华永成　赵振荃　熊鹏磊　张树岐

(1.河北地质大学资源学院；2.黑龙江地球物理勘察院)



黑龙江宝清地区早二叠世二长花岗岩年代学及地球化学特征

华永成1赵振荃1熊鹏磊2张树岐2

(1.河北地质大学资源学院；2.黑龙江地球物理勘察院)

对黑龙江宝清地区早二叠世二长花岗岩的年代学、地球化学特征进行了详细分析，结果表明：①LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年结果显示样品2029的分析年龄为(275.9±1.8)Ma，样品4228的分析年龄为(298.8±3.6)Ma，测年结果表明该类样品形成于早二叠世；②该类岩石主量元素为高硅、富铝、贫钙，低镁、低铁，在侵入岩w(SiO2)-AR图解中，亦属碱性，在侵入岩 w(K2O)-w(Na2O)钾质钠质系列图解中，属于钾质岩石系列；③微量元素原始地幔标准化蛛网图显示，4条蛛网模式曲线形态趋于一致，Rb、La、Nd显现峰值，Ta、Sr呈现谷，P为负异常；③稀土元素总量153.77%～219.88%，平均186.29%，轻稀土元素富集，重稀土亏损，δEu为0.64～1.35，平均0.97，除龙庆河301高地二长花岗岩体属由上地壳经不同程度的部分熔融形成外，其他岩体属基性岩浆分异型；④在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图解中显示斜率(La/Yb)N为6.69～21.58，4条曲线形态不尽一致，总体曲线右倾，轻稀土富集型，结合区域研究资料表明为地幔深熔火山弧边缘碰撞带的构造环境，同属火山弧边缘侵入岩。

二长花岗岩早二叠世年代学特征地球化学特征锆石U-Pb定年构造环境

黑龙江宝清地区位于兴凯湖与布列亚山地块区，属于佳木斯隆起带与宝清过渡带的接触部位[1]，地质历史漫长，地质构造复杂。近年来，有关西部和中部地质单元的研究成果较多，但对佳木斯地块东部地质单位的研究相对薄弱[2-4]。为此，本研究对宝清地区早二叠世二长花岗岩年代学及地球化学特征进行探讨。

1　地质背景

黑龙江宝清地区区域大地构造上属于佳木斯地块东缘，佳木斯地块东缘位于黑龙江省东部宝清—密山地区，东侧为跃进山拼贴带，南侧为敦化—密山断裂带[1]。样品5340采集于宝清县图幅西南角的古井子二长花岗岩体，其岩体以北为第四系更新统的阶地堆积层。样品4228采集于青龙山图幅东北角的大梨树沟王庵沟顶二长花岗岩体，该岩体以东与侏罗系上统松木沟组的岩体呈不整合接触，以西为第四系全新统的大梨树沟低漫滩堆积层。样品1057采集于青龙山图幅中部的大百石河西小沟叉428.1高地岩体，该岩体以东为第四系全新统的大百石河低漫滩堆积层。样品2029采集于防火站图幅西侧的龙庆河301高地岩体，该岩体以西为早二叠系花岗闪长岩体，以东为第四系全新统龙庆河低漫滩堆积层。

2　岩相学特征

样品5340为肉红色粗中—中粒二长花岗岩，中粒半自形结构，块状构造，在显微镜下钾长石为条纹长石，条纹结构，粒度0.5～5mm，含量45%；斜长石为半自形板状，聚片双晶绢云母化，部分出现高岭土化，An27，粒度0.5～4mm，含量30%～45%；石英为半自形粒状；粒度0.7～3.5mm，含量20%～25%；暗色矿物为黑云母，少量，向白云母转化，含量2%，此外，含少量磁铁矿。

样品4228为暗肉红色—肉红色二长花岗岩，斑状结构，基质隐晶质-球粒结构，块状构造，在显微镜下钾长石为隐晶质结构，斑晶他形，粒度1.9～5mm，含量2%，基质占70%，为长英矿物；斜长石为斑晶，半自形板状，聚片双晶，绢云母化，An31，粒度0.2～1.8mm，含量20%；石英为他形粒状，具溶蚀现象，粒度0.4～1.8mm，含量5%，暗色矿物为黑云母，向白云母转化，粒度0.35～1mm，含量1%，其他矿物为磁铁矿。

样品1057为肉红色中—细粒二长花岗岩，中—细粒半自形结构，块状构造，在显微镜下钾长石为条纹长石和微斜长石，半自形板状—他形条纹结构和格子双晶，粒度0.8～5mm，含量40%～50%；斜长石为半自形板状，聚片双晶，绢云母化，An26～33，粒度1.5～4mm，含量25%～35%；石英为半自形粒状，波状消光，粒度0.8～2.5mm，含量20%～25%，个别35%～40%，暗色矿物为黑云母，片状，平行消光，部分泥石化，含量1%～5%；其他矿物为绿帘石、磷灰石、磁铁矿。

样品2029为浅肉红色粗—中粒二长花岗岩，中粒半自形结构，块状构造，在显微镜下钾长石为条纹长石，半自形板状，且包裹着斜长石，粒度2～5mm，含量35%；斜长石为半自形板状，聚片双晶和卡钠联合双晶，粒度2～5mm，含量30%；石英为他形粒状，粒度2～5mm，含量30%。

3　U-Pb同位素测年

用于锆石U-Pb定年的样品为TW2029、TW4228，将样品清净，在河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室挑选锆石。首先将锆石样品放于环氧树脂中，然后进行磨蚀与抛光直至锆石核部出露。锆石U-Pb年龄在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用LA-ICP-MS方法测定，试验中采用He气作为剥蚀物质的载气，锆石91500作为外标，NIST600作为内标。锆石测定点的同位素比值、U-Pb表面年龄和U-Pb含量计算采用GLIT-TER程序，采用ISO-PLOT程序计算锆石加权平均年龄及绘制谐和图。在龙庆河301高地岩体2029点采集同位素样品，获得锆石单矿物LA-ICP-MS法分析的年龄值为(275.9±1.8)Ma(图1、表1)。另外，在王庵沟顶二长花岗岩体4228点获得锆石单矿物LA-ICP-MS法分析的年龄值为(298.8±3.6)Ma(图2、表2)。据上述分析可确定该岩组时代为早二叠世。

图1　TW2029样品锆石LA-ICP-MS U-Pb

图2　TW4228样品锆石LA-ICP-MS U-Pb

样品编号含量/(×10-6)PbUTh同位素比值w(206Pb)/w(238U)1σw(207Pb)/w(235U)1σw(207Pb)/w(206Pb)1σw(208Pb)/w(232Th)TW2029-01224001970.04360.00050.31450.01600.05270.00280.0143TW2029-02183531180.04390.00070.33180.01470.05570.00260.0145TW2029-03122291100.04380.00070.31200.02010.05200.00350.0126TW2029-04469152860.04390.00050.33610.01230.05560.00200.0134TW2029-05204001310.04380.00090.33820.01720.05620.00280.0128TW2029-06193671050.04390.00070.34030.01600.05710.00270.0143TW2029-07152851290.04380.00100.36320.02360.06030.00370.0141TW2029-08213971310.04370.00090.33660.02260.05570.00370.0149TW2029-0913251920.04380.00070.30890.01960.05230.00350.0141TW2029-10213991330.04370.00080.33470.02570.05560.00440.0136TW2029-11244073220.04390.00050.30200.01380.04940.00220.0136TW2029-12163001290.04390.00090.30500.02580.04970.00390.0133TW2029-13295133230.04290.00050.32170.01200.05450.00220.0131TW2029-14152791120.04380.00090.29920.01670.05060.00300.0142TW2029-15438263260.04390.00050.30210.01000.04980.00160.0135

续表

表2　TW4228样品锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄测试结果

续表

4　岩石地球化学特征

4.1岩石化学特征

黑龙江宝清地区二长花岗岩主量元素分析结果见表3。由表3可知，主要氧化物含量：高硅，w(SiO2)平均73.01%；富铝，w(Al2O3)平均14.33%；富钠，w(Na2O)平均3.99%；贫钙，w(CaO)平均1.07%；低镁，w(MgO)平均0.03%；低铁，w(FeO)平均0.66%。在侵入岩w(SiO2)-AR图解(图3)中，属碱性；在侵入岩w(K2O)-w(Na2O)钾质钠质系列图解(图4)中，属钾质岩石系列；A/CNK值平均1.29%，据A/CNK=1.1判别值，大梨树沟王庵沟顶花岗斑岩体属S型，其余为I型；依A-C-F三角图解属I-S型，I型花岗岩居多。由I型花岗岩的元素特征可知，源岩物质可能为敦化—密山断裂带的产物。由S型花岗岩的元素特征可知，以壳源沉积物质为源岩，经部分熔融、结晶产生的花岗岩，可能是佳木斯地块与兴凯地块之间古亚洲洋消失同碰撞期的产物。

图3　侵入岩w(SiO2)-AR图解

样品编号含量/%SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgO534072.600.2015.260.700.080.020.07422872.020.3714.841.160.450.050.50105771.220.3413.800.561.760.030.82202972.720.1314.660.920.390.020.13465276.480.1613.080.260.610.020.24样品编号含量/%CaONa2OK2OP2O5烧失量w(Na2O+K2O)53400.375.643.860.020.589.3242280.554.003.820.101.727.8210571.153.224.970.061.208.1920291.043.815.020.040.688.8346522.233.272.420.010.5013.08样品编号总量/%里特曼指数A/CNKw(K2O)/w(Na2O)534099.402.931.570.71422899.622.111.770.96105799.352.381.481.54202999.602.621.491.32465299.3576.481.650.26

图4　w(K2O)-w(Na2O)钾质钠质系列图解

4.2岩石稀土元素特征

黑龙江宝清地区二长花岗岩稀土元素含量及特征参数见表4。由表4可知：w(ΣREE)183.57%～240.51%，平均207.82%；w(LREE)132.8%～203.37%，平均170.4%，LREE富集；w(HREE)10.26%～20.97%平均15.84%，HREE亏损；δEu0.64～1.35，平均0.97，Eu异常较弱；w(LREE)/ w(HREE) 6.33～19.57，平均11.87；在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图解(图5)中显示，(La/Yb)N6.69～21.58，4条曲线形态不尽一致，总体曲线右倾，轻稀土富集型。古井子二长花岗岩体显示重稀土富集，Eu富集，为正异常。龙庆河301高地二长花岗岩体Eu亏损，呈负异常；西小沟叉428.1高地二长花岗岩体(XT1057)、王奄沟顶花岗斑岩体(XT4228)Eu表现不明显，曲线分布型式显示为同期异源产物。在w(Rb)-w(Yb+Ta)不同类型侵入岩图解中，属火山弧花岗岩；在w(Rb)-w(Y+Nb)图解中，则为火山弧边缘花岗岩。

表4　黑龙江宝清地区二长花岗岩稀土元素分析结果

图5　稀土元素球粒陨石标准化分布型式

4.3岩石微量元素特征

黑龙江宝清地区二长花岗岩微量元素含量及特征参数见表5。由表5可知：样品中除Ba、Zr、Th外，其余所有微量元素的含量都很低，特别强烈表现出亏损U、Ta、Hf等元素，据张琪[5-6]提出的花岗岩分类方法，古井子二长花岗岩体(样品5340)、大梨树沟王庵沟顶花岗斑岩体(样品4228)为低Sr、高Yb的岛弧成因的埃达克岩型花岗岩类; 大百石河西小沟叉428.1高地二长花岗岩体(样品1057)、龙庆河301高地二长花岗岩体(样品2029)为低Sr、低Yb的喜马拉雅型花岗岩类。据微量元素组合判别，侵入岩成因类型趋向I型；据w(Rb)/w(Sr)值，岩组趋向同熔型；据w(Rb)/w(Li)值，则为同熔型-改造型。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图6)显示，4条蛛网模式曲线形态趋于一致，Rb、La、Nd显现峰值，Ta、Sr呈现谷，P为负异常，WL3530曲线表现离散，可能为同期次。

表5　黑龙江宝清地区二长花岗岩微量元素分析结果

5　讨　论

5.1岩石组合及演化特征

二长花岗岩体的岩性较均一，从粗粒到粗—中粒，无明显界限，暗色矿物含量总体较少，同时含有少量的磁铁矿。该岩体附近均发育第四系地层，且主量元素的特征参数变化较小，但稀土元素和微量元素的特征参数变化较大。在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图解中4条曲线形态不尽相同，总体曲线右倾，轻稀土富集型。古井子二长花岗岩体显示重稀土富集、Eu富集，为正异常。龙庆河301高地二长花岗岩体Eu亏损，呈负异常。西小沟叉428.1高地二长花岗岩体(XT1057)、王奄沟顶花岗斑岩体(XT4228)Eu表现不明显，曲线分布型式显示为同期异源产物。据w(Rb)-w(Yb+Ta)不同类型侵入岩图解，属火山弧花岗岩；据w(Rb)-w(Y+Nb)图解，则为火山弧边缘花岗岩。微量元素原始地幔标准化蛛网图显示，4条蛛网模式曲线形态趋于一致，Rb、La、Nd显现峰值，Ta、Sr呈现谷，P为负异常，WL3530曲线表现离散，可能为不同期次。

图6　微量元素原始地幔标准化蛛网

5.2岩体形成年龄

在王庵沟顶二长花岗岩体4228点获得的锆石单矿物LA-ICP-MS法分析年龄为(298.8±3.6)Ma。在龙庆河西301高地岩体2029点采集同位素样品，获得的锆石单矿物LA-ICP-MS法分析年龄为(275.9±1.8)Ma。该2个年龄值为岩浆锆石的结晶年龄，即代表了二长花岗岩的形成年代。由于王庵沟顶二长花岗岩体的形成时代早于龙庆河301高地的岩体，说明他们为不同时期的侵入体。

5.3构造背景

在二长花岗岩矿物组成上，除主要矿物外，还含有少量磁铁矿，常量元素具有高硅、富铝、富钠、贫钙、低镁、低铁等特征，微量元素富集Ba、Zr、Th、LREE，贫U、Ta和Hf。稀土元素富集轻稀土，在稀土元素球粒陨石标准化分布型式图中，4条曲线不尽一致，总体曲线右倾。在侵入岩w(Rb)-w(Yb+Ta)差别图解(图7)和w(Rb)-w(Yb+Nb)图解(图8)中，3个样品投点同属火山弧边缘侵入岩，为地幔深熔火山弧边缘碰撞带的构造环境，表明佳木斯地块东部二叠纪期间处于活动大陆边缘的构造背景中，当时应该存在1个自东向西俯冲的大洋板块。

图7　不同类型花岗岩 w(Rb)-w(Yb+Ta)图解

图8　不同类型花岗岩w(Rb)-w(Yb+Nb)图解

6　结　语

结合岩石U-Pb同位素测年、主量元素、微量元素、稀土元素测试结果，对黑龙江宝清地区早二叠世二长花岗岩的年代学、地球化学特征进行了深入探究，将该地区二长花岗岩分为I型花岗岩和S型花岗岩两大类，王庵沟顶二长花岗岩体的形成时代早于龙庆河301高地岩体，原岩物质可能是一种敦化—密山断裂带的产物或佳木斯地块与兴凯地块之间古亚洲洋消失同碰撞期的产物，产出于地幔深熔火山弧边缘碰撞带的构造环境。

[1]黑龙江省地质矿产局.黑龙江省区域地质志[M].北京：地质出版社，1993.

[2]吴福元，孙德有，林强.东北地区显生宙花岗岩的成因与地壳增生[J].岩石学报，1999(2)：181-189.

[3]曹熹，党增欣，张兴洲，等.佳木斯复合地体[M].长春：吉林科学技术出版社，1992.

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[5]张琪.花岗岩的Sr-Yb分类及其地质意义[J].岩石学报，2006(9)：2249-2269.

[6]张琪.花岗岩构造环境问题：关于花岗岩研究的思考之三[J].岩石学报，2007(11)：2683-2698.

2016-03-10)

华永成(1989—)，男，硕士研究生，050000 河北省石家庄市裕华区槐安东路136号。