內(nèi)蒙古滿洲里地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石成因鋯石u-pb年代學(xué)證據(jù)

1蒙古—引言滿洲-阿爾加羅地區(qū)位于中亞造山帶的東段，阿爾加羅納地塊的類別（sengoretal.，1993）。古生代期間,該區(qū)經(jīng)歷了多個(gè)微陸塊之間的拼合(Kuzminetal.,1996;ZhaoandCoe.,1996;Li,2006;Mengetal.,2008,2010),中生代又經(jīng)歷了蒙古—鄂霍茨克縫合帶和環(huán)太平洋構(gòu)造體系的疊加與改造(葛文春等,2000a,b,2001;林強(qiáng)等,2003;Wangetal.,2006;Xueal.,2009;Wuetal.,2011)。近年來(lái),對(duì)東北地區(qū)花崗質(zhì)巖石和火山巖的年代學(xué)與地球化學(xué)的研究,已經(jīng)揭示了古亞洲洋構(gòu)造體系和環(huán)太平洋構(gòu)造體系影響的時(shí)間尺度和空間范圍(許文良等,2008;Wuetal.,2011),與之相比,對(duì)蒙古—鄂霍茨克縫合帶的演化歷史以及該縫合帶對(duì)中國(guó)東北乃至華北影響的時(shí)空范圍討論很少(孟恩等,2011;Wuetal.,2011),追其原因是缺乏對(duì)東北乃至華北克拉通北部,尤其是對(duì)靠近蒙古—鄂霍茨克縫合帶我國(guó)境內(nèi)一側(cè)火成巖系統(tǒng)的年代學(xué)與巖石組合空間變異的研究。滿洲里—額爾古納地區(qū)恰恰位于蒙古—鄂霍茨克縫合帶的東南側(cè),該區(qū)不僅發(fā)育有大量的中生代火山巖(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010),而且發(fā)育有大量的花崗巖,它們?yōu)榱私饷晒拧趸舸目丝p合帶對(duì)我國(guó)境內(nèi)的影響提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。鑒于此,本文報(bào)道了滿洲里—額爾古納地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石的鋯石U-Pb定年結(jié)果,結(jié)合不同時(shí)代花崗巖以及同時(shí)代火山巖的組合特征及其空間變異,探討了蒙古-鄂霍茨克縫合帶的演化以及不同構(gòu)造體系對(duì)該區(qū)的影響。2層和巖石層在大地構(gòu)造位置上,額爾古納—滿洲里地區(qū)位于中蒙古—額爾古納微陸塊的范圍內(nèi),北西與中生代的蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造帶相鄰(Sengo¨real.,1993),東側(cè)以塔原-喜桂圖拼合帶為界與興安地塊相接。該區(qū)出露的主要地層包括古生代下寒武統(tǒng)的額爾古納群,主要由變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖、變粒巖、白云巖、板巖以及大理巖等巖石組成(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)。石炭系主要由礫巖、砂巖等組成。中生代廣泛出露的地層是上侏羅統(tǒng)的塔木蘭溝組玄武安山巖和粗安巖、下白堊統(tǒng)的上庫(kù)力組流紋巖、梅勒?qǐng)D組玄武巖和大磨拐河組砂巖、礫巖和泥巖(圖1)。該區(qū)巖漿作用強(qiáng)烈,除發(fā)育大量中生代火山巖外,還發(fā)育有泛非期花崗巖(Zhouetal.,2010)、早古生代花崗巖(武廣等,2005)和晚古生代以及大量中生代花崗巖(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991;Wuetal.,2011)。本文的研究樣品分別采自滿洲里地區(qū)的靈泉盆地和包格德烏拉盆地以及額爾古納地區(qū)的上護(hù)林盆地和恩和盆地(圖1)。3示例描述4儀器分析和數(shù)據(jù)處理采集的樣品在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所采用常規(guī)方法進(jìn)行粉碎,并用浮選和電磁選方法進(jìn)行分選,在雙目鏡下挑選出晶形較好,無(wú)明顯裂痕和包體的鋯石顆粒,然后將其粘貼在環(huán)氧樹脂表面,打磨拋光后露出鋯石的表面,并對(duì)其進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。鋯石微量元素含量和U-Pb同位素定年在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)利用LA-ICP-MS同時(shí)分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005,ICP-MS為Agilen7500a。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度,二者在進(jìn)入ICP之前通過(guò)一個(gè)T型接頭混合。在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入了少量氮?dú)?以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度(Huetal.,2008)。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括20~30s的空白信號(hào)和50s的樣品信號(hào)。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal.,2008;Liuetal.,2010a)完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同Liu等(2008;2010a,b)。所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平。本文樣品鋯石的LA-ICP-MSU-Pb分析結(jié)果見表2。5u-pb年度結(jié)果1巖石學(xué)和成礦時(shí)代樣品MZ13-1:石英二長(zhǎng)斑巖,鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示(圖2a),鋯石多數(shù)呈半自形—自形短柱狀,還有少量渾圓狀,發(fā)育巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,結(jié)合其高的Th/U比值(0.37~0.90),表明其具巖漿鋯石特征(Koschek,1993)。測(cè)定結(jié)果顯示,19個(gè)測(cè)點(diǎn)形成兩組206Pb/238U諧和年齡,底部9個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡介于132~135Ma,加權(quán)平均年齡為(134±1)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為早白堊世;上部10個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡介于147~152Ma,加權(quán)平均年齡為(151±1)Ma,代表了該巖體中捕獲鋯石的形成時(shí)代(圖3a)。樣品MZ23-1:二長(zhǎng)花崗巖,鋯石陰極發(fā)光圖像顯示(圖2b),鋯石分為兩組,一組鋯石呈自形短柱狀,發(fā)育清晰巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,其Th/U比值介于0.38~1.23之間,暗示其為巖漿成因。定年結(jié)果顯示該類鋯石206Pb/238U年齡介于170~174Ma之間,加權(quán)平均年齡為(171±2)Ma,代表了該巖體的侵位時(shí)代為中侏羅世;另一組鋯石呈渾圓狀,也發(fā)育生長(zhǎng)環(huán)帶,Th/U比值為0.39~0.61,表明這些鋯石同樣為巖漿成因,測(cè)定結(jié)果顯示其206Pb/238U年齡介于197~203Ma之間,加權(quán)平均年齡為(200±1)Ma,代表了該巖體中捕獲鋯石的形成時(shí)代(圖3b)。樣品MZ17-1:礦化石英斑巖,鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示(圖2c),鋯石多數(shù)呈半自形—自形短柱狀,還有個(gè)別渾圓狀,發(fā)育清晰巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,結(jié)合其高的Th/U比值(0.37~0.63),暗示其巖漿鋯石成因特征。測(cè)定結(jié)果顯示,12個(gè)測(cè)點(diǎn)的鋯石206Pb/238U年齡介于179~186Ma,加權(quán)平均年齡為(183±2)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為早侏羅世(圖3c)。樣品MZ18-2:正長(zhǎng)花崗巖,陰極發(fā)光圖像顯示(圖2d),鋯石類型復(fù)雜,呈半自形的粒狀、短柱狀或板狀,均發(fā)育清晰巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,Th/U比值為0.37~0.89,暗示其巖漿成因特征。測(cè)年結(jié)果顯示,12個(gè)測(cè)點(diǎn)的鋯石206Pb/238U年齡介于173~183Ma,加權(quán)平均年齡為(180±2)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為早侏羅世(圖3d)。2盆地巖黑云母砂巖侵位時(shí)代樣品MZ14-2:正長(zhǎng)花崗巖,陰極發(fā)光圖像顯示(圖2e),鋯石呈自形長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)寬比介于2∶1~4∶1之間,發(fā)育較清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),其Th/U比值均較高,介于0.31~1.79之間,具有典型巖漿鋯石特征。分別選擇鋯石的核部、邊部及環(huán)帶發(fā)育部位進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定結(jié)果顯示,其206Pb/238U年齡介于130~139Ma之間,加權(quán)平均年齡為(134±2)Ma,表明包格德烏拉山巖體黑云母花崗巖的侵位時(shí)代為早白堊世(圖3e)。樣品Db-01:花崗斑巖,陰極發(fā)光圖像顯示(圖2f),鋯石呈自形—半自形晶,發(fā)育清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),Th/U比值較高,介于0.72~1.54之間,具有典型巖漿鋯石特征。分別選擇鋯石的核部、邊部及環(huán)帶發(fā)育部位進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果顯示,其206Pb/238U年齡介于138~148Ma之間,加權(quán)平均年齡為(145±5)Ma,表明包格德烏拉盆地花崗巖的侵位時(shí)代為早白堊世早期(圖3f)。樣品Db-03:花崗斑巖,鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示(圖4a),鋯石多數(shù)呈半自形—自形短柱狀,還有個(gè)別渾圓狀,發(fā)育清晰巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,結(jié)合其高的Th/U比值(0.58~3.63),暗示其具巖漿鋯石成因特征。測(cè)定結(jié)果顯示,8個(gè)測(cè)點(diǎn)的鋯石206Pb/238U年齡介于151~157Ma,加權(quán)平均年齡為(153±1)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為晚侏羅世(圖5a)。3巖漿成因特征樣品ER6-1:正長(zhǎng)花崗巖,鋯石多數(shù)呈半自形—自形短柱狀,還有少量渾圓狀,發(fā)育巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,結(jié)合其高的Th/U比值(0.38~1.32),暗示其巖漿鋯石特征(圖4b)。U-Pb同位素年齡測(cè)定結(jié)果顯示,14個(gè)測(cè)點(diǎn)形成兩組206Pb/238U諧和年齡,底部11個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡介于177~193Ma,加權(quán)平均年齡為(186±3)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為早侏羅世;上部3個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡介于204~208Ma,加權(quán)平均年齡為(206±4)Ma,代表了該巖體中捕獲鋯石的形成時(shí)代(圖5b)。樣品ER12-1:正長(zhǎng)花崗巖,鋯石的陰極發(fā)光圖象顯示(圖4c),鋯石類型復(fù)雜,呈渾圓狀、半自形短柱狀,發(fā)育振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶,它們的Th/U比值均較高,介于0.47~1.95之間,表明其巖漿成因的特征。定年結(jié)果顯示其形成時(shí)代比較復(fù)雜,206Pb/238U年齡形成三組諧和年齡:上部(263±3)Ma(n=4)和中部(243±6)Ma(n=13)代表了花崗巖中捕獲鋯石的形成時(shí)代,下部為(229±4)Ma(n=7),該年齡代表了花崗巖的形成時(shí)代,即形成于中三疊世(圖5c)。樣品ER15-1:正長(zhǎng)花崗巖,陰極發(fā)光圖像顯示(圖4d),鋯石多數(shù)呈半自形—自形短柱狀,還有個(gè)別渾圓狀,發(fā)育清晰巖漿生長(zhǎng)環(huán)帶,結(jié)合其高的Th/U比值(0.53~1.53),暗示為巖漿鋯石成因特征。定年結(jié)果顯示,16個(gè)測(cè)點(diǎn)的鋯石206Pb/238U年齡介于240~243Ma,加權(quán)平均年齡為(241±1)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為中三疊世(圖5d)。樣品ZKS1-1:二長(zhǎng)花崗巖,陰極發(fā)光圖像顯示(圖4e),鋯石呈自形—半自形晶,發(fā)育清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),其Th/U比值均較高,介于0.33~1.00之間,具有典型巖漿鋯石特征。定年結(jié)果顯示,其206Pb/238U年齡介于184~240Ma之間,形成三組加權(quán)年齡:上部(240±1)Ma(n=2)和中部(212±1)Ma(n=13)代表了花崗巖中捕獲鋯石的形成時(shí)代,下部(185±1)Ma(n=11),該年齡代表了花崗巖的形成時(shí)代——早侏羅世(圖5e)。樣品ZKD1100-1:石英二長(zhǎng)斑巖,陰極發(fā)光圖像顯示(圖4f),鋯石呈自形—半自形短柱狀、橢圓狀,發(fā)育較清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),其Th/U比值均較高,介于1.00~2.89之間,具有典型巖漿鋯石特征。定年結(jié)果顯示,其206Pb/238U年齡介于137~144Ma之間,加權(quán)平均年齡為(141±1)Ma,表明該巖體的侵位時(shí)代為早白堊世早期(圖5f)。對(duì)該區(qū)花崗質(zhì)巖石的U-Pb同位素年齡測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明,該區(qū)中生代花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)可劃分成三期,即中三疊世(229~241Ma),早-中侏羅世(171~185Ma)和早白堊世早期[140~150Ma和(134±2)Ma兩期](圖5g)。6討論6.1成巖時(shí)代和構(gòu)造背景滿洲里—額爾古納地區(qū)不僅分布著大量中生代火山巖,而且出露大量的花崗質(zhì)巖石。與火山巖的年代學(xué)研究相比(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010;孟恩等,2011;徐美君等,2011),花崗巖的年代學(xué)研究明顯薄弱。在先前的研究中,人們依據(jù)花崗巖與地層之間的接觸關(guān)系、花崗巖的變形特征以及部分K-Ar定年結(jié)果,將其劃歸為晚古生代和中生代侏羅紀(jì),以及部分早白堊世(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)。由于地層時(shí)代的不確定性以及該區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造改造,導(dǎo)致對(duì)該區(qū)花崗質(zhì)巖石形成時(shí)代認(rèn)識(shí)不一。近年來(lái),隨著鋯石原位定年技術(shù)的應(yīng)用,在該區(qū)先后識(shí)別出泛非期(Zhouetal.,2010)、早古生代(武廣等,2005;Wuetal.,2011)和早中生代的花崗巖(秦克章等,1999),這對(duì)認(rèn)識(shí)該區(qū)的構(gòu)造演化歷史具有重要意義。那么,該區(qū)中生代花崗質(zhì)巖漿作用的期次如何?它們的空間分布范圍如何?它們形成的動(dòng)力學(xué)背景如何?這些問(wèn)題因研究的局限性,并沒有得到回答。基于本文的定年結(jié)果,綜合考慮前人對(duì)我國(guó)東北地區(qū),特別是大興安嶺地區(qū)花崗巖的最新定年結(jié)果(Wuetal.,2011),對(duì)滿洲里—額爾古納地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖漿作用劃分成如下期次:1)中三疊世花崗質(zhì)巖漿活動(dòng):可進(jìn)一步劃分成241Ma和229Ma兩期巖漿事件。該期花崗巖并非前人確定的石炭紀(jì)和侏羅紀(jì)(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991),原劃分的海西晚期和燕山早期花崗巖相當(dāng)一部分要解體為印支期花崗巖。這期巖漿作用不僅在額爾古納地區(qū)存在(秦克章等;1999),而且在東北地區(qū)也廣泛存在(Wuetal.,2011)。2)早-中侏羅世(171~185Ma)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng):基于本文的定年結(jié)果,同時(shí)參考前人的部分鋯石U-Pb定年結(jié)果(Wuetal.,2011),該期巖漿事件可進(jìn)一步劃分為兩個(gè)階段,即185Ma和171Ma。與該期巖漿事件相對(duì)應(yīng)的有:華北克拉通內(nèi)部燕遼帶中的南大嶺組玄武巖(趙國(guó)春,2003)、小興安嶺—張廣才嶺地區(qū)的雙峰式火成巖(唐杰等,2011)以及綏芬河—東寧—延吉地區(qū)的鈣堿性火山巖(許文良等,2008)。3)早白堊世早期(134~150Ma)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng):可以進(jìn)一步將該期巖漿事件劃分成140~145Ma和135Ma兩個(gè)階段。前者與區(qū)域內(nèi)吉祥峰組火山巖的形成時(shí)代相同(孟恩等,2011),表明它們應(yīng)為同一期巖漿事件的產(chǎn)物;后者年齡早于區(qū)域內(nèi)上庫(kù)力組和伊列克得組火山巖的形成時(shí)代(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010),結(jié)合它們的火口充填型產(chǎn)狀,可以判定它們應(yīng)是該期巖漿事件演化晚期的產(chǎn)物。6.2花崗質(zhì)巖漿事件從目前最新的大興安嶺中生代火山巖的定年結(jié)果來(lái)看,基本上可以將其劃分成4期:174~186Ma(Zhangetal.,2008,2010;作者,未發(fā)表資料),155~166Ma,140~145Ma和120~130Ma(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010;茍軍等,2010;孟恩等;2011;徐美君等;2011)。后三期分別對(duì)應(yīng)的地層是塔木蘭溝組、吉祥峰組、上庫(kù)力組和伊列克得組(或梅勒?qǐng)D組,孟恩等;2011)。從本文對(duì)該區(qū)花崗質(zhì)巖石的定年結(jié)果可知,本區(qū)可劃分成3期花崗質(zhì)巖漿事件,即中三疊世、早-中侏羅世和早白堊世。在中三疊世,本區(qū)存在花崗質(zhì)巖漿事件,缺乏火山事件;早-中侏羅世研究區(qū)存在與火山事件相對(duì)應(yīng)的花崗質(zhì)巖漿事件;區(qū)內(nèi)缺乏與晚侏羅世塔木蘭溝組火山事件相對(duì)應(yīng)的花崗質(zhì)巖漿事件,但是,本文所測(cè)定的151~153Ma的花崗斑巖,以及它們作為火口充填相的產(chǎn)狀,表明它們可能代表了塔木蘭溝組火山事件晚期的產(chǎn)物;區(qū)內(nèi)存在與早白堊世早期吉祥峰組火山事件相對(duì)應(yīng)的花崗質(zhì)巖漿事件,而缺乏與早白堊世晚期火山事件相對(duì)應(yīng)的花崗質(zhì)巖漿事件。6.3花崗巖形成的結(jié)構(gòu)特征花崗質(zhì)巖石組合,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化歷史,是判定花崗巖形成構(gòu)造環(huán)境的基礎(chǔ)?；诖怂悸?本區(qū)不同期次花崗巖形成的構(gòu)造背景分述如下。1晚二疊世—)中三疊世花崗巖中三疊世花崗巖主要是一套正長(zhǎng)花崗巖組合(241Ma黑云母正長(zhǎng)花崗巖和229Ma正長(zhǎng)花崗巖),它反映了一種伸展環(huán)境。這與區(qū)域構(gòu)造演化歷史相吻合——該區(qū)位于中亞造山帶的東段,古生代經(jīng)歷了多個(gè)微陸塊之間的拼合過(guò)程,并且古亞洲洋于晚二疊世—早三疊世沿西拉木倫河—長(zhǎng)春一線最終閉合(李錦軼等,2009;Li,2006;Jiaetal.,2004;孫德有等,2004),中-晚三疊世研究區(qū)正處于造山后的垮塌與伸展環(huán)境,中亞造山帶南緣中-晚三疊世雙峰式火成巖的形成(Wuetal.,2007)以及吉黑東部晚三疊世A型流紋巖的形成也證明了這一點(diǎn)(Xuetal.,2009)。2成礦屬性及構(gòu)造背景區(qū)早-中侏羅世花崗質(zhì)巖石是一套二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖的組合,結(jié)合該期花崗巖具有斑巖型鉬礦的成礦屬性,可以判定它們應(yīng)形成于活動(dòng)陸緣的構(gòu)造背景。結(jié)合該區(qū)北西側(cè)為蒙古—鄂霍茨克縫合帶,并且遠(yuǎn)離古太平洋俯沖帶,可以判定該區(qū)早-中侏羅世的活動(dòng)陸緣背景應(yīng)是蒙古—鄂霍茨克洋向南東方向俯沖于額爾古納地塊之下的產(chǎn)物。3蒙古—)早白堊早期世花崗巖滿洲里—額爾古納地區(qū)早白堊世花崗質(zhì)巖石主要是一套花崗質(zhì)-二長(zhǎng)質(zhì)斑巖,野外產(chǎn)狀多為火口充填型。該期花崗巖可分成140~150Ma和(134±2)Ma兩期巖漿事件,前者與這一區(qū)域發(fā)育的吉祥峰組A型流紋巖的形成時(shí)代相近,揭示一種伸展環(huán)境。此期火山巖只分布在松遼盆地以西地區(qū)(孟恩等,2011;徐美君等,2011),在松遼盆地內(nèi)部和以東地區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)該期火山巖(許文良等,2008;孟恩等,2011)。鑒于此,可以判定它們的形成應(yīng)與蒙古—鄂霍次克構(gòu)造帶的演化有關(guān),反映了加厚陸殼跨塌階段的伸展環(huán)境(孟恩等,2011;徐美君等,2011)。而后者表現(xiàn)出斑巖性質(zhì)和火口充填型的產(chǎn)狀,并且其形成時(shí)代明顯早于上庫(kù)力組流紋巖和伊列克得組玄武巖的形成時(shí)代(峰期年齡為125Ma),它們應(yīng)是吉祥峰組火山巖巖漿演化晚期的產(chǎn)物。6.4成巖體系及成礦時(shí)代根據(jù)本文的研究結(jié)果,結(jié)合前人對(duì)該區(qū)中生代火山巖的研究資料以及中亞造山帶東段研究的最新成果,現(xiàn)將滿洲里—額爾古納地區(qū)中生代花崗質(zhì)巖石的形成過(guò)程與區(qū)域構(gòu)造演化歷史概述如下(圖6)。1)晚古生代晚期—早中生代:古亞洲洋沿西拉木倫河—長(zhǎng)春—延吉一線最終閉合碰撞造山,西伯利亞板塊和華北板塊最終拼合成一個(gè)整體;2)中-晚三疊世:碰