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0 引言
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大兴安岭地区位于中亚造山带东部，是古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和环太平洋构造体系的叠加转换地带。多数学者强调了大兴安岭地区中生代花岗岩成因受古亚洲洋构造体系（邵济安等，2005； 王粉丽等，2016）和环太平洋构造体系的影响（隋振民等，2007；Lu et al.，2019），而疏忽了蒙古—鄂霍茨克构造体系的影响，主要原因是蒙古—鄂霍茨克构造体系演化机制的研究较薄弱，并且在已有的研究中也存在较多分歧，如蒙古—鄂霍茨克洋南向俯冲的过程，蒙古—鄂霍茨克洋闭合时间，蒙古—鄂霍茨克洋构造体系对中国东北地区影响的范围等诸多问题。针对蒙古—鄂霍茨克洋闭合时间，存在晚三叠世（佘宏全等，2012）、早侏罗世（李中会等， 2020）、中侏罗世（唐杰，2016；唐杰等，2018；李宇， 2018），和晚侏罗世（尹志刚等，2019）的争议。基于此，本文对大兴安岭地区霍洛台河西岸大面积分布的斑状二长花岗岩进行年代学与岩石地球化学进行研究，探索其形成机制及构造背景，以期为早侏罗世蒙古—鄂霍茨克洋构造体系对大兴安岭地区的影响研究提供参考依据。
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1 地质概况
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研究区位于黑龙江省漠河西南 50 km 处，大地构造位置处于中亚造山带东段额尔古纳地块北部。区内地层出露新元古界兴华渡口岩群兴华岩组和第四系全新统（图1）。兴华岩组受后期构造作用和岩浆侵入作用影响较大，呈孤岛状或捕虏体零星分布，岩性为大理岩；第四系全新统河流松散洪冲积物分布在区内河床中，主要由细砾—粗卵石组成，层理不明显，砾石磨圆较好，分选一般。研究区岩浆岩极为发育，由新元古代、晚三叠世、早侏罗世和晚侏罗世侵入岩组成，主要岩性有新元古代花岗质片麻岩和细粒石英闪长岩，晚三叠世弱片麻状细中粒正长花岗岩，早侏罗世细粒石英二长岩、细中粒花岗闪长岩、中细粒二长花岗岩、中粗粒二长花岗岩、中细粒斑状二长花岗岩，晚侏罗世细中粒正长花岗岩。区内构造发育，整体表现为近南北、北东和北西向3组构造体系，以断裂为主，在断裂的两侧发育次级断裂。
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2 岩石学特征
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斑状二长花岗岩在研究区内呈岩基状大面积出露，侵入早期新元古代二长质花岗片麻岩 （Pt3gn）、石英闪长岩（Pt3δο）、中细粒二长花岗岩 （J1ηγ1）、中细粒斑状黑云母二长花岗岩（J1ηγ2 ）中，后被细中粒（斑状）二长花岗岩（J3ηγ）、正长花岗岩 （J3ξγ）侵入。斑状二长花岗岩呈浅肉红色，具斑状花岗结构，块状构造，斑晶由条纹长石组成，粒径6~15 mm，含量 10%±；基质主要由石英（25%±）、斜长石（37%±）、条纹长石（35%±）、黑云母（2%±）组成。石英呈他形粒状，粒度 0.3~4.6 mm，无色透明。斜长石，半自形板状，粒度 0.3~3.4 mm，聚片双晶发育。条纹长石，半自形板状，粒度 0.3~20. 0 mm，其中大于5 mm者为斑晶。黑云母呈片状，具浅黄褐色 —暗褐色的多色性。副矿物为磁铁矿、磷灰石、锆石等（图2）。
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3 分析测试
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锆石 U-Pb 同位素年龄测试样品采集位置为 122°13'27″E，52°32'47″N（图1）。样品破碎、锆石挑选、制靶、阴极发光（CL）图像在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成；锆石 U-Pb 同位素年龄分析测试由天津地质矿产研究所实验测试中心完成。ICP-MS 为 Agilent7500a，实验激光束斑直径为 35 μm，以氦气作为剥蚀物质的载气（李怀坤等， 2010），测试数据的计算处理采用 Isoplot 3. 0 程序。样品主量元素、微量元素分析测试在自然资源部哈尔滨矿产资源监督检测中心完成，主量元素分析采用X射线荧光光谱法完成，微量、稀土元素分析方法为电感耦合等离子质谱法完成，分析结果精度、准确度优于10%。
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图1 研究区大地构造位置图（a，据唐杰等，2016修改）和霍洛台河地区地质简图（b）
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1—第四系全新统河流松散洪冲积物；2—新元古界兴华渡口岩群兴华岩组大理岩；3—晚侏罗世细中粒正长花岗岩； 4—早侏罗世中细粒斑状二长花岗岩；5—早侏罗世中粗粒二长花岗岩；6—早侏罗世中细粒二长花岗岩；7—早侏罗世细中粒花岗闪长岩； 8—早侏罗世细粒石英二长岩；9—晚三叠世弱片麻状正长花岗岩；10—新元古代细粒石英闪长岩；11—新元古代花岗质片麻岩； 12—实测断层及编号；13—推测断层；14—取样位置
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图2 霍洛台河地区斑状二长花岗岩显微照片
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a—正交偏光；b—单偏光
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Qz—石英；Pl—斜长石；Kf—钾长石；Bi—黑云母
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4 分析结果
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4.1 锆石U-Pb同位素年龄
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本次研究对 1 个斑状二长花岗岩样品进行了 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素测定，分析结果见表1。阴极发光图像显示锆石颗粒均为自形晶，呈长柱状，具明显的震荡环带（图3），锆石 Th、U 含量较高，分别为 104×10-6~1098×10-6 和 327×10-6~1676× 10-6，Th/U 值为 0.22~1.17，多数大于 0.40，具典型的岩浆锆石特征（赵鹏彬等，2019）。测得25个锆石的数据点均位于 U-Pb 谐和线上及附近，谐和性较好，其206Pb/238U年龄值介于 185~175 Ma（图4），年龄加权平均值为（179.9±1.2）Ma（MSWD=2.1），表明斑状二长花岗岩结晶年代为（179.9±1.2）Ma，形成于早侏罗世。
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4.2 主量元素特征
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6件斑状二长花岗岩样品主量元素分析结果显示（表2），岩石具高硅（SiO2=68.92%~73.56%，平均值为 71.55%）、富铝（Al2O3=13.33%~15.53%，平均值为 14.52%）；低镁（MgO=0.13%~1.27%，平均值为 0.55%）、低钙（CaO=0.94%~2. 01%，平均值为 1.42%）；低铁（TFe2O3=1.98%~2.66%，平均值为 2.29%）、较高氧化钾（K2O=2.90%~4.47%，平均值为 3.60%）、高碱（K2O/Na2O=0.57~1.10，整体表现为K2O<Na2O）特征。本文研究的斑状二长花岗岩与前人报道在额尔古纳地块中发育的 185 Ma 二长花岗岩主量元素特征相似（唐杰，2016）。在QAP图解中，样品投点落入二长花岗岩区内（图5a），与其岩石学特征相符；在 K2O-SiO2图解中（图5b），样品投点落入高钾钙碱性系列。岩石铝饱和指数 A/CNK= 1. 01~1.14，在铝饱和指数图解中（图6），样品投点落入弱过铝质范围内。综上，霍洛台河岩体的斑状二长花岗岩属于高钾钙碱性系列的弱过铝质花岗岩。
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图3 霍洛台河地区斑状二长花岗岩锆石阴极发光（CL）照片
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图4 霍洛台河地区斑状二长花岗岩锆石U-Pb年龄协和图（a）和加权平均年龄（b）
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4.3 微量元素特征
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斑状二长花岗岩稀土总量（ΣREE）=85.43× 10-6~118.59×10-6 （平均值为 105.91×10-6）；LREE= 80. 05×10-6~110.94×10-6 （平均值为 99. 01×10-6）； HREE=5.38×10-6~7.65×10-6 （平均值为 6.9×10-6）；（La/Yb）N=12.92~23.25；LREE/HREE=12. 02~16.10 （表2），轻重稀土元素分异程度较高，显示轻稀土相对富集，重稀土相对亏损的特征。δEu=0.89~1.17 （平均值为1. 02）；δCe=0.89~1. 05（平均值为1. 01）， Eu、Ce无明显异常。稀土元素球粒陨石标准化配分模式图显示较一致的右倾型特征（图7a），轻稀土分馏明显，重稀土分馏较弱。
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由微量元素原始地幔标准化蛛网图可看出（图7b），斑状二长花岗岩相对富集 Rb、Ba、K、Sr等大离子亲石元素（LILE）及 La、Ce 等轻稀土元素；相对亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素（HFSE），Nb、P、Ti元素的明显负异常，说明具有强烈分异的分离结晶作用存在，源区残留相有石榴子石和金红石的存在，P和Ti、 Nb 的亏损则分别与磷灰石及含钛矿物（如钛铁矿、榍石等）的分离结晶有关（Raith，1995）。
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5 讨论
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5.1 岩石类型
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霍洛台河西岸斑状二长花岗岩具有较高的SiO2 和 Al2O3、较低的 MgO 和 TFe2O3含量，A/CNK=1. 01~1.14，与I型花岗岩特征相似；岩石10000Ga/Al值介于 2.13~2.50，平均值为 2.35，低于 A 型花岗岩的 Ga 下限值（2.6×10-6）（Whalen et al.，1987），在Y-10000Ga/Al、Ce-10000Ga/Al 图解中（图8），样品均落入I或S型花岗岩区域；岩石矿物组成主要为石英和长石（钾长石、斜长石），暗色矿物为黑云母，副矿物为磁铁矿、磷灰石、锆石等，未见富铝矿物（如堇青石、石榴石和原生的白云母等），在矿物组合上也与 I 型花岗岩矿物组合特征相似（李俊杰，2005； 马国祥等，2016；高歌悦等，2018；左海洋等，2021； 刘文毅等，2022）；岩石P2O5含量较低，随SiO2含量的增加而变低（图6b），呈负相关关系，与典型的S型花岗岩不符（Chappell，1999；邓红宾等，2018）。因此，斑状二长花岗岩应为高钾钙碱性系列的弱过铝质 I 型花岗岩。
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图5 霍洛台河地区斑状二长花岗岩QAP（a）和K2O-SiO2（b）图解（a、b底图据Maitre，1989）
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1—富石英花岗岩；2—碱长花岗岩；3a—花岗岩；3b—二长花岗岩；4—花岗闪长岩；5—英云闪长岩、斜长花岗岩；6* —碱长石英正长岩； 7* —石英正长岩；8* —石英二长岩；9* —石英二长闪长岩；10* —石英闪长岩、石英辉长岩、石英斜长岩；6—碱长正长岩；7—正长岩； 8—二长岩；9—二长闪长岩、二长辉长岩；10—闪长岩、辉长岩、斜长岩
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图6 霍洛台河地区斑状二长花岗岩A/NK-A/CNK（a）和P2O5-SiO2（b）图解
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5.2 岩石成因
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前人对大兴安岭北段早侏罗世花岗岩做了大量的研究，胡军海等（2018）在大兴安岭北段漠河富源沟林场报道的早侏罗世花岗岩具有低 Sr（均值为 143.14＜300），低 Y（均值为 16.83＜18），低 Yb（均值为 1.87＜1.9），低 Sr/Y（均值为 11.4）的特征；刘博等（2022）在韩家园子—富林地区报道的早侏罗世花岗岩具有低Sr（均值为260.6＜300），高Y（均值为22.9＞18），高Yb（均值为2. 01＞1.9），低Sr/Y（均值为 11.38）的特征。本文研究的斑状二长花岗岩具有高SiO2（含量＞56%），高Al2O3（均值＞14.5%），低 MgO（含量＜3%），高 Sr（均值为 384. 0＞300），低 Y（均值为8.72＜18），低Yb（均值为0.94＜1.9），高 Sr/Y（均值为44.4），富集Rb、Ba、K、Sr等大离子亲石元素（LILE）及La、Ce等轻稀土元素，亏损Nb、Ta、P、 Ti 等高场强元素（HFSE），Eu 无明显负异常的地球化学特征，与典型埃达克岩相似（Defant and Drummond，1990；王焰等，2000；Martin et al.，2005；丁磊磊等，2021）；在 Y-Sr/Y 判别图解中（图9a），样品投点落入埃达克岩区内。因此，斑状二长花岗岩为高 Sr、低Y型埃达克质花岗岩，与前人报道的早侏罗世花岗岩具有不同的地球化学特征。
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图7 霍洛台河地区斑状二长花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线（a，球粒陨石数据据Boynton，1984） 和微量元素原始地幔标准化蜘蛛图（b，原始地幔数据据Sun and McDonough，1989）
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图8 霍洛台河地区斑状二长花岗岩Y-10000Ga/Al（a）和Ce-10000Ga/Al（b）图解（底图据Whalen et al.，1987）
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Zhang et al.（2001）对中国东部燕山期埃达克岩特征进行了研究，将埃达克岩分为 O 型埃达克岩和 C 型埃达克岩，O 型埃达克岩主要为钙碱性系列， Na2O/K2O＞2，由俯冲洋壳部分熔融形成；而 C 型埃达克岩主要为高钾钙碱性系列，Na2O/K2O＞1 或接近 1，由加厚的玄武质下地壳部分熔融形成。由于俯冲洋壳熔融产生的埃达克岩经历了与地幔楔的相互作用，导致 MgO 的加入，因而具有高 Mg#（通常大于 45），而由玄武质岩石部分熔融产生的埃达克质熔体，其Mg# 大部分小于45（邓晋福等，2004；张海龙，2015）。研究区斑状二长花岗岩埃达克岩属于高钾钙碱性系列（K2O/Na2O=0.57~1.10），具有低 Mg#（均值为32.77）特征，过渡元素Cr、Ni含量较低，这与加厚下地壳熔融形成的 C 型埃达克岩特征一致，与俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克岩明显不同。同时岩石多种微量元素比值的平均值（Zr/Hf= 33.49，Nd/Th=2. 01，Th/La=0.36，La/Nb=2.86，Rb/Sr= 0.27，Th/Nb=0.99，Ti/Zr=0. 01，Nb/U=11.95，Ta/U= 0.79）接近于地壳平均值（Saunders et al.，1988），与地幔相差较大，大离子亲石元素的富集和高场强元素的亏损，表明其具有壳源特征（Xu et al.，2009）。在 SiO2-MgO 图解中（图9b），样品投点落在增厚下地壳熔融形成的埃达克质岩范围内（孙如江等， 2016），因此，笔者认为霍洛台河西岸斑状二长花岗岩岩体形成于加厚下地壳的部分熔融。
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图9 霍洛台河地区斑状二长花岗岩Sr/Y-Y（a，底图据Defant and Drummond，1990）和MgO-SiO2图解 （b，底图据孙如江等，2016）
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5.3 岩石大地构造背景
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额尔古纳地块早侏罗世火成岩主要为一套中酸性侵入岩构成，岩石显示中钾—高钾钙碱性系列 I型花岗岩特征（唐杰，2016；李宇，2018），同时期额尔古纳地块上还发育斑岩型和矽卡岩型矿床（王伟等，2012；吕斌等，2017），说明在早侏罗世期间额尔古纳地块处于活动大陆边缘环境；研究区内斑状二长花岗岩在微量元素 Ta/Yb-Th/Yb 图解上（图10），样品点落入活动大陆边缘及其附近；在Rb-（Yb+Ta） 和 Rb-（Y+Nb）构造环境判别图解中均落在了 VAG （火山弧花岗岩）区内（图11），指示其形成于与俯冲作用有关的构造背景。
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近年来研究发现，中生代中国东北地区受环太平洋构造体系和蒙古—鄂霍茨克构造体系的叠加影响（Wu et al.，2011；许文良等，2013；Li et al.， 2017），额尔古纳地块及相毗邻兴安地块上中生代火成岩的形成与蒙古—鄂霍茨克洋对额尔古纳地块的俯冲作用有关（尚毅广等，2017；唐杰等， 2018）。早侏罗世额尔古纳地块—兴安地块上火成岩由中酸性侵入岩和中基性火成岩构成，总体呈北东—南西向展布，与蒙古—鄂霍茨克缝合带展布方向一致，在小兴安岭—张广才岭—辽东半岛地区同时存在一套双峰式火成岩组合（Yu et al.，2012），说明其形成与古太平洋板块俯冲作用无关（唐杰等， 2016），早侏罗世太平洋板块俯冲作用影响的空间范围主要在松辽盆地以东地区（刘恺等，2016）。综上所述，认为大兴安岭地区霍洛台河西岸斑状二长花岗岩形成于蒙古—鄂霍茨克大洋持续向额尔古纳地块俯冲作用影响下活动大陆边缘背景。也说明在早侏罗世期间，本区仍处于蒙古—鄂霍茨克大洋南向俯冲阶段，而本区出露的晚侏罗世正长花岗岩形成时代为晚侏罗世（146. 0±2.2）Ma（王东暄等， 2019①），具有A型花岗岩特征，形成于碰撞后板内构造环境，因此，作者认为蒙古—鄂霍茨克大洋在本区最有可能闭合时间为中—晚侏罗世。
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图10 霍洛台河地区斑状二长花岗岩Ta/Yb-Th/Yb图解 （底图据尹志刚等，2019）
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图11 霍洛台河地区斑状二长花岗岩Rb-（Y+Nb）（a）和Rb-（Yb+Ta）（b）图解（底图据Pearce et al，1984）
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WPG—板内花岗岩；ORG—洋脊花岗岩；VAG—火山弧花岗岩；syn—COLG—同碰撞花岗岩
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受蒙古—鄂霍次克洋南向俯冲作用的影响，挤压应力使地壳增厚，而随温度、压力等物理化学条件的改变，俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔，使其发生部分熔融，产生的玄武质岩浆喷出地表，形成了区域上~185 Ma中钾—高钾钙碱性系列的中基性火山岩（Wang et al.，2015）；而高温的玄武质岩浆底侵下地壳，导致地壳厚度加大，并为地壳提供热源，下地壳部分熔融产生的中酸性岩浆上升侵位形成了区域上具有C型埃达克岩特征的斑状二长花岗岩（图12）。
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图12 霍洛台河地区斑状二长花岗岩演化模型
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6 结论
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（1）大兴安岭北段霍洛台河西岸斑状二长花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为（179.9±1.2）Ma （MSWD=2.1），形成于早侏罗世。
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（2）斑状二长花岗岩具高 SiO2、富 K2O、低 MgO 和 Mg# 、高 Sr和 Sr/Y、低 Y 和 Yb 等特点，富集大离子亲石元素及轻稀土元素，亏损高场强元素，Eu 无明显异常，具有C型埃达克岩特征。
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（3）斑状二长花岗岩形成于俯冲作用下活动大陆边缘环境，岩浆来源于加厚下地壳的部分熔融。
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注释
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① 王东暄，梁坤，王冶，董峰，崔锡彪，张波，张国范，郑丽红，王洪秋，赵庆宇，任雪山，张立冬，刘安龙 .2019. 黑龙江省 1007 高地幅、1003 高地幅 1∶5 万区域地质矿产调查[R]. 哈尔滨：黑龙江省第五地质勘查院.
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摘要
本文通过 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素测年，获得斑状二长花岗岩成岩年龄为（179. 9±1. 2）Ma（MSWD= 2. 1），形成于早侏罗世。岩石地球化学特征显示，斑状二长花岗岩属于弱过铝质高钾钙碱性花岗岩；富集 Rb、Ba、K、Sr等大离子亲石元素（LILE），亏损 Nb、Ta、P、Ti等高场强元素（HFSE），具高 Sr（＞300×10-6 ）、富钾、低镁（Mg# =32. 77）、Y（＜18×10-6 ）和 Yb（＜1. 9×10-6 ）的特征，Eu负异常不明显，轻重稀土分馏明显，富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，与C型埃达克岩地球化学特征相似。岩浆起源于下部陆壳的部分熔融，形成于俯冲作用下活动大陆边缘环境。
Abstract
In this study， we employed LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating to determine the age of the prophyritic monzogranite is （179. 9±1. 2） Ma （MSWD=2. 1）， which corresponds to the Early Jurassic period. The geochemical characteristics of the rock reveal that the prophyritic monzogranite belongs to weakly peraluminous high-K calc-alkaline granite， and which is enriched in large-ion lithophile elements （LILE） such as Rb， Ba， K， and Sr， while depleted in high-field strength elements （HFSE） like Nb， Ta， P， and Ti， and exhibits high Sr （> 300×10-6 ）， potassium-rich， low magnesium （Mg# =32. 77）， low Y （<18×10-6 ）， and Yb （<1. 9×10-6 ） features. The Eu negative anomaly is not evident， while the fractionation between light and heavy rare earth elements is prominent. The rock is enriched in light rare earth elements and depleted in heavy rare earth elements， displaying geochemical characteristics similar to those of C-type adakites. That the magma originated from partial melting of the lower continental crust， formed in an active continental margin setting under subduction.
