于秋陽 楊言辰 韓世炯 劉宇軒
摘要:塔源金銀銅礦床位于大興安嶺北段,礦區(qū)發(fā)育雙峰式侵入巖(角閃輝長巖、二長花崗巖)。鋯石U-Pb定年結果表明,角閃輝長巖成巖年齡為325 Ma±2 Ma、二長花崗巖成巖年齡為324 Ma±3 Ma。元素地球化學測試結果顯示,角閃輝長巖屬于鈣堿性系列,富集輕稀土元素、大離子親石元素(LILE),虧損高場強元素(HFSE);二長花崗巖屬于高鉀鈣堿性系列,為過鋁質巖石,富集輕稀土元素,無明顯Eu異常,以明顯虧損P、Ti、Nb,富集K和Rb為特征。角閃輝長巖和二長花崗巖在不同源區(qū)熔融形成,基性巖源于部分受到陸殼混染的原始地幔,而花崗巖可能來自底侵作用,基性巖漿使其上部地殼發(fā)生大規(guī)模的部分熔融形成花崗巖。塔源金銀銅礦區(qū)雙峰式侵入巖形成于造山后伸展構造背景下,且興安地塊和松嫩地塊最晚于早石炭世末完成碰撞拼合。
關鍵詞:鋯石U-Pb定年;構造環(huán)境;板塊拼合;雙峰式侵入巖;塔源金銀銅礦區(qū)
引 言
大興安嶺主要由額爾古納地塊、興安地塊和松嫩地塊等組成。其特殊的構造位置為揭示東北地區(qū)各地塊間的構造演化提供了重要條件[1-5]。額爾古納地塊和興安地塊在早古生代沿新林—喜桂圖斷裂完成碰撞拼合[6-10]。雖然賀根山—黑河斷裂為興安地塊和松嫩地塊拼貼位置得到了認可[11-12],但由于諸多因素影響,導致其拼合時間尚未達成一致。對全勝林場的I型花崗巖研究表明,興安地塊和松嫩地塊于322 Ma之前已經(jīng)完成碰撞拼合,即早石炭世末期[13];對張廣才嶺地塊西緣流紋巖的研究表明,二者于319 Ma發(fā)生碰撞拼合,即晚石炭世早期[14];孫超等[15]通過對塔源I型花崗巖(約308 Ma)和二站鄉(xiāng)A型花崗巖(約293 Ma)的研究表明,判斷賀根山—黑河斷裂于晚石炭世末期—早二疊世早期完成拼合。綜上,興安地塊和松嫩地塊的拼合時間主要集中在古生代,且廣泛分布在大興安嶺的古生代花崗巖與該拼合體系有關。塔源金銀銅礦區(qū)同樣發(fā)育早石炭世末期侵入巖,其巖漿活動是否與興安地塊和松嫩地塊拼合體系有關?針對以上問題,本文以塔源金銀銅礦區(qū)角閃輝長巖和二長花崗巖為研究對象,通過巖相學、地球化學特征和鋯石U-Pb年齡的分析結果,結合前人研究成果,為大興安嶺構造演化歷史提供新的證據(jù)。
1 區(qū)域地質與礦區(qū)地質概況
塔源金銀銅礦床大地構造位置位于新林—喜桂圖斷裂上(見圖1-A)[5]。額爾古納地塊主體由古生代和中生代花崗巖構成,是具有前寒武紀結晶基底的微地塊[16-18]。興安地塊中生代巖漿活動頻繁,主要發(fā)育花崗巖和火山巖,為一套島弧和濁積巖建造[19-21]。區(qū)域出露地層主要為寒武系、石炭系、侏羅系和白堊系地層。區(qū)域侵入巖主要有角閃輝長巖、二長花崗巖和斜長花崗巖等。區(qū)域主體構造為北東向塔哈河斷裂與近南北向烏里河谷斷裂,以及次級東西向、北西向斷裂。
塔源金銀銅礦床位于塔源西南6 km處,礦區(qū)出露地層為石炭系、侏羅系和白堊系地層(見圖1-B)。石炭系上統(tǒng)新伊根河組(C3x)主要為單一的海陸交互相碎屑巖,分布于礦區(qū)東部。侏羅系上統(tǒng)白音高老組(J3by)巖性自西向東具有酸性—中性過渡特征,呈南北向條帶狀分布,與新伊根河組地層呈斷裂接觸。白堊系下統(tǒng)龍江組(K1l)為單一的英安質凝灰角礫巖。礦區(qū)內發(fā)現(xiàn)的侵入巖主要為斜長花崗巖和斜長花崗斑巖,角閃輝長巖和二長花崗巖僅在局部發(fā)育,二長花崗巖呈不規(guī)則脈狀侵入角閃輝長巖(見圖2)。礦區(qū)內侵入巖由深成到淺成,巖性由酸性到中性演化[22-23]。礦區(qū)內斷裂發(fā)育,北東向斷裂為規(guī)模最大的構造,近南北向斷裂切割破壞了各種地質體,并且不同程度控制了晚期侵入體及礦體的形成及分布。
角閃輝長巖呈灰綠色,半自形中細粒狀結構,塊狀構造,礦物粒度1~3 mm。主要礦物成分:斜長石(40 %~50 %)呈無色,板粒狀,可見聚片雙晶,發(fā)育綠簾石化和絹云母化蝕變,粒度1.4~3.0 mm;角閃石(30 %~40 %)呈黃綠色,短柱狀,粒度0.8~2.8 mm,可見輝石殘留;輝石(5 %)以角閃石交代后的殘留粒狀為主,粒度0.3~0.5 mm(見圖3-a、b)。副礦物有榍石、磷灰石等。
二長花崗巖為淺灰紅色,為中—粗粒顯晶粒狀結構,塊狀構造。主要礦物組成:石英(30 %~35 %)呈他形粒狀,波狀消光,粒度0.1~1.3 mm;斜長石(25 %~30 %)呈半自形板狀,發(fā)育聚片雙晶,粒度0.5~1.4 mm,發(fā)育輕度絹云母化;鉀長石(30 %~40 %)呈半自形粒狀,粒度0.2~1.3 mm,發(fā)育卡式雙晶(見圖3-c、d);黑云母(5 %)呈片狀,粒度0.1~0.2 mm。副礦物主要為榍石、磷灰石等。
2 樣品分析方法
鋯石挑選工作在中國地質科學院應用地球化學重點開放實驗室完成,對鋯石進行透射光、反射光和陰極發(fā)光顯微照相,觀察鋯石形貌及內部特征,挑選最佳同位素樣品。在國土資源部東北亞礦產(chǎn)資源評價重點實驗室完成鋯石U-Pb定年,選用的等離子體質譜儀型號為美國Agilent7500A型,以標準鋯石91500作為外標對鋯石樣品進行數(shù)值校正,采用ICPMSDataCal程序處理實驗測試結果,并進行圖像繪制。全元素分析在環(huán)境地球化學國家重點實驗室完成,主量元素采用X射線熒光光譜法進行測試,微量元素及稀土元素采用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)進行測試。
3 分析結果
3.1 鋯石 U-Pb定年
對角閃輝長巖和二長花崗巖樣品進行鋯石U-Pb定年,結果見表1、圖4、圖5。鋯石自形程度較好,以長、短柱狀為主,具有清晰環(huán)帶。角閃輝長巖中鋯石的17個測點w(Th)/w(U)值為0.429 2~2.136 4,屬于典型巖漿成因鋯石[24]。鋯石U-Pb年齡為318~331 Ma,年齡值較接近諧和線上,加權平均年齡為325 Ma±2 Ma(MSWD=0.65),表明角閃輝長巖于早石炭世末形成。二長花崗巖中鋯石的12個測點主要集中在具有明顯環(huán)帶的區(qū)域,w(Th)/w(U)值為0.285 2~1.959 0,平均值為0.903 2,鋯石U-Pb年齡為319~328 Ma,加權平均年齡為324 Ma±3 Ma(MSWD=0.82),形成時間略晚于角閃輝長巖。F7422E21-ECE8-460C-BCD0-3009C653E3ED
3.2 巖石地球化學特征
3.2.1 主量元素
角閃輝長巖與二長花崗巖主量元素、微量元素與稀土元素分析結果及特征值見表2。
角閃輝長巖及二長花崗巖SiO2質量分數(shù)分布于2個區(qū)間,即51.89 %~52.25 %和71.74 %~72.16 %,表現(xiàn)出明顯的不連續(xù)性,構成了一套雙峰式巖漿組合[25]。角閃輝長巖w(Al2O3)為15.88 %~16.09 %,平均值為16.01 %,w(K2O)為1.24 %~1.44 %,平均值為1.36 %,w(Na2O)為3.54 %~3.63 %,平均值為3.58 %,屬于鈣堿性系列[26](見圖6-a));Mg#(鎂指數(shù))平均值為72.25,處于原生巖漿范圍[27],指示其結晶分異程度較低。二長花崗巖的全堿質量分數(shù)(8.19 %~8.44 %)較高,在A/CNK-A/NK圖解[28](見圖6-b))中,樣品點落入過鋁質區(qū)域,在w(SiO2)-w(K2O)圖解(見圖6-a))中,樣品點落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域;MgO和P2O5質量分數(shù)較低,分別為0.50 %~0.53 %和0.09 %~0.11 %。
3.2.2 稀土元素和微量元素
角閃輝長巖稀土元素(REE)質量分數(shù)為168.55×10-6~171.82×10-6,平均值為170.53×10-6,w(LREE)/w(HREE)為9.78~10.02,HREE含量較低。w(La)N/w(Yb)N=13.06~14.06,反映輕重稀土分餾較明顯,其球粒隕石標準化配分模式曲線總體呈平緩右傾模式[29-30](見圖7-a))。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(見圖7-b))上,角閃輝長巖呈現(xiàn)類似于島弧玄武巖的地球化學特征,富集K、Ba、Sr,相對虧損Nb、Ta、Ti、P、Zr。二長花崗巖具有相對較低的稀土元素(REE)質量分數(shù)(124.96×10-6~136.44×10-6),其球粒隕石標準化配分模式曲線總體呈平緩右傾模式,輕稀土元素(LREE)質量分數(shù)(119.50×10-6~130.27×10-6)較低,無明顯Eu異常;以明顯虧損P、Ti、Nb,富集K、Rb為特征。
4 討 論
4.1 構造背景
根據(jù)角閃輝長巖和二長花崗巖成巖年齡(325 Ma±2 Ma、324 Ma±3 Ma)和野外地質產(chǎn)狀,認為二者為同期巖漿活動產(chǎn)物,且角閃輝長巖比二長花崗巖先冷凝結晶,其形成近等時和地球化學特征相似,表明二者具有雙峰式組合特征。雙峰式侵入巖與拉張構造作用有關[31],產(chǎn)于板內拉張和破壞板塊邊緣[32],可以進一步將板內環(huán)境分為3種:大陸裂谷、大陸減薄環(huán)境和碰撞后伸展環(huán)境,且各環(huán)境巖石具有不同的地球化學特征[25]。碰撞后伸展環(huán)境中的基性巖大離子親石元素(LILE)富集、低場強元素(LFSE)略富集或強烈富集、高場強元素(HFSE)虧損,微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖特征與島弧火山巖類似(虧損Nb和Ta)[33]。在w(Zr)-w(Zr)/w(Y)圖解[34](見圖8-a))上,樣品點落在板內玄武巖區(qū)域,微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖特征類似島弧火山巖,以上特征都與碰撞后伸展環(huán)境的基性巖相似;二長花崗巖地球化學特征與角閃輝長巖不同,相對虧損Ba、P、Ti,在w(Y+Nb)-w(Rb)圖解[35](見圖8-b))上,樣品點全部落入后碰撞花崗巖中。綜上所述,塔源金銀銅礦區(qū)雙峰式侵入巖形成于造山后伸展構造背景。
4.2 巖漿來源及巖石成因
對于雙峰式侵入巖基性單元與酸性單元的巖漿來源仍存在不同認識[36]。主要有2種觀點:①認為玄武巖和酸性巖是同源的,酸性巖是玄武巖部分熔融或玄武巖高度分離結晶的產(chǎn)物,二者往往具有相似的地球化學特征和同位素特征[37];②認為玄武巖和酸性巖是異源的,玄武巖來源于深部地幔橄欖巖的部分熔融,酸性巖是由底侵玄武質巖漿供熱引發(fā)地殼部分熔融形成的,二者具有不同的地球化學特征[38]。根據(jù)塔源金銀銅礦區(qū)雙峰式侵入巖的地球化學特征,可以得出以下特點:①二者微量元素總量相差很大;②二者Ba、Rb、Sr、P和Ti呈現(xiàn)不同的趨勢,其中角閃輝長巖富集Ba、P,略微虧損Ti,而二長花崗巖虧損Ba,強烈虧損P和Ti;③二者不活動元素Th、Ta、Nd具有不同的地球化學特征。這與第2種觀點相吻合。
不相容元素因其具有相似的分配系數(shù)而不受分離結晶作用影響,且在地幔物質部分熔融過程中只有微小變化,因此用來指示源區(qū)特征[39]。在w(Th)/w(Zr)-w(Ba)/w(Zr)圖解[40](見圖9-a))中,角閃輝長巖具有受蝕變洋殼流體交代趨勢,表明源區(qū)早期可能受板塊俯沖流體交代作用影響。在w(La)/w(Yb)-w(Sm)/w(Yb)圖解[41](見圖9-b))中,樣品點接近石榴石二輝橄欖巖熔融曲線,表明巖漿可能來源于石榴石相地幔部分熔融。結合角閃輝長巖板內形成環(huán)境和地球化學特征,認為角閃輝長巖形成之前,其源區(qū)受到俯沖流體交代富集作用影響。
綜上,塔源金銀銅礦區(qū)雙峰式侵入巖是異源的,其形成與基性巖漿的底侵作用有關,地幔源區(qū)在板內伸展構造環(huán)境下,被板塊俯沖流體交代的巖石圈地幔由于其固相線較低而發(fā)生減壓部分熔融作用形成基性巖漿[42],基性巖漿底侵于上部地殼,使其上部地殼發(fā)生大規(guī)模的部分熔融,形成花崗質巖漿[5]。
4.3 構造意義
牙克石和小興安嶺發(fā)育早石炭世具有活動陸緣鈣堿性巖漿弧特征的花崗巖(成巖年齡分別為331.2 Ma±3.7 Ma、353.0 Ma±3.6 Ma)[43-44],暗示其形成于板塊碰撞前的俯沖環(huán)境,并且出現(xiàn)同時代具有活動大陸邊緣構造屬性的塔河輝長巖(成巖年齡333~340 Ma)[45],表明早石炭世額爾古納—興安地塊和松嫩地塊之間存在洋殼俯沖消減和板塊匯聚作用[13,46]。晚石炭世發(fā)育大量高鉀鈣堿性巖漿活動,其侵位形成具有碰撞后成因的花崗巖[12,47-48];早—中二疊世發(fā)育A型花崗巖[49-51],表明區(qū)域至少在二疊紀之前二者已經(jīng)進入造山期后伸展環(huán)境。早—晚石炭世—二疊紀花崗巖具有從俯沖—碰撞后—造山后伸展的連續(xù)演化成因特點[13]。巖相學研究表明,該時期的巖石均未發(fā)生任何變形,未遭受任何變質作用,說明巖漿侵位活動晚于造山作用的峰期[52],并且早石炭世末期大興安嶺地區(qū)海相地層消失,暗示早石炭世末期為重要的構造環(huán)境轉換期[4],興安地塊與松嫩地塊很可能于早石炭世末期沿賀根山—黑河斷裂碰撞拼合[4,13]。額爾古納地塊和興安地塊于早古生代完成了碰撞拼合[6-9],塔源地區(qū)雖然位于其結合部位,但受到后期興安地塊與松嫩地塊碰撞作用影響。結合塔源金銀銅礦區(qū)雙峰式侵入巖的成巖年齡和形成于造山后伸展構造背景,因此其巖漿活動可能發(fā)生在興安地塊和松嫩地塊碰撞拼合所造成的造山晚期—造山后伸展構造背景下,二長花崗巖成巖年齡324 Ma±3 Ma限定了該時期的下限,說明在此之前興安地塊與松嫩地塊已完成拼貼,并進入造山后伸展階段。F7422E21-ECE8-460C-BCD0-3009C653E3ED
5 結 論
1)塔源金銀銅礦區(qū)角閃輝長巖與二長花崗巖構成了雙峰式侵入巖,其成巖年齡分別為325 Ma±2 Ma和324 Ma±3 Ma。
2)塔源金銀銅礦區(qū)雙峰式侵入巖形成于造山后伸展構造背景。
3)雙峰式侵入巖由不同源區(qū)熔融形成,基性巖源于部分受到陸殼混染的原始地幔,基性巖漿使其上部地殼發(fā)生部分熔融形成花崗巖。
4)二長花崗巖成巖年齡(324 Ma±3 Ma)限定了興安地塊和松嫩地塊最晚于早石炭世末完成碰撞拼合。
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Geochemical characteristics and tectonic significance of bimodal intrusive rocks
in Tayuan Gold Silver Copper District,Greater Khingan Mountains
Yu Qiuyang,Yang Yanchen,Han Shijiong,Liu Yuxuan
(College of Earth Sciences,Jilin University)
Abstract:Tayuan Gold Silver Copper Deposit is located in the north section of Greater Khingan Mountains.Bimodal intrusive rocks (hornblende gabbro and monzogranite) are developed in the mining area.Zircon U-Pb dating results show that the diagenetic age of hornblende gabbro is 325 Ma±2 Ma and that of monzogranite is 324 Ma±3 Ma.The results of element geochemical tests show that hornblende gabbros belong to calc alkaline series,enriched in LREE and large ion lithophile elements (LILE) while depleted in high field strength elements (HFSE);Monzogranite belongs to high-K calc-alkaline series,that is peraluminous rock,enriched in LREE without obvious Eu anomaly.It is characterized by obvious loss of P,Ti and Nb and enrichment of K and Rb.Hornblende gabbro and monzogranite are formed by melting in different homologous areas.The basic rocks are derived from the primitive mantle mixed with continental crust,while the granite may come from underplating.The basic magma causes large-scale partial melting of its upper crust to form granite.The bimodal intrusive rocks in the Tayuan Gold Silver Copper District were formed under the post orogenic extensional tectonic setting,and the collision and amalgamation of the Kingan block and the Songnen block were completed at the end of the Early Carboniferous at the latest.
Keywords:zircon U-Pb dating;tectonic setting;plate amalgamation;bimodal intrusive rocks;Tayuan Gold Silver Copper DistrictF7422E21-ECE8-460C-BCD0-3009C653E3ED