大興安嶺滿歸地區變中酸性火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質意義

李中會， 李睿杰， 李陽， 沙環宇

(1.黑龍江省地質調查研究總院，哈爾濱 150036； 2.黑龍江省齊齊哈爾地質勘查總院，齊齊哈爾 161006)

0 引言

大興安嶺北部寒武系—新生界出露齊全[1]，其中新元古界—下寒武統大網子組是西伯利亞板塊南緣早古生代陸緣增生的重要組成部分，以綠片巖相為主。前人曾在該區沉積地層中發現微體化石，時代為新元古代—早寒武世[2-3]，但根據巖石組合和變質程度，少量時代不明地層被歸入大網子組。大網子組于1962年在大興安嶺市呼瑪縣韓家園子鄉創立并命名[1]，巖性主要為片理化安山巖夾絹云母泥質片巖。滿歸鎮附近分布少量大網子組綠片巖相中酸性火山巖，由于地層接觸不連續，未見化石，導致該套火山巖未獲得正確認識和進一步研究。

本文以《漠河幅、漠河縣幅1∶25萬區域地質調查報告》[4]為基礎，通過詳細研究滿歸鎮附近的淺變質地層，從巖石地層、火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年代學研究入手，精確厘定時間格架，為進一步研究額爾古納地塊北緣早侏羅世巖漿活動與構造演化提供參考。

1 研究區地質概況

研究區位于大興安嶺北部，蒙古—鄂霍茨克縫合帶與天山—內蒙古—大興安嶺縫合帶之間(圖1(a))[5]。該區屬于額爾古納地塊[6]，古生代地層屬于額爾古納地層分區[1]。區內出露的較老地層為古元古界興華渡口巖群，為結晶基底； 新元古界—下寒武統吉祥溝組和下石炭統紅水泉組零星分布； 早侏羅世早期中酸性火山巖分布于滿歸鎮附近，晚侏羅世—早白堊世中酸性火山巖在研究區東南部呈NE向帶狀分布。侵入巖主要為早侏羅世石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和中元古代花崗巖，與前人劃分的新元古代—早古生代侵入巖[4,7]明顯不同。研究區構造以NE向韌-脆性斷裂為主(圖1(b))。

1.第四系； 2.甘河組； 3.滿克頭鄂博組； 4.變中酸性火山巖； 5.紅水泉組； 6.吉祥溝組； 7.興華渡口巖群； 8.花崗質片麻巖； 9.細粒石英閃長巖； 10.細中?；◢忛W長巖； 11.細中粒二長花崗巖； 12.粗粒二長花崗巖； 13.中細粒似斑狀二長花崗巖； 14.地質界線； 15.不整合界線； 16.推測斷層； 17.韌性剪切帶； 18.剖面及編號； 19.采樣位置及樣品編號

圖1 內蒙古根河市滿歸鎮構造位置(a)及地質簡圖(b)

Fig.1Tectoniclocation(a)andgeologicalsketch(b)ofManguiTowninGenheCityofInnerMongolia

2 剖面特征

滿歸變中酸性火山巖分布于滿歸鎮西2 km處，空間上呈孤島狀或團塊狀，巖性為變安山巖、變英安巖和變流紋巖，夾變晶屑凝灰巖，與古元古代興華渡口巖群、中元古代花崗質片麻巖呈斷層接觸，且被周圍早侏羅世花崗閃長巖和二長花崗巖侵入。本次實測了1條路塹剖面(編號：P17-2)，并修測了1條前人實測的山地剖面(編號：P17)，剖面特征如下。

(1)剖面P17-2。滿歸變中酸性火山巖實測路塹剖面如圖2所示。由上到下地層層序特征描述如下。

1.變英安巖； 2.變安山巖； 3.變安山英安巖； 4.花崗閃長巖； 5.花崗斑巖； 6.細粒閃長巖； 7.花崗片麻巖； 8.松散砂礫堆積物； 9.變中酸性火山巖； 10.早侏羅世花崗閃長巖； 11.中元古代花崗片麻巖； 12.斷層； 13.采樣位置； 14.層號

圖2 滿歸變中酸性火山巖實測路塹剖面(P17-2)

Fig.2Measuredsection(P17-2)ofmeta-intermediate-

acidicvolcanicrocksinManguiarea

未見頂

深灰色變英安巖 49.21 m

墨綠色變英安巖 15.38 m

⑩綠灰色變英安巖 66.70 m

⑨墨綠色變英安巖 24.38 m

⑧綠灰色變英安巖 15.18 m

⑦淺灰綠色變安山英安巖 87.85 m

⑥深灰綠色變安山巖 40.08 m

⑤黑色變英安巖 43.63 m

④灰黑色變英安巖 224.47 m

③灰綠色變英安巖 19.76 m

②淺綠色變英安巖 62.57 m

①淺黃褐色變英安巖 9.66 m

—— 被早侏羅世花崗閃長巖侵入 ——

(2)剖面P17。滿歸變中酸性火山巖修測剖面如圖3所示。由上到下地層層序特征描述如下。

中元古代花崗片麻巖

—— 斷層 ——

③深灰色變流紋巖 33.57 m

②青灰色片理化變晶屑凝灰巖 38.69 m

①深灰色變流紋巖 35.43 m

未見底

1.變流紋巖； 2.變晶屑凝灰巖； 3.花崗片麻巖； 4.閃長玢巖； 5.斷層破碎帶； 6.變中酸性火山巖； 7.中元古代花崗片麻巖； 8.層號

圖3 滿歸變中酸性火山巖修測山地剖面(P17)

Fig.3Revisionsection(P17)ofmeta-intermediate-acidicvolcanicrocksinManguiarea

3 火山巖特征

滿歸變中酸性火山巖普遍發育斷裂破碎構造，伴有綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化、絹云母化、硅化，以變英安巖和變流紋巖為主。用于鋯石U-Pb年齡測定的變安山巖(編號：P17-2B11-12)采自實測剖面P17-2中部，與上、下巖層變英安巖呈整合接觸，因發生綠簾石化，巖石表面呈黑綠色，新鮮面呈灰黑色，見灰白色硅質脈體(圖4(左))。

圖4 變安山巖(P17-2B11-12)野外露頭(左)及顯微鏡下照片(右)Fig.4 Outcrop (left) and photomicrograph (right) of the meta-andesite (Sample P17-2B11-12)

顯微鏡下觀察，巖石呈少斑結構，斑晶粒徑0.5～1.2 mm，含量占3%，成分主要為長石，呈半自形板狀，被絹云母、綠簾石和黏土礦物交代； 基質含量占87%，被黏土礦物及少量綠簾石交代，結構模糊，后期被硅質交代； 硅質含量占10%，呈脈狀和帶狀沿孔隙分布(圖4(右)) 。

4 年代學特征

4.1 測試方法

鋯石分選在河北省廊坊區域地質調查研究院地質實驗室完成，樣品靶制備在北京鋯年領航科技有限公司實驗室完成，鋯石陰極發光照相和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試在中國地質調查局天津地質調查中心實驗室完成。樣品采用常規方法進行粉碎、淘洗，保留重砂礦物，再用電磁選方法分選鋯石，雙目鏡下選出晶形較好的鋯石，然后將鋯石粘貼在環氧樹脂表面，打磨拋光后露出鋯石表面，完成樣品制靶后，對鋯石進行透射光、反射光和陰極發光照相，確定所測鋯石位置。在中國地質調查局天津地質調查中心實驗室利用193 mm激光器對鋯石進行剝蝕，激光剝蝕束斑直徑為35 μm。采用標準鋯石TEMORA作為外標校正U-Pb同位素分餾，利用NIST612玻璃標樣作為外標計算鋯石的U、Th、Pb含量，詳細的實驗原理和流程見參考文獻[8]。采用ICP-MS Data Cal程序[9]和Isoplot(ver 3.0)程序[10]進行數據處理。

4.2 測試結果

大部分鋯石顆粒在透射光和反射光下呈淺黃色—無色，半透明—透明，粒徑為75～165 μm，晶形呈半自形—自形短柱狀，長寬比為2∶3。鋯石陰極發光照片(圖5)顯示，鋯石內部結構清晰，均發育典型的振蕩環帶，表明其為巖漿成因鋯石。選擇26顆自形程度和透明度均較好的巖漿鋯石進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年分析。

圖5 變安山巖(P17-2B11-12)鋯石陰極發光照片Fig.5 Cathodoluminescence images of zircons of meta-andesite(P17-2B11-12)

變安山巖(P17-2B11-12)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年結果見表1，鋯石U-Pb年齡諧和圖見圖6。26個測點可分為4組：第一組為2～6、8、13～15、20、22和26共12個點，校正后獲得的206Pb/238U加權平均年齡為(199±1) Ma， 12個點的諧和曲線具有較好的一致性(MSWD=1.7)； 第二組為1、9、10、16和21共5個點，校正后獲得的206Pb/238U加權平均年齡為(226.5±1.1) Ma，5個點的諧和曲線具有較好的一致性(MSWD=0.49)； 第三組為7、11、12、18、19、23和25共7個點，206Pb/238U年齡零散分布在210～717 Ma之間； 第四組為17和24兩個點，206Pb/238U年齡分別為181 Ma和189 Ma。第一組代表了火山巖的形成年齡，第二組和第三組代表了捕獲鋯石的年齡，第四組代表了遭受改造鋯石的年齡。

表1 變安山巖(P17-2B11-12)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果

圖6 變安山巖(P17-2B11-12)鋯石U-Pb年齡諧和圖

Fig.6ZirconU-Pbconcordantdiagramofmeta-andesite(P17-2B11-12)

5 討論

5.1 地層對比

滿歸變中酸性火山巖是在新元古界—下寒武統倭勒根群大網子組厘定的。倭勒根群包含吉祥溝組和大網子組[1]。前人在吉祥溝組泥質板巖中采集到了球藻類微體化石Teophipoliacf.lacerata，Leiosphaeuidiasp.等[2]，時代為新元古代—早寒武世。在大網子組火山凝灰巖中采集到了藻類微體化石Baltisphaeridiumsp.，Lophosphaeridiumsp.等[3]，時代為新元古代—早寒武世。將滿歸變中酸性火山巖與區域大網子組對比，發現滿歸變中酸性火山巖缺少板巖、變砂巖、石英片巖等細碎屑沉積巖夾層，暗示大網子組淺變質火山巖缺少沉積巖夾層，其形成時代具有不確定性。

5.2 火山巖分布及其與漠河盆地物源的關系

目前，對大興安嶺火山噴發帶北段額爾古納地塊早侏羅世火山巖的研究較少。十六站一帶塔木蘭溝組(J2t)火山巖主要為玄武巖、安山巖、安山質角礫熔巖、玄武質凝灰熔巖等，其中安山巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為(185±1) Ma[11]，顯示該火山巖形成于早侏羅世。

研究表明，漠河盆地沉積活動始于中侏羅世[12]，繡峰組、二十二站組礫石和巖屑見少量玄武巖、英安巖、安山巖、流紋巖和流紋質凝灰巖[12-14]，與本區及十六站地區早侏羅世火山巖巖性一致，暗示漠河盆地火山巖碎屑物來源與早侏羅世火山巖關系密切。與漠河盆地同成分碎屑物相比，滿歸早侏羅世火山巖又經歷了變質作用，推測與后期漠河逆沖推覆構造有關。

5.3 地質意義

古生代—中生代—新生代，東北地區主要受古亞洲洋構造域、蒙古—鄂霍茨克構造域和濱太平洋構造域影響[5,7,15]。前人對額爾古納地塊侵入巖進行研究，認為早侏羅世巖漿活動與古亞洲洋的閉合[16-18]或蒙古—鄂霍茨克洋閉合后的板塊俯沖[7]有關?；鹕綆r和侵入巖相伴產出，顯示早侏羅世額爾古納地塊處于火山-巖漿弧構造背景，暗示蒙古—鄂霍茨克洋存在南向俯沖的可能性。本次火山巖年齡的厘定，對早侏羅世巖漿活動和大地構造演化研究，尤其對蒙古—鄂霍茨克洋閉合過程的地球動力學研究具有重要意義。

6 結論

(1)滿歸變中酸性火山巖主要由變安山巖、變英安巖、變流紋巖和少量變晶屑凝灰巖組成。

(2)滿歸變安山巖形成于(199±1) Ma，即早侏羅世早期，而非前人認為的形成于新元古代—早寒武世。

(3)額爾古納地塊早侏羅世火山巖為漠河前陸盆地沉積提供了物源。