李強(qiáng),程學(xué)芹,王艷凱,李志敏,劉洪章,楊寧,申晉青,羅善霞

河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院(河北省地學(xué)旅游研究中心),河北廊坊,065000

內(nèi)容提要：額爾古納地塊出露的早古生代巖漿巖的成因、源區(qū)特征及動(dòng)力學(xué)背景對(duì)于揭示恢復(fù)額爾古納地塊及其周緣地區(qū)的構(gòu)造演化歷史具有重要意義。筆者等選取大興安嶺北段盤古河上游地區(qū)早古生代中基性雜巖體進(jìn)行了巖石學(xué)研究和鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)分析。野外調(diào)查及室內(nèi)研究表明雜巖體的巖石類型以角閃輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖為主,少見石英閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝石巖、橄欖輝長(zhǎng)巖等中性巖和超基性巖。測(cè)年結(jié)果顯示,角閃輝長(zhǎng)巖的成巖年齡為479.2±2.1 Ma,表明該雜巖體形成時(shí)代為早奧陶世。地球化學(xué)組成上,盤古河上游早古生代中基性雜巖體SiO2含量介于40.74%～54.95%,Fe2O3T含量為3.99%～14.66%,MgO含量介于3.36%～17.78%,Mg#值為47～79,為(高鉀)鈣堿性系列巖石,相對(duì)富集輕稀土元素,虧損重稀土元素,δEu=0.77～2.06,相對(duì)富集Rb、Ba、U、K、Pb和Sr等大離子親石元素及放射性元素,虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素,與俯沖帶弧巖漿巖地球化學(xué)特征類似。巖漿來(lái)源于以俯沖流體交代為主、沉積物熔體交代為輔的巖石圈地幔部分熔融。源區(qū)以含尖晶石的石榴二輝橄欖巖為主,少量為尖晶石二輝橄欖巖,并在上升過(guò)程中經(jīng)歷了不同程度的結(jié)晶分異作用。結(jié)合區(qū)域巖石地層資料,綜合分析表明盤古河上游早古生代中基性雜巖體形成于大陸拉張帶(或初始裂谷)的構(gòu)造環(huán)境,很可能與西伯利亞板塊和額爾古納地塊碰撞后巖石圈伸展背景有關(guān)。

額爾古納地塊位于中亞造山帶東段興蒙造山帶的東北部,呈北東向延伸,長(zhǎng)達(dá)1500 km以上,是興蒙造山帶內(nèi)的重要大地構(gòu)造單元(武廣等,2005)。該地塊西北側(cè)為中生代蒙古—鄂霍茨克縫合帶,西南毗鄰中蒙古地塊(李錦軼,1998),東北部與莫梅恩(馬門)地塊相連(Sorokin et al., 2004,2015a,2015b),東南部以新林—喜桂圖縫合帶為界與興安地塊相鄰,并被晚古生代—中生代巖漿作用改造(許文良等,2019)。關(guān)于額爾古納地塊的性質(zhì)、古亞洲洋及興—蒙造山帶的演化歷史等重大基礎(chǔ)問(wèn)題,一直是國(guó)內(nèi)外地質(zhì)界關(guān)注的重點(diǎn)(武廣等,2005;孫立新等,2013;邵軍等,2015;趙碩,2017;徐備等,2014,2018;Li Gongyu et al., 2019;Hou Wenzhu et al., 2020;劉永江等,2022;李皓東等,2022;徐文良等,2022;杜兵盈等,2022;楊文采,2022),其中額爾古納地塊和興安地塊之間的拼貼位置及時(shí)代是東北地區(qū)古生代構(gòu)造—巖漿演化研究的熱點(diǎn)問(wèn)題(趙碩,2017;Gou Jun et al., 2020;景妍等,2022;劉永江等,2022)。因此,對(duì)額爾古納地塊早古生代地質(zhì)體進(jìn)行綜合研究,特別是對(duì)火成巖進(jìn)行重點(diǎn)研究是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。

近年來(lái)隨著測(cè)試技術(shù)的提高,額爾古納地塊內(nèi)部有越來(lái)越多的早古生代火成巖被識(shí)別出來(lái),并分別對(duì)其進(jìn)行了分析研究。武廣等(2005)報(bào)道的漠河西北洛古河花崗巖體SHRIMP鋯石U-Pb年齡為517～504 Ma;秦秀峰等(2007)報(bào)道的漠河地區(qū)早古生代花崗巖TIMS鋯石U-Pb年齡為502 Ma;王佰義等(2019)報(bào)道的漠河地區(qū)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為485 Ma;吳瓊等(2019)報(bào)道的漠河地區(qū)A型花崗巖鋯石U-Pb年齡為481 Ma;張冬冬等(2022)報(bào)道的砂寶斯I型花崗巖體鋯石U-Pb年齡為509 Ma;周傳芳等(2022)報(bào)道的洛古河地區(qū)I型花崗巖鋯石U-Pb年齡為486 Ma;鞏鑫等(2023)報(bào)道的前哨林場(chǎng)A型黑云母二長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡為458 Ma;認(rèn)為以上早古生代花崗巖是額爾古納地塊與西伯利亞板塊之間相互作用的產(chǎn)物。葛文春等(2005)報(bào)道的塔河巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為494～480 Ma;隋振民等(2006)報(bào)道的十八站東哈拉巴巖體鋯石U-Pb年齡為500～461 Ma;葛文春等(2007)報(bào)道的十八站巖體、內(nèi)河巖體、白銀納巖體、查拉班河巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為499 Ma、500 Ma、460 Ma和465～481 Ma;任邦方等(2012)報(bào)道的永慶林場(chǎng)—十八站花崗巖鋯石U-Pb年齡為447.5～443.5 Ma;趙碩(2017)報(bào)道的翠崗石英閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡約為500 Ma、阿龍山輝長(zhǎng)巖為439 Ma、恩和輝長(zhǎng)巖為465 Ma、韓家園子花崗巖為501 Ma、翠崗花崗巖為475 Ma、十九站花崗巖為481 Ma、永慶林場(chǎng)花崗巖為481 Ma、塔林花崗巖為465 Ma、白鹿島花崗巖為480 Ma、南大窯花崗巖為460～454 Ma、阿龍山花崗巖為455 Ma;汪巖等(2017)在塔河瓦拉干林場(chǎng)一帶發(fā)現(xiàn)的中基性火山巖鋯石U-Pb年齡約為500 Ma;柴明春等(2018)報(bào)道的十八站—韓家園地區(qū)中酸性巖體鋯石U-Pb年齡為512 Ma;杜兵盈等(2019)報(bào)道的壯志林場(chǎng)高分異I型花崗巖鋯石U-Pb年齡為489 Ma;景妍等(2022)報(bào)道的漠河地區(qū)I型花崗巖鋯石U-Pb年齡為482～456 Ma;認(rèn)為以上火成巖是額爾古納地塊與興安地塊構(gòu)造拼貼的產(chǎn)物。

從上述研究可以看出,前人對(duì)額爾古納地塊之上早古生代火成巖的研究主要集中在酸性單元,而對(duì)同時(shí)代基性單元的研究較少,同時(shí)對(duì)其形成的構(gòu)造背景有不同的認(rèn)識(shí),一種觀點(diǎn)認(rèn)為是額爾古納地塊與興安地塊拼貼后的后造山構(gòu)造背景(葛文春等,2005;隋振民等,2006;張彥龍等,2010;馮志強(qiáng)等,2014;Zhou Jianbo et al., 2015;趙碩,2017;汪巖等,2017;柴明春等,2018;杜兵盈等,2019;景妍等,2022);另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為是額爾古納地塊與西伯利亞板塊后碰撞構(gòu)造背景(武廣等,2005;秦秀峰等,2007;王佰義,2019;吳瓊等,2019;張冬冬等,2022;周傳芳等,2022);還有學(xué)者認(rèn)為額爾古納地塊北緣早古生代花崗巖形成于額爾古納地塊與西伯利亞古陸及蒙古—圖瓦地塊碰撞、拼接后伸展背景,而東北緣形成于額爾古納與興安地塊碰撞伸展背景下(鞏鑫等,2022)。筆者等在詳細(xì)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和前人資料分析研究的基礎(chǔ)上,對(duì)盤古河上游中基性雜巖體開展了巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)研究,旨在探討該雜巖體的形成時(shí)代、巖石成因、巖漿源區(qū)及其動(dòng)力學(xué)背景,為額爾古納地塊乃至興蒙造山帶的構(gòu)造演化提供新的資料。

1 地質(zhì)背景及樣品特征

研究區(qū)位于大興安嶺北段盤古河上游,行政區(qū)劃屬于塔河縣盤古鎮(zhèn)管轄。大地構(gòu)造位置處于額爾古納地塊之上的額木爾山中間隆起與漠河盆地的過(guò)渡地帶。區(qū)內(nèi)出露地層主要有中元古界興華渡口群、新元古界—下寒武統(tǒng)倭勒根群、下侏羅統(tǒng)塔木蘭溝組、下白堊統(tǒng)光華組和少量下白堊統(tǒng)甘河組,最新研究資料顯示,區(qū)內(nèi)還發(fā)育有與蒙古—鄂霍茨克洋南向俯沖相關(guān)的早中三疊世火山地層(李強(qiáng)等,2021)。研究區(qū)侵入巖構(gòu)成十分復(fù)雜,時(shí)代從新元古代到白堊紀(jì)均有發(fā)育(圖1b),包括新元古代基性—酸性雙峰式侵入巖、寒武紀(jì)酸性侵入巖、早奧陶世中基性雜巖體、晚二疊世—三疊紀(jì)基性至酸性侵入體、早侏羅世中酸性侵入巖和早白堊世中酸性及偏堿性侵入巖,它們對(duì)研究區(qū)乃至額爾古納地塊及其周緣的構(gòu)造演化研究提供了豐富的材料。

圖1 研究區(qū)所在位置(a)(據(jù)紀(jì)政等,2018修改)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 The tectonic location (a, modified from Ji Zheng et al., 2018&) and geological sketch map (b) of study area

本次工作以1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ),并結(jié)合前人研究資料,通過(guò)野外調(diào)查對(duì)位于盤古河上游的中基性雜巖體進(jìn)行了綜合分析研究。該雜巖體分布于盤古林場(chǎng)十三支線1088高地一帶,區(qū)內(nèi)出露面積約1 km2,向東延出區(qū)外,巖石類型以角閃輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖為主,少見石英閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝石巖、橄欖輝石巖等中性巖和超基性巖,不同巖石類型間一般為漸變過(guò)渡或斷層接觸,被下白堊統(tǒng)火山巖覆蓋,且與圍巖二長(zhǎng)花崗巖之間未見斷層跡象,應(yīng)為侵入接觸關(guān)系,但限于較差的基巖露頭,在野外并未能觀察到它們的先后順序。上述雜巖體主要巖石類型巖相學(xué)特征詳述如下:

角閃輝長(zhǎng)巖:巖石新鮮面深灰色,中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖2a),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長(zhǎng)石(35%～50%)和角閃石(50%～65%)組成,可見不等量的黑云母(0%～10%),少見石英。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,粒徑一般0.2～2 mm,部分為2～4 mm的中粒,雜亂分布,不同程度絹云母化、綠簾石化,聚片雙晶較發(fā)育,部分可見環(huán)帶構(gòu)造,根據(jù)⊥(010)晶帶的最大消光角法測(cè)得NP′∧(010)=20°～28°,斜長(zhǎng)石牌號(hào)An=38～53,屬于中拉長(zhǎng)石。角閃石半自形柱粒狀,粒徑一般0.2～2 mm,部分為2～3.5 mm的中粒,與斜長(zhǎng)石一起均勻混雜分布,單偏光鏡下具綠色—淺黃色多色性,多具次閃石化,輕綠簾石化,部分顆粒表面有少量鐵質(zhì)析出,少量邊部被黑云母交代,偶見粒內(nèi)嵌布斜長(zhǎng)石,呈嵌晶含長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(圖2b)。黑云母呈暗褐色,鱗片—葉片狀,片徑一般0.2～1 mm,雜亂分布,局部少量聚集分布,不同程度綠泥石化,表面有少量鐵質(zhì)析出,少數(shù)呈假象產(chǎn)出。副礦物主要有鋯石、磷灰石、榍石、鈦鐵礦、綠簾石、黃鐵礦、磁鐵礦等。

圖2 大興安嶺盤古河上游早古生代中基性雜巖體顯微照片: (a)細(xì)粒角閃輝長(zhǎng)巖;(b)中細(xì)粒角閃輝長(zhǎng)巖具嵌晶含長(zhǎng)結(jié)構(gòu);(c)輝長(zhǎng)巖;(d)輝長(zhǎng)巖具輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Microscopic photomicrographs of intermediate—basic complex in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains: (a) fine-grained hornblende gabbro; (b) medium—fine grainedhornblende gabbro with plagioclase in hornblende; (c) gabbro; (d) gabbro with gabbro structurePl—斜長(zhǎng)石;Hb—角閃石;Px—輝石;顯微照片均在正交偏光下拍攝Pl—plagioclase; Hb—hornblende; Px—pyroxene; the micrographs were all taken under orthogonally polarized light

輝長(zhǎng)巖:巖石新鮮面為灰綠色,輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由輝石(5%～45%)、角閃石(5%～10%)、斜長(zhǎng)石(40%～60%)組成(圖2c、d)。輝石呈半自形柱狀,粒徑多為0.5～2 mm的細(xì)粒,個(gè)別為2～2.5 mm的中粒,雜亂分布,部分具次閃石化,多具綠色角閃石反應(yīng)邊,少量粒內(nèi)包嵌斜長(zhǎng)石構(gòu)成嵌晶含長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。角閃石呈半自形柱狀,粒徑0.1～1.5 mm不等,單偏光下具黃褐—淺黃色多色性。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀—半自形粒狀,粒徑多為0.4～2 mm的細(xì)粒,少量為2～3 mm的中粒,可見聚片雙晶,根據(jù)⊥(010)晶帶的最大消光角法測(cè)得NP′∧(010)=24°～30°,斜長(zhǎng)石牌號(hào)An=48～55,屬于中拉長(zhǎng)石,具黏土化、絹云母化。副礦物主要有磷灰石、鈦鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦等。

石英閃長(zhǎng)巖:巖石新鮮面為灰色,細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由角閃石(50%)、黑云母(5%)、斜長(zhǎng)石(40%)、石英(5%±)組成。角閃石呈半自形柱狀,粒徑0.2～1.5不等,雜亂分布,部分具次閃石化。黑云母呈鱗片狀,粒徑0.02～0.2 mm不等,局部聚集狀分布,單偏光下具多色性,Ng′=黃褐色,Np′=淺黃色,沿解理具褐鐵礦化,部分具綠泥石化。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,粒徑0.2～1.75 mm不等,雜亂分布,可見聚片雙晶,具黏土化、絹云母化。石英呈他形粒狀,粒徑0.2～1 mm不等,似填隙狀分布,粒內(nèi)具波狀消光。副礦物為不透明礦物、磷灰石、榍石等。

為更好更全面分析研究區(qū)早古生代中基性雜巖體的巖石地球化學(xué)情況,筆者等分析討論的數(shù)據(jù)除了本次工作所測(cè)角閃輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)外,還包含了前人在同一雜巖體內(nèi)獲得的相同及不同巖性數(shù)據(jù)資料(前人引用數(shù)據(jù)詳見表1)。引用的數(shù)據(jù)有趙碩(2017)測(cè)的2件角閃輝長(zhǎng)巖樣品,其形成年齡為483±2 Ma(定年位置如圖1);另有黑龍江省地質(zhì)調(diào)查總院齊齊哈爾分院?測(cè)得的5件樣品,巖性有角閃輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、橄欖輝石巖、石英閃長(zhǎng)巖等。

表1 大興安嶺盤古河上游中基性雜巖體全巖主量元素(%)、微量元素和稀土元素(×10-6)數(shù)據(jù)Table 1 Major (%), trace elements and REE (×10-6) of intermediate-basic complex in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains

2 分析方法

樣品的全巖主量和痕量元素分析由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析采用常規(guī)濕法(AF)和X-熒光光譜儀(XRF)相結(jié)合測(cè)試完成,分析相對(duì)誤差在1%(SiO2)和2%(其他氧化物);微量元素和稀土元素運(yùn)用高分辨率電感耦合等離子質(zhì)譜法(ELEMENT)測(cè)試,分析相對(duì)誤差為1%～5%。分析結(jié)果見表1。

鋯石樣品的挑選、制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室完成。結(jié)合透反射顯微鏡觀察和陰極發(fā)光圖像選擇合適的鋯石顆粒進(jìn)行鋯石U-Pb定年,避開包體和裂隙。鋯石LA-MC-ICP-MS測(cè)年在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所“自然資源部成礦作用和資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”完成,鋯石定年分析所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及其配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。所用激光剝蝕斑束直徑為30μm,頻率為10Hz,能量密度約為2.5J/cm2,以He為載氣。信號(hào)較小的207Pb,206Pb用離子計(jì)數(shù)器(multi-ion-counters)接收,208Pb,232Th,238U信號(hào)用法拉第杯接收,實(shí)現(xiàn)了所有目標(biāo)同位素信號(hào)的同時(shí)接收且不同質(zhì)量數(shù)的峰基本平坦,進(jìn)而獲得高精度的數(shù)據(jù)。均勻鋯石顆粒n(207Pb)/n(206Pb),n(206Pb)/n(238Pb),n(207Pb)/n(235U)的1σ均為2%左右,對(duì)鋯石標(biāo)準(zhǔn)的1σ在1%左右。LA-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方式,數(shù)據(jù)分析前先用鋯石GJ-1進(jìn)行儀器調(diào)試,使之達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),鋯石U-Pb定年以鋯石GJ-1為外標(biāo)。測(cè)試過(guò)程中每測(cè)定10個(gè)樣品前后重復(fù)測(cè)定兩個(gè)鋯石標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樣品校正,并測(cè)量一個(gè)鋯石標(biāo)準(zhǔn)Plesovice,觀察儀器的狀態(tài)以保證測(cè)試的精度。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序,鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程可參見侯可軍等(2009)的文章。分析結(jié)果見表2。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)

本次工作對(duì)盤古河上游中基性雜巖體中的角閃輝長(zhǎng)巖樣品(RZ4791-1)進(jìn)行了LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試(圖1)。雙目鏡下,該樣品中的鋯石多呈粉色透明的半自形柱狀,金剛光澤,晶內(nèi)可見黑色固相包體,粒徑以80～200 μm為主,聚型由晶面(110)、(100)、(111)、(311)、(131)組成,長(zhǎng)寬比在2∶1到1.5∶1之間。CL圖像中鋯石生長(zhǎng)環(huán)帶清晰,環(huán)帶寬度較大(圖3),顯示出基性巖漿冷卻結(jié)晶特點(diǎn),同時(shí)可以看出,部分鋯石具有核幔結(jié)構(gòu),核部亮度低呈灰黑色,幔部亮度較高呈灰白色,但它們的Th/U值為0.17～1.02,絕大多數(shù)大于0.4(表2),同樣表明其為巖漿鋯石。

圖3 盤古河上游角閃輝長(zhǎng)巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像與n(206Pb)/n(238U)年齡Fig.3 Cathodoluminescence(CL)images and n(206Pb)/n(238U) ages of zircons from hornblende gabbro in the upper reaches of Pangu River

此次對(duì)RZ4791-1樣品共選擇了25顆鋯石進(jìn)行測(cè)試。其中2號(hào)鋯石測(cè)點(diǎn)由于測(cè)年諧和度差不參與討論;另外14號(hào)鋯石測(cè)點(diǎn)n(206Pb)/n(238U)年齡為522±7 Ma,應(yīng)為繼承或捕獲的鋯石;無(wú)論測(cè)點(diǎn)位于核部還是幔部,其余23顆鋯石測(cè)試年齡都較為一致,均分布在諧和線上或其附近,n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為479.2±2.1 Ma(MSWD=0.57)(圖4),代表了角閃輝長(zhǎng)巖的侵位結(jié)晶年齡,表明盤古河上游基性雜巖體形成于早奧陶世。

圖4 大興安嶺盤古河上游角閃輝長(zhǎng)巖(RZ4791-1)鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和年齡分布圖(b)Fig.4 U-Pb concordiadiagram(a) and ages distribution diagram(b) of the zircons from hornblende gabbro in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains

3.2 主量元素特征

盤古河上游基性雜巖體SiO2介于40.74%～54.95%之間,平均值48.09%,小于大陸下地殼平均含量(53.4%)(Rudnick and Gao,2003);Al2O3介于10.70%～26.28%,變化較大,平均值17.81%,略高于大陸下地殼平均含量(16.9%)(Rudnick and Gao,2003);Fe2O3T含量為3.99%～14.66%,平均值9.86%;CaO含量較高,為4.99%～14.29%,平均值9.35%;MgO含量變化大,介于3.36%～17.78%,平均值7.76%,Mg#值為47～79;TiO2含量介于0.12%～1.87%;K2O含量為0.50%～2.28%,平均值1.19%;Na2O含量為0.45%～4.19%,平均值2.30%;Na2O/K2O值為0.46～3.64,平均值為2.10,整體顯示了相對(duì)富鈉低鉀的特征。樣品燒失量(LOI)介于1.20%～7.39%,扣除燒失量,對(duì)主量元素組成進(jìn)行歸一化計(jì)算后再投圖(鄧晉福等,2015a)。在火成巖TAS圖解中,樣品落入橄欖輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)內(nèi)(圖5a),與鏡下鑒定基本一致,且多屬于亞堿性系列巖石;在K2O—SiO2圖解中,樣品多屬于鈣堿性系列和高鉀鈣堿性系列,個(gè)別落入鉀玄巖系列(圖5b)。

圖5 大興安嶺盤古河上游中基性雜巖體TAS(a)和K2O—SiO2(b)圖解(底圖據(jù)Middlemost,1994)Fig.5 Diagrams of TAS (a) and K2O—SiO2(b) for intermediate—basic complex in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains (after Middlemost, 1994)

3.3 稀土和微量元素特征

在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖上(圖6a),盤古河上游中基性雜巖體各樣品均表現(xiàn)為右傾曲線,輕重稀土元素比值(LREE/HREE)介于3.79～9.22,(La/Yb)N介于3.37～10.08,輕稀土分餾程度高,重稀土相對(duì)虧損,但不同樣品間的曲線形態(tài)差異較大,反映其具有不同的源區(qū)。已有研究結(jié)果表明,基性巖中Eu異常的發(fā)生最主要與斜長(zhǎng)石有關(guān),高的δEu值與斜長(zhǎng)石的堆晶有關(guān),而低的δEu值則與斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶有關(guān)。盤古河上游早古生代中基性雜巖體各巖石樣品δEu=0.77～2.06,多數(shù)樣品具微弱的負(fù)Eu異常,表明大多數(shù)巖石樣品斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分異不明顯,少量樣品(PM05YQ3、PM05YQ4)具正Eu異常,暗示經(jīng)歷了不同程度的斜長(zhǎng)石堆晶作用。在玄武質(zhì)巖漿中,除了2+、3+價(jià)過(guò)渡元素和石榴子石中的重稀土之外,大多數(shù)元素具有較低的礦物—熔體分配系數(shù),隨著玄武質(zhì)巖漿演化程度的提高,稀土總量逐漸升高(White,2001)。研究區(qū)基性雜巖體巖石樣品稀土元素總量(ΣREE)變化大,介于12.50×10-6～220.15×10-6,值得注意的是,隨著稀土總量的升高,δEu值逐漸降低,即從正銪異常向弱的負(fù)銪異常轉(zhuǎn)變(圖6a),共同顯示該雜巖體原生巖漿經(jīng)歷了不同程度的演化。

圖6 大興安嶺盤古河上游中基性雜巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(b)(球粒隕石和原始地幔數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagrams (b) for intermediate—basic complex in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains(after Sun and McDonough, 1989)

從微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖6b)上可以明顯看出,所有巖石樣品具有較為一致的曲線模型,相對(duì)富集Rb、Ba、U、K、Pb和Sr等大離子親石元素及放射性元素,而明顯虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素,具有類似俯沖帶巖石的特征(Rudnick and Gao,2003),與火山弧玄武巖的地球化學(xué)特征相似。

4 討論

4.1 形成時(shí)代

盤古河上游早古生代中基性雜巖體出露面積較小,不同巖石類型間一般為漸變過(guò)渡或斷層接觸,其上被白堊紀(jì)地層不整合覆蓋,局部被早白堊世正長(zhǎng)斑巖侵入,由于植被覆蓋嚴(yán)重,該巖體與周圍花崗質(zhì)巖體接觸關(guān)系不明。黑龍江省地質(zhì)調(diào)查總院齊齊哈爾分院?在橄欖輝石巖中取得的Sm-Nd全巖模式年齡為600±44 Ma,故將其時(shí)代置于新元古代,并認(rèn)為圍巖二長(zhǎng)花崗巖侵入其中。最近,趙碩(2017)對(duì)該雜巖體邊部位置的角閃輝長(zhǎng)巖進(jìn)行了測(cè)年工作,獲得了483±2 Ma(MSWD=0.36,n=15)和499±3 Ma(MSWD=0.33,n=9)兩組206Pb/238U加權(quán)平均年齡,并認(rèn)為483±2 Ma代表了該巖體的形成時(shí)代。

為準(zhǔn)確厘定該雜巖體的形成時(shí)代,筆者等通過(guò)LA-MS-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析方法對(duì)盤古河上游雜巖體中心位置的角閃輝長(zhǎng)巖做了詳細(xì)的年代學(xué)分析測(cè)試工作,同時(shí)對(duì)其南側(cè)的細(xì)粒斑狀含黑云二長(zhǎng)花崗巖也進(jìn)行了同位素測(cè)年。其中,角閃輝長(zhǎng)巖樣品測(cè)年結(jié)果為479.2±2.1 Ma(MSWD=0.57,n=23),與趙碩(2017)獲得的年齡在誤差范圍內(nèi)一致,表明它們的侵位時(shí)代為早奧陶世,共同為該雜巖體的形成時(shí)代提供了精準(zhǔn)約束。在雜巖體南側(cè)含黑云二長(zhǎng)花崗巖中獲得的鋯石U-Pb年齡為774.1±3.8 Ma(待發(fā)表數(shù)據(jù)),表明該花崗質(zhì)圍巖的形成時(shí)代為新元古代,而并非前人認(rèn)為的寒武紀(jì),故盤古河上游中基性雜巖體侵入于二長(zhǎng)花崗巖之中。

4.2 地殼混染與分離結(jié)晶作用

基性巖一般起源于巖石圈地幔或軟流圈地幔,而大陸地殼常強(qiáng)烈虧損Nb、Ta等元素(Rudnick and Gao,2003),如果幔源巖漿經(jīng)歷了一定規(guī)模的陸殼混染作用往往會(huì)形成類似俯沖帶巖漿巖的特征(Ernst et al., 2005;夏林圻等,2007;Xia Linqi,2014)。盤古河上游早古生代中基性雜巖體樣品均表現(xiàn)為富集大離子親石元素和輕稀土,而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素,顯示明顯的Nb、Ta負(fù)異常(圖5b),具有俯沖帶巖漿特征,暗示幔源巖漿可能受到了地殼混染作用,而細(xì)粒角閃輝長(zhǎng)巖樣品中出現(xiàn)有少量寒武紀(jì)捕獲或繼承鋯石,表明巖漿上升過(guò)程中受到了圍巖的混染作用。前人研究表明,來(lái)自深部地幔物質(zhì)的巖漿在上升過(guò)程中受到地殼物質(zhì)混染作用時(shí),其La/Sm值會(huì)迅速升高(>5)(Lassiter et al., 1997;徐義剛,1999;張招崇和王福生,2004;贠杰等,2017),盤古河上游早古生代中基性雜巖體樣品的La/Sm值為2.30～6.83,平均4.64,大多數(shù)樣品的La/Sm值小于5,暗示陸殼物質(zhì)混染的程度較低。此外,樣品低SiO2(40.74%～54.95%,平均48.09%)和較高的Mg#值(47～79,平均61),同樣說(shuō)明巖漿侵位過(guò)程中地殼物質(zhì)的混染是有限的,因此判定其并未受到明顯的地殼混染作用,它們的Nb、Ta元素負(fù)異常是繼承巖漿源區(qū)的地球化學(xué)特征。

盤古河上游早古生代中基性雜巖體具有變化范圍較大的Mg#值(47～79)和Cr(17.4×10-6～603×10-6)、Ni(6×10-6～123×10-6)含量,多數(shù)樣品的含量明顯低于原生基性巖漿的Mg#值(68～75)(Tatsumi and Ishizaka,1981;Wilson,1989)、Cr(500×10-6～600×10-6)和Ni(250×10-6～350×10-6)含量(Perfit,1980;Hergt et al., 1991),暗示其在巖漿演化過(guò)程中存在一定程度的鎂鐵質(zhì)礦物(如尖晶石、輝石、角閃石等)的分離結(jié)晶,這與樣品中暗色礦物主要為輝石和角閃石相一致。微量元素蜘蛛圖顯示樣品具有強(qiáng)度不等的Ti、P負(fù)異常,表明巖漿演化過(guò)程中可能發(fā)生了不同程度的Ti—Fe氧化物和磷灰石的分離結(jié)晶作用。

4.3 巖石成因及源區(qū)特征

盤古河上游早古生代中基性雜巖體具有低硅(SiO2=40.74%～54.95%)和高鎂(MgO=3.36%～17.78%)的特征,暗示其巖漿來(lái)源于地幔物質(zhì)的部分熔融,且所有樣品Mg#值(47～79)均大于45,與下地殼基性巖部分熔融所形成的低硅、低Mg#(常小于40)熔體明顯不同(Rapp and Watson,1995;Rapp et al.,1999),進(jìn)一步表明其來(lái)源于地幔物質(zhì)的部分熔融。起源于巖石圈地幔的巖石相對(duì)原始地幔常富集大離子親石元素和輕稀土元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta),而起源于軟流圈地幔的物質(zhì)往往同時(shí)富集大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素(Sun and McDonough,1989;Ewart et al., 1998;Elliott et al., 2003;張永明等,2019;那福超等,2022)。研究區(qū)早古生代中基性雜巖體富集大離子親石元素,虧損Nb、Ta、Ti和P等高場(chǎng)強(qiáng)元素,與起源于軟流圈地幔的巖石存在明顯差異。源于軟流圈地幔的基性巖La/Nb值一般小于1.5,La/Ta值小于22,而巖石圈地幔來(lái)源的基性巖則恰恰相反(Thompson and Morrison,1988;Watson,1993;Smith et al., 1999)。研究區(qū)早古生代中基性雜巖體La/Nb和La/Ta值分別為2.16～32.75(平均值6.96)、7.53～61.23(平均值35.89,僅Gs34樣品小于22),表明其巖漿源區(qū)主要為巖石圈地幔。另外,區(qū)內(nèi)早奧陶世雜巖體普遍含有角閃石和黑云母,說(shuō)明巖漿中富含揮發(fā)分,其源區(qū)是濕的而不是干的,這種特點(diǎn)同樣說(shuō)明其源區(qū)為巖石圈地幔(張招崇等,2009;鄧晉福等,2015b)。

前期分析顯示盤古河上游早古生代中基性雜巖體未遭受明顯的地殼混染作用,其地球化學(xué)特征是繼承巖漿源區(qū)的,該中基性雜巖體以(高鉀)鈣堿性為特征(圖5b),蛛網(wǎng)圖中富集大離子親石元素和輕稀土元素,相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素,與弧巖漿巖特征相似,表明地幔源區(qū)曾遭受俯沖流體或熔體的改造(Rudnick and Gao,2003)。研究結(jié)果顯示,弧巖漿中90%的Th來(lái)自俯沖的沉積物(Hawkesworth et al., 1997),有俯沖沉積物熔體加入的源區(qū)部分熔融產(chǎn)生的巖漿Th/Yb值通常大于2,而流體交代富集源區(qū)部分熔融產(chǎn)生的巖漿Th/Yb值通常小于1(Woodhead et al., 2001)。盤古河上游早古生代中基性雜巖體Th/Yb值為0.75～3.04,絕大多數(shù)樣品小于2,顯示巖漿源區(qū)巖石圈地幔以俯沖流體交代為主,沉積物熔體交代為輔的特征。

區(qū)域上,在研究區(qū)東南側(cè)不遠(yuǎn)的塔河和翠崗地區(qū)發(fā)育有476～490 Ma的“雙峰式”火成巖(葛文春等,2005;趙碩,2017),與區(qū)內(nèi)中基性雜巖體的成巖時(shí)代相近,而且它們的地球化學(xué)特征和鋯石Hf同位素也十分相似(張彥龍等,2010;趙碩,2017),應(yīng)具有相同的構(gòu)造環(huán)境和巖石成因。鋯石Hf同位素組成很少受到后期地質(zhì)作用的影響,可以作為探討巖漿源區(qū)屬性的重要約束。趙碩(2017)在研究區(qū)內(nèi)～483 Ma角閃輝長(zhǎng)巖中獲得的鋯石εHf(t)為+1.9～+4.0,表明其來(lái)源于源區(qū)相對(duì)虧損組分的部分熔融,對(duì)應(yīng)的一階段模式年齡TDM1為927～1012 Ma,二階段模式年齡TDM2變化范圍為1099～1229 Ma,說(shuō)明區(qū)內(nèi)早古生代中基性雜巖體來(lái)源于中—新元古代虧損巖石圈地幔。

盤古河上游早古生代中基性雜巖體樣品稀土配分曲線均呈明顯的右傾型,HREE不平坦,暗示其源區(qū)為石榴石穩(wěn)定區(qū)域(Henderson,1982;McKenzie et al., 1991),部分熔融作用發(fā)生在巖石圈地幔較深的位置。稀土元素含量和比值在限定幔源巖漿源區(qū)及其部分熔融程度過(guò)程中十分有效,石榴子石強(qiáng)烈富集重稀土元素,對(duì)輕稀土元素則為強(qiáng)不相容元素,而尖晶石對(duì)輕、重稀土元素均不相容。因此,Sm/Yb值可以用來(lái)判斷地幔源區(qū)的礦物相,如果巖漿源區(qū)是石榴子石二輝橄欖巖部分熔融時(shí),產(chǎn)生的熔體具有高于地幔源區(qū)的Sm/Yb值,而當(dāng)巖漿源區(qū)為尖晶石二輝橄欖巖部分熔融時(shí),會(huì)形成與地幔源區(qū)相似的Sm/Yb值(Aldanmaz et al., 2000,Xu Yigang et al., 2005)。在Sm/Yb—Sm圖解中(圖7),盤古河上游早古生代中基性雜巖體絕大多數(shù)巖石樣品位于尖晶石—石榴子石(50∶50)二輝橄欖巖與石榴子石二輝橄欖巖部分熔融線之間,而PM05YQ4樣品落在尖晶石二輝橄欖巖部分熔融線上,可能受堆晶作用影響,造成其Sm值偏低而顯示較高的部分熔融程度;在Sm/Yb—La/Yb圖解中(圖8),多數(shù)樣品位于尖晶石二輝橄欖巖與石榴子石二輝橄欖巖之間的部分熔融線上,而PM05YQ4樣品落在尖晶石二輝橄欖巖部分熔融線上;以上綜合表明該雜巖體多數(shù)樣品巖漿源區(qū)為含尖晶石的石榴子石二輝橄欖巖源區(qū),其源區(qū)部分熔融程度可能在10%～20%之間不等,個(gè)別巖石樣品(PM05YQ4)源區(qū)為尖晶石二輝橄欖巖,可能是尖晶石二輝橄欖巖低程度部分熔融的產(chǎn)物。

圖7 大興安嶺盤古河上游早古生代中基性雜巖體Sm/Yb—Sm判別圖解(據(jù)Aldanmaz et al., 2000)Fig.7 Diagramsof Sm/Yb—Sm for intermediate—basic complex in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains (after Aldanmaz et al., 2000)

綜上所述,盤古河上游早古生代中基性雜巖體巖漿起源于以遭受俯沖流體交代為主、沉積物熔體交代為輔的中—新元古代虧損巖石圈地幔,源區(qū)主體為含尖晶石的石榴子石二輝橄欖巖,少數(shù)為尖晶石二輝橄欖巖,它們經(jīng)歷了不同程度的巖漿演化。

4.4 構(gòu)造環(huán)境

額爾古納地塊位于大興安嶺北部,傳統(tǒng)上將興華渡口群、佳疙瘩群視為該地塊的古老基底,認(rèn)為其形成于古元古代。隨著高精度鋯石U-Pb定年技術(shù)的發(fā)展,上述古老基底已被解體,其主體形成于古生代,少量為新元古代(苗來(lái)成等,2007;Zhou Jianbo et al., 2011;Wu Fuyuan et al., 2011)。近年來(lái),一些學(xué)者對(duì)額爾古納地塊基底性質(zhì)進(jìn)行了研究并取得了重要進(jìn)展。邵軍(2015)在對(duì)得爾布爾鎮(zhèn)西南部比利亞谷鉛鋅多金屬礦床鉆孔內(nèi)的片麻狀二長(zhǎng)花崗巖中得到了2606±17 Ma鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡。Hou Wenzhu等(2020)在漠河附近發(fā)現(xiàn)了2464±26 Ma的正片麻巖。另外,在額爾古納地塊東北部的韓家園鎮(zhèn)附近,孫立新等(2013)、Li Gongyu等(2019)和Sun Chenyang等(2019)在此分別報(bào)道了1741±30 Ma、1837±5 Ma、1785±45 Ma、1860±20 Ma和1861±4 Ma的花崗片麻巖鋯石U-Pb年齡。以上工作均證實(shí)額爾古納地塊是一個(gè)具有新太古代—古元古代基底的古老陸塊。

盤古河上游早古生代中基性雜巖體地處額爾古納地塊內(nèi)部,但巖石樣品均富集大離子親石元素Rb、Ba、U、K、Pb和Sr等大離子親石元素及放射性元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti,具有消減帶巖漿巖的標(biāo)志性特征。在適合玄武質(zhì)巖漿巖的Th/Yb—Ta/Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖解中(圖9a),區(qū)內(nèi)早古生代中基性雜巖體除一個(gè)樣品(Gs34)外,其余樣品均落入活動(dòng)大陸邊緣區(qū)域及附近;在Hf/3—Th—Nb/16圖解上全部落入島弧鈣堿性玄武巖區(qū)域內(nèi)(圖9b)。以上分析顯示研究區(qū)早古生代中基性雜巖體可能形成于活動(dòng)大陸邊緣弧。但上述特征同樣可以出現(xiàn)在陸內(nèi)伸展環(huán)境,可能是由經(jīng)歷了古板塊俯沖改造的巖石圈地幔部分熔融而成(夏林圻等,2007)。這是因?yàn)樯鲜雠袆e標(biāo)志大多數(shù)是根據(jù)對(duì)大洋環(huán)境的研究而建立的,不能很好地解決大陸及洋陸結(jié)合帶這種復(fù)雜構(gòu)造環(huán)境的判別(汪云亮等,2001),以至于火山弧、弧后伸展環(huán)境及陸內(nèi)裂谷等構(gòu)造背景的火成巖在上述判別圖解中常落在相同的區(qū)域。對(duì)于上述具有消減帶信號(hào)的基性巖,可以根據(jù)Zr含量和Zr/Y值,或利用Zr/Y—Zr圖解,判斷它們是否真正是島弧或活動(dòng)大陸邊緣玄武巖(夏林圻等,2007)。在Zr/Y—Zr判別圖解(圖9c)中,研究區(qū)古生代中基性雜巖體則多屬于Zr/Y值較大的板內(nèi)玄武巖區(qū)域范疇,指示其侵位于板內(nèi)拉張構(gòu)造背景。Th/Hf—Ta/Hf圖解也能夠有效區(qū)分大陸板內(nèi)與俯沖帶環(huán)境玄武巖(汪云亮等,2001),區(qū)內(nèi)早古生代中基性雜巖體樣品在Th/Hf—Ta/Hf圖解上多投點(diǎn)于大陸拉張帶(或初始裂谷)玄武巖區(qū)及其附近(圖9d),同樣顯示其形成于大陸板內(nèi)張性環(huán)境,與前人對(duì)同時(shí)代花崗巖的研究結(jié)果一致(Wu Fuyuan et al., 2011;趙碩,2017;吳瓊等,2019;景妍等,2022),個(gè)別落入了地幔熱柱玄武巖區(qū),暗示可能有軟流圈物質(zhì)的貢獻(xiàn)。

圖9 大興安嶺盤古河上游早古生代中基性雜巖體的構(gòu)造環(huán)境地球化學(xué)判別圖解: (a)Th/Yb—Ta/Yb圖解(據(jù)Pearce,1982);(b)Hf/3—Th—Nb/16圖解(據(jù)Wood,1980);(c)Zr/Y—Zr圖解(據(jù)Pearce and Norry,1979);(d)Th/Hf—Ta/Hf圖解(據(jù)汪云亮等,2001)Fig.9 Tectonic discrimination diagrams for intermediate—basic complex in the upper reaches of Pangu River, Great Hinggan Mountains: (a)Th/Yb vs. Ta/Yb (after Pearce, 1982);(b)Hf/3—Th—Nb/16(after Wood, 1980);(c)Zr/Y vs. Zr(after Pearce and Norry, 1979);(d)Th/Hf vs. Ta/Hf(after Wamg Yunliang et al., 2001)

判斷一個(gè)地區(qū)玄武質(zhì)巖石是形成于大陸板內(nèi)環(huán)境還是形成于島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境,比較可行的辦法除了仔細(xì)分析研究火成巖系的巖石共生組合特點(diǎn)及其地球化學(xué)特征,還有就是對(duì)該區(qū)同時(shí)期火山巖系產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景和與火山巖系共生的沉積巖系特點(diǎn)進(jìn)行全面的綜合研究分析(夏林圻等,2007)。汪巖等(2017)在塔河瓦拉干林場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的一套～500 Ma的中基性火山巖,該套巖石無(wú)任何變質(zhì)變形,巖石類型以粗面玄武巖和玄武粗安巖為主,少見玄武安山巖,巖石中普遍含有橄欖石斑晶,且具有與研究區(qū)中基性雜巖體十分相似的地球化學(xué)特征,均屬(高鉀)鈣堿性系列,輕稀土富集,重稀土相對(duì)虧損,富集Rb、Ba、Sr、K,虧損Nb、Ta、Ti,且同樣具有較高的Zr/Y值。鄭全波等(2018)在富克山地區(qū)原興華渡口群中發(fā)現(xiàn)了一套早奧陶世(～487 Ma)基性火山巖,該套火山巖經(jīng)過(guò)了高綠片巖相—低角閃巖相的變質(zhì)作用。另外,包括研究區(qū)在內(nèi)的額爾古納地塊東南緣廣泛發(fā)育有倭勒根群,前人將其歸屬為新元古代—早寒武世。最新研究資料顯示,倭勒根群是一套時(shí)間跨越寒武紀(jì)到志留紀(jì)的火山-沉積巖石地層組合,且整體表現(xiàn)為淺海相沉積的特征(苗來(lái)成等,2007;孫巍等,2014;杜海濤,2016;劉玉等,2016;姜迎久等,2019;蔣立偉,2019;杜兵盈等,2022),而并非前人認(rèn)為的新元古代—早寒武世,其中新林地區(qū)倭勒根群之中的477 Ma細(xì)碧巖形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境(劉玉等,2016)。

上述研究表明,盤古河上游早古生代中基性雜巖體形成于大陸拉張帶(或初始裂谷)的構(gòu)造背景,額爾古納地塊在早古生代(至少在～500 Ma以后)為板內(nèi)張性環(huán)境,產(chǎn)生了包括研究區(qū)在內(nèi)的一系列中基性雜巖體和酸性巖,同時(shí)在拉張環(huán)境下沉積了一套以早古生代倭勒根群為代表的連續(xù)的淺海相沉積建造。

4.5 構(gòu)造演化及動(dòng)力學(xué)意義

目前,對(duì)額爾古納地塊大量新元古代伸展巖漿事件(851～738 Ma)和以額爾古納河群(795～738 Ma)為代表陸相—淺海相沉積建造的構(gòu)造背景已基本達(dá)成一致,為Rodinia超大陸裂解事件的產(chǎn)物(Wu Fuyuan et al., 2011;Tang Jie et al., 2013;Zhang Yihan et al., 2014;馮志強(qiáng),2015;趙碩,2017),且與塔里木克拉通具有構(gòu)造親緣性(趙碩,2017)。但對(duì)額爾古納地塊早古生代地質(zhì)體的構(gòu)造背景存在不同認(rèn)識(shí)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是額爾古納地塊與興安地塊拼貼后的后造山構(gòu)造背景(葛文春等,2005;隋振民等,2006;張彥龍等,2010;馮志強(qiáng)等,2014;Zhou Jianbo et al., 2015;趙碩,2017;柴明春等,2018;杜兵盈等,2019;景妍等,2022),塔河雜巖體為該構(gòu)造背景的產(chǎn)物(葛文春等,2005;張彥龍等,2010);另有部分學(xué)者認(rèn)為額爾古納地塊早古生代地質(zhì)體形成于西伯利亞板塊與額爾古納地塊碰撞造山后構(gòu)造背景(武廣等,2005;秦秀峰等,2007;王佰義,2019;吳瓊等,2019;張冬冬等,2022;周傳芳等,2022);還有學(xué)者認(rèn)為額爾古納地塊北緣及東北緣早古生代花崗巖形成機(jī)制不同,前者形成于額爾古納地塊與西伯利亞古陸及蒙古—圖瓦地塊碰撞、拼接后伸展背景下,而后者主要形成于額爾古納與興安地塊碰撞伸展背景下(鞏鑫等,2022)。

從前述分析可知包括研究區(qū)中基性雜巖體在內(nèi)的額爾古納地塊早古生代火成巖均形成于板內(nèi)拉張環(huán)境,那么這種伸展構(gòu)造背景到底與何種構(gòu)造體系有關(guān)?亦或是同時(shí)受上述兩種構(gòu)造體系控制?回答上述問(wèn)題關(guān)鍵在于新林—喜桂圖洋閉合時(shí)限的界定及額爾古納與興安地塊的碰撞拼合時(shí)代。

額爾古納地塊早古生代地質(zhì)體很可能不是額爾古納地塊與興安地塊拼貼后造山構(gòu)造背景的產(chǎn)物,而與西伯利亞板塊和額爾古納地塊之間的俯沖碰撞有關(guān)。理由如下:新林—喜桂圖蛇綠混雜巖帶中環(huán)二庫(kù)696.8 Ma輝長(zhǎng)巖(杜兵盈等,2017)、吉峰647 Ma輝長(zhǎng)巖(馮志強(qiáng),2015)和嘎仙628 Ma輝石巖(佘宏全等,2012)的出現(xiàn),表明額爾古納地塊與興安地塊之間已經(jīng)發(fā)育有成熟的新元古代古洋盆。Zhou Jianbo等(2015)在該蛇綠混雜巖帶西南段頭道橋地區(qū)發(fā)現(xiàn)的具OIB和N-MORB性質(zhì)的藍(lán)片巖原巖為玄武巖,測(cè)得原巖鋯石U-Pb年齡為511～517 Ma,其形成環(huán)境與寒武紀(jì)的洋內(nèi)(新林—喜桂圖洋)俯沖有關(guān)。孫巍等(2014)對(duì)新林地區(qū)倭勒根群大網(wǎng)子組火山巖和沉積巖進(jìn)行了鋯石U-Pb定年,結(jié)果表明倭勒根群淺變質(zhì)巖系是一套從寒武紀(jì)到早志留世的巖石地層組合,認(rèn)為新林蛇綠巖的構(gòu)造侵位時(shí)間不早于早奧陶世。最近,陳洋(2020)提出額爾古納地塊與興安地塊在寒武紀(jì)晚期至早奧陶世并未完全拼合在一起,烏奴耳—新林蛇綠混雜巖帶西南段仍存在洋盆。以上研究表明額爾古納地塊與興安地塊在寒武紀(jì)至早奧陶世并未拼合在一起,故該時(shí)期也就不存在所認(rèn)為的額爾古納地塊與興安地塊拼貼后的后造山構(gòu)造背景。

最新資料顯示,額爾古納地塊東南緣未見有大規(guī)模新元古代晚期—寒武紀(jì)早期與俯沖相關(guān)的火成巖,僅在環(huán)二庫(kù)和新林蛇綠混雜巖中分別見有零星二長(zhǎng)花崗巖(574～571 Ma)和花崗閃長(zhǎng)巖(557 Ma)(劉宇崴等,2017;Gou Jun et al., 2020),且認(rèn)為環(huán)二庫(kù)花崗閃長(zhǎng)巖形成于洋內(nèi)俯沖島弧環(huán)境(劉宇崴等,2017),頭道橋地區(qū)在寒武紀(jì)(511～517 Ma)仍存在新林—喜桂圖洋內(nèi)俯沖(Zhou Jianbo et al., 2015),同時(shí)在額爾古納地塊東南緣早古生代雙峰式火成巖中少有新元古代晚期繼承或捕獲鋯石(葛文春等,2005;隋振民等,2006;馮志強(qiáng)等,2014;Zhou Jianbo et al., 2015;趙碩,2017;柴明春等,2018;杜兵盈等,2019),上述情況均不支持新林—喜桂圖洋在新元古代晚期持續(xù)向額爾古納地塊之下俯沖。而俄羅斯境內(nèi)的額爾古納地塊北緣存在較大規(guī)模與俯沖作用相關(guān)的石英閃長(zhǎng)巖(607±8 Ma)、輝長(zhǎng)巖(583±6 Ma)和英安巖(546±14 Ma),說(shuō)明額爾古納地塊北部邊緣在新元古代晚期處于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境(Sorokin et al., 2015a,b)。同時(shí)額爾古納地塊上少有542～517 Ma的巖漿事件和沉積記錄(趙碩,2017),表明額爾古納地塊在寒武紀(jì)早期整體處于隆升剝蝕階段,可能處于同碰撞階段(主碰撞期不利于巖漿上升)。隨后在額爾古納地塊北緣發(fā)育的517～504 Ma洛古河巖體形成于擠壓體制向拉張?bào)w制轉(zhuǎn)換的構(gòu)造環(huán)境(武廣等,2005)。漠河地區(qū)發(fā)育的502 Ma Ⅱ型“埃達(dá)克質(zhì)”巖表明該區(qū)早古生代存在加厚的地殼(秦秀峰等,2007),在西伯利亞克拉通南側(cè)的貝加爾地區(qū)、蒙古—圖瓦地塊北側(cè)也存在同期巖漿行動(dòng)(Salnikova et al., 1998;2001),位于北極村、漠河和紅旗一帶出露的變質(zhì)雜巖是由一系列～500 Ma高級(jí)變質(zhì)成因的孔茲巖系構(gòu)成,以上均暗示額爾古納地塊與西伯利亞克拉通南側(cè)在早古生代早期可能已經(jīng)完成了構(gòu)造拼貼,先前分隔二者的古大洋業(yè)已關(guān)閉(秦秀峰等,2007;周建波等,2011)。之后進(jìn)入后造山板內(nèi)伸展階段,形成了500～480 Ma后碰撞花崗巖到A型花崗巖的過(guò)渡(吳瓊等,2019),也會(huì)有部分顯示I型花崗巖特征(景妍等,2022),并伴有塔河、盤古河上游等同時(shí)期中基性火成巖(本文;葛文春等,2005;汪巖等,2017;趙碩,2017),構(gòu)成了額爾古納地塊早古生代顯著的“雙峰式”火成巖。

綜合以上研究,額爾古納地塊早古生代(雙峰式)火成巖可能的成巖地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程描述如下:在新元古代晚期(>540 Ma),額爾古納地塊北緣處于俯沖作用的大陸邊緣弧環(huán)境,在形成陸緣弧火山巖的同時(shí),弧巖漿底侵逐步形成富水巖石圈地幔;在早古生代早期(540～504 Ma),額爾古納地塊與西伯利亞板塊碰撞擠壓形成加厚地殼并逐漸向拉張?bào)w制轉(zhuǎn)變;在寒武紀(jì)苗嶺世(<504 Ma),隨著俯沖洋殼斷裂,軟流圈地幔上涌,該區(qū)進(jìn)入后碰撞伸展環(huán)境,先前的富水巖石圈地幔發(fā)生減壓熔融,基性—超基性巖漿沿著深大斷裂上升侵位,形成了包括塔河、盤古河上游等雜巖體在內(nèi)的早古生代鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)侵入體,局部噴出地表形成板內(nèi)玄武巖;底侵基性—超基性巖漿的巨大熱量導(dǎo)致下地殼物質(zhì)部分熔融,形成了額爾古納地塊廣泛發(fā)育的早古生代多種類型的酸性侵入體,局部巖漿混合可以形成閃長(zhǎng)質(zhì)巖石。

5 結(jié)論

(1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果顯示大興安嶺北段盤古河上游角閃輝長(zhǎng)巖形成時(shí)代為479.2±2.1 Ma。結(jié)合前人年代學(xué)資料,盤古河上游中基性雜巖體形成于早奧陶世。

(2)盤古河上游早古生代中基性雜巖體屬(高鉀)鈣堿性系列,富集輕稀土和大離子親石元素(Rb、Ba、U、K、Pb和Sr),虧損Nb、Ta、Ti、P等高場(chǎng)強(qiáng)元素,顯示與島弧巖漿巖相似的地球化學(xué)特征,巖漿源自以板片流體交代為主、沉積物熔體交代為輔的虧損巖石圈地幔,源區(qū)主體為含尖晶石石榴子石二輝橄欖巖,少量巖石為尖晶石二輝橄欖巖部分熔融的產(chǎn)物。

(3)盤古河上游早古生代中基性雜巖體形成于大陸拉張帶(或初始裂谷)的構(gòu)造環(huán)境,可能與西伯利亞板塊和額爾古納地塊碰撞后巖石圈伸展背景有關(guān)。

致謝：在野外調(diào)查過(guò)程中得到了項(xiàng)目組成員吳連亨高級(jí)工程師、賈立民高級(jí)工程師、王建儒高級(jí)技師、李豐工程師、鞠佳興助理工程師等人的幫助。感謝審稿專家及編委會(huì)對(duì)論文認(rèn)真的審閱和提出的寶貴意見。

注 釋 / Note

? 黑龍江省地質(zhì)調(diào)查總院齊齊哈爾分院. 2000. 黑龍江省1∶25萬(wàn)呼中鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.