大兴安岭伊勒呼里山早白垩世碱长花岗岩年龄、地球化学特征及其地质意义
文章快速检索    
  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (6): 1061-1074  
0

引用本文 [复制中英文]

尹志刚, 宫兆民, 张跃龙, 韩宇, 王阳, 曹忠强, 李海娜, 李敏. 大兴安岭伊勒呼里山早白垩世碱长花岗岩年龄、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2018, 37(6): 1061-1074.
[复制中文]
Yin Z G, Gong Z M, Zhang Y L, Han Y, Wang Y, Cao Z Q, Li H N, Li M. Geochronology, geochemistry and geological sig-nificance of the Early Cretaceous alkali feldspar granites in the Yilehuli Mountain, Da Hinggan, Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(6): 1061-1074.
[复制英文]

基金项目

中国地质调查局项目《黑龙江1:5万1147高地(M51E004015)、工队(M51E004016)、1302高地(M51E005015)、1070高地(M51E005016)幅区调》(编号:1212011120659)

作者简介

尹志刚(1962-), 男, 教授, 博士生导师, 从事区域地质矿产调查研究。E-mail:yzg63@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-04-24
修订日期: 2017-06-02
大兴安岭伊勒呼里山早白垩世碱长花岗岩年龄、地球化学特征及其地质意义
尹志刚1 , 宫兆民1 , 张跃龙2 , 韩宇1 , 王阳1 , 曹忠强1 , 李海娜1 , 李敏1     
1. 辽宁工程技术大学矿业学院, 辽宁 阜新 123000;
2. 黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院, 黑龙江 哈尔滨 150036
摘要: 对大兴安岭伊勒呼里山早白垩世碱长花岗岩进行了岩相学、地球化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究。伊勒呼里山地区碱长花岗岩主量元素具有富Si、富碱,贫Mg、Ca的特征;微量元素亏损Sr、P、Eu、Ti,富集K、Rb、Th等不相容元素,元素地球化学特征表明,岩体为铝质A型花岗岩(A/CNK=0.88~1.21,A/NK=0.94~1.49)。测年结果显示,粗中粒碱长花岗岩的锆石年龄为140.3±1.0Ma,细中粒碱长花岗岩锆石年龄为137.9±0.8Ma,均形成于早白垩世。结合区域研究资料,伊勒呼里山地区碱长花岗岩岩体的形成与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的岩石圈伸展密切相关,其岩浆源区可能为地壳物质的部分熔融。
关键词: 早白垩世    地球化学    锆石U-Pb测年    A型花岗岩    伊勒呼里山    
Geochronology, geochemistry and geological sig-nificance of the Early Cretaceous alkali feldspar granites in the Yilehuli Mountain, Da Hinggan, Mountain
YIN Zhigang1, GONG Zhaomin1, ZHANG Yuelong2, HAN Yu1, WANG Yang1, CAO Zhongqiang1, LI Haina1, LI Min1     
1. College of Mining Engineering/Liaoning Technical University, Fuxin 123000, Liaoning, China;
2. Qiqihar Branch, Heilongjiang Institute of Geological Survey, Harbin 150036, Heilongjiang, China
Abstract: Petrographic and geochemical data and LA-ICP-MS zircon U-Pb ages were obtained for Early Cretaceous alkali feldspar granites of the Yilehuli Mountain. The major elements of Yilehuli alkali feldspar granites are high in Si, ALK, and low in Mg, Ca. Trace elements are enriched in incompatible elements such as K, Rb and Th, and depleted in Sr, P, Eu and Ti. Geochemical features indicate that alkali feldspar granites are aluminum A-type granites (A/CNK=0.88~1.21, A/NK=0.94~1.49). LA-ICP-MS zircon U-Pb age data of coarse-medium alkali feldspar granites and fine-medium alkali feldspar granites are 140.3 ±1.0Ma and 137.9 ±0.8Ma, respectively, indicating that intrusive rocks were formed in Early Cretaceous. Combined with regional geological investiga-tion, the authors hold that the formation of Yilehuli plutons was closely related to lithospheric extension caused by closure of the Mongol-Okhotsk Ocean, and that the primary magma was derived from partial melting of crustal materials.
Key words: Early Cretaceous    geochemistry    zircon U-Pb age    A-type granite    Yilehuli Mountain    

大兴安岭地区位于中亚造山带东部,属中亚造山带东段的兴蒙造山带,是古生代古亚洲洋构造域与中生代环太平洋构造域强烈叠加、复合、转换的部位,由于该区经历了古生代多块体拼合作用过程和中生代陆内演化过程的叠加,因而地壳结构、构造环境复杂。其从北向南依次横跨了额尔古纳地块和兴安地块,甚至延伸到华北克拉通北缘,是多块体拼合的构造叠加区[1],是东北地区乃至中国重要的有色金属和贵金属成矿带[2],而伊勒呼里山成矿亚带是大兴安岭重要的成矿亚带之一[3]。因此,对伊勒呼里山岩浆岩的研究,对研究区甚至大兴安岭北段的构造环境、岩浆来源及成矿规律有极重要的意义。鉴于前人已经对该区火山岩岩石系列、岩石成因、年代学及大地构造背景做了不少研究[3-5],但对研究区侵入岩的研究较少。因此,本文对伊勒呼里山早白垩世碱长花岗岩岩体的主量、稀土和微量元素进行分析,对2个侵入岩样品进行LA-ICPMS锆石U-Pb年龄研究,系统讨论了伊勒呼里山碱长花岗岩的岩石地球化学特征,并进一步探讨大地构造环境、岩浆物质来源、深部地质作用等重大地质问题,对揭示伊勒呼里山地区在早白垩世的构造及岩浆演化具有重要意义。

1 区域地质概况

研究区位于黑龙江省西北部与内蒙古自治区东北部两省区交汇部位的大兴安岭山脉北段东坡,位于兴安地块内鄂伦春褶皱带北段[3-4]。研究区地层新元古界—新生界均有不同程度出露。区内以中侏罗世侵入岩较发育,至早白垩世岩浆侵入活动减弱。早白垩世侵入岩主要分布在调查区的中部、东南部,总体呈北东向分布,占侵入岩面积的37.81%(图 1)。

图 1 伊勒呼里山地区中生代侵入岩分布地质简图(据参考文献[5]修改) Fig.1 Distribution diagram of Mesozoic intrusive rocks of the Yilehuli Mountain

经岩相学鉴定,岩体主要为粗中粒碱长花岗岩、细中粒碱长花岗岩、细粒似斑状碱长花岗岩。细中粒碱长花岗岩:岩石呈灰黄色,细中粒花岗结构,矿物粒径为0.2~5mm,以2~4mm为主,由黑云母(1%~2%)、角闪石(偶见)、斜长石(1%~10%)、碱性长石(60%~75%)、石英(20%~35%)组成。黑云母呈褐色、黄褐色,片状,具平行消光,多色性明显,Ng′-褐色,Np′-浅褐黄色,大小为0.5~1.0mm,为镁黑云母;斜长石为半自形板状,聚片双晶细密,部分为碱性长石晶面残留,为更长石,粒度多为0.2~5.0mm;碱性长石多为他形粒状的条纹长石,条纹呈树枝状、网脉状,多为交代斜长石形成,晶面多被粘土矿物交代,具卡式双晶,少数被白云母交代,大小为0.2~5.0mm;石英呈他形粒状,具波状消光,粒度为0.2~4.0mm。副矿物以榍石为主,主要矿物组合为榍石+锆石+锐钛矿+磷灰石+褐帘石+石榴子石+褐铁矿+磁铁矿。粗中粒碱长花岗岩:岩石呈灰黄色,粗中粒花岗结构,矿物粒径为2~15mm,以2~5mm为主,由黑云母(1%~2%)、角闪石(偶见)、斜长石(1%~10%)、碱性长石(60%~75%)、石英(20%~ 35%)组成。黑云母为褐色、黄褐色,片状,多色性明显,Ng′-褐绿色,Np′-亮黄色,沿解理缝偶见铁质析出,大小为0.72~2.00mm;角闪石呈绿色柱状,发育解理,多色性明显,Ng′-绿色,Np′-淡绿色,斜消光,最高干涉色二级,边缘为少量红褐色粘土矿物;斜长石呈半自形板状,双晶纹细密平直,为更长石,多被碱性长石交代,少残留,大小为0.64~2.20mm;碱性长石呈半自形板状-他形粒状,为条纹长石,条纹不规则状,少量树枝状,为交代斜长石残留,晶面不干净,被粘土矿物交代呈红褐色,粒度多为5~7mm,部分为2~5mm;石英呈他形粒状,部分具波状消光,粒度多为0.5~5.0mm。副矿物以锆石为主,主要矿物组合为锆石+锐钛矿+磷灰石+榍石±绿帘石±褐帘石±石榴子石+褐铁矿+磁铁矿。细粒似斑状碱长花岗岩:岩石呈灰黄色,细粒似斑状花岗结构,矿物粒径为0.2~12mm,以0.5~2mm为主,大于2mm的构成斑晶,斑晶含量不均匀,多在5%~20%之间,局部高达50%~80%。由黑云母(1%~2%)、角闪石(偶见)、斜长石(1%~10%)、碱性长石(60%~75%)、石英(20%~35%)组成。斑晶主要为碱性长石,粒度为2~15mm,含量5%~20%。基质细粒花岗结构,由黑云母(1%~3%)、斜长石(2%~5%)、钾长石(65%~70%)、石英(22%~30%)组成,粒度为0.2~2.0mm。黑云母呈黄褐色片状,平行消光;斜长石呈半自形板状,聚片双晶发育,双晶纹细密平直,为更长石,多被碱性长石交代,粒度多为0.2~2.0mm;碱性长石多呈他形,为条纹长石,大小为0.2~2.0mm,条纹树枝状交代斜长石残留,晶面常被粘土矿物交代不干净,碱性长石占75%;石英呈他形粒状,占20%。副矿物以榍石为主,主要矿物组合为榍石+锆石+磷灰石+褐铁矿+磁铁矿。

2 样品采集与分析方法

在研究区碱长花岗岩体的不同部位采集12件新鲜的岩石样品进行岩石地球化学分析,选取其中2件样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年研究。野外采集测年样品重约12kg,在河北省地矿局区域地质调查大队实验室(廊坊)用常规方法粉碎至80~100目,通过淘选和电磁选方法进行分离。在双目镜下挑选出晶形、透明度较好、裂隙和包体较少、表面洁净的锆石颗粒用于年龄测定。锆石制靶和阴极发光(CL)图像的采集在北京离子探针中心完成。锆石U-Pb同位素分析在天津地质矿产研究所进行,检测依据为DZ/T0184.3—1997,所用仪器为ThermoFisHer公司制造的Neptune型LA- MICICPMS和Cetac公司制造的GeolasPro193准分子型激光系统联机。用193nm激光器对锆石进行剥蚀,深度为20~40μm,激光剥蚀斑束直径为35μm。应用TEMORA和GJ-1作为外部锆石年龄标准进行分馏校正,元素含量则采用玻璃标样SRM610作为外标, 详细的实验原理和流程见参考文献[6]。

主量元素测定由黑龙江省地质调查研究总院实验室完成,微量和稀土元素测定由沈阳地质调查中心实验测试中心完成。其中,主量元素采用X射线荧光光谱仪测定,相对标准偏差为2%~5%;微量及稀土元素均采用电感耦合等离子体质谱仪测定,相对标准偏差小于10%。

3 分析结果 3.1 锆石U-Pb年龄

锆石U-Pb同位素年龄研究越来越受到地质学家的重视[5-8],可以通过锆石的生成时代准确地限定花岗岩的生成时代。笔者在鄂伦春-头道桥断裂带附近发现早白垩世碱长花岗岩,应用锆石U-Pb LA-ICP-MS方法定年,分别对1170高地中粗粒碱长花岗岩(D0410)选取了25颗锆石,989高地中细粒碱长花岗岩(PM022LT58)选取了25颗锆石,进行了测年分析,结果见表 1

表 1 伊勒呼里山早白垩世花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb定年结果(D0410) Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for Early Cretaceous granites in Yilehuli Mountain

样品PM022LT58:锆石呈浅黄白色,透明度较好,粒径为50~120μm,长宽比为2:1~3:1。锆石阴极发光(CL)图像(图 2-a)显示,大部分锆石具有较明显的振荡环带。样品中的Th、U含量较高,Th/U值在0.6629~2.4360之间,为典型的岩浆成因锆石[8-9]。25个测试数据全部落在谐和线上及其附近,锆石的U-Pb年龄集中分布在134~140Ma之间,年龄加权平均值为137.91±0.83Ma(MSWD=1.2)(图 3-a),代表岩浆结晶年龄。

图 2 伊勒呼里山碱长花岗岩锆石阴极发光(CL)图像 Fig.2 CL images of zircons from the granites of Yilehuli Mountain
图 3 伊勒呼里山花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.3 U-Pb concordant diagrams of zircons from the granites of Yilehuli Mountain

样品D0410:锆石呈浅黄白色,透明度较好,粒径为70~200μm,长宽比为2:1~4:1。锆石阴极发光图像(图 2-b)显示,大部分锆石具有较明显的振荡环带。样品的Th、U含量较高,Th/U值在0.4852~1.4382之间,为典型的岩浆成因锆石[8-9]。25个测试数据全部落在谐和线上及其附近,锆石的U-Pb LA-ICP-MS年龄集中分布在133~145Ma之间,年龄加权平均值为140.34±0.98Ma(MSWD=6.5)(图 3-b),代表岩浆结晶年龄。

获得的2组侵入岩岩体年龄均属于早白垩世早期(145~120Ma)。表明大兴安岭伊勒呼里山地区存在早白垩世花岗质岩浆活动,其产物记载了此阶段发生的地壳活动。

3.2 地球化学特征 3.2.1 主量元素

伊勒呼里山早白垩世碱长花岗岩全岩的主量、微量元素分析结果见表 2。花岗岩的12个样品在实际矿物QAP图(图略)上,位于碱长花岗岩区,在CIPW标准矿物QAP图(图略)上,也位于碱长花岗岩区,两者一致。SiO2含量为65.21%~75.84%,平均值为73.45%;全碱(ALK=K2O+Na2O)含量为7.7%~9.12%,平均值为8.52%,表现出高硅、高碱的特征。全岩K2O/Na2O平均值为1.08,说明岩石相对富钾,在SiO2-(K2O+Na2O)图解(图 4-a)中,花岗岩所有样品点均落在亚碱性系列区域,在SiO2-K2O分类图解中所有样品点均落在高钾钙碱性系列区域(图 4-b)。在哈克图解上(图略),随着SiO2含量的增高,该期岩浆岩Al2O3、Fe2O3+FeO、MgO明显降低,具较明显的负相关,CaO略具负相关性,TiO2、MnO、Na2O+K2O、P2O5与SiO2相关性差;贫钙(CaO质量分数为0.22% ~1.89%,平均值0.63%)、贫镁(MgO质量分数为0.02%~1.15%,平均值0.4%),比Yan等[10]定义的中国花岗岩的平均成分(CaO=1.34%;MgO=0.64%)低得多,Ca随岩浆演化而流失较明显,反映花岗岩经过较强的结晶分异作用。含铝指数A/CNK和A/NK分别为0.88~1.21和0.98~1.49,样品基本为准铝质-弱过铝质系列岩石(图 5)。

图 4 伊勒呼里山岩体岩石系列划分图解 Fig.4 Rock series diagrams for Yilehuli intrusion a—硅碱关系图;b—SiO2-K2O关系图
图 5 伊勒呼里山岩体A/CNK-A/NK图解 Fig.5 A/CNK- A/NK diagram for Yilehuli intrusion (虚线代表I型和S型花岗岩之间的边界)
表 2 伊勒呼里山碱长花岗岩体主量、微量和稀土元素组成 Table 2 Major, trace element and REE data components for Yilehuli intrusion
3.2.2 微量元素

根据稀土、微量元素组成(表 2)及其配分曲线分布形式(图 6),早白垩世碱长花岗岩稀土元素总量(ΣREE)为54.6510-6~285.25×10-6,变化较大,平均值为138.89×10-6,略小于陆壳平均值(154.7×10-6)。轻、重稀土元素的分馏明显(ΣLREE/ΣHREE值和(La/Yb)N值分别为5.5~12.26和4.23~11.25),属轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型;其稀土元素配分曲线呈平缓右倾型,轻稀土元素曲线较陡,重稀土元素曲线近水平,说明轻稀土元素分异程度较高,重稀土元素没有明显的分馏,可能表明岩浆源区存在石榴子石等重稀土元素的矿物。明显的负Eu异常(δEu值0.33~0.94,多小于0.7),表明岩浆形成过程中发生过斜长石的分异。

图 6 伊勒呼里岩体稀土元素球粒陨石标准化曲线 Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for Yilehuli intrusion

岩石样品表现为强烈富集大离子元素Rb、Th、K等,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等和P。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7)中显示右倾,说明岩石具地壳混染特点。高场强元素Nb、Ta、Ti等和P及大离子亲石元素Ba、Sr相对于其他不相容元素为负异常,构成4个明显的亏损槽。而Th、K、La、Ce、Zr、Hf形成峰值。Nb为负异常通常被认为是典型陆壳岩石的标志[4]。Sr负异常可能为斜长石结晶分离时有大量Sr带出,当然也不排除Sr进入熔体所致。

图 7 伊勒呼里岩体微量元素蛛网图 Fig.7 Trace element spider diagram for Yilehuli intrusion
4 讨论 4.1 岩石类型

目前花岗岩按成因类型分为S型、I型、A型和M型4类,其成因类型的判定需要结合矿物组成及地球化学特征综合考虑。通过研究,研究区岩石类型为碱长花岗岩,并非偏铝质的斜长花岗岩,且不存在与其相伴生的岛弧火山岩[4-5],因此,它们并不属于起源于年轻地幔物质的M型花岗岩。在(Na+K+Ca/2)-Al图解(图 8)上,样品点位于I、S型花岗岩分界线附近,以I型花岗岩为主。但岩相学特征表明,其不存在典型的S型花岗岩特征的富铝矿物,如白云母、堇青石、石榴子石等[11-12]。本文花岗岩样品的岩石化学成分为准铝质-弱过铝质,绝大多数A/CNK < 1.1,且随着SiO2含量增加,Al2O3和P2O5含量明显降低,而S型花岗岩的P2O5随SiO2增加而增加,或基本保持不变,明显不同于S型花岗岩的地球化学成分特点[13],故研究区碱长花岗岩不是S型花岗岩。同时Rh和Th的正相关性也表明,样品为I型或A型花岗岩[14]

图 8 伊勒呼里山碱长花岗岩岩体(K+Na+Ca/2)-Al图解 Fig.8 (K+Na+Ca/2)-Al diagram for Yilehuli intrusion

通过(Zr+Nb+Ce+Y)-(K2O+Na2O)/CaO(图 9),以及SiO2-Ce、SiO2-Nb、SiO2-Y、SiO2-Zr(图略)花岗岩成因类型判别图解[15]可以看出,样品均处于高分异的I型花岗岩和A型花岗岩的交界处。考虑到这2类岩石在地球化学特征上有较多的相似之处,在图解上有较高重叠性及A型花岗岩有一定的特殊性,只利用图解很难将二者区分[16],故要利用多方法进行分辨。通过详细的岩石地球化学研究发现,碱长花岗岩具有高硅(SiO2含量大于68.35%),富碱((Na2O+K2O)含量大于7.7%)、贫钙(CaO含量小于1.89%)及高TFeO/MgO值(大多数大于3.66)的特征。同时,碱长花岗岩相对富集稀土元素(除Eu)和大离子亲石元素(Rb、Th、K),而强烈亏损Ba、Sr、P、Ti,中等亏损Nb、Ta,具重稀土元素亏损的特征,与A型花岗岩相同[17-21]。张旗等[22-23]认为,Sr和Yb对于中酸性岩浆岩(Si2O > 56%的中酸性火山岩和侵入岩)是2个非常有意义的地球化学指标。本文碱长花岗岩样品在Yb-Sr判别图解(图 10)中,岩石样品点大部分落入低Sr、低Yb,非常低Sr、高Yb范围,均属于南岭型花岗岩(Sr < 100×10-6, Yb > 1.5×10-6)。南岭型花岗岩富钾,主要矿物组成为石英和碱性长石,斜长石含量较少或缺乏,与本文碱长花岗岩岩石学特征相同,而南岭型花岗岩是典型的A型花岗岩。同时,林强等[24]认为,大兴安岭中生代花岗岩类分为2类,高Sr的I型花岗岩和低Sr的I型、A1型花岗岩。在图 11图 12中,本区岩石样品均落入低Sr花岗岩区域。同时,低Sr的A1型花岗岩显示轻微分馏的稀土元素配分模式,具有明显的负Eu异常,在微量元素蛛网图上,A1型花岗岩强烈亏损Sr、Ba、P、Ti元素,并富集Zr等高场强元素,这些地球化学特征与本区碱长花岗岩一致,表明研究区碱长花岗岩为低Sr的A1型花岗岩。

图 9 伊勒呼里山碱长花岗岩岩体(Zr+Nb+Ce+Y)-(K2O+Na2O)/CaO图解 Fig.9 (Zr+Nb+Ce+Y)-(K2O+Na2O)/CaO diagram for Yilehuli intrusion
图 10 伊勒呼里山碱长花岗岩体Yb-Sr图解 Fig.10 Yb -Sr diagram for Yilehuli intrusion
图 11 伊勒呼里山碱长花岗岩岩体SiO2-(K2O+Na2O)图解 Fig.11 SiO2-(K2O+Na2O) diagram for Yilehuli intrusion
图 12 伊勒呼里山碱长花岗岩岩体SiO2-Zr图解 Fig.12 SiO2-Zr diagram for Yilehuli intrusion
4.2 成因及源区特征

对于A型花岗岩的成因,主要有3种观点:地幔玄武质岩浆结晶分异、壳幔物质的混合熔融、各种壳源物质的部分熔融[25-26]。张旗等[27]认为,花岗岩都是壳源成因,大致分为洋壳、陆壳及两者之间过渡3种源区,幔源和壳幔混合只是一种猜想。如果岩体是幔源基性玄武质岩浆直接分异的产物,花岗岩的周围应有大量基性岩出露,而事实上,研究区未发现时空关系密切的基性岩,不可能构成双峰式火山岩[4-5, 18, 25]。同时,岩体地球化学特征与壳源岩浆性质相似[18, 28],可以推断岩浆来源于下地壳物质的部分熔融[29],当然也不排除有基性岩浆底侵的可能性[25]

王德滋等[30]认为,Rb和K有相似的地球化学性质,在地球演化初期,随着壳幔的分离和地壳的演化,K和Rb会不断向上迁移进入硅铝层,富集于成熟度高的地壳中;Sr和Ca有相似的地球化学行为,Sr主要富集在斜长石中代替Ca,在成熟度低、演化不充分的地壳中富集。因此,Rb/Sr值能较好地记录物质的性质[31-32],Rb/Sr值高,一方面说明岩浆演化程度很高,另一方面说明源岩可能主要来自地壳。研究区碱长花岗岩Rb/Sr值范围为1.29~10.34,平均值为5.05,位于壳源岩浆范围内(> 0.5),而不同于E-MORB(富集洋中脊玄武岩,0.033)、原始地幔(0.03)和洋岛玄武岩OIB(0.047)的Rb/Sr值;Zr/Hf与Nb/Ta值分别为16.39~51.22(平均值为29.26)和1.77~16.88(平均值为11.08),与原始地幔的相应值37和17.8相差较大,与地壳的相应值33和11.4较接近。同时,样品微量元素中Ba、Nb、Ti明显亏损,且Cr、Co、Ni等相容元素含量较低。这些特征均与地壳物质部分熔融的产物相同[14]。另外,岩石样品的分异指数DI较高,且与氧化物之间具有较好的相关性,也证明了岩浆演化程度较高。故认为,伊勒呼里山碱长花岗岩岩体应该是演化程度较高的地壳物质部分熔融的产物。

所有的样品具有较高的Yb(1.55×10-6~4.47×10-6)和Y(9.13×10-6~37.2×10-6)含量,样品中稀土元素(MREE)相对于重稀土元素(HREE)(HoN < YbN)亏损,暗示角闪石、石榴子石可能是重要的残留相。岩浆贫Al、Sr和P,有较明显的负Eu异常,说明残留相中可能存在富Ca的斜长石、磷灰石的部分熔融残留相,或岩浆演化过程中经历了斜长石和磷灰石的分离结晶作用[22, 33]。这些特征与张旗等提出的SrYb花岗岩分类中低Sr、低Yb和非常低Sr、高Yb类花岗岩具有可比性。岩石学实验表明,低Sr、高Yb形成于压力小于0.8GPa、650~800℃条件下,残留相为斜长石+角闪石+斜方辉石+钛铁矿(无石榴石);低Sr、低Yb类花岗岩形成于0.8~1.3GPa(700~800℃),为麻粒岩部分熔融形成的,残留相为石榴子石+角闪石+单斜辉石+斜长石±钛铁矿[22]。结合研究区岩石样品的地球化学特征、岩石学特征及早白垩世大兴安岭构造环境的演化,笔者认为,研究区碱长花岗岩源区温压、深度及残留相的变化特征,与地壳减薄环境相同。

4.3 构造环境

花岗岩的微量元素组成明显受其成岩的构造环境制约,在微量元素(Yb+Ta) -Rb图解(图 13-a)上,样品点落入火山弧花岗岩(VAG)内,仅有1个样品落在板内花岗岩(WPG)内;在Y-Nb图解(图 13-b)上,样品点落入火山弧花岗岩内和同碰撞花岗岩(Syn-COLG)界线附近;在(Y+Nb) - Rb图解(图 13-c)上,样品点落入火山弧花岗岩和后碰撞花岗岩(Post-COLG)重叠区域内,在Rb/30-Hf-Ta×3判别图解(图 13-d)上,样品点落入火山岛弧区和碰撞后花岗岩区的边界附近。所有样品都表现出负Nb异常,其他高场强元素相对亏损,这是与俯冲有关的岩浆特征,也可见于以岛弧物质为物源的壳源花岗岩中[34],与1998年Liegeois提出的“后碰撞”构造环境形成的花岗岩特征极相似[35],相当于碰撞造山晚期阶段。上述特征均显示,伊勒呼里山碱长花岗岩岩体的形成应与造山后作用有关,属于后碰撞环境。在中酸性火山岩的Ta/Yb-Th/Yb构造环境判别图解(图 14)中,花岗岩落入活动大陆边缘范围,岩浆亏损Sr表明与消减作用无关。因此,研究区碱长花岗岩形成于活动大陆边缘后碰撞环境。

图 13 伊勒呼里山岩体微量元素构造环境判别图解 Fig.13 Diagrams of the tectonic setting of trace elements for Yilehuli intrusion Syn-COLG—同碰撞花岗岩;WPG—板内花岗岩;ORG—洋脊花岗岩;
Post-COLG—后碰撞花岗岩;LPCG—晚碰撞-后碰撞花岗岩
图 14 伊勒呼里山碱长花岗岩岩体Ta/Yb-Th/Yb图解 Fig.14 Ta/Yb-Th/Yb diagram for Yilehuli intrusion OCEANIC ARCS—大洋岛弧;ACM—活动大陆边缘;
WPVZ—板内火山岩带;WPB—板内玄武岩;
MORB—大洋中脊玄武岩

伊勒呼里山碱长花岗岩岩体的地球化学特征显示为高钾钙碱性花岗岩,而高钾钙碱性花岗岩可以出现在不同的地球动力学环境中,可以指示构造体制的变化,它既可产生在将碰撞事件主峰期分开的张弛阶段,也可以产生在从挤压体制转变成拉张体制的过程中[36-37],但通常认为,高钾钙碱性系列岩浆岩是后碰撞岩浆活动的重要特征之一[35, 38-39],与上文相符。在lgCaO/(Na2O+K2O)-SiO2判别图解(图 15)上,岩石全部落于正常挤压型钙碱性岩区外,分布于典型拉张环境下的产物——尼日利亚花岗岩演化线附近,也反映构造环境具引张型特征。故认为,伊勒呼里山碱长花岗岩岩体可能为活动大陆边缘碰撞后的拉张环境。

图 15 伊勒呼里山碱长花岗岩岩体SiO2-lg(CaO/(K2O+Na2O))图解 Fig.15 SiO2-lg(CaO/(K2O+Na2O)) diagram for Yilehuli intrusion

多种证据表明,早白垩世东北地区处于伸展环境[40],证据包括:①东亚大陆边缘的侏罗纪—白垩纪增生的变质核杂岩;②大兴安岭广泛出露的来自富集岩石圈地幔的钙碱性火山岩;③广泛分布的造山后和非造山的A型花岗岩。对于大兴安岭地区,蒙古-鄂霍茨克洋具有自西向东剪刀式闭合的特点,西部可能于晚三叠世开始闭合,东部可能于晚侏罗世—早白垩世完成闭合[41-42],同时古太平洋板块也在早—中侏罗世已经开始向欧亚大陆东部边缘俯冲,此时欧亚大陆也开始受到古太平洋构造体系的影响[7, 42],因此在早白垩世大兴安岭地区可能受蒙古-鄂霍茨克洋闭合和古太平洋俯冲的双重影响[43]。但是,中侏罗世晚期—早白垩世早期为古太平洋板块俯冲的间歇期[44],早白垩世早期(145~135Ma)古太平洋以北西方向低速俯冲于欧亚大陆之下[45],由于大兴安岭地区远离古太平洋俯冲带,此时受古太平洋俯冲作用的影响较弱,故研究区形成的花岗岩可能主要与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的岩石圈伸展密切相关。

5 结论

(1) 大兴安岭伊勒呼里山碱长花岗岩岩体的U-Pb锆石年龄分别为137.91±0.83Ma和140.34± 0.98Ma,均形成早白垩世早期。

(2) 大兴安岭伊勒呼里山碱长花岗岩为高钾钙碱性的A型、准铝质-弱过铝质花岗岩,富集轻稀土元素和大离子元素Rb、Th、K等,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等和P,形成于中-低压环境,是地壳物质部分熔融的产物。

(3) 研究区早白垩世碱长花岗岩的形成与蒙古-鄂霍茨克洋闭合造山后拉张环境下岩石圈减薄有关。

参考文献
[1] 潘少逵. 大兴安岭地区岩石圈地幔的性质及其形成演化过程[D]. 中国地质大学(武汉)博士学位论文, 2013. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10491-1014158069.htm
[2] 武广. 大兴安岭北部区域成矿背景与有色, 贵金属矿床成矿作用[D]. 吉林大学博士学位论文, 2005. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-2006094308.htm
[3] 张福江. 大兴安岭伊勒呼里山成矿亚带典型矿床特征及找矿方向[J]. 西部资源, 2014(2): 167–169.
[4] 董坤鹏. 伊勒呼里山中生代火山岩岩石化学特征及其地质意义[D]. 吉林大学硕士学位论文, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-1013118844.htm
[5] 尹志刚, 王文材, 张跃龙, 等. 伊勒呼里山中生代火山岩:锆石UPb年代学及其对岩浆事件的制约[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(3): 766–780.
[6] Yuan H, Gao S, Liu X, et al. Accurate U-Pb age and trace element determinations of zircon by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry[J]. Geostandards and Geoanalytical Research, 2004, 28(3): 353–370. DOI:10.1111/ggr.2004.28.issue-3.
[7] 唐杰, 许文良, 王枫, 等. 张广才岭帽儿山组双峰式火山岩成因:年代学与地球化学证据[J]. 世界地质, 2011, 30(4): 508–520.
[8] 吴元保, 郑永飞. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J]. 科学通报, 2004, 49(16): 1589–1604. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2004.16.002.
[9] Belousova E, Griffin W L, O'Reilly S Y, et al. Igneous zircon:trace element composition as an indicator of source rock type[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2002, 143(5): 602–622. DOI:10.1007/s00410-002-0364-7.
[10] Yan M, Chi Q. The chemical compositions of the continental crust and rocks in the eastern part of China[M]. Science Press, 2005.
[11] 宋维民, 庞雪娇, 付俊彧, 等. 内蒙古科尔沁右翼中旗碱长花岗岩锆石U-Pb年代学, 岩石地球化学及其动力学意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015(3): 847–859.
[12] 邓晋福, 罗照华, 苏尚国, 等. 岩石成因, 构造环境与成矿作用[M]. 北京: 地质出版社, 2004.
[13] 邓晋福, 刘翠, 冯艳芳, 等. 关于火成岩常用图解的正确使用:讨论与建议[J]. 地质论评, 2015, 61(4): 717–734.
[14] 纪政, 葛文春, 杨浩, 等. 大兴安岭中段塔尔气地区早白垩世花岗岩成因及形成构造环境[J]. 世界地质, 2016, 35(2): 283–296.
[15] 刘艳君. 大兴安岭北段卧都河地区中生代花岗岩地球化学特征及其构造意义[D]. 吉林大学硕士学位论文, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-1016089624.htm
[16] 张旗. A型花岗岩的标志和判别——兼答汪洋等对"A型花岗岩的实质是什么"的质疑[J]. 岩石矿物学杂志, 2013, 32(2): 267–274.
[17] 孙德有, 吴福元, 高山, 等. 吉林中部晚三叠世和早侏罗世两期铝质A型花岗岩的厘定及对吉黑东部构造格局的制约[J]. 地学前缘, 2005, 12(2): 263–275.
[18] 苟军, 孙德有, 赵忠华, 等. 满洲里南部白音高老组流纹岩锆石U-Pb定年及岩石成因[J]. 岩石学报, 2010(1): 333–344.
[19] 宋维民, 庞雪娇, 付俊彧, 等. 内蒙古科尔沁右翼中旗碱长花岗岩锆石U-Pb年代学, 岩石地球化学及其动力学意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(3): 847–859.
[20] 张旗, 冉皞, 李承东. A型花岗岩的实质是什么?[J]. 岩石矿物学杂志, 2012, 31(4): 621–626.
[21] 钱兵, 高永宝, 李侃, 等. 新疆东昆仑于沟子地区与铁-稀有多金属成矿有关的碱性花岗岩地球化学、年代学及Hf同位素研究[J]. 岩石学报, 2015, 31(9): 2508–2520.
[22] 张旗, 王焰, 李承东, 等. 花岗岩的Sr-Yb分类及其地质意义[J]. 岩石学报, 2006, 22(9): 2249–2269.
[23] 张旗, 金惟俊, 李承东, 等. 再论花岗岩按照Sr-Yb的分类:标志[J]. 岩石学报, 2010, 26(4): 985–1015.
[24] 林强, 葛文春, 吴福元, 等. 大兴安岭中生代花岗岩类的地球化学[J]. 岩石学报, 2004, 20(3): 403–412.
[25] 杨高学, 李永军, 张兵, 等. 新疆西准噶尔接特布调A型花岗岩年代学、地球化学及岩石成因[J]. 地球学报, 2015(3): 41–52.
[26] 刘杰勋, 郭巍, 朱凯. 辽东岫岩地区早白垩世侵入岩的年代学、地球化学及地质意义[J]. 岩石学报, 2016, 32(9): 2889–2900.
[27] 张旗, 王焰, 潘国强, 等. 花岗岩源岩问题——关于花岗岩研究的思考之四[J]. 岩石学报, 2008, 24(6): 1193–1204.
[28] Xu W L, Ji W Q, Pei F P, et al. Triassic volcanism in eastern Heilongjiang and Jilin Provinces, NE China:chronology, geochemistry, and tectonic implications[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2009, 34(3): 392–402. DOI:10.1016/j.jseaes.2008.07.001.
[29] 尹志刚, 张跃龙, 杜玉春. 大兴安岭北部早白垩世上库力组流纹岩的地球化学特征及成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013(3): 788–796.
[30] 王德滋, 刘昌实, 沈渭洲, 等. 桐庐I型和相山S型两类碎斑熔岩对比[J]. 岩石学报, 1993, 9(1): 44–54.
[31] 高阳, 张招崇, 杨铁铮. 黑龙江宝山一带海西晚期强过铝花岗岩地质地球化学及岩石成因[J]. 岩石矿物学杂志, 2009, 28(5): 433–449.
[32] Taylor S R, McLennan S M. The chemical composition of the Archaean crust[J]. Geological Society, London, Special Publications, 1986, 24(1): 173–178. DOI:10.1144/GSL.SP.1986.024.01.16.
[33] Lightfoot P C, Hawkesworth C J, Sethna S F. Petrogenesis of rhyolites and trachytes from the Deccan Trap:Sr, Nd and Pb isotope and trace element evidence[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1987, 95(1): 44–54. DOI:10.1007/BF00518029.
[34] 李佐臣, 裴先治, 李瑞保, 等. 西秦岭糜署岭花岗岩体年代学、地球化学特征及其构造意义[J]. 岩石学报, 2013, 29(8): 2617–2634.
[35] Liegeois J P, Navez J, Hertogen J, et al. Contrasting origin of postcollisional high-K calc-alkaline and shoshonitic versus alkaline and peralkaline granitoids. The use of sliding normalization[J]. Lithos, 1998, 45(1): 1–28.
[36] Barbarin B. A review of the relationships between granitoid types, their origins and their geodynamic environments[J]. Lithos, 1999, 46(3): 605–626. DOI:10.1016/S0024-4937(98)00085-1.
[37] 肖庆辉, 邓晋福, 马大铨, 等. 花岗岩研究思维与方法[M]. 北京: 地质出版社, 2002: 1-294.
[38] Zhao X, Coe R S, Gilder S A, et al. Palaeomagnetic constraints on the palaeogeography of China:Implications for Gondwanal[J]. Australian Journal of Earth Sciences, 1996, 43(6): 643–672. DOI:10.1080/08120099608728285.
[39] 赵振华. 关于岩石微量元素构造环境判别图解使用的有关问题[J]. 大地构造与成矿学, 2007, 31(1): 92–103.
[40] 孟凡超, 刘嘉麒, 崔岩, 等. 中国东北地区中生代构造体制的转变:来自火山岩时空分布与岩石组合的制约[J]. 岩石学报, 2014, 30(12): 3569–3586.
[41] Tomurtogoo O, Windley B F, Kröner A, et al. Zircon age and occurrence of the Adaatsag ophiolite and Muron shear zone, central Mongolia:constraints on the evolution of the Mongol-Okhotsk ocean, suture and orogen[J]. Journal of the Geological Society, 2005, 162(1): 125–134. DOI:10.1144/0016-764903-146.
[42] 徐美君, 许文良, 王枫, 等. 小兴安岭中部早侏罗世花岗质岩石的年代学与地球化学及其构造意义[J]. 岩石学报, 2013, 29(2): 354–368.
[43] Wang F, Zhou X H, Zhang L C, et al. Late Mesozoic volcanism in the Great Xing'an Range (NE China):timing and implications for the dynamic setting of NE Asia[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2006, 251(1): 179–198.
[44] Xu W L, Pei F P, Wang F, et al. Spatial-temporal relationships of Mesozoic volcanic rocks in NE China:constraints on tectonic over-printing and transformations between multiple tectonic regimes[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2013, 74: 167–193. DOI:10.1016/j.jseaes.2013.04.003.
[45] Maruyama S, Send T. Orogeny and relative plate motions:example of the Japanese Islands[J]. Tectonophysics, 1986, 127(3/4): 305–329.