地质通报  2021, Vol. 40 Issue (10): 1757-1772  
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郝士龙, 李成禄, 丁继双, 于援帮, 赵焕利, 李博文. 黑龙江多宝山地区中侏罗世火山岩的发现及其对蒙古-鄂霍茨克洋闭合范围的限定[J]. 地质通报, 2021, 40(10): 1757-1772.
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HAO S L, LI C L, DING J S, YU Y B, ZHAO H L, LI B W. Discovery of Middle Jurassic volcanic rocks in the Duobaoshan area of Heilongjiang Province and constraints on the influence area of the Mongolian-Okhotsk Ocean closure[J]. Geological Bulletin of China, 2021, 40(10): 1757-1772.
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基金项目

黑龙江省国土资源厅项目《黑龙江省嫩江-黑河构造混杂岩地区成矿规律研究与找矿预测》(编号:黑国土科研201603)和黑龙江省地质勘查项目《黑龙江省1:5万高精度航空物探测量数据集成及找矿预测》(编号:GY-2018001)

作者简介

郝士龙(1988-), 男, 硕士, 工程师, 从事地质矿产勘查与研究工作。E-mail: haoshilong0219@163.com

通讯作者

李成禄(1984-), 男, 博士, 高级工程师, 从事地质矿产勘查与研究工作。E-mail: lcl230881@163.com

文章历史

收稿日期: 2020-11-17
修订日期: 2021-06-11
黑龙江多宝山地区中侏罗世火山岩的发现及其对蒙古-鄂霍茨克洋闭合范围的限定
郝士龙, 李成禄, 丁继双, 于援帮, 赵焕利, 李博文    
黑龙江省自然资源调查院, 黑龙江 哈尔滨 150036
摘要: 黑龙江省多宝山地区位于中亚造山带东段、兴安地块东南缘,发育大面积早—中侏罗世侵入岩,但至今未发现同时代的火山岩。在多宝山地区首次发现了同时期的火山岩,并确定为一套英安岩、流纹岩和粗面岩组合。为进一步明确其形成时代及反映的构造意义,对出露的火山岩开展了锆石U-Pb测年和岩石地球化学分析。锆石U-Pb年龄显示,火山岩形成时代为167.1~169.3 Ma,为中侏罗世喷发成岩。火山岩具有富碱(Na2O+K2O=3.70%~7.66%)、富铝(Al2O3=11.42%~19.00%)的特征,属于高钾钙碱性、过铝质(A/CNK=1.08~3.73)岩石。稀土元素呈轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾特征,具负Eu异常(δEu=0.53~0.79)。微量元素显示富集Rb、Ba、K、Th、U、Pb,亏损Nb、Ta、Ti、P、Sr。总体显示,该中侏罗世火山岩起源于新生陆壳物质的部分熔融。根据Ta-Yb、Nb-Y构造环境判别图解,该期火山岩形成于挤压背景环境。结合区域构造背景及其演化特征,综合认为,中侏罗世火山岩应是蒙古-鄂霍茨克洋闭合过程导致的陆-陆碰撞作用的产物。闭合导致的陆陆碰撞作用已影响到兴安地块东南缘。
关键词: 锆石U-Pb年龄    岩石地球化学    中侏罗世火山岩    蒙古-鄂霍茨克洋    多宝山地区    
Discovery of Middle Jurassic volcanic rocks in the Duobaoshan area of Heilongjiang Province and constraints on the influence area of the Mongolian-Okhotsk Ocean closure
HAO Shilong, LI Chenglu, DING Jishuang, YU Yuanbang, ZHAO Huanli, LI Bowen    
Heilongjiang Institute of Natural Resources Survey, Harbin 150036, Heilongjiang, China
Abstract: The Duobaoshan area of Heilongjiang Province is located in the eastern part of the Central Asian Orogenic Belt and the southeastern margin of the Xing'an Block, where large areas of Early-Middle Jurassic intrusive rocks are developed, but no contemporaneous volcanic rock has been reported there. During the exploration of gold deposits in the Duobaoshan area, volcanic rocks of the same period were discovered for the first time and they were identified as a suit of dacite, rhyolite, and trachyte. Zircon U-Pb dating and petrogeochemical analyses were carried out on these volcanic rocks to further clarify their formation age and tectonic significance. The U-Pb dating of zircons from the volcanic rocks yielded ages of 167.1~169.3 Ma, indicating that these rocks erupted during Middle Jurassic. The petrogeochemical analysis shows that the volcanic rocks are characterized by high alkali (Na2O+ K2O=3.70%~7.66%) and aluminum (Al2O3=11.42%~19.00%), and are peraluminous (A/CNK=1.08~3.73) with high potassium calcium alkali. The rare earth elements are characterized by the enrichment of light rare earth elements and right-leaning of heavy rare earth elements depletion, with slightly negative Eu anomalies (δEu=0.53~0.79).Trace elements are enriched in Rb, Ba, K, Th, U and Pb, and depleted in Nb, Ta, Ti, P and Sr.It is generally shown that the Mid-Jurassic volcanic rocks were derived from the partial melting of newly continental crust material. The discriminant diagrams of Ta-Yb and Nb-Y indicates that the Middle Jurassic volcanic rocks were formed in the compressional background. Combined with the regional tectonic setting and evolution characteristics, it is concluded that the Middle Jurassic volcanic rocks should be the product of the continent-continent collision caused by Mongolian-Okhotsk Ocean closure.Indicatively, the collision affected the southeastern margin of the Xing'an Block.
Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb age    petrogeochemistry    Middle Jurassic volcanic rock    Mongolian-Okhotsk Ocean    Duobaoshan area    

多宝山地区位于中亚造山带东段,兴安地块与松嫩地块结合部位边部,是中国重要的铜钼金银成矿带。该地区地质演化历史漫长,地质构造复杂,火山作用和岩浆活动频繁,矿产资源丰富。古生代—中生代,受到古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋构造体制的叠加和改造[1-2],是研究中国东北地区构造演化的关键部位。

多宝山地区发育大面积的中生代花岗岩,属于著名的大兴安岭中生代“花岗岩海”[3]的北东部分。高精度锆石U-Pb测年结果[4-13]显示,区域花岗岩类主要形成于168~178 Ma之间,岩石地球化学特征显示具有挤压构造背景。关于该挤压构造的形成原因,多数学者认为是蒙古-鄂霍茨克洋从内蒙古地区自西向东剪刀式闭合导致[14-17],也有少数学者认为是古太平洋板块向西北俯冲的远程效应[4, 10]或两者的双重作用[12]。但上述讨论的重点均以中侏罗世花岗岩为研究对象,未综合考虑同期火山岩的基本特征及指示意义[18-25],导致区域构造背景的研究存在片面性。

多宝山地区在以往的区域地质调查及矿产勘查工作中没有发现中侏罗世火山岩。笔者在开展金矿勘查工作中,首次在多宝山地区东部的伊洛特河附近发现了同时期的中酸性火山岩,填补了研究区内同时期岩浆活动的相关记录,意义重大。为研究该火山岩的形成时代、岩石成因及其形成的构造背景,进而明确所受的区域构造影响,笔者对该时期火山岩进行了系统的岩石学和岩相学研究,并对其年代学和岩石地球化学特征进行了系统分析和测试,以期为区域基础理论研究提供有益素材。

1 地质背景

研究区位于黑龙江省黑河市罕达气镇北部,大地构造位置处于兴蒙造山带[26]的东段(图 1-a)。区域出露地层主要为古生界和中生界。古生界奥陶系铜山组主要为一套砂板岩;志留系—泥盆系由一套砂岩、粉砂岩、凝灰质砂岩组成并含火山岩夹层;石炭系主要为一套砂板岩;中生界白垩系为一套中酸性火山岩及其火山碎屑岩组合。侵入岩以中生代为主[27-28](图 1-b)。其中晚三叠世—早侏罗世主要为花岗闪长岩和二长花岗岩;中—晚侏罗世主要为中细粒辉长岩、中细粒花岗闪长岩及中细粒二长花岗岩;早白垩世为细中粒闪长岩、细粒花岗闪长岩、细粒二长花岗岩及中细粒正长花岗岩。构造整体以北东向为主,属于著名的贺根山-黑河深大断裂北延部分,主要控制了区域古生代以来的岩浆岩分布,近南北向和东西向次之,属于北东向断裂的次级断裂,主要控制新生代以来的火山岩分布。

图 1 伊洛特河地区地质简图 Fig.1 Simplified geological map of the Yiluote river area
2 岩相学特征

本次发现的火山岩以中酸性为主,主要有英安岩、流纹岩、粗面岩等。以英安岩和流纹岩为主,粗面岩少量出现。

英安岩:灰白-灰褐色,斑状结构,块状构造,岩石遭受一定程度蚀变,主要由斑晶和基质组成。斑晶由石英、斜长石和黑云母组成,含量约占20%。石英边部普遍发育溶蚀,粒径为0.2~2.0 mm;斜长石双晶发育不好,粒径为0.1~0.5 mm,较大的斜长石斑晶被绿泥石、碳酸盐矿物交代。黑云母较新鲜,但部分被氧化。基质由斜长石、玻璃质和极少量磁铁矿组成,粒径小于0.025 mm(图版Ⅰ-ab)。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a、b.英安岩,石英斑晶发生一定溶蚀;c.流纹岩;d.粗面岩;e、f.英安质熔结凝灰岩,显微镜下具明显的假流动构造。Qtz—石英;Pl—斜长石;Ser—绢云母;Bt—黑云母;Sa—透长石;Mc—微斜长石

流纹岩:灰白色,斑状结构,块状构造。斑晶为斜长石、条纹长石和石英,含量小于5%,粒径为0.5~1.0 mm,其中斜长石具聚片双晶。基质由长英质和他形微细粒的长石、石英组成,粒径为0.15~0.25 mm。岩石普遍具绢云母化,少量的黑云母被氧化成不透明矿物(图版Ⅰ-c)。

粗面岩:浅灰-灰黑色,斑状结构,块状构造。斑晶以透长石、角闪石和斜长石为主,含量约7%。透长石半自形板状-他形,偶见双晶,粒径为0.6~12.2 mm,含量4%;角闪石偶见近菱形,晶体熔蚀具暗化边,粒径为0.6~1.8 mm,含量2%;斜长石半自形板状,发育聚片双晶,粒径为0.8~2.0 mm,含量1%;基质可见大量板条状的碱性长石微晶平行排列,碱性长石多呈宽板状,偶见双晶,多为透长石,粒径0.02~0.3 mm。另见少量铁质分布在基质中(图版Ⅰ-d)。

除此之外,研究区发育的火山岩还有英安质熔结凝灰岩(图版Ⅰ-e, f)、流纹质熔结凝灰岩、英安质角砾岩屑晶屑凝灰熔岩等。

3 样品采集与分析测试方法 3.1 样品采集

本次共采集7个钻孔中的52件样品进行光薄片制备和鉴定工作,对其中3件样品开展锆石U-Pb同位素测试,7件样品开展主量、微量元素测试。

3.2 分析测试方法

(1) 锆石U-Pb同位素定年分析

在武汉上谱分析科技有限责任公司分析测试中心利用LA-ICP-MS分析完成。详细的仪器参数和分析流程见参考文献[29]。GeolasHD激光剥蚀系统由COMPexPro102ArF 193 nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成,ICP-MS型号为Agilent 7900。本次分析的激光能量、激光束斑直径和频率分别为80 mJ、32 μm和5 Hz。锆石U-Pb同位素定年和微量元素含量处理中,采用锆石标准91500和玻璃标准物质NIST610作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正。每个时间分辨分析数据包括20~30 s空白信号和50 s样品信号。对分析数据的离线处理采用软件ICP-MS-Data Cal 10.8[30-31]完成。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均值计算采用Isoplot/Ex_ver 3[32]完成。

(2) 主量、微量元素分析测试

在武汉上谱分析科技有限责任公司分析测试中心完成。主量元素采用波长色散X射线荧光光谱仪(ZSXPrimusⅡ)测定,微量元素利用Agilent 7700e ICP-MS分析完成。用于ICP-MS分析的样品处理如下:①将200目样品置于105℃烘箱中烘干12 h;②准确称取粉末样品50 mg置于Teflon溶样弹中;③先后依次缓慢加入1 mL高纯硝酸和1 mL高纯氢氟酸;④将Teflon溶样弹放入钢套,拧紧后置于190℃烘箱中加热24 h以上;⑤待溶样弹冷却,开盖后置于140℃电热板上蒸干,然后加入1 mL HNO3并再次蒸干(确保溶样弹壁无液体);⑥加入1 mL高纯硝酸、1 mL MQ水和1 mL内标In(浓度为1×10-6),再次将Teflon溶样弹放入钢套,拧紧后置于190℃烘箱中加热12 h以上;⑦将溶液转入聚乙烯塑料瓶中,并用2% HNO3稀释至100 g以备ICP-MS测试。

4 测试结果 4.1 锆石U-Pb定年

(1) 英安岩ZK0402U-Pb02,采自ZK0402钻孔,钻孔坐标为东经126°08′30″、北纬50°40′20″。锆石长集中在40~120 μm之间,宽集中在50~80 μm之间。长宽比多为1:1~3:1;透射光下可见内部发育裂纹和椭圆状包裹体。阴极发光(CL)图像显示,锆石发育清晰规则的韵律环带(图 2)。锆石U、Th含量主要集中于48.3×10-6~435×10-6和40.8×10-6~353×10-6之间,Th/U值集中在0.53~1.14之间(表 1),表明为岩浆成因。

图 2 英安岩锆石阴极发光图像及年龄 Fig.2 Cathodoluminescence images of the zircons from the dacite samples
表 1 英安岩样品(ZK0402U-Pb-02)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测年数据 Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb isotopic dating results of the zircon samples from the dacite(ZK0402U-Pb-02)

英安岩样品分析了24个锆石颗粒的25个点,206Pb/238U谐和年龄为169.0±1.3 Ma,MSWD = 0.97(图 3),表明英安岩形成于中侏罗世。

图 3 英安岩样品(ZK0402U-Pb02)锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.3 The zircon U-Pb age concordia diagram of the dacite sample (ZK0402U-Pb02)

(2) 英安岩ZK0803U-Pb04,采自ZK0803钻孔,钻孔坐标为东经126°06′41″、北纬50°40′05″。锆石多数为无色透明,晶体多为规则的自形柱状。长主要集中在80~120 μm之间,宽集中在50~80 μm之间,长宽比多为1:1~2:1。透射光下可见发育椭圆状包裹体。阴极发光(CL)图像显示,锆石发育清晰规则的韵律环带(图 5),锆石中的U、Th含量主要集中于60.2×10-6~792×10-6和53.2×10-6~464×10-6之间,Th/U值集中在0.33~1.44之间(表 1),表明为岩浆成因。

图 4 英安岩样品(ZK0803U-Pb04)锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.4 The zircon U-Pb age concordia diagram of the dacite sample(ZK0803U-Pb04)
图 5 流纹岩样品(ZK0402U-Pb01)锆石阴极发光图像及年龄 Fig.5 Cathodoluminescence (CL) images of the zircons from the rhyolite sample(ZK0402U-Pb01)

英安岩样品分析了37个锆石颗粒的39个点,有4个数据谐和度较低,35个点的数据基本处于谐和线上,其206Pb/238U年龄加权平均值为169.3±1.2 Ma,MSWD = 2.5(图 4),表明英安岩形成于中侏罗世。

同时,在谐和线上还存在448.7±1.3 Ma和787.6±6.02 Ma两个点,448.7 Ma应代表捕获的奥陶纪古老锆石,而787.6 Ma可能反映区域存在新元古代的古老基底。

(3) 流纹岩ZK0402U-Pb01,采自ZK0402钻孔,钻孔坐标为东经126°08′30″、北纬50°40′20″。锆石长集中在100~300 μm之间,宽集中在50~100 μm之间,长宽比多为1:1~3:1。透射光下可见内部发育裂纹和椭圆状包裹体。阴极发光(CL)图像显示,锆石发育清晰规则的韵律环带(图 5)。锆石U、Th含量主要集中于155×10-6~926×10-6和87.1×10-6~291×10-6之间,Th/U值集中在0.24~0.93之间(表 2),表明为岩浆成因。

表 2 流纹岩样品(ZK0402U-Pb-01)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测年数据 Table 2 LA-ICP-MS U-Th-Pb isotopic dating results of the zircon samples from the rhyolite(ZK0402U-Pb-01)

在流纹岩样品中,分析了25个锆石颗粒的25个点,206Pb/238U年龄较集中,年龄加权平均值为167.1±1.5 Ma,MSWD = 3.2(图 6),表明流纹岩形成于中侏罗世。

图 6 流纹岩(ZK0402U-Pb01)锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.6 Zircon U-Pb age concordia diagram of the rhyolite sample(ZK0402U-Pb01)
4.2 岩石地球化学特征 4.2.1 主量元素

4件英安岩样品的SiO2含量为61.23%~66.78%,K2O含量为2.88%~4.41%,Na2O含量为0.23%~4.32%,Al2O3含量为14.54%~18.77%,显示高钾中钠、富铝特征。CaO含量较低,为0.29%~2.61%,平均1.30%;MgO含量较低,为0.92%~1.60%,平均1.21%;相对富铁,Fe2O3含量为1.27%~2.72%,FeO含量为1.36%~5.75%,Fe2O3+FeO含量为3.55%~7.90%,平均5.06%(表 3)。

表 3 中侏罗世火山岩主量、稀土及微量元素分析结果 Table 3 Major, trace and rare earth elements compositions of the Middle Jurassic volcanic rocks

2件流纹岩样品的SiO2含量为73.95%~77.88%,K2O含量为3.60%~3.97%,Na2O含量为0.10%~1.93%,Al2O3含量为11.42%~13.18%,显示高钾中钠、富铝特征。CaO含量较低,为0.57%~1.68%,平均1.13%;MgO含量较低,为0.25%~1.01%,平均0.63%;Fe2O3含量为0.64%~1.19%,FeO含量为0.06%~0.99%,Fe2O3+FeO含量为1.25%~1.63%,平均1.45%(表 3)。

粗面岩的SiO2含量为60.20%,K2O含量为3.78%,Na2O含量为3.88%,Al2O3含量为19.00%,显示高钾、高钠、富铝特征。CaO含量较低,为2.92%;MgO含量较低,为1.30%;相对富铁,Fe2O3含量为2.12%,FeO含量为1.82%,Fe2O3+FeO含量为3.94%(表 3)。

样品经去烧失量和100%换算后[33]应用火山岩全碱-硅(TAS)分类图解进行投图(图 7-a),7件火山岩样品投影点落在粗面岩、英安岩和流纹岩区域。在岩石系列SiO2-K2O判别图解(图 7-b)中,样品投影点落入高钾钙碱性区域。A/CNK主要集中在1.08~2.82,为过铝质。可见中侏罗世火山岩应属于中酸性、高钾钙碱性、强过铝火山岩系列。

图 7 中侏罗世火山岩TAS图解[34](a)及SiO2-K2O判别图解[35-36](b) Fig.7 TAS (a) and SiO2-K2O (b) diagrams of the Middle Jurassic volcanic rocks
4.2.2 稀土和微量元素

研究区火山岩样品具有一致的稀土元素组成。稀土元素总量(∑REE)为128.90×10-6 ~230.40×10-6,其中轻稀土元素总量(∑LREE)为119.62×10-6~203.27×10-6,重稀土元素总量(∑HREE)为9.28×10-6~29.09×10-6,明显富集轻稀土元素,轻、重稀土元素分馏明显,(La/Yb)N=7.23~12.23。Eu具弱的负异常(δEu=0.53~0.79)。在稀土元素配分图(图 8-a)中,显示轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对平坦的右倾型。流纹质火山岩稀土和微量元素相比英安质火山岩的含量明显较低。

图 8 中侏罗世火山岩稀土元素配分曲线(a,标准化值据参考文献[37])和微量元素蛛网图(b,标准化值据参考文献[38]) Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider (b) of the Middle Jurassic volcanic rocks

原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 8-b)显示,本区中侏罗世火山岩富集大离子亲石元素Rb、Ba、K和Th、U、Pb,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P和Sr。

5 讨论 5.1 岩石成因

从研究区火山岩TAS图解(图 7-a)可以看出,从粗面岩到英安岩,再到流纹岩,随着SiO2含量的逐渐增大,(Na2O+K2O)含量呈大致线性降低的趋势,显示了岩浆演化过程导致元素含量逐渐变化的特征,侧面显示3种岩性具有成因联系。火山岩整体富集大离子亲石元素、亏损高场强元素,HREE含量较低,并具有较低的Sr/Y值(2.06~11.51)和LREE/HREE值(6.84~12.89),表明火山岩形成于低压环境[39]

火山岩的Rb/Sr值介于0.20~2.00之间(平均为1.44),明显高于原始地幔(0.03)、E-MORB(0.033)和OIB(0.047)的Rb/Sr值[37],位于壳源岩浆范围,Ti/Y值在51.55~274.27之间(平均值为134.67),近于陆壳岩石值(<200);Ti/Zr值为4.96~29.11(平均为16.60),符合陆壳岩石值(<30)[40]。强过铝质高钾钙碱性英安岩-流纹岩的岩石组合暗示,火山岩形成于成熟的陆壳环境[41]。中侏罗世火山岩具有高硅、富铝、富碱,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素等特征,显示其原始岩浆应为地壳物质的部分熔融而成,表现出弱负Eu异常,不同于具有强烈负Eu异常特征的幔源岩浆演化[42];研究区火山岩较低的Ti/Zr、Ti/Y值同样显示不可能为地幔部分熔融[43]。李宇等[13]对区域上孙吴地区同时期的花岗岩研究结果显示,其地球化学特征与研究区火山岩总体一致,对其锆石Hf同位素测试结果显示,εHf(168 Ma)=+7.53~+11.66,二阶段模式年龄变化于595~966 Ma之间,并认为花岗岩的原始岩浆起源于新生陆壳物质的部分熔融。曾涛等[9]对研究区附近的新开岭地区早—中侏罗世花岗岩进行研究,确定其锆石εHf(170 Ma)值主要变化于+1~+8之间,对应的地壳模式年龄为573~1182 Ma。这与大兴安岭东北部侏罗纪εHf(t)[4]相似,同样反映其源区物质为显生宙期间从亏损地幔新增生的年轻地壳物质。综合认为,研究区中侏罗世火山岩应形成于新生地壳的部分熔融。

5.2 构造环境

研究区火山岩以中酸性为主,具高钾钙碱性特征;微量元素总体显示Rb、Ba、K、Th、U、Pb相对富集,Nb、Ta、Ti、P、Sr相对亏损。样品点在Yb-Ta和Y-Nb构造判别图解(图 9)中落于火山弧与同碰撞环境。

图 9 中侏罗世火山岩Yb-Ta图解(a)和Y-Nb图解[44] (b) Fig.9 Yb-Ta (a) and Y-Nb(b) diagrams of the Middle Jurassic volcanic rocks

通过对比发现,兴安地块与松嫩地块接触带附近大面积分布的早—中侏罗世花岗岩和本次发现的同时期火山岩的稀土及微量元素特征具有一致性,且均具有富硅、弱过铝-过铝质、钙碱性地球化学特征,总体显示挤压构造背景。这一观点也得到多数学者的认可[4-13]。但关于大兴安岭中侏罗世挤压背景的动力学机制仍有较多说法[45-51],争论主要集中在蒙古-鄂霍茨克洋闭合造山挤压和古太平洋板块俯冲2种作用的影响[13, 18-25]

蒙古-鄂霍茨克洋缝合带主要位于俄罗斯和蒙古境内,对其演化历史的研究认为,其在晚古生代局部已存在俯冲,并从蒙古境内自西向东呈剪刀式逐渐闭合,西部在晚三叠世开始闭合,至中—晚侏罗世最终在东部地区闭合[14-17]。也有学者认为东段的闭合碰撞可以持续到晚侏罗世—早白垩世[52]

三叠纪,区域整体受蒙古-鄂霍茨克洋板块俯冲影响。陈志广等[53]确定额尔古纳地块中与太平川斑岩型铜钼矿床成矿作用有关的晚三叠世(202±6 Ma)侵入岩形成于岛弧环境,认为其形成于蒙古-鄂霍茨克洋板块向额尔古纳地块之下俯冲的活动陆缘弧环境;Wu等[54]认为额尔古纳地块北段早中生代花岗岩的形成也与蒙古-鄂霍茨克带的演化有关。综上认为,中生代早期,中国东北地区已经受到蒙古-鄂霍茨克大洋板块向额尔古纳地块俯冲作用的影响。

早侏罗世(180~185 Ma),在额尔古纳地块上的根河地区确定了一套早侏罗世玄武岩-玄武安山岩钙碱性火山岩组合[45, 55],该套火山岩组合反映了活动陆缘构造背景;在满洲里地区与乌奴格吐山斑岩型铜钼矿床密切相关的花岗岩和具有矿化的蚀变花岗岩形成时代也为早侏罗世,同样反映了活动陆缘的构造背景[56]。综合推断,在早侏罗世期间,额尔古纳地块西缘处于活动陆缘的构造背景,应受到蒙古-鄂霍茨克大洋板块向额尔古纳地块南向俯冲作用的影响。

中侏罗世(165~170 Ma),在冀北—辽西地区广泛存在一个区域性的地层不整合,即在海房沟组之下存在一个区域性的自北向南的逆冲构造,其逆冲推覆时间在170 Ma左右[57],表明中侏罗世发生了一期陆壳加厚事件[58-62]。Miao等[46]对大兴安岭与小兴安岭西北部衔接地区变质杂岩(包括新开岭群、风水沟河群等)的锆石U-Pb年代学研究表明,它们经历了160~170 Ma变质作用的改造,并认为该期变质作用与蒙古-鄂霍茨克缝合带的闭合有关。笔者及项目组成员在研究区ZK0402钻孔发现,石炭系(最小沉积年龄426.6 Ma)向南逆冲推覆到中侏罗世火山岩(167.1 Ma)之上,与区域性自北向南的逆冲构造时代一致。李宇等[13]在黑河市孙吴地区发现了一套“S”型的白云母花岗岩,认为其形成于蒙古-鄂霍茨克缝合带闭合过程的陆-陆碰撞环境,并认为其形成时代(168 Ma)可以限定蒙古-鄂霍茨克洋在额尔古纳地块西北部的闭合时间。李仰春等[11]认为,大-小兴安岭接合部早—中侏罗世花岗岩具有壳幔混合成因,应与蒙古-鄂霍茨克海闭合造山有密切联系,受其影响,区域可能发生过大规模的逆冲推覆堆叠作用。赵院冬等[5]认为,黑河市白石砬子地区早—中侏罗世花岗岩存在2个以上的不同源区,均应与蒙古-鄂霍茨克洋的闭合作用密切相关,反映侏罗纪蒙古-鄂霍茨克洋存在南向俯冲。徐文喜等[6]研究霍龙门地区中侏罗世花岗岩,认为其形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的陆-陆碰撞环境。杜继宇等[63]认为,大兴安岭中段晚侏罗世东福岩体(二长岩)的形成与蒙古-鄂霍茨克构造演化至后碰撞阶段的构造环境有关。研究区大面积分布的早—中侏罗世花岗岩及本次发现的同时代火山岩与区域性逆冲推覆构造及变质作用在时间和空间上具有很好的一致性,显示了本区火山岩的形成应与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的陆-陆碰撞有密切关系。

关于古太平洋板块俯冲的影响,Zhou等[64]认为,佳木斯和兴凯地块大面积分布的早侏罗世钙碱性岩浆岩及早侏罗世黑龙江增生杂岩的同期出现,暗示古太平洋的俯冲作用可能始于早侏罗世,但晚侏罗世—早白垩世依泽奈崎板块的俯冲方向(北北东向)和较高分辨率的地震层析图像的研究揭示古太平洋的俯冲影响距离可能不会超过长春—沈阳一线[65-66],暗示大兴安岭地区晚中生代岩浆事件与古太平洋板块俯冲无关。因此,有关学者提出,蒙古-鄂霍茨克构造体系影响的空间范围主要在松辽盆地以西及华北地块北缘,而环太平构造体系中生代对东北亚大陆影响的空间范围主要在松辽盆地及以东地区[1, 58-59, 67]

综上认为,多宝山地区中侏罗世火山岩的形成应与蒙古-鄂霍茨克洋闭合造山作用有关。蒙古-鄂霍茨克洋在额尔古纳地块西北部的闭合时间应为中侏罗世,其闭合导致的陆-陆碰撞可能已影响到兴安地块东南缘。

6 结论

(1) 多宝山地区首次发现中酸性火山岩岩性主要为英安岩、流纹岩和粗面岩。其锆石U-Pb年龄分别为169.3±1.2 Ma、169.0±1.3 Ma和167.1±1.5 Ma,表明火山岩整体形成于中侏罗世。

(2) 岩石地球化学特征显示中侏罗世火山岩为壳源成因,形成于新生地壳的部分熔融。

(3) 结合区域构造演化特征认为,多宝山地区中侏罗世火山岩形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合过程的陆-陆碰撞环境,并可能已影响到兴安地块东南缘。

致谢: 感谢黑龙江省地质科学研究所李檬、赵洪强高级工程师对采样工作的支持;感谢黑龙江省自然资源调查院周兴福教授级高级工程师对野外调查工作的指导与帮助。

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