孫凡婷，劉 晨，邱殿明，魯 倩，賀云鵬，張銘杰

1.蘭州大學地質科學與礦產資源學院,蘭州 730000 2.吉林省有色金屬地質勘查局研究所,長春 130012 3.長春工程學院機電工程學院，長春 130012 4.吉林大學，長春 130026 5.吉林大學地球科學學院,長春 130061

0 引言

中基性深成巖是一類從基性向中性轉變的中深成巖石類型，其巖漿源區(qū)主要來自下地殼，因此它是記錄了地殼性質或層次的典型巖石，亦是陸下巖石圈地幔與殼-幔間的相互作用、深部能量分配、構造環(huán)境演化等巖石探針之一[1-6]，它既可在洋中脊、大洋島弧(增生楔)就位，也可以在活動大陸邊緣以及陸內裂谷或深斷裂、地幔柱等構造環(huán)境形成[2,7-9]。其成因主要有：一種是由富集地幔部分熔融產生的巖漿經分異結晶作用形成[10]；另一種是幔源巖漿被地殼混染[11]；第三種是堆晶作用形成[2,12]；還有一種可能是拆沉陸殼熔融的熔體與地幔橄欖巖反應形成[13-15]。這些研究成果推動了大陸動力學的發(fā)展，特別是為巖石圈地幔演化等一系列地質科學問題提供了理論依據(jù)。大興安嶺地區(qū)以發(fā)育大量的顯生宙花崗巖和火山巖為特征，超基性、基性、中基性雜巖巖體較少，且研究程度較低。目前僅有10余處超基性、基性、中基性雜巖巖體(如塔河、塔源、富西里、烏拉山等地)有所報道。從報道的研究結果來看：塔河和塔源地區(qū)角閃輝長巖形成時代為下石炭世晚階段(330 Ma), 被認為是來自于交代地幔輝石巖的部分熔融，交代流體由大洋板塊俯沖消減提供[12]；富西里地區(qū)輝長巖形成時代為798.0～780.0 Ma，巖漿源區(qū)為富集地幔，被認為是拉張環(huán)境——裂谷或弧后盆地環(huán)境部分熔融產生[16]；內蒙古東部碧流臺地區(qū)輝長巖形成時代為晚二疊世晚階段—早三疊世早階段(249 Ma)，是古亞洲洋閉合后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山帶受流體交代過的巖石圈地幔部分熔融作用的產物[17]。

本文將報道大興安嶺東坡北段大楊樹盆地西側小奎勒河下游花崗巖區(qū)內的中基性巖體的年代學、元素地球化學和Hf同位素地球化學特征，并結合前人的相關研究成果，探討其巖石成因、形成環(huán)境、陸下巖石圈地幔性質以及殼-幔間的相互作用等問題。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于中國東北部大興安嶺東坡北段，地處興蒙造山帶東部興安地塊北部、大興安嶺主脊斷裂與黑河—嫩江斷裂之間，大楊樹中生代火山盆地與大興安嶺東坡花崗雜巖隆起帶之間的花崗雜巖區(qū)內(圖1)，是一個經歷了古亞洲洋演化、興蒙造山、鄂霍茨克洋演化、古太平洋俯沖和新生代超殼斷裂作用的多期構造、巖漿、沉積作用的復合構造域，是我國造山帶中發(fā)展歷史最長、構造演化最復雜的一條巨型造山帶[20]。區(qū)域內發(fā)育的地質體主要是晚古生代花崗巖、中生代火山-沉積巖以及第四紀沉積物，少量新元古代—早寒武紀(吉祥溝組)、志留紀(臥都河組)淺變質巖[21]；發(fā)育的侵入巖有晚古生代和中生代花崗雜巖及小規(guī)模的中基性雜巖。區(qū)域上以NNE向斷裂和中生代花崗雜巖和火山巖發(fā)育為特征(圖1b)。研究區(qū)發(fā)育的地質體主要是石炭紀花崗雜巖(待發(fā)表)、基性雜巖(301 Ma)、中生代白堊紀二長斑巖(待發(fā)表)、第四紀陸相沉積物以及大黑溝組玄武巖(0.58 Ma[19])(圖1c)。

圖1 大興安嶺地區(qū)構造圖(a)、區(qū)域地質圖(b)及研究區(qū)地質簡圖(c)Fig.1 Tectonic map of the Great Xing’an range (a) , geology map of the area(b) and simplified geological map of study area(c)

2 中基性侵入巖體地質、巖相學特征

研究區(qū)出露的中基性侵入巖體，主要分布在小奎勒河下游兩側的花崗巖區(qū)，它們呈不規(guī)則巖株狀產出，侵位石炭紀花崗雜巖，出露總體面積約為6.58 km2，巖性接近。東側主體巖石為灰綠色中粒角閃輝長巖，出露面積約為4.52 km2；巖石風化面呈黃褐色，新鮮面灰黑色或灰綠色(圖2a)，顯晶粒狀結構，塊狀構造(圖2b)；主要礦物為斜長石(40%～45%)、普通角閃石(35%～40%)、普通輝石(8%～10%)和堿性長石(5%～8%)，副礦物(<1%)主要為磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石等，可見鈉長石化、絹云母化、綠簾石化等蝕變。其中：斜長石呈自形、半自形狀，粒度主要為0.25 mm×0.50 mm～1.00 mm×2.00 mm，發(fā)育聚片雙晶，在其邊部普遍發(fā)生一定程度的鈉長石化(d<1.5 mm)、絹云母化、綠簾石化；堿性長石呈半自形板狀，粒度主要為0.25 mm×0.50 mm，部分高嶺土化；普通角閃石多呈墨綠色、淺棕色多色性，粒徑為0.50～1.50 mm，最小粒徑為0.20 mm，最大粒徑可達2.50 mm，部分發(fā)生綠簾石化，并析出磁鐵礦等礦物；普通輝石呈無色—淺棕色，不規(guī)則板狀-粒狀，粒徑為0.50～0.80 mm，最小粒徑為0.20 mm，最大粒徑可達2.00 mm，多發(fā)生角閃石化、綠簾石化和綠泥石化等蝕變，呈殘留狀產出。西側為灰白色細粒輝長閃長巖，呈不規(guī)則巖株狀產在淺肉紅色中粒二長花崗巖的內部，出露面積約為2.06 km2；巖石風化面呈黃褐色，新鮮面為灰白色(圖2c)，他形粒狀結晶結構，塊狀構造(圖2d)；主要礦物為斜長石(40%～45%)、普通角閃石(40%～45%)和少量斜方輝石(<5%)，副礦物(約占±1%)主要為磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石等，粒度為0.25 mm×1.00 mm～0.50 mm×1.50 mm。主要礦物中：斜長石呈自形、半自形板柱狀，粒度為0.40 mm×0.60 mm～1.20 mm×2.00 mm，發(fā)育聚片雙晶，可見絹云母化、鈉長石化等蝕變；普通角閃石呈自形長柱狀，粒徑為0.70～2.80 mm，淡黃色-綠色多色性；斜方輝石多呈他形粒狀或殘余狀產出，發(fā)生較強的透閃石化、綠簾石化、綠泥石化等熱液蝕變。

a,b分別為灰綠色中粒角閃輝長巖(D7225B2)手標本和鏡下顯微組構特征(奎中林場南東小奎勒河東側);c,d分別為灰白色細粒輝長閃長巖(D7207B2)手標本和鏡下顯微結構特征(奎中林場南西小奎勒河西側)。Pl.斜長石；Hbl.普通角閃石；Px.普通輝石；Ab.堿性長石。圖2 研究區(qū)中基性侵入巖的手標本和鏡下結構特征Fig.2 Rock samples and microscopic structural features of intermediate intrusive rocks in the study area

3 實驗樣品及實驗方法

本研究采用實驗樣品為小奎勒河兩側的角閃輝長巖和輝長閃長巖，采樣位置見圖1c。 測年采用單顆粒鋯石U-Pb同位素測年法，全巖主量元素采用AxiosMaxX-熒光光譜儀，其中FeO采用50 mL滴定管滴定，微量元素和稀土元素的分析用X-serise2等離子質譜儀測試完成。

3.1 單顆粒鋯石U-Pb同位素測年法和Hf同位素測試方法

在采集樣品的基礎上，進行樣品加工分離，實驗過程首先將樣品粉碎，經過浮選和磁選，在雙目鏡下手選得到單顆粒鋯石(>1 000粒)；然后由廊坊市區(qū)域地質礦產調查研究所完成；最后由地時科技有限公司完成。

3.1.1 鋯石U-Pb同位素測年

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析由北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成，采用儀器為美國安捷倫科技有限公司電感耦合等離子體質譜儀Agi-lent ICPMS 7500ce和德國相干公司(Coherent)準分子激光COMPexPro102，激光束斑為32 μm，激光波長為193 nm，激光能量密度為10 J/cm2，激光頻率為5 Hz。試驗中采用載氣流速0.68 L/min He氣作為剝蝕物質的載氣，采用國際標準鋯石91500對其進行校正。由LAM-ICP-MS獲得的鉛同位素數(shù)據(jù)，采用Andersen的3D坐標矯正普通Pb，然后用GLITTER程序計算樣品的同位素比值及元素含量，最后用geokit2014內部的isplot 程序完成諧和圖解和加權平均年齡。

3.1.2 Hf同位素分析

采用原位測定法進行鋯石的Hf同位素組成測定，實驗在南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成，利用New wave UP193激光剝蝕系統(tǒng)和Neptune Plus MC-ICP-MS進行聯(lián)機測試；激光束斑的直徑根據(jù)鋯石的大小使用45 μm采用He氣作為剝蝕物質的載氣,將剝蝕物質從激光剝蝕系統(tǒng)傳送到MC-ICP-MS,并在進入MC-ICP-MS之前與Ar氣混合,形成混合氣。用179Hf/177Hf=0.732 5和172Yb/173Yb=1.352 74進行儀器質量歧視校正。同質異位干擾校正176Lu和176Yb對176Hf的干擾采用文獻[22]的方法,計算測定樣品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值。

3.2 全巖主微量元素分析

分析樣品由河北省區(qū)域地質礦產調查所地質實驗室粉碎至200目后，開展主量元素分析和微量元素分析，主量元素分子采用AxiosMaxX-熒光光譜儀，F(xiàn)eO采用50 mL滴定管作為儀器滴定；樣品按照1∶5的比例放入Li2B4O7溶液中，在1 050～1 250 ℃溫度下熔化，將熔化樣品制成玻璃薄片進行分析，分析精度估計在1%(SiO2)和2%(其他氧化物)。

微量元素和稀土元素的分析均在X-serise2等離子質譜儀上完成；依照國標方法GB/T14501將50 mg全巖粉末(200目)置于聚四氟乙烯坩堝中分別用HNO3和HF、HClO4溶解。HClaq浸取到50 mL，最后做微量元素分析；分析過程中帶入2個GBW系列標樣同批測定：一個標樣校正Li、Ba、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Cs、Ba、Pb、Th、U、Sc、Y及稀土元素；另一個標樣校正W、Mo、Nb、Ta、Zr和Hf等元素，分析誤差<5%。

4 分析結果

4.1 單顆粒鋯石U-Pb同位素測年

角閃輝長巖實驗樣品為石炭紀角閃輝長巖(D7225B2)，CL圖像(圖3a)和22個單顆粒鋯石U-Pb年齡測定結果(表1)揭示，它們整體可分3組：第一組為捕獲鋯石，其以內部結構不發(fā)育、渾圓狀為特征(圖3a)，*Pb、Th、U質量分數(shù)分別為(94.80～222.25)×10-6、(862～2 562)×10-6、(1 524～3 542)×10-6，Th/U值為0.57～0.81，其具有較高的w(Th)和w(U)，5顆粒鋯石206Pb/238U年齡為332～316 Ma(表1)，加權平均年齡(320.0±4.4)Ma(n=5，MSWD=2.70)，這組鋯石可能為捕獲早期碎屑鋯石；第二組為角閃輝長巖的主體鋯石，其特征是明顯發(fā)育內部環(huán)帶結構，*Pb、Th、U質量分數(shù)分別為(8.32～62.92)×10-6、(60～667)×10-6、(156～989)×10-6(其中兩件分別為1 012×10-6、1 102×10-6)，Th/U值為0.33～0.65，單顆粒鋯石諧和年齡為(300.7±2.2 )Ma (n=15，MSWD=1.50)(圖3b)，加權平均年齡(301.9±2.6 ) Ma(n=15，MSWD=2.50)；第三組為巖漿演化晚期鋯石，內部發(fā)育條帶或環(huán)帶構造2粒鋯石，*Pb、Th、U質量分數(shù)分別為12.09×10-6和14.51×10-6、70×10-6和133×10-6、245×10-6和282×10-6，Th/U值為0.29和0.47；2個單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡分別為286 Ma和283 Ma，加權平均年齡(284.5±4.2)Ma(n=2，MSWD=0.50)(圖3c)。

圖3 研究區(qū)角閃輝長巖(D7225B2)的單顆粒鋯石CL圖像(a)、207Pb/238U-206Pb/235U年齡諧和曲線(b)和加權平均年齡圖譜(c)Fig.3 Single zircon CL images(a) , zircon 207Pb/238U-206Pb/235U diagrams (b)and weighted mean age profiles(c) of bojite(D7225B2)in the study area

測點號wB/10-6*PbThUTh/U同位素比值年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σD7225-0140.072777480.370.05300.00080.35130.00490.04810.00043281630643033D7225-0232.673215940.540.05340.00090.34800.00520.04730.00043471830342983D7225-0349.995518430.650.05310.00080.36020.00480.04920.00043331531243103D7225-0414.511332820.470.05120.00120.31610.00670.04480.00052483127952833D7225-0522.071554180.370.05290.00100.34530.00580.04740.00053242230142983D7225-0626.522494680.530.05230.00090.35020.00560.04850.00053002030543063D7225-0755.936169890.620.05290.00070.34550.00440.04740.00043231430132993D7225-0824.901744740.370.05390.00090.35030.00530.04710.00043681830542973D7225-0912.09702450.290.05210.00120.32610.00710.04540.00052923128752863D7225-1062.9266711020.600.05330.00070.35310.00430.04810.00043421330733033D7225-1199.58122416050.760.05320.00070.36890.00410.05030.00043371231933163D7225-1225.932384490.530.05400.00100.36690.00620.04930.00053692131753103D7225-1335.792416660.360.05200.00080.34830.00490.04860.00042841730343063D7225-1425.882254680.480.05250.00090.34840.00560.04820.00053062030443033D7225-158.32601560.380.05370.0016o0.35320.00990.04770.00053604330773003D7225-1632.763056070.500.05310.00080.34060.00500.04660.00043321729842933D7225-1714.42912740.330.05360.00110.35370.00700.04790.00053552730853013D7225-1856.0048510120.480.05400.00080.35680.00450.04800.00043701431033023D7225-19116.63146418080.810.05350.00070.37900.00430.05140.00053511232633233D7225-20222.25256235420.720.05270.00060.37270.00380.05130.00043161032233233D7225-2198.17101316250.620.05610.00070.39130.00450.05060.00054581233533183D7225-2294.8086215240.570.05410.00070.39460.00450.05290.00053761233833323

注：*Pb=206Pb×0.224+207Pb×0.221+208Pb×0.524。

輝長閃長巖實驗樣品為灰白色細粒輝長閃長巖(D7207B2)，CL圖像(圖4a)和18個單顆粒鋯石U-Pb年齡測定結果(表2)揭示，它們整體可分3組：第一組為形成相對早的鋯石，晶體呈自形、內部發(fā)育環(huán)帶結構(圖4a)，2個鋯石*Pb、Th、U質量分數(shù)分別為103×10-6和218×10-6、206×10-6和474×10-6、14.42×10-6和16.84×10-6，Th/U值為0.50和0.46，2個單顆粒鋯石206Pb/238U年齡為306和305 Ma(表2)，加權平均年齡為(305.5±4.2) Ma(n=2，MSWD=0.06)；第二組為輝長閃長巖的主體鋯石，其特征是有的明顯發(fā)育內部環(huán)帶結構，有的不發(fā)育內部環(huán)帶，*Pb、Th、U質量分數(shù)分別為(26～271)×10-6、(100～721)×10-6、(1.97～39.47)×10-6，Th/U值為0.26～0.56，單顆粒鋯石諧和年齡為(299.8±1.8) Ma(n=13，MSWD=1.30) (圖4b)，加權平均年齡細化為(300.8±2.3) Ma(n=8，MSWD=0.90)和 (296.3±2.4) Ma(n=5，MSWD=0.34)兩組(圖4c)；第三組為熱液鋯石，發(fā)育在主體鋯石邊部，內部不發(fā)育環(huán)帶構造，*Pb、Th、U質量分數(shù)分別為(63～89)×10-6、(194～238)×10-6、(4.69～12.97)×10-6，Th/U值為0.32～0.37，3個單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡為297～276 Ma，加權平均年齡為(278.3±3.4) Ma(n=3，MSWD=0.70) (圖4c)。

上述測年結果揭示，細-中粒角閃輝長巖成巖年齡為310～293 Ma，加權平均年齡為(301.9±2.6) Ma，成巖結束在286～283 Ma。輝長閃長巖第一組206Pb/238U年齡為306～305 Ma；第二組單顆粒鋯石諧和年齡為(299.8±1.8) Ma，加權平均年齡存在(300.8±2.3) Ma和(296.3±2.4) Ma兩個年齡段；第三組年齡在單顆粒鋯石的206Pb/238U年齡為297～276 Ma，加權平均年齡為(278.3±3.4)Ma。進一步認證細-中粒角閃輝長巖為早期結晶形成，而灰白色細粒輝長閃長巖結晶略晚，整體巖漿階段為310～293 Ma，巖漿熱液期為297～276 Ma；體現(xiàn)巖漿期經歷17 Ma，采用加權平均則為5.6 Ma，巖漿熱液期經歷21 Ma。因此，研究區(qū)中基性巖體的巖漿就位發(fā)生在晚石炭世與早二疊世初期構造轉化過程。

4.2 元素地球化學特征

主量元素 從巖石主量元素分析結果(表3)可知：研究區(qū)角閃輝長巖的主要氧化物w(SiO2)為46.64%～51.73%、w(TiO2)為0.83%～1.58%、w(Al2O3)為12.29%～14.92%、w(Fe2O3)為1.91%～4.17%、w(FeO)為6.38%～7.42%、w(CaO)為9.80%～10.80%、w(MgO)為7.84%～10.20%、w(K2O)為0.93%～1.17%、w(Na2O)為2.15%～2.26%、w(P2O5)為0.245%～0.506%，K2O/Na2O值為0.42～0.52，Mg#為55.90～66.87，分異指數(shù)(ID)為25.04～26.73，固結指數(shù)(IS)為34.30～45.24，屬基性巖石；輝長閃長巖的主要氧化物w(SiO2)為52.57%和52.97%、w(TiO2)為0.98%和0.96%、w(Al2O3)為15.40%和14.23%、w(Fe2O3)為3.51%和3.34%、w(FeO)為5.20%和5.63%、w(CaO)為9.71%和9.22%、w(MgO)為6.25%和6.98%、w(K2O)為1.05%和1.17%、w(Na2O)為2.93%和2.60%、w(P2O5)為0.264%和0.280%，K2O/Na2O值為0.36和0.45，Mg#為57.12和59.04，分異指數(shù)(ID)為34. 86和34.48，固結指數(shù)(IS) 為32.98和35.39，屬中基性過渡巖性。在w(Na2O +K2O)-w(SiO2)巖石化學分類圖解(圖5a)上，成分點落在角閃輝長巖區(qū)和輝長閃長巖區(qū)；在R2-R1圖解(圖5b)上，成分點落在輝長閃長巖與角閃輝長巖、輝長蘇長巖分界線兩側；在w(K2O)-w(SiO2)巖系分類圖解(圖6a)上，角閃輝長巖和輝長閃長巖的多數(shù)成分點落在鈣堿性巖系列區(qū)，少部分堿性角閃輝長巖的樣品落在高鉀鈣堿性巖系區(qū)；在w(K2O)-w(Na2O)堿性分類圖解(圖6b)上，兩者的成分點落在鈉質與鉀質分界線兩側；在A/NK-A/CNK圖解(圖6c)上，所有樣品成分點均落在準鋁質巖系區(qū)；在TFeO-Na2O+K2O-MgO圖解(圖6d)上，成分點分別落在分界線兩側的拉斑玄武巖系列和鈣堿性系列分界線的兩側。因此，我們厘定所研究的兩類巖石分異程度低，為準鋁質、鈉質-鉀質、拉斑玄武巖與鈣堿性系列過渡的中基性巖系。

圖4 研究區(qū)輝長閃長巖(D7207B2)的單顆粒鋯石CL圖像(a)、207Pb/238U-206Pb/235U年齡諧和曲線(b)和加權平均年齡圖譜(c)Fig.4 Single zircon CL images (a) , zircon 207Pb/235U-206Pb/238U diagrams (b)and weighted mean age profiles(c) of gabbro-diorite(D7207B2)in the study area

測點號wB/10-6*PbThUTh/U同位素比值年齡/Ma207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σ207Pb/206Pb1σ207Pb/235U1σ206Pb/238U1σD7207-0112341438.630.300.052400.000980.340000.005980.047070.000453032329752973D7207-0214149734.500.280.052590.000910.345290.005580.047630.000453112030143003D7207-032354722.080.500.053100.000940.342690.005660.046820.000443332129942953D7207-0423672138.630.330.053020.000800.349590.004860.047830.000433301630443013D7207-061896089.160.310.052550.000860.340690.005170.047030.000443091829842963D7207-0821847416.840.460.052180.000900.349050.005590.048530.000452932030443053D7207-091474026.790.360.052000.000960.343400.005930.047910.000462852230043023D7207-102715097.900.530.053130.000890.349140.005430.047670.000443341930443003D7207-1113333516.840.400.053720.001080.355790.006750.048050.000473592530953033D7207-121001948.230.510.053440.001420.328610.008360.044610.000473483828962813D7207-132610039.470.260.053920.002100.354650.013400.047720.0005936863308103014D7207-1410320614.420.500.051440.001290.344850.008230.048630.000502613630163063D7207-15892386.120.370.052490.001250.316490.007150.043740.000453073327962763D7207-16461443.920.320.053320.001720.342570.010690.046600.000533425029982943D7207-172103816.110.560.053700.001010.351980.006170.047550.000463582330652993D7207-181432661.970.540.054030.001170.354350.007260.047570.000483722830853003D7207-19631944.690.320.053080.001480.321940.008620.044000.000483324128372783D7207-207520112.970.370.050490.001380.327830.008590.047100.000512184128872973

注：*Pb=206Pb×0.224+207Pb×0.221+208Pb×0.524。

稀土元素從表3可知:角閃輝長巖的w(∑REE)為(112.22～159.41)×10-6，w(LREE)為(98.37～123.22)×10-6、w(HREE)為(13.56～20.47)×10-6，LREE/HREE值為6.79～7.30、LaN/YbN值為4.83～5.91，δEu為0.88～0.93；輝長閃長巖的w(∑REE)為99.83×10-6和103.32×10-6，w(LREE)為87.43×10-6和89.43×10-6、w(HREE)為12.40×10-6和13.89×10-6，LREE/HREE值為7.05和6.44、LaN/YbN值為5.84和4.42，δEu為0.97和0.89。兩者在稀土元素球粒隕石標準化圖譜上，均呈現(xiàn)輕稀土元素富集、重稀土元素虧損，分餾程度較低，銪異常不明顯的右傾型分布形式，所不同的是角閃輝長巖REE質量分數(shù)略高(圖7a)。

a底圖據(jù)文獻[23]；b底圖據(jù)文獻[24]。圖5 研究區(qū)中基性侵入巖體的巖石化學分類(a)及R2-R1圖解(b)Fig.5 Chemical petrologic classification of the intermediate-basic intrusive rocks (a) and diagrams of R2-R1 (b) in the study area

a底圖據(jù)文獻[25]；b底圖據(jù)文獻[26]；c底圖據(jù)文獻[27]；d底圖據(jù)文獻[28] 。圖6 研究區(qū)中基性侵入巖體w(K2O)-w(SiO2)(a)、w(K2O)-w(Na2O)巖石系列(b)、A/NK-A/CNK圖解(c)和AFM巖石系列圖(d)Fig.6 w(K2O)-w(SiO2)(a), w(K2O)-w(Na2O) rock series(b), A/NK-A/CNK diagrams (c) and AFM rock series diagram (d) of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

底圖據(jù)文獻[14]。圖7 研究區(qū)中基性侵入巖體的稀土配分模式(a)和微量元素蛛網圖解(b)Fig.7 Rare earth element (REE) pattern(a) and mantle trace element (b)of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

微量元素表3測試數(shù)據(jù)顯示：角閃輝長巖與輝長閃長巖具有較接近的微量元素質量分數(shù)，它們的w(Li)為(13.40～22.70)×10-6、w(Rb)為(10.00～16.00)×10-6、w(Cs)為(0.88～2.02)×10-6、w(Sr)為(305.00～596.00)×10-6、w(Ba)為(217.00～288.00)×10-6、w(Nb)為(6.33～9.05)×10-6、w(Ta)為(0.44～0.50)×10-6、w(Th)為(2.13～4.35)×10-6、w(U)為(1.26～2.28)×10-6、w(Zr)為(71.10～107.00)×10-6、w(Hf)為(3.78～5.59)×10-6；所不同的是角閃輝長巖Th、U的質量分數(shù)偏低，而Nb、Ta、Nd、Y的質量分數(shù)偏高。在微量元素對原始地幔成分的曲線上，大離子親石元素Cs、Ba、K等富集，Li、Rb、Nd等虧損，且虧損Ta、Nb、Zr、Ti高場強元素，相對富集Th、U等高場強元素，整體具有島弧、大陸邊緣巖漿屬性(圖7b)。

4.3 Hf同位素地球化學特征

在測年工作的基礎上，進行了原位角閃輝長巖(D7225B2)單顆粒鋯石Lu-Hf同位素測定。所測原位數(shù)據(jù)表明：年齡為332～316 Ma(第一組)的Lu-Hf同位素特征是176Yb/177Hf為0.017 521～0.041 282、176Lu/177Hf為0.000 816～0.001 920、176Hf/177Hf為0.282 739～0.282 939，εHf(t)為5.5～13.0、TDM為746～443 Ma、TDMC為1 255～584 Ma、fLu/Hf為-0.98～-0.94(表4，圖8)；年齡為310～293 Ma(第二組)的Lu-Hf同位素特征是176Yb/177Hf為0.007 451～0.044 565、176Lu/177Hf為0.000 358～0.002 099、176Hf/177Hf為0.282 820～0.282 980、εHf(t)為8.0～13.8、TDM為615～388 Ma、TDMC為 1 014～494 Ma、fLu/Hf為-0.99～-0.94(表4，圖8)；年齡為283和286 Ma(第三組)的Lu-Hf同位素特征是176Yb/177Hf為0.021 369和0.019 708、176Lu/177Hf為0.001 01和0.000 908、176Hf/177Hf為0.282 944和0.282 917、εHf(t)為12.1和11.2、TDM為437和475 Ma、TDMC為631和714 Ma、fLu/Hf均為-0.97(表4，圖8)。整體fLu/Hf為-0.99～-0.94，變化范圍較小，表明巖漿源區(qū)相對均一，巖漿演化過程發(fā)生混染作用較弱或未發(fā)生混染。

5 討論

5.1 巖石成因、源區(qū)屬性與巖漿作用

研究區(qū)地質、巖相學、元素地球化學和U-Pb年代學研究揭示，本文研究的角閃輝長巖與輝長閃長巖在空間上伴生、成巖時代基本相同，分別為(301.9±2.6)、(300.8±2.3)和(296.3±2.4)Ma，且兩者具有相似的微量元素和稀土元素特征，并且從角閃輝長巖到輝長閃長巖，隨SiO2質量分數(shù)的增加，MgO、FeO質量分數(shù)降低，F(xiàn)e3O2、Al2O3、MnO、Na2O質量分數(shù)略有升高，這種特征說明兩者是同期、同源巖漿演化或以輝石為結晶礦物相控制巖漿演化形成的侵入體；并且在TFeO-Na2O+K2O-MgO圖解(圖6d)上，成分點分別落在拉斑玄武巖與鈣堿性巖區(qū)；在Al2O3-CaO-MgO三組分圖解(圖9a)上[28]，角閃輝長巖、輝長閃長巖成分點落在鎂鐵質堆晶巖區(qū)域邊界線的上部。因此，研究區(qū)的角閃輝長巖和輝長閃長巖形成是拉斑玄武質巖漿深成就位的產物，結晶過程以分離結晶作用為主，伴生堆晶作用兩種方式形成，這一點與研究區(qū)兩類巖石含有相對較高的角閃石質量分數(shù)一致。

微量元素方面，與原始地幔成分相比，強烈虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素，顯示巖漿形成環(huán)境為與大洋板塊俯沖有關的島弧或大陸邊緣巖漿弧成因的巖漿屬性(圖7b)；但在w(V)- Ti/10-3圖解(圖9b)上，成分點落在靠近島弧玄武巖區(qū)的洋底玄武巖區(qū)，表現(xiàn)洋底玄武巖向島弧玄武巖過渡的元素地球化學特征。前人[28-32]根據(jù)巖石元素相容性、不相容性地球化學特征，采用元素與元素比值(La/Ba、La/Nb、Nb/Ta等)之間的相關關系來探討源區(qū)、巖漿作用等。本文運用La/Ba-La/Nb、(La/Ba)N-(La/Sm)N、La/Sm-La、Sm/Yb-Sm和Sm/Yb-La/Sm巖漿源區(qū)和部分熔融程度圖解對本文研究的中基性深成巖進行對比判別，結果表明：在La/Ba-La/Nb圖解(圖9c)上，明顯區(qū)別于MORB、原始地幔、OIB源區(qū)，成分點均落在La/Ba高的富集地幔區(qū)或接近原始地幔區(qū)，巖漿屬性不具有典型與大洋板塊俯沖作用提供以H2O為主的流體交代地幔楔形成的II型富集地幔；在(Ba/La)N-(La/Sm)N圖解(圖9d)上，成分點均落在下地殼平均值附近，明顯遠離N-MORB、IAB、PM區(qū)域，且沒有明顯的泥質沉積物、近海沉積物和生物沉積物加入；在Nb/Zr-Th/Zr圖解(圖10a)上，成分點落在熔體與流體交代之間的區(qū)域，暗示巖漿作用過程是熔-流體交代的特征；在Ba/Zr-Th/Zr圖解(圖10b)上，成分點落在以蝕變洋殼流體為主的演化區(qū)域；在Ba/Th- (La/Sm)N圖解(圖10c)上，成分點落在受蝕變洋殼流體和沉積物加入影響不明顯的區(qū)域；在La/Sm-w(La)(圖10d)、Sm/Yb-w(Sm)(圖10e)、Sm/Yb-La/Sm(圖10f)有關的DM(虧損地幔)、PM、N-MORB、E-MORB以及WAM相關的兩種地幔巖(尖晶石二輝橄欖巖、石榴石二輝橄欖巖)部分熔融程度演化線圖解上，成分點分別落在WAM(石榴石二輝橄欖巖)部分熔融的演化線上，并指示熔融程度5%左右，或落在WAM(gt+sp二輝橄欖巖)部分熔融的演化線上，并指示熔融程度也在5%，或落在E-MORB(gt+sp二輝橄欖巖)部分熔融演化線上，指示部分熔融程度<5%。

表4 研究區(qū)中基性侵入巖鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)(誤差為2σ)

底圖據(jù)文獻[14]。圖8 研究區(qū)中基性侵入巖體的εHf(t)-t圖解Fig.8 Diagrams of εHf(t)-t for the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

以上論述可知，研究區(qū)的角閃輝長巖、輝長閃長巖的巖漿源區(qū)不具備典型以H2O為主的流體交代地幔楔形成的II型富集地幔、原始地幔、E-MORB、DM，也不具備有泥質沉積物、近海沉積物以及生物沉積物和陸殼物質加入的特征；其持有較高La/Ba值的特征揭示，源區(qū)是石榴石二輝橄欖巖和尖晶石二輝橄欖巖混生地幔，其部分熔融作用可能與軟流圈提供熔體-流體作用有關，致使與巖石明顯的富集U、Pb元素一致；并鑒于εHf(t)為5.5～13.8、TDM為746～388 Ma、TDMC為1 255～494 Ma，我們更傾向于源區(qū)應該是年輕的下地殼或先期形成的尖晶石二輝橄欖巖，并在造山過程大部分轉化為石榴石二輝橄欖巖。

5.2 巖漿作用及地球動力學背景

眾所周知，鎂鐵質巖漿主要形成于大洋洋中脊、洋島、地幔柱、俯沖島弧-大陸邊緣以及大陸內部深斷裂環(huán)境。大興安嶺地區(qū)新的鋯石年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，古生代和前寒武紀地質時間主體存在840～780 Ma(前寒武紀基底形成)、780～550 Ma(額爾古納被動陸緣)、550～460 Ma(西側額爾古納興安)、485～420 Ma(多寶山—伊爾斯島弧及其碰撞造山)、420～340 Ma(興安地塊邊緣溝-弧-盆系)、340～305 Ma(松嫩地塊-興安地塊碰撞拼合)、305～250 Ma(華北板塊與蒙古興安地塊的碰撞拼合)、250～230 Ma(興蒙造山后伸展，蒙古—鄂霍茨克洋被動陸緣)、200～175 Ma(蒙古—鄂霍茨克洋碰撞晚造山階段)、155～120 Ma(古太平洋斜向俯沖)[18,36-37]。研究區(qū)的角閃輝長巖、輝長閃長巖形成時代發(fā)生在301.9～296.3 Ma，適值松嫩地塊-興安地塊碰撞拼合晚期的初始大洋島--晚期大洋弧環(huán)境(340～305 Ma)[18]，可能預示著此時蒙古—鄂霍茨克洋在大興安嶺北段打開；這一點與巖漿源區(qū)持有巖熔-流體交代地幔(石榴石+尖晶石二輝橄欖巖)、發(fā)生在活動陸緣弧(圖11a，b)，沒有泥質沉積物、近海沉積物以及生物沉積物加入的下地殼源區(qū)(圖11c)以及在Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3圖解(圖11d)上成分點落在初始大洋島-晚期大洋弧區(qū)域相適應。但是，巖石明顯虧損Nb、Ta、Ti以及富集輕稀土等特征，一方面說明熔融程度低，另一方面可能反映巖漿源區(qū)是以輝石和石榴石、尖晶石等作為殘留礦物相而導致的。

a底圖據(jù)文獻[28]；b底圖據(jù)文獻[29]；c底圖據(jù)文獻[30]；d底圖據(jù)文獻[31]。MORB.洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；HIMU. 代表具有極高238U/204Pb值的地幔； IAB.島弧玄武巖；A.泥質沉積物、近海沉積物；B.生物沉積物；N-MORB.正常型洋中脊玄武巖。圖9 研究區(qū)中基性侵入巖體Al2O3-CaO-MgO三組分(a)、w(V)- Ti/10-3(b)、La/Ba-La/Nb(c)、(Ba/La)N-(La/Sm)N(d)巖漿源區(qū)判別圖解Fig.9 Discriminant diagrams of Al2O3-CaO -MgO diagram(a), w(V)-Ti/10-3(b)，La/Ba -La/Nb(c) and(Ba/La)N-(La/Sm)N(d)for magmatic source area of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

a底圖據(jù)文獻[33]；b底圖據(jù)文獻[34]；c,d,e,f底圖據(jù)文獻[35]。E-MORB.富集型洋中脊玄武巖；PM.原始地幔；DMM.虧損MORB地幔；WAM.西部安納托利亞地幔。圖10 研究區(qū)中基性侵入巖體的Nb/Zr-Th/Zr(a)、Ba/Zr -Th/Zr(b)、Ba/Th-(La/Sm)N(c)、La/Sm-w(La)(d)、Sm/Yb-w(Sm)(e)和Sm/Yb-La/Sm(f)源區(qū)性質和部分熔融程度圖解Fig.10 Diagrams of Nb/Zr-Th/Zr(a), Ba/Zr-Th /Zr(b), Ba/Th -(La/Sm)N(c), La/Sm - w(La)(d), Sm/Yb - w(Sm)(e) and Sm/Yb -La/Sm(f) for source region nature and partial melting degree of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

a底圖據(jù)文獻[36]；b底圖據(jù)文獻[37]；c底圖據(jù)文獻[36]；d底圖據(jù)文獻[37]。圖a：SHO.鉀玄巖；CAB.鈣堿性玄武巖；TH.拉斑玄武巖；N-MORB.正常型洋中脊玄武巖；E-MORB.富集型洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；PM.原始地幔；CC.大陸地殼。圖b：A. N-MORB系列(正常型洋中脊玄武巖系列)；B. P-MORB系列(地幔柱型洋中脊玄武巖系列);IAB.島弧玄武巖。圖c：A.泥質沉積物、近海沉積物；B.生物沉積物;C.板內堿性玄武巖系列；D.島弧鈣堿性玄武巖系列。圖例同圖10。圖11 研究區(qū)中基性侵入巖體的構造判別圖Fig.11 Tectonic discrimination plots of the intermediate-basic intrusive rocks in the study area

6 結論

上述有關研究區(qū)中基性巖體的年代學、元素地球化學特征和Hf同位素地球化學特征研究揭示：

1)研究區(qū)兩個中基性巖體由細粒角閃輝長巖巖相和輝長閃長巖巖相構成，為準鋁質、鉀質-鈉質、拉斑玄武質-鈣堿性過渡巖系。

2)初始巖漿起源于來自軟流圈提供的熔體-流體交代作用的富集地幔低程度(<5%)部分熔融作用，源區(qū)主要殘留礦物相為輝石和石榴石、鈣鈦礦等；巖漿演化過程以結晶分離作用為主，伴隨堆晶作用。

3)巖漿侵位發(fā)生在310～293 Ma，適值松嫩地塊-興安地塊碰撞拼合晚期向初始大洋島--晚期大洋弧初始環(huán)境。

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