Chronology and spatiotemporal distribution of Pre-Mesozoic granites in northeast China
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摘要:
通过东北1：150万、1：250万地质编图，系统梳理总结了东北地区花岗岩类时空格局。东北地区的花岗岩类岩石分布广泛，活动时代漫长，从太古宙直到新生代呈多幕式展现。收集、梳理了394件前中生代花岗岩类同位素测年数据，锆石年龄总体上出现3350 Ma，3150 Ma，2550~2450 Ma，2200 Ma，1800 Ma，950 Ma，800 Ma，500 Ma和300 Ma九个明显高峰值和大于3600 Ma，2900~2700 Ma，2400~2250 Ma，2100~1900 Ma，1700~1500 Ma，1400~1300 Ma，和1150~950 Ma 7个空白年龄段，年龄数据的高峰值恰好与研究区基底形成、陆壳生长、超大陆汇聚及分离、地块俯冲、碰撞、拼贴等主要构造事件时间点吻合，反映了研究区构造演化历史。在时空分布上，太古宙花岗岩类主要分布于华北古陆区的辽东鞍山、本溪、清原，辽西建平、锦州，辽南大连和吉南地区；加里东期花岗岩类集中分布在额尔古纳、佳木斯、张广才岭、大兴安岭北端，但在华北古陆上较少；华力西期花岗岩类分布在额尔古纳、大兴安岭主脊、张广才岭—小兴安岭、延边-绥芬河及沿索伦—西拉木伦—长春—延吉一线两侧。
Abstract:Based on the 1:1 500 000 scale and 1:2 500 000 scale geological mapping, the spatial and temporal pattern of granitoids in northeast China is systematically summarized.The granitoids in northeast China are characterized by wide distribution and long active age with multistage from Archean to Cenozoic.The zircon dating of 394 samples reveals 9 distinct peaks of ages, namely 3350 Ma, 3150 Ma, 2550~2450 Ma, 2200 Ma, 1800 Ma, 950 Ma, 800 Ma, 500 Ma, and 300 Ma, and seven blank segments, namely > 3600 Ma, 2900~2700 Ma, 2400~2250 Ma, 2100~1900 Ma, 1700~1500 Ma, 1400~1300 Ma and 1150~950 Ma.The peak value of data coincides with the time points of major tectonic events such as basement formation, continental crust growth, supercontinental convergence and separation, subduction, collision and collage, reflecting the tectonic evolution history of the study area.In terms of spatial and temporal distribution, Archean granites are mainly distributed in Anshan, Benxi, Qingyuan of eastern Liaoning, Jianping and Jinzhou in western Liaoning, Dalian in southern Liaoning and southern Jilin.Caledonian granitoids are concentrated in the northern part of Erguna, Jiamusi, Zhangguangcailing and Greater Khingan Range, but a few in the North China craton.Variscan granitoids are distributed in Erguna, Daxinganling main ridge, and two sides of Zhangguangcailing-Xiaoxinganling line, Yanbian-Suifen River line and Soren-Silamulun-Changchun-Yanji line.
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Keywords:
- northeast China /
- granite /
- Pre-Mesozoic /
- isotopic age
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俯冲增生杂岩带指保存在会聚带中的洋盆消亡的残迹，是在海洋板块俯冲过程中被刮削下来的海沟浊积岩、远洋沉积物和大洋板块残片，经构造搬运堆积在岛弧前的上覆板块前端形成的楔形地质体，是消减带的重要组成部分[1]。俯冲增生杂岩带的厘定是区域地质构造研究的纲，是研究区域成矿地质背景的关键。甘孜-理塘俯冲增生杂岩带是东特提斯构造域晚古生代—三叠纪羌塘-三江多岛弧盆系的重要组成部分[1]，对研究三江地区构造演化特征具有重要意义。
前人对甘孜-理塘俯冲增生杂岩带从岩石学、年代学、古生物学、构造学等方面进行了研究[2-7]，对甘孜-理塘洋的形成时代、规模、形成机制持有不同的认识。曲晓明等[8]认为，金沙江洋洋壳快速向西俯冲，扬子陆块西缘由于受到金沙江洋盆俯冲盘的强烈牵拉, 于甘孜—理塘一带发生裂离形成甘孜-理塘洋盆；有学者认为甘孜-理塘洋是受峨眉山地幔柱构造作用影响形成的[9-10]；对于甘孜-理塘洋形成时代有学者根据俯冲增生杂岩带内产出的放射虫硅质岩认为在早泥盆世就已经形成洋[11-12]，部分学者根据该带内产出的基性熔岩岩石组合及两侧地层的沉积建造、火山岩等资料认为甘孜-理塘洋壳形成于二叠纪[13-17]。这些不同认识制约了对甘孜-理塘俯冲增生杂岩带，甚至整个羌塘-三江多岛弧盆系时空结构及构造演化的认识。
本文以龙蟠蛇绿岩带中的辉绿岩和玄武岩作为研究对象，重点从岩石学、地球化学、年代学等方面研究其物质组成、形成时代、大地构造环境等，为甘孜-理塘洋盆形成时限及其构造背景提供精确的年代学和岩石地球化学依据，为甘孜-理塘洋的构造演化提供新证据。
1. 区域地质背景
甘孜-理塘俯冲增生杂岩带北西起自青海治多，经玉树歇武寺，向南东在四川甘孜转向南，经理塘，至木里一带，向南西经三江口、虎跳峡，最终尖灭在丽江石鼓镇南侧，呈一北西—南东向的不对称反“S”型构造带[1, 18-20](图 1-a)，长约700 km，宽5~20 km[21]。该带北部治多—玉树一带主要是辉长岩、枕状玄武岩、硅质岩及少量超基性岩、灰岩岩块与复理石砂板岩构成的混杂岩带；理塘一带主要为洋脊型枕状玄武岩、碱性块状玄武岩、苦橄岩、辉长岩、辉石岩和放射虫硅质岩；在甘孜以辉长岩为主，其次为玄武岩、堆晶辉长岩、纯橄岩及硅质岩[22]；三江口一带主要为枕状玄武岩、角砾状玄武岩、苦橄岩及辉石岩、放射虫硅质岩，并发育蓝闪石片岩[23]；按照蛇绿岩定义的较完整的剖面出露于理塘禾尼一带，蛇绿岩各单元出露较齐全[13], 其余地方均以被肢解的残块形式出露。
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图 1 三江地区大地构造分区(a)和研究区地质简图(b)(据参考文献①修改)Ⅰ—扬子陆块；Ⅱ—甘孜—理塘俯冲增生杂岩带；Ⅲ—义敦岛弧带；Ⅳ—中咱地块；Ⅴ—金沙江俯冲增生杂岩带；Ⅵ—江达-维西火山弧；1—下泥盆统冉家湾组；2—中泥盆统穷错组；3—中泥盆统苍纳组；4—中上二叠统冈达概组；5—上二叠统峨眉山玄武岩；6—下三叠统青天堡组；7—大理岩岩块；8—绿片岩；9—板岩；10—灰岩岩块；11—变玄武岩岩块；12—千枚岩；13—硅泥质岩岩块；14—辉绿岩岩块；15—断层(粗线代表混杂岩带边界断裂)；16—整合接触；17—剖面位置及采样点Figure 1. Geotectonic position of the Sanjiang area(a)and regional geological map of the study area(b)龙蟠蛇绿混杂岩出露于丽江西北侧金沙江边龙蟠乡两侧，呈北北东向展布，东西宽约4 km(图 1-b)。在礼仁村至老虎箐电站蛇绿混杂岩剖面观察，辉绿(辉长)岩呈构造透镜体产出于龙蟠蛇绿混杂岩带内(图 2)，其围岩为绢云母片岩、绿片岩、弱变形硅泥质岩等，透镜体宽1~3 m，延伸方向长度不明；玄武岩同样呈透镜状岩块产出于混杂岩带内，出露规模均大于辉绿(辉长)岩出露规模，透镜体宽在5~20 m之间。各岩块间为断层接触或被混杂岩带基质分割，基质为强变形片岩，岩块与基质也呈断层接触。断层产状为西倾、陡立，倾角在60°~70°之间。
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图 2 云南龙蟠蛇绿岩剖面1—灰岩岩块；2—辉绿岩岩块；3—玄武岩岩块；4—断层角砾；5—硅泥质岩块；6—强变形片岩Figure 2. Geological section of ophiolite in Longpan, Yunnan2. 样品采集及分析方法
在对甘孜-理塘俯冲增生杂岩带开展野外地质调查的基础上，采集用于年代学测试的1件样品和10件岩石地球化学测试样品，样品均采自中甸经济开发区礼仁村至水电站剖面上。样品LHJ-2为灰绿色弱蚀变辉绿岩，地理坐标为北纬27°4′28″、东经100°2′57″；样品LHJ-6为灰绿色致密块状玄武岩，地理坐标为北纬27°4′27″、东经100°3′52″(图 1-b)。用于岩石地球化学分析测试的辉绿岩及玄武岩样品采自同一块辉绿岩岩块和玄武岩岩块上的不同位置，分别采集了5件。
本次将发现并采集到的重约20 kg的辉绿-辉长岩同位素样品送至河北省区域地质矿产调查研究所实验室供单矿物挑选。锆石的挑选流程，首先将用于锆石U-Pb年龄测试的辉绿-辉长岩样品破碎，经浮选和电磁选等方法后，通过淘洗、挑选出单颗粒锆石。手工挑出晶形完好、透明度和色泽度好的锆石用环氧树脂固定于样品靶上。样品靶表面经研磨抛光，直至磨至锆石晶体近中心新鲜切面，制靶方法参考北京离子探针中心实验室提供的方法[24]。对靶上锆石进行镜下透射光、反射光照相后，再对锆石进行阴极发光(CL)图像分析，锆石CL实验在北京离子探针中心扫描电子显微镜实验室完成。最后，根据阴极发光图像，选择典型的岩浆锆石进行U-Pb测年。锆石U-Pb测年在中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室分析完成，采用的仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS和Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用束斑直径为25 μm，频率为10 Hz，能量密度约2.5 J/cm2，以氦为载气。LA-ICP-MS激光剥蚀采用单点剥蚀的方式，数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最佳状态，锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U、Th含量以锆石M127(U=923×10-6，Th=439×10-6，Th/U=0.475)[25]为外标进行校正。测试过程中每测定5~7个样品前后重复测定2个锆石GJ-1对样品进行校正，并测量1个锆石Plesovice标准物质，以保证测试的精确度。测试完成后，数据处理采用ICPMSDataCal程序[26]，测量过程中204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通铅的影响，在计算时剔除。通过ICPMSDataCal程序软件计算出来的测试结果，进一步采用LAM-ICPMS Common Lead Correction(Ver3.15)对其进行普通铅校正，其校正方法参见Anderson[27]。锆石U-Pb谐和图采用Isoplot 3.0程序作图，详细作图过程见参考文献[28]。
岩石地球化学样品分析测试工作在核工业地质研究院测试中心完成。主量元素采用X射线荧光光谱法测定，仪器为飞利浦PW2404 X射线荧光光谱仪，其分析相对标准误差优于5%。稀土、微量元素分析采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，分析的相对标准偏差小于2%~5%，详细实验方法见参考文献[29]。
3. 岩石学特征
辉绿岩：岩石为变余斑状结构、变余辉绿结构，块状构造(图 3-a)，矿物组成主要为斜长石(20%)、斜方辉石(35%)和角闪石(8%)(图 3-b)。其中，辉石多呈柱状自形-半自形，粒度为1.0~2.5 mm，可见简单双晶；斜长石多呈长柱状、长条状嵌布，自形-半自形；角闪石呈斑晶，长条状或近似针状，可见简单双晶，长约3.2 mm，部分斑晶可见溶蚀现象；基质为显晶质，可见长柱状形态和三角形构架，长石多已帘石化，仅保留长石柱状晶形，包裹的辉石边部多碳酸盐化；辉绿岩经历了后期的绿片岩相变质作用，辉石边部有不同程度的碳酸盐化和绿泥石化，长石表面有绿泥石化和少量阳起石化。
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图 3 云南龙蟠蛇绿混杂岩带辉绿岩(a、b)及玄武岩(c、d)野外露头与镜下照片Figure 3. Field and petrographic photos of diabase (a, b) and basalt(c, d) from Longpan ophiolite, Yunnan玄武岩：呈灰绿色，块状构造、气孔杏仁构造，间隐结构，主要组成矿物为斜长石(图 3-c)，基质主要为长石和辉石；斜长石含量约为25%，主要为基性斜长石，多呈半自形-自形的短柱状均匀地分布在岩石中(图 3-d)，明显可见聚片双晶，粒度大小至少约为100 μm，有时可见长石构成的三角形格架，格架中间可见隐晶质的间隐结构，部分长石发生次闪石化及钠黝帘石化；基质为长石(55%)和暗色矿物(5%)；副矿物为黄铁矿等。
辉绿岩块、玄武岩岩块与围岩呈构造接触关系，围岩主要岩性为云母石英片岩和变质石英砂岩。
4. 测试结果
4.1 锆石U-Pb年龄
从辉绿岩样品(LHJ-2)中选出近300粒锆石。锆石粒径大部分在80~120 μm之间，锆石多呈板状、长柱状(图 4)，长宽比在1:1~4:1之间。锆石晶体呈自形-半自形，内部结构均匀，锆石在高温条件下结晶，形成较宽的结晶环带[30]，没有核幔结构特征，具有典型的镁铁质岩、超镁铁质岩锆石特征，显示岩浆成因锆石特征。用LA-ICP-MS完成了20粒锆石的U-Pb定年测试，分析结果列于表 1。本文获得辉绿岩锆石的Pb含量为205×10-6~1026×10-6，平均值为464×10-6；Th含量为280×10-6~1734×10-6，平均值为761×10-6；U含量为193×10-6~742×10-6，平均值为437×10-6；Th/U值为1.39~2.34，平均值为1.69，大于1.0，属于典型的岩浆锆石特征。单颗粒锆石的年龄在255.3±2.3~266.9±3.1 Ma之间，锆石的谐和图和加权平均年龄为262.3±1.5 Ma(MSWD=1.4，n=20)(图 5)，该年龄值与严松涛等[31]获得的甘孜-理塘俯冲增生杂岩带中段的玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄(271±10 Ma)在误差范围内一致，代表了龙蟠地区辉绿岩的结晶年龄。
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图 4 龙蟠蛇绿岩锆石阴极发光图像与测试年龄Figure 4. Zircon cathodoluminescence images and dating results of Longpan ophiolite, Yunnan表 1 云南龙蟠辉绿岩锆石U-Th-Pb年龄数据Table 1. Zircons U-Th-Pb isotope data of Longpan diabase, Yunnan点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 同位素年龄/Ma 谐和度 Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ LHJ-2-1 400 657 433 1.52 0.0510 0.0009 0.2942 0.0055 0.0419 0.0004 238.9 34.2 261.8 4.2 264.6 2.5 98% LHJ-2-2 476 749 471 1.59 0.0514 0.0008 0.2940 0.0052 0.0415 0.0004 257.4 30.5 261.6 4.1 262.1 2.7 99% LHJ-2-3 274 439 279 1.57 0.0514 0.001 0.2930 0.0066 0.0413 0.0004 257.4 44.4 260.9 5.2 260.7 2.6 99% LHJ-2-4 439 702 444 1.58 0.0505 0.0009 0.2930 0.0063 0.0420 0.0005 220.4 36.1 260.9 5.0 265.0 3.1 97% LHJ-2-5 355 560 382 1.46 0.0522 0.0009 0.2965 0.0056 0.0412 0.0004 294.5 45.4 263.6 4.4 260.4 2.6 98% LHJ-2-6 385 626 392 1.6 0.0509 0.0009 0.2840 0.0055 0.0404 0.0004 239.0 38.9 253.9 4.3 255.3 2.3 99% LHJ-2-7 780 1228 543 2.26 0.0509 0.0008 0.2861 0.0053 0.0408 0.0005 235.3 67.6 255.5 4.2 257.6 2.8 99% LHJ-2-8 655 1048 657 1.59 0.0508 0.0007 0.2886 0.0047 0.0412 0.0004 231.6 29.6 257.5 3.7 260.0 2.7 99% LHJ-2-9 507 811 526 1.54 0.0509 0.0007 0.2889 0.0042 0.0412 0.0004 235.3 63.9 257.7 3.3 260.3 2.4 98% LHJ-2-10 319 513 361 1.42 0.0530 0.001 0.3019 0.0068 0.0413 0.0006 327.8 42.6 267.9 5.3 261.0 3.6 97% LHJ-2-11 498 772 426 1.81 0.0505 0.0009 0.2939 0.0061 0.0421 0.0005 216.7 40.7 261.6 4.8 265.9 3.0 98% LHJ-2-12 353 588 348 1.69 0.0507 0.0011 0.2919 0.0063 0.0419 0.0005 233.4 50.0 260.1 5.0 264.7 3.1 98% LHJ-2-13 168 281 193 1.45 0.0517 0.0012 0.2977 0.0074 0.0417 0.0004 272.3 53.7 264.6 5.8 263.6 2.7 99% LHJ-2-14 361 623 343 1.81 0.0512 0.0011 0.2976 0.0069 0.0420 0.0004 250.1 43.5 264.6 5.4 265.5 2.8 98% LHJ-2-15 394 670 395 1.69 0.0510 0.0009 0.2959 0.0058 0.0420 0.0004 239.0 40.7 263.2 4.6 265.2 2.6 98% LHJ-2-16 465 794 454 1.75 0.0504 0.0008 0.2870 0.0049 0.0413 0.0003 213.0 38.9 256.2 3.8 261.0 2.1 98% LHJ-2-17 712 1207 635 1.9 0.0516 0.0008 0.3001 0.0053 0.0421 0.0005 333.4 33.3 266.5 4.1 265.6 2.9 99% LHJ-2-18 513 872 462 1.89 0.0512 0.0008 0.2992 0.0058 0.0423 0.0005 250.1 37.0 265.8 4.5 266.9 3.1 99% LHJ-2-19 205 354 254 1.39 0.0531 0.0013 0.3092 0.0082 0.0421 0.0004 331.5 53.7 273.5 6.4 265.7 2.7 97% LHJ-2-20 1026 1734 743 2.34 0.0498 0.0007 0.2835 0.0041 0.0413 0.0004 183.4 33.3 253.5 3.2 261.0 2.2 97% ![]()
图 5 龙蟠蛇绿岩锆石U-Pb谐和图(a)及年龄加权平均值图(b)Figure 5. Zircon U-Pb concordia diagram(a) and ages(b) for Longpan ophiolite4.2 主量元素特征
本次采集的龙蟠蛇绿岩中基性岩地球化学测试分析结果如表 2所示。10件样品均有不同程度的蚀变，测试分析结果显示所有样品烧失量在1.88%~2.52%之间。辉绿岩SiO2含量为48.17%~49.68%，平均值为48.81%；Na2O含量为2.27%~2.94%，K2O含量为0.12%~0.23%，CaO含量为11.72%~12.30%，P2O5含量为0.09%~0.15%；全铁TFeO含量为8.83%~10.68%，平均值为9.59%；辉绿岩具有较低的Al2O3含量(14.56%~17.12%)、MgO含量(5.60%~8.39%)、Mg#值(49.78~62.87)和高含量的TiO2(1.14%~1.58%)。玄武岩SiO2含量为47.53%~47.69%，平均值为47.60%；Na2O含量为1.64%~2.14%，K2O含量为0.18%~0.25%，CaO含量为12.00%~12.44%，P2O5含量为0.17%~0.19%；全铁TFeO含量为11.69%~12.20%，平均值为12.06%；相对于辉绿岩，玄武岩具有更低的Al2O3含量(12.75%~13.86%)，而MgO含量相对辉绿岩高(7.89%~8.89%)，玄武岩Mg#值为54.61~56.66，具有高含量的TiO2(1.76%~1.89%)。该组样品的TiO2含量与Pearce[32]指出的典型洋中脊拉斑玄武岩的TiO2含量接近。由于样品在后期受到不同程度的变质蚀变作用，K、Na和低场强元素(LFSE)在蚀变过程中会发生部分迁移，结合高场强元素(HFSE)及稀土元素等不活泼元素探讨岩石类型和成因较适用。在Nb/Y-Zr/Ti图解(图 6-a)上所有样品点均落入玄武岩区域，而在Nb/Y-Zr/TiO2图解(图 6-b)中，所有样品点均落入拉斑玄武岩系列区域。
表 2 龙蟠地区蛇绿岩主量、微量和稀土元素分析数据Table 2. Major, trace element and REE data of Longpan ophiolite样品编号 LHJ-2H1 LHJ-2H2 LHJ-2H3 LHJ-2H4 LHJ-2H5 LHJ-6H1 LHJ-6H2 LHJ-6H3 LHJ-6H4 LHJ-6H5 岩性 辉绿岩 辉绿岩 辉绿岩 辉绿岩 辉绿岩 玄武岩 玄武岩 玄武岩 玄武岩 玄武岩 SiO2 49.05 48.17 48.88 48.26 49.68 47.55 47.53 47.64 47.69 47.57 Al2O3 15.93 17.12 15.24 14.56 16.64 12.89 12.75 13.01 13.05 13.86 TFeO 9.52 10.07 8.83 10.68 8.84 12.14 12.12 12.2 12.14 11.69 MgO 6.8 5.6 8.39 8.09 6.22 8.65 8.89 8.73 8.67 7.89 CaO 12.3 12.18 11.72 12.02 11.92 12.28 12.44 12 12.08 12.23 Na2O 2.64 2.86 2.79 2.27 2.94 1.83 1.64 1.86 1.79 2.14 K2O 0.16 0.12 0.18 0.22 0.23 0.23 0.18 0.22 0.25 0.2 MnO 0.16 0.16 0.14 0.17 0.16 0.18 0.18 0.18 0.17 0.17 TiO 1.47 1.58 1.14 1.38 1.31 1.76 1.78 1.79 1.8 1.89 P2O5 0.09 0.14 0.15 0.12 0.11 0.17 0.19 0.17 0.17 0.18 烧失量 1.88 1.98 2.52 2.23 1.95 2.26 2.28 2.16 2.17 2.17 总计 100 99.99 99.98 100 99.99 99.93 99.98 99.96 99.99 99.99 Li 5.8 6.69 9.44 9.3 5.77 15.2 17.3 17.2 16.3 15 Be 0.59 0.58 0.58 0.59 0.57 0.63 0.68 0.67 0.52 0.59 Sc 51.4 44.6 47.1 55.6 47.1 44.1 47 47.8 45.5 46.9 V 513 425 344 429 453 379 398 415 391 408 Cr 40.9 32.3 117 45.9 37.5 396 420 432 415 417 Co 48.6 40.3 44.3 50.2 43.9 53.7 57.9 59.2 55.5 54.9 Ni 69.6 49.3 135 91.7 65.2 114 120 128 120 117 Cu 91.9 219 21.6 97 70.5 104 94.8 102 98.5 167 Zn 65 71.9 68.4 78 62.2 98.8 123 105 105 95.2 Ga 21 22.1 18 20.1 22 19.6 21.6 20.6 19.5 21.7 Rb 4.08 2.57 4.98 6.29 6.7 5.81 4.14 5.6 5.39 4.61 Sr 160 244 88.3 287 147 144 203 149 144 157 Y 19.6 22.3 24.7 22.5 18.9 26.7 33.1 28.2 27 27.7 Mo 0.28 0.16 0.17 0.11 0.33 0.45 0.36 0.44 0.46 0.69 Cd 0.11 0.07 0.03 0.08 0.1 0.15 0.09 0.11 0.11 0.11 In 0.07 0.07 0.07 0.08 0.07 0.07 0.09 0.08 0.08 0.08 Sb 0.77 0.77 0.6 0.92 0.82 0.26 0.26 0.28 0.27 0.34 Cs 0.34 0.36 0.57 0.5 0.33 0.23 0.27 0.21 0.2 0.22 Ba 29.9 28.1 29.5 43.1 33.8 90.5 55.1 93.1 90.1 78.1 La 5.52 5.87 8 5.86 6.03 9.93 11.2 10.4 10 10.3 Ce 11.2 12.4 17.1 11.8 11.9 19.8 22.9 20.5 20.3 20 Pr 1.63 1.8 2.39 1.78 1.68 2.8 3.37 2.97 2.91 2.89 Nd 7.79 9.09 11.4 8.93 8.22 13.7 16.3 14.4 14 14 Sm 2.27 2.68 3.13 2.67 2.28 3.74 4.42 3.79 3.73 3.8 Eu 0.86 1.03 1.05 0.97 0.9 1.22 1.31 1.25 1.24 1.52 Gd 2.59 3.01 3.43 3.13 2.63 4.02 4.69 4.1 3.96 4.11 Tb 0.57 0.67 0.74 0.7 0.57 0.85 0.99 0.88 0.85 0.87 Dy 3.44 4.09 4.61 4.35 3.48 5.2 6.02 5.36 5.16 5.23 Ho 0.7 0.82 0.9 0.85 0.71 1.01 1.21 1.03 1.02 1.03 Er 1.82 2.13 2.32 2.17 1.85 2.6 3.17 2.68 2.64 2.66 Tm 0.32 0.36 0.4 0.37 0.32 0.44 0.53 0.45 0.45 0.45 Yb 1.86 2.11 2.32 2.18 1.88 2.35 3.03 2.52 2.42 2.49 Lu 0.25 0.29 0.31 0.31 0.26 0.31 0.39 0.31 0.3 0.32 W 0.22 0.21 0.19 0.22 0.21 0.36 0.34 0.37 0.36 1.23 Re <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 <0.002 Tl 0.04 0.05 0.06 0.07 0.05 0.04 0.04 0.06 0.06 0.06 Pb 2.64 3.02 1.82 3.25 2.64 1.11 1.72 1.12 1.07 1.22 Bi 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 Th 0.88 0.79 1.11 0.69 0.9 1.53 1.44 1.59 1.56 1.52 U 0.21 0.13 0.3 0.13 0.28 0.61 0.48 0.58 0.53 0.59 Nb 5.52 7.48 7.25 6.56 5.46 10.5 13 11.1 10.4 10.9 Ta 0.39 0.49 0.49 0.44 0.39 0.67 0.81 0.7 0.67 0.68 Zr 28.6 27.2 30.4 25.5 28 31.5 44.2 39.1 31.4 39.4 Hf 1.19 1.1 1.27 1.15 1.15 1.64 1.78 1.63 1.45 1.62 ΣREE 40.81 46.36 58.09 46.07 42.69 67.96 79.54 70.64 68.98 69.67 LREE 29.27 32.87 43.07 32.01 31.01 51.19 59.5 53.31 52.18 52.51 HREE 11.55 13.49 15.02 14.05 11.68 16.77 20.04 17.33 16.8 17.16 LREE/HREE 2.53 2.44 2.87 2.28 2.65 3.05 2.97 3.08 3.11 3.06 (La/Yb)N 2.13 2 2.47 1.93 2.3 3.03 2.65 2.96 2.96 2.97 (La/Sm)N 1.57 1.41 1.65 1.42 1.71 1.71 1.64 1.77 1.73 1.75 δEu 1.07 1.1 0.97 1.03 1.12 0.96 0.87 0.96 0.98 1.17 δCe 0.9 0.93 0.95 0.89 0.9 0.91 0.9 0.89 0.91 0.88 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 ![]()
图 6 龙蟠辉绿岩及玄武岩不活动元素分类图解Figure 6. Discrimination diagrams of immobile elements of diabase and basalt in Longpan area4.3 微量和稀土元素特征
稀土元素总量及其配分模式特征(图 7-a)显示，辉绿岩稀土元素总量在40.81×10-6~58.09×10-6之间，平均值为46.80×10-6，略微高于正常洋中脊玄武岩相应值(39.11×10-6)[33]；ΣLREE=29.27×10-6~43.07×10-6，ΣHREE=11.55×10-6~15.02×10-6，LREE/HREE=2.28~2.87，表明轻稀土元素为弱富集；(La/Yb)N值在1.93~2.30之间，(La/Sm)N值为1.41~1.65，(Gd/Yb)N值为1.15~1.22，δEu=0.97~1.12。玄武岩稀土元素总量在67.96×10-6~79.54×10-6之间，平均值为71.36×10-6；ΣLREE=51.19×10-6~59.50×10-6，ΣHREE=16.77×10-6~20.04×10-6，LREE/HREE=2.97~3.11，表明轻稀土元素较富集；(La/Yb)N值在2.65~3.03之间，(La/Sm)N值为1.64~1.75，(Gd/Yb)N值为1.28~1.42，δEu=0.87~1.17。稀土元素配分模式与富集型洋脊玄武岩(E-MORB)类似(图 7-a)。
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微量元素蛛网图(图 7-b)显示，玄武岩与辉绿岩具有十分相似的配分模式曲线，曲线总体近平坦型，尤其曲线后半段，基本呈平直型分布。玄武岩相对亏损Sr、Nb，而Nd相对富集；辉绿岩Ba、Nb亏损，而Sr富集。与正常洋脊玄武岩(N-MORB)、富集型洋脊玄武岩(E-MORB)和洋岛玄武岩(OIB)相比，总体上与富集型洋脊玄武岩特征相似。
5. 讨论
5.1 蛇绿岩的时代
对于甘孜-理塘洋演化时限有较大的争议，潘桂棠等[35]认为甘孜-理塘洋盆在早石炭世已经开始逐步打开；部分学者[10, 13, 21]认为甘孜-理塘洋盆形成于晚石炭世末或早二叠世初；李永森等[15]认为是二叠纪—早三叠世打开；胡世华等[36]认为二叠纪已经发育了相当规模的洋壳。
本次对龙蟠地区的辉绿岩中锆石矿物颗粒的标型内部结构研究表明，锆石呈自形-半自形晶体，内部结构均匀，具有典型的板状结构或宽缓的环带状结构，且锆石没有核幔结构特征(图 4)，Th/U值在1.39~2.34之间，与基性岩浆结晶的锆石类似，说明其不会是地壳物质混染形成的，而是在岩浆系统中结晶形成的。辉绿岩20个分析点U-Pb年龄在255~266 Ma之间，年龄加权平均值为262.3±1.5 Ma(MSWD=1.4，n=20)(图 5)，与严松涛等[31]在甘孜-理塘俯冲增生杂岩带中段获得的玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄(272±10 Ma)在误差范围内一致，代表了基性岩浆结晶的时代，说明辉绿岩形成于中二叠世。这是目前该地区蛇绿岩较精确的年代学数据，为解决该地区关键地质问题提供了新的证据。
5.2 岩石成因及构造环境
岩石地球化学测试结果表明，辉绿岩及玄武岩SiO2含量(47.53%~49.68%)与E-MORB型基性岩石的SiO2含量较接近[37]，辉绿岩锆石也具有典型的基性岩锆石特征。岩石地球化学特征显示，龙蟠地区基性岩均属于拉斑玄武岩系列(图 6)。稀土元素的总体特征表明，该套样品轻稀土元素微弱富集，且轻、重稀土元素间及其内部分馏不明显，属于缓右倾稀土元素配分模式，辉绿岩Eu弱正异常、玄武岩弱负Eu异常，表明岩石经历了以斜长石为主的分离结晶作用，且形成于较还原的环境中，总体模式与富集型洋脊玄武岩类似。微量元素蛛网曲线总体显示为近平坦型，尤其曲线后半段，基本呈平直型分布。玄武岩相对亏损Sr、Nb，Nd相对富集；辉绿岩Ba、Nb亏损，Sr富集。与正常洋脊玄武岩、富集型洋脊玄武岩和OIB相比，总体上与富集型洋脊玄武岩特征相似。
主量元素中的某些元素在岩石形成及后期构造演化过程中含量变化不大，可以作为判断岩石性质的依据之一，如TiO2、P2O5、Al2O3等在蚀变过程中基本保持稳定[38]。主量元素分析结果显示，全部样品的P2O5含量为0.09%~0.19%，TFeO/MgO值为1.05~1.80。在TiO2-TFeO/MgO判别图解(图 8-a)中，所有样品均投点在大洋中脊玄武岩(MORB)区域，但玄武岩部分样品点落在MORB区域和OIB区域重合的部分；在TiO2-P2O5判别图解(图 8-b)中，所有样品点同样落在MORB区域，玄武岩样品点均落在了靠近OIB区域一侧；2个图解共同的特征可能说明玄武岩有向洋岛性质过渡的趋势。
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已有研究显示，高场强元素同样在岩石蚀变和变质作用过程中具有良好的稳定性，所以，它们已成为岩石成因、岩浆源区性质和构造环境判别的有效标志。部分N-MORB和岛弧玄武岩Ta、Nb的丰度分别不大于0.7×10-6和12×10-6，Nb/La小于1，Hf/Ta值大于5，La/Ta值大于15；板内玄武岩(WPB)(包括OIB)和E-MORB则刚好相反[39]。龙蟠蛇绿岩中，基性岩Ta和Nb丰度变化范围分别为0.39×10-6~0.81×10-6和5.46×10-6~13.00×10-6；Nb/La变化范围在0.91~1.27之间，平均值为1.06；Hf/Ta变化范围在2.16~3.09之间，平均值为2.51；La/Ta变化范围在11.88~16.36之间，平均值为14.53，明显不同于岛弧玄武岩和N-MORB，而应该类似于E-MORB和WPB。
在原始地幔标准化不相容元素配分图解上，一般WPB(包括OIB)具有高场强元素强烈分异的分布特征，岛弧级玄武岩Nb、Ta亏损和Th富集为特征[40-41]。龙蟠蛇绿岩基性岩高场强元素基本不分异，部分样品Nb微弱亏损，而所有样品Ta均不亏损，辉绿岩Th有微弱富集而玄武岩Th则不具有富集特征，可能的原因是，在初始扩张阶段有微弱的地壳混染[42]，所有样品均具有微弱的LREE富集特征，总体类似于E-MORB，指示龙蟠蛇绿岩中基性岩可能源于富集型地幔源区。
利用不活动元素关系图解进行环境判别显示，龙蟠蛇绿岩中的基性岩岩石样品均落入了E-MORB区域附近(图 9)，Pearce认为在Nb/Yb-Th/Yb图解中，与俯冲无关的洋中脊环境下形成的蛇绿岩位于地幔趋势线内，分布于N-MORB和E-MORB之间，而SSZ型蛇绿岩在该图解中样品点应该位于地幔演化线之上[44]。龙蟠蛇绿岩岩石地球化学分析结果显示，所有样品Nb/Yb值在2.90~4.47之间，Th/Yb值在0.31~0.65之间，所有样品点均落在E-MORB区域附近(图 9-a)，部分落在地幔演化线边缘，部分落在地幔演化线内；而在Nb/Yb-TiO2/Yb图解(图 9-b)中，所有样品点同样落在E-MORB区域附近，部分落在地幔演化线内，部分落在地幔演化线边缘；结合龙蟠基性岩的Mg#值在49.78~62.87之间，代表样品经过了一定程度分异的岩浆，而在不同的图解中(图 8、图 9)所具有的共同特征，可能说明样品所代表的基性岩样品岩浆源区为MORB和第二类富集源区的不同程度混合的产物。
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图 9 Nb/Yb-Th/Yb(a)和Nb/Yb -TiO2/Yb(b)判别图(底图据参考文献[33]修改)N-MORB—正常洋脊玄武岩；E-MORB—富集型洋脊玄武岩；OIB—洋岛玄武岩Figure 9. Nb/Yb-Th/Yb(a) and Nb/Yb -TiO2/Yb (b)discrimination diagrams前人将蛇绿岩分为洋中脊(MOR)型和俯冲带(SSZ)型[45]，蛇绿岩可形成于洋中脊、岛弧、弧前和弧后等不同的构造环境[46-47]。张旗等[48]认为，蛇绿岩的基本地球化学类型有2种，分别为岛弧型和洋脊型。从岩石地球化学判别图解可以看出，龙蟠辉绿岩及玄武岩具有大洋中脊玄武岩特征，表明龙蟠辉绿岩及玄武岩不是岛弧型(IAT)，而可能形成于初始扩张的洋脊环境，即龙蟠蛇绿岩为MOR型蛇绿岩。
6. 结论
(1) 甘孜-理塘俯冲增生杂岩带龙蟠地区基性岩地球化学具有大洋中脊玄武岩特征，推断龙蟠蛇绿岩的性质为洋中脊型。
(2) 蛇绿岩中辉绿岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为262.3±1.5 Ma，说明蛇绿岩形成于中二叠世中期，是羌塘-三江多岛弧盆系甘孜-理塘洋洋盆演化的重要记录。
(3) 甘孜-理塘洋盆在中二叠世中期还处于扩张阶段，本次研究为甘孜-理塘洋盆二叠纪构造演化提供了直接的时空结构及物质组成证据。
致谢: 本文以东北地区花岗岩地质编图、东北地区重大岩浆事件及其构造背景和成矿作用综合研究和东北显生宙岩浆事件及其构造背景调查与研究3轮项目的基础资料和成果报告为基础写作而成；3轮项目实施历时8年，得到了东北地区长期从事地质工作的李之彤、赵春荆、王五力、张允平等先生的亲切关怀和指导，吉林大学葛文春教授团队、迟效国教授团队，黑龙江省地质研究总院唐臣、梁科伟，吉林省区域地质矿产调查所于宏斌等同志的参与、帮助，也得到了中国地质调查局科技外事部(前期)及中国地质科学院地质所王涛研究员及其团队张磊、黄河等同志(后期)的指导和大力支持，积累了丰富的资料，提炼了丰硕的成果。笔者谨以此文向多年来一直给予支持和帮助的老师、领导和同志们表示真挚的感谢；同时，向杜玉春博士生和刘洋硕士在CDR图件处理上给予的帮助表示感谢。 -
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图 1 东北地区及各地花岗岩年龄频谱分布图
Figure 1. Age frequency distribution of granitoids in northeast China ang other regions
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图 2 东北地区前中生代花岗岩类岩浆-构造事件格架
Figure 2. Pre-Mesozoic granitoid magma-tectonic event framework in northeast China
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图 3 东北地区前寒武纪花岗岩分布示意图
F1—塔源-喜桂图断裂；F2—贺根山-黑河断裂；F3—索伦-西拉木伦河-延吉断裂；F4—嘉荫-牡丹江断裂
Figure 3. Distribution of Precambrian granite in northeast China
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图 4 东北地区早古生代花岗岩分布示意图
F1—塔源-喜桂图断裂；F2—贺根山-黑河断裂；F3—索伦-西拉木伦河-延吉断裂；F4—嘉荫-牡丹江断裂
Figure 4. Distribution of Early Paleozoic granite in northeast China
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图 5 东北地区晚古生代花岗岩分布示意图
F1—塔源-喜桂图断裂；F2—贺根山-黑河断裂；F3—索伦-西拉木伦河-延吉断裂；F4—嘉荫-牡丹江断裂
Figure 5. Distribution of Late Paleozoic granite in northeast China
表 1 东北地区太古宙典型花岗岩体分布
Table 1 Statistics of typical granite of Archean in northeast China
地区 年龄/Ma 代表性岩体 时代 岩体 松嫩地块 2579±15 Ar 3 龙江山泉 额尔古纳地块 2606±17 Ar 3 额尔古纳比列亚铅锌多金属矿区钻孔 辽吉古陆块 3321~2501 Ar3 东山、小莱河、上马乡、汤圆、董家沟、会全栈、老金厂、北甸子、大荒顶子 Ar2 白家坟、陈台沟、东山、铁架山 Ar1 白家坟、铁架山、东山 注：Ar3—新太古代；Ar2—中太古代；Ar1—古太古代 
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表 2 东北地区元古宙典型花岗岩体分布
Table 2 Statistics of typical granite of Proterozoic in northeast China
地区 年龄/Ma 代表性岩体 时代 岩体 辽吉古陆块 2479~1769 Pt1 牌坊店、亮甲店、清园、坊店、亮甲店、泉山村、钱桌沟、清河、双岔、卢家堡子、矿洞沟、后仙峪、连山关、高家沟、清原、金城洞 额尔古纳地块 1847~791 Pt1 满归 Pt2-Pt3 满归 Pt3 洛古河、奇乾、碧水、太平川、 兴安地块 1837~601 Pt1-Pt3 韩家园子 佳木斯地块 1004~627 Pt3 穆棱、东风山、楚山、西北楞 松嫩地块 1808±14 Pt1 龙江马山 注：Pt3—新元古代；Pt2—中元古代；Pt1—古元古代
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表 3 东北地区早古生代典型花岗岩体分布
Table 3 Statistics of typical granite of Early Paleozoic in northeast China
地区 年龄/Ma 代表性岩体 时代 岩体 额尔古纳地块 504~491 ∈3 哈拉巴奇、西门都里河、洛古河 ∈4 十九站、塔河 485~440 O1 兴华渡口、塔河、满归、查拉班河 O2 莫尔道嘎、哈拉巴河、管护站、十八站 O3 佳疙瘩、永庆林场、洛古河、阿龙山、十八站 417~416 S4 管护站南 大兴安岭地区兴安地块 501~499 ∈3 韩家园子、十八站、内河 485~441 O1 多宝山、大岭、霍龙门、查拉班河 O2 九三站、查拉班河 O3 霍龙门、九三站 小兴安岭-张广才岭松嫩地块 517~492 ∈2 孟山 ∈3 鸡岭岩、东风山岩、乌拉嘎老沟林场、黄泥岭 ∈4 鸡岭、小北湖岩体 474~442 O1 汤旺河、朝鲜屯、英城子 O3 尚志黑龙宫、小龙宫 433~432 S1 晨明岩体 佳木斯地块 534~491 ∈1 东麻山、柳毛 ∈2 萝北、虎头 ∈3 虎头、三兴村、双鸭山、柳毛、三道沟、西麻山马家街、鸡西 485~474 O1 佳木斯、勃利、新兴村、虎头 注：∈4、∈3—晚寒武世；∈2—中寒武世；∈1—早寒武世；O3—晚奥陶世；O2—中奥陶世；O1—早奥陶世；S4—晚志留世；S1—早志留世
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表 4 东北地区晚古生代典型花岗岩体分布
Table 4 Statistics of typical granite of Late Paleozoic in northeast China
地区 年龄/Ma 代表性岩体 时代 岩体 辽吉古陆块 320~338 C1 海沟、小梨河岩体 302 C2 雁脖岭 285 P1 百里坪岩体 260~277 P2 小捕屯岩、六颗松岩、万宝、大顶子岩体 251~253 P3 龙岩洞岩体 兴安地块南部林西地区 358.7 D3 林西-赤峰 321~354 C1 杜社也图、金星、白音高勒、达其浑迪、毛山东 301~316 C2 梅林达巴、米生庙、乌兰沟、锡林格勒 280~287 P1 特勒古特、板山图 259~276 P2 下海苏沟、毛山东、元宝山、前进场、房框子沟、达青牧场、锡林浩特 250~254 P3 毛山东、东荒、双井 额尔古纳地块 322~-336 C1 塔源、抓洛古 304~318 C2 甘河、伊和乌拉、塔源 259~260 P2 白鹿岛、查干银矿 254 P3 八道卡 兴安地块大兴安岭地区 381 D1 博克图 356~364 D3 罕达气-新开岭、九三站、罕达盖 320~352 C1 塔尔其、梅山岩体、嫩江、狼峰、罕达气-新开岭、博克图-扎兰屯、霍龙门 296~319 C2 霍龙门、宝力格、大狼沟、兴安岭顶、免渡河林场、十二站、罕达气-新开岭、宝山、扎兰屯、兴安岭西、阿日盖岩体、塔尔气铁矿、兴安、塔尔气、依克特、梅山岩体、原林钼矿、检查站、正达山、卧都河 278~295 P1 红花尔基二道桥、四站林场、小山屯、劲松桥东、东方红、大黑山、嫩江、霍龙门、五道沟、多宝山、免渡河林场、博克图-扎兰屯 259~267 P2 松木山、查干银矿、固固河、噶仙镍钴矿、兴安 松嫩地块小兴安岭- 张广才岭地区 366~400 D 新田、磐石县呼兰北 323~352 C1 泉眼沟、榆树川、新村屯岩体、后庙岭、新田、磐石县呼兰北 310~320 C2 棉田、梨树、四楞山岩体、伊春新青南沟、海沟岩体 293 P1 大洞 258~267 P2 鹰嘴砬子、青阳岩体、四号林场、三道林场、大架山、鹤岗大驾山、大红石砬子、大岭、白云林场、放牛沟岩体、大砬子、丰林林场、红石屯岩体、大炕山 251~257 P3 大红石砬子、安逸岩体、石人岩体、柳树河岩体、宝山、尖山子岩体、西大河岩体 佳木斯地块 306~312 C2 大安屯、山洞村、柴河、石场 278~290 P1 萝北杜家河、光复屯、岗子沟 258~275 P2 岗子沟、美作、石场、青山、金厂、萝北杜家河 254~257 P3 柴河、岗子沟、楚山、杨田寨南山 注：D—泥盆纪；D2—晚泥盆世；D1—早泥盆世；C2—晚石炭世；C1—早石炭世；P3—晚二叠世；P2—中二叠世；P1—早二叠世
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