黑龍江濱東地區(qū)唐家屯組火山巖時代的U-Pb年代學證據(jù)

王 興，鄭 濤，谷華娟，牛延宏，梁城喆

1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾161005；2.中國地質(zhì)大學，北京100083

黑龍江濱東地區(qū)唐家屯組火山巖時代的U-Pb年代學證據(jù)

王 興1，鄭 濤1，谷華娟1，牛延宏1，梁城喆2

1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院，黑龍江齊齊哈爾161005；2.中國地質(zhì)大學，北京100083

黑龍江省濱東地區(qū)廣泛發(fā)育唐家屯組火山巖，其以強片理化酸性、中酸性火山巖為主，夾少量中性火山巖及片理化變質(zhì)的正常沉積巖.唐家屯組火山巖SiO2含量為61.50%～68.96%，TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分別為0.61%～0.88%、1.21%～4.24%、0.30%～2.08%和0.77%～4.57%.Mg#為4～25，Al2O3＝15.12%～16.99%，K2O＝2.68%～5.2%，Na2O/K2O＝0.94～2.18，Na2O+K2O＝7.05%～9.99%，較富堿.稀土元素總量（∑REE）為140.81×10-6～276.36×10-6，LREE／HREE比值為7.72～9.70，明顯富輕稀土元素，貧重稀土元素.δEu＝0.77～1.03，具有負異?！醯恼惓?，稀土元素配分曲線為右傾性.微量元素總體上富集大離子親石元素（LILE）Zr、Ba，虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素和Sr、P，具有雙峰式火山巖的特點.該火山巖LA-ICP-MS U-Pb定年的結(jié)果顯示，其加權(quán)平均年齡分別為300±1 Ma，形成時代為晚石炭世，其形成于引張環(huán)境.

唐家屯組；火山巖；U-Pb年齡；濱東地區(qū)；黑龍江省

興蒙造山帶東段的大興安嶺及其鄰區(qū)，晚古生代至早中生代經(jīng)歷了古亞洲洋、蒙古-鄂霍次克洋的閉合及區(qū)內(nèi)多塊體拼貼的過程［1-3］.中新生代又疊加了環(huán)太平洋構(gòu)造體系的改造［3-4］.晚中生代進入造山后作用階段，火山噴發(fā)活動及盆嶺構(gòu)造極為發(fā)育［3-4］，中生代火山巖出露廣泛，巖石類型復雜，是東亞大陸邊緣中生代巨型火山巖帶的重要組成部分.近年來，各專家和學者對濱東地區(qū)進行了大量研究［3-9］，但對唐家屯組火山巖研究較少.針對這些問題，筆者對濱東地區(qū)唐家屯組火山巖進行了巖石地球化學及年代學的研究，以揭示區(qū)內(nèi)唐家屯組火山巖的形成時代.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于松遼盆地以東，佳木斯地塊、興凱地塊以西，佳伊斷裂以北的張廣才嶺的濱東地區(qū)，大地構(gòu)造位置歸屬于小興安嶺-松嫩地塊濱東隆起帶上［4］，玉泉斷陷中北部，東鄰伊春-延壽地槽褶皺系［8］（圖1）.

研究區(qū)內(nèi)出露的花崗巖以早侏羅世花崗巖和晚侏羅世堿長花崗巖為主.區(qū)內(nèi)地層主要發(fā)育上石炭統(tǒng)唐家屯組、上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)楊木崗組和中二疊統(tǒng)土門嶺組，另西部大面積發(fā)育第四系沉積物.

研究區(qū)內(nèi)唐家屯組火山巖發(fā)育，整體沿北東向展布，被晚石炭世堿長花崗巖及早侏羅世花崗閃長巖、二長花崗巖、堿長花崗巖、花崗斑巖侵入，與上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)楊木崗組整合接觸，與中二疊統(tǒng)土門嶺不整合接觸.

1.2 樣品描述

上石炭統(tǒng)唐家屯組以強片理化酸性、中酸性火山巖為主，夾少量中性火山巖及片理化變質(zhì)的正常沉積巖［9］.本次工作只對唐家屯組火山巖進行了研究.

本文同位素測年樣品D4036采自三道街屯北采石場處英安巖中部的新鮮巖石.取樣點坐標為：東經(jīng)127°11′44″，北緯45°38′47″.巖石呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，斑晶由斜長石和石英組成.斜長石半自形板狀，聚片雙晶.石英呈粒狀，大小0.1～0.2mm.角閃石，柱狀，黃綠色，斜消光，0.2～1 mm.黑云母，片狀，黃褐色，平行消光，大小0.2～1.2mm.基質(zhì)主要由長英質(zhì)隱晶集合體組成，黏土鱗片稠密不均分布其間，局部石英微粒集合體呈斑塊狀.

2 樣品分析方法

同位素測年樣品為D4036，樣品新鮮，表面無風化，呈灰黑色，重16 kg.鋯石U-Pb定年樣品均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所采用常規(guī)方法進行粉碎，并用浮選和電磁選方法進行分選，然后在雙目鏡下挑選出晶形、顆粒大小、磨蝕程度以及顏色不同的鋯石顆粒，進而確保所選鋯石的代表性.在此基礎上，將鋯石粘在雙面膠上，用無色透明的環(huán)氧樹脂澆灌固定，待環(huán)氧樹脂充分固化后拋光，使鋯石暴露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而進行透射光、反射光和陰極發(fā)光掃描電鏡顯微照像，根據(jù)鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像.盡量選擇包裹體較少且吸收程度均勻的區(qū)域進行分析測試［10］.

樣品在天津地質(zhì)礦產(chǎn)所重點實驗室通過鋯石LAMC-ICP-MS U-Pb測年方法進行了同位素年齡測定.實驗方法：將鋯石用雙面膠粘在載玻片上，罩上PVC環(huán)，然后將環(huán)氧樹脂和固化劑進行充分混合后注入PVC環(huán)中，待樹脂充分固化后將樣品靶從載玻片上剝離，并對其進行打磨和拋光，然后對靶上樣品進行顯微鏡下的反射光和透射光照像以及陰極熒光照像.根據(jù)鋯石陰極發(fā)光照片、反射光和透射光照片選擇鋯石的合適（感興趣）的測年晶域，利用193 nm激光器對鋯石進行剝蝕.通常采用的激光剝蝕的斑束直徑為35或50 μm.采用TEMORA作為外部鋯石年齡標準.采用中國地質(zhì)大學劉勇勝博士研發(fā)的ICPMSDataCal程序和Kenneth R1 Ludwig的Isoplot程序進行數(shù)據(jù)處理.采用208Pb校正法對普通鉛進行校正.利用NIST612玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量［11］.

3 火山巖地球化學特征

研究區(qū)內(nèi)火山巖地球化學特征見表1.

3.1 主量元素

從表1可以看出，唐家屯組火山巖的SiO2含量為61.50%～68.96%，其中64.48%～68.3%之間出現(xiàn)明顯的間斷，具有雙峰式火山巖組合的特點.TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分別為0.61%～0.88%、1.21%～4.24%、0.30%～2.08%和 0.77%～4.57%.Mg#為 4～25，Al2O3＝15.12%～16.99%，K2O＝2.68%～5.2%，Na2O/K2O＝0.94～2.18，Na2O+K2O＝7.05%～9.99%，較富堿.在TAS圖解（圖2）中落入粗安巖、粗面巖和英安巖區(qū)域，堿性范圍和亞堿性范圍都有樣品落入.在SiO2-K2O圖解（圖3）中位于高鉀鈣堿系列和鉀玄武系列內(nèi).

圖2 唐家屯組火山巖的TAS圖Fig.2 TheTASdiagramforthevolcanicrocksofTangjiatunFormation

3.2 微量元素

唐家屯組稀土元素總量（∑REE）為140.81×10-6～276.36×10-6，LREE/HREE比值為7.72～9.70，明顯富輕稀土元素，貧重稀土元素.δEu＝0.77～1.03，具有負異常—弱的正異常，稀土元素配分曲線（圖4）為右傾性.微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（圖5）中，總體上富集大離子親石元素Zr、Ba，虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素和Sr、P.

表1 濱東地區(qū)唐家屯組火山巖主量、稀土和微量元素分析結(jié)果表Table1 Major and trace element contents of volcanic rocks of Tangjiatun Formation in East Harbin area

4 鋯石U－Pb測年

濱東地區(qū)唐家屯組2個火山巖樣品中鋯石陰極發(fā)光體圖像（圖6）顯示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，既有發(fā)育振蕩生長環(huán)帶的粒狀或短柱狀鋯石，也有具有條痕狀吸收特點的板狀或短柱狀鋯石，還有少量鋯石不發(fā)光，但它們均具有高的Th/U比值（0.317～1.428），暗示其巖漿成因.

D4036樣品共進行了25個鋯石顆粒的測定，其中15個鋯石的測試結(jié)果位于諧和線上及附近，定年結(jié)果顯示15個測點鋯石206Pb/238U年齡值（表2）加權(quán)平均年齡為300±1 Ma（圖7），代表其巖漿結(jié)晶年齡，表明其形成時代應為晚石炭世.

基于本文定年結(jié)果可以看出，唐家屯組火山巖形成時代為晚石炭世.

5 討論

5.1 唐家屯組火山巖的形成時代

對于該組火山巖的形成時代，在《黑龍江省巖石地層》［9］及賓縣、五?？h幅1∶20萬區(qū)調(diào)中將其歸為晚石炭世，郝文麗等［10］在五常地區(qū)通過LA－ICP－MS U-Pb測年測得其年齡為289～302 Ma，加權(quán)平均值為295±1 Ma，將其時代確定為早二疊世.

圖3 唐家屯組火山巖的SiO2－K2O圖Fig.3 The SiO2-K2O diagram of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

圖4 唐家屯組火山巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

表2 D4036樣品LA-MC-ICP-MS U-Pb年代學分析結(jié)果表Table2 Zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb geochronologic analysis results for sample No.D4036

圖5 唐家屯組火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.5 Primitive mantle-normalized spider diagram of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

筆者對唐家屯組火山巖的鋯石進行了礦物學定年研究，CL圖像顯示其典型的巖漿成因——即定年結(jié)果應代表了火山巖的形成時代，LA－ICP－MS U－Pb定年的結(jié)果顯示，其加權(quán)平均年齡為300±1 Ma.結(jié)合其他研究者所獲得的U－Pb定年結(jié)果，唐家屯組火山巖的形成時代應為晚石炭世.

5.2 火山巖地層的重新劃分

在復雜的地質(zhì)環(huán)境中，用巖石組合對比的方法劃分火山巖地層容易發(fā)生混亂，需要高精度的測年數(shù)據(jù)來界定每組火山巖的具體形成時代［7］.前人對濱東地區(qū)火山巖地層的劃分主要依靠巖石組成特征、古生物類型對比等方法.但在野外實際地質(zhì)研究中發(fā)現(xiàn)，唐家屯組火山巖受后期的構(gòu)造影響，原所標定的各組火山巖混雜了其他組的巖石.如前人原定的五道嶺組火山巖樣品應屬于唐家屯組.

5.3 唐家屯組火山巖的成因

該組火山巖具有雙峰式組合的特征.雙峰式火山巖一般認為是引張環(huán)境的產(chǎn)物［3-4］.它們共同揭示了松嫩－張廣才嶺地塊東部在早二疊世處于一種伸展環(huán)境.可以判定，松嫩－張廣才嶺地塊與興安地塊一起，在早二疊世—晚石炭世期間共同經(jīng)歷了一次區(qū)域性的伸展事件［4］.

6 結(jié)論

濱東地區(qū)唐家屯組火山巖鋯石LA－ICP－MS U－Pb年齡為300±1 Ma，形成于晚石炭世，具有雙峰式火山巖的組合特點，其形成與松嫩-張廣才嶺地塊與興安地塊在早二疊世—晚石炭世期間共同經(jīng)歷了一次區(qū)域性的伸展事件有關.

圖6 D4036樣品U-Pb鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 Cathodoluminescence images of zircons U-Pb of sample No.D4036

致謝：本文是黑龍江省料甸、松江鎮(zhèn)、全孝村幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目全體成員的共同成果，特表感謝.

圖7 唐家屯組火山巖鋯石LA-MC-ICP-MS U-Pb年齡諧和曲線圖和直方圖Fig.7 Zircon LA-MC-ICP MS U-Pb dating concordia diagram and weighted average ages of the volcanic rocks of Tangjiatun Formation

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THE U-Pb CHRONOLOGICAL EVIDENCE FOR THE VOLCANIC ROCKS OF TANGJIATUN FORMATION IN EAST HARBIN，HEILONGJIANG PROVINCE

WANG Xing1，ZHENG Tao1，GU Hua-juan1，NIU Yan-hong1，LIANG Cheng-zhe2
1.Qiqihar Branch，Heilongjiang Institute of Geological Survey，Qiqihar 161005，Heilongjiang Province，China；2.China University of Geosciences，Beijing 100083，China

The Tangjiatun Formation，dominated by strong schisteous acidic and acidic-intermediate volcanic rocks，with minor intermediate volcanic rocks and metamorphosed normal sedimentary rocks，are widely exposed in East Harbin，Heilongjiang province.The volcanic rocks contain SiO2of 61.50%-68.96%，TiO2of 0.61%-0.88%，F(xiàn)e2O3of 1.21%-4.24%，MgO of 0.30%-2.08%and CaO of 0.77%-4.57%，with Mg#of 4-25，Al2O3＝15.12%-16.99%，K2O＝2.68%-5.2%.The alkaline content is rich，with Na2O/K2O＝0.94-2.18，Na2O+K2O＝7.05%-9.99%.The total REE contents are 140.81×10-6-276.36×10-6，with LREE/HREE ratio of 7.72-9.70.The rocks are enriched in LREE but depleted in HREE，with δEu＝0.77-1.03，i.e.negative anomaly to slightly positive anomaly.The mode of REE patterns shows right-inclined curves.The trace elements of the rocks are rich with LILEs（Zr and Ba）and depleted with HFSEs（Nb，Ta and Ti），Sr and P，showing the characteristics of bimodal volcanic rocks.The LA-ICP-MS U-Pb dating result of the volcanic rocks yields the weighted average age of 300±1 Ma，indicating the forming age of Late Carboniferous Epoch，which was an extensional environment.

Tangjiatun Formation；volcanic rocks；U-Pb dating；East Harbin；Heilongjiang Province

1671-1947（2016）03-0237-07

P597

A

2016-08-12；

2015-12-02.編輯：李蘭英.

“黑龍江省料甸幅、松江鎮(zhèn)幅、全孝村幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項目（編號HLJKD2009-10）.

王興（1982—），男，工程師，現(xiàn)主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究工作，通信地址黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)中山路65號，E-mail// wx1103208@163.com