0.008 4 0.027 9 0.000 5 256 111 181 7 177 3 13.2 772 760
        BDG-N1-25 1 055 3 096 0.34 0.048 4 0.002 1 0.180 7 0.007 4 0.027 1 0.000 4 120 102 169 6 172 3 6.76 713 702
        注:常用的锆石Ti地质温度计算公式为T(℃)= (5 080±30)/[(6.01±0.03)-lg(Ti)]-273, 据Waston et al.(2006).

        表 1  八道沟二长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

        Table 1.  Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotope analysis results of Badaogou monzonitic granites

        图  5  八道沟二长花岗岩U-Pb年龄谐和图

        Figure 5.  U-Pb concordia diagram for Badaogou monzonitic granites

      • 八道沟花岗岩主量元素分析结果见表 2,其中SiO2含量为68.93%~70.02%,全碱含量(K2O+Na2O)为7.69%~7.99%,MgO含量为1.27%~1.45%,CaO含量为1.80%~2.78%,Fe2O3T含量为3.05%~3.32%,Mg#值介于45~47,铝饱和指数A/CNK为0.92~1.02.岩石样品在SiO2-K2O图解上均落在高钾钙碱性系列(图 6a),在A/CNK-A/NK图解中均落在准铝质范围内(图 6b).

        样品 BDG-B1 BDG-B2 BDG-B3 BDG-B4 BDG-B5
        SiO2 69.19 70.02 69.48 69.51 68.93
        TiO2 0.31 0.31 0.30 0.28 0.30
        Al2O3 14.15 14.04 14.57 14.15 14.32
        Fe2O3T 3.25 3.14 3.05 3.07 3.32
        MnO 0.12 0.10 0.11 0.11 0.12
        MgO 1.36 1.41 1.27 1.33 1.45
        CaO 2.74 1.80 2.40 2.78 2.53
        Na2O 3.44 3.31 3.61 3.47 3.53
        K2O 4.25 4.68 4.32 4.28 4.41
        P2O5 0.10 0.09 0.10 0.09 0.09
        LOI 0.91 0.82 0.63 0.50 0.89
        Total 99.81 99.71 99.83 99.57 99.90
        ALK 7.69 7.99 7.92 7.74 7.94
        Na2O/K2O 0.81 0.71 0.84 0.81 0.80
        A/CNK 0.93 1.02 0.97 0.92 0.94
        Mg# 45 47 45 46 46
        La 20.7 22.2 20.7 13.9 15.8
        Ce 41.6 41.1 37.7 25.9 30.4
        Pr 4.81 5.02 4.71 3.51 3.88
        Nd 16.9 17.6 16.9 12.6 14.3
        Sm 3.37 3.34 3.40 2.79 3.15
        Eu 1.00 1.01 1.04 0.90 0.97
        Gd 2.85 2.88 2.85 2.41 2.86
        Tb 0.45 0.42 0.45 0.39 0.44
        Dy 2.31 2.27 2.36 2.11 2.43
        Ho 0.51 0.46 0.49 0.44 0.49
        Er 1.41 1.34 1.41 1.29 1.42
        Tm 0.23 0.21 0.22 0.20 0.22
        Yb 1.51 1.37 1.41 1.35 1.53
        Lu 0.25 0.21 0.22 0.22 0.24
        Y 11.4 10.6 11.3 10.3 11.5
        ΣREE 97.9 99.5 93.8 68.0 78.1
        LREE 88.4 90.4 84.4 59.6 68.5
        HREE 9.51 9.15 9.43 8.41 9.63
        LREE/HREE 9.29 9.87 8.95 7.09 7.11
        (La/Yb)N 9.82 11.7 10.5 7.38 7.41
        δEu 0.96 0.97 0.99 1.03 0.96
        δCe 0.99 0.92 0.90 0.89 0.93
        Rb 137 148 149 86.3 110
        Ba 550 643 611 488 530
        Th 12.8 11.5 12.4 8.95 9.37
        U 3.07 2.42 2.12 2.00 2.02
        Nb 12.0 11.4 12.7 10.4 11.3
        Ta 1.63 1.54 1.62 1.50 1.44
        Sr 370 317 341 304 356
        Zr 50.2 39.2 42.5 95.4 47.2
        Hf 2.58 2.19 2.32 3.87 2.48
        Nb/Ta 7.35 7.38 7.85 6.94 7.81
        Rb/Sr 0.37 0.47 0.44 0.28 0.31
        La/Nb 1.73 1.95 1.62 1.33 1.40
        Ba/Nb 46.0 56.5 48.0 46.9 47.1
        注:ALK=摩尔(Na2O+K2O), A/CNK=摩尔Al2O3/(CaO+Na2O+K2O);Na2O/K2O为质量分数比值;Mg#=100×(MgO/40.31)/(MgO/40.31+Fe2O3T×2/159.7).

        表 2  八道沟二长花岗岩主量元素(%)、微量元素(10-6)和稀土元素(10-6)含量

        Table 2.  Major elements (%), trace elements (10-6) and REE (10-6) contents of Badaogou monzonitic granites

        图  6  八道沟二长花岗岩SiO2-K2O图解和A/CNK-A/NK图解

        Figure 6.  SiO2 vs. K2O diagram (a) and A/CNK vs. A/NK diagram (b) of Badaogou monzonitic granites

      • 八道沟花岗岩稀土总量ΣREE为78.1×10-6~99.5×10-6,在稀土元素配分模式图上曲线基本一致(图 7a).(La/Yb)N为7.38~11.7,LREE/HREE为7.09~9.87,配分曲线为明显的右倾型,强烈富集轻稀土元素(LREE)且分馏明显,重稀土元素(HREE)相对亏损;δEu为0.96~1.03, 铕异常不明显.图 7b显示,微量元素相对富集K、Ba、Rb等大离子亲石元素和Th、U等活泼的不相容元素,亏损Nb、Ta、P、Zr、Ti等高场强元素.

        图  7  八道沟二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

        Figure 7.  Chondrite-normalized REE pattern (a) and PM-normalized trace element spider diagram (b) of Badaogou monzonitic granites

      • 八道沟花岗岩锆石的176Hf/177Hf比值为0.281 989~0.282 098,εHf(t)值为-20.21~-24.08,Hf同位素单阶段模式年龄(tDM1)和二阶段模式年龄(tDM2)分别为1 672~1 826 Ma和2 498~2 740 Ma(表 3).此外,由于测试点的fLu/Hf值为0.94~0.96,明显低于铁镁质地壳fLu/Hf值(-0.34)和硅铝质地壳fLu/Hf值(-0.72)(Vervoort et al., 1996; Amelin et al., 2000),因此二阶段模式年龄更能反映其源区物质从亏损地幔抽取或在地壳中的平均存留年龄(刘跃等,2014).

        样品 t(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σ εHf(0) εHf(t) 2σ tDM1(Hf) tDM2(Hf) fLu/Hf
        BDG-N1-1 176 0.040 955 0.001 710 0.282 023 0.000 014 -26.49 -22.83 0.50 1 764 2 662 -0.95
        BDG-N1-2 176 0.041 711 0.001 770 0.282 044 0.000 015 -25.73 -22.08 0.54 1 736 2 615 -0.95
        BDG-N1-3 176 0.037 639 0.001 569 0.282 039 0.000 013 -25.92 -22.25 0.45 1 735 2 626 -0.95
        BDG-N1-4 176 0.031 808 0.001 396 0.282 010 0.000 014 -26.96 -23.27 0.49 1 768 2 690 -0.96
        BDG-N1-5 176 0.032 890 0.001 437 0.282 018 0.000 017 -26.67 -22.98 0.59 1 758 2 671 -0.96
        BDG-N1-6 176 0.034 119 0.001 424 0.282 059 0.000 016 -25.22 -21.53 0.56 1 700 2 581 -0.96
        BDG-N1-7 176 0.038 575 0.001 623 0.282 036 0.000 013 -26.02 -22.35 0.45 1 741 2 632 -0.95
        BDG-N1-8 176 0.030 998 0.001 291 0.282 036 0.000 016 -26.04 -22.34 0.58 1 727 2 631 -0.96
        BDG-N1-9 176 0.048 996 0.001 986 0.281 989 0.000 017 -27.71 -24.08 0.61 1 826 2 740 -0.94
        BDG-N1-10 176 0.041 459 0.001 751 0.282 089 0.000 015 -24.14 -20.49 0.54 1 672 2 515 -0.95
        BDG-N1-11 176 0.047 229 0.001 990 0.282 050 0.000 015 -25.54 -21.92 0.52 1 739 2 605 -0.94
        BDG-N1-12 176 0.028 037 0.001 170 0.282 006 0.000 016 -27.07 -23.35 0.57 1 762 2 695 -0.96
        BDG-N1-14 176 0.052 130 0.002 129 0.282 098 0.000 016 -23.82 -20.21 0.56 1 676 2 498 -0.94
        BDG-N1-15 176 0.051 916 0.002 079 0.282 056 0.000 014 -25.33 -21.72 0.51 1 735 2 592 -0.94

        表 3  八道沟二长花岗岩锆石Hf同位素分析结果

        Table 3.  Zircon Hf isotopic compositions of Badaogou monzonitic granites

      • 八道沟花岗岩SiO2含量为68.93%~70.02%,Al2O3含量为14.04%~14.57%,贫MgO(1.27%~1.45%)、MnO(1.11~1.12)和CaO(1.80%~2.78%),全碱含量为7.69%~7.99%,Na2O/K2O比值为0.71~0.84,指示其来源于陆壳(张旗等,2008).富集Rb、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti,与下地壳岩石微量元素配分模式一致(Rudnick et al., 1995).岩石样品的Rb/Sr值为0.28~0.47,与地壳Rb/Sr标准值0.35接近(上地幔值为0.034)(Taylor and McLennan, 1995);Nb/Ta值为6.94~7.85,与地壳Nb/Ta标准值8.30接近(地幔平均值为17.5)(Sun and McDonough, 1989);此外La/Nb值为1.33~1.95(平均值1.61),Ba/Nb值为46.0~56.5(平均值48.9),两者均与地壳标准值相近(La/Nb地壳、地幔标准值分别为2.20、0.94;Ba/Nb地壳、地幔标准值分别为54.0、9.0)(Weaver, 1991);结合Mg#值介于45~47, 暗示其岩浆可能源于下地壳部分熔融(Bea et al., 2001).岩石中Cr、Ni、Co、Sc和V含量分别为21.4×10-6~50.3×10-6、6.3×10-6~14.2×10-6、6.63×10-6~7.78×10-6、4.52×10-6~5.53×10-6和37.6×10-6~42.6×10-6,与地幔值的对比结果指示岩石未与地幔发生反应(Atherton and Petford, 1993邓晋福等,1999).铕异常不明显(δEu=0.96~1.03),贫Yb(1.35×10-6~1.53×10-6)和Y(10.3×10-6~11.5×10-6),表明岩浆源区石榴石稳定存在(张旗等,2006),结合Sr含量(304×10-6~370×10-6)笔者认为源区可能不稳定存在斜长石.此外,大量前人研究资料显示东北地区侏罗纪期间可能存在地壳加厚的现象(刘燊等,2009张超,2014杨凤超等,2015),因此笔者推测岩石应为加厚下地壳部分熔融产物.

        锆石Hf同位素也是示踪岩浆源区的重要手段(Griffin et al., 2000; Bouvier et al., 2008; 李碧乐等, 2016).研究区锆石的εHf(t)值为-20.2~-24.1,图 8表明岩石为壳源(Yang et al., 2006吴福元等, 2007a),此外锆石Hf同位素成分变化范围较小,说明岩石的源区单一.结合二阶段模式年龄tDM2(Hf)为2 498~2 740 Ma及区域动力学演化背景(李雪梅,2009), 笔者认为八道沟花岗岩属新太古代下地壳部分熔融的产物.

        图  8  八道沟二长花岗岩Hf同位素特征

        Figure 8.  Hf isotopic compositions of Badaogou monzonitic granites

      • 八道沟花岗岩富硅、碱,铝含量中等,贫MgO、CaO、Fe2O3T,轻稀土元素明显富集,铕异常不明显,A/CNK值均小于1.1(0.92~1.02),A/NK值均大于1.0(1.35~1.38),属准铝质高钾钙碱性系列,显示为I型花岗岩特征.此外,岩石样品锆石U-Pb测年结果显示其加权平均年龄为176±1 Ma, MSWD=0.92,为早侏罗世产物;而对研究区附近出露的花岗岩岩体前人已进行过研究,如孙德有等(2005)利用CHIME定年法测定梨树沟(173±10 Ma)、草山(175±6 Ma)岩体年龄,秦亚等(2013)利用锆石U-Pb测年法测得荒沟山地区老秃顶子(179±1 Ma)及草山岩体(181±1 Ma)年龄,结果显示其均与本次研究样品属同一时代的岩浆产物.大量研究结果表明,沿华北板块东部至张广才岭地区分布着一期呈东北向展布岩性相似的I型侏罗纪花岗岩(图 1),其年龄从东到西呈由老变新的趋势(张炯飞和祝洪臣, 2000Wu et al., 2005隋振民, 2007杨进辉等, 2007裴福平, 2008张娟, 2011张超, 2014);结合八道沟花岗岩及周围岩体地球化学数据及年代学分析结果,笔者判断其均为该期侏罗纪花岗岩的一部分.

        关于古太平洋板块俯冲开始时间一直为研究区内争议的热点问题, 主要有以下两种观点, 一种认为是晚三叠世(彭玉鲸和陈跃军, 2007),另一种则认为是早—中侏罗世(Xu et al., 2009; Wu et al., 2011).有学者研究认为华北东部并不存在与太平洋板块边界相平行的三叠纪花岗岩带(Li and Li, 2007), 而东北地区晚三叠世火山岩呈面型展布,两者均无法用太平洋板块俯冲模式来解释;此外, 大洋板块俯冲最直接的标志是岩浆作用和陆缘增生杂岩及其沉积作用, 而东北亚东部大陆边缘未发现晚三叠世钙碱性火山岩及其同期增生岩(唐杰等, 2016),区域内发育的晚三叠世海陆交互相沉积地层显示为被动陆缘沉积组合(Zhang et al., 2015),由此笔者推断晚三叠世并不存在古太平洋板块的俯冲作用.而小兴安岭—张广才岭地区发育一系列早—中侏罗世双峰式火山岩组合(唐杰等, 2011Yu et al., 2012徐美君等, 2013),吉黑东部—朝鲜半岛北端发育同时代类似的陆缘钙碱性火山岩组合(许文良等, 2008唐杰等, 2016),结合该期花岗岩整体宏观趋势及呈带状展布的特点,笔者推断其形成与古太平洋板块在早—中侏罗世处于俯冲背景下有关.而刘万臻(2014)对福安堡钼矿进行的研究表明其属于细网脉状钼矿床,赋矿围岩属I型花岗岩(形成时间分别为179±2 Ma, 172±1 Ma),成矿时代为中侏罗世,指示该时期的成矿作用与环太平洋体系有关.

        吴福元等(2007b)对辽东半岛中生代花岗岩进行锆石饱和温度计算发现,侏罗纪花岗岩形成温度约为750 ℃,而白垩纪花岗岩形成温度为799~865 ℃.前者属低温花岗岩,其形成可能与流体加入有关,并很可能反映一种俯冲的构造背景;而后者属高温花岗岩,其热能的产生可能与俯冲作用后期岩石圈拆沉导致软流圈上涌带来大量热能有关.笔者利用锆石Ti地质温度计算公式(Watson et al., 2006)对八道沟花岗岩锆石18个有效点的Ti含量进行计算,得到其最低温度平均值为760 ℃,最高温度平均值为773 ℃,属低温花岗岩.Xia et al.(2013)利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对华北板块费县玄武岩单斜辉石斑晶的结构水含量进行分析,结果显示其初始熔体水含量高于洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩和弧后盆地玄武岩(Dixon et al., 1988, 1997; Michael, 1988, 1995; Sobolev and Chaussidon, 1996),与岛弧玄武岩水含量相当(Hochstaedter et al., 1990; Danyushevsky et al., 1993),说明中生代玄武岩地幔源区可能富水.综合上述分析,笔者推测研究区花岗岩形成可能有流体加入.洋壳在深俯冲过程中俯冲板片脱水导致地幔部分熔融,是火山弧、弧后及板内岩浆作用的源区(Maruyama et al., 2007; Zhao et al., 2007).随着俯冲深度的增加,温度和压力逐渐升高,导致俯冲板片及其所携带的沉积物发生变质、脱水形成俯冲带流体,该流体在一定深度范围内直接交代地幔使其熔点降低并发生部分熔融.研究区八道沟花岗岩的形成则与早—中侏罗世古太平洋板块的俯冲作用导致俯冲带流体交代地幔楔、使其部分熔融形成玄武质岩浆并发生大规模的底侵作用、大量的热能和流体导致下地壳物质部分熔融有关.

      • (1) 八道沟二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,岩石加权平均年龄为176±1 Ma,MSWD=0.92,属早侏罗世产物.

        (2) 八道沟二长花岗岩富硅、碱,贫MgO、CaO、Fe2O3T,轻稀土元素明显富集,铕异常不明显;锆石εHf(t)值为-20.2~-24.1,tDM2为2 498~2 740 Ma,表明其源于新太古代下地壳部分熔融.

        (3) 八道沟二长花岗岩形成于古太平洋板块向欧亚大陆俯冲作用过程中,属岩浆弧环境下的产物.

    参考文献 (101)

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