嫩江-黑河构造带中花岗质糜棱岩的确定及地质意义

2013-05-08杨晓平那福超张广宇刘英才张文龙毛朝霞

地质与资源 2013年6期

汪岩，杨晓平，那福超，张广宇，康庄，刘英才，张文龙，毛朝霞

（1.沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034；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）

位于大兴安岭北段东坡的嫩江-黑河构造带为二连-贺根山-黑河构造带的北东段，是兴安地块与松嫩-张广才岭地块的接合部位.长期以来，围绕华北板块与西伯利亚板块最终缝合位置及缝合时期问题，专家存在不同认识.有的认为在二连-贺根山-扎兰屯一线［1］，缝合时期为泥盆纪；有的认为在索伦山-西拉木伦一线［2-3］，缝合时期为二叠纪.本文选择二连-贺根山-扎兰屯构造带北东延部分，即综合研究较为薄弱的嫩江-黑河构造带开展工作，通过对构造带内的岩石建造及变质变形改造的分析研究，查明构造带的性质及其发展演化历史，从而探讨兴安地块与松嫩-张广才岭地块的拼合时期和拼合作用机制，为探讨二连-贺根山-扎兰屯-黑河构造带的性质奠定基础，也为确定华北板块与西伯利亚板块最终缝合位置、缝合时期提供依据，对正确认识西伯利亚板块南缘大陆地壳演化及动力学机制具有理论及实践意义.笔者近几年收集整理了该地区一些区域地质调查资料❶黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院.黑龙江省1/5万嫩北农场、石头沟子、山河农场、科洛幅区域地质调查报告.2013.❷黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院.黑龙江省1/25万黑河市幅区域地质调查报告.2009.，发现构造带内岩石主要为花岗质糜棱岩、深熔花岗岩、片麻岩、变粒岩和变质的中酸性火山岩，多数岩石具有不同程度的糜棱岩化.通过对其中花岗质糜棱岩类的同位素年代学和岩石地球化学特征的研究，了解岩体形成的构造背景，对于研究嫩江-黑河构造带的形成和活动演化历史具有一定的意义.

1 区域地质构造背景

图1 大兴安岭地区大地构造位置简图（据文献［5］修改）Fig.1 Tectonic map of Daxinganling region（modified from Reference［5］）

嫩江-黑河构造带位于大兴安岭北段东坡，向北东延伸入俄罗斯境内，具有左形剪切性质.构造带西侧为兴安地块，南东侧为松嫩-张广才岭地块（图1）.兴安地块核部以出露古元古代加格达旗基底残块及落马湖基底残块为核心，向外依次发育新元古代—早寒武世陆缘增生带、奥陶—泥盆纪岛弧-岩浆岩带、晚石炭—早二叠世陆缘岩浆弧.松嫩-张广才岭地块南侧由于多被第四系覆盖，仅据近年深部钻井的晚古生代—早中生代火山岩中发现有古元古代的同位素年龄，证明其存在古老基底［4］.

2 花岗质糜棱岩的确定

嫩江-黑河构造带内多发育北东向韧性剪切带，出露地层以糜棱岩系列的各类韧性变形岩石为主（图1），岩石变质变形较强，以花岗质糜棱岩和糜棱岩化花岗岩为主，局部有碎裂岩和糜棱片麻岩.该套岩石普遍具变余岩浆结构，糜棱结构（图2a），眼球状（图2b）、片麻状和条带状构造.岩石中塑性流变特征明显，发育有流动褶皱、S-C组构等变形构造.碎斑呈眼球状，由长石、石英组成.长石、石英有明显的定向拉长，与基质条带定向构成糜棱叶理，大小1～6 mm，含量为5%～40%.基质粒度小于1 mm，含量为60%～95%，由斜长石、石英、钾长石、黑云母、白云母组成，局部含石榴石.基质呈条带分布，黑云母、白云母定向排列，构成糜棱叶理.受韧性剪切作用影响，原岩矿物遭受了不同程度的破坏，部分岩石无法恢复原岩成分，且局部矿物成分变化较大，表现为花岗闪长质、二长花岗质和正长花岗质糜棱岩.前人通过1∶20万区调工作曾将上述糜棱岩系列岩石归为新元古代混合岩和片麻状侵入岩体❸黑龙江省地质矿产局第二区域地质调查大队.1/20万嫩江县幅区域地质调查报告.1991..近年开展的1∶25万黑河市幅和1∶5万嫩北农场等幅区调发现该套岩石多侵入中元古界新开岭岩群，且分别取得了锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄345 Ma❹黑龙江省地质矿产局第一区域地质调查大队.1/20万霍龙门公社幅区域地质调查报告.1984.和325 Ma❶，该年龄基本代表了岩石原岩结晶年龄.综合上述，本文将其重新厘定为早石炭世花岗质糜棱岩.

3 花岗质糜棱岩的同位素年代学

在嫩江-黑河构造带中嫩北农场一带采取了花岗质糜棱岩和糜棱岩化花岗岩同位素测年样品，进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测试❶，测试数据见表1.锆石重砂挑选由河北省廊坊地质调查所实验室完成，在天津地质矿产研究所同位素实验室利用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪进行了锆石微区U-Pb同位素测定.测年矿物锆石短轴/长轴比为1/2～1/3，锆石多为短柱状到长柱状，自形到半自形，多具有较好的振荡环带构造，Th/U比值多在0.2～0.6之间，显示岩浆型锆石特征.花岗质糜棱岩中个别锆石见有残留的结晶核心，锆石普遍发育变质增生边，宽度较窄，说明后期变质热事件重结晶作用弱.糜棱岩化花岗岩中锆石普遍发育裂隙，并具有气体及黑色包体.

表1 花岗质糜棱岩类岩石锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of zircons from the granitic mylonite

续表（Continued）

图2 嫩北农场一带花岗质糜棱岩镜下显微结构照片Fig.2 Microphotographs of granitic mylonite in Nenbei Farm

花岗质糜棱岩样品（P25LT25）的地理坐标：49°22′55″N，125°39′57″E.样品中 30 个锆石 U-Pb 同位素数据点测定结果见表1（1～30点）.其数据点沿谐和线或其附近分布（图3a），206Pb/238U表面年龄加权平均值为325 Ma（95%置信度，MSWD=2.7，n=30）.锆石 U-Pb 同位素体系基本上保持封闭，不存在明显铅丢失，其年龄可以代表原岩结晶年龄.

糜棱岩化花岗岩样品（D9034）的地理坐标：49°27′30″N，125°42′12″E.样品中 30 个锆石 U-Pb 同位素数据点测定结果见表1（31～60点）.除掉58号异常点外，其余29个数据点沿谐和线或其附近分布（图3b），206Pb/238U表面年龄加权平均值为184 Ma（95%置信度，MSWD=2.3，n=29）.由于该样品中锆石普遍发育裂隙，导致了一定程度上的Pb丢失，影响了准确定年.因此，184 Ma年龄可能代表了岩石遭受动力变质作用年龄.

4 花岗质糜棱岩的岩石地球化学特征

成分含量见表2.由于本期侵入岩岩石类型总体较单一，为偏酸性侵入岩，其化学成分及稀土、微量元素含量变化不大.

表2 花岗质糜棱岩类岩石地球化学分析结果Table 2 Geochemical analysis results of the granitic mylonite

由表2可以看出：岩石中SiO2含量64.78%～75.80%，平均72.44%，偏高；钾、钠含量较高，Na2O+K2O为5.93%～8.36%，里特曼指数σ为1.61～2.29.岩石化学成分以钙碱性系列为主，在K2O-SiO2图解上多投影于高钾钙碱性系列岩石区（图4）.铝饱和指数A/CNK为1.42～1.71，属于过铝质岩石，CIPW标准矿物中出现刚玉（c=0.50%～1.77%），具S型花岗岩特征.岩石中稀土元素含量偏高，∑REE 为 23.64×10-6～200.29×10-6，平均 108.75×10-6；δEu 为 0.31～2.51，铕具弱负异常到局部正异常，正异常可能与部分岩石中石榴石的存在有关；轻稀土富集，（La/Yb）N为2.59～28.07.稀土元素配分模式（图5）属轻稀土富集型，曲线呈向右陡倾型，轻稀土曲线陡，重稀土曲线呈陡缓两种，反映为遭受不同程度变质作用的同期岩浆活动的产物.偏高的稀土含量和轻稀土富集可能与岩石的韧性剪切变形有一定的关系［6］.在微量元素分配模式图（图6）上，所有样品的曲线特征较一致，均显示出大离子亲石元素的富集，具有 P、Ti及 Nb的负异常和 K、Rb、Th、Ce等元素的正异常，说明元素具一定程度的磷灰石、钛铁矿和斜长石的分离结晶.一些微量元素比值较好地反映了壳源深熔岩浆特点，如Nb/La比值变化范围0.02～0.40，小于1（原始地幔和洋中脊的Nb/La>1，大陆地壳平均值0.7左右）（Green，1995）；Nb/Ta比值在 0.19～16.22 之间，多数介于分异型花岗岩的Nb/Ta比值（2.3～9.9）（Dostal and Chatterjee,2000）之间.

5 地质意义

嫩江-黑河构造带是二连-贺根山-扎兰屯构造带向北东的延伸，是古亚洲洋晚古生代消减闭合的重要板块拼接带［7-10］.构造带内主要出露有中元古界新开岭岩群、新元古代片麻状侵入杂岩、早石炭世的陆相磨拉石沉积（洪湖吐河组、小河里河组、花达气组）、晚石炭世至早二叠世的陆相酸性火山岩（宝力高庙组、大石寨组）和早石炭世同熔花岗岩（本次厘定的花岗质糜棱岩类）.

从花岗质糜棱岩和糜棱岩化花岗岩中挑选出来的锆石年龄分别代表了岩体的侵位年龄和遭受动力变质作用年龄，即嫩江-黑河构造带中花岗质糜棱岩的侵位年龄为325 Ma，属于早石炭世；构造带发生大规模的韧性剪切变质作用改造年龄为184 Ma，属于早侏罗世.

在构造带内新开岭岩群中采集了3个锆石LAICP-MS U-Pb同位素测年样品［10］.其中斜长角闪岩中获得了一组162 Ma基本谐和年龄，代表了变质峰期深熔作用年龄.黑云斜长片麻岩中获得了3组年龄：230～238、210～216 和 170～185 Ma.其中 230～238 和210～216 Ma年龄较少，反映了早期变质年龄，多数集中在170～185 Ma，174 Ma基本谐和年龄代表了变质峰期深熔作用年龄；角闪石岩中获得了4组U-Pb年龄：918、412、250～280 和 160～175 Ma.918 Ma代表了变质原岩结晶年龄，412 Ma代表了早期变质构造事件年龄，250～280和160～175 Ma年龄较多，代表峰期变质作用年龄和后期深熔热事件年龄.苗来成等［11］在嫩江县科洛镇西5 km处黑云斜长片麻岩中获得了4组UPb SHRIMP 年龄：383、333、216 和 166 Ma.认为 383～333Ma为早期变质构造事件年龄，与嫩北农场一带角闪石岩中412Ma早期变质构造年龄接近.而325 Ma花岗质糜棱岩侵位年龄可能与新开岭岩群早期变质构造事件有关.216 Ma数据点较多，与嫩北农场一带黑云斜长片麻岩中210～238 Ma年龄相当，为变质峰期年龄.166 Ma与嫩北农场一带新开岭岩群中3种岩石160～185 Ma和糜棱岩化花岗岩中获得的184 Ma年龄相当，代表后期变质深熔热事件年龄（早—中侏罗世）.

在构造带内下二叠统大石寨组变流纹岩锆石中获得了一组266Ma的谐和锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄❶黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院.黑龙江省1/5万嫩北农场、石头沟子、山河农场、科洛幅区域地质调查报告.2013.，基本代表了变流纹岩的结晶年龄.苗来成等［11］在嫩北农场一带糜棱岩化中酸性火山岩中获得了2组SHRIMP U-Pb年龄：292和172 Ma.认为292 Ma与变流纹岩266 Ma接近，为原岩结晶年龄.172 Ma与嫩北农场一带新开岭岩群中160～185 Ma年龄及糜棱岩化花岗岩中184 Ma相当，为后期变质深熔热事件年龄.

另外，刘静兰［12］在嫩江县附近取得的蓝片岩334Ma年龄也与上述早期变质年龄相近.赵芝等［13］对黑河、嫩江地区晚古生代火山岩的锆石U-Pb年代学研究表明，早石炭世火山活动（353～352 Ma）伴有洪湖吐河组海相沉积，晚石炭世火山活动（307～306 Ma）伴有宝力高庙组陆相沉积.本期早炭世花岗质糜棱岩的325 Ma侵位年龄与上述年龄基本相当，进一步说明该岩体的侵位可能与嫩江-黑河地区早石炭世的变质构造事件有关，且与该地区早石炭世火山岩应属同源岩浆产物.

结合区域构造特征分析，晚古生代石炭—二叠纪在华力西期构造驱动下，古亚洲洋进入萎缩与闭合阶段.随着洋壳收缩，洋内各地块先后发生拼贴、陆陆碰撞（区域资料显示石炭—二叠纪小兴安岭岩浆弧俯冲于兴安地块之下）.早石炭世，兴安地块和松嫩-张广才岭地块开始沿嫩江-黑河一线汇聚拼贴，嫩江-黑河一带遭受了强烈的挤压造山作用.同碰撞时期，早石炭世花岗质岩石侵位，早期形成的新开岭岩群、片麻状侵入杂岩折返地下，遭受了区域变质作用，形成一系列片理和片麻理构造.333～307 Ma的U-Pb年龄记录了这一时期构造岩浆作用和变质事件.早二叠世嫩江-黑河构造带开始出现造山后的伸展，沿嫩江-黑河拼贴带边界断裂（深大断裂）有中酸性钙碱质火山岩喷出（大石寨组）和碱长花岗岩的侵位.大石寨组糜棱岩化变流纹岩的292～266 Ma和A型花岗岩的290～262 Ma的U-Pb年龄［14］印证了该阶段的岩浆作用.早中侏罗世（以中侏罗世为主）受蒙古-鄂霍次克洋闭合和伊佐奈岐板块（200 Ma）向东亚大陆作斜向俯冲作用［15］影响，测区遭受了北西-南东向的挤压剪切作用，造成奥陶—泥盆纪岛弧带（多宝山岛弧带）和二叠纪陆缘岛弧岩浆岩带（小兴安岭岩浆弧）之间的拼贴带等构造带活化，北东向深大断裂发生左旋走滑运动（图7）.杨巍然等［16］认为在强烈的走滑剪切作用下，相邻块体挤压堆垛，可导致断夹块隆起造山；邓晋福等［17］也强调了陆内断裂剪切造山作用.在嫩江-黑河构造带左旋走滑作用下，形成了一系北东、北北东、北东东、北西和南北向等次生走滑剪切（挤压和拉分）断裂，在北北东向主走滑断裂及北东、北北东向次生走滑断裂（里德尔剪切断裂）的剪切作用下，形成北北东向剪切挤压应力，导致嫩江-黑河构造带内发生强烈的碎裂和脆、韧性变形，浅部相形成断层角砾和碎裂岩系，中深部构造相形成糜棱岩系和糜棱片麻岩系.新开岭岩群、大石寨组、早石炭世花岗岩中的185～160 Ma变质锆石U-Pb年龄证实了早中侏罗世的韧性剪切变质深熔事件.