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蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲: 小兴安岭西北部落马湖群中三叠世岩浆记录

付俊彧, 那福超, 李仰春, 孙巍, 钟辉, 杨浩, 杨晓平, 张广宇, 刘英才, 杨雅军

付俊彧, 那福超, 李仰春, 孙巍, 钟辉, 杨浩, 杨晓平, 张广宇, 刘英才, 杨雅军. 2021: 蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲: 小兴安岭西北部落马湖群中三叠世岩浆记录. 地质通报, 40(6): 889-904.
引用本文: 付俊彧, 那福超, 李仰春, 孙巍, 钟辉, 杨浩, 杨晓平, 张广宇, 刘英才, 杨雅军. 2021: 蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲: 小兴安岭西北部落马湖群中三叠世岩浆记录. 地质通报, 40(6): 889-904.
FU Junyu, NA Fuchao, LI Yangchun, SUN Wei, ZHONG Hui, YANG Hao, YANG Xiaoping, ZHANG Guangyu, LIU Yingcai, YANG Yajun. 2021: Southward subduction of the Mongo-Okhotsk Ocean Middle Triassic magmatic records of the Luomahu Group in northwest of Lesser Khingan Mountains. Geological Bulletin of China, 40(6): 889-904.
Citation: FU Junyu, NA Fuchao, LI Yangchun, SUN Wei, ZHONG Hui, YANG Hao, YANG Xiaoping, ZHANG Guangyu, LIU Yingcai, YANG Yajun. 2021: Southward subduction of the Mongo-Okhotsk Ocean Middle Triassic magmatic records of the Luomahu Group in northwest of Lesser Khingan Mountains. Geological Bulletin of China, 40(6): 889-904.

蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲: 小兴安岭西北部落马湖群中三叠世岩浆记录

基金项目: 

中国地质调查局项目《国家地质大数据汇聚与管理》 DD20190383

《中国大地构造演化和国际亚洲大地构造图编制》 DD20190360

《全国陆域及海区地质图件更新与共享》 DD20190372

《东北基础地质综合调查与片区总结》 1212011220435

详细信息
    作者简介:

    付俊彧(1966-), 男, 教授级高工, 地质学专业。E-mail: fjyzxy@163.com

    通讯作者:

    那福超(1986-), 男, 硕士, 高级工程师, 构造地质学专业。E-mail: 350413595@qq.com

  • 中图分类号: P534.51;P588.11

Southward subduction of the Mongo-Okhotsk Ocean Middle Triassic magmatic records of the Luomahu Group in northwest of Lesser Khingan Mountains

  • 摘要:

    小兴安岭西北部出露的落马湖群被认为是兴安地块新元古代变质基底的组成部分。通过对卧都河乡附近的落马湖群黑云角闪斜长片麻岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得246±1 Ma形成年龄,认为落马湖群是一套包含不同时代地质体的构造杂岩。黑云角闪斜长片麻岩的岩相学及岩石地球化学研究表明,其原岩为基性岩浆岩,具有较高的MgO、TFeO含量及Mg#值,相对富Na2O,低K2O,中等的Cr、Ni、Co含量,与下地壳平均成分类似;富集大离子亲石元素Rb、Ba、Sr、Th,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P、Hf;锆石原位εHft)值介于+9.55~+14.43之间,Hf同位素单阶段模式年龄(tDM1)和二阶段模式年龄(tDM2)分别介于319~520 Ma和350~666 Ma之间,Hf同位素组成与中亚造山带兴安岛弧显生宙火成岩中锆石Hf同位素组成类似;岩浆源自"水化"古生代多宝山岛弧带增生岩石圈地幔的部分熔融并有陆壳物质混染,与蒙古-鄂霍茨克洋板块南向俯冲有关,可能受到北北东向陆内转换构造带控制。

    Abstract:

    Luomahu Group outcropped in the northwest of Lesser Xing'an Range is considered to be part of the Neoproterozoic metamorphic basement of the Xing'an Massif.Based on zircon U-Pb dating of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss from the Luomahu Group outcropped near Woduhe Township, the results show that the age of protolith is 246±1 Ma.Combined with the related regional research data, it is suggested that the Luomahu Group is a set of tectonic complex containing geological bodies of different ages.The petrography and geochemistry of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss indicate that the protolith is a basic magmatic rock, rich in MgO, TFeO and Mg# value, relatively rich in Na2O, low in K2O, and mediate contents of Cr, Ni and Co, similar to the average composition of the lower crust.In addition, large ion lithophile elements Rb, Ba, Sr, Th are enriched, and high field strength elements Nb, Ta, Ti, P, Hf are depleted.The in-situ εHf (t) values of zircons range from + 9.55 to + 14.43, and the Hf isotope single-stage model ages (tDM1) and two-stage model ages(tDM2) are 319~520 Ma and 350~666 Ma, respectively.The Hf isotopic composition is similar to the Phanerozoic igneous rocks of Xing'an island arc in Central Asia Orogenic Belt.It is suggested that the magma was originated from the partial melting of the "hydrated" Paleozoic hyperplasia lithospheric mantle and was mixed with continental crust materials in the Duobaoshan island arc zone, related to the southward subduction of the Mongolia-Okhotsk Ocean plate and controlled by the NNE trending intracontinental transform tectonic belt.

  • 中国东北地区主体位于中亚造山带东段与西太平洋陆缘活动带的叠加部位。古生代古亚洲洋构造域由一系列微陆块及其间的拼贴增生带组成;其中微陆块自北西向南东依次为额尔古纳地块、兴安地块、松嫩-张广才岭地块、佳木斯-兴凯地块[1-4];兴华渡口岩群、倭勒根岩群、零点群、落马湖岩群被认为是额尔古纳地块及兴安地块的前寒武纪变质基底[5];中生代发育强烈的构造岩浆活动,使前中生代尤其前寒武纪变质岩系残留较少,多呈孤岛状或残块状零星出露于中生代岩浆岩中。由于变质变形和后期岩浆作用的强烈改造,以及露头无顶无底、残缺不全,关于这些变质基底的时代一直以来争议较大,制约了对区域构造演化的认识。近年的研究表明,古元古代兴华渡口岩群是以中—新元古代为主并包含其他不同时代地质体的变质杂岩[6-11];原新元古代倭勒根岩群、原零点群也包含有新元古代和奥陶纪—志留纪的地质体,甚至部分为蛇绿构造混杂岩带的组成部分[12-14]。位于兴安地块东南缘古生代多宝山岛弧带中的新元古代落马湖岩群,同样因为缺少顶底及化石依据,对其时代认识也存在分歧[15-17]。落马湖岩群是多宝山岛弧带、多宝山铜-金-铜多金属矿集区重要的地质单元,其形成时代的准确厘定,对岛弧带的形成演化、矿集区构造-成矿作用研究具有重要意义。鉴于此,本次对多宝山矿集区西缘卧都河地区的落马湖群嘎拉山组黑云角闪斜长片麻岩进行锆石U-Pb测年及Hf同位素和全岩地球化学研究,并对其形成构造背景进行探讨。

    研究区位于小兴安岭西北部与大兴安岭接合部位的卧都河地区,坐落于嫩江-开鲁断裂带北段上(图 1-a)。古生代属兴安地块东南缘的多宝山岛弧带,中生代叠加晚三叠世—早侏罗世深成侵入岩。研究区主要出露奥陶系—志留系海相中基性火山岩-碎屑岩夹碳酸盐岩建造,泥盆系—下石炭统海相及海陆交互相碎屑岩夹火山岩及碳酸盐建造等弧盆演化阶段的地层,以及大面积分布的晚三叠世—早侏罗世花岗岩;而中深变质的古元古代兴华渡口岩群及中浅变质的新元古代落马湖岩群零星出露,多呈孤岛状或残块状分布于晚三叠世—早侏罗世花岗岩中;沿北北东向的嫩江断裂带,发育晚二叠世花朵山组陆相中-酸性火山岩夹碎屑沉积岩和早三叠世老龙头组陆相杂色-紫色砾岩-砂岩-千枚状板岩组合,零星出露中侏罗世七林河组粗碎屑岩夹含煤沉积;受嫩江-开鲁断裂带控制,发育北北东向早白垩世火山断陷盆地,充填中-基性火山岩夹碎屑含煤沉积,伴有同时期花岗岩类侵入。本次研究的落马湖群嘎拉山岩组位于黑龙江省黑河市卧都河乡驻地附近、嫩江断裂带次级断裂(卧都河断裂)带上;露头可见黑云角闪斜长片麻岩及二云母片岩,二者构造协调并被闪长玢岩侵入,与北西侧晚三叠世—早侏罗世花岗岩之间的接触带发育接触变质,与南东侧北宽河岩组细碎屑岩夹火山凝灰岩沉积之间推测为断层接触(图 1-b)。

    图  1  黑龙江黑河市卧都河地区地质简图(a据参考文献[18],b据参考文献修改)
    1—新生界;2—下白垩统;3—中侏罗统七林河组;4—下三叠统老龙头组;5—上二叠统花朵山组;6—泥盆系-石炭系;7—奥陶系-志留系;8—新元古界-寒武系北宽河岩组;9—新元古界-寒武系嘎拉山岩组;10—古元古界兴华渡口岩群;11—早白垩世侵入岩;12—晚三叠世-早侏罗世侵入岩;13—石炭纪侵入岩;14—超镁铁质岩;15—地质界线/不整合线;16—断层;17—片理化/糜棱岩带;18—动物/植物化石;19—采样位置
    Figure  1.  Simplified geological map of the Woduhe area, Heihe City, Heilongjiang Province

    样品采自落马湖岩群嘎拉山岩组靠近晚三叠世—早侏罗世花岗岩岩体一侧,岩性为黑云角闪斜长片麻岩(17W07),地理坐标:北纬50°35′13″、东经125°51′20″;其与下伏二云片岩构造协调,片(麻)理产状为170°∠55°;岩石为灰黑色,弱片麻状构造(图 2),变余斑状结构、半自形柱状结构,鳞片状变晶、柱粒状变晶结构(图 2-b);变余斑晶主要为斜长石,呈半自形柱状、宽板状,边缘齿状,隐约显示较宽的聚片双晶带,粒径为0.4~1.0 mm。新生变质矿物主要有斜长石(45%~50%)、黑云母(10%~25%)、角闪石(25%~40%);暗色矿物略集中显示弱片麻状。黑云母呈黄褐色,较均匀细小片状集合体,分布不均匀,局部较集中,与角闪石共生;角闪石为黄绿色,以半自形柱状为主,少量呈较自形菱形粒状,部分退变质为纤维状阳起石,长轴略定向,与黑云母一起构成片麻理,粒径为0.1~0.5 mm;斜长石大部分重结晶为均匀细小的他形粒状(粒径0.05~0.2 mm),彼此镶嵌。副矿物为长柱状、针柱状磷灰石及他形粒状榍石。岩石矿物组成及变余斑状结构特征暗示,原岩应为中基性岩浆岩。

    图  2  黑云角闪斜长片麻岩片麻状构造(a)及变余斑状结构(b)
    Pl—变余斜长石斑晶
    Figure  2.  Gneissic structure(a) and blastoporphyritic texture(b) of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    锆石挑选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室采用常规方法进行,样品粉碎至80目,经水粗淘、强磁分选、电磁分选和酒精细淘之后,在双目镜下挑选晶形较好、透明且无明显裂痕的锆石颗粒。锆石样品制靶、阴极发光(CL)图像采集由北京锆年领航科技有限公司完成;将挑选出的锆石颗粒置于双面胶上,灌上环氧树脂制靶,将其固化并打磨刨光,使锆石内部结构露出,用于CL图像采集及锆石微区单点U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析。

    锆石U-Pb(LA-ICP-MS)定年测试和微区原位Hf同位素分析均在北京科荟测试技术有限公司完成。锆石定年分析所用仪器为AnalytikJena PQMS Elite型ICP-MS及与之配套的ESI NWR 193 nm准分子激光剥蚀系统;激光剥蚀所用斑束直径为25 μm,频率为10 Hz,能量密度约为2.01 J/cm2,以氦为载气。LA-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式,测试前先用锆石标样GJ-1进行调试仪器,使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以标样GJ-1为外标,微量元素含量利用NIST 610为外标、Si为内标的方法进行定量计算[19]。测试过程中,每测定10个样品前后重复测定2个锆石标样GJ-1,并测量1个锆石Plesovice,观察仪器的状态以保证测试的精确度。详细实验测试过程参见侯可军等[20]。分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMS DataCal完成[19]。锆石U-Pb谐和图的绘制应用Isoplot程序完成[21]。测试数据、年龄加权平均值的误差均为1σ。锆石微区原位Hf同位素分析利用NWR 213 nm固体激光器对锆石进行剥蚀,激光剥蚀的斑束直径一般为40 μm,能量密度为7~8 J/cm2,频率为10 Hz,激光剥蚀物质以高纯氦为载气送入Neptune Plus(MC-ICPMS),接收器配置与溶液进样方式相同。

    全岩的主量、微量元素均由自然资源部东北矿产资源监督检测中心分析完成。主量元素用X射线荧光光谱(XRF)方法完成,精度为1%~5%;微量元素采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析完成,精度一般优于10%。

    选取黑云角闪斜长片麻岩中的60颗锆石进行测试(表 1)。锆石CL图像(图 3)显示多为灰色-灰白色长柱状晶,部分为等轴状,粒径介于100~200 μm之间,长短轴比为1:1~3:1;这些锆石均发育振荡环带,并主要为宽板状(如测点5、11、25)或带状(如测点4、20、30、34)环带结构,锆石Th/U值介于0.7~4.9之间,显示基性岩浆锆石特点[22]。在60个测点中,多数锆石存在铅丢失情况,有27个测点偏离谐和线,其余33个测点位于谐和线上及其附近且集中分布,其206Pb/238U年龄介于241~249 Ma之间,206Pb/238U年龄加权平均值为246±1 Ma(MSWD=0.41,n=33)(图 4),指示黑云角闪斜长片麻岩的原岩形成时代为中三叠世早期。

    表  1  黑云角闪斜长片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果
    Table  1.  LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss
    测点号 元素含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma 谐和度
    Pb 232Th 238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U
    01 1013 1542 315 4.90 0.0546 0.0028 0.2937 0.0161 0.0388 0.0005 394 117 261 13 245 3 93%
    02 323 450 187 2.41 0.0508 0.0021 0.2759 0.0115 0.0393 0.0005 235 64 247 9 249 3 99%
    03 378 551 200 2.76 0.0483 0.0018 0.2568 0.0100 0.0385 0.0005 122 95 232 8 244 3 95%
    04 572 783 240 3.26 0.0496 0.0025 0.2634 0.0132 0.0387 0.0011 176 123 237 11 245 7 96%
    05 316 450 181 2.49 0.0479 0.0021 0.2523 0.0106 0.0385 0.0006 100 91 228 9 243 4 93%
    06 389 480 205 2.34 0.0766 0.0034 0.3961 0.0203 0.0383 0.0015 1110 87 339 15 242 10 66%
    07 393 555 216 2.57 0.0512 0.0017 0.2765 0.0098 0.0392 0.0007 250 76 248 8 248 4 99%
    08 454 651 227 2.86 0.0507 0.0017 0.2760 0.0111 0.0391 0.0007 228 78 247 9 247 4 99%
    09 308 440 187 2.35 0.0498 0.0022 0.2664 0.0112 0.0391 0.0006 187 104 240 9 247 4 97%
    10 413 589 225 2.61 0.0508 0.0020 0.2675 0.0106 0.0383 0.0006 235 93 241 9 242 4 99%
    11 906 1339 290 4.63 0.0502 0.0017 0.2712 0.0096 0.0390 0.0005 206 78 244 8 247 3 98%
    12 160 197 277 0.71 0.0513 0.0017 0.2718 0.0090 0.0385 0.0005 254 78 244 7 244 3 99%
    13 289 427 184 2.32 0.0517 0.0020 0.2764 0.0103 0.0390 0.0005 272 89 248 8 247 3 99%
    14 511 702 226 3.10 0.0630 0.0035 0.3437 0.0224 0.0386 0.0007 709 117 300 17 244 4 79%
    15 466 483 382 1.26 0.0709 0.0027 0.3685 0.0155 0.0375 0.0006 967 78 319 12 237 4 70%
    16 297 415 172 2.42 0.0507 0.0022 0.2700 0.0121 0.0386 0.0005 228 100 243 10 244 3 99%
    17 479 695 235 2.96 0.0636 0.0028 0.3378 0.0166 0.0382 0.0005 728 94 296 13 242 3 80%
    18 303 441 175 2.52 0.0506 0.0023 0.2647 0.0118 0.0380 0.0005 233 104 238 9 241 3 99%
    19 694 1009 247 4.09 0.0658 0.0050 0.3526 0.0252 0.0390 0.0007 798 160 307 19 247 5 78%
    20 932 1266 369 3.43 0.0519 0.0017 0.2816 0.0099 0.0393 0.0005 280 71 252 8 248 3 98%
    21 356 489 185 2.65 0.0532 0.0019 0.2807 0.0099 0.0384 0.0005 345 83 251 8 243 3 96%
    22 512 662 222 2.98 0.0748 0.0037 0.4040 0.0229 0.0384 0.0006 1065 100 345 17 243 4 65%
    23 501 645 331 1.95 0.0816 0.0054 0.4567 0.0399 0.0389 0.0009 1236 131 382 28 246 6 56%
    24 1154 1685 357 4.73 0.0552 0.0020 0.2934 0.0108 0.0384 0.0005 420 79 261 8 243 3 92%
    25 767 1075 316 3.40 0.0555 0.0019 0.2966 0.0096 0.0389 0.0006 432 69 264 7 246 4 93%
    26 15885 1338 473 2.83 0.6178 0.0776 14.9066 1.6809 0.1463 0.0145 4550 196 2809 107 880 82 -5%
    27 802 1107 269 4.11 0.0701 0.0027 0.3810 0.0151 0.0393 0.0005 931 81 328 11 248 3 72%
    28 317 440 177 2.49 0.0568 0.0028 0.3053 0.0132 0.0393 0.0006 483 107 271 10 249 4 91%
    29 594 869 211 4.12 0.0560 0.0025 0.3032 0.0164 0.0391 0.0010 450 98 269 13 247 6 91%
    30 119 167 84 1.99 0.0536 0.0035 0.2760 0.0153 0.0384 0.0007 367 150 247 12 243 5 98%
    31 608 888 256 3.47 0.0560 0.0020 0.2996 0.0108 0.0389 0.0005 454 80 266 8 246 3 92%
    32 438 352 205 1.72 0.1354 0.0057 0.7281 0.0349 0.0383 0.0006 2169 73 555 21 242 4 21%
    33 204 292 131 2.23 0.0570 0.0032 0.3052 0.0175 0.0390 0.0008 500 122 270 14 246 5 90%
    34 604 894 247 3.62 0.0542 0.0022 0.2885 0.0121 0.0387 0.0007 389 95 257 10 244 4 94%
    35 531 751 232 3.24 0.0521 0.0021 0.2823 0.0115 0.0394 0.0006 287 99 253 9 249 4 98%
    36 261 379 162 2.34 0.0492 0.0021 0.2664 0.0115 0.0392 0.0005 167 96 240 9 248 3 96%
    37 354 503 221 2.28 0.0493 0.0019 0.2648 0.0096 0.0392 0.0005 165 86 239 8 248 3 96%
    38 571 843 264 3.20 0.0532 0.0018 0.2868 0.0104 0.0389 0.0005 345 74 256 8 246 3 96%
    39 580 856 234 3.66 0.0631 0.0029 0.3295 0.0137 0.0382 0.0006 709 98 289 10 241 4 82%
    40 400 527 163 3.24 0.0743 0.0034 0.4121 0.0226 0.0394 0.0007 1050 92 350 16 249 5 66%
    41 710 1056 267 3.96 0.0517 0.0019 0.2790 0.0109 0.0392 0.0006 276 90 250 9 248 4 99%
    42 404 446 363 1.23 0.0695 0.0029 0.3754 0.0178 0.0387 0.0006 915 86 324 13 245 4 72%
    43 690 891 242 3.69 0.0946 0.0057 0.5192 0.0341 0.0394 0.0004 1521 114 425 23 249 3 47%
    44 987 1390 315 4.41 0.0539 0.0017 0.2895 0.0083 0.0392 0.0005 369 72 258 7 248 3 96%
    45 318 357 149 2.39 0.0767 0.0034 0.4122 0.0185 0.0391 0.0006 1122 122 350 13 247 4 65%
    46 530 454 157 2.88 0.2038 0.0309 1.2054 0.2174 0.0401 0.0022 2857 249 803 100 253 14 -5%
    47 878 1245 310 4.01 0.0892 0.0089 0.5255 0.0693 0.0392 0.0013 1409 191 429 46 248 8 46%
    48 552 731 221 3.30 0.0898 0.0036 0.4810 0.0204 0.0385 0.0004 1422 76 399 14 244 3 51%
    49 271 367 165 2.23 0.0547 0.0022 0.2940 0.0119 0.0392 0.0006 398 91 262 9 248 4 94%
    50 287 266 178 1.50 0.1220 0.0113 0.7371 0.0783 0.0393 0.0009 1987 165 561 46 249 6 22%
    51 253 323 164 1.97 0.0546 0.0034 0.2973 0.0223 0.0391 0.0012 394 139 264 17 248 7 93%
    52 596 774 290 2.67 0.0744 0.0050 0.4285 0.0444 0.0395 0.0013 1054 131 362 32 250 8 63%
    53 448 493 183 2.70 0.1209 0.0106 0.6493 0.0613 0.0384 0.0007 1970 157 508 38 243 4 29%
    54 403 581 213 2.72 0.0604 0.0030 0.3273 0.0181 0.0394 0.0010 620 109 288 14 249 6 85%
    55 736 1077 302 3.56 0.0593 0.0019 0.3194 0.0131 0.0388 0.0008 589 75 281 10 245 5 86%
    56 368 433 150 2.88 0.1012 0.0126 0.5914 0.0898 0.0387 0.0010 1656 233 472 57 245 6 36%
    57 316 442 151 2.93 0.0669 0.0037 0.3502 0.0203 0.0381 0.0011 835 113 305 15 241 7 76%
    58 484 591 201 2.94 0.0722 0.0041 0.3812 0.0232 0.0382 0.0007 992 117 328 17 242 4 69%
    59 568 665 301 2.21 0.1299 0.0136 0.7200 0.0879 0.0386 0.0011 2098 186 551 52 244 7 22%
    60 310 422 202 2.09 0.0526 0.0022 0.2872 0.0134 0.0393 0.0008 309 127 256 11 249 5 97%
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    图  3  黑云角闪斜长片麻岩锆石阴极发光(CL)图像
    Figure  3.  CL images of the selected zircons in the biotite-hornblende-plagioclase gneiss
    图  4  黑云角闪斜长片麻岩锆石U-Pb谐和图
    Figure  4.  U-Pb zircon concordia diagrams of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    在测年工作基础上,选取表面年龄谐和度较高的25颗锆石进行了原位Hf同位素测试(表 2)。锆石微区Hf同位素特征:176Yb/177Hf值介于0.037117~0.295212之间(平均0.105720),176Lu/177Hf值介于0.001065~0.010029之间(平均0.003191),176Hf/177Hf值介于0.282900~0.283051之间(平均0.282985);以成岩年龄246 Ma计算的εHf(t)值介于+9.55~+14.43之间(平均+12.42),位于亏损地幔演化线与球粒陨石演化线之间,与兴安岛弧显生宙火成岩中锆石Hf同位素组成相似(图 5)[23];Hf同位素单阶段模式年龄(tDM1)和二阶段模式年龄(tDM2)分别介于319~520 Ma和350~666 Ma之间,明显大于岩石形成年龄,反映岩浆源自古生代从亏损地幔增生的物质,或者幔源岩浆受到地壳物质的混染[24]fLu/Hf值为-0.70~-0.97(平均-0.90),变化范围较大,反映源区物质的不均一性。

    表  2  黑云角闪斜长片麻岩锆石Lu-Hf同位素组成分析结果
    Table  2.  Lu-Hf isotopic compositions of zircons from biotite-hornblende-plagioclase gneiss
    测点号 年龄/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf IHf εHf(0) εHf(t) tDM1 /Ma tDM2 /Ma fLu/Hf
    2 246 0.079822 0.002212 0.282977 0.282966 7.24 12.27 403 489 -0.93
    4 246 0.295212 0.010029 0.283046 0.283000 9.7 13.48 383 412 -0.70
    5 246 0.105878 0.002756 0.282968 0.282955 6.92 11.88 423 516 -0.92
    7 246 0.172703 0.005125 0.283051 0.283027 9.87 14.43 319 350 -0.85
    9 246 0.078799 0.002163 0.283014 0.283004 8.57 13.62 347 402 -0.93
    10 246 0.086123 0.002557 0.282900 0.282889 4.54 9.55 520 666 -0.92
    11 246 0.182131 0.005819 0.283037 0.283010 9.37 13.83 349 389 -0.82
    12 246 0.037117 0.001065 0.282923 0.282918 5.35 10.57 467 599 -0.97
    13 246 0.049653 0.001423 0.282950 0.282943 6.28 11.46 433 541 -0.96
    16 246 0.094981 0.003008 0.282928 0.282915 5.53 10.47 485 607 -0.91
    18 246 0.105695 0.003701 0.283007 0.282990 8.33 13.12 373 434 -0.89
    21 246 0.097635 0.002632 0.283012 0.283000 8.47 13.48 356 414 -0.92
    24 246 0.126160 0.003550 0.282986 0.282969 7.56 12.38 405 483 -0.89
    25 246 0.129967 0.003680 0.283020 0.283003 8.76 13.58 354 406 -0.89
    30 246 0.055962 0.001667 0.282985 0.282977 7.54 12.66 385 464 -0.95
    31 246 0.132918 0.004270 0.283013 0.282994 8.54 13.26 370 427 -0.87
    33 246 0.040373 0.001265 0.282968 0.282962 6.94 12.13 405 498 -0.96
    34 246 0.069740 0.002091 0.282974 0.282965 7.16 12.24 405 493 -0.94
    35 246 0.096123 0.002688 0.282950 0.282937 6.29 11.25 448 554 -0.92
    36 246 0.102602 0.003079 0.283031 0.283017 9.17 14.08 331 374 -0.91
    37 246 0.063589 0.001910 0.282976 0.282967 7.2 12.31 401 488 -0.94
    38 246 0.109878 0.003315 0.282945 0.282930 6.12 11.00 464 573 -0.90
    41 246 0.152045 0.004371 0.282988 0.282968 7.64 12.34 411 486 -0.87
    49 246 0.098409 0.002811 0.283003 0.282990 8.18 13.12 370 435 -0.92
    60 246 0.079493 0.002579 0.282972 0.282960 7.08 12.06 414 503 -0.92
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    图  5  黑云角闪斜长片麻岩锆石Hf同位素特征图解
    a-年龄-εHf(t)图解[23]; b-年龄-176Hf/177Hf年龄图解; c-年龄-εHf(t)图解
    Figure  5.  Diagrams of zircon Hf isotope of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    黑云角闪斜长片麻岩4件样品的分析结果见表 3。SiO2含量变化较小,介于50.09%~53.61%之间(平均为52.27%),为基性岩浆岩;TiO2含量介于0.91%~1.05%之间,Al2O3含量介于14.53%~16.68%之间,富MgO(5.53%~7.51%)、TFeO(7.67%~8.8%),CaO(5.49%~9.24%)含量中等,相对富Na2O(3.71%~4.85%),低K2O(0.35%~2.37%);Mg#值(100Mg2+/(Mg2++TFe2+))变化在54.2~62.3之间(平均57.8);TFeO/MgO值介于1.08~1.51之间;里特曼指数为2.17~4.70(平均3.55),显示为钙碱-碱钙性岩石系列。在TAS图解(图 6-a)中,样品点落入亚碱性玄武岩与碱性玄武岩过渡区;在Nb/Y-Zr/TiO2图解(图 6-b)中落入亚碱性玄武岩的玄武安山岩区域。岩石化学组成与Condie等下陆壳平均组分相似[27];与高铝玄武岩相比,具有较高的K2O含量,而与橄榄安粗岩相比,K2O含量明显较低,MgO含量较高,与大陆裂谷碱性玄武岩相比,具较高的SiO2含量,但TiO2含量明显较低[28]

    表  3  黑云角闪斜长片麻岩主量、微量和稀土元素分析结果
    Table  3.  Major, trace and rare earth element contents of biotite-hornblende-plagioclase gneiss
    样号 b1 b2 b4 b5 样号 b1 b2 b4 b5
    SiO2 52.76 53.61 50.09 52.6 Ho 0.9 0.96 1.18 1.15
    Al2O3 14.53 16.68 15.87 16.3 Er 2.95 2.94 3.63 3.73
    Fe2O3 1.2 1.74 1.55 0.88 Tm 0.47 0.41 0.48 0.5
    FeO 7.01 6.11 7.41 7.55 Yb 3.18 2.64 3.18 3.34
    MgO 7.51 5.81 6.56 5.53 Lu 0.49 0.38 0.46 0.5
    TiO2 1.05 0.93 0.98 0.91 Ba 209.42 729.79 622.73 161.72
    CaO 9.24 5.49 8.66 8.83 Rb 9.02 49.96 47.49 4.14
    K2O 0.57 2.37 1.95 0.35 Sr 1900 1500 2100 1600
    Na2O 4.03 4.69 3.71 4.85 Th 3.48 6.25 6.4 7.29
    MnO 0.31 0.19 0.3 0.23 U 1.7 1.64 1.69 1.9
    P2O5 0.04 0.36 0.35 0.4 Zr 94.52 102.29 82.91 113.22
    烧失量 1.59 1.97 2.4 1.3 Hf 2.02 1.14 1.47 1.75
    总计 99.84 99.95 99.82 99.73 Nb 4.83 4.27 3.7 4.41
    Mg# 62.3 57.5 57 54.2 Ta 0.7 0.61 0.61 1.24
    TFeO/MgO 1.08 1.32 1.34 1.51 Li 19.94 72.9 85.83 17.84
    σ 2.17 4.7 4.51 2.81 Be 1.82 1.86 2.11 1.85
    Y 29.14 30.46 35.76 36.44 Sc 23.96 11.55 16.31 12.36
    La 21.94 45.34 56.23 58.55 V 102.89 144.85 169.71 164.47
    Ce 49.03 95.71 126.97 133.69 Cr 86.86 87 86.46 80.35
    Pr 7.07 13 17.01 18.02 Co 33.52 43.58 56.34 46.46
    Nd 34.22 58.81 79.12 80.98 Ni 24.66 54.72 41.58 36.01
    Sm 7.7 10.05 13.55 14.24 ΣREE 140.08 247.48 322.82 335.85
    Eu 1.51 3.09 3.9 3.78 LREE/HREE 6.53 10.52 11.39 11.63
    Gd 5.51 8.15 9.91 10.23 LaN/YbN 4.95 12.33 12.68 12.59
    Tb 0.81 1.1 1.34 1.38 δEu 0.67 1.01 0.98 0.91
    Dy 4.29 4.91 5.88 5.76 δCe 0.96 0.95 1 1
    注:主量元素含量单位为%,微量和稀土元素含量单位为10-6
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    图  6  黑云角闪斜长片麻岩TAS(a)与Nb/Y-Zr/TiO2(b)图解(a、b底图分别据参考文献[25][26])
    Figure  6.  TAS (a)and Nb/Y-Zr/TiO2 (b) diagrams of biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    稀土元素总量介于140.08×10-6~335.85×10-6之间;富集轻稀土元素(LREE/HREE=6.53~11.63);δCe =0.95~1.0,未见异常;δEu =0.67~1.01(平均为0.89),显示弱的负异常或基本没有异常。在球粒陨石标准化图解(图 7-a)上,显示为右倾型,轻重稀土元素分馏较明显(LaN/YbN=4.95~12.68);重稀土元素(HREE)平坦,内部未见分异。微量元素方面,具有异常高的Sr(1500×10-6~2100×10-6)、Ba(161×10-6~729×10-6)含量,较高的Cr(80.35×10-6~87×10-6)、Co(33.52×10-6~56.34×10-6)、Ni(24.66×10-6~54.72×10-6)含量,但明显低于原始地幔派生的基性岩浆。在原始地幔标准化[29]蛛网图上,富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、Sr、Th,亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti、P、Zr、Hf等,与OIB、N-MORB和E-MORB的特征截然不同(图 7-b),具有活动大陆边缘或岛弧环境岩浆岩的地球化学特征[30-31]

    图  7  黑云角闪斜长片麻岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化蛛网图(b) (标准化数据据参考文献[29])
    N-MORB—N型洋中脊玄武岩;E-MORB—E型洋中脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩
    Figure  7.  Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized multi- elements spider diagram (b) of the biotite hornblende plagioclase gneiss

    落马湖群主要出露于嫩江断裂带以东,小兴安岭西北部的嘎拉山林场、三卡—白石砬子一带,多呈孤岛状或残块状分布于中生代侵入岩中;《黑龙江省岩石地层》[32]根据其岩石组合、变形变质特征,自下而上划分为铁帽山组、嘎拉山组及北宽河组。铁帽山组为一套含矽线石、十字石、石榴子石等特征变质矿物的黑云斜长变粒岩、片岩、片麻岩及白色大理岩的中深变质岩组合;嘎拉山组为一套含十字石、石榴子石特征变质矿物的二云石英片岩、二云片岩、白云(绢云)片岩、变粒岩等中浅变质岩组合;北宽河组为一套绢云板岩、千枚岩、片理化凝灰质砂岩、片理化中酸性火山岩、微晶片岩、长英质角岩组合。卧都河幅、黑河市幅1:25万区域调查报告将铁帽山组及嘎拉山组中含十字石的角闪岩相

    变质部分划为古元古代兴华渡口岩群,含石榴子石部分仍保留为嘎拉山岩组。由于早中生代巨量深成侵入岩“吞噬”及晚中生代大面积火山岩覆盖,加上植被发育等因素,所见各组间均为断层接触;1:20万三道卡-白石砬子幅区域地质调查,三道卡地区北宽河组获得Rb-Sr等时线年龄为501 Ma,1:5万新峰幅等四幅区域地质调查据黑河张地营子一带北宽河组细碎屑沉积岩中产疑源类化石Trachysphaeridium-Baltisphaeridium组合[15],将其时代置于新元古代—早寒武世。本次研究的落马湖岩群出露于卧都河乡驻地北附近(图 1),所见岩性自北东向带状出露晚三叠世—早侏罗世花岗岩,往南东依次见二云母片岩、黑云角闪斜长片麻岩、变粉砂岩及泥质粉砂岩;黑云角闪斜长片麻岩与二云片岩构造协调,但与变粉砂岩未见接触,推测二者为断层接触。黑云角闪斜长片麻岩测年结果为246±1 Ma,表明其原岩形成于中三叠世早期;在其南东侧出露的含疑源类化石Leiosphaeridia sp.的变粉砂质泥岩中获得碎屑锆石最小年龄加权平均值为485±5 Ma,表明样品层位沉积上限为早奥陶世(待发表数据)。黑云角闪斜长片麻岩中见变余斑状结构,变余斑晶粒径为0.1~1 mm,而重结晶基质粒径为0.05~0.2 mm,岩石化学分析SiO2含量介于50.09%~53.61%之间,出现副矿物长柱状磷灰石、他形榍石等,表明其原岩应为中基性岩脉,是中三叠世构造-岩浆事件的反映,并遭受后期构造-热事件改造。

    落马湖岩群主要出露于嫩江-开鲁断裂带东侧,较集中出露于嘎拉山林场、三道卡—白石砬子及张地营子—新生乡一带。黄永为等[33]在三道卡—白石砬子一带落马湖群中发现早奥陶世牙形石化石:Drepanodus orcadus、Reutterodus depress.,表明其形成于早奥陶世;赵院东等[17]获得三道卡及张地营子一带落马湖岩群二云片岩碎屑锆石最小年龄介于406~411 Ma之间,认为其形成时代上限为早泥盆世早期;孙巍[16]在呼玛县嘎拉山林场西南落马湖群褐色二云石英片岩碎屑锆石最小年龄峰值的加权平均值为420±4 Ma,认为其形成时代上限为志留纪拉德洛期;Miao等[34]研究了嘎拉山村南落马湖群黑云角闪斜长片麻岩及侵入其中的强变形的长英质脉岩年代学,获得前者形成年龄为175±3 Ma,后者年龄为159±3 Ma,认为落马湖群原岩形成时代为约180 Ma的中生代。

    上述研究成果表明,落马湖岩群包含了早奥陶世—早中生代不同时代的地质体,是一套变质作用及变形作用差异较大的变质杂岩。这种差异可能与其所处不同构造部位及早中生代侵入岩体空间位置有关。

    岩石化学分析表明,黑云角闪斜长片麻岩原岩SiO2含量介于50.09%~53.61%之间(平均为52.27%),为基性偏中性岩浆岩。一般认为,基性岩是由上地幔部分熔融产生的玄武质岩浆或其演化的岩浆结晶的产物;岩石地球化学特征,主要受到岩浆源区成分及岩浆演化过程的制约;因而通过岩石地球化学组分特征分析,可以推测岩浆的可能源区。研究样品属碱钙性-钙碱性岩石,具有较高的MgO(5.53%~7.51%)、TFeO(7.67%~8.8%)含量及高的Mg#(54.2~62.3,平均为57.8)值,具有幔源岩浆的特点。在稀土元素配分图上,重稀土元素配分曲线平坦,Y、Yb无异常,反映岩浆源区石榴子石未参与岩浆的平衡,岩浆应形成于上地幔石榴子石橄榄岩相以浅。

    样品锆石原位Hf同位素和εHf(t)值位于亏损地幔演化线与球粒陨石演化线之间(图 5-a、b),与中亚造山带兴安岛弧显生宙火成岩中锆石Hf同位素组成类似[23, 35];单阶段模式年龄(tDM1=319 Ma~520 Ma)明显老于岩石成岩年龄,在tHf(t)图解(图 5-c)中,样品点主要位于亏损地幔演化线与底侵下地壳演化线之间,反映岩浆主要源自古生代亏损地幔增生的物质,并有陆壳物质的贡献。岩石的Mg#值(平均57.8)明显低于玄武岩原生岩浆的值(68~75)[36],相容元素Cr(80.35×10-6~87×10-6)、Co(33.52×10-6~56.34×10-6)、Ni(24.66×10-6~54.72×10-6)含量也明显低于原始地幔派生的基性岩浆,δEu =0.67~1.01(平均0.89)。这种地球化学特征反映岩浆或经历了弱的结晶分异作用,或遭受了地壳混染;样品中异常高的Sr含量(1500×10-6~2100×10-6)证明后者的可能性更大[30]。520~319 Ma是兴安地块东南缘多宝山岛弧带形成演化、陆壳增生的最重要时期,构成多宝山岛弧带主体的奥陶纪及泥盆纪岩浆岩具有高的Sr(129×10-6~1230×10-6)、Ba(127×10-6~2120×10-6)含量[37]。而研究区位于多宝山岛弧带之上,黑云角闪斜长片麻岩原岩地球化学及Hf同位素特征,反映岩浆源与多宝山岛弧古生代增生岩石圈地幔部分熔融及陆壳物质参与密切相关,这与样品富集不相容元素、岩石偏碱性特点吻合[38];样品fLu/Hf值介于-0.70~-0.97之间(平均-0.90),变化范围较大,可能是岛弧带增生带物质复杂的反映。

    样品Hf同位素特征,与出露于多宝山岛弧带东南缘玄武安山岩(242 Ma)具有基本相同的εHf(t)值(+8.5~+12.7)及Hf同位素模式年龄(tDM1=382~555 Ma)[39];与出露于兴安地块西南阿尔山南部明水地区花岗闪长岩-二长花岗岩(243~240 Ma)的εHf(t)值(+6.55~+12.19)及Hf同位素模式年龄(tDM2=595~1107 Ma)[40]有一定差别;但与出露于额尔古纳地块东部的呼玛察哈岩体(花岗闪长岩-正长花岗岩,236~240 Ma)具有明显不同的εHf(t)值(-3.94~+2.19)及Hf同位素模式年龄(tDM2=1.1~1.5 Ga)[41]。进一步佐证了多宝山岛弧带古生代增生岩石圈物质为岩浆源区之一的认识。

    综合上述特征,认为岩浆源自古生代增生岩石圈地幔的部分熔融并遭到地壳的混染。

    黑云角闪斜长片麻岩样品投图结果表明,在Zr-Nb-Y图解(图 8-a)中,样品点落入N-MORB区域,在Th-Hf-Nb图解(图 8-b)中,进入火山弧玄武岩区,在Nb/Zr-Th/Zr图解[44](图 9-a)中,落入陆缘弧玄武岩与陆-陆碰撞带玄武岩接合部位,在Nb/Yb-Th/Yb图解[45](图 9-b)中,显示为大陆弧构造背景。这与岩石富集LREE(LaN/YbN=4.95~12.68)和大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、Sr、Th,亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti、P、Zr、Hf反映的活动大陆边缘或者岛弧环境基本一致,尤其是Nb、Ta的亏损被认为是板块俯冲环境岩浆岩的典型特征[46]。在Th/Yb-U/Th图解[47](图 10)上, 反映俯冲沉积物熔体参与了岩浆的形成。因此,其形成构造背景应为与俯冲活动相关的活动大陆边缘。

    图  8  Zr/4-Nb*2-Y图解(a)和Th-Hf/3-Nb/16图解(b) (a、b底图分别据参考文献[42][43])
    Figure  8.  Zr/4-Nb*2-Y (a) and Th-Hh/3-Hf-Nb/16 (b) diagrams
    图  9  Nb/Zr-Th/Zr图(a)和Nb/Yb-Th/Yb判别图(b) (a、b底图分别据参考文献[44][45])
    N-MORB—N型洋中脊玄武岩;E-MORB—E型洋中脊玄武岩;T-MORB—T型洋脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩
    Figure  9.  Nb/Zr-Th/Zr (a) and Nb/Yb-Th/Yb (b) diagrams
    图  10  Th/Yb-U/Th判别图(底图据参考文献[47])
    Figure  10.  Th/Yb-U/Th discriminative diagram

    中亚造山带东段的大兴安岭地区,早—中三叠世总体处于华北板块与西伯利亚板块相向汇聚挤压的重要时期,在南部华北克拉通北缘形成了沿西拉木伦-长春-延吉结合带近东西向展布的巨型侵入岩带[4],而在北部额尔古纳-兴安地块上形成2条岩浆岩带,一条为主要沿满洲里—奇乾一带北东向展布的侵入岩带,另一条是包括研究区在内的音德尔—呼玛一带北东向的岩浆岩带(图 1-a)。南部侵入岩带被认为与华北克拉通和北侧造山区“微陆块群”碰撞有关,形成于同碰撞-后碰撞伸展构造背景[48-53];北部侵入岩带或被认为与蒙古-鄂霍茨克洋板块南向俯冲有关[54-58],或被认为形成于华北板块与西伯利亚板块碰撞造山后的伸展构造背景[40-41, 59]

    大洋板块向大陆板块俯冲,通常在大陆边缘近俯冲带发育平行俯冲带的火山岩带,在紧邻的内陆地区形成平行俯冲带的深成侵入岩带,共同构成弧岩浆岩带。沿额尔古纳地块西缘(奇乾—满洲里一带)平行蒙古-鄂霍茨克构造带出露的早—中三叠世侵入岩带,为一套钙碱性-高钾钙碱性侵入岩组合(闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩,少量辉石闪长岩)[54, 59]。该侵入岩带向西南延入蒙古国境内,与侨巴山—赛音山达一线早—中三叠世火山-侵入岩带相接,构成与蒙古-鄂霍茨克洋板块南东向俯冲有关的陆缘岩浆弧[54, 57]。而包括研究区在内的中三叠世呼玛—音德尔一带北东向的岩浆岩带,位于兴安地块东缘,为一套碱钙性-高钾钙碱性火山-侵入岩组合(辉长闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩、玄武安山岩)[39-41]。尽管其与前者基本平行,但其中同时发育火山岩,显然与前者不是同一条侵入岩带。这条带的岩浆活动明显较前者弱,并与北部蒙古-鄂霍茨克构造带大角度相交,前述构造环境判别其形成于俯冲相关的活动陆缘,那么如何更合理地理解其形成的构造背景?

    蒙古-鄂霍茨克构造带为蒙古-鄂霍茨克洋于晚二叠世—白垩纪自西向东沿肯特—艾伦达瓦、南图库林格尔、扎格达迪构造带一线剪刀式闭合形成的构造带[56, 60-62]。在该构造带东部黑龙江-鄂霍茨克段的阿穆尔地区仍发育晚三叠世海相硅质岩、基性火山岩及泥质砂岩;在额尔古纳地块北部发育中—晚侏罗世漠河前陆盆地[63]、晚侏罗世—早白垩世自北向南运动的漠河推覆构造带[64-65];在兴安地块东缘白石砬子地区早—中侏罗世仍发育与俯冲相关的TTG侵入岩[66]、孙吴地区具有增厚陆壳熔融特点的中侏罗世白云母花岗岩[67]。俄罗斯阿穆尔地区—大兴安岭北部—小兴安岭西北部地区自晚三叠世—早白垩世建造和构造改造连续发育的特点,说明晚三叠世—早白垩世包括研究区在内的这一地区一直处于汇聚构造背景。鉴于研究区在地理位置上更靠近蒙古-鄂霍茨克构造带,而远离南部西拉木伦-长春-延吉近东西向结合带,笔者认为,包括研究区在内的大兴安岭北部及小兴安岭西北部地区,在早—中三叠世主要遭受了蒙古-鄂霍茨克洋板块南向俯冲作用的影响。

    大洋板块向大陆板块俯冲通常发育平行俯冲带的岩浆岩带,而沿转换断层带一般不发育岩浆活动,仅在局部有“漏洞”的地区,发育少量的岩浆活动[38]。包括研究区在内的早—中三叠世呼玛-音德尔北北东向岩浆岩带,与北部蒙古-鄂霍茨克构造带大角度相交,零星出露深成侵入岩[40-41]及中基性火山岩[39](图 1-a),同时沿卧都河—音德尔一带发育线状展布的早三叠世陆相沉积盆地[4]。早—中三叠世这种沉积及岩浆建造空间展布、与北部蒙古-鄂霍茨克构造带近直交的空间关系,早—中三叠世岩浆活动受到蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲的制约,以及前述中生代构造变形特点,可能暗示在内陆地区沿呼玛—音德尔一线发育一条早—中三叠世的转换构造带;转换构造带的形成主要受到蒙古-鄂霍茨克洋板块自西向东剪刀式闭合的制约,可能是转换构造带西侧较东侧南向走滑运动速率大导致的;在转换断层构造带局部张扭形成的“漏洞”地区,岩石圈地幔及古生代增生陆壳减压并受俯冲流体/熔体交代“水化”[38]熔融形成岩浆,并沿转换断裂带上侵(图 11),形成与蒙古-鄂霍茨克洋南向俯冲有关的岩浆侵入及火山活动。

    图  11  中三叠世呼玛—音德尔一带转换构造带模式图
    Figure  11.  The pattern diagram of the Middle Triassic transformation tectonic belt in Huma-Yindal

    黑云角闪斜长片麻岩原岩形成于246 Ma左右的中三叠世,为一套基性偏中性岩浆岩,是遭受后期变质作用改造的结果。包括研究区在内的小兴安岭北部地区属于中亚造山带的一部分,历经古生代弧-盆系演化、陆缘增生,在晚古生代晚期已进入陆内环境。研究区出露的晚二叠世陆相中酸性火山-碎屑沉积、早三叠世陆相河-湖相碎屑沉积即是标志反映。中生代在研究区以北仍存在蒙古-鄂霍茨克洋构造带的强烈活动。

    综合上述岩石地球化学判别、区域构造-岩浆建造特点,认为研究区黑云角闪斜长片麻岩原岩形成于活动陆缘构造背景,与蒙古-鄂霍次克洋南向俯冲有关,可能受到北北东向陆内转换构造带的控制。

    (1) 出露于小兴安岭西北部卧都河乡驻地附近的落马湖群嘎拉山组中的黑云角闪斜长片麻岩,原岩为基性岩浆岩,形成时代为246 Ma左右的中三叠世;其产状与围岩构造协调,是遭受后期构造改造的结果;落马湖群是一套包含有自早奥陶世—早中生代不同时代地质体的构造杂岩。

    (2) 岩石地球化学特征表明,黑云角闪斜长片麻岩成分与下地壳平均成分类似;富集大离子亲石元素Rb、Ba、Sr、Th,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P、Hf,原岩形成于活动大陆边缘构造背景;Hf同位素示踪显示,其与兴安岛弧显生宙火成岩中锆石Hf同位素组成类似,岩浆源自“水化”的古生代多宝山岛弧带增生岩石圈地幔的部分熔融并有陆壳物质的参与,与蒙古-鄂霍茨克洋板块南向俯冲有关,可能受到同时期北北东向陆内转换构造带的控制。

    致谢: 样品测试分析过程中,得到了东北矿产品检测中心实验室、河北区域地质矿产调查研究所实验室、北京锆年领航科技有限公司、北京科荟测试技术有限公司等单位及个人的大力支持;审稿专家对文稿提供了宝贵的修改意见,在此一并表示诚挚的谢意。
  • 图  1   黑龙江黑河市卧都河地区地质简图(a据参考文献[18],b据参考文献修改)

    1—新生界;2—下白垩统;3—中侏罗统七林河组;4—下三叠统老龙头组;5—上二叠统花朵山组;6—泥盆系-石炭系;7—奥陶系-志留系;8—新元古界-寒武系北宽河岩组;9—新元古界-寒武系嘎拉山岩组;10—古元古界兴华渡口岩群;11—早白垩世侵入岩;12—晚三叠世-早侏罗世侵入岩;13—石炭纪侵入岩;14—超镁铁质岩;15—地质界线/不整合线;16—断层;17—片理化/糜棱岩带;18—动物/植物化石;19—采样位置

    Figure  1.   Simplified geological map of the Woduhe area, Heihe City, Heilongjiang Province

    图  2   黑云角闪斜长片麻岩片麻状构造(a)及变余斑状结构(b)

    Pl—变余斜长石斑晶

    Figure  2.   Gneissic structure(a) and blastoporphyritic texture(b) of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    图  3   黑云角闪斜长片麻岩锆石阴极发光(CL)图像

    Figure  3.   CL images of the selected zircons in the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    图  4   黑云角闪斜长片麻岩锆石U-Pb谐和图

    Figure  4.   U-Pb zircon concordia diagrams of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    图  5   黑云角闪斜长片麻岩锆石Hf同位素特征图解

    a-年龄-εHf(t)图解[23]; b-年龄-176Hf/177Hf年龄图解; c-年龄-εHf(t)图解

    Figure  5.   Diagrams of zircon Hf isotope of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    图  6   黑云角闪斜长片麻岩TAS(a)与Nb/Y-Zr/TiO2(b)图解(a、b底图分别据参考文献[25][26])

    Figure  6.   TAS (a)and Nb/Y-Zr/TiO2 (b) diagrams of biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    图  7   黑云角闪斜长片麻岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化蛛网图(b) (标准化数据据参考文献[29])

    N-MORB—N型洋中脊玄武岩;E-MORB—E型洋中脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩

    Figure  7.   Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized multi- elements spider diagram (b) of the biotite hornblende plagioclase gneiss

    图  8   Zr/4-Nb*2-Y图解(a)和Th-Hf/3-Nb/16图解(b) (a、b底图分别据参考文献[42][43])

    Figure  8.   Zr/4-Nb*2-Y (a) and Th-Hh/3-Hf-Nb/16 (b) diagrams

    图  9   Nb/Zr-Th/Zr图(a)和Nb/Yb-Th/Yb判别图(b) (a、b底图分别据参考文献[44][45])

    N-MORB—N型洋中脊玄武岩;E-MORB—E型洋中脊玄武岩;T-MORB—T型洋脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩

    Figure  9.   Nb/Zr-Th/Zr (a) and Nb/Yb-Th/Yb (b) diagrams

    图  10   Th/Yb-U/Th判别图(底图据参考文献[47])

    Figure  10.   Th/Yb-U/Th discriminative diagram

    图  11   中三叠世呼玛—音德尔一带转换构造带模式图

    Figure  11.   The pattern diagram of the Middle Triassic transformation tectonic belt in Huma-Yindal

    表  1   黑云角闪斜长片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果

    Table  1   LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    测点号 元素含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma 谐和度
    Pb 232Th 238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U
    01 1013 1542 315 4.90 0.0546 0.0028 0.2937 0.0161 0.0388 0.0005 394 117 261 13 245 3 93%
    02 323 450 187 2.41 0.0508 0.0021 0.2759 0.0115 0.0393 0.0005 235 64 247 9 249 3 99%
    03 378 551 200 2.76 0.0483 0.0018 0.2568 0.0100 0.0385 0.0005 122 95 232 8 244 3 95%
    04 572 783 240 3.26 0.0496 0.0025 0.2634 0.0132 0.0387 0.0011 176 123 237 11 245 7 96%
    05 316 450 181 2.49 0.0479 0.0021 0.2523 0.0106 0.0385 0.0006 100 91 228 9 243 4 93%
    06 389 480 205 2.34 0.0766 0.0034 0.3961 0.0203 0.0383 0.0015 1110 87 339 15 242 10 66%
    07 393 555 216 2.57 0.0512 0.0017 0.2765 0.0098 0.0392 0.0007 250 76 248 8 248 4 99%
    08 454 651 227 2.86 0.0507 0.0017 0.2760 0.0111 0.0391 0.0007 228 78 247 9 247 4 99%
    09 308 440 187 2.35 0.0498 0.0022 0.2664 0.0112 0.0391 0.0006 187 104 240 9 247 4 97%
    10 413 589 225 2.61 0.0508 0.0020 0.2675 0.0106 0.0383 0.0006 235 93 241 9 242 4 99%
    11 906 1339 290 4.63 0.0502 0.0017 0.2712 0.0096 0.0390 0.0005 206 78 244 8 247 3 98%
    12 160 197 277 0.71 0.0513 0.0017 0.2718 0.0090 0.0385 0.0005 254 78 244 7 244 3 99%
    13 289 427 184 2.32 0.0517 0.0020 0.2764 0.0103 0.0390 0.0005 272 89 248 8 247 3 99%
    14 511 702 226 3.10 0.0630 0.0035 0.3437 0.0224 0.0386 0.0007 709 117 300 17 244 4 79%
    15 466 483 382 1.26 0.0709 0.0027 0.3685 0.0155 0.0375 0.0006 967 78 319 12 237 4 70%
    16 297 415 172 2.42 0.0507 0.0022 0.2700 0.0121 0.0386 0.0005 228 100 243 10 244 3 99%
    17 479 695 235 2.96 0.0636 0.0028 0.3378 0.0166 0.0382 0.0005 728 94 296 13 242 3 80%
    18 303 441 175 2.52 0.0506 0.0023 0.2647 0.0118 0.0380 0.0005 233 104 238 9 241 3 99%
    19 694 1009 247 4.09 0.0658 0.0050 0.3526 0.0252 0.0390 0.0007 798 160 307 19 247 5 78%
    20 932 1266 369 3.43 0.0519 0.0017 0.2816 0.0099 0.0393 0.0005 280 71 252 8 248 3 98%
    21 356 489 185 2.65 0.0532 0.0019 0.2807 0.0099 0.0384 0.0005 345 83 251 8 243 3 96%
    22 512 662 222 2.98 0.0748 0.0037 0.4040 0.0229 0.0384 0.0006 1065 100 345 17 243 4 65%
    23 501 645 331 1.95 0.0816 0.0054 0.4567 0.0399 0.0389 0.0009 1236 131 382 28 246 6 56%
    24 1154 1685 357 4.73 0.0552 0.0020 0.2934 0.0108 0.0384 0.0005 420 79 261 8 243 3 92%
    25 767 1075 316 3.40 0.0555 0.0019 0.2966 0.0096 0.0389 0.0006 432 69 264 7 246 4 93%
    26 15885 1338 473 2.83 0.6178 0.0776 14.9066 1.6809 0.1463 0.0145 4550 196 2809 107 880 82 -5%
    27 802 1107 269 4.11 0.0701 0.0027 0.3810 0.0151 0.0393 0.0005 931 81 328 11 248 3 72%
    28 317 440 177 2.49 0.0568 0.0028 0.3053 0.0132 0.0393 0.0006 483 107 271 10 249 4 91%
    29 594 869 211 4.12 0.0560 0.0025 0.3032 0.0164 0.0391 0.0010 450 98 269 13 247 6 91%
    30 119 167 84 1.99 0.0536 0.0035 0.2760 0.0153 0.0384 0.0007 367 150 247 12 243 5 98%
    31 608 888 256 3.47 0.0560 0.0020 0.2996 0.0108 0.0389 0.0005 454 80 266 8 246 3 92%
    32 438 352 205 1.72 0.1354 0.0057 0.7281 0.0349 0.0383 0.0006 2169 73 555 21 242 4 21%
    33 204 292 131 2.23 0.0570 0.0032 0.3052 0.0175 0.0390 0.0008 500 122 270 14 246 5 90%
    34 604 894 247 3.62 0.0542 0.0022 0.2885 0.0121 0.0387 0.0007 389 95 257 10 244 4 94%
    35 531 751 232 3.24 0.0521 0.0021 0.2823 0.0115 0.0394 0.0006 287 99 253 9 249 4 98%
    36 261 379 162 2.34 0.0492 0.0021 0.2664 0.0115 0.0392 0.0005 167 96 240 9 248 3 96%
    37 354 503 221 2.28 0.0493 0.0019 0.2648 0.0096 0.0392 0.0005 165 86 239 8 248 3 96%
    38 571 843 264 3.20 0.0532 0.0018 0.2868 0.0104 0.0389 0.0005 345 74 256 8 246 3 96%
    39 580 856 234 3.66 0.0631 0.0029 0.3295 0.0137 0.0382 0.0006 709 98 289 10 241 4 82%
    40 400 527 163 3.24 0.0743 0.0034 0.4121 0.0226 0.0394 0.0007 1050 92 350 16 249 5 66%
    41 710 1056 267 3.96 0.0517 0.0019 0.2790 0.0109 0.0392 0.0006 276 90 250 9 248 4 99%
    42 404 446 363 1.23 0.0695 0.0029 0.3754 0.0178 0.0387 0.0006 915 86 324 13 245 4 72%
    43 690 891 242 3.69 0.0946 0.0057 0.5192 0.0341 0.0394 0.0004 1521 114 425 23 249 3 47%
    44 987 1390 315 4.41 0.0539 0.0017 0.2895 0.0083 0.0392 0.0005 369 72 258 7 248 3 96%
    45 318 357 149 2.39 0.0767 0.0034 0.4122 0.0185 0.0391 0.0006 1122 122 350 13 247 4 65%
    46 530 454 157 2.88 0.2038 0.0309 1.2054 0.2174 0.0401 0.0022 2857 249 803 100 253 14 -5%
    47 878 1245 310 4.01 0.0892 0.0089 0.5255 0.0693 0.0392 0.0013 1409 191 429 46 248 8 46%
    48 552 731 221 3.30 0.0898 0.0036 0.4810 0.0204 0.0385 0.0004 1422 76 399 14 244 3 51%
    49 271 367 165 2.23 0.0547 0.0022 0.2940 0.0119 0.0392 0.0006 398 91 262 9 248 4 94%
    50 287 266 178 1.50 0.1220 0.0113 0.7371 0.0783 0.0393 0.0009 1987 165 561 46 249 6 22%
    51 253 323 164 1.97 0.0546 0.0034 0.2973 0.0223 0.0391 0.0012 394 139 264 17 248 7 93%
    52 596 774 290 2.67 0.0744 0.0050 0.4285 0.0444 0.0395 0.0013 1054 131 362 32 250 8 63%
    53 448 493 183 2.70 0.1209 0.0106 0.6493 0.0613 0.0384 0.0007 1970 157 508 38 243 4 29%
    54 403 581 213 2.72 0.0604 0.0030 0.3273 0.0181 0.0394 0.0010 620 109 288 14 249 6 85%
    55 736 1077 302 3.56 0.0593 0.0019 0.3194 0.0131 0.0388 0.0008 589 75 281 10 245 5 86%
    56 368 433 150 2.88 0.1012 0.0126 0.5914 0.0898 0.0387 0.0010 1656 233 472 57 245 6 36%
    57 316 442 151 2.93 0.0669 0.0037 0.3502 0.0203 0.0381 0.0011 835 113 305 15 241 7 76%
    58 484 591 201 2.94 0.0722 0.0041 0.3812 0.0232 0.0382 0.0007 992 117 328 17 242 4 69%
    59 568 665 301 2.21 0.1299 0.0136 0.7200 0.0879 0.0386 0.0011 2098 186 551 52 244 7 22%
    60 310 422 202 2.09 0.0526 0.0022 0.2872 0.0134 0.0393 0.0008 309 127 256 11 249 5 97%
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    表  2   黑云角闪斜长片麻岩锆石Lu-Hf同位素组成分析结果

    Table  2   Lu-Hf isotopic compositions of zircons from biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    测点号 年龄/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf IHf εHf(0) εHf(t) tDM1 /Ma tDM2 /Ma fLu/Hf
    2 246 0.079822 0.002212 0.282977 0.282966 7.24 12.27 403 489 -0.93
    4 246 0.295212 0.010029 0.283046 0.283000 9.7 13.48 383 412 -0.70
    5 246 0.105878 0.002756 0.282968 0.282955 6.92 11.88 423 516 -0.92
    7 246 0.172703 0.005125 0.283051 0.283027 9.87 14.43 319 350 -0.85
    9 246 0.078799 0.002163 0.283014 0.283004 8.57 13.62 347 402 -0.93
    10 246 0.086123 0.002557 0.282900 0.282889 4.54 9.55 520 666 -0.92
    11 246 0.182131 0.005819 0.283037 0.283010 9.37 13.83 349 389 -0.82
    12 246 0.037117 0.001065 0.282923 0.282918 5.35 10.57 467 599 -0.97
    13 246 0.049653 0.001423 0.282950 0.282943 6.28 11.46 433 541 -0.96
    16 246 0.094981 0.003008 0.282928 0.282915 5.53 10.47 485 607 -0.91
    18 246 0.105695 0.003701 0.283007 0.282990 8.33 13.12 373 434 -0.89
    21 246 0.097635 0.002632 0.283012 0.283000 8.47 13.48 356 414 -0.92
    24 246 0.126160 0.003550 0.282986 0.282969 7.56 12.38 405 483 -0.89
    25 246 0.129967 0.003680 0.283020 0.283003 8.76 13.58 354 406 -0.89
    30 246 0.055962 0.001667 0.282985 0.282977 7.54 12.66 385 464 -0.95
    31 246 0.132918 0.004270 0.283013 0.282994 8.54 13.26 370 427 -0.87
    33 246 0.040373 0.001265 0.282968 0.282962 6.94 12.13 405 498 -0.96
    34 246 0.069740 0.002091 0.282974 0.282965 7.16 12.24 405 493 -0.94
    35 246 0.096123 0.002688 0.282950 0.282937 6.29 11.25 448 554 -0.92
    36 246 0.102602 0.003079 0.283031 0.283017 9.17 14.08 331 374 -0.91
    37 246 0.063589 0.001910 0.282976 0.282967 7.2 12.31 401 488 -0.94
    38 246 0.109878 0.003315 0.282945 0.282930 6.12 11.00 464 573 -0.90
    41 246 0.152045 0.004371 0.282988 0.282968 7.64 12.34 411 486 -0.87
    49 246 0.098409 0.002811 0.283003 0.282990 8.18 13.12 370 435 -0.92
    60 246 0.079493 0.002579 0.282972 0.282960 7.08 12.06 414 503 -0.92
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    表  3   黑云角闪斜长片麻岩主量、微量和稀土元素分析结果

    Table  3   Major, trace and rare earth element contents of biotite-hornblende-plagioclase gneiss

    样号 b1 b2 b4 b5 样号 b1 b2 b4 b5
    SiO2 52.76 53.61 50.09 52.6 Ho 0.9 0.96 1.18 1.15
    Al2O3 14.53 16.68 15.87 16.3 Er 2.95 2.94 3.63 3.73
    Fe2O3 1.2 1.74 1.55 0.88 Tm 0.47 0.41 0.48 0.5
    FeO 7.01 6.11 7.41 7.55 Yb 3.18 2.64 3.18 3.34
    MgO 7.51 5.81 6.56 5.53 Lu 0.49 0.38 0.46 0.5
    TiO2 1.05 0.93 0.98 0.91 Ba 209.42 729.79 622.73 161.72
    CaO 9.24 5.49 8.66 8.83 Rb 9.02 49.96 47.49 4.14
    K2O 0.57 2.37 1.95 0.35 Sr 1900 1500 2100 1600
    Na2O 4.03 4.69 3.71 4.85 Th 3.48 6.25 6.4 7.29
    MnO 0.31 0.19 0.3 0.23 U 1.7 1.64 1.69 1.9
    P2O5 0.04 0.36 0.35 0.4 Zr 94.52 102.29 82.91 113.22
    烧失量 1.59 1.97 2.4 1.3 Hf 2.02 1.14 1.47 1.75
    总计 99.84 99.95 99.82 99.73 Nb 4.83 4.27 3.7 4.41
    Mg# 62.3 57.5 57 54.2 Ta 0.7 0.61 0.61 1.24
    TFeO/MgO 1.08 1.32 1.34 1.51 Li 19.94 72.9 85.83 17.84
    σ 2.17 4.7 4.51 2.81 Be 1.82 1.86 2.11 1.85
    Y 29.14 30.46 35.76 36.44 Sc 23.96 11.55 16.31 12.36
    La 21.94 45.34 56.23 58.55 V 102.89 144.85 169.71 164.47
    Ce 49.03 95.71 126.97 133.69 Cr 86.86 87 86.46 80.35
    Pr 7.07 13 17.01 18.02 Co 33.52 43.58 56.34 46.46
    Nd 34.22 58.81 79.12 80.98 Ni 24.66 54.72 41.58 36.01
    Sm 7.7 10.05 13.55 14.24 ΣREE 140.08 247.48 322.82 335.85
    Eu 1.51 3.09 3.9 3.78 LREE/HREE 6.53 10.52 11.39 11.63
    Gd 5.51 8.15 9.91 10.23 LaN/YbN 4.95 12.33 12.68 12.59
    Tb 0.81 1.1 1.34 1.38 δEu 0.67 1.01 0.98 0.91
    Dy 4.29 4.91 5.88 5.76 δCe 0.96 0.95 1 1
    注:主量元素含量单位为%,微量和稀土元素含量单位为10-6
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-20
  • 修回日期:  2021-05-22
  • 网络出版日期:  2023-08-15
  • 刊出日期:  2021-06-14

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