松辽盆地东部地区花岗岩地球化学特征及其地质意义.pdf
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1、引文格式:刘昊,崔军平,金玮,等.松辽盆地东部地区花岗岩地球化学特征及其地质意义J.西北地质,2024,57(2):4658.DOI:10.12401/j.nwg.2023037Citation:LIU Hao,CUI Junping,JIN Wei,et al.Geochemical Characteristics and Geological Significance of Granites inEastern Songliao BasinJ.Northwestern Geology,2024,57(2):4658.DOI:10.12401/j.nwg.2023037松辽盆地东部地区花岗岩
2、地球化学特征及其地质意义刘昊1,崔军平1,*,金玮2,成科璋1,刘静静1(1.西北大学地质学系,陕西 西安710069;2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江 大庆163712)摘要:笔者对松辽盆地东部与张广才岭西部含黑云母花岗岩进行 LAICPMS 测年和微量稀土元素地球化学分析,探究其成岩时代与成岩环境。样品锆石振荡生长环带明显,Th/U 值较大,揭示其属于岩浆成因。锆石 UPb 测年测得年龄分别为(179.31.5)Ma 和(177.51.4)Ma,属于早侏罗世末期。轻稀土元素分馏明显,重稀土元素无明显分馏,Eu、Ce 元素具有正异常。样品形成于板块俯冲聚敛环境。该地区花岗岩在形
3、成过程中主要受控于部分熔融作用,岩脉有地壳和地幔双重性,可能有地幔混染现象。通过统计大兴安岭、松辽盆地与张广才岭花岗岩年龄,发现张广才岭处花岗岩形成时期早于松辽盆地花岗岩形成时期,进一步验证前人推测古太平洋板块和蒙古鄂霍茨克洋板块发生双俯冲+拆沉作用。关键词:地球化学;花岗岩;UPb 年代学;构造背景;松辽盆地中图分类号:P619.22;P584文献标志码:A文章编号:1009-6248(2024)02-0046-13Geochemical Characteristics and Geological Significance of Granites in Eastern Songliao B
4、asinLIU Hao1,CUI Junping1,*,JIN Wei2,CHENG Kezhang1,LIU Jingjing1(1.Department of Geology,Northwest University,Xian 710069,Shaanxi,China;2.Exploration and Department Research Institute of DaqingOilfield Company Ltd,Daqing 163712,Heilongjiang,China)Abstract:LAICPMS dating and trace REE geochemical an
5、alysis of biotitebearing granites in the easternpart of Songliao basin and the western part of Zhangguangcai range are carried out to explore their diageneticage and environment in this paper.The sample zircon oscillatory growth zone is obvious,and the Th/U ratio isbig,indicating that it belongs to
6、magmatic origin.The ages of zircon U Pb dating are(179.31.5)Ma;(177.51.4)Ma,belonging to the end of Early Jurassic.Light rare earth elements have obvious fractionation,heavy rare earth elements have no obvious fractionation,and Eu and Ce elements have positive anomalies.Thesample was formed in the s
7、ubduction and accumulation environment of the plate.The formation of granites inthe two regions is mainly controlled by partial melting.The two dikes have the duality of crust and mantle,mayhave mantle contamination.Based on the statistics of the ages of the granites in the Greater Khingan Mountains
8、,Songliao basin and Zhangguangcai range,it is found that the granites in Zhangguangcai range were formed earli-收稿日期:2022-10-08;修回日期:2023-02-20;责任编辑:贾晓丹基金项目:国家自然科学基金面上项目“热年代学约束下的松辽盆地石炭-二叠系构造热演化史恢复”(41772121)资助。作者简介:刘昊(1999),男,硕士,主要从事地球化学分析与油气成藏相关研究。Email:。*通讯作者:崔军平(1978),男,副教授,博士,主要从事盆地热演化史与油气成藏相关教学与
9、科研工作。Email:。第 57 卷 第 2 期西 北 地 质Vol.57No.22024 年(总 234 期)NORTHWESTERN GEOLOGY2024(Sum234)er than those in Songliao basin.Validate the previous speculation that the ancient Pacific plate and the Mongo-liaOkhotsk ocean plate have double subduction and delamination.Keywords:geochemistry;granite;UPb chro
10、nology;tectonic setting;Songliao basin中国东北部所在板块的形成演化受古亚洲洋构造域、蒙古鄂霍次克洋构造域和古太平洋构造域的影响和控制,古生代期间与中生代期间分别经历了古亚洲洋构造体系的演化、古太平洋构造体系和蒙古鄂霍茨克洋构造体系的双重演化(Sengor et al.,1993;Wu et al.,2011;孟恩等,2011;Xu et al.,2013;Feng et al.,2015),使得该区构造活动频繁,岩浆活动强烈。通过研究东北地区岩浆岩的形成机制有助于更好的认识三大构造域的构造关系,对大地构造的认识具有重要意义。对比分析前人研究成果,发现对于松
11、辽盆地及其周围中生代岩浆岩的成因、来源的推测大致分为3 种:古太平洋板块俯冲模式。幔柱模式。蒙古鄂霍茨克洋闭合及后碰撞造山模式(邵济安等,2001;Kravchinsky et al.,2002;Fan et al.,2003;Meng,2003;Tomurtogoo et al.,2005;Wang et al.,2006;隋振民等,2007;Zhang et al.,2008;Zhou et al.,2009;Ying et al.,2010;Wu et al.,2010;Dong et al.,2014;Shi et al.,2015)。但是主要受哪个构造模式的影响,还未有统一的定论。近
12、年来的研究强调花岗岩的多源物质混合成因,前人提出 3 种成因分类:壳源、幔源及壳幔混合。岩浆混合也成为了花岗岩成因机制之一(李宗怀等,2004;肖庆辉等,2007;程顺波等,2009)。研究该区花岗岩的成因可以更好的判断该区受何种构造模式的影响。笔者以松辽盆地东部与张广才岭西部早侏罗世花岗岩为研究对象,通过锆石 LAICPMS 测年和微量稀土元素地球化学分析,研究花岗岩形成的年代学、源区特征与岩石成因。并统计东北地区大兴安岭、松辽盆地与张广才岭岩浆岩的形成时间,通过分析对比不同地区岩浆岩的形成时间,用于佐证前人提出的古太平洋板块与蒙古鄂霍茨克洋板块双俯冲的模式,为确定大地构造关系提供新的证据。
13、1地质背景中国东北地区处于一复合板块之上,该复合板块是在前中生代由多个微型板块拼合而成,位于西伯利亚、华北和太平洋三大板块所夹持的区域,并在中新生代时期,板块的东缘受到环太平洋板块拼贴和洋壳俯冲作用,北缘受到蒙古鄂霍茨克洋缝合带俯冲碰撞作用的多重影响(Sengor et al.,1993;Wu et al.,2011;孟恩等,2011;Xu et al.,2013;Feng et al.,2015)。松辽盆地位于中国东北部,是世界上典型的大型中生代新生代陆相沉积盆地(曹怀仁等,2017;张健等,2023;付秀丽等,2024)。松辽盆地为一近 NE 向、NNE 向的菱形盆地,东西南北分别被张广才
14、岭、大兴安岭、康平法库山地、小兴安岭所包围。张广才岭属于长白山脉,可能是中国构造岩浆活动最复杂的巨型造山带,构造岩浆活动主要发生在华力西期与燕山期(李蓉等,2012;任永健等,2020)。研究区处于松辽盆地东部与张广才岭西部交汇处,区内在中生代时期发生过多期的岩浆侵入活动,且主要集中在早中侏罗世,有强烈的岩浆活动,以酸性和中酸性岩浆为主,发育有较广的花岗岩(图 1)。2采样与分析方法样品 S-SH-1 采样位置尚志市绥化村公路旁,地理坐标为 E 1275533.91,N 451725.32;样品 H-D-3采样位置哈尔滨市阿城区大分水岭公路旁,地理坐标为 E1271625.7,N 452132
15、.86(图 1)。锆石制靶及阴极发光(CL)图像拍摄工作:将岩石样品粉碎、淘洗、用电磁法分离,得到较高纯度的矿样,在双目镜下挑选晶形完好,裂痕较少或无裂痕,透明度较高且不含包裹体的锆石进行制靶,将其粘贴在树脂上,干燥后将表面打磨抛光,使用西北大学大陆动力学国家重点实验室中美国 Gatan 公司的 GatanMonoCL3+阴极荧光谱仪进行锆石阴极发光(CL)拍照。锆石 UPb 年龄测定和微量、全岩稀土元素分析也在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行。分析仪器为 LAICPMS,其激光剥蚀系统为德国 Co-herent Lambda Physik 公司的 GeoLas pro,ICPMS 为Ag
16、ilent 公司的 Agilent 7500a;Agilent 7500a 等离子体质谱仪用于岩石微量元素分析,与紫外准分子激光剥蚀系统(澳大利亚 ASI 公司 S155-LR)联用于锆石原第 2 期刘昊等:松辽盆地东部地区花岗岩地球化学特征及其地质意义47 位 UPb 定年。锆石 UPb 年龄测定详细的实验测试步骤可见参考文献(袁洪林等,2003)。微量、稀土元素采用 ICPMS 分析,误差小于 10%。详细的实验分析方法可见参考文献(刘颖等,1996;李冰等,2005)。3花岗岩镜下特征绥化村花岗岩(S-SH-1)岩性为含黑云母中细粒花岗岩。岩石为中细粒花岗结构,块状构造。岩石发蚀变弱。主
17、要矿物:石英含量约为 30%,呈他形粒状,正中突起,边部有微弱的溶蚀现象,主要为单晶石英,偶见多晶石英,部分石英呈碎屑粒状,部分可见与长石交生形成文象结构。条纹长石含量约为 37%,短板状,表面浑浊,负低突起,条纹结构发育。斜长石含量约为 15%,呈短柱状,部分表面较脏,负低突起,聚片双晶发育。微斜长石含量约为 9%,半自形板状,表面浑浊,负低突起,格子状双晶发育,常见于石英交生形成及形成文象结构。次要矿物:黑云母含量约为 6%,片状,浅褐黄褐色多色性,正中突起,一组极完全解理。次生矿物:绢云母,为长石蚀变而来,细小鳞片状集合体。黏土矿物,长石发生泥化而生成。锆石含量约为 1%,浅褐色,正极高
18、突起,正延性(图 2)。阿城区花岗岩(H-D-3)岩性为含黑云母花岗岩。岩石为花岗结构,块状构造。岩石发生较弱蚀变,主要为部分斜长石绢云母化。主要矿物:石英含量约为28%,呈他形粒状,正中突起,干涉色一级灰白至一级淡黄,边部有微弱的溶蚀现象,部分石英呈碎屑粒状,部分可见与长石交生形成文象结构。斜长石含量约为 15%,呈短柱状,部分表面较脏,负低突起,聚片双晶发育,发生较强泥化及绢云母化。条纹长石含量约为 40%,呈短板状,表面浑浊,负低突起,条纹结构发育,可见与石英交生,部分发生泥化及绢云母化。微斜长石含量约为 8%,呈半自形板状,表面浑浊,负低突起,格子状双晶发育,常见于石英交生形成及形成文
19、象结构,部分沿裂隙发生泥化,绢云母化。次要矿物:黑云母含量约为 6%,呈片状,浅褐黄褐色多色性,正中突起,一组极完全解理,部分发生绿泥石化。次生矿物:绢云母为长石蚀变而来,细小鳞片状集合体。黏土矿物,长石发生泥化而生成。绿泥石,浅绿深绿多色性。锆石含量约为 1%,浅褐色,正极高突起,正延性(图 3)。4地球化学特征 4.1岩石锆石年代学绥化村花岗岩(S-SH-1)共选取 25 粒锆石进行 城市采样点及编号S-SH-1中生代花岗岩晚古生代花岗岩地块界线断裂研究区二连浩特贺根山黑河佳木斯长春蒙古喜桂图-塔源断裂贺根山-黑河断裂索伦-西拉木伦-长春缝合带伊通-舒兰断裂敦化-密山断裂额尔古纳地块兴安地
20、块张广才岭兴凯地块华北克拉通松辽盆地松嫩-张广才岭地块0100 200 kmS-SH-1H-D-3尚志02550 kmNabN嘉荫|牡丹江断裂图1中国东北部构造简图(a)、松辽盆地东部张广才岭中生代岩浆岩分布图(b)(据任永健,2019 修)Fig.1(a)Structural diagram of northeast China and(b)distribution of mesozoic magmatic rocks in Zhangguangcai range,Eastern Songliao basin48西北地质NORTHWESTERN GEOLOGY2024 年UPb 同位素测试,
21、所选锆石多为无色和淡褐色,呈半透明透明状,粒径为 100150 m,长宽比大多为1112,锆石颗粒普遍为自形长柱状。阿城区花岗岩(H-D-3)共选取 30 粒锆石进行 UPb 同位素测试,所 选 锆 石 多 为 无 色,呈 半 透 明 透 明 状,粒 径 为80150 m,长宽比大多为 1111.5,部分锆石颗粒破碎,晶型不完整,呈短柱状。岩浆成因锆石具有振荡生长环带的特征,在 CL图(图 4、图 5)中 2 件样品所选取的锆石均呈现明显的振荡生长环带,揭示为典型岩浆锆石。少部分锆石在透射光下可见裂缝。通过测算样品锆石的 Th/U 值可以判断锆石的形成原因,通常来讲变质成因锆石 Th/U 值较
22、小,一般为0.1,岩浆成因锆石 Th/U 值较大,一般为0.4(Ru-batto et al.,2000;Mller et al.,2003;吴元保等,2004;俞胜等,2023)。绥化村花岗岩的 25 粒锆石中,锆石的Th/U 值为 0.401.12,其中只有点号 S-SH-1-029 样品的 Th/U 值为 0.4,其余样品 Th/U 值均大于 0.4,占比为 96.0%(表 1)。阿城区花岗岩的 30 粒锆石品中,锆石的 Th/U 值为 0.391.09,其中只有点号 H-D-3-021和 H-D-3-030 号样品的 Th/U 值小于等于 0.4,其余样品 Th/U 值均大于 0.4,
23、占比为 93.3%(表 2)。由此,从Th/U 值判断,样品中的锆石为岩浆成因,和所采样品为花岗岩判断吻合。绥 化 村 花 岗 岩 锆 石206Pb/238U 年 龄 为 172.0 a1BtPIPthPthPIBtBtBtQQQQQQ23456b200 m200 m200 m200 m200 m200 m1、2、3.单偏光;4、5、6.正交偏光;Bt.黑云母,褐色深褐色极明显多色性;Q.石英,表面干净,呈他形粒状;Pl.斜长石,聚片双晶发育;Pth.条纹长石图2绥化村花岗岩(S-SH-1)手标本照片(a)和含黑云母中细粒花岗岩镜下特征(b)Fig.2(a)Hand specimen phot
24、o of Suihuacun granite(S-SH-1)and(b)microscopic characteristics of mediumgrained granitecontaining biotite aQQBtBtQQPthSerSerPthPIPIPIPIQQPthPthPthPthcebdf200 m200 m200 m200 m200 m200 ma、c、e.单偏光;b、d、f.正交偏光;Pth.条纹长石,表面可见明显条纹,与长石交生构成文象结构;Q.他形粒状石英颗粒,表面干净,干涉色一级灰白,黑云母多色性明显,可见一组完全解理;Pl.斜长石表面浑浊发生了泥化及绢云母化,可
25、见聚片双晶以及卡式双晶发育;Bt.黑云母;Ser.绢云母图3阿城区花岗岩(H-D-3)含黑云母花岗岩镜下特征Fig.3Microscopic characteristics of biotite granite(H-D-3)inAcheng district第 2 期刘昊等:松辽盆地东部地区花岗岩地球化学特征及其地质意义49 186.0 Ma。在 UPb 年龄谐和图(图 6)中,投点均集中在谐和线上及其附近,206Pb/238U 加权平均年龄为(179.31.5)Ma(n=25,MSWD=0.88),代表绥化村花岗岩形成于早侏罗世末期。阿城区花岗岩处锆石206Pb/238U 年龄为 170.8
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