黑龍江省多寶山地區中奧陶世侵入巖鋯石U-Pb年齡及構造環境

于喜洹，石國明，符安宗，李新鵬，孫江軍，尹國良，林澤付

黑龍江省自然資源調查院，黑龍江 哈爾濱 150036

0 引言

黑龍江多寶山地區是中國東北地區重要的銅礦產區，區域上礦產資源豐富，主要礦床有多寶山銅鉬礦床、爭光金礦床及二道坎銀礦床.研究區經歷了長期構造－巖漿演化，前人對多寶山銅鉬礦床成礦時代、成礦模式與找礦模型研究較多，并取得了一定的成果［1-23］.其中部分測年數據將區內發育的花崗閃長（斑）巖形成時代定為華力西中晚期—印支期［2-6］，其主要根據為K－Ar或Rb－Sr法同位素年齡（293～310 Ma），爭議較大.為此，筆者依據近年來開展的1∶5萬區調工作①黑龍江省地質調查研究總院.黑龍江1∶5萬三礦溝等六幅區域地質調查報告.2019.，以清水河村南產出的花崗閃長巖為研究對象，從巖相學、巖石地球化學、同位素年代學、構造環境及成礦作用等方面進行探討研究，力求為多寶山地區早古生代侵入巖形成時代、構造屬性及與成礦作用的關系等方面提供新的資料.

1 區域地質概況

多寶山地區的大地構造位置處于興蒙造山帶東段扎蘭屯－多寶山島弧構造帶，其北側為海拉爾－呼瑪弧后盆地，南側為賀根山－黑河蛇綠混雜帶及孫吳上疊構造盆地的西北段［1］（圖1）.研究區內出露的地質體有中奧陶統銅山組、多寶山組，下白堊統九峰山組、甘河組以及中奧陶世中細粒花崗閃長（斑）巖侵入體和晚三疊世清水河火山巖.

圖1 研究區大地構造及地質簡圖Fig.1 Tectonic and geological sketch maps of the study area

2 巖相學特征

中奧陶世侵入巖主要包括花崗閃長巖及花崗閃長斑巖.

花崗閃長巖（圖2a）：中細粒花崗結構，塊狀構造，主要由斜長石（45%～55%）、石英（20%～30%）及鉀長石（10%～20%）組成，粒徑0.5～3.0 mm.斜長石呈半自形板狀，可見聚片雙晶和卡鈉復合雙晶；石英呈他形粒狀，具波狀消光，充填于斜長石之間；鉀長石呈他形粒狀，局部高嶺土化.暗色礦物為黑云母，黑色片狀，含量10%～15%.

花崗閃長斑巖（圖2b）：斑狀結構，塊狀構造，基質為微粒結構.斑晶為斜長石（20%～30%）、石英（20%）及黑云母（3%～5%），巖體內斑晶含量分布不均，中心部位斑晶含量較多，局部達70%，粒徑1～6 mm.斜長石呈半自形粒狀，絹云母化普遍，多碎裂；石英呈煙灰色，他形粒狀；黑云母呈黑色片狀.基質為微細粒石英、長石組成.

圖2 中奧陶世侵入巖顯微照片Fig.2 Microphotographs of Middle Ordovician intrusive rocks

3 同位素測年

測年樣品（D7046）采自研究區內清水河村南600 m處中細粒花崗閃長巖巖體內，取樣位置：125°53′05″E，50°09′32″N，采集的樣品新鮮、無蝕變，符合鋯石測年條件.對樣品24個鋯石顆粒進行了LA－MCICP－MS U－Pb定年，在陰極發光電子圖像（圖3）上可見鋯石多為自形—半自形，晶形完好度一般，晶棱與晶面相對清晰，可見自形生長紋及生長環帶，大小多為50～100 μm，長寬比為1∶1～1∶2，為典型巖漿鋯石.從諧和圖（圖4）及鋯石分析結果（表1）可見該組樣品年齡主要集中在488±3 Ma，代表了本期侵入巖結晶年齡，時代為中奧陶世.

圖4 樣品D7046 U－Pb鋯石LA－MC－ICP－MS同位素年齡及諧和曲線圖Fig.4 LA-MC-ICP-MS isotopic ages and harmonic curves of zircons in sample D7046

表1 樣品D7046鋯石U－Pb同位素測年數據表Table 1 U-Pb isotopic dating data of zircons in sample D7046

圖3 樣品D7046鋯石陰極發光圖像Fig.3 CL images of zircons from sample D7046

4 巖石地球化學特征

4.1 主量元素

花崗閃長巖主量元素分析結果見表2.SiO2含量64.64%～67.26%，為酸性巖類；Al2O3含量15.55%～16.61%，全堿（Na2O＋K2O）含量5.72%～7.3%，堿度率適中；Na2O/K2O＞1，相對富鈉貧鉀；里特曼指數（σ）1.49～2.27，A/CNK＝1.65～2.55＞1.1，為鈣堿性、過鋁質花崗巖類巖石（圖5a）；K2O－SiO2圖解（圖5b）中投影點落于鈣堿性系列區；分異指數（DI）71.98～80.4，表明巖漿分異結晶程度較高；固結指數（SI）9.79～13.17，相對偏高.

圖5 花崗巖分類判別圖解（據文獻［24－25］）Fig.5 The discrimination diagrams of granite（After References［24－25］）

4.2 稀土和微量元素

分析結果見表2，稀土元素總量（ΣREE）含量為64.42×10－6～90.01×10－6，平均值75.86×10－6；反映輕重稀土元素分餾程度的LREE/HREE為4.91～8.71，平均值6.35；經球粒隕石標準化后的稀土元素配分模式為弱—中等右傾型曲線（圖6）.（La/Yb）N比值介于1.03～8.62之間，（Ce/Yb）N比值介于3.63～7.45之間，屬輕稀土富集、重稀土元素虧損型.

表2 花崗閃長巖主量、稀土和微量元素分析結果表Table 2 Contents of major，rare earth and trace elements in granodiorites

圖6 稀土配分曲線圖Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of granodiorites

大離子親石元素（LILE）相對富集，高場強元素（HFSE）相對于大離子親石元素虧損，說明巖漿可能來源于富集地幔型源區.原始地幔標準化微量元素蛛網圖（圖7）整體表現為右傾，具有明顯的Nb、Ta、Th、Ti負異常.

圖7 微量元素蛛網圖Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams of granodiorites

5 討論

5.1 花崗閃長巖的形成時代

近年在多寶山銅鉬礦床中獲得與成礦相關的花崗閃長（斑）巖體鋯石U－Pb年齡多集中在470～480 Ma.崔根等［10］獲得多寶山銅礦床礦體寄主巖石花崗閃長巖鋯石SHRIMP年齡為479.5±4.6 Ma；向安平等［12］獲得成礦母巖花崗閃長斑巖鋯石U－Pb年齡為474.8±4.7 Ma，礦體寄主巖石花崗閃長巖年齡為478.1±4.1 Ma、483.9±4.5 Ma；趙煥利等［13］獲得多寶山銅礦床花崗閃長巖年齡為453.2~486.9 Ma.本次研究在清水河村南花崗閃長巖巖體中獲取U－Pb鋯石LA－MC－ICP－MS年齡為488±3 Ma.根據區域地質背景、接觸關系，結合前人同位素測年成果，確定該期侵入巖時代為中奧陶世.

5.2 花崗閃長（斑）巖與成礦的關系

在多寶山礦區，中奧陶世的巖漿侵入活動先形成了出露面積9 km2的中深成相花崗閃長巖體，與其有關的熱液活動僅在巖體內、外接觸帶形成了青磐巖化及微弱的銅礦化，并未形成工業礦體.巖漿演化晚期形成了侵入到花崗閃長巖中的淺成相花崗閃長斑巖小巖體，出露面積僅0.17 km2，與其有關的熱液活動引發了大規模的成礦作用，使銅鉬（金）礦體和各種蝕變帶圍繞花崗閃長斑巖小巖體分布，形成了大型礦床［1］.

研究區內中奧陶世花崗閃長（斑）巖中SiO2含量介于64.64%～72.3%之 間，K2O/Na2O＜1，A/CNK值＞1.1，δ18O值為9.9‰和9.5‰；多寶山礦床的成礦巖體（花崗閃長斑巖）的87Sr/86Sr初始值為0.7054，δ18O值為10.59‰［1］，反映出巖漿物質來源以幔源為主，同熔了部分殼源物質，為同熔系列的產物［10］.巖漿具有幔源與殼源過渡的特征，即巖漿在上升和演化過程中，幔源巖漿中加入了硅鋁殼物質（圍巖）的成分［26］，伴隨強烈的構造熱事件和巖漿噴發活動，深部幔源物質不斷上涌，并發生殼幔相互作用和物質交換與循環，大量深源流體帶來Au、Cu等成礦元素，在有利成礦條件和擴容空間下，形成多寶山銅（鉬）礦床［27］.

5.3 構造環境分析

晚石炭世早期以前，多寶山地區曾存在一個具有洋殼性質的海盆，應是古亞洲洋北向的一個分支洋，有的學者也稱其為“嫩江洋”［28］.晚寒武世或之前，“嫩江洋”開始俯沖－增生，在本區形成了早古生代的賀根山－黑河構造混雜巖帶，最終“嫩江洋”于早石炭世晚期—晚石炭世早期沿賀根山—嫩江—黑河一線閉合，額爾古納－興安地塊與松嫩地塊完成拼貼［28］.

研究區早奧陶世處于擠壓松弛階段，在伸展機制下，銅山組海相沉積建造形成，多寶山海盆開始發育；中奧陶世，在擠壓－俯沖作用下，南東部大洋板塊向北西部俯沖，在多寶山一帶形成近北東向展布的多寶山島弧帶，帶內巖石以多寶山組鈣堿性火山巖為主.研究區花崗閃長（斑）巖侵入銅山組和多寶山組安山巖，其形成與大量的島弧型奧陶紀安山巖有關，成因類型為“I”型①黑龍江省地質調查研究總院.2019.黑龍江1∶5萬三礦溝等六幅（三礦溝、三峰山、一六九幅、多寶山銅礦幅、星火公社幅、一五三幅）區域地質調查報告.，而多寶山組火山巖形成于島弧－陸源弧環境，兩者形成的構造環境相似.稀土元素δEu在0.82～0.96之間，弱負異常，表明源區殘留相沒有斜長石存在；微量元素具有明顯的Nb、Ta、Ti負異常，顯示具有島弧鈣堿性巖漿特征，其巖漿形成深度在80～100 km的榴輝巖部分熔融區［13］.在構造環境判別Rb－（Y＋Nb）和Rb－（Yb＋Ta）圖解（圖8）中，樣品點均落入火山弧花崗巖區［29］.

圖8 巖漿巖構造環境判別圖解（據文獻［29］）Fig.8 Tectonic discrimination diagram of magmatites（After Reference［29］）

綜上，研究區中奧陶世花崗閃長巖其巖石化學、地球化學特征顯示為島弧型鈣堿性花崗巖，巖漿來源為板塊俯沖的脫水熔融，形成于與板塊俯沖有關的島弧環境.

6 結論

（1）多寶山地區花崗閃長巖U－Pb鋯石LA－MCICP－MS年齡為488±3 Ma，形成時代為中奧陶世.

（2）巖漿物質源區以幔源為主，同熔了部分殼源物質，巖漿具有幔源與殼源過渡的特征.

（3）花崗閃長（斑）巖與銅礦化的關系密切，是多寶山銅礦的成礦母巖.

（4）構造環境判別圖解顯示，多寶山地區中奧陶世花崗閃長巖形成于與板塊俯沖有關的島弧環境.

致謝：審稿專家對本文提出十分寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝！