大興安嶺東坡小奎勒河中基性侵入巖成因及地球動(dòng)力學(xué)意義：鋯石U-Pb年代學(xué)、元素和Hf同位素地球化學(xué)證據(jù)

孫凡婷，劉 晨，邱殿明，魯 倩，賀云鵬，張銘杰

1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院,蘭州 730000 2.吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局研究所,長(zhǎng)春 130012 3.長(zhǎng)春工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130012 4.吉林大學(xué)，長(zhǎng)春 130026 5.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,長(zhǎng)春 130061

0 引言

中基性深成巖是一類從基性向中性轉(zhuǎn)變的中深成巖石類型，其巖漿源區(qū)主要來(lái)自下地殼，因此它是記錄了地殼性質(zhì)或?qū)哟蔚牡湫蛶r石，亦是陸下巖石圈地幔與殼-幔間的相互作用、深部能量分配、構(gòu)造環(huán)境演化等巖石探針之一[1-6]，它既可在洋中脊、大洋島弧(增生楔)就位，也可以在活動(dòng)大陸邊緣以及陸內(nèi)裂谷或深斷裂、地幔柱等構(gòu)造環(huán)境形成[2,7-9]。其成因主要有：一種是由富集地幔部分熔融產(chǎn)生的巖漿經(jīng)分異結(jié)晶作用形成[10]；另一種是幔源巖漿被地殼混染[11]；第三種是堆晶作用形成[2,12]；還有一種可能是拆沉陸殼熔融的熔體與地幔橄欖巖反應(yīng)形成[13-15]。這些研究成果推動(dòng)了大陸動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，特別是為巖石圈地幔演化等一系列地質(zhì)科學(xué)問(wèn)題提供了理論依據(jù)。大興安嶺地區(qū)以發(fā)育大量的顯生宙花崗巖和火山巖為特征，超基性、基性、中基性雜巖巖體較少，且研究程度較低。目前僅有10余處超基性、基性、中基性雜巖巖體(如塔河、塔源、富西里、烏拉山等地)有所報(bào)道。從報(bào)道的研究結(jié)果來(lái)看：塔河和塔源地區(qū)角閃輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為下石炭世晚階段(330 Ma), 被認(rèn)為是來(lái)自于交代地幔輝石巖的部分熔融，交代流體由大洋板塊俯沖消減提供[12]；富西里地區(qū)輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為798.0～780.0 Ma，巖漿源區(qū)為富集地幔，被認(rèn)為是拉張環(huán)境——裂谷或弧后盆地環(huán)境部分熔融產(chǎn)生[16]；內(nèi)蒙古東部碧流臺(tái)地區(qū)輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為晚二疊世晚階段—早三疊世早階段(249 Ma)，是古亞洲洋閉合后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山帶受流體交代過(guò)的巖石圈地幔部分熔融作用的產(chǎn)物[17]。

本文將報(bào)道大興安嶺東坡北段大楊樹盆地西側(cè)小奎勒河下游花崗巖區(qū)內(nèi)的中基性巖體的年代學(xué)、元素地球化學(xué)和Hf同位素地球化學(xué)特征，并結(jié)合前人的相關(guān)研究成果，探討其巖石成因、形成環(huán)境、陸下巖石圈地幔性質(zhì)以及殼-幔間的相互作用等問(wèn)題。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于中國(guó)東北部大興安嶺東坡北段，地處興蒙造山帶東部興安地塊北部、大興安嶺主脊斷裂與黑河—嫩江斷裂之間，大楊樹中生代火山盆地與大興安嶺東坡花崗雜巖隆起帶之間的花崗雜巖區(qū)內(nèi)(圖1)，是一個(gè)經(jīng)歷了古亞洲洋演化、興蒙造山、鄂霍茨克洋演化、古太平洋俯沖和新生代超殼斷裂作用的多期構(gòu)造、巖漿、沉積作用的復(fù)合構(gòu)造域，是我國(guó)造山帶中發(fā)展歷史最長(zhǎng)、構(gòu)造演化最復(fù)雜的一條巨型造山帶[20]。區(qū)域內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)體主要是晚古生代花崗巖、中生代火山-沉積巖以及第四紀(jì)沉積物，少量新元古代—早寒武紀(jì)(吉祥溝組)、志留紀(jì)(臥都河組)淺變質(zhì)巖[21]；發(fā)育的侵入巖有晚古生代和中生代花崗雜巖及小規(guī)模的中基性雜巖。區(qū)域上以NNE向斷裂和中生代花崗雜巖和火山巖發(fā)育為特征(圖1b)。研究區(qū)發(fā)育的地質(zhì)體主要是石炭紀(jì)花崗雜巖(待發(fā)表)、基性雜巖(301 Ma)、中生代白堊紀(jì)二長(zhǎng)斑巖(待發(fā)表)、第四紀(jì)陸相沉積物以及大黑溝組玄武巖(0.58 Ma[19])(圖1c)。

圖1 大興安嶺地區(qū)構(gòu)造圖(a)、區(qū)域地質(zhì)圖(b)及研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c)Fig.1 Tectonic map of the Great Xing’an range (a) , geology map of the area(b) and simplified geological map of study area(c)

2 中基性侵入巖體地質(zhì)、巖相學(xué)特征

研究區(qū)出露的中基性侵入巖體，主要分布在小奎勒河下游兩側(cè)的花崗巖區(qū)，它們呈不規(guī)則巖株?duì)町a(chǎn)出，侵位石炭紀(jì)花崗雜巖，出露總體面積約為6.58 km2，巖性接近。東側(cè)主體巖石為灰綠色中粒角閃輝長(zhǎng)巖，出露面積約為4.52 km2；巖石風(fēng)化面呈黃褐色，新鮮面灰黑色或灰綠色(圖2a)，顯晶粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2b)；主要礦物為斜長(zhǎng)石(40%～45%)、普通角閃石(35%～40%)、普通輝石(8%～10%)和堿性長(zhǎng)石(5%～8%)，副礦物(<1%)主要為磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石等，可見鈉長(zhǎng)石化、絹云母化、綠簾石化等蝕變。其中：斜長(zhǎng)石呈自形、半自形狀，粒度主要為0.25 mm×0.50 mm～1.00 mm×2.00 mm，發(fā)育聚片雙晶，在其邊部普遍發(fā)生一定程度的鈉長(zhǎng)石化(d<1.5 mm)、絹云母化、綠簾石化；堿性長(zhǎng)石呈半自形板狀，粒度主要為0.25 mm×0.50 mm，部分高嶺土化；普通角閃石多呈墨綠色、淺棕色多色性，粒徑為0.50～1.50 mm，最小粒徑為0.20 mm，最大粒徑可達(dá)2.50 mm，部分發(fā)生綠簾石化，并析出磁鐵礦等礦物；普通輝石呈無(wú)色—淺棕色，不規(guī)則板狀-粒狀，粒徑為0.50～0.80 mm，最小粒徑為0.20 mm，最大粒徑可達(dá)2.00 mm，多發(fā)生角閃石化、綠簾石化和綠泥石化等蝕變，呈殘留狀產(chǎn)出。西側(cè)為灰白色細(xì)粒輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，呈不規(guī)則巖株?duì)町a(chǎn)在淺肉紅色中粒二長(zhǎng)花崗巖的內(nèi)部，出露面積約為2.06 km2；巖石風(fēng)化面呈黃褐色，新鮮面為灰白色(圖2c)，他形粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2d)；主要礦物為斜長(zhǎng)石(40%～45%)、普通角閃石(40%～45%)和少量斜方輝石(<5%)，副礦物(約占±1%)主要為磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石等，粒度為0.25 mm×1.00 mm～0.50 mm×1.50 mm。主要礦物中：斜長(zhǎng)石呈自形、半自形板柱狀，粒度為0.40 mm×0.60 mm～1.20 mm×2.00 mm，發(fā)育聚片雙晶，可見絹云母化、鈉長(zhǎng)石化等蝕變；普通角閃石呈自形長(zhǎng)柱狀，粒徑為0.70～2.80 mm，淡黃色-綠色多色性；斜方輝石多呈他形粒狀或殘余狀產(chǎn)出，發(fā)生較強(qiáng)的透閃石化、綠簾石化、綠泥石化等熱液蝕變。

a,b分別為灰綠色中粒角閃輝長(zhǎng)巖(D7225B2)手標(biāo)本和鏡下顯微組構(gòu)特征(奎中林場(chǎng)南東小奎勒河?xùn)|側(cè));c,d分別為灰白色細(xì)粒輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(D7207B2)手標(biāo)本和鏡下顯微結(jié)構(gòu)特征(奎中林場(chǎng)南西小奎勒河西側(cè))。Pl.斜長(zhǎng)石；Hbl.普通角閃石；Px.普通輝石；Ab.堿性長(zhǎng)石。圖2 研究區(qū)中基性侵入巖的手標(biāo)本和鏡下結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Rock samples and microscopic structural features of intermediate intrusive rocks in the study area

3 實(shí)驗(yàn)樣品及實(shí)驗(yàn)方法

本研究采用實(shí)驗(yàn)樣品為小奎勒河兩側(cè)的角閃輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，采樣位置見圖1c。 測(cè)年采用單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年法，全巖主量元素采用AxiosMaxX-熒光光譜儀，其中FeO采用50 mL滴定管滴定，微量元素和稀土元素的分析用X-serise2等離子質(zhì)譜儀測(cè)試完成。

3.1 單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年法和Hf同位素測(cè)試方法

在采集樣品的基礎(chǔ)上，進(jìn)行樣品加工分離，實(shí)驗(yàn)過(guò)程首先將樣品粉碎，經(jīng)過(guò)浮選和磁選，在雙目鏡下手選得到單顆粒鋯石(>1 000粒)；然后由廊坊市區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成；最后由地時(shí)科技有限公司完成。

3.1.1 鋯石U-Pb同位素測(cè)年

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析由北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用儀器為美國(guó)安捷倫科技有限公司電感耦合等離子體質(zhì)譜儀Agi-lent ICPMS 7500ce和德國(guó)相干公司(Coherent)準(zhǔn)分子激光COMPexPro102，激光束斑為32 μm，激光波長(zhǎng)為193 nm，激光能量密度為10 J/cm2，激光頻率為5 Hz。試驗(yàn)中采用載氣流速0.68 L/min He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500對(duì)其進(jìn)行校正。由LAM-ICP-MS獲得的鉛同位素?cái)?shù)據(jù)，采用Andersen的3D坐標(biāo)矯正普通Pb，然后用GLITTER程序計(jì)算樣品的同位素比值及元素含量，最后用geokit2014內(nèi)部的isplot 程序完成諧和圖解和加權(quán)平均年齡。

3.1.2 Hf同位素分析

采用原位測(cè)定法進(jìn)行鋯石的Hf同位素組成測(cè)定，實(shí)驗(yàn)在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，利用New wave UP193激光剝蝕系統(tǒng)和Neptune Plus MC-ICP-MS進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)試；激光束斑的直徑根據(jù)鋯石的大小使用45 μm采用He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣,將剝蝕物質(zhì)從激光剝蝕系統(tǒng)傳送到MC-ICP-MS,并在進(jìn)入MC-ICP-MS之前與Ar氣混合,形成混合氣。用179Hf/177Hf=0.732 5和172Yb/173Yb=1.352 74進(jìn)行儀器質(zhì)量歧視校正。同質(zhì)異位干擾校正176Lu和176Yb對(duì)176Hf的干擾采用文獻(xiàn)[22]的方法,計(jì)算測(cè)定樣品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值。

3.2 全巖主微量元素分析

分析樣品由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室粉碎至200目后，開展主量元素分析和微量元素分析，主量元素分子采用AxiosMaxX-熒光光譜儀，F(xiàn)eO采用50 mL滴定管作為儀器滴定；樣品按照1∶5的比例放入Li2B4O7溶液中，在1 050～1 250 ℃溫度下熔化，將熔化樣品制成玻璃薄片進(jìn)行分析，分析精度估計(jì)在1%(SiO2)和2%(其他氧化物)。

微量元素和稀土元素的分析均在X-serise2等離子質(zhì)譜儀上完成；依照國(guó)標(biāo)方法GB/T14501將50 mg全巖粉末(200目)置于聚四氟乙烯坩堝中分別用HNO3和HF、HClO4溶解。HClaq浸取到50 mL，最后做微量元素分析；分析過(guò)程中帶入2個(gè)GBW系列標(biāo)樣同批測(cè)定：一個(gè)標(biāo)樣校正Li、Ba、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Cs、Ba、Pb、Th、U、Sc、Y及稀土元素；另一個(gè)標(biāo)樣校正W、Mo、Nb、Ta、Zr和Hf等元素，分析誤差<5%。

4 分析結(jié)果

4.1 單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年

角閃輝長(zhǎng)巖實(shí)驗(yàn)樣品為石炭紀(jì)角閃輝長(zhǎng)巖(D7225B2)，CL圖像(圖3a)和22個(gè)單顆粒鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果(表1)揭示，它們整體可分3組：第一組為捕獲鋯石，其以內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)育、渾圓狀為特征(圖3a)，*Pb、Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(94.80～222.25)×10-6、(862～2 562)×10-6、(1 524～3 542)×10-6，Th/U值為0.57～0.81，其具有較高的w(Th)和w(U)，5顆粒鋯石206Pb/238U年齡為332～316 Ma(表1)，加權(quán)平均年齡(320.0±4.4)Ma(n=5，MSWD=2.70)，這組鋯石可能為捕獲早期碎屑鋯石；第二組為角閃輝長(zhǎng)巖的主體鋯石，其特征是明顯發(fā)育內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)，*Pb、Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(8.32～62.92)×10-6、(60～667)×10-6、(156～989)×10-6(其中兩件分別為1 012×10-6、1 102×10-6)，Th/U值為0.33～0.65，單顆粒鋯石諧和年齡為(300.7±2.2 )Ma (n=15，MSWD=1.50)(圖3b)，加權(quán)平均年齡(301.9±2.6 ) Ma(n=15，MSWD=2.50)；第三組為巖漿演化晚期鋯石，內(nèi)部發(fā)育條帶或環(huán)帶構(gòu)造2粒鋯石，*Pb、Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.09×10-6和14.51×10-6、70×10-6和133×10-6、245×10-6和282×10-6，Th/U值為0.29和0.47；2個(gè)單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡分別為286 Ma和283 Ma，加權(quán)平均年齡(284.5±4.2)Ma(n=2，MSWD=0.50)(圖3c)。

圖3 研究區(qū)角閃輝長(zhǎng)巖(D7225B2)的單顆粒鋯石CL圖像(a)、207Pb/238U-206Pb/235U年齡諧和曲線(b)和加權(quán)平均年齡圖譜(c)Fig.3 Single zircon CL images(a) , zircon 207Pb/238U-206Pb/235U diagrams (b)and weighted mean age profiles(c) of bojite(D7225B2)in the study area

測(cè)點(diǎn)號(hào)wB/10-6*PbThUTh/U同位素比值年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σD7225-0140.072777480.370.05300.00080.35130.00490.04810.00043281630643033D7225-0232.673215940.540.05340.00090.34800.00520.04730.00043471830342983D7225-0349.995518430.650.05310.00080.36020.00480.04920.00043331531243103D7225-0414.511332820.470.05120.00120.31610.00670.04480.00052483127952833D7225-0522.071554180.370.05290.00100.34530.00580.04740.00053242230142983D7225-0626.522494680.530.05230.00090.35020.00560.04850.00053002030543063D7225-0755.936169890.620.05290.00070.34550.00440.04740.00043231430132993D7225-0824.901744740.370.05390.00090.35030.00530.04710.00043681830542973D7225-0912.09702450.290.05210.00120.32610.00710.04540.00052923128752863D7225-1062.9266711020.600.05330.00070.35310.00430.04810.00043421330733033D7225-1199.58122416050.760.05320.00070.36890.00410.05030.00043371231933163D7225-1225.932384490.530.05400.00100.36690.00620.04930.00053692131753103D7225-1335.792416660.360.05200.00080.34830.00490.04860.00042841730343063D7225-1425.882254680.480.05250.00090.34840.00560.04820.00053062030443033D7225-158.32601560.380.05370.0016o0.35320.00990.04770.00053604330773003D7225-1632.763056070.500.05310.00080.34060.00500.04660.00043321729842933D7225-1714.42912740.330.05360.00110.35370.00700.04790.00053552730853013D7225-1856.0048510120.480.05400.00080.35680.00450.04800.00043701431033023D7225-19116.63146418080.810.05350.00070.37900.00430.05140.00053511232633233D7225-20222.25256235420.720.05270.00060.37270.00380.05130.00043161032233233D7225-2198.17101316250.620.05610.00070.39130.00450.05060.00054581233533183D7225-2294.8086215240.570.05410.00070.39460.00450.05290.00053761233833323

注：*Pb=206Pb×0.224+207Pb×0.221+208Pb×0.524。

輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖實(shí)驗(yàn)樣品為灰白色細(xì)粒輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(D7207B2)，CL圖像(圖4a)和18個(gè)單顆粒鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果(表2)揭示，它們整體可分3組：第一組為形成相對(duì)早的鋯石，晶體呈自形、內(nèi)部發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4a)，2個(gè)鋯石*Pb、Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為103×10-6和218×10-6、206×10-6和474×10-6、14.42×10-6和16.84×10-6，Th/U值為0.50和0.46，2個(gè)單顆粒鋯石206Pb/238U年齡為306和305 Ma(表2)，加權(quán)平均年齡為(305.5±4.2) Ma(n=2，MSWD=0.06)；第二組為輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的主體鋯石，其特征是有的明顯發(fā)育內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)，有的不發(fā)育內(nèi)部環(huán)帶，*Pb、Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(26～271)×10-6、(100～721)×10-6、(1.97～39.47)×10-6，Th/U值為0.26～0.56，單顆粒鋯石諧和年齡為(299.8±1.8) Ma(n=13，MSWD=1.30) (圖4b)，加權(quán)平均年齡細(xì)化為(300.8±2.3) Ma(n=8，MSWD=0.90)和 (296.3±2.4) Ma(n=5，MSWD=0.34)兩組(圖4c)；第三組為熱液鋯石，發(fā)育在主體鋯石邊部，內(nèi)部不發(fā)育環(huán)帶構(gòu)造，*Pb、Th、U質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(63～89)×10-6、(194～238)×10-6、(4.69～12.97)×10-6，Th/U值為0.32～0.37，3個(gè)單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡為297～276 Ma，加權(quán)平均年齡為(278.3±3.4) Ma(n=3，MSWD=0.70) (圖4c)。

上述測(cè)年結(jié)果揭示，細(xì)-中粒角閃輝長(zhǎng)巖成巖年齡為310～293 Ma，加權(quán)平均年齡為(301.9±2.6) Ma，成巖結(jié)束在286～283 Ma。輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖第一組206Pb/238U年齡為306～305 Ma；第二組單顆粒鋯石諧和年齡為(299.8±1.8) Ma，加權(quán)平均年齡存在(300.8±2.3) Ma和(296.3±2.4) Ma兩個(gè)年齡段；第三組年齡在單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡為297～276 Ma，加權(quán)平均年齡為(278.3±3.4)Ma。進(jìn)一步認(rèn)證細(xì)-中粒角閃輝長(zhǎng)巖為早期結(jié)晶形成，而灰白色細(xì)粒輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖結(jié)晶略晚，整體巖漿階段為310～293 Ma，巖漿熱液期為297～276 Ma；體現(xiàn)巖漿期經(jīng)歷17 Ma，采用加權(quán)平均則為5.6 Ma，巖漿熱液期經(jīng)歷21 Ma。因此，研究區(qū)中基性巖體的巖漿就位發(fā)生在晚石炭世與早二疊世初期構(gòu)造轉(zhuǎn)化過(guò)程。

4.2 元素地球化學(xué)特征

主量元素 從巖石主量元素分析結(jié)果(表3)可知：研究區(qū)角閃輝長(zhǎng)巖的主要氧化物w(SiO2)為46.64%～51.73%、w(TiO2)為0.83%～1.58%、w(Al2O3)為12.29%～14.92%、w(Fe2O3)為1.91%～4.17%、w(FeO)為6.38%～7.42%、w(CaO)為9.80%～10.80%、w(MgO)為7.84%～10.20%、w(K2O)為0.93%～1.17%、w(Na2O)為2.15%～2.26%、w(P2O5)為0.245%～0.506%，K2O/Na2O值為0.42～0.52，Mg#為55.90～66.87，分異指數(shù)(ID)為25.04～26.73，固結(jié)指數(shù)(IS)為34.30～45.24，屬基性巖石；輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的主要氧化物w(SiO2)為52.57%和52.97%、w(TiO2)為0.98%和0.96%、w(Al2O3)為15.40%和14.23%、w(Fe2O3)為3.51%和3.34%、w(FeO)為5.20%和5.63%、w(CaO)為9.71%和9.22%、w(MgO)為6.25%和6.98%、w(K2O)為1.05%和1.17%、w(Na2O)為2.93%和2.60%、w(P2O5)為0.264%和0.280%，K2O/Na2O值為0.36和0.45，Mg#為57.12和59.04，分異指數(shù)(ID)為34. 86和34.48，固結(jié)指數(shù)(IS) 為32.98和35.39，屬中基性過(guò)渡巖性。在w(Na2O +K2O)-w(SiO2)巖石化學(xué)分類圖解(圖5a)上，成分點(diǎn)落在角閃輝長(zhǎng)巖區(qū)和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)；在R2-R1圖解(圖5b)上，成分點(diǎn)落在輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖與角閃輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖分界線兩側(cè)；在w(K2O)-w(SiO2)巖系分類圖解(圖6a)上，角閃輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的多數(shù)成分點(diǎn)落在鈣堿性巖系列區(qū)，少部分堿性角閃輝長(zhǎng)巖的樣品落在高鉀鈣堿性巖系區(qū)；在w(K2O)-w(Na2O)堿性分類圖解(圖6b)上，兩者的成分點(diǎn)落在鈉質(zhì)與鉀質(zhì)分界線兩側(cè)；在A/NK-A/CNK圖解(圖6c)上，所有樣品成分點(diǎn)均落在準(zhǔn)鋁質(zhì)巖系區(qū)；在TFeO-Na2O+K2O-MgO圖解(圖6d)上，成分點(diǎn)分別落在分界線兩側(cè)的拉斑玄武巖系列和鈣堿性系列分界線的兩側(cè)。因此，我們厘定所研究的兩類巖石分異程度低，為準(zhǔn)鋁質(zhì)、鈉質(zhì)-鉀質(zhì)、拉斑玄武巖與鈣堿性系列過(guò)渡的中基性巖系。

圖4 研究區(qū)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(D7207B2)的單顆粒鋯石CL圖像(a)、207Pb/238U-206Pb/235U年齡諧和曲線(b)和加權(quán)平均年齡圖譜(c)Fig.4 Single zircon CL images (a) , zircon 207Pb/235U-206Pb/238U diagrams (b)and weighted mean age profiles(c) of gabbro-diorite(D7207B2)in the study area

測(cè)點(diǎn)號(hào)wB/10-6*PbThUTh/U同位素比值年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σD7207-0112341438.630.300.052400.000980.340000.005980.047070.000453032329752973D7207-0214149734.500.280.052590.000910.345290.005580.047630.000453112030143003D7207-032354722.080.500.053100.000940.342690.005660.046820.000443332129942953D7207-0423672138.630.330.053020.000800.349590.004860.047830.000433301630443013D7207-061896089.160.310.052550.000860.340690.005170.047030.000443091829842963D7207-0821847416.840.460.052180.000900.349050.005590.048530.000452932030443053D7207-091474026.790.360.052000.000960.343400.005930.047910.000462852230043023D7207-102715097.900.530.053130.000890.349140.005430.047670.000443341930443003D7207-1113333516.840.400.053720.001080.355790.006750.048050.000473592530953033D7207-121001948.230.510.053440.001420.328610.008360.044610.000473483828962813D7207-132610039.470.260.053920.002100.354650.013400.047720.0005936863308103014D7207-1410320614.420.500.051440.001290.344850.008230.048630.000502613630163063D7207-15892386.120.370.052490.001250.316490.007150.043740.000453073327962763D7207-16461443.920.320.053320.001720.342570.010690.046600.000533425029982943D7207-172103816.110.560.053700.001010.351980.006170.047550.000463582330652993D7207-181432661.970.540.054030.001170.354350.007260.047570.000483722830853003D7207-19631944.690.320.053080.001480.321940.008620.044000.000483324128372783D7207-207520112.970.370.050490.001380.327830.008590.047100.000512184128872973

注：*Pb=206Pb×0.224+207Pb×0.221+208Pb×0.524。

稀土元素從表3可知:角閃輝長(zhǎng)巖的w(∑REE)為(112.22～159.41)×10-6，w(LREE)為(98.37～123.22)×10-6、w(HREE)為(13.56～20.47)×10-6，LREE/HREE值為6.79～7.30、LaN/YbN值為4.83～5.91，δEu為0.88～0.93；輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的w(∑REE)為99.83×10-6和103.32×10-6，w(LREE)為87.43×10-6和89.43×10-6、w(HREE)為12.40×10-6和13.89×10-6，LREE/HREE值為7.05和6.44、LaN/YbN值為5.84和4.42，δEu為0.97和0.89。兩者在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖譜上，均呈現(xiàn)輕稀土元素富集、重稀土元素虧損，分餾程度較低，銪異常不明顯的右傾型分布形式，所不同的是角閃輝長(zhǎng)巖REE質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高(圖7a)。

a底圖據(jù)文獻(xiàn)[23]；b底圖據(jù)文獻(xiàn)[24]。圖5 研究區(qū)中基性侵入巖體的巖石化學(xué)分類(a)及R2-R1圖解(b)Fig.5 Chemical petrologic classification of the intermediate-basic intrusive rocks (a) and diagrams of R2-R1 (b) in the study area

a底圖據(jù)文獻(xiàn)[25]；b底圖據(jù)文獻(xiàn)[26]；c底圖據(jù)文獻(xiàn)[27]；d底圖據(jù)文獻(xiàn)[28] 。圖6 研究區(qū)中基性侵入巖體w(K2O)-w(SiO2)(a)、w(K2O)-w(Na2O)巖石系列(b)、A/NK-A/CNK圖解(c)和AFM巖石系列圖(d)Fig.6 w(K2O)-w(SiO2)(a), w(K2O)-w(Na2O) rock series(b), A/NK-A/CNK diagrams (c) and AFM rock series diagram (d) of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

底圖據(jù)文獻(xiàn)[14]。圖7 研究區(qū)中基性侵入巖體的稀土配分模式(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖解(b)Fig.7 Rare earth element (REE) pattern(a) and mantle trace element (b)of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

微量元素表3測(cè)試數(shù)據(jù)顯示：角閃輝長(zhǎng)巖與輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有較接近的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，它們的w(Li)為(13.40～22.70)×10-6、w(Rb)為(10.00～16.00)×10-6、w(Cs)為(0.88～2.02)×10-6、w(Sr)為(305.00～596.00)×10-6、w(Ba)為(217.00～288.00)×10-6、w(Nb)為(6.33～9.05)×10-6、w(Ta)為(0.44～0.50)×10-6、w(Th)為(2.13～4.35)×10-6、w(U)為(1.26～2.28)×10-6、w(Zr)為(71.10～107.00)×10-6、w(Hf)為(3.78～5.59)×10-6；所不同的是角閃輝長(zhǎng)巖Th、U的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，而Nb、Ta、Nd、Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高。在微量元素對(duì)原始地幔成分的曲線上，大離子親石元素Cs、Ba、K等富集，Li、Rb、Nd等虧損，且虧損Ta、Nb、Zr、Ti高場(chǎng)強(qiáng)元素，相對(duì)富集Th、U等高場(chǎng)強(qiáng)元素，整體具有島弧、大陸邊緣巖漿屬性(圖7b)。

4.3 Hf同位素地球化學(xué)特征

在測(cè)年工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了原位角閃輝長(zhǎng)巖(D7225B2)單顆粒鋯石Lu-Hf同位素測(cè)定。所測(cè)原位數(shù)據(jù)表明：年齡為332～316 Ma(第一組)的Lu-Hf同位素特征是176Yb/177Hf為0.017 521～0.041 282、176Lu/177Hf為0.000 816～0.001 920、176Hf/177Hf為0.282 739～0.282 939，εHf(t)為5.5～13.0、TDM為746～443 Ma、TDMC為1 255～584 Ma、fLu/Hf為-0.98～-0.94(表4，圖8)；年齡為310～293 Ma(第二組)的Lu-Hf同位素特征是176Yb/177Hf為0.007 451～0.044 565、176Lu/177Hf為0.000 358～0.002 099、176Hf/177Hf為0.282 820～0.282 980、εHf(t)為8.0～13.8、TDM為615～388 Ma、TDMC為 1 014～494 Ma、fLu/Hf為-0.99～-0.94(表4，圖8)；年齡為283和286 Ma(第三組)的Lu-Hf同位素特征是176Yb/177Hf為0.021 369和0.019 708、176Lu/177Hf為0.001 01和0.000 908、176Hf/177Hf為0.282 944和0.282 917、εHf(t)為12.1和11.2、TDM為437和475 Ma、TDMC為631和714 Ma、fLu/Hf均為-0.97(表4，圖8)。整體fLu/Hf為-0.99～-0.94，變化范圍較小，表明巖漿源區(qū)相對(duì)均一，巖漿演化過(guò)程發(fā)生混染作用較弱或未發(fā)生混染。

5 討論

5.1 巖石成因、源區(qū)屬性與巖漿作用

研究區(qū)地質(zhì)、巖相學(xué)、元素地球化學(xué)和U-Pb年代學(xué)研究揭示，本文研究的角閃輝長(zhǎng)巖與輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖在空間上伴生、成巖時(shí)代基本相同，分別為(301.9±2.6)、(300.8±2.3)和(296.3±2.4)Ma，且兩者具有相似的微量元素和稀土元素特征，并且從角閃輝長(zhǎng)巖到輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，隨SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，MgO、FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，F(xiàn)e3O2、Al2O3、MnO、Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高，這種特征說(shuō)明兩者是同期、同源巖漿演化或以輝石為結(jié)晶礦物相控制巖漿演化形成的侵入體；并且在TFeO-Na2O+K2O-MgO圖解(圖6d)上，成分點(diǎn)分別落在拉斑玄武巖與鈣堿性巖區(qū)；在Al2O3-CaO-MgO三組分圖解(圖9a)上[28]，角閃輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖成分點(diǎn)落在鎂鐵質(zhì)堆晶巖區(qū)域邊界線的上部。因此，研究區(qū)的角閃輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖形成是拉斑玄武質(zhì)巖漿深成就位的產(chǎn)物，結(jié)晶過(guò)程以分離結(jié)晶作用為主，伴生堆晶作用兩種方式形成，這一點(diǎn)與研究區(qū)兩類巖石含有相對(duì)較高的角閃石質(zhì)量分?jǐn)?shù)一致。

微量元素方面，與原始地幔成分相比，強(qiáng)烈虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，顯示巖漿形成環(huán)境為與大洋板塊俯沖有關(guān)的島弧或大陸邊緣巖漿弧成因的巖漿屬性(圖7b)；但在w(V)- Ti/10-3圖解(圖9b)上，成分點(diǎn)落在靠近島弧玄武巖區(qū)的洋底玄武巖區(qū)，表現(xiàn)洋底玄武巖向島弧玄武巖過(guò)渡的元素地球化學(xué)特征。前人[28-32]根據(jù)巖石元素相容性、不相容性地球化學(xué)特征，采用元素與元素比值(La/Ba、La/Nb、Nb/Ta等)之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)探討源區(qū)、巖漿作用等。本文運(yùn)用La/Ba-La/Nb、(La/Ba)N-(La/Sm)N、La/Sm-La、Sm/Yb-Sm和Sm/Yb-La/Sm巖漿源區(qū)和部分熔融程度圖解對(duì)本文研究的中基性深成巖進(jìn)行對(duì)比判別，結(jié)果表明：在La/Ba-La/Nb圖解(圖9c)上，明顯區(qū)別于MORB、原始地幔、OIB源區(qū)，成分點(diǎn)均落在La/Ba高的富集地幔區(qū)或接近原始地幔區(qū)，巖漿屬性不具有典型與大洋板塊俯沖作用提供以H2O為主的流體交代地幔楔形成的II型富集地幔；在(Ba/La)N-(La/Sm)N圖解(圖9d)上，成分點(diǎn)均落在下地殼平均值附近，明顯遠(yuǎn)離N-MORB、IAB、PM區(qū)域，且沒(méi)有明顯的泥質(zhì)沉積物、近海沉積物和生物沉積物加入；在Nb/Zr-Th/Zr圖解(圖10a)上，成分點(diǎn)落在熔體與流體交代之間的區(qū)域，暗示巖漿作用過(guò)程是熔-流體交代的特征；在Ba/Zr-Th/Zr圖解(圖10b)上，成分點(diǎn)落在以蝕變洋殼流體為主的演化區(qū)域；在Ba/Th- (La/Sm)N圖解(圖10c)上，成分點(diǎn)落在受蝕變洋殼流體和沉積物加入影響不明顯的區(qū)域；在La/Sm-w(La)(圖10d)、Sm/Yb-w(Sm)(圖10e)、Sm/Yb-La/Sm(圖10f)有關(guān)的DM(虧損地幔)、PM、N-MORB、E-MORB以及WAM相關(guān)的兩種地幔巖(尖晶石二輝橄欖巖、石榴石二輝橄欖巖)部分熔融程度演化線圖解上，成分點(diǎn)分別落在WAM(石榴石二輝橄欖巖)部分熔融的演化線上，并指示熔融程度5%左右，或落在WAM(gt+sp二輝橄欖巖)部分熔融的演化線上，并指示熔融程度也在5%，或落在E-MORB(gt+sp二輝橄欖巖)部分熔融演化線上，指示部分熔融程度<5%。

表4 研究區(qū)中基性侵入巖鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)(誤差為2σ)

底圖據(jù)文獻(xiàn)[14]。圖8 研究區(qū)中基性侵入巖體的εHf(t)-t圖解Fig.8 Diagrams of εHf(t)-t for the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

以上論述可知，研究區(qū)的角閃輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的巖漿源區(qū)不具備典型以H2O為主的流體交代地幔楔形成的II型富集地幔、原始地幔、E-MORB、DM，也不具備有泥質(zhì)沉積物、近海沉積物以及生物沉積物和陸殼物質(zhì)加入的特征；其持有較高La/Ba值的特征揭示，源區(qū)是石榴石二輝橄欖巖和尖晶石二輝橄欖巖混生地幔，其部分熔融作用可能與軟流圈提供熔體-流體作用有關(guān)，致使與巖石明顯的富集U、Pb元素一致；并鑒于εHf(t)為5.5～13.8、TDM為746～388 Ma、TDMC為1 255～494 Ma，我們更傾向于源區(qū)應(yīng)該是年輕的下地殼或先期形成的尖晶石二輝橄欖巖，并在造山過(guò)程大部分轉(zhuǎn)化為石榴石二輝橄欖巖。

5.2 巖漿作用及地球動(dòng)力學(xué)背景

眾所周知，鎂鐵質(zhì)巖漿主要形成于大洋洋中脊、洋島、地幔柱、俯沖島弧-大陸邊緣以及大陸內(nèi)部深斷裂環(huán)境。大興安嶺地區(qū)新的鋯石年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，古生代和前寒武紀(jì)地質(zhì)時(shí)間主體存在840～780 Ma(前寒武紀(jì)基底形成)、780～550 Ma(額爾古納被動(dòng)陸緣)、550～460 Ma(西側(cè)額爾古納興安)、485～420 Ma(多寶山—伊爾斯島弧及其碰撞造山)、420～340 Ma(興安地塊邊緣溝-弧-盆系)、340～305 Ma(松嫩地塊-興安地塊碰撞拼合)、305～250 Ma(華北板塊與蒙古興安地塊的碰撞拼合)、250～230 Ma(興蒙造山后伸展，蒙古—鄂霍茨克洋被動(dòng)陸緣)、200～175 Ma(蒙古—鄂霍茨克洋碰撞晚造山階段)、155～120 Ma(古太平洋斜向俯沖)[18,36-37]。研究區(qū)的角閃輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代發(fā)生在301.9～296.3 Ma，適值松嫩地塊-興安地塊碰撞拼合晚期的初始大洋島--晚期大洋弧環(huán)境(340～305 Ma)[18]，可能預(yù)示著此時(shí)蒙古—鄂霍茨克洋在大興安嶺北段打開；這一點(diǎn)與巖漿源區(qū)持有巖熔-流體交代地幔(石榴石+尖晶石二輝橄欖巖)、發(fā)生在活動(dòng)陸緣弧(圖11a，b)，沒(méi)有泥質(zhì)沉積物、近海沉積物以及生物沉積物加入的下地殼源區(qū)(圖11c)以及在Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3圖解(圖11d)上成分點(diǎn)落在初始大洋島-晚期大洋弧區(qū)域相適應(yīng)。但是，巖石明顯虧損Nb、Ta、Ti以及富集輕稀土等特征，一方面說(shuō)明熔融程度低，另一方面可能反映巖漿源區(qū)是以輝石和石榴石、尖晶石等作為殘留礦物相而導(dǎo)致的。

a底圖據(jù)文獻(xiàn)[28]；b底圖據(jù)文獻(xiàn)[29]；c底圖據(jù)文獻(xiàn)[30]；d底圖據(jù)文獻(xiàn)[31]。MORB.洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；HIMU. 代表具有極高238U/204Pb值的地幔； IAB.島弧玄武巖；A.泥質(zhì)沉積物、近海沉積物；B.生物沉積物；N-MORB.正常型洋中脊玄武巖。圖9 研究區(qū)中基性侵入巖體Al2O3-CaO-MgO三組分(a)、w(V)- Ti/10-3(b)、La/Ba-La/Nb(c)、(Ba/La)N-(La/Sm)N(d)巖漿源區(qū)判別圖解Fig.9 Discriminant diagrams of Al2O3-CaO -MgO diagram(a), w(V)-Ti/10-3(b)，La/Ba -La/Nb(c) and(Ba/La)N-(La/Sm)N(d)for magmatic source area of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

a底圖據(jù)文獻(xiàn)[33]；b底圖據(jù)文獻(xiàn)[34]；c,d,e,f底圖據(jù)文獻(xiàn)[35]。E-MORB.富集型洋中脊玄武巖；PM.原始地幔；DMM.虧損MORB地幔；WAM.西部安納托利亞地幔。圖10 研究區(qū)中基性侵入巖體的Nb/Zr-Th/Zr(a)、Ba/Zr -Th/Zr(b)、Ba/Th-(La/Sm)N(c)、La/Sm-w(La)(d)、Sm/Yb-w(Sm)(e)和Sm/Yb-La/Sm(f)源區(qū)性質(zhì)和部分熔融程度圖解Fig.10 Diagrams of Nb/Zr-Th/Zr(a), Ba/Zr-Th /Zr(b), Ba/Th -(La/Sm)N(c), La/Sm - w(La)(d), Sm/Yb - w(Sm)(e) and Sm/Yb -La/Sm(f) for source region nature and partial melting degree of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

a底圖據(jù)文獻(xiàn)[36]；b底圖據(jù)文獻(xiàn)[37]；c底圖據(jù)文獻(xiàn)[36]；d底圖據(jù)文獻(xiàn)[37]。圖a：SHO.鉀玄巖；CAB.鈣堿性玄武巖；TH.拉斑玄武巖；N-MORB.正常型洋中脊玄武巖；E-MORB.富集型洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；PM.原始地幔；CC.大陸地殼。圖b：A. N-MORB系列(正常型洋中脊玄武巖系列)；B. P-MORB系列(地幔柱型洋中脊玄武巖系列);IAB.島弧玄武巖。圖c：A.泥質(zhì)沉積物、近海沉積物；B.生物沉積物;C.板內(nèi)堿性玄武巖系列；D.島弧鈣堿性玄武巖系列。圖例同圖10。圖11 研究區(qū)中基性侵入巖體的構(gòu)造判別圖Fig.11 Tectonic discrimination plots of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

6 結(jié)論

上述有關(guān)研究區(qū)中基性巖體的年代學(xué)、元素地球化學(xué)特征和Hf同位素地球化學(xué)特征研究揭示：

1)研究區(qū)兩個(gè)中基性巖體由細(xì)粒角閃輝長(zhǎng)巖巖相和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖巖相構(gòu)成，為準(zhǔn)鋁質(zhì)、鉀質(zhì)-鈉質(zhì)、拉斑玄武質(zhì)-鈣堿性過(guò)渡巖系。

2)初始巖漿起源于來(lái)自軟流圈提供的熔體-流體交代作用的富集地幔低程度(<5%)部分熔融作用，源區(qū)主要?dú)埩舻V物相為輝石和石榴石、鈣鈦礦等；巖漿演化過(guò)程以結(jié)晶分離作用為主，伴隨堆晶作用。

3)巖漿侵位發(fā)生在310～293 Ma，適值松嫩地塊-興安地塊碰撞拼合晚期向初始大洋島--晚期大洋弧初始環(huán)境。

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