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    小兴安岭西北部科洛杂岩的岩石学与年代学

    那福超 付俊彧 宋维民 刘英才 汪岩 葛锦涛 孙巍 杨帆 张广宇 钟辉

    引用本文:
    Citation:

    小兴安岭西北部科洛杂岩的岩石学与年代学

      作者简介: 那福超(1986—), 男, 硕士, 工程师, 主要从事区域构造地质学研究.
      通讯作者: 宋维民, swmws@126.com
    • 基金项目:

      中国地质调查局项目 DD20190042-3

      中国地质调查局项目 DD20190372

      中国地质调查局项目 DD20190360-1

      中国地质调查局项目 DD20190039

      中国地质调查局项目 DD20190360-2

      中国地质调查局项目 1212011220435

    • 中图分类号: P581;P542

    Petrological and Geochronological Study of Keluo Complex in Northwestern Lesser Xing'an Range

      Corresponding author: Song Weimin, swmws@126.com ;
    • CLC number: P581;P542

    • 摘要: 目前业内学者对于科洛杂岩的认识一致缺乏系统的年代学数据与之相匹配,且关于科洛杂岩原岩的物质组成和形成时代也缺少年代学资料的约束,为查明小兴安岭西北部科洛杂岩的原岩组成和变质期次,利用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法,在系统分析锆石特征及成因的基础上,对科洛杂岩中3种变质岩(弱片麻状角闪石岩、黑云斜长片麻岩和黑云角闪斜长片麻岩)中不同成因锆石进行年代学研究.岩浆型锆石年龄数据显示,碎屑锆石可分为古-中元古代、晚泥盆世晚期-早石炭世早期和晚石炭世晚期-早二叠世早期3组,3个样品中最年轻的锆石年龄分别为286.3±3.6 Ma、284.3±3.1 Ma和345.3±4.8 Ma,而变质锆石年龄数据分为早-中三叠世(峰值年龄248.5 Ma)和早-中侏罗世(峰值年龄173.1 Ma)两期.结合区域资料和年龄数据分析,科洛杂岩中包含下二叠统和下石炭统碎屑沉积岩,物源可能分别来自于区域上的前寒武纪基底残块和石炭统-二叠统岩浆岩,且在成岩之后至少经历了两期变质作用,早期的变质作用可能是蒙古-鄂霍茨克板块南向俯冲作用的远程效应;晚期变质作用受蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲和古太平洋西向俯冲的叠加作用控制.
    • 图 1  研究区地质简图及采样点位置

      Figure 1.  Simplified geological map of the study area, showing the sample locations

      图 2  科洛杂岩岩石野外及显微照片

      Figure 2.  Field outcrops and microscope photographs of the rocks from the Keluo complex

      图 3  科洛杂岩锆石阴极发光图像及LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄值

      Figure 3.  Zircon cathodoluminescence (CL) images and LA-ICP-MS U-Pb composition ages

      图 4  科洛杂岩中不同成因锆石微区球粒陨石标准化稀土元素配分模式图

      Figure 4.  Chondrite-normalized REE patterns of zircon microredions with different genesis in Keluo complex

      图 5  科洛杂岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 5.  Concordia diagrams of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages from Keluo complex

      图 6  锆石测年结果分布直方对比(a~c)和概率对比图(d~e)

      Figure 6.  Comparison for the zircon ages(a-c) and probability plots(d-e)

      图 7  蒙古-鄂霍茨克造山带南侧三叠纪岩浆岩已测年龄数据分布

      Figure 7.  Complied geochronological data of Triassic granitoids on southern margin of the Mongol-Okhotsk belt

      表 1  区域变质岩年代学数据表

      Table 1.  Geochronological data of regional metamorphic rocks

      群/组 样号 岩性 结晶年龄 沉积时代 推测原岩 来源
      科洛杂岩 2002NJ-7 黑云斜长片麻岩 333±7 Ma 正片麻岩
      科洛杂岩 NH13001 弱片麻状细粒角闪岩 <286.3±3.6 Ma 副变质岩
      科洛杂岩 NH14004 黑云斜长片麻岩 <284.3±3.1 Ma 副片麻岩
      科洛杂岩 NH14010 黑云角闪斜长片麻岩 <345.3±4.8 Ma 副片麻岩
      科洛杂岩 D0014 黑云斜长片麻岩 疑似297±4 Ma
      落马湖群 HX-161 黑云角闪斜长片麻岩 ~180 Ma 正片麻岩
      新开岭群 2002NJ-2 构造片岩 292±6 Ma 中酸性火山岩
      新开岭群 HX-120 含石榴石二云片麻岩 <200±2 Ma 副片麻岩
      风水沟群 HX-31 角闪片麻岩 <230 Ma 副片麻岩
      风水沟群 HX-14 角闪岩 309±3 Ma 玄武-安山质火山岩
      风水沟群 HSW6-1 黑云变粒岩 185~255 Ma 副片麻岩
      风水沟群 11HSW4-2 黑云变粒岩 副片麻岩
      注:①苗来成等(2003);②Miao et al.(2015);③Xu et al.(2012);④本文;⑤杨文鹏等(2018).
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      表 2  蒙古-鄂霍茨克造山带南侧三叠纪岩浆岩年龄数据

      Table 2.  Complied geochronological data of Triassic granitoids on southern margin of the Mongol-Okhotsk belt

      序号 岩石类型 位置 年龄(Ma) 方法 来源
      1 正长花岗岩 查哈彦 236±1 LA-ICP-MS 隋振民等,2009
      2 花岗岩 Tumurtin Ovoo 241±3 LA-ICP-MS 江思宏等, 2010
      3 斑状花岗岩 多宝山 230~240 LA-ICP-MS Hao et al., 2015
      4 花岗岩类 风水山 244~200 LA-ICP-MS 佘宏全等,2011
      5 花岗岩类 黑河 253~250 LA-ICP-MS Sun et al., 2013
      6 花岗岩类 恩和-莫尔道嘎 247~242 LA-ICP-MS Tang et al., 2014
      7 花岗岩类 犀牛尔和-奇卡 246~255 LA-ICP-MS Tang et al., 2016
      8 花岗岩类 八大关 228 LA-ICP-MS Tang et al., 2016
      9 二长花岗岩 莫尔道嘎 259±8 LA-ICP-MS 佘宏全等,2012
      10 二长花岗岩 阿日哈沙特-巴阳山 257~251 LA-ICP-MS Gou et al., 2013
      11 花岗质片麻岩 莫尔道嘎 244±2 LA-ICP-MS 佘宏全等,2012
      12 长英质脉 管护站 249±4 LA-ICP-MS Wu et al., 2011
      13 花岗闪长岩 恩和 241~229 LA-ICP-MS 王伟等, 2012
      14 英云闪长岩 多宝山 231±3 LA-ICP-MS Zeng et al., 2014
      15 石英闪长岩 八道卡 254±4 LA-ICP-MS 张炯飞等, 2003
      16 闪长岩-辉长岩 满归-奇乾 227±6 LA-ICP-MS Tang et al., 2016
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-04-17
    • 刊出日期:  2019-10-01

    小兴安岭西北部科洛杂岩的岩石学与年代学

      通讯作者: 宋维民, swmws@126.com
      作者简介: 那福超(1986—), 男, 硕士, 工程师, 主要从事区域构造地质学研究
    • 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁沈阳, 110034
    基金项目:  中国地质调查局项目 DD20190042-3中国地质调查局项目 DD20190372中国地质调查局项目 DD20190360-1中国地质调查局项目 DD20190039中国地质调查局项目 DD20190360-2中国地质调查局项目 1212011220435

    摘要: 目前业内学者对于科洛杂岩的认识一致缺乏系统的年代学数据与之相匹配,且关于科洛杂岩原岩的物质组成和形成时代也缺少年代学资料的约束,为查明小兴安岭西北部科洛杂岩的原岩组成和变质期次,利用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法,在系统分析锆石特征及成因的基础上,对科洛杂岩中3种变质岩(弱片麻状角闪石岩、黑云斜长片麻岩和黑云角闪斜长片麻岩)中不同成因锆石进行年代学研究.岩浆型锆石年龄数据显示,碎屑锆石可分为古-中元古代、晚泥盆世晚期-早石炭世早期和晚石炭世晚期-早二叠世早期3组,3个样品中最年轻的锆石年龄分别为286.3±3.6 Ma、284.3±3.1 Ma和345.3±4.8 Ma,而变质锆石年龄数据分为早-中三叠世(峰值年龄248.5 Ma)和早-中侏罗世(峰值年龄173.1 Ma)两期.结合区域资料和年龄数据分析,科洛杂岩中包含下二叠统和下石炭统碎屑沉积岩,物源可能分别来自于区域上的前寒武纪基底残块和石炭统-二叠统岩浆岩,且在成岩之后至少经历了两期变质作用,早期的变质作用可能是蒙古-鄂霍茨克板块南向俯冲作用的远程效应;晚期变质作用受蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲和古太平洋西向俯冲的叠加作用控制.

    English Abstract

      • 兴蒙造山带位于西伯利亚克拉通与华北克拉通之间,由若干个地块及其增生边缘拼合形成的缝合带组成,自显生宙以来,先后经历了古亚洲构造域、太平洋构造域和蒙古-鄂霍茨克构造域的叠加作用,导致了额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和布列亚-佳木斯-兴凯地块的拼合作用(Xu et al., 2015; 周建波等,2016Liu et al., 2017; Zhou et al., 2018),在此构造格架的基础上,被中生代以来的构造运动活化和破坏(Sun et al., 2013; 徐美君等,2013Tang et al., 2014, 2016; 李宇等,2015李良等,2018),形成了现今复杂的构造格局.

        科洛杂岩出露于小兴安岭与大兴安岭过渡地带,嫩江县地区.大地构造位置为兴安地块与松嫩地块的结合部位,嫩江-黑河构造带内,呈北东-北北东向带状分布.科洛杂岩传统上被认为是前寒武纪变质岩,近年来,随着研究的深入,对于这套变质杂岩构造性质的研究取得了很多的进展,苗来成等(2003)认为其原岩形成时代为早石炭世(333±7 Ma),是一套与碰撞造山有关的变质杂岩;赵海滨等(2007)认为是晚侏罗世形成的变质核杂岩;梁琛岳等(2018)认为科洛杂岩为早白垩世伸展作用所导致的变质核杂岩;杨文鹏等(2018)认为科洛杂岩是伸展构造背景下岩浆隆升的岩浆核杂岩.综合来看,目前业内学者对于科洛杂岩的认识较为统一,即是中生代以来形成的一套变质岩系,并遭受多期变质事件的叠加改造(赵衡等,2017),但一直缺乏系统的年代学数据与之相匹配,且关于科洛杂岩原岩的物质组成和形成时代也缺少年代学资料的约束.

        鉴于此,本文在已有研究和新测试技术的基础上,选取出露于嫩江县地区的科洛杂岩中不同类型变质岩系进行系统年代学研究,探讨这套变质杂岩的原岩组成、变质期次及其对区域构造演化的制约.

      • 科洛杂岩所在的嫩江-黑河构造带位于松嫩地块与兴安地块的结合部位(图 1a),大多数学者认为这条构造带是二连-贺根山构造带的北东向的延伸部分(Xu et al., 2015; 周建波等,2016Liu et al., 2017; Zhou et al., 2018).在这条构造带内出露有较大规模的变质岩系,以前均被划归为新开岭群,时代为前寒武纪.新近完成的区调工作将构造带内科洛地区的这套变质岩划分为两个地质单元,风水沟岩群和科洛杂岩.风水沟岩群主要由一套片岩、片麻岩、变粒岩和长英质角岩组成,局部见大理岩夹层,Xu et al.(2012)根据这套岩群中变粒岩和片麻状花岗岩的同位素年代学结果,认为风水沟岩群形成于晚古生代(255 Ma)至早中生代(185 Ma),而不是先前认为的前寒武纪;科洛杂岩为一套混合岩化强烈的变质岩系,呈北东向带状展布,与构造带的展布方向一致(图 1b).科洛杂岩变质程度一般达高绿片岩相-低角闪岩相,变形十分强烈,韧性变形尤为显著,糜棱岩化现象普遍,主要为一套表壳岩为主的中深变质岩系,由黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、含石榴石黑云角闪斜长变粒岩、长英质浅粒岩、斜长角闪岩、角闪岩、片岩、花岗质片麻岩等组成,被中生代花岗岩侵入及中新生界不整合覆盖.

        图  1  研究区地质简图及采样点位置

        Figure 1.  Simplified geological map of the study area, showing the sample locations

      • 本次工作选取科洛杂岩中的3件变质岩样品作为研究对象.样品NH13001位于科后屯南公路旁处,露头长约30 m,高约3 m,主体以黑云斜长片麻岩为主,在其中见多个斜长角闪岩(镜下鉴定为弱片麻状细粒角闪岩)透镜体和花岗质分异脉体(图 2a).角闪岩发生弱片麻理化,但野外未观察到片麻理,被后期断层所切割和错断.长英质脉体宽窄不一,沿片麻理顺层发育,局部可见其发生流变褶皱.样品NH13001(弱片麻状细粒角闪岩)呈半自形柱状结构,局部粒状变晶结构,弱片麻状构造.岩石由角闪石(98%)及胶蛇纹石(2%)组成(图 2b).角闪石呈淡灰绿色,半自形柱状、粒状,粒径0.6~2.0 mm,长轴方向略定向.胶蛇纹石呈黄褐色,隐晶质,均质体充填于角闪石之间,粒径0.2~0.8 mm.副矿物:榍石,他形粒状,高级白干涉色,粒径0.06~0.20 mm.

        图  2  科洛杂岩岩石野外及显微照片

        Figure 2.  Field outcrops and microscope photographs of the rocks from the Keluo complex

        样品NH14004(黑云斜长片麻岩)采自科洛镇西约15 km公路旁,露头长约20 m,高约4 m,主体为灰黑色黑云斜长片麻岩和长英质分异脉体,两者呈互层状,宽窄不一,受后期构造运动影响,露头中褶皱十分发育(图 2c),下部以尖棱褶皱为主,上部多为宽缓褶皱,局部见黑色片麻岩和黄白色脉体共同发育的小流变褶皱.样品NH14004呈(黑云斜长片麻岩)鳞片粒状变晶结构,片麻状构造,由黑云母(15%)、斜长石(25%)、钾长石(3%)、石英(55%)和金属矿物(2%)组成(图 2d).黑云母呈规则片状,红褐色,定向构成片麻理;斜长石呈板状、粒状,与黑云母、石英共生.粒径0.4~1.6 mm;钾长石呈他形粒状,条纹长石,与斜长石接触处发育交代蠕虫结构;石英呈他形粒状,粒径0.4~1.6 mm;副矿物见锆石,浑圆柱状,被包于石英和斜长石中;金属矿物呈长条片状,不透明,定向,粒径0.3~0.7 mm.

        样品NH14010(黑云角闪斜长构造片麻岩)采自科洛镇西南10 km处,露头长约50 m,高约7 m,岩性以黑云角闪斜长构造片麻岩为主,其中发育有多条宽窄不一的长英质分异脉体,以顺层为主,少数切割片麻理(图 2e).受后期构造作用的影响,在不同部位形成“S”型、“N”型及紧闭褶皱.样品NH14010(黑云角闪斜长构造片麻岩)由黑云母(25%)、角闪石(40%)、斜长石(20%)及石英(15%)组成(图 2f).黑云母为浅黄褐色,长条片状、少见纤维状,定向构成片麻理.见与角闪石平直接触,也见绕眼球状角闪石流状定向;角闪石为淡绿色,不规则眼球状,部分其间嵌有浑圆粒状石英,局部与斜长石平直镶嵌,粒径0.8~3.6 mm;斜长石呈半自形粒状、宽板状,局部与石英相对集中,粒径0.4~1.0 mm;石英为他形粒状集合体,充填于上述矿物之间;副矿物见锆石和磷灰石,锆石为无色,浑圆柱状,高突起,分布于斜长石中,见一粒与黑云母相连共生;磷灰石,无色,柱状,棱角消失呈浑圆状,分布于斜长石中,粒径0.02~0.12 mm.金属矿物呈长条片状,不透明,定向,粒径0.3~0.7 mm.

      • 锆石挑选由河北省廊坊区域地质调查研究所实验室完成,将新鲜岩石样品破碎至80目,然后经水粗淘、强磁分选、电磁分选及酒精细淘之后,在实体显微镜下手工挑选出锆石,后将锆石颗粒用环氧树脂制靶,磨制并抛光,阴极发光及透反射图像获取在北京锆年领航科技有限公司的日本电子JSM-6510型扫描电镜上进行.锆石的微量元素分析由北京科荟测试技术有限公司完成,利用SRM610作为外标、Si作内标的方法定量计算,SRM610中元素含量的推荐值据GeoRem数据库.锆石原位U-Pb年龄测试是在天津地质矿产研究所同位素实验室利用激光烧蚀多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)完成的,将NEW WAVE 193-FXArF准分子激光器与Thermo Fisher公司的Neptune多接受器电感耦合等离子体质谱仪链接,采用He气作为剥蚀物质的载气,锆石U-Pb年龄测定采用的激光束斑直径为35 μm,剥蚀时间为30 s,采用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐标准参考物质NIST610,锆石年龄计算采用GJ-1.具体仪器配置和实验流程参见李怀坤等(2010).U-Pb测年数据处理采用中国地质大学刘勇胜博士研发的ICPMSDateCal程序(Liu et al., 2010),锆石U-Pb年龄谐和图采用Ludwig的Isoplot程序(Ludwig, 2003)绘制.

      • 通过实验室反馈的锆石CL图像及透反射图像分析,本次所采集样品锆石特征各异,且差异明显.研究表明,不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型,岩浆型锆石和变质锆石无论从内部结构还是Th/U比值上均存在着较大的差异(吴元保和郑永飞,2004).所以在锆石打点过程中,在避开锆石内部裂隙及包裹体的前提下,选择不同内部结构的锆石微区进行测试.以求较为客观真实地反映整个岩石的年代学特征.经过测试,现将测试样品的锆石特征、微量元素特征和Th/U值进行分析.

      • 本次工作选取的锆石有35颗,锆石多呈不规则状、椭圆状等,长宽比为1:1~3:1,粒径多大于70 μm,其形态特征可分为两种(图 3).第1种核部可见明显环带,显示为残留核特征,围绕残留核增生出暗色增生边,宽度较窄;第2种锆石主体呈弱环带或不发育环带结构,边部见灰白色/暗色增生边,总体上来看锆石CL图像显示中心较暗,边部较亮.

        图  3  科洛杂岩锆石阴极发光图像及LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄值

        Figure 3.  Zircon cathodoluminescence (CL) images and LA-ICP-MS U-Pb composition ages

      • 本次工作选取的锆石有77颗.锆石多呈不规则状、椭圆状等,长宽比为1:1~3:1,粒径多大于100 μm,其形态特征可分为两种(图 3):第1种锆石核部可见清晰环带,显示为残留核特征,围绕残留核增生出有变质边,呈海绵状分带,多呈不规则状,边部较为圆滑,最外侧还存在一期暗色变质边;第2种不存在残留核或残留核极小,锆石主体为海绵状锆石或暗色锆石,少量边部可见暗色变质边,宽窄不一.

      • 本次工作选取的锆石有44颗,锆石多为不规则状、椭圆状,长宽比为1:1~1:4,粒径多在50~150 μm之间,其形态可分两种(图 3):第1种锆石中心见具明显环带的残留核,边部被较宽暗色变质锆石包围,这类锆石CL图像核部较为亮白,边部较暗,显示具有很好的封闭性;第2种锆石主体均为暗黑色锆石组成,不发育环带,边部见灰白色变质边,锆石CL图像显示中心较暗,边部较亮.

        通过对上述3个样品的锆石形态特征分析,样品NH13001、NH14004和NH14010均存在不同类型的锆石.可综合细分出3种不同的锆石微区结构特征:(1)具明显环带的核部或残留核;(2)不具环带或弱环带的海绵状锆石;(3)不具环带或弱环带的暗色锆石.

      • 该类锆石微区REE总量较高,∑REE值为1 007.3×10-6~4 077.6×10-6,HREE明显富集,球粒陨石标准化模式配分图中显示HERR稀土富集的配分模式和相对明显的Eu负异常(δEu=0.07~0.55,大多数为0.18~0.26之间),明显的Ce正异常(图 4,附表 1),Th、U值含量分别为83.0×10-6~945.4×10-6和123.9×10-6~1 188.0×10-6,Th/U比值较高,介于0.38~1.58,其中大多数为0.54~0.97之间.

        图  4  科洛杂岩中不同成因锆石微区球粒陨石标准化稀土元素配分模式图

        Figure 4.  Chondrite-normalized REE patterns of zircon microredions with different genesis in Keluo complex

      • 该类锆石微区REE总量较低,∑REE值为191.4×10-6~1 881.6×10-6,REE相对较富集的配分模式,Eu负异常差异较大,可分为相对明显的Eu负异常(δEu=0.17~0.26)和不明显Eu负异常(δEu=0.54~0.98),显示其与斜长石共生的特征,Ce正异常明显(图 4,附表 1),Th、U值含量分别为2.1×10-6~1 881.7×10-6和267.6×10-6~1 079.6×10-6,Th/U比值较低,介于0.007~0.170,其中大多数小于0.1.

      • 该类锆石微区REE总量较低,∑REE值为421.2×10-6~1 040.6×10-6,REE相对较富集的配分模式和相对明显的Eu负异常(δEu=0.18~0.52),说明这期锆石与斜长石平衡共生,Ce正异常不明显(图 4,附表 1),Th、U值含量分别为5.3×10-6~89.5×10-6和348.9×10-6~1 808.1×10-6,Th/U比值低,介于0.008~0.075,其中大多数为0.01左右.

        根据锆石CL图像中内部结构特征、微区REE特征和Th/U值等资料综合分析,锆石中具明显环带的核部或残留核应为岩浆成因,而弱环带或不具环带的海绵状和暗色锆石微区应为变质成因.

      • 本次工作在样品NH13001中共获得41个年龄值(附表 2),经剔除谐和度较低(< 90%)的第3、4、8、25、28共5个点,重新进行年龄值分区(图 5).位于岩浆成因锆石微区的分析点共有11个,年龄值介于(286.3±3.6)~(333.1±2.9) Ma,其中10个分析点年龄值较为谐和,峰值为304.0±2.9 Ma;位于变质成因锆石微区的分析点共有25个,年龄值介于(161.8±1.4)~(255.3±1.6) Ma,进一步可化分为(161.8±1.4)~(178.8±1.1) Ma (n=5)、(192.4±4.0)~(202.7±1.5) Ma(n=7)、(213.6±1.8)~(235.2±1.4) Ma (n=8)和(246.3±3.0)~(255.3±1.6) Ma (n=5)四组.样品NH14004中共获得104个年龄值(附表 2),剔除谐和度较低(< 90%)的第34、53、56、57、68、79、95共7个测点,重新进行年龄值分区(图 5).位于岩浆成因锆石微区的分析点共有50个,年龄值介于(284.3±3.1)~(364.7±4.5) Ma,可分为两个密集区,峰值分别为297.0±2.1 Ma(n=47)和362.4±4.5 Ma(n=3);位于变质成因锆石微区的分析点共有44个,年龄值介于(179.0±2.8)~(262.3±2.6) Ma,可分为两个较为密集区,年龄峰值分别为181.5±2.9 Ma(n=3)和249.9±1.5 Ma(n=39);除此之外,还获得271.3±4.0 Ma和272.0±4.9 Ma两个年龄值,Th/U值介于0.2~0.3,由于这两个测点所在锆石的核部较小,可能在激光打点过程中混入部分变质锆石的数据.样品NH14010中共获得45个年龄数据(附表 2),剔除谐和度较低(< 90%)的第39点,重新进行年龄分区(图 5).位于岩浆成因锆石微区的分析点共有21个,年龄值介于(345.3±4.8)~(2 413.6±23.3) Ma,其中4个年龄值较为分散,介于(1 652.5±21.5)~(2 413.6±23.3) Ma,其余17个较为集中,年龄区间(345.3±4.8)~(366.6±7.4) Ma,加权平均年龄值为353.4±3.1 Ma;位于变质成因锆石微区的分析点年龄区间介于(167.3±1.7)~(182.3±3.5) Ma,加权平均年龄为172.7±2.2 Ma(n=15);除此之外,还存在一些分散的年龄,介于(223.8±2.5)~(328.2±4.6) Ma(n=8),Th/U值明显偏低,可能为岩浆成因和变质成因锆石混合数据,不具有实际的地质意义.

        图  5  科洛杂岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 5.  Concordia diagrams of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages from Keluo complex

      • 科洛杂岩最早被认为是前寒武纪或前奥陶纪变质岩,并与呼玛一带的兴华渡口岩群相对比,时代置于新元古代中期,但一直缺乏年龄数据的支持.苗来成等(2003)通过对嫩江县东北出露的黑云斜长片麻岩(正变质岩)进行锆石SHRIMP U-Pb测年工作,认为这套片麻岩原岩时代为早石炭世中期(337±7 Ma),而不是前人认为的前寒武纪变质岩.本次的年代学研究中,3个样品中的岩浆型锆石形态差异较大,且多呈浑圆状,推测原岩可能均为碎屑沉积岩.弱片麻状细粒角闪岩样品(NH13001)最年轻的一组岩浆成因锆石的谐和年龄为304.0±2.9 Ma,最年轻的锆石年龄为286.3±3.6 Ma;黑云斜长片麻岩样品(NH14004)最年轻的一组岩浆成因锆石的谐和年龄为297.6±2.5 Ma,最年轻的锆石年龄为284.3±3.1 Ma;黑云角闪斜长片麻岩样品(NH14010)最年轻的一组岩浆成因锆石给出353.4±3.1 Ma的谐和年龄,最年轻的锆石年龄为345.3±4.8 Ma,即前两个样品形成时代为早二叠世,后一个样品形成于早石炭世.结合前人的研究成果,科洛杂岩的原岩即包含早石炭世的火山岩,又包含有下二叠统和下石炭统的沉积岩,同时可能还包含有更年轻的地质体(~180 Ma,Miao et al., 2015).本次研究成果同样印证了前人的认识,即区域上广泛出露的低-中变质岩系(新开岭岩群、科洛杂岩、风水沟岩群等)不属于前寒武纪变质岩(表 1).

        群/组 样号 岩性 结晶年龄 沉积时代 推测原岩 来源
        科洛杂岩 2002NJ-7 黑云斜长片麻岩 333±7 Ma 正片麻岩
        科洛杂岩 NH13001 弱片麻状细粒角闪岩 <286.3±3.6 Ma 副变质岩
        科洛杂岩 NH14004 黑云斜长片麻岩 <284.3±3.1 Ma 副片麻岩
        科洛杂岩 NH14010 黑云角闪斜长片麻岩 <345.3±4.8 Ma 副片麻岩
        科洛杂岩 D0014 黑云斜长片麻岩 疑似297±4 Ma
        落马湖群 HX-161 黑云角闪斜长片麻岩 ~180 Ma 正片麻岩
        新开岭群 2002NJ-2 构造片岩 292±6 Ma 中酸性火山岩
        新开岭群 HX-120 含石榴石二云片麻岩 <200±2 Ma 副片麻岩
        风水沟群 HX-31 角闪片麻岩 <230 Ma 副片麻岩
        风水沟群 HX-14 角闪岩 309±3 Ma 玄武-安山质火山岩
        风水沟群 HSW6-1 黑云变粒岩 185~255 Ma 副片麻岩
        风水沟群 11HSW4-2 黑云变粒岩 副片麻岩
        注:①苗来成等(2003);②Miao et al.(2015);③Xu et al.(2012);④本文;⑤杨文鹏等(2018).

        表 1  区域变质岩年代学数据表

        Table 1.  Geochronological data of regional metamorphic rocks

      • 从碎屑锆石年龄谱图可以看出,科洛杂岩中的碎屑沉积岩原岩具有特征年龄3组:(1)少量古-中元古代,范围在1.70~2.48 Ga之间;(2)晚泥盆世晚期-早石炭世早期,介于(345.3±4.8)~(366.6±7.4) Ma;(3)晚石炭世晚期-早二叠世早期,范围在(284.3±3.1)~(315.3±4.1) Ma.

        第1组古-中元古代碎屑锆石数量很少,仅赋存于黑云角闪斜长片麻岩样品(NH14010)中,且研究区内尚未发现这一时代的地质体.那么这些物质的源区在哪里呢?近两年来陆续有学者在松辽盆地北西缘龙江地区发现了新太古-古元古代的花岗岩体(张超等,2018钱程等,2018),这些新的发现表明松辽盆地北西缘存在前寒武纪基底(可能为小体积的残块),这些已发现与尚未发现的古老地质体可能为上述古老碎屑锆石提供了源区.

        第2组晚泥盆世晚期-早石炭世早期碎屑锆石主要赋存于黑云角闪斜长片麻岩样品(NH14010)中,少量存在于黑云斜长片麻岩样品(NH14004)中.

        第3组晚石炭世晚期-早二叠世早期碎屑锆石集中赋存于弱片麻状细粒角闪石岩样品(NH13001)和黑云斜长片麻岩样品(NH14004)中.这两组碎屑锆石的年龄分别对应了研究区及周边广泛发育的两期火山活动(赵芝等,2010Li et al., 2014)及侵入岩体(赵院冬等,2015付俊彧等,2015).据此可以推断上述两期岩浆活动的产物是这两组碎屑锆石的主要源区.

      • 为了更全面地了解科洛杂岩的变质期次,探讨变质/变形作用对研究区的影响,我们对本次研究样品中变质锆石U-Pb测年数据进行汇总,并收集了前人公开发表的数据,制作年龄分布直方图和概率图,其中自测数据85个,收集34个(苗来成等,2003Miao et al., 2015; 杨文鹏等,2018),为方便对比,数据均统一采用206Pb/238U年龄.从锆石U-Pb数据直方图(图 6a~6c)可以看出,小兴安岭西北部变质岩系的变质锆石同位素年龄分布形成两个明显的密集区间,对应时代分别为早三叠世(年龄峰值为248.5 Ma)和早-中侏罗世(年龄峰值为173.1 Ma).这说明区域上可能在这两个时代遭受了构造作用.而一次重要的构造变形事件(如板块俯冲、弧陆/陆陆碰撞,大陆裂解等),除了对应的变质作用外,往往伴有多种强烈的地质作用(火山喷发、岩浆侵入、热液蚀变等)同时或相继发生,因此区域上应存在与本文获得的变质作用峰值期相对应的岩浆活动.通过大兴安岭中北段原岩锆石(佘宏全等,2012)、河流碎屑锆石(李明,2010)及东北地区花岗质岩浆活动(Wu et al., 2011; Liu et al., 2017)对比直方概率图(图 6)可以看出,本文获得的峰值变质时代与区域上的岩浆作用有很好的对应性,这表明区域上确实存在这两期构造事件,这也从年代学认证了前人野外识别出科洛杂岩多期变质变形作用的认识.

        图  6  锆石测年结果分布直方对比(a~c)和概率对比图(d~e)

        Figure 6.  Comparison for the zircon ages(a-c) and probability plots(d-e)

      • (1) 早-中三叠世.这一期变质锆石主要赋存于样品NH14010中,少量存在于样品NH13001中,这也是首次在研究区内识别出这一期的变质事件,相对应的岩浆事件仅见于多宝山地区的石英闪长岩(230.9±2.8 Ma,Zeng et al., 2014)和斑状花岗岩(230~240 Ma,Hao et al., 2015).相比较而言,北侧额尔古纳地块上广泛发育早-中三叠世的岩浆岩(图 7表 2),岩石组合为石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩和正长花岗岩.岩石地球化学特征表明,这些岩浆岩形成于活动大陆边缘环境,是蒙古-鄂霍茨克洋板块南向俯冲的产物(Tang et al., 2014, 2016).上述资料表明,蒙古-鄂霍茨克洋早-中三叠世的俯冲作用导致了南侧强烈的岩浆活动,而本次研究所识别出的变质作用也可能是这一时期俯冲作用的远程效应.

        图  7  蒙古-鄂霍茨克造山带南侧三叠纪岩浆岩已测年龄数据分布

        Figure 7.  Complied geochronological data of Triassic granitoids on southern margin of the Mongol-Okhotsk belt

        序号 岩石类型 位置 年龄(Ma) 方法 来源
        1 正长花岗岩 查哈彦 236±1 LA-ICP-MS 隋振民等,2009
        2 花岗岩 Tumurtin Ovoo 241±3 LA-ICP-MS 江思宏等, 2010
        3 斑状花岗岩 多宝山 230~240 LA-ICP-MS Hao et al., 2015
        4 花岗岩类 风水山 244~200 LA-ICP-MS 佘宏全等,2011
        5 花岗岩类 黑河 253~250 LA-ICP-MS Sun et al., 2013
        6 花岗岩类 恩和-莫尔道嘎 247~242 LA-ICP-MS Tang et al., 2014
        7 花岗岩类 犀牛尔和-奇卡 246~255 LA-ICP-MS Tang et al., 2016
        8 花岗岩类 八大关 228 LA-ICP-MS Tang et al., 2016
        9 二长花岗岩 莫尔道嘎 259±8 LA-ICP-MS 佘宏全等,2012
        10 二长花岗岩 阿日哈沙特-巴阳山 257~251 LA-ICP-MS Gou et al., 2013
        11 花岗质片麻岩 莫尔道嘎 244±2 LA-ICP-MS 佘宏全等,2012
        12 长英质脉 管护站 249±4 LA-ICP-MS Wu et al., 2011
        13 花岗闪长岩 恩和 241~229 LA-ICP-MS 王伟等, 2012
        14 英云闪长岩 多宝山 231±3 LA-ICP-MS Zeng et al., 2014
        15 石英闪长岩 八道卡 254±4 LA-ICP-MS 张炯飞等, 2003
        16 闪长岩-辉长岩 满归-奇乾 227±6 LA-ICP-MS Tang et al., 2016

        表 2  蒙古-鄂霍茨克造山带南侧三叠纪岩浆岩年龄数据

        Table 2.  Complied geochronological data of Triassic granitoids on southern margin of the Mongol-Okhotsk belt

        (2)早-中侏罗世.这一时期的变质作用在本次研究的3种样品中均有表现,同时前人也在研究区包括科洛杂岩在内的诸多变质岩系中发现这一时代的变质年龄(Miao et al., 2015; 杨文鹏等,2018),与区域上这一期大规模的早-中侏罗世火山-岩浆事件相印证(徐美君等,2013李宇等,2015李良等,2018),表明了区域上在早-中侏罗世发生了强烈的构造-岩浆作用.对于这一期变质/变形作用的构造背景,目前仍没有定论.赵衡等(2017)认为是与北侧蒙古-鄂霍茨克洋关闭有关,而杨文鹏等(2018)认为是受北侧蒙古-鄂霍茨克洋闭合和东南侧伊泽纳崎板块俯冲作用的叠加控制,同样的争议也存在于同期岩浆岩的研究中(徐美君等,2013李宇等,2015李良等,2018).考虑到同样受蒙古-鄂霍茨克构造带的影响,相比较而言,研究区早中三叠世的岩浆活动明显弱于早-中侏罗世,这表明早-中侏罗世的构造活动要强烈得多,因此笔者还是倾向于这一时期的构造作用受蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲作用和古太平洋西向俯冲作用的叠加作用控制.

      • (1)科洛杂岩中的3个变质岩(弱片麻状角闪石岩、黑云斜长片麻岩和黑云角闪斜长片麻岩)岩浆型锆石年龄数据显示,3个样品最年轻的锆石年龄分别为286.3±3.6 Ma、284.3±3.1 Ma和353.4±3.1 Ma,表明形成时代分别为早二叠世和早石炭世,而不是前寒武纪.

        (2)科洛杂岩中的碎屑沉积岩原岩具有特征年龄3组:①少量古-中元古代(1.70~2.48 Ga);②晚泥盆世晚期-早石炭世早期(345.3±4.8)~(366.6±7.4) Ma;③晚石炭世晚期-早二叠世早期(284.3±3.1)~(315.3±4.1) Ma.前一组年龄可能来自区域上的前寒武纪基底残块,后两者分别来自研究区及周边广泛发育的两期岩浆岩.

        (3)变质锆石年龄数据显示这套杂岩至少经历了两期变质作用,时代分别为早-中三叠世(峰值年龄248.5 Ma)和早-中侏罗世(峰值年龄173.1 Ma).通过区域岩浆岩对比分析,早期的变质作用可能是蒙古-鄂霍茨克板块南向俯冲作用的远程效应;晚期变质作用受蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲作用和古太平洋西向俯冲作用的叠加作用控制.

        致谢:匿名审稿专家百忙之中审阅全文并提出建设性宝贵意见,再次由衷表示感谢!

        附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).

    参考文献 (63)

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