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    漠河地区黑云母花岗闪长岩地球化学、Hf同位素特征及其成因

    李良 孙丰月 李碧乐 陈广俊 许庆林 张雅静 钱烨 王琳琳

    李良, 孙丰月, 李碧乐, 陈广俊, 许庆林, 张雅静, 钱烨, 王琳琳, 2018. 漠河地区黑云母花岗闪长岩地球化学、Hf同位素特征及其成因. 地球科学, 43(2): 417-435. doi: 10.3799/dqkx.2018.022
    引用本文: 李良, 孙丰月, 李碧乐, 陈广俊, 许庆林, 张雅静, 钱烨, 王琳琳, 2018. 漠河地区黑云母花岗闪长岩地球化学、Hf同位素特征及其成因. 地球科学, 43(2): 417-435. doi: 10.3799/dqkx.2018.022
    Li Liang, Sun Fengyue, Li Bile, Chen Guangjun, Xu Qinglin, Zhang Yajing, Qian Ye, Wang Linlin, 2018. Geochemistry, Hf Isotopes and Petrogenesis of Biotite Granodiorites in the Mohe Area. Earth Science, 43(2): 417-435. doi: 10.3799/dqkx.2018.022
    Citation: Li Liang, Sun Fengyue, Li Bile, Chen Guangjun, Xu Qinglin, Zhang Yajing, Qian Ye, Wang Linlin, 2018. Geochemistry, Hf Isotopes and Petrogenesis of Biotite Granodiorites in the Mohe Area. Earth Science, 43(2): 417-435. doi: 10.3799/dqkx.2018.022

    漠河地区黑云母花岗闪长岩地球化学、Hf同位素特征及其成因

    doi: 10.3799/dqkx.2018.022
    基金项目: 

    中国地质调查局项目 1212011085485

    国家自然科学基金项目 41272093

    详细信息
      作者简介:

      李良(1986-), 男, 博士研究生, 主要从事矿床成矿理论与预测方面的研究

      通讯作者: 孙丰月
    • 中图分类号: P581;P591.1

    Geochemistry, Hf Isotopes and Petrogenesis of Biotite Granodiorites in the Mohe Area

    • 摘要: 以往学者的研究多集中在印支期出露于漠河县城南的黑云母花岗闪长岩,而对该地区燕山早期构造演化的研究相对薄弱.运用LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩地球化学与Hf同位素分析的方法确定其形成时代、岩浆源区性质及成岩构造背景.结果表明:该岩石的加权平均年龄分别为185±2 Ma和182±2 Ma,表明其形成于早侏罗世;岩石属于高钾钙碱性系列,A/CNK介于0.90~1.03,Mg#值为42~48,具有高Sr(489×10-6~653×10-6)低Yb(1.33×10-6~1.99×10-6)的特征,判定其属于埃达克岩类;岩石具有弧岩浆的微量元素特征,轻重稀土元素分馏明显((La/Yb)N=8.36~15.6),较弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.79~0.95),富集Rb、K等大离子亲石元素,明显亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素;岩石的εHft)值为-3.26~-1.46,二阶段模式年龄介于1.25~1.59 Ga,结合该时期的地幔特征认为该岩石岩浆起源于中元古代亏损地幔新增生的下地壳部分熔融.综合认为岩石形成于蒙古-鄂霍茨克洋板块向南俯冲的活动大陆边缘环境.
    • 图 1  中国东北地区构造分区图(a)和漠河地区地质简图(b)

      Figure 1.  Simplified geological map of NE China, showing the main tectonic subdivisions (a) and detailed geological map of the Mohe area, Heilongjiang province (b)

      图a中主要断裂:①牡丹江断裂,②敦化—密山断裂,③伊通—伊兰断裂,④索伦—西拉木伦—长春断裂,⑤贺根山—黑河断裂,⑥喜桂图—塔源断裂,⑦蒙古—鄂霍茨克缝合带;图b:1.中生代沉积岩, 2.古生代沉积岩, 3.前寒武纪基底, 4.中生代火山岩, 5.中生代花岗岩, 6.中生代花岗闪长岩, 7.时代不明的花岗岩, 8.主要断裂, 9.采样地点;图a据Wu et al.(2007),图b据黑龙江省地质矿产局(1993)李良等(2015)改编

      图 2  研究区黑云母花岗闪长岩手标本(a,b)和显微镜下照片(c~f)

      Figure 2.  Hand specimen photographs (a, b) and micrographs (c-f) of the biotite granodiorites in the study area

      Aln.褐帘石;Ap.磷灰石;Bi.黑云母;Or.正长石;Pl.斜长石;Pth.条纹长石;Q.石英;Spn.榍石

      图 3  黑云母花岗闪长岩部分锆石阴极发光图像

      Figure 3.  CL images of zircons selected for analysis from biotite granodiorites

      实线圆圈代表U-Pb分析点,虚线圆圈代表相应的Hf同位素分析点;MH-N3样品的锆石图中第一排数值为二阶段模式年龄,第二排数值为锆石U-Pb表面年龄

      图 4  漠河县城南黑云母花岗闪长岩样品锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagrams for biotite granodiorites in southern Mohe county

      图 5  黑云母花岗闪长岩QAP图解(a)、SiO2-K2O图解(b)和A/CNK-A/NK图解(c)

      Figure 5.  QAP (a), SiO2 vs. K2O (b) and A/CNK vs. A/NK (c) diagrams of biotite granodiorites

      图a底图据Streckeisen(1976);图b底图据Peccerillo and Taylor(1976);图c底图据Maniar and Piccoli(1989)

      图 6  黑云母花岗闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

      Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for biotite granodiorites

      图a底图据Boynton (1984);图b底图据Sun and McDonough (1989)

      图 7  黑云母花岗闪长岩锆石Hf同位素特征

      Figure 7.  Hf isotopic compositions of zircons from biotite granodiorites

      兴-蒙造山带东段与燕山褶皱带Hf同位素组成引自Yang et al.(2006);额尔古纳地块早中生代花岗质岩石的Hf同位素组成引自Tang et al.(2016)

      图 8  黑云母花岗闪长岩YbN-(La/Yb)N判别图解

      Figure 8.  YbN vs. (La/Yb)N diagram for biotite granodiorites

      底图据Defant and Drummond (1990)

      图 9  黑云母花岗闪长岩Sr/Y-(La/Yb)N(a)、Sr-10Y-Zr(b)和Y/Yb-Sr/Y-La/Yb(c)判别图解

      Figure 9.  The discrimination diagrams of Sr/Y-(La/Yb)N (a), Sr-10Y-Zr (b) and Y/Yb-Sr/Y-La/Yb (c) for biotite granodiorites

      图a底图据Liu et al.(2010);图b和c的底图据朱弟成等(2002)

      图 10  黑云母花岗闪长岩源区判别图解

      Figure 10.  Discriminant diagrams of source regions for biotite granodiorites

      底图据Patiño(1999)

      图 11  黑云母花岗闪长岩(Yb+Ta)-Rb(a)、(Y+Nb)-Rb(b)和R1-R2(c)构造判别图解

      Figure 11.  Tectonic discrimination diagrams of (Yb+Ta)-Rb (a), (Y+Nb)-Rb (b) and R1-R2 (c) for biotite granodiorites

      图a和b底图据Pearce et al.(1984);图c底图据Batchelor and Bowden(1985)

      表 1  漠河县城南黑云母花岗闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

      Table 1.  Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results for biotite granodiorites in southern Mohe county

      分析点 含量(10-6) Th/U 同位素比值 同位素年龄(Ma)
      Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ
      MH-N3-01 17.3 406 473 0.86 0.052 4 0.002 3 0.207 7 0.007 1 0.028 8 0.000 4 0.008 9 0.000 2 301 52 192 6 183 3 180 3
      MH-N3-02 9.32 67.4 262 0.26 0.054 0 0.003 9 0.216 5 0.014 2 0.029 1 0.000 6 0.010 5 0.000 6 370 112 199 12 185 4 210 11
      MH-N3-03 12.5 176 372 0.47 0.050 9 0.002 4 0.203 0 0.009 2 0.028 9 0.000 4 0.009 1 0.000 1 237 111 188 8 184 3 183 2
      MH-N3-04 10.7 177 304 0.58 0.050 1 0.002 4 0.200 2 0.007 5 0.029 0 0.000 4 0.008 4 0.000 2 199 60 185 6 184 3 169 3
      MH-N3-05 22.6 49.5 595 0.08 0.049 9 0.001 9 0.199 8 0.006 9 0.029 0 0.000 4 0.009 2 0.000 1 190 88 185 6 185 3 184 2
      MH-N3-06 9.23 77 269 0.29 0.051 3 0.002 6 0.204 6 0.008 4 0.028 9 0.000 4 0.010 5 0.000 3 256 66 189 7 184 3 211 6
      MH-N3-07 8.96 78.1 225 0.35 0.052 0 0.002 8 0.207 5 0.009 5 0.028 9 0.000 5 0.009 7 0.000 3 287 76 191 8 184 3 196 6
      MH-N3-08 7.52 93.8 220 0.43 0.053 8 0.002 7 0.215 9 0.009 0 0.029 1 0.000 4 0.010 3 0.000 3 363 66 199 7 185 3 207 5
      MH-N3-09 12.7 95.2 356 0.27 0.050 8 0.002 7 0.204 7 0.009 2 0.029 2 0.000 5 0.009 9 0.000 3 231 75 189 8 186 3 199 6
      MH-N3-10 12.8 125 369 0.34 0.051 9 0.002 8 0.211 5 0.009 6 0.029 6 0.000 5 0.008 9 0.000 3 279 74 195 8 188 3 179 5
      MH-N3-11 16.7 370 459 0.81 0.050 3 0.002 0 0.202 9 0.005 7 0.029 3 0.000 4 0.008 6 0.000 1 209 40 188 5 186 3 172 3
      MH-N3-12 8.73 68.8 270 0.25 0.053 3 0.002 9 0.213 1 0.009 8 0.029 0 0.000 5 0.009 2 0.000 3 342 74 196 8 184 3 185 6
      MH-N3-13 14.7 252 430 0.59 0.051 1 0.002 4 0.203 8 0.007 4 0.028 9 0.000 4 0.009 1 0.000 2 245 56 188 6 184 3 184 4
      MH-N3-14 18.7 207 525 0.39 0.053 2 0.002 3 0.212 1 0.006 8 0.028 9 0.000 4 0.009 3 0.000 2 337 47 195 6 184 3 188 4
      MH-N3-15 16.4 248 432 0.57 0.051 6 0.003 1 0.207 5 0.012 1 0.029 2 0.000 5 0.009 2 0.000 1 268 141 191 10 185 3 185 2
      MH-N3-16 96.4 643 1144 0.56 0.057 6 0.001 8 0.579 5 0.008 5 0.072 9 0.000 9 0.020 5 0.000 2 516 15 464 5 454 5 410 5
      MH-N3-17 51.5 146 630 0.23 0.063 1 0.002 1 0.634 9 0.011 6 0.073 0 0.001 0 0.031 4 0.000 5 710 19 499 7 454 6 625 9
      MH-N3-18 8.96 78.1 225 0.35 0.055 8 0.002 2 0.403 6 0.011 5 0.052 5 0.000 7 0.025 8 0.000 7 443 39 344 8 330 5 515 13
      MH-N3-19 39.7 173 725 0.24 0.058 0 0.002 1 0.420 2 0.009 5 0.052 5 0.000 7 0.021 9 0.000 4 530 27 356 7 330 4 437 8
      MH-N3-20 24.5 205 442 0.46 0.057 2 0.002 1 0.412 0 0.009 8 0.052 2 0.000 7 0.012 2 0.000 2 500 30 350 7 328 4 245 4
      MH-N4-01 10.2 55.5 291 0.19 0.051 8 0.002 9 0.197 3 0.010 0 0.027 6 0.000 6 0.010 3 0.000 4 275 79 183 8 176 4 206 9
      MH-N4-02 7.61 47.5 213 0.22 0.050 2 0.002 4 0.198 5 0.007 9 0.028 7 0.000 5 0.008 9 0.000 3 204 59 184 7 182 3 179 6
      MH-N4-03 15.7 312 449 0.70 0.052 0 0.006 1 0.200 6 0.022 5 0.028 0 0.000 9 0.007 9 0.000 5 286 194 186 19 178 6 159 11
      MH-N4-04 11.4 166 311 0.53 0.050 6 0.002 1 0.201 1 0.006 7 0.028 9 0.000 5 0.008 9 0.000 2 220 45 186 6 183 3 179 4
      MH-N4-05 10.2 152 281 0.54 0.054 5 0.004 7 0.215 0 0.017 6 0.028 6 0.000 7 0.009 2 0.000 5 390 138 198 15 182 5 185 10
      MH-N4-06 11 158 305 0.52 0.051 0 0.002 3 0.202 8 0.007 4 0.028 8 0.000 5 0.007 8 0.000 2 240 51 187 6 183 3 158 4
      MH-N4-07 15.8 48.3 470 0.10 0.052 2 0.002 1 0.210 5 0.006 5 0.029 2 0.000 5 0.012 9 0.000 5 294 39 194 5 186 3 258 9
      MH-N4-08 11.8 166 330 0.50 0.049 8 0.002 1 0.196 9 0.006 5 0.028 7 0.000 5 0.008 6 0.000 2 186 45 183 6 182 3 173 4
      MH-N4-09 11.3 154 269 0.57 0.055 7 0.004 8 0.225 8 0.018 1 0.029 4 0.000 8 0.009 5 0.000 5 440 133 207 15 187 5 192 9
      MH-N4-10 10.1 127 282 0.45 0.051 5 0.002 5 0.205 8 0.008 6 0.029 0 0.000 5 0.008 4 0.000 2 264 62 190 7 184 3 168 5
      MH-N4-11 8.04 124 193 0.64 0.050 6 0.005 7 0.198 2 0.021 3 0.028 4 0.000 9 0.009 3 0.000 5 223 186 184 18 181 5 187 10
      MH-N4-12 14.6 366 360 1.02 0.050 0 0.004 8 0.189 7 0.017 8 0.027 5 0.000 6 0.008 7 0.000 1 197 219 176 15 175 4 175 3
      MH-N4-13 11.9 177 323 0.55 0.055 3 0.003 1 0.218 8 0.010 6 0.028 7 0.000 6 0.009 2 0.000 3 424 73 201 9 182 4 186 5
      MH-N4-14 29.7 915 704 1.30 0.051 5 0.002 1 0.203 3 0.006 3 0.028 6 0.000 5 0.008 3 0.000 1 262 40 188 5 182 3 167 3
      MH-N4-15 19.8 381 519 0.73 0.052 1 0.002 5 0.207 8 0.008 2 0.028 9 0.000 5 0.009 3 0.000 2 289 56 192 7 184 3 188 4
      MH-N4-16 13.9 154 394 0.39 0.054 7 0.004 4 0.215 0 0.016 1 0.028 5 0.000 7 0.011 8 0.000 7 400 125 198 13 181 4 238 13
      MH-N4-17 12.4 32 371 0.09 0.051 4 0.002 3 0.204 2 0.007 4 0.028 8 0.000 5 0.011 8 0.000 5 258 51 189 6 183 3 237 10
      MH-N4-18 58.5 193 843 0.23 0.060 6 0.002 3 0.599 6 0.014 9 0.071 7 0.001 0 0.018 9 0.000 4 625 31 477 9 447 6 378 8
      MH-N4-19 55.9 97.8 841 0.12 0.054 9 0.001 8 0.483 6 0.008 1 0.063 9 0.000 8 0.022 0 0.000 4 406 18 401 6 399 5 440 8
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      表 2  漠河县城南黑云母花岗闪长岩主量(%)、微量元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Major elements (%) and trace elements (10-6) compositions for biotite granodiorites in southern Mohe county

      样品号 MH-N3-B1 MH-N3-B2 MH-N3-B3 MH-N3-B4 MH-N4-B1 MH-N4-B2 MH-N4-B3
      SiO2 65.00 64.38 64.56 63.56 63.82 63.90 66.32
      TiO2 0.73 0.66 0.64 0.55 0.80 0.76 0.63
      Al2O3 16.82 16.58 16.96 16.76 17.10 17.34 16.63
      FeOT 3.90 4.05 4.11 3.87 3.75 3.53 2.96
      MnO 0.06 0.12 0.10 0.10 0.05 0.04 0.04
      MgO 1.98 1.70 1.81 1.96 1.58 1.54 1.22
      CaO 3.54 3.97 3.89 3.95 3.80 3.93 3.35
      Na2O 4.13 4.40 3.96 4.68 4.15 4.29 4.02
      K2O 2.89 2.68 2.71 3.39 2.98 2.74 3.13
      P2O5 0.21 0.21 0.23 0.18 0.22 0.21 0.17
      LOI 0.53 0.55 0.30 0.22 0.43 0.44 0.39
      Total 99.91 99.40 99.40 99.40 99.28 99.27 99.34
      ALK 7.02 7.08 6.67 8.07 7.14 7.03 7.15
      Na2O/K2O 1.43 1.64 1.46 1.38 1.39 1.57 1.29
      A/CNK 1.03 0.96 1.03 0.90 1.01 1.01 1.03
      Mg# 48 43 44 47 43 44 42
      La 17.5 19.2 27.1 15.5 41.0 38.2 25.4
      Ce 46.6 53.0 61.2 41.8 83.7 75.6 62.4
      Pr 5.71 5.84 7.07 4.74 10.8 9.74 7.98
      Nd 24.9 25.3 30.4 21.0 39.7 36.3 30.7
      Sm 4.50 4.60 5.42 3.95 6.55 6.13 5.92
      Eu 1.16 1.23 1.39 0.96 1.81 1.67 1.43
      Gd 3.48 3.58 4.28 3.41 5.20 4.92 5.13
      Tb 0.45 0.45 0.54 0.47 0.66 0.62 0.71
      Dy 2.49 2.40 2.80 2.70 3.25 3.11 3.85
      Ho 0.45 0.43 0.49 0.48 0.65 0.59 0.75
      Er 1.37 1.29 1.51 1.47 1.82 1.67 2.10
      Tm 0.20 0.19 0.23 0.21 0.28 0.26 0.30
      Yb 1.39 1.35 1.58 1.33 1.99 1.76 1.83
      Lu 0.20 0.21 0.24 0.19 0.31 0.29 0.27
      ΣREE 111 119 144 98.1 198 181 149
      HREE 10.0 9.89 11.7 10.3 14.2 13.2 14.9
      (La/Yb)N 9.08 10.2 12.3 8.36 14.8 15.6 10.0
      Eu/Eu* 0.90 0.92 0.88 0.80 0.95 0.93 0.79
      V 82.3 76.9 81.5 58.9 85.0 79.0 69.0
      Cr 6.24 7.63 9.01 7.06 6.56 8.34 7.83
      Co 8.15 7.88 8.70 6.51 6.87 6.65 8.22
      Ni 7.00 6.16 6.08 4.89 6.52 5.37 6.21
      Sn 2.64 2.51 2.69 2.76 3.00 3.00 3.00
      Cs 2.88 2.45 2.42 3.22 3.00 2.74 4.11
      Rb 47.0 41.4 50.0 59.3 114 100 118
      Sr 541 504 563 489 653 622 587
      Y 11.3 12.6 15.3 11.9 19.4 17.3 21.7
      Ba 649 604 620 614 987 823 943
      Zr 204 88.2 261 43.9 250 220 210
      Nb 12.8 12.1 13.1 12.2 16.5 14.5 15.1
      Hf 3.52 1.81 4.53 1.03 6.60 6.10 5.30
      Ta 0.94 0.92 1.01 0.94 1.50 1.40 1.40
      Ga 28.2 26.5 27.8 26.4 27.9 26.3 26.4
      Pb 14.4 14.2 14.8 15.4 18.6 17.3 20.7
      Th 5.26 4.84 6.24 4.60 8.77 8.46 8.24
      U 2.01 1.97 2.25 1.92 2.59 2.17 2.03
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      表 3  漠河县城南黑云母花岗闪长岩锆石Hf同位素分析结果

      Table 3.  Zircon Lu-Hf isotopic data for biotite granodiorites in southern Mohe county

      分析点 t(Ma) 176Yb/177Hf 2σ 176Lu/177Hf 2σ 176Hf/177Hf 2σ εHf(0) εHf(t) 2σ tDM1(Hf) tDM2(Hf) fLu/Hf
      MH-N3-1 183 0.019 292 0.000 218 0.000 582 0.000 004 0.282 592 0.000 014 -6.36 -2.41 0.50 924 1 378 -0.98
      MH-N3-2 185 0.013 751 0.000 062 0.000 434 0.000 002 0.282 582 0.000 014 -6.71 -2.70 0.49 934 1 398 -0.99
      MH-N3-3 184 0.025 231 0.000 089 0.000 723 0.000 001 0.282 595 0.000 015 -6.26 -2.31 0.53 923 1 372 -0.98
      MH-N3-4 184 0.011 502 0.000 151 0.000 376 0.000 003 0.282 574 0.000 015 -6.98 -2.99 0.52 943 1 416 -0.99
      MH-N3-5 185 0.014 551 0.000 385 0.000 452 0.000 010 0.282 605 0.000 015 -5.92 -1.91 0.53 903 1 348 -0.99
      MH-N3-6 184 0.022 926 0.000 311 0.000 697 0.000 013 0.282 613 0.000 016 -5.61 -1.65 0.56 897 1 331 -0.98
      MH-N3-7 184 0.042 380 0.001 638 0.001 156 0.000 044 0.282 610 0.000 018 -5.74 -1.85 0.63 913 1 343 -0.97
      MH-N3-8 185 0.028 355 0.000 905 0.000 768 0.000 021 0.282 618 0.000 018 -5.43 -1.46 0.63 891 1 319 -0.98
      MH-N3-9 186 0.057 628 0.000 663 0.001 457 0.000 022 0.282 607 0.000 018 -5.85 -1.94 0.63 925 1 351 -0.96
      MH-N3-10 188 0.025 143 0.000 246 0.000 757 0.000 008 0.282 592 0.000 013 -6.35 -2.32 0.46 928 1 376 -0.98
      MH-N3-11 186 0.013 000 0.000 183 0.000 391 0.000 002 0.282 571 0.000 015 -7.12 -3.09 0.52 949 1 423 -0.99
      MH-N3-12 184 0.022 687 0.000 141 0.000 679 0.000 004 0.282 617 0.000 017 -5.49 -1.53 0.60 892 1 323 -0.98
      MH-N3-13 184 0.007 467 0.000 080 0.000 283 0.000 001 0.282 567 0.000 015 -7.26 -3.26 0.54 952 1 433 -0.99
      MH-N3-14 184 0.020 418 0.000 221 0.000 590 0.000 005 0.282 617 0.000 016 -5.49 -1.52 0.57 889 1 322 -0.98
      MH-N3-15 185 0.016 438 0.000 132 0.000 493 0.000 004 0.282 577 0.000 017 -6.88 -2.88 0.60 942 1 410 -0.99
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    出版历程
    • 收稿日期:  2017-07-12
    • 刊出日期:  2018-02-01

    漠河地区黑云母花岗闪长岩地球化学、Hf同位素特征及其成因

      通讯作者: 孙丰月, sunfeng0669@sina.com
      作者简介: 李良(1986-), 男, 博士研究生, 主要从事矿床成矿理论与预测方面的研究
    • 1. 吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061
    • 2. 山东科技大学地球科学与工程学院, 山东青岛 266590
    基金项目:  中国地质调查局项目 1212011085485国家自然科学基金项目 41272093

    摘要: 以往学者的研究多集中在印支期出露于漠河县城南的黑云母花岗闪长岩,而对该地区燕山早期构造演化的研究相对薄弱.运用LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩地球化学与Hf同位素分析的方法确定其形成时代、岩浆源区性质及成岩构造背景.结果表明:该岩石的加权平均年龄分别为185±2 Ma和182±2 Ma,表明其形成于早侏罗世;岩石属于高钾钙碱性系列,A/CNK介于0.90~1.03,Mg#值为42~48,具有高Sr(489×10-6~653×10-6)低Yb(1.33×10-6~1.99×10-6)的特征,判定其属于埃达克岩类;岩石具有弧岩浆的微量元素特征,轻重稀土元素分馏明显((La/Yb)N=8.36~15.6),较弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.79~0.95),富集Rb、K等大离子亲石元素,明显亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素;岩石的εHft)值为-3.26~-1.46,二阶段模式年龄介于1.25~1.59 Ga,结合该时期的地幔特征认为该岩石岩浆起源于中元古代亏损地幔新增生的下地壳部分熔融.综合认为岩石形成于蒙古-鄂霍茨克洋板块向南俯冲的活动大陆边缘环境.

    English Abstract

      • 埃达克岩是最先由Defant and Drummond(1990)在研究阿留申群岛的埃达克岛新生代火山岩时引入地学界的一个岩石类型,指由俯冲洋壳在70~90 km处发生部分熔融形成的与年轻(≤25 Ma)俯冲大洋岩石圈有关的新生代岛弧环境中的火山岩或侵入岩.该岩石具有以下特征(Defant and Drummond, 1990):SiO2含量≥56%、Al2O3含量≥15%(极少低于此值)、MgO含量<3%(极少>6%),高Sr(通常>400×10-6)、低Y(≤18×10-6)和Yb(≤1.9×10-6)含量,相对亏损重稀土元素(HREE)和高场强元素(HFSE),无Eu异常或微弱的正异常,87Sr/86Sr通常<0.704 0.自2000年“埃达克岩”被引入国内以后,便引起了学术界的广泛关注(张旗等, 2001, 2004王强等,2006秦秀峰等,2007).其中,张旗等(2001)发现中国东部的中生代火成岩具有“埃达克岩”的地球化学特征,但其形成与下地壳的部分熔融有关,而与俯冲洋壳无关,并由此提出了“C”型埃达克岩这一亚类.学者们(张旗等,2001Xiao and Clemens, 2007Ding et al., 2016)认为“C”型埃达克岩的形成与玄武岩浆底侵到加厚地壳(>50 km)底部导致下地壳部分熔融有关.随着研究的深入,埃达克岩的含义被不断扩展,许多埃达克岩具有不同的特征,来自不同的源岩、产于不同的环境、具有不同的成因,显示出多样性(张旗等,2004).但对于扩展出来的“C”型埃达克岩则充满争议,争议的焦点集中在原始埃达克岩的定义能否扩展(翁望飞等,2011).学者们对此众说纷坛(张旗等, 2001, 2004王强等,2006秦秀峰等,2007翁望飞等,2011).如今,埃达克岩一词已演变成具有某一类地球化学特征的岩石类型,其产出的构造背景已不仅仅局限于年轻洋壳俯冲带,该术语已不再具备成因和构造环境方面的意义(张旗等, 2001, 2004翁望飞等,2011).

        研究表明,浅成低温热液Au-Ag及斑岩型Cu、Cu-Au矿床与埃达克岩具有密切的成因联系,该类岩石具有较强的成矿专属性,多数埃达克岩省也是重要的成矿省(Thieblemont et al., 1997Sajona and Maury, 1998Oyarzun et al., 2001张旗等,2004).Thieblemont et al.(1997)统计了全球43个Au、Ag、Cu和Mo低温热液和斑岩型矿床,发现其中38个与埃达克岩相关.Sajona and Maury(1998)发现菲律宾14个斑岩型铜矿和低温热液Au矿中有12个与埃达克岩有关.此外,我国的斑岩型铜(金、钼)矿大多与埃达克岩相关(张旗等,2004).埃达克岩对该类矿床成矿作用的影响主要体现在:①在角闪岩相向榴辉岩相转变过程中角闪石发生分解、脱水并释放出大量流体,不仅有利于埃达克质岩浆的形成,还有利于Au、Cu等金属元素的萃取和运移,产生的埃达克质岩浆成为潜在的富含挥发分的成矿母岩浆(Kay and Mpodozis, 2001Rabbia et al., 2017);②板片熔融过程中带入大量的Fe2O3使熔体保持高氧逸度,有利于地幔中的亲硫元素Cu、Au等进入熔体并进行迁移(Oyarzun et al., 2001王强等,2006);而对C型埃达克岩来说,玄武质岩浆的底侵作用可以将大量Au、Cu从地幔带到下地壳底部而成为“矿源”,中国大多数金铜矿床与C型埃达克岩相关(张旗等,2009).

        研究区位于额尔古纳地块的北东端,兴—蒙造山带的东段,蒙古—鄂霍茨克缝合带的南侧.蒙古—鄂霍茨克造山带是一条具有较长地质历史的造山带,是古生代和早中生代造山作用形成的复合造山带(李锦轶等,2009许文良等,2013).由于该造山带主要位于俄罗斯和蒙古境内,关于其对我国境内构造演化的影响的研究相对较少(许文良等,2013Tang et al., 2014).古生代和早中生代时期,蒙古—鄂霍茨克洋位于西伯利亚板块与华北板块之间,由于西伯利亚板块与华北板块独特的运动方式使得蒙古—鄂霍茨克洋的演化历史极为复杂(Zhao et al., 1990Zorin, 1999Parfenov et al., 2001李锦轶等,2004a).蒙古—鄂霍茨克洋板块是否存在向南俯冲一直是学术界争论的焦点.但随着研究的深入,越来越多的资料显示蒙古—鄂霍茨克洋板块存在向南俯冲,发生了至少4期大规模岩浆事件(Wu et al., 2011许文良等,2013Xu et al., 2013Tang el al., 2014, 2016Zhao et al., 2016).额尔古纳地块北东端的漠河地区岩浆岩出露广泛、岩性多样,一直是探究蒙古—鄂霍茨克洋对我国东北地区影响的热区,但以往学者的研究多集中在印支期(Gou et al., 2013Tang et al., 2014),燕山早期构造演化的研究则相对薄弱,且论及埃达克岩的文献较少(张炯飞等,2004武广等,2008).因此,本文选取研究程度相对较低的、出露于漠河县城南的具有埃达克岩特征的黑云母花岗闪长岩为研究对象,通过岩相学、锆石U-Pb年代学、地球化学及Hf同位素等分析方法,探讨其形成时代、岩石成因、岩浆源区性质和构造背景.

      • 额尔古纳地块位于西伯利亚板块东南缘(图 1a),其构造—岩浆活动强烈,成矿条件优越,有众多金属矿床产出,如八大关斑岩型钼矿、砂宝斯金矿等.区域地层发育,主要为构成前寒武纪基底的中元古界兴华渡口群与新元古界浅变质岩系,古生界盖层为火山—碎屑岩和碳酸盐岩,中生界侏罗系、白垩系为火山—碎屑岩系及含煤沉积建造(内蒙古自治区地质矿产局,1991黑龙江省地质矿产局,1993).区内构造以断裂为主,以NE和近EW向为主;其中NE向及其派生的NW向断裂主要受控于得尔布干深大断裂,而近EW向断裂的形成则与中生代蒙古—鄂霍茨克大洋闭合后的陆—陆碰撞造山过程有关(武广等,2007).区域岩浆岩广泛发育,其中以古元古代(Wu et al., 2012)和古生代中酸性侵入岩(Wu et al., 2005Zhao et al., 2016)、中生代的侵入岩和火山岩(秦克章等,1999王召林等,2010Tang et al., 2014, 2016李良等,2017)分布最为广泛,在漠河地区大面积出露并将基底熔蚀成孤岛状(图 1b).黑龙江省地质矿产局(1993)曾依据Sm-Nd法测得的漠河地区花岗岩年龄为638 Ma,将其划归为兴凯—萨拉伊尔期花岗岩,时代归属为新元古代.但越来越多的资料显示该花岗岩可能由各个时代的中酸性侵入岩组成(李锦轶等,2004b秦秀峰等,2007Wu et al., 2011).中生代岩体沿蒙古—鄂霍茨克造山带两侧呈带状分布,大体呈NE向延伸,二者走向大体一致,其形成与蒙古—鄂霍茨克洋的演化息息相关(许文良等,2013Xu et al., 2013Tang et al., 2014, 2016).

        图  1  中国东北地区构造分区图(a)和漠河地区地质简图(b)

        Figure 1.  Simplified geological map of NE China, showing the main tectonic subdivisions (a) and detailed geological map of the Mohe area, Heilongjiang province (b)

      • 本次样品采自漠河县城以南约30 km处的黑云母花岗闪长岩体(图 1b),采样坐标分别为52°49′59″N、122°35′49″E,52°50′05″N、122°35′58″E.岩体侵入到中元古代兴华渡口群片麻岩、片岩和斜长角闪岩中,呈侵入接触关系.岩石呈灰—灰黑色,发育花岗结构、块状构造(图 2a2b),主要由石英(~25%)、斜长石(~40%)、正长石(~15%)、条纹长石(~8%)、黑云母(~10%)和少量副矿物(~2%)组成(图 2c~2f).石英呈他形—半自形粒状产出,粒度多为0.5~1.5 mm,可见蠕虫结构.长石为半自形—自形板状,发育环带结构,粒度为0.2~2.0 mm.黑云母以他形片状产于石英、长石颗粒之间,粒度为0.2~1.5 mm.副矿物有榍石、磷灰石、褐帘石、锆石与磁铁矿等(图 3e3f).

        图  2  研究区黑云母花岗闪长岩手标本(a,b)和显微镜下照片(c~f)

        Figure 2.  Hand specimen photographs (a, b) and micrographs (c-f) of the biotite granodiorites in the study area

        图  3  黑云母花岗闪长岩部分锆石阴极发光图像

        Figure 3.  CL images of zircons selected for analysis from biotite granodiorites

      • 锆石挑选由河北省廊坊区域地质调查研究所实验室利用标准重矿物分离技术分选完成.经过双目镜下仔细挑选,将不同特征的锆石粘在双面胶上,并用无色透明的环氧树脂固定;待其固化之后,将表面抛光至锆石中心.在测试前,通过反射光和CL图像仔细研究锆石的晶体形态与内部结构特征,以选择最佳测试点.锆石制靶、反射光、阴极发光以及锆石U-Pb年龄测定和痕量元素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行.本次测试采用的激光剥蚀束斑直径为32 μm,激光剥蚀样品的深度为20~40 μm;实验中采用He作为剥蚀物质的载气.锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标,元素含量采用NIST SRM610作为外标,29Si作为内标元素(锆石中SiO2的质量分数为32.8%),分析方法见Yuan et al.(2004);普通铅校正采用Anderson(2002)推荐的方法;样品的同位素比值及元素含量计算采用ICPMSDataCal程序(Liu et al., 2008, 2010),年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot程序(Ludwig, 2003).

      • 本次实验主量及微量元素的分析测试均在吉林大学测试科学实验中心完成.主量元素采用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%.微量元素和稀土元素分析采用美国安捷伦科技有限公司Agilent 7500A型耦合等离子体质谱仪测试(Z/T0223-2001),样品测试经国际标样BHVO-2、BC4-2和国家标样GBW07103、GB207104监控,微量元素和稀土元素的分析精度为:元素含量大于10×10-6的误差小于5%,小于10×10-6的误差小于10%.

      • 锆石Lu-Hf同位素测定在天津地质矿产研究所同位素实验的LA-MC-ICP-MS仪器上完成,实验中使用的多接收器电感耦合等离子体质谱仪为美国Thermo Fisher公司生产的NEPTUNE,分析方法的详细流程见耿建珍等(2011).采用179Hf/177Hf=0.732 5(Patchett et al., 1980)、173Yb/172Yb=1.352 74(Chu et al., 2002)对Hf、Yb同位素比值进行指数归一化质量歧视矫正.176Hf同质异位素干扰校正公式见Chu et al.(2002)176Yb/172Yb=0.588 7,175Lu/176Lu=0.026 55(Chu et al., 2002).ω(176Hf)/ω(177Hf)比值(0.282 772)及ω(176Lu)/ω(177Hf)比值(0.033 2),Hf模式年龄计算使用当前亏损地幔的ω(176Hf)/ω(177Hf)比值(0.283 25)和ω(176Lu)/ω(177Hf)比值(0.015 0)(Griffin et al., 2002).

      • 样品MH-N3的锆石粒度为120~350 μm,具有完整的晶形、均匀的内部结构和清晰的振荡环带(图 3),大多数锆石的Th/U值≥0.4,显示为岩浆成因的锆石.对于Th/U值为0.08的锆石,可能为受到后期热扰动所致.如表 1所示,15粒锆石的206Pb/238U年龄为183±3~188±3 Ma,所有数据均落在谐和线上或附近,加权平均年龄为185±2 Ma(MSWD=0.17)(图 4a),代表了岩浆的冷却结晶年龄.此外,样品存在少量晚奥陶世(454 Ma)和早石炭世(330~328 Ma)的继承锆石(图 3).

        分析点 含量(10-6) Th/U 同位素比值 同位素年龄(Ma)
        Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ
        MH-N3-01 17.3 406 473 0.86 0.052 4 0.002 3 0.207 7 0.007 1 0.028 8 0.000 4 0.008 9 0.000 2 301 52 192 6 183 3 180 3
        MH-N3-02 9.32 67.4 262 0.26 0.054 0 0.003 9 0.216 5 0.014 2 0.029 1 0.000 6 0.010 5 0.000 6 370 112 199 12 185 4 210 11
        MH-N3-03 12.5 176 372 0.47 0.050 9 0.002 4 0.203 0 0.009 2 0.028 9 0.000 4 0.009 1 0.000 1 237 111 188 8 184 3 183 2
        MH-N3-04 10.7 177 304 0.58 0.050 1 0.002 4 0.200 2 0.007 5 0.029 0 0.000 4 0.008 4 0.000 2 199 60 185 6 184 3 169 3
        MH-N3-05 22.6 49.5 595 0.08 0.049 9 0.001 9 0.199 8 0.006 9 0.029 0 0.000 4 0.009 2 0.000 1 190 88 185 6 185 3 184 2
        MH-N3-06 9.23 77 269 0.29 0.051 3 0.002 6 0.204 6 0.008 4 0.028 9 0.000 4 0.010 5 0.000 3 256 66 189 7 184 3 211 6
        MH-N3-07 8.96 78.1 225 0.35 0.052 0 0.002 8 0.207 5 0.009 5 0.028 9 0.000 5 0.009 7 0.000 3 287 76 191 8 184 3 196 6
        MH-N3-08 7.52 93.8 220 0.43 0.053 8 0.002 7 0.215 9 0.009 0 0.029 1 0.000 4 0.010 3 0.000 3 363 66 199 7 185 3 207 5
        MH-N3-09 12.7 95.2 356 0.27 0.050 8 0.002 7 0.204 7 0.009 2 0.029 2 0.000 5 0.009 9 0.000 3 231 75 189 8 186 3 199 6
        MH-N3-10 12.8 125 369 0.34 0.051 9 0.002 8 0.211 5 0.009 6 0.029 6 0.000 5 0.008 9 0.000 3 279 74 195 8 188 3 179 5
        MH-N3-11 16.7 370 459 0.81 0.050 3 0.002 0 0.202 9 0.005 7 0.029 3 0.000 4 0.008 6 0.000 1 209 40 188 5 186 3 172 3
        MH-N3-12 8.73 68.8 270 0.25 0.053 3 0.002 9 0.213 1 0.009 8 0.029 0 0.000 5 0.009 2 0.000 3 342 74 196 8 184 3 185 6
        MH-N3-13 14.7 252 430 0.59 0.051 1 0.002 4 0.203 8 0.007 4 0.028 9 0.000 4 0.009 1 0.000 2 245 56 188 6 184 3 184 4
        MH-N3-14 18.7 207 525 0.39 0.053 2 0.002 3 0.212 1 0.006 8 0.028 9 0.000 4 0.009 3 0.000 2 337 47 195 6 184 3 188 4
        MH-N3-15 16.4 248 432 0.57 0.051 6 0.003 1 0.207 5 0.012 1 0.029 2 0.000 5 0.009 2 0.000 1 268 141 191 10 185 3 185 2
        MH-N3-16 96.4 643 1144 0.56 0.057 6 0.001 8 0.579 5 0.008 5 0.072 9 0.000 9 0.020 5 0.000 2 516 15 464 5 454 5 410 5
        MH-N3-17 51.5 146 630 0.23 0.063 1 0.002 1 0.634 9 0.011 6 0.073 0 0.001 0 0.031 4 0.000 5 710 19 499 7 454 6 625 9
        MH-N3-18 8.96 78.1 225 0.35 0.055 8 0.002 2 0.403 6 0.011 5 0.052 5 0.000 7 0.025 8 0.000 7 443 39 344 8 330 5 515 13
        MH-N3-19 39.7 173 725 0.24 0.058 0 0.002 1 0.420 2 0.009 5 0.052 5 0.000 7 0.021 9 0.000 4 530 27 356 7 330 4 437 8
        MH-N3-20 24.5 205 442 0.46 0.057 2 0.002 1 0.412 0 0.009 8 0.052 2 0.000 7 0.012 2 0.000 2 500 30 350 7 328 4 245 4
        MH-N4-01 10.2 55.5 291 0.19 0.051 8 0.002 9 0.197 3 0.010 0 0.027 6 0.000 6 0.010 3 0.000 4 275 79 183 8 176 4 206 9
        MH-N4-02 7.61 47.5 213 0.22 0.050 2 0.002 4 0.198 5 0.007 9 0.028 7 0.000 5 0.008 9 0.000 3 204 59 184 7 182 3 179 6
        MH-N4-03 15.7 312 449 0.70 0.052 0 0.006 1 0.200 6 0.022 5 0.028 0 0.000 9 0.007 9 0.000 5 286 194 186 19 178 6 159 11
        MH-N4-04 11.4 166 311 0.53 0.050 6 0.002 1 0.201 1 0.006 7 0.028 9 0.000 5 0.008 9 0.000 2 220 45 186 6 183 3 179 4
        MH-N4-05 10.2 152 281 0.54 0.054 5 0.004 7 0.215 0 0.017 6 0.028 6 0.000 7 0.009 2 0.000 5 390 138 198 15 182 5 185 10
        MH-N4-06 11 158 305 0.52 0.051 0 0.002 3 0.202 8 0.007 4 0.028 8 0.000 5 0.007 8 0.000 2 240 51 187 6 183 3 158 4
        MH-N4-07 15.8 48.3 470 0.10 0.052 2 0.002 1 0.210 5 0.006 5 0.029 2 0.000 5 0.012 9 0.000 5 294 39 194 5 186 3 258 9
        MH-N4-08 11.8 166 330 0.50 0.049 8 0.002 1 0.196 9 0.006 5 0.028 7 0.000 5 0.008 6 0.000 2 186 45 183 6 182 3 173 4
        MH-N4-09 11.3 154 269 0.57 0.055 7 0.004 8 0.225 8 0.018 1 0.029 4 0.000 8 0.009 5 0.000 5 440 133 207 15 187 5 192 9
        MH-N4-10 10.1 127 282 0.45 0.051 5 0.002 5 0.205 8 0.008 6 0.029 0 0.000 5 0.008 4 0.000 2 264 62 190 7 184 3 168 5
        MH-N4-11 8.04 124 193 0.64 0.050 6 0.005 7 0.198 2 0.021 3 0.028 4 0.000 9 0.009 3 0.000 5 223 186 184 18 181 5 187 10
        MH-N4-12 14.6 366 360 1.02 0.050 0 0.004 8 0.189 7 0.017 8 0.027 5 0.000 6 0.008 7 0.000 1 197 219 176 15 175 4 175 3
        MH-N4-13 11.9 177 323 0.55 0.055 3 0.003 1 0.218 8 0.010 6 0.028 7 0.000 6 0.009 2 0.000 3 424 73 201 9 182 4 186 5
        MH-N4-14 29.7 915 704 1.30 0.051 5 0.002 1 0.203 3 0.006 3 0.028 6 0.000 5 0.008 3 0.000 1 262 40 188 5 182 3 167 3
        MH-N4-15 19.8 381 519 0.73 0.052 1 0.002 5 0.207 8 0.008 2 0.028 9 0.000 5 0.009 3 0.000 2 289 56 192 7 184 3 188 4
        MH-N4-16 13.9 154 394 0.39 0.054 7 0.004 4 0.215 0 0.016 1 0.028 5 0.000 7 0.011 8 0.000 7 400 125 198 13 181 4 238 13
        MH-N4-17 12.4 32 371 0.09 0.051 4 0.002 3 0.204 2 0.007 4 0.028 8 0.000 5 0.011 8 0.000 5 258 51 189 6 183 3 237 10
        MH-N4-18 58.5 193 843 0.23 0.060 6 0.002 3 0.599 6 0.014 9 0.071 7 0.001 0 0.018 9 0.000 4 625 31 477 9 447 6 378 8
        MH-N4-19 55.9 97.8 841 0.12 0.054 9 0.001 8 0.483 6 0.008 1 0.063 9 0.000 8 0.022 0 0.000 4 406 18 401 6 399 5 440 8

        表 1  漠河县城南黑云母花岗闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

        Table 1.  Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results for biotite granodiorites in southern Mohe county

        图  4  漠河县城南黑云母花岗闪长岩样品锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagrams for biotite granodiorites in southern Mohe county

        样品MH-N4锆石的粒度为100~300 μm,具有完整的晶形、均匀的内部结构和清晰的振荡环带(图 3),大多数锆石的Th/U值≥0.4,为岩浆成因的锆石.对于Th/U值为0.09的锆石,可能为受到后期热扰动所致.如表 1所示,17粒锆石的206Pb/238U年龄为175±4~187±5 Ma,所有数据均落在谐和线上或附近,加权平均年龄为182±2 Ma(MSWD=0.61)(图 4b),代表了岩浆的冷却结晶年龄,表明该岩石形成于早侏罗世.此外,样品存在少量晚奥陶世(447 Ma)和早泥盆世(399 Ma)的继承锆石(图 3).

      • 表 2所示,样品MH-N3与MH-N4具有基本一致的地球化学特征,岩石具有富硅(SiO2含量为63.56%~66.32%)、富铝(Al2O3含量为16.58%~17.34%)、低磷(P2O5含量为0.17%~0.23%)和低钛(TiO2含量为0.55%~0.80%)的特征.岩石全碱含量较高(6.67%~8.79%),Na2O/K2O比值为1.29~1.64,MgO含量与Mg#值(Mg#=100×Mg2+/(Mg2++TFe2+))分别为1.22%~1.98%与42~48.QAP图解中样品落入花岗闪长岩区域(图 5a);在SiO2-K2O图解中样品属于高钾钙碱性系列(图 5b);铝过饱和指数(A/CNK)介于0.90~1.03之间,样品主要落入准铝质范围,属于I型花岗岩(图 5c).

        样品号 MH-N3-B1 MH-N3-B2 MH-N3-B3 MH-N3-B4 MH-N4-B1 MH-N4-B2 MH-N4-B3
        SiO2 65.00 64.38 64.56 63.56 63.82 63.90 66.32
        TiO2 0.73 0.66 0.64 0.55 0.80 0.76 0.63
        Al2O3 16.82 16.58 16.96 16.76 17.10 17.34 16.63
        FeOT 3.90 4.05 4.11 3.87 3.75 3.53 2.96
        MnO 0.06 0.12 0.10 0.10 0.05 0.04 0.04
        MgO 1.98 1.70 1.81 1.96 1.58 1.54 1.22
        CaO 3.54 3.97 3.89 3.95 3.80 3.93 3.35
        Na2O 4.13 4.40 3.96 4.68 4.15 4.29 4.02
        K2O 2.89 2.68 2.71 3.39 2.98 2.74 3.13
        P2O5 0.21 0.21 0.23 0.18 0.22 0.21 0.17
        LOI 0.53 0.55 0.30 0.22 0.43 0.44 0.39
        Total 99.91 99.40 99.40 99.40 99.28 99.27 99.34
        ALK 7.02 7.08 6.67 8.07 7.14 7.03 7.15
        Na2O/K2O 1.43 1.64 1.46 1.38 1.39 1.57 1.29
        A/CNK 1.03 0.96 1.03 0.90 1.01 1.01 1.03
        Mg# 48 43 44 47 43 44 42
        La 17.5 19.2 27.1 15.5 41.0 38.2 25.4
        Ce 46.6 53.0 61.2 41.8 83.7 75.6 62.4
        Pr 5.71 5.84 7.07 4.74 10.8 9.74 7.98
        Nd 24.9 25.3 30.4 21.0 39.7 36.3 30.7
        Sm 4.50 4.60 5.42 3.95 6.55 6.13 5.92
        Eu 1.16 1.23 1.39 0.96 1.81 1.67 1.43
        Gd 3.48 3.58 4.28 3.41 5.20 4.92 5.13
        Tb 0.45 0.45 0.54 0.47 0.66 0.62 0.71
        Dy 2.49 2.40 2.80 2.70 3.25 3.11 3.85
        Ho 0.45 0.43 0.49 0.48 0.65 0.59 0.75
        Er 1.37 1.29 1.51 1.47 1.82 1.67 2.10
        Tm 0.20 0.19 0.23 0.21 0.28 0.26 0.30
        Yb 1.39 1.35 1.58 1.33 1.99 1.76 1.83
        Lu 0.20 0.21 0.24 0.19 0.31 0.29 0.27
        ΣREE 111 119 144 98.1 198 181 149
        HREE 10.0 9.89 11.7 10.3 14.2 13.2 14.9
        (La/Yb)N 9.08 10.2 12.3 8.36 14.8 15.6 10.0
        Eu/Eu* 0.90 0.92 0.88 0.80 0.95 0.93 0.79
        V 82.3 76.9 81.5 58.9 85.0 79.0 69.0
        Cr 6.24 7.63 9.01 7.06 6.56 8.34 7.83
        Co 8.15 7.88 8.70 6.51 6.87 6.65 8.22
        Ni 7.00 6.16 6.08 4.89 6.52 5.37 6.21
        Sn 2.64 2.51 2.69 2.76 3.00 3.00 3.00
        Cs 2.88 2.45 2.42 3.22 3.00 2.74 4.11
        Rb 47.0 41.4 50.0 59.3 114 100 118
        Sr 541 504 563 489 653 622 587
        Y 11.3 12.6 15.3 11.9 19.4 17.3 21.7
        Ba 649 604 620 614 987 823 943
        Zr 204 88.2 261 43.9 250 220 210
        Nb 12.8 12.1 13.1 12.2 16.5 14.5 15.1
        Hf 3.52 1.81 4.53 1.03 6.60 6.10 5.30
        Ta 0.94 0.92 1.01 0.94 1.50 1.40 1.40
        Ga 28.2 26.5 27.8 26.4 27.9 26.3 26.4
        Pb 14.4 14.2 14.8 15.4 18.6 17.3 20.7
        Th 5.26 4.84 6.24 4.60 8.77 8.46 8.24
        U 2.01 1.97 2.25 1.92 2.59 2.17 2.03

        表 2  漠河县城南黑云母花岗闪长岩主量(%)、微量元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Major elements (%) and trace elements (10-6) compositions for biotite granodiorites in southern Mohe county

        图  5  黑云母花岗闪长岩QAP图解(a)、SiO2-K2O图解(b)和A/CNK-A/NK图解(c)

        Figure 5.  QAP (a), SiO2 vs. K2O (b) and A/CNK vs. A/NK (c) diagrams of biotite granodiorites

        黑云母花岗闪长岩样品的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线同样显示右倾模式(图 6a),稀土元素总量较高(ΣREE=98.1×10-6~198×10-6),轻重稀土分馏明显((La/Yb)N=8.36~15.6),富集轻稀土元素,具有微弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.79~0.95).原始地幔标准化微量元素蛛网图显示,岩石富集Ba、K等大离子亲石元素,明显亏损Nb、Ta、Ti和Th等高场强元素(图 6b).

        图  6  黑云母花岗闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for biotite granodiorites

      • 选择样品MH-N3的锆石进行Hf同位素分析,结果列于表 3中.岩石的15个分析点的176Hf/177Hf值分布于0.282 567~0.282 618之间,εHf(t)值为-3.26~-1.46,二阶段Hf模式年龄为1.25~1.59 Ga,平均为1.37 Ga,落入中亚造山带东段火成岩Hf同位素组成的区域(Yang et al., 2006),与额尔古纳地块早中生代花岗质岩石的Hf同位素组成基本一致(图 7).

        分析点 t(Ma) 176Yb/177Hf 2σ 176Lu/177Hf 2σ 176Hf/177Hf 2σ εHf(0) εHf(t) 2σ tDM1(Hf) tDM2(Hf) fLu/Hf
        MH-N3-1 183 0.019 292 0.000 218 0.000 582 0.000 004 0.282 592 0.000 014 -6.36 -2.41 0.50 924 1 378 -0.98
        MH-N3-2 185 0.013 751 0.000 062 0.000 434 0.000 002 0.282 582 0.000 014 -6.71 -2.70 0.49 934 1 398 -0.99
        MH-N3-3 184 0.025 231 0.000 089 0.000 723 0.000 001 0.282 595 0.000 015 -6.26 -2.31 0.53 923 1 372 -0.98
        MH-N3-4 184 0.011 502 0.000 151 0.000 376 0.000 003 0.282 574 0.000 015 -6.98 -2.99 0.52 943 1 416 -0.99
        MH-N3-5 185 0.014 551 0.000 385 0.000 452 0.000 010 0.282 605 0.000 015 -5.92 -1.91 0.53 903 1 348 -0.99
        MH-N3-6 184 0.022 926 0.000 311 0.000 697 0.000 013 0.282 613 0.000 016 -5.61 -1.65 0.56 897 1 331 -0.98
        MH-N3-7 184 0.042 380 0.001 638 0.001 156 0.000 044 0.282 610 0.000 018 -5.74 -1.85 0.63 913 1 343 -0.97
        MH-N3-8 185 0.028 355 0.000 905 0.000 768 0.000 021 0.282 618 0.000 018 -5.43 -1.46 0.63 891 1 319 -0.98
        MH-N3-9 186 0.057 628 0.000 663 0.001 457 0.000 022 0.282 607 0.000 018 -5.85 -1.94 0.63 925 1 351 -0.96
        MH-N3-10 188 0.025 143 0.000 246 0.000 757 0.000 008 0.282 592 0.000 013 -6.35 -2.32 0.46 928 1 376 -0.98
        MH-N3-11 186 0.013 000 0.000 183 0.000 391 0.000 002 0.282 571 0.000 015 -7.12 -3.09 0.52 949 1 423 -0.99
        MH-N3-12 184 0.022 687 0.000 141 0.000 679 0.000 004 0.282 617 0.000 017 -5.49 -1.53 0.60 892 1 323 -0.98
        MH-N3-13 184 0.007 467 0.000 080 0.000 283 0.000 001 0.282 567 0.000 015 -7.26 -3.26 0.54 952 1 433 -0.99
        MH-N3-14 184 0.020 418 0.000 221 0.000 590 0.000 005 0.282 617 0.000 016 -5.49 -1.52 0.57 889 1 322 -0.98
        MH-N3-15 185 0.016 438 0.000 132 0.000 493 0.000 004 0.282 577 0.000 017 -6.88 -2.88 0.60 942 1 410 -0.99

        表 3  漠河县城南黑云母花岗闪长岩锆石Hf同位素分析结果

        Table 3.  Zircon Lu-Hf isotopic data for biotite granodiorites in southern Mohe county

        图  7  黑云母花岗闪长岩锆石Hf同位素特征

        Figure 7.  Hf isotopic compositions of zircons from biotite granodiorites

      • 黑云母花岗闪长岩具有埃达克岩的特征:Sr含量为489×10-6~653×10-6(平均为566×10-6)、Yb含量为1.33×10-6~1.99×10-6(平均为1.60×10-6)、Y含量为11.3×10-6~21.7×10-6(平均为15.6×10-6)及微弱的负Eu异常(Eu/Eu*=0.79~0.90).在图 8中,样品均落入埃达克岩的区域,同时岩石具有富K(K2O/Na2O=0.61~0.78)和贫Mg(Mg#=42~48)、Cr(6.24×10-6~9.01×10-6)、Ni(4.89×10-6~7.00×10-6)的特征,属于高钾钙碱性系列,应为高钾钙碱性埃达克岩(张旗等,2004).目前,埃达克质岩石的成因概括起来主要有以下几种:(1)俯冲洋壳的部分熔融(即O型,原始定义;Defant and Drummond, 1990);(2)加厚玄武质下地壳部分熔融(即C型;Atherton and Petford, 1993Castillo et al., 1999张旗等,2001Lai et al., 2003Wang et al., 2003a, 2003b);(3)拆沉下地壳的部分熔融(Gao et al., 2004);(4)结晶分异作用影响(Macpherson et al., 2006);(5)岩浆混合作用(Xiong et al., 2003).

        图  8  黑云母花岗闪长岩YbN-(La/Yb)N判别图解

        Figure 8.  YbN vs. (La/Yb)N diagram for biotite granodiorites

        通常认为,O型埃达克岩具有富钠贫钾的特征(Na2O/K2O>2),同时具有高的Sr/Y值(>40)和低的Yb含量(Yb<1.9×10-6)(Defant and Drummond, 1990Stern and Kilian, 1996),而C型埃达克岩相对于O型明显富钾(Na2O/K2O≥1;张旗等,2001).但是,该花岗闪长岩的重稀土含量偏高(HREE=9.89×10-6~14.9×10-6)、(La/Yb)N值较低(8.36~15.6)、Na2O/K2O值偏低(1.29~1.64),与俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克岩有本质区别(Defant and Drummond, 1990).拆沉下地壳熔融的埃达克质岩石通常形成于伸展构造背景(Wang et al., 2003a, 2003b; Xiong et al., 2005),而该时期漠河地区显然不具备这样的构造环境(Tomurtogoo et al., 2005Orolmaa et al., 2008Chen et al., 2011许文良等,2013Tang et al., 2014, 2016).研究区中生代发生地壳拆沉作用的时间在中—晚侏罗世(韦忠良等,2008孟恩等,2011Xu et al., 2013),该时期的岩浆岩与早侏罗世黑云母花岗闪长岩的地球化学特征也存在显著的差别(Zhang et al., 2008孟恩等,2011Xu et al., 2013).岩石中同样未发现可能与拆沉作用有关的榴辉岩捕虏体或者基性的残余体(高山和金振民,1997).岩石MREE和HREE之间不是以上凹曲线模式分布(图 6a),Eu/Eu*值为0.79~0.95,而且(Dy/Yb)N值和SiO2之间不存在明显的负相关性,表明结晶分异过程不是控制岩浆演化的主要途径(Macpherson et al., 2006王强等,2006刘金龙等, 2015a, 2016).锆石Hf同位素变化范围较小的εHf(t)值(-3.26~-1.46)表明其并没有发生岩浆混合作用.因此,该埃达克质岩石的形成可能与增厚的下地壳部分熔融有关(刘金龙等, 2015a, 2016侯红星等,2016).

        研究结果表明,洋中脊玄武岩部分熔融只产生Mg#值<45的熔体,但熔体只要与橄榄岩发生10%的混染便可使熔体的Mg#值从45上升至55(Rapp and Watson, 1995),而典型埃达克岩的Mg#值在50左右(Martin,1999Richards and Kerrich, 2007).该花岗闪长岩样品的Mg#值为42~48,只有2个分析点大于45,反映其岩浆源区受到橄榄岩混染的程度很低.在图 9中样品基本落入“与加厚下地壳相关的埃达克岩”区域,而与“与俯冲洋壳相关的埃达克岩”的特征差异明显,结合Na2O/K2O值、Sr/Y值和HREE等特征笔者认为该埃达克岩的岩浆应来源于下地壳的部分熔融.同时,该岩石属于I型花岗岩,相关的源区判别图解显示其原始岩浆来源于角闪岩的部分熔融(图 10).综上可知,该花岗闪长岩的岩浆应起源于加厚下地壳铁镁质岩石的部分熔融.

        图  9  黑云母花岗闪长岩Sr/Y-(La/Yb)N(a)、Sr-10Y-Zr(b)和Y/Yb-Sr/Y-La/Yb(c)判别图解

        Figure 9.  The discrimination diagrams of Sr/Y-(La/Yb)N (a), Sr-10Y-Zr (b) and Y/Yb-Sr/Y-La/Yb (c) for biotite granodiorites

        图  10  黑云母花岗闪长岩源区判别图解

        Figure 10.  Discriminant diagrams of source regions for biotite granodiorites

        岩石富硅、富钾、贫镁,属于高钾钙碱性系列,富集LILEs和LREE、亏损HFSEs等特征反映其为壳源成因(Mckenzie, 1989).岩石无明显的Eu异常指示其形成于高压环境(通常大于1.5 GPa;Xiong et al., 2005),贫Y和Yb暗示源区可能残留石榴子石、角闪石等,而富Sr、负Eu异常不明显则说明熔融时斜长石在源区是不稳定的,几乎全部进入岩浆.岩石中岩浆锆石εHf(t)值介于-3.26~-1.46,锆石Hf同位素成分变化范围较小,表明岩石源区均一程度较高(图 7).结合其二阶段模式年龄(tDM2=1.25~1.59 Ga)和该时期的地幔特征(武广等,2005Wu et al., 2011Tang et al., 2014, 2016),笔者认为该岩石的岩浆可能起源于中元古代亏损地幔新增生的基性下地壳物质的部分熔融.而该岩石中锆石略负的εHf(t)值(-3.26~-1.46)则是Hf同位素演化的结果,而非其地幔源区的特征.

      • 如前所述,黑云母花岗闪长岩样品富硅、富铝、贫镁,具有弧岩浆岩的微量元素地球化学性质,富集Ba、K、La、Ce等大离子亲石元素,明显亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,具有明显的“TNT”效应(韦忠良等,2008Chen et al., 2011Tang et al., 2014).与典型岛弧岩浆岩相比,该岩石具有更低HREE(尤其Yb,图 8)和更高的Sr含量,暗示两者在同一背景下具有不同深度的岩浆源区.岩石具有较低的MgO、CaO含量,Na2O/K2O值>1.17,显示其具有活动大陆边缘环境火成岩特征(Gill, 1987Fran-calanci et al., 1993).岩石属于I型花岗岩,Al2O3含量为16.58%~17.34%(>13%),CaO含量为3.35%~3.97%(>1.73%),K2O含量为2.68%~3.39%(<4%),(Na2O+K2O)含量为6.67%~8.07%(<8%),显示其形成于挤压的火山弧环境(邱家骧,2004刘金龙等,2015b).此外,结合岩体具有弧岩浆微量元素组合的特征且出现明显的Nb、Ta、Ti亏损,表明其成因与俯冲作用关系密切(董增产等,2015).在图 11a11b中岩石均落入火山弧环境,在图 11c中样品落入板块碰撞前消减地区花岗岩的区域,即活动大陆边缘环境.蒙古—鄂霍茨克洋形成于早二叠世(莫申国等,2005),早在晚古生代末期鄂霍茨克大洋板块就存在局部俯冲,并持续到三叠纪(陈志广等,2010许文良等,2013Tang et al., 2014, 2016).近年来越来越多的资料显示该大洋板块存在向南俯冲:产于安第斯型大陆边缘环境的中蒙古Hangayn岩基(255~230 Ma;Tomurtogoo et al., 2005Orolmaa et al., 2008),蒙古国额尔登特地区发育的岛弧环境的侵入杂岩及与之相关的特大型斑岩型铜—钼矿床(240 Ma;江思宏等,2010),额尔古纳—根河地区发现的一套具有活动陆缘构造背景的早侏罗世玄武岩—玄武安山岩钙碱性火山岩组合(Zhang et al., 2008许文良等,2013),我国境内额尔古纳地块中的一系列形成于早中生代的斑岩型铜钼矿床(Macpherson et al., 2006),内蒙古满洲里地区的八大关杂岩形成于活动大陆边缘岛弧环境(203~214 Ma;曾维顺等,2014).此外,Tang et al.(2014)研究认为内蒙古莫尔道嘎地区的早三叠世中酸性侵入岩形成于蒙古—鄂霍茨克洋向南俯冲的岛弧构造环境.蒙古—鄂霍茨克造山带南侧发育一条巨型的NE向中生代岩浆岩带,岩石组合为闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩等,被认为其形成与蒙古—鄂霍茨克洋板块向南俯冲有关(Xu et al., 2013许文良等,2013Tang et al., 2014, 2016Zhao et al., 2016).大兴安岭北部偏碱性的早中生代火山岩的广泛发育可能反映蒙古—鄂霍茨克洋向南俯冲的弧后伸展环境(李碧乐等,2016).漠河盆地的二十二站组碎屑岩为蒙古—鄂霍茨克洋闭合后南北两侧物源区被快速剥蚀、快速搬运而沉积成岩的产物,该大洋东段在晚侏罗世时期闭合(李良等,2017).由此可知,漠河县城南的黑云母花岗闪长岩形成于蒙古—鄂霍茨克洋板块向南俯冲的活动大陆边缘环境.

        图  11  黑云母花岗闪长岩(Yb+Ta)-Rb(a)、(Y+Nb)-Rb(b)和R1-R2(c)构造判别图解

        Figure 11.  Tectonic discrimination diagrams of (Yb+Ta)-Rb (a), (Y+Nb)-Rb (b) and R1-R2 (c) for biotite granodiorites

        研究表明,西伯利亚板块相对于中蒙地块旋转的独特运动方式使得蒙古—鄂霍茨克洋发生自西向东剪刀式的闭合(Zhao et al., 1990; Zorin, 1999; Parfenov et al., 2001),西部始于晚三叠世,而东部则始于中—晚侏罗世(Zonenshain et al., 1990; Zroin, 1999)并持续到晚侏罗世—早白垩世(Kravchinsky et al., 2002).黑龙江孙吴地区的中侏罗世白云母花岗岩的形成与蒙古—鄂霍茨克洋闭合过程中的陆—陆碰撞作用有关(李宇等,2015),表明此时蒙古—鄂霍茨克洋已经闭合.满洲里地区发现了晚侏罗世的火山岩组合(Zhang et al., 2008; 孟恩等,2011许文良等,2013),是与蒙古—鄂霍茨克造山带有关的加厚陆壳坍塌阶段或拆沉阶段的产物.中侏罗世时期,从小兴安岭西北部至冀北—辽西地区发生了一次重要的陆壳加厚与逆冲推覆事件,且其推覆方向与蒙古—鄂霍茨克洋的闭合有关(李宇等,2015).

      • 埃达克岩具有较强的成矿专属性,浅成低温热液Au-Ag及斑岩型Cu、Cu-Au矿床与埃达克岩具有密切的成因联系(Thieblemont et al., 1997Sajona and Maury, 1998),我国多数斑岩型铜(金、钼)矿与埃达克岩密切相关(张旗等,2004).额尔古纳地块较多早中生代的花岗质岩石具有埃达克岩的特征,其中不乏大型矿床,如乌奴格吐山特大型Cu-Mo矿(177~204 Ma;秦克章等,1999)、太平川Cu-Mo矿(184~202 Ma;陈志广等,2010王召林等,2010)和二十一站Cu-Au矿等斑岩型矿床.这些成矿斑岩体均具有C型埃达克岩的特征,这说明了额尔古纳地块的早中生代C型埃达克岩具有较大的成矿潜力,不容忽视.张旗等(2009)指出埃达克岩分布区应为我国寻找斑岩型和低温热液型Au-Ag矿的重点区域,建议首先突破O型埃达克岩分布区,因为O型埃达克岩控制了全球大部分铜矿的产出,超大型和超巨型的斑岩型铜矿大多与板块俯冲作用相关;但也不能忽视C型埃达克岩,因为我国现有的大型和超大型Cu、Au和Mo矿床多与C型埃达克岩有关,包括德兴、玉龙、胶东、小秦岭和南泥湖等.早中生代时期,研究区处于蒙古—鄂霍茨克洋向南俯冲的活动大陆边缘环境(Xu et al., 2013许文良等,2013Tang et al., 2014, 2016Zhao et al., 2016),岩浆侵入活动强烈,埃达克岩发育,应加强其含矿性评价和找矿工作.

      • (1) 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年获得漠河县城南的黑云母花岗闪长岩的加权平均年龄分别为185±2 Ma和182±2 Ma,属早侏罗世,代表区域上一期强烈的岩浆事件.

        (2) 研究区黑云母花岗闪长岩属于高钾钙碱性埃达克岩类,具有高Sr低Y的特征和微弱的Eu负异常,其εHf(t)值为-3.26~-1.46,对应的二阶段模式年龄为1.25~1.59 Ga.该岩石的岩浆可能起源于中元古代亏损地幔新增生的基性下地壳物质的部分熔融.

        (3) 岩石富硅、富钾、贫镁,富集大离子亲石元素和亏损高场强元素,形成于蒙古—鄂霍茨克洋板块向南俯冲的活动大陆边缘环境.

    参考文献 (131)

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