黑龍江省多寶山地區(qū)中奧陶世侵入巖鋯石U-Pb年齡及構(gòu)造環(huán)境

于喜洹，石國(guó)明，符安宗，李新鵬，孫江軍，尹國(guó)良，林澤付

黑龍江省自然資源調(diào)查院，黑龍江 哈爾濱 150036

0 引言

黑龍江多寶山地區(qū)是中國(guó)東北地區(qū)重要的銅礦產(chǎn)區(qū)，區(qū)域上礦產(chǎn)資源豐富，主要礦床有多寶山銅鉬礦床、爭(zhēng)光金礦床及二道坎銀礦床.研究區(qū)經(jīng)歷了長(zhǎng)期構(gòu)造－巖漿演化，前人對(duì)多寶山銅鉬礦床成礦時(shí)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(cè)年數(shù)據(jù)將區(qū)內(nèi)發(fā)育的花崗閃長(zhǎng)（斑）巖形成時(shí)代定為華力西中晚期—印支期［2-6］，其主要根據(jù)為K－Ar或Rb－Sr法同位素年齡（293～310 Ma），爭(zhēng)議較大.為此，筆者依據(jù)近年來開展的1∶5萬區(qū)調(diào)工作①黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院.黑龍江1∶5萬三礦溝等六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2019.，以清水河村南產(chǎn)出的花崗閃長(zhǎng)巖為研究對(duì)象，從巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)、同位素年代學(xué)、構(gòu)造環(huán)境及成礦作用等方面進(jìn)行探討研究，力求為多寶山地區(qū)早古生代侵入巖形成時(shí)代、構(gòu)造屬性及與成礦作用的關(guān)系等方面提供新的資料.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

多寶山地區(qū)的大地構(gòu)造位置處于興蒙造山帶東段扎蘭屯－多寶山島弧構(gòu)造帶，其北側(cè)為海拉爾－呼瑪弧后盆地，南側(cè)為賀根山－黑河蛇綠混雜帶及孫吳上疊構(gòu)造盆地的西北段［1］（圖1）.研究區(qū)內(nèi)出露的地質(zhì)體有中奧陶統(tǒng)銅山組、多寶山組，下白堊統(tǒng)九峰山組、甘河組以及中奧陶世中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)（斑）巖侵入體和晚三疊世清水河火山巖.

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造及地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Tectonic and geological sketch maps of the study area

2 巖相學(xué)特征

中奧陶世侵入巖主要包括花崗閃長(zhǎng)巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖.

花崗閃長(zhǎng)巖（圖2a）：中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石（45%～55%）、石英（20%～30%）及鉀長(zhǎng)石（10%～20%）組成，粒徑0.5～3.0 mm.斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，可見聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶；石英呈他形粒狀，具波狀消光，充填于斜長(zhǎng)石之間；鉀長(zhǎng)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(zhǎng)斑巖（圖2b）：斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，基質(zhì)為微粒結(jié)構(gòu).斑晶為斜長(zhǎng)石（20%～30%）、石英（20%）及黑云母（3%～5%），巖體內(nèi)斑晶含量分布不均，中心部位斑晶含量較多，局部達(dá)70%，粒徑1～6 mm.斜長(zhǎng)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(zhì)為微細(xì)粒石英、長(zhǎng)石組成.

圖2 中奧陶世侵入巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of Middle Ordovician intrusive rocks

3 同位素測(cè)年

測(cè)年樣品（D7046）采自研究區(qū)內(nèi)清水河村南600 m處中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖巖體內(nèi)，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(cè)年條件.對(duì)樣品24個(gè)鋯石顆粒進(jìn)行了LA－MCICP－MS U－Pb定年，在陰極發(fā)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(duì)清晰，可見自形生長(zhǎng)紋及生長(zhǎng)環(huán)帶，大小多為50～100 μm，長(zhǎng)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(jié)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(jié)晶年齡，時(shí)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(cè)年數(shù)據(jù)表Table 1 U-Pb isotopic dating data of zircons in sample D7046

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

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

花崗閃長(zhǎng)巖主量元素分析結(jié)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(duì)富鈉貧鉀；里特曼指數(shù)（σ）1.49～2.27，A/CNK＝1.65～2.55＞1.1，為鈣堿性、過鋁質(zhì)花崗巖類巖石（圖5a）；K2O－SiO2圖解（圖5b）中投影點(diǎn)落于鈣堿性系列區(qū)；分異指數(shù)（DI）71.98～80.4，表明巖漿分異結(jié)晶程度較高；固結(jié)指數(shù)（SI）9.79～13.17，相對(duì)偏高.

圖5 花崗巖分類判別圖解（據(jù)文獻(xiàn)［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(jié)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(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)巖主量、稀土和微量元素分析結(jié)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(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）相對(duì)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(qū).原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖7）整體表現(xiàn)為右傾，具有明顯的Nb、Ta、Th、Ti負(fù)異常.

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

5 討論

5.1 花崗閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代

近年在多寶山銅鉬礦床中獲得與成礦相關(guān)的花崗閃長(zhǎng)（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(zhǎng)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(zhǎng)斑巖鋯石U－Pb年齡為474.8±4.7 Ma，礦體寄主巖石花崗閃長(zhǎng)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(zhǎng)巖年齡為453.2~486.9 Ma.本次研究在清水河村南花崗閃長(zhǎng)巖巖體中獲取U－Pb鋯石LA－MC－ICP－MS年齡為488±3 Ma.根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景、接觸關(guān)系，結(jié)合前人同位素測(cè)年成果，確定該期侵入巖時(shí)代為中奧陶世.

5.2 花崗閃長(zhǎng)（斑）巖與成礦的關(guān)系

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

研究區(qū)內(nèi)中奧陶世花崗閃長(zhǎng)（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(zhǎng)斑巖）的87Sr/86Sr初始值為0.7054，δ18O值為10.59‰［1］，反映出巖漿物質(zhì)來源以幔源為主，同熔了部分殼源物質(zhì)，為同熔系列的產(chǎn)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(zhì)（圍巖）的成分［26］，伴隨強(qiáng)烈的構(gòu)造熱事件和巖漿噴發(fā)活動(dòng)，深部幔源物質(zhì)不斷上涌，并發(fā)生殼幔相互作用和物質(zhì)交換與循環(huán)，大量深源流體帶來Au、Cu等成礦元素，在有利成礦條件和擴(kuò)容空間下，形成多寶山銅（鉬）礦床［27］.

5.3 構(gòu)造環(huán)境分析

晚石炭世早期以前，多寶山地區(qū)曾存在一個(gè)具有洋殼性質(zhì)的海盆，應(yīng)是古亞洲洋北向的一個(gè)分支洋，有的學(xué)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(qū)形成了早古生代的賀根山－黑河構(gòu)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(qū)早奧陶世處于擠壓松弛階段，在伸展機(jī)制下，銅山組海相沉積建造形成，多寶山海盆開始發(fā)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(nèi)巖石以多寶山組鈣堿性火山巖為主.研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)（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(jì)安山巖有關(guān)，成因類型為“I”型①黑龍江省地質(zhì)調(diào)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(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.，而多寶山組火山巖形成于島?。懺椿…h(huán)境，兩者形成的構(gòu)造環(huán)境相似.稀土元素δEu在0.82～0.96之間，弱負(fù)異常，表明源區(qū)殘留相沒有斜長(zhǎng)石存在；微量元素具有明顯的Nb、Ta、Ti負(fù)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(qū)［13］.在構(gòu)造環(huán)境判別Rb－（Y＋Nb）和Rb－（Yb＋Ta）圖解（圖8）中，樣品點(diǎn)均落入火山弧花崗巖區(qū)［29］.

圖8 巖漿巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解（據(jù)文獻(xiàn)［29］）Fig.8 Tectonic discrimination diagram of magmatites（After Reference［29］）

綜上，研究區(qū)中奧陶世花崗閃長(zhǎng)巖其巖石化學(xué)、地球化學(xué)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(guān)的島弧環(huán)境.

6 結(jié)論

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

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

（3）花崗閃長(zhǎng)（斑）巖與銅礦化的關(guān)系密切，是多寶山銅礦的成礦母巖.

（4）構(gòu)造環(huán)境判別圖解顯示，多寶山地區(qū)中奧陶世花崗閃長(zhǎng)巖形成于與板塊俯沖有關(guān)的島弧環(huán)境.

致謝：審稿專家對(duì)本文提出十分寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝！