吉林雙陽石門水庫早三疊世C型埃達克質巖的發現及其地質意義

朱書宏，袁鵬宇，孔凡乾，聶立軍，張?，?李廣鐵，郭道鵬

吉林省區域地質礦產調查所，長春 130022

0 引言

吉林長春雙陽地區位于中亞造山帶東段，挾持于西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間，西拉木倫河-長春縫合帶東段，古生代的構造演化與古亞洲洋的閉合密切相關，中、新生帶受太平洋構造域的疊加和改造，具有復雜的構造演化歷史。許多研究者認為西拉木倫河-長春縫合帶為西伯利亞板塊與華北板塊碰撞拼合的最終位置。古亞洲洋閉合的時間和閉合后的造山帶演化一直以來都是地質學家們的研究熱點。古亞洲洋閉合過程中，吉林長春地區廣泛發育了一套巖漿巖，并伴隨有大量的構造變形作用，為揭示古亞洲洋閉合提供了理想的研究對象。

關于最終的拼合時間的討論也有多種觀點，西拉木倫河沿岸雙井地區同碰撞花崗巖侵位時間主要集中在晚二疊世—早三疊世[1]，西拉木倫河縫合帶東段吉林地區同碰撞花崗巖、碰撞相關的變質事件的年齡也集中在二疊紀末—早三疊世[2-3]?？梢娙B紀可作為華北板塊與其北側地塊碰撞拼貼演化的關鍵時期[4-5]。本文基于吉林1∶5萬大三家子幅區域地質調查項目，在石門水庫一帶新識別出的早三疊世花崗閃長巖，對野外采集的樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測定及全巖地球化學分析，結合前人的研究成果，查明研究區三疊世的大陸動力學背景，以期為古亞洲洋的閉合及區域構造演化過程提供重要線索。

1 區域地質背景

研究區經歷了由古亞洲構造域向濱太平洋構造域的演化，古亞洲構造域演化階段大地構造位于柴達木-華北板塊(Ⅰ)，華北陸塊北部陸緣造山帶(拼接帶)(Ⅱ)(圖1a)，直至晚古生代末期，古亞洲構造域演化結束，歐亞超大陸的形成，研究區進入太平洋板塊與歐亞板塊碰撞發展的濱太平洋構造域發展階段[6-7]。經研究表明，華北板塊北緣在早三疊世發生了華北板塊和興蒙造山帶的最終碰撞拼合，使得長春-延吉縫合線最終閉合，古亞洲洋徹底消失[8-10]。

1.第四系；2.白堊系火山巖；3.石炭系沉積巖；4.早三疊世似斑狀石英二長閃長巖；5.早三疊世花崗閃長巖；6.中二疊世正長花崗巖；7.中二疊世二長花崗巖；8.花崗閃長巖；9.二長花崗巖；10.石英二長閃長巖；11.斷裂；12.全巖地球化學分析采樣點。圖1 研究區大地構造分區圖(a)和地質簡圖(b)Fig.1 Geotectonic division map (a) and geological sketch map (b) of study area

區內出露的最老地層為二疊—石炭系磨盤山組、鹿圈屯組，為一套淺海陸源碎屑-碳酸鹽巖沉積建造。古生代、中生代侵入巖廣泛發育。古生代侵入巖主要分布在研究區北部，為一套正長花崗巖、二長花崗巖的巖石組合；中生代以酸性侵入巖為主，巖性為花崗閃長巖、似斑狀石英二長閃長巖，其中花崗閃長巖為本次研究的重點(圖1b)。

2 地質特征及樣品采集

花崗閃長巖的巖石新鮮面呈灰白色，細?；◢徑Y構，塊狀構造。巖石主要由石英、斜長石、堿性長石及黑云母等組成。石英約占20%～25%，局部由于受應力作用，見有?；F象，具波狀消光。斜長石約占50%～55%，呈半自形板狀，粒度0.2～2.0 mm，具聚片雙晶和環帶結構，局部見有強烈的絹云母化現象。堿性長石約占20%～25%，呈不規則狀、粒狀，粒度0.2～2.0 mm，具條紋結構。黑云母約占2%～3%，呈片狀(圖2)。巖石中副礦物主要包括磷灰石、磁鐵礦和榍石等。

Pl.斜長石；Bt.黑云母；Q.石英；Afs.堿性長石。圖2 花崗閃長巖鏡下照片Fig.2 Microphotograph of granodiorite

本次研究的樣品采集地點為石門水庫東花崗閃長巖(樣品編號：D7116，采樣位置：43°21′24″N；125°32′30″E)，采集1件同位素年齡樣品，并對鋯石采用LA-ICP-MS方法進行U-Pb測定；采集4件全巖地球化學分析樣品，編號為D7115、D7116、D7075、PmⅠ-7-1，具體采樣位置見圖1b。

3 分析方法

將新鮮巖石樣品破碎至80目，經水淘、磁選、顯微鏡人工挑選，最終將晶形好、無裂痕、無包體的鋯石送至內蒙古自治區地質調查院分析測試中心完成制靶、照相和測試過程。鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素測定使用NDFZ-002-2017激光剝蝕電感耦合等離子質譜儀鋯石鈾鉛同位素地質年齡測定法(自制方法)，主要儀器為Neptune Plus(NDFZ-S-001)和Geolas HD(NDFZ-FS-011)。激光剝蝕束斑直徑為32 μm，鋯石標準物質為Gj-1和91500，最終鋯石表面年齡計算及諧和圖的繪制利用ISOPLOT程序完成。

主量、微量和稀土元素分析在湖北省地質實驗研究所完成。實驗室將采集新鮮無蝕變的巖石樣品經沖洗、機械破碎至200目進行巖石地球化學分析，主要檢測儀器為X熒光光譜儀(型號XRF-1800)、電感耦合等離子體質譜儀(型號X2)和電感耦合等離子體發射光譜儀(型號ICP6300)，主量元素測定相對標準偏差2%～5%，微量元素和稀土元素分析精度誤差為5%～10%。

4 鋯石U--Pb年代學

樣品D7116共測定了28個單顆粒鋯石，每個鋯石1個測點(見表1)，206Pb/238U表面年齡為(242±2.9)Ma～(277±3.4)Ma，大部分年齡集中在(242±2.9)Ma～(250±3.0)Ma，但其中有3個鋯石年齡集中在260 Ma附近，可能為捕獲晚二疊世巖漿鋯石，剔除5個年齡較大的鋯石后其加權年齡為(246.3±1.2)Ma(n=23，MSWD=0.71)(圖3a，虛線為剔除鋯石)。鋯石CL圖像顯示(圖3b)，鋯石晶體的內部結構清晰且具有明顯的震蕩生長環帶，結合鋯石的Th/U比值(0.37～1.13)，表明為巖漿成因。結合鋯石的巖漿成因特征，認為該年齡可以被解釋為巖體的侵位年齡，表明該巖體的侵位時代為早三疊世。

圖3 花崗閃長巖鋯石U--Pb年齡諧和圖(a)和部分鋯石CL圖像(b) Fig.3 Zircon U--Pb concordia diagrams of granodiorite (a) and part of CL images (b)

5 巖石地球化學特征

花崗閃長巖樣品主量、稀土及微量元素分析結果見表2。主量元素ω(SiO2)為68.84%～70.10%，平均值69.39%；ω(Al2O3)為15.23%～15.95%，平均值15.56%；ω(K2O)為2.88%～3.46%，平均值3.27%；ω(Na2O)為4.45%～4.68%，平均值4.52%；ω(CaO)為2.01%～2.33%，平均值2.12%；ω(MgO)為0.71%～0.76%，平均值0.73%；總體化學成分顯示出富鈉貧鈣鎂的特點。在ω(SiO2)-ω(K2O)圖解(圖4a)中樣品落入高鉀鈣堿性系列區域； A/CNK為1.03～1.07，在鋁過飽和指數圖解(圖4b)中落入過鋁質區域。綜上所述，巖體屬弱過鋁高鉀鈣堿性系列。

表2 花崗閃長巖常量元素(%)、稀土元素(10-6)和微量元素(10-6)分析結果

圖4 花崗閃長巖ω(SiO2)--ω(K2O)圖解(a)和鋁飽和指數圖解(b)Fig.4 Diagrams of ω(SiO2)-ω(K2O)(a)and A/NK-A/CNK(b)for granodiorite

稀土總量為(119.26～154.65)×10-6，為富集型，L/H值為14.85～16.20，(La/Yb)N值為18.79～21.37，顯示出輕稀土富集，重稀土虧損。(La/Sm)N值為3.90～5.53，輕稀土分餾程度高。(Gd/Yb)N值為2.27～2.68，重稀土分餾較弱。稀土元素球粒隕石標準化模式曲線(圖5a)為向右傾斜的Eu弱負異常(δEu=0.77～0.92)型，顯示出輕稀土分餾明顯、重稀土分餾不明顯且明顯虧損的特征。

微量元素標準化蛛網圖中(圖5b)，花崗閃長巖總體上具有富集大離子親石元素(LILE)Ba、Th、U，高場強元素(HFSE)Nb虧損，P負異常的特征，高場強元素(HFSE)相對大離子親石元素(LILE)虧損，反映了島弧巖漿巖的特征，也暗示巖漿應起源于地殼巖石。

圖5 花崗閃長巖稀土元素球粒隕石標準化模式圖(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網圖(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution patten(a)and primitive mantle-normalized trace elements spidergram(b) of granodiorite

6 討論

6.1 巖石類型及源區

早三疊世花崗閃長巖具有較高的SiO2含量(68.84%～70.10%，≥56%)、 Al2O3含量(15.23%～15.95%，≥15%)、Na2O含量(4.45%～4.68%，≥3.5%)和Sr含量(637.6×10-6～717.7×10-6，≥400×10-6)和Sr/Y比值(61.18×10-6～98.32×10-6)，較低的MgO含量(0.71%～0.76%，<3%)、Y含量(7.30×10-6～10.60×10-6，<18×10-6)、Yb含量(0.71×10-6～1.09×10-6，≤1.9×10-6)，較弱的δEu的負異常(0.77～0.92)，富集LREEs，虧損HREEs，La/Yb比值為18.79～21.37，均顯示出埃達克質巖的地球化學特征[13]。同時在YbN-(La/Yb)N(圖6a)和Y-Sr/Y(圖6b)圖解中，花崗閃長巖的地球化學樣品均落入埃達克質巖區域。

埃達克質巖最早由Defant和Drummond在研究太平洋阿留申群島埃達克島新生代英安巖的成因機制時提出，是指一套具有一定地球化學特征的中酸性火山巖或侵入巖組合[11]。此后中國埃達克巖嚴格按照Defant的定義得到了廣泛推廣，其中張旗等對中國東部地區的研究認為，中國東部燕山期廣泛分布著埃達克質巖，特別是華北地臺及其周邊地區[12]。近年來研究表明，埃達克巖有兩種成因模式，一是俯沖洋殼板片的部分熔融[13-16]，即O型埃達克巖[12]；二是增厚下地殼/拆沉下地殼部分熔融[17-21]，即C型埃達克巖[12]。

圖6 花崗閃長巖YbN--(La/Yb)N(a)和ω(Y)/10--6--Sr/Y(b)圖解 Fig.6 Diagram of YbN--(La/Yb)N(a)and ω(Y)/10-6--Sr/Y(b)for granodiorites

與俯沖洋殼板片的部分熔融相關埃達克質巖的形成機制主要變現為較低的K含量和Rb/Sr比值(0.04～0.05)、較高的Mg#值(Mg#>47)和Cr含量(Cr>36×10-6)等地球化學特征[13,22]，而研究區中早三疊世花崗閃長巖為弱過鋁質高鉀鈣堿性花崗巖，具有較高的K2O含量(2.88%～3.46%)和Rb/Sr比值(0.08～0.12)、較低的Mg#值(34.47～35.55)和Cr含量(4.86×10-6～5.25×10-6)，明顯不同于俯沖洋殼部分熔融形成的埃達克質巖。有研究資料表明，假如熔體在沒有地幔物質參與作用的巖漿演化過程中，而是由增厚下地殼的部分熔融形成，其地球化學特征表現為ω(MgO)<2.5%(0.71%～0.76%)、Mg#<50(34.47～35.55)、ω(Cr)<36×10-6(4.86×10-6～5.25×10-6)、Rb/Sr比值0.01～0.40(0.08～0.12)[23-24]，而吉林雙陽花崗閃長巖的地球化學特征與增厚下地殼形成的埃達克質巖熔體相似，同時在埃達克質巖成因判別SiO2-TiO2、SiO2-Th、SiO2-Al2O3、SiO2-Th/Ce(圖7a～d)圖解中，樣品大多落在增厚下地殼形成的埃達克質巖區域，由此表明該巖體不可能有拆沉下地殼物質部分熔融而來。因此，吉林雙陽花崗閃長巖應為加厚下地殼的部分熔融而形成的C型埃達克質巖石。

(a)ω(SiO2)-ω(TiO2)；(b)ω(SiO2)-ω(Th)；(c)ω(SiO2)-ω(Al2O3)；(d)ω(SiO2)-Th/Ce.圖7 埃達克質巖成因判別圖解Fig.7 Origin discrimination diagrams of adakitic rocks

6.2 巖漿活動及構造演化

區域上看西拉木倫縫合帶(圖1a中蛇綠混雜巖帶)兩側古生代—中生代(260～245 Ma)巖漿活動較為強烈，華北板塊北緣石炭紀—中二疊世巖漿呈近東西向帶狀展布的特點[25]，而早三疊世巖漿巖多為局部產出，但具有一定的線性分布。研究區早三疊世花崗閃長巖為弱過鋁質C型埃達克質巖石，一般情況下，弱過鋁質花崗巖既可以形成于造山帶-陸碰撞加厚的擠壓環境下，也可以形成于伸展拉張環境[26-27]，但在區中并未有同時代其他中基性或基性-超基性巖石的存在，明顯不同于拉張環境下由基性端元和酸性端元巖石組成的雙峰式組合，表明該期花崗巖不可能形成于伸展拉張環境下。在Pearce et al.[28]的Y-Nb構造環境判別圖解上(圖8a)，這些高鉀鈣堿性系列巖石均落在島弧火山巖區(VAG+syn-COLG)，而在ω(Yb+Ta)-ω(Rb)構造環境判別圖解上(圖8b)，均落在火山弧(VAG)中，上述說明該期花崗巖形成于碰撞型的大規模造山環境下。

圖8 花崗閃長巖ω(Y)--ω(Nb)(a)和ω(Y+Ta)--ω(Rb)圖解Fig.8 Diagrams of ω(Y)--ω(Nb) (a) and ω(Y+Ta)-ω(Rb) (b) for granodiorite

上文已經指出該期C型埃達克質巖形成于加厚下地殼的部分熔融，而地殼加厚可以存在以下3種構造環境下：①活動陸緣地殼加厚地區；②板塊碰撞導致的地殼加厚地區；③高原底部[29]。吉林中部地區中、晚二疊世侵入巖的研究資料表明中二疊世俯沖洋殼已經消失，晚二疊世處于俯沖板片斷離的造山后伸展環境[30]，因此研究區不可能處于活動陸緣的地殼加厚環境下；同時研究區也不可能在很短時間內由中二疊世的擠壓環境轉換為早三疊世的高原，前人資料中也從未見有該區曾經處于高原地區的報道。因此，研究區C型埃達克巖形成于晚二疊世—早三疊世板塊碰撞導致的地殼加厚地區。

7 結論

(1)石門水庫花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(246.3±1.2)Ma，表明該巖體的侵位時代為早三疊世。

(2)巖體具有較高的Na2O、Sr含量和較低的MgO、Y、Yb含量，輕稀土富集，重稀土強烈虧損，δEu弱負異常，屬于C型埃達克巖。

(3)結合區域地質背景，筆者認為早三疊世花崗閃長巖(246.3±1.2)Ma是華北板塊與其北側板塊碰撞導致的增厚下地殼部分熔融的產物。