王　鍵, 李碧樂, 孫豐月(吉林大學 地球科學學院, 吉林 長春 130061)

吉南集安金廠溝金礦區(qū)晚三疊世黑云母閃長巖和正長花崗巖的年齡、巖石成因及其構造意義

王鍵, 李碧樂*, 孫豐月
(吉林大學 地球科學學院, 吉林 長春 130061)

本文報道了吉林南部金廠溝礦區(qū)黑云母閃長巖和正長花崗巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡、鋯石Hf同位素和巖石地球化學資料, 以確定該區(qū)巖體的形成時代、源區(qū)性質和構造背景。黑云母閃長巖和正長花崗巖的鋯石U-Pb年齡分別為221.5±1.1 Ma和227.4±1.9 Ma, 表明巖體形成于晚三疊世。正長花崗巖富硅、鋁、堿和貧鈣、鈉、鎂及鐵, 稀土元素配分曲線為右傾型, 微量元素蛛網圖上表現為大離子親石元素(Rb、Ba、K)富集和高場強元素(Nb、Ta、Ti)及P虧損, 鋯石εHf(t)介于–15.3～ –9.0之間, Hf二階段模式年齡(tDM2)介于1.83～2.22 Ga之間。以上特征表明, 該期正長花崗巖為準鋁質?過鋁質鉀玄巖系列, 與 S型花崗巖特征相似, 巖漿起源于古元古代長英質下地殼在低壓環(huán)境下的部分熔融。黑云母閃長巖具有富硅、鋁、鉀、鈉和貧鎂的特點, 稀土元素配分曲線為右傾型, 微量元素蛛網圖上表現為富集大離子親石元素Rb、Ba、K 及活潑的不相容元素 Th和 U, 相對虧損高場強元素 Nb、Ta、P和 Ti, 具有高 Sr(735×10–6～1560×10–6), 低Yb(0.92×10–6～1.23×10–6)的特征。鋯石εHf(t)為–12.9～ –8.5, 二階段Hf模式年齡(tDM2)為1.82～2.07 Ga。結合前人研究成果,認為黑云母閃長巖起源于深部的古元古代鎂鐵質下地殼的部分熔融。綜合分析吉南地區(qū)已有的年代學資料和區(qū)域構造研究成果, 認為吉南中生代巖漿作用主要發(fā)生在晚三疊世、早中侏羅世和早白堊世, 與遼東和膠東地區(qū)具有相同的年代學格架并構成一條北東向巖漿巖帶。吉南地區(qū)晚三疊世黑云母閃長巖和正長花崗巖是揚子板塊與華北板塊碰撞拼合的產物。

吉林南部; 晚三疊世; 黑云母閃長巖; 正長花崗巖; 鋯石U-Pb年代學; 地球化學; Hf同位素

0　引　言

中生代以來在華北克拉通發(fā)生大規(guī)模的巖漿作用, 巖石圈發(fā)生破壞與減薄(吳福元和孫德有, 1999)。對于中生代巖漿活動, 華北克拉通大部分地區(qū)(遼東, 魯西, 燕山等)已經取得了豐富的成果, 并建立起精細的年代學格架, 但對于華北克拉通北東地區(qū)——吉林南部巖漿活動的研究程度相對較低。中生代巖漿活動的期次、巖漿源區(qū)性質和巖漿作用的動力學背景是受控于西伯利亞與華北板塊的碰撞作用、還是華南板塊向華北板塊的俯沖作用依舊不明確。為提高對以上問題的認識, 本文選取吉林南部集安地區(qū)金廠溝礦區(qū)黑云母閃長巖和正長花崗巖作為研究對象, 對其開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學、鋯石Hf同位素和巖石地球化學研究, 并結合前人研究成果探討吉林南部地區(qū)中生代巖漿事件及其形成的地球動力學背景。

圖1　中國東北地區(qū)地質簡圖(a, 據Wu et al., 2007)和金廠溝礦區(qū)地質圖(b, 據關鍵, 2005)Fig.1　Simplified geological map of Northeast China (a) and the Jinchanggou gold orefield (b)

1　地質背景

研究區(qū)大地構造位置位于華北克拉通東北緣(圖 1a), 遼吉古元古造山帶中部。北部以西拉木倫河-長春-延吉一線與興蒙造山帶相鄰, 東接朝鮮半島, 南部毗鄰遼東半島, 敦密斷裂(郯廬斷裂北延部分的分支)、鴨綠江斷裂分別從該區(qū)西北部與東南部經過。區(qū)內結晶基底主要由古元古界集安群及老嶺群和花崗巖(路孝平等, 2004)組成(圖1)。集安群和老嶺群主要由大理巖、變粒巖、云母片巖、斜長角閃巖、石英巖和石英片巖組成, 蓋層由巨厚的震旦紀-古生代沉積地層及中新生代火山-沉積地層組成(吉林省地質礦產局, 1989)。除上述地質體以外, 區(qū)內還發(fā)育中生代中酸性侵入巖, 主要有三疊紀黑云母閃長巖、三疊紀正長花崗巖、三疊紀花崗斑巖。其中黑云母閃長巖侵入蝦蠓溝–四道陽岔背斜核部古元古代地層之中, 出露面積 16 km2, 屬于復式巖體,顯示多期侵入的特點, 巖體由內到外可劃分為閃長巖相, 黑云母閃長巖相, 含輝石閃長巖相。在閃長巖體內部沿節(jié)理和裂隙可見強烈的礦化和蝕變, 巖體內部閃長巖鋯石U-Pb年齡為238±1 Ma, 本次測得金廠溝附近出露黑云母閃長巖體鋯石 U-Pb年齡為221.4±0.5 Ma。該巖體南部有金廠溝金礦和西岔金銀礦(圖 1b)。朱聰等(2012)認為閃長巖體為這些金礦床的形成提供了熱動力源, 但本次測年研究表明, 此巖體為成礦前巖體, 僅作為礦床的賦礦圍巖。三疊紀正長花崗巖體出露于黑云母閃長巖體東北側, 出露面積為 6 km2。礦區(qū)內脈巖類型較多,主要有花崗斑巖、閃長玢巖和輝綠玢巖等。近年來, 國內學者獲得部分中生代花崗巖鋯石U-Pb年齡, 顯示中生代以來吉南地區(qū)巖漿的侵入活動主要集中于晚三疊世、早中侏羅世和早白堊世(路孝平等, 2003; 孫德有等, 2005; 裴福萍等, 2005; 秦亞等, 2012)。

2　巖相學特征及樣品描述

本文鋯石定年測試樣品黑云母閃長巖 JCG-1采自巖體南部金廠溝礦床附近(41°23′10″N, 125°46′48″E)。巖石呈灰黑色, 細粒結構, 塊狀構造, 主要礦物成分包括斜長石(50%～60%)、黑云母(15%～20%)、角閃石(5%～10%)、正長石(5%)和少量石英。斜長石為自形半自形結構, 可見聚片雙晶, 粒度為0.4～0.6 mm;黑云母呈褐色, 半自形-它形, 粒度 0.3～0.5 mm; 石英(5%～10%)為它形粒狀, 充填于板狀斜長石之間;角閃石(5%～10%), 單偏光下呈綠色, 自形-半自形,粒度 0.5～1 mm; 正長石(5%), 它形粒狀, 粒度 0.2～ 0.4 mm, 可見聚片雙晶; 以及少量石英; 副礦物有少量鋯石、榍石、磁鐵礦等(圖2a、b)。

正長花崗巖體位于黑云母閃長巖體東北側, 出露面積為 6 km2。被測樣品 JCG-2(41°25′02″N, 125°48′50″E)為正長花崗巖。巖石呈淺紅色, 主要成分包括條紋長石(70%)、石英(25%)和少量斜長石(5%)。條紋長石呈它形粒狀, 發(fā)育條紋結構, 局部有黏土化, 粒度 0.2～0.5 mm; 石英為它形粒狀, 一級灰干涉色、粒度0.2～0.5 mm。副礦物主要有磷灰石、鋯石等(圖2c、d)。

圖2　研究區(qū)晚三疊世黑云母閃長巖(a, b)和正長花崗巖(c, d)的顯微照片(正交偏光)Fig.2　Microphotographs of the Late Triassic intrusive rocks

3　測試方法

3.1鋯石LA-ICP-MS年代學分析

鋯石挑選在河北省廊坊區(qū)域地質調查研究所實驗室利用標準重礦物分離技術分選完成。在雙目鏡下仔細挑純, 將不同特征的鋯石粘在雙面膠上, 并用無色透明的環(huán)氧樹脂固定, 待其固化之后, 將其表面拋光大致至鋯石中心。在原位分析前, 通過反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像仔細研究鋯石晶體的形態(tài)與內部結構特征, 以選擇最佳分析點。鋯石制靶、反射光、陰極發(fā)光以及鋯石U-Pb年齡測定在西北大學大陸動力學國家重點實驗室進行。本次測試采用的激光剝蝕束斑直徑為 32 μm, 激光剝蝕深度為20～40 μm。實驗中采用 He作為剝蝕物質的載氣。鋯石年齡采用國際標準鋯石 91500作為外標, 元素含量采用NIST SRM610作為外標,29Si作為內標元素, 標準鋯石91500中SiO2含量為32.8% (袁洪林等, 2003), 分析方法見文獻Yuan et al. (2004)。樣品的同位素比值及元素含量計算采用 ICP-MS-DATECAL程序(Liu et al., 2008; 2010), 年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot3.0程序(Ludwig, 2003)。

3.2鋯石Lu-Hf同位素分析

LA-MC-ICP-MS鋯石 Hf同位素測試是在中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室Coherent GeoLas Pro型UP193紫外激光剝蝕系統和Thermo Finngan Neptune型多接收等離子質譜上進行的, 實驗過程中采用 He氣作為剝蝕物質載氣, 根據鋯石大小, 剝蝕直徑采用44 μm或60 μm, 測定時使用鋯石國際標樣GJ-1作為參考物質, 所選分析點與U-Pb定年分析點位置相近或相同。Neptune質譜運行條件及詳細分析流程見侯可軍等(2007)。分析過程中鋯石標準 GJ-1的176Hf/177Hf 測試加權平均值為 0.282011±24(2SD, n=13), 與文獻報道值(侯可軍等, 2007; Elhlou et al., 2006)在誤差范圍內一致。

3.3巖石地球化學測試

樣品的主量、微量和稀土元素測試均由廣州澳實礦物實驗中心完成。首先將待測樣品在65 ℃左右低溫干燥24 h, 之后破碎, 經多次手工縮分出300 g均勻樣品在振動研磨機上研磨至 200目以備分析測試。主量元素由荷蘭PANalytical生產的Axios儀器利用熔片 X-射線熒光光譜法(XRF)測定, 并采用等離子光譜和化學法測定進行互相檢測, 分析精度和準確度優(yōu)于 5%。微量元素和稀土元素采用美國PerkinElmer公司生產的 Elan9000型電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)測定, 微量和稀土元素分析精度和準確度優(yōu)于10%。

4　測試結果

4.1鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學

CL圖像顯示, 黑云母閃長巖中鋯石主要為長柱狀和短柱狀, 少數呈粒狀和不規(guī)則狀, 鋯石長徑為100～200 μm。多數鋯石自形程度較好, 具有韻律環(huán)帶結構, 顯示其巖漿成因(圖3a)。測試結果表明: 18顆鋯石的 U(98.1×10–6～381×10–6)和 Th(88.6×10–6～ 587×10–6)含量較高, Th/U比值為0.48～1.54>0.4(表1)。在鋯石 U-Pb年齡諧和圖(圖 4a)中, 所有數據點均落在諧和線上及其附近, 18個測點的206Pb/238U加權平均年齡為221.5±1.1 Ma, MSWD=0.36。

圖3　集安金廠溝黑云母閃長巖(a, JCG-1)和正長花崗巖(b, JCG-2)鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3　Cathodoluminescence images of analyzed zircon grains from the Jinchanggou biotite diorite and syenogranite

正長花崗巖中的鋯石晶形較好, 主要呈長柱狀和短柱狀, 少數為粒狀, 長徑為 100～200 μm, 均發(fā)育有振蕩環(huán)帶(圖3b)。29個測點結果表明(表1): 鋯石的U(65.0×10–6～273×10–6)和Th(23.8×10–6～246× 10–6)含量較高, Th/U比值為0.50～0.90>0.4。在鋯石U-Pb年齡諧和圖(圖4b)中所有數據均落在諧和線上及其附近, 29個測點的206Pb/238U 加權平均年齡為227.4±1.9 Ma, MSWD=0.51。

表1　金廠溝黑云母閃長巖和正長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結果Table 1　 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Jinchanggou biotite diorite and syenogranite

圖4　集安金廠溝黑云母閃長巖(a)和正長花崗巖(b)鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4　U-Pb concordia ages of the biotite diorite (a) and syenogranite (b) in the Jinchanggou orefield

表2　金廠溝黑云母閃長巖和正長花崗巖的鋯石Hf同位素分析結果Table 2　Zircon Hf isotopic compositions of the Jinchanggou biotite diorite and syenogranite

4.2Lu-Hf同位素分析結果

對上述 U-Pb年齡測定的樣品進行鋯石 Lu-Hf同位素測試, 所選測試點與U-Pb年齡測定位置相同或相近, 結果見表 2。黑云母閃長巖中鋯石的176Lu/177Hf比值為 0.000349～0.003175, fLu/Hf值為–0.99～–0.90,低于上地殼(176Lu/177Hf=0.0093, fLu/Hf= –0.72, Vervoort and Patchett, 1996)的值。鋯石的176Hf/177Hf比值為0.282274～0.282400, 根據原位206Pb/238U年齡計算所獲得的 εHf(t)值為–12.9～ –8.5, Hf兩階段模式年齡tDM2=1.82～2.07 Ga。正長花崗巖中鋯石的176Lu/177Hf比值為 0.001017～0.001727, fLu/Hf值為–0.97～ –0.95,同樣低于上地殼相應的值。測得的鋯石176Hf/177Hf比值為 0.282200～0.282376, 原位206Pb/238U年齡位置所獲得的εHf(t)為–15.3～ –9.0, Hf兩階段模式年齡tDM2=1.83～2.22 Ga。

續(xù)表2:

4.3巖石地球化學特征

4.3.1主量元素特征

黑云母閃長巖分析結果(表3)顯示, 樣品的SiO2含量為 54.86%～63.01%, Al2O3含量為 15.70%～ 16.55%, K2O 含量為 2.65%～3.89%, Na2O 含量為3.99%～4.77%, K2O/Na2O=0.56～0.97, CaO含 量3.05%～4.90%, MgO含量較低為 2.79%～4.67%。在SiO2-(Na2O+K2O)圖解中(圖 5a), 大部分樣品落入亞堿性范圍內。在SiO2-K2O圖解中(圖5b), 樣品大部分落入高鉀鈣堿性系列范圍內, 少部分落入鉀玄巖系列范圍內。鋁指數A/CNK=0.84～0.96, 在A/CNKA/NK圖解中(圖5c)落入準鋁質范圍內。

正長花崗巖主量元素分析結果(表 3)表明, 樣品的 SiO2含量為 71.58%～72.74%, Al2O3含量為10.89%～13.09%, CaO含量1.41%～2.85%, MgO含量較低為0.47%～0.56%, K2O+Na2O=6.11%～6.68%, 其中K2O (6.03%～5.55%)明顯大于Na2O含量(0.08%～ 0.13%), K2O/Na2O比值遠大于 1。在 SiO2-(Na2O+ K2O)圖解中(圖 5a), 樣品全部落入亞堿性系列。在SiO2-K2O圖解中(圖 5b), 樣品落入鉀玄巖系列范圍內。鋁指數A/CNK為0.75～1.32, 平均值為1.04, 在A/CNK-A/NK圖解中(圖 5c)樣品落入準鋁質-過鋁質范圍內, 顯示為過準鋁質-鋁質花崗巖。

4.3.2微量元素特征

金廠溝黑云母閃長巖稀土總量含量較高(ΣREE=176.97×10–6～317.27×10–6, 平均 199.37×10–6), 球粒隕石標準化稀土元素(REE)配分曲線模式相近(圖6a), 表明其具有同源演化的特點。所有樣品均富集輕稀土(LREE), 相對虧損重稀土(HREE), 輕重稀土元素分餾明顯(LREE/HREE=15.94～24.57, (La/Yb)N= 24.61～43.09)。具弱負 Eu異常(δEu=0.78～0.95)。在原始地幔標準化微量元素蛛網圖中(圖 6b), 富集大離子親石元素Rb、Ba、K及活潑的不相容元素Th和U, 相對虧損高場強元素Nb、Ta、P和Ti, 具有高 Sr(735×10–6～1560×10–6), 低 Yb(0.92×10–6～1.23× 10–6)的特征。

圖5　金廠溝黑云母閃長巖和正長花崗巖TAS圖解(a, 據Irvine and Baragar, 1971)、SiO2-K2O 圖解(b, 據Peccerillo and Taylor, 1976)和A/CNK-A/NK圖解(c,據Maniar and Piccoli, 1989)Fig.5　Total alkali vs. SiO2(a), SiO2vs. K2O (b) and A/CNK vs. A/NK (c) diagrams for the Jinchanggou biotite diorite and syenogranite

正長花崗巖的稀土元素總量ΣREE=177.71× 10–6～242.53×10–6, 平均 212.38×10–6, 樣品的具有相似的稀土元素配分曲線模式(圖 6a), 表現出同源巖漿演化的特點。樣品富集LREE, 虧損HREE, 輕重稀土元素分餾相對黑云母閃長巖較弱(LREE/HREE= 5.56～9.53, (La/Yb)N=6.33～10.12), 具明顯的Eu負異常(δEu=0.55～0.63)。原始地幔標準化微量元素蛛網圖(圖6b) 顯示, 樣品富集大離子親石元素, 如Ba、Rb、K和較活潑的不相容元素Th, 高場強元素Ti、P明顯虧損, Nb、Ta具有弱虧損, Sr負異常(Sr=58.5× 10–6～113.5×10–6), 高 Yb(2.97×10–6～3.91×10–6), 與黑云母閃長巖明顯不同。

5　討　論

5.1巖漿源區(qū)及巖石成因

金廠溝黑云母閃長巖主量元素分析結果顯示,其富硅、鋁、鉀、鈉, 貧鈣、鐵和鎂, K2O/Na2O<1, A/CNK<1, 結合礦物成分中含有大量角閃石, 顯示其具有 I型花崗巖的特點, 巖漿應起源于火成巖的部分熔融作用(Taylor and McLennan, 1985; Hofmann, 1988)。巖石具有高Sr(735×10–6～1560×10–6), 低Yb(0.92×10–6～1.23×10–6), 無明顯 Eu異常及陡傾的REE分布特征, 與埃達克巖(張旗等, 2010)特點相似,表明巖漿巖源區(qū)與其平衡的殘留相礦物為石榴子石,對應的形成深度>50 km, 壓力>1.5 GPa(張旗等, 2011)。Rb/Sr比值(0.05～0.14)和 Rb/Nb比值(5.11～ 11.59)接近或高于全球上地殼平均值(0.32和 4.5) (Taylor and McLennan, 1985), 反應出殼源的特點。黑云母閃長巖 εHf(t)為負值(–12.9～ –8.5), 大部分數據位于Vervoort et al. (1996)的“地殼系列”范圍內。在t-εHf(t)圖解(圖7)上, 數據點均落于古老地殼Hf同位素演化線上, 相對集中, Hf兩階段模式年齡在1.82～2.07 Ga范圍內。由上述分析推測, 古元古代加厚下地殼物質的部分熔融很可能是本區(qū)黑云母閃長巖的重要形成機制。

金廠溝正長花崗巖主量元素分析結果顯示其具有富硅、鉀、鋁, 貧鈉、鈣、鎂和鐵的特征, K2O/Na2O值遠大于1, 另外依據Chappell (1999)總結的澳大利亞拉克倫造山帶中S型與I型花崗巖的SiO2-P2O5相關關系, 對于酸性S型花崗巖, 當 SiO2>70%時, 大多數S型花崗巖的P2O5>0.1%, 而對于 I型花崗巖, P2O5<0.05%。金廠溝花崗巖的SiO2含量在71.58%～ 72.74%, P2O5含量較高為 0.12%～0.15%大于 0.1%,以上特征表明金廠溝正長花崗巖屬于 S型花崗巖,其原始巖漿應起源于地殼沉積巖的部分熔融(Taylor and McLennan, 1985; Hofmann, 1988)。從稀土元素配分曲線和微量元素蛛網圖(圖6a、b)中可以看出, 稀土元素配分曲線為右傾型, 重稀土含量較高, 輕重稀土元素分餾不明顯。巖石具有低 Sr(58.5×10–6～ 114×10–6)、高Yb(2.97×10–6～3.91×10–6)和Eu的負異常及平坦的HREE分布特征, 與浙閩型花崗巖(張旗等, 2010)具有相同的特點, 暗示巖漿源區(qū)殘留相為斜長石, 且無石榴子石殘留相, 說明其形成于正常的地殼深度(壓力<1.0 GPa, 深度約30～40 km; 張旗等, 2011)。Rb/Sr比值(1.63～3.45)和 Rb/Nb比值(6.46～7.82)都高于全球上地殼平均值(0.32和 4.5) (Taylor and McLennan, 1985), 反應出殼源的特點。正長花崗巖 εHf(t)為負值(–15.3～ –9.0), 大部分數據位于Vervoort et al. (1996)的“地殼系列”范圍內。在t-εHf(t)圖解(圖5)上, 數據點均落于古老地殼Hf同位素演化線上, 相對集中, Hf兩階段模式年齡在1.83～2.22 Ga范圍內。由上述分析推測, 古元古代長英質下地殼物質的部分熔融很可能是本區(qū)正長花崗巖的重要形成機制。由于未發(fā)現幔源特征的高εHf(t)鋯石, 本文認為基本沒有新生地幔物質參與正長花崗巖的形成。

圖 6　金廠溝黑云母閃長巖和正長花崗巖稀土元素配分模式(a, 球粒隕石值據 Boynton, 1984)和微量元素蛛網圖(b, 原始地幔值據Sun and McDonough, 1989)Fig.6　Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for the Jinchanggou biotite diorite and syenogranite

圖 7　金廠溝閃長巖體和花崗巖體鋯石的 εHf(t)-t圖解(Yang et al., 2006)Fig.7　εHf(t) vs. t plot for the Jinchanggou biotite diorite and syenogranite

5.2吉林南部地區(qū)巖漿巖年代學格架

通過收集前人發(fā)表的高精度鋯石 U-Pb年齡并結合作者所獲得的部分數據, 大體可以勾畫出吉林南部地區(qū)中生代花崗質巖漿作用的年代學格架。根據這些結果基本可以將該區(qū)的中生代巖漿作用劃分為3期: 晚三疊世(227～203 Ma)、早中侏羅世(181～ 173 Ma)和早白堊世(134～118 Ma)。晚三疊世巖體在吉林地區(qū)臨江東部、通化南部以及本次集安地區(qū)識別出(裴福平等, 2005; 路孝平等, 2003)與遼東地區(qū)晚三疊世花崗巖(吳福元等, 2005)和膠東石島甲子山正長巖(林景遷等, 1992; Chen et al., 2003)共同構成了一條北東?南西方向展布的晚三疊世火成巖帶。早中侏羅世巖體分布范圍較小, 該時代巖體發(fā)現于吉林南部荒山溝地區(qū)(孫德有等, 2005; 秦亞等, 2013),這與遼東地區(qū)膠東地區(qū)侏羅紀花崗巖可以完全對比(吳福元等, 2005)。對于早白堊世巖漿巖, 在通化赤柏松和集安綠水橋均有該時代巖體的年齡報道(裴福平等, 2005; 秦亞等, 2012), 集安金廠溝長石斑巖和閃長玢巖均形成于早白堊世(課題組未發(fā)表數據)。由于研究程度較低, 對本區(qū)巖漿巖的年齡構架還需進一步研究, 但從已經發(fā)表的高精度測年結果來看,本區(qū)中生代巖漿巖與遼東地區(qū)和膠東地區(qū)年齡構架基本一致(吳福元等, 2005), 共同構成了一條北東向中生代巖漿巖帶, 暗示他們具有相同的地球動力學背景。

5.3晚三疊世巖體形成的構造背景

前人曾識別出吉林南部地區(qū)印支期巖漿巖, 如岔信子巖體、小葦沙河巖體、龍頭巖體和螞蟻河巖體, 巖性由基性至中酸性, 表明該區(qū)存在印支期巖漿事件。由于吉南地區(qū)該時期所處的特殊構造位置,其巖漿巖形成的地球動力學機制可能為: (1)北部西伯利亞板塊與華北板塊拼合碰撞的產物; (2)南部揚子與華北板塊俯沖碰撞的產物。古亞洲洋于晚古生代末期(250～240 Ma)沿西拉木倫河?長春?延吉一線發(fā)生閉合(孫德有等, 2005; 李鵬武等, 2009; 郭鋒等, 2009; 鄧勝徽等, 2009), 華北板塊與西伯利亞板塊之間的碰撞時間可以延至早三疊世(Zhang et al., 2004; 李錦軼等, 2004), 在碰撞后伸展背景下形成一條形成時代 250～208 Ma近東西向展布的堿性巖帶(閻國瀚等, 2000)。然而吉林南部地區(qū)金廠溝晚三疊世巖體、與遼南地區(qū)晚三疊世花崗巖(林景仟等, 1992; 吳福元等, 2005; Yang et al., 2007)和膠東石島甲子山正長巖(林景仟等, 1992; Chen et al., 2003)共同構成一條 NE向展布的巖漿巖帶, 說明本區(qū)晚三疊世巖漿巖與西伯利亞板塊和華北板塊的碰撞拼合無關。近年來學者們對大別?蘇魯造山帶的東延問題做了大量研究工作, 取得以下認識: 首先, 在吉黑東部延邊地區(qū)和那丹哈達地區(qū)識別出在三疊紀及以前的地層中均發(fā)育典型的特提斯構造域生物組合(Mizutani et al., 1986; 張慶龍等, 1989; 吉林省地質礦產局, 1989; 黑龍江省地質礦產局, 1993)。延邊地區(qū)位于興凱地塊西側, 三疊紀前后興凱地塊與華北板塊拼貼碰撞, 而佳木斯地塊與興凱地塊前寒武紀具有相同的演化歷史, 由于敦?密斷裂的左行平移使兩地塊錯移至現今位置, 表明興凱地塊、佳木斯地塊應來源于揚子板塊, 而那丹哈達位于佳木斯地塊東側, 應為侏羅紀?白堊紀時期古太平洋板塊向亞洲大陸俯沖形成的加積雜巖帶; 其次, 延邊地區(qū)加積雜巖與大別?蘇魯造山帶加積楔雜巖可以進行對比, 加積雜巖代表了揚子板塊向華北板塊俯沖過程中的產物(周建波等, 2005); 第三, 大別?蘇魯超高壓變質帶第二次快速折返的時間為 220～180 Ma (王清晨和林偉, 2002)與吉南?遼東?膠東NE向巖漿巖帶的形成時間是一致的。在吉林南部早白堊世赤柏松輝長巖、晚三疊鬧枝溝火山巖和遼南在白堊世輝長巖、晚三疊輝綠巖中新元古代捕獲鋯石的存在,說明吉南?遼南地區(qū)在晚三疊世?早白堊存在揚子板塊基底物質(楊進輝等, 2004; Pei et al., 2006; 苗來成等, 2009), 因為新元古代巖漿事件在揚子板塊廣泛發(fā)育, 而在華北板塊中很少發(fā)現(鄭永飛, 2003)。在徐淮地區(qū)發(fā)現的榴輝巖包體巖石學和地球化學特征與大別?蘇魯地區(qū)的榴輝巖一致(許文良等, 2002),這表明揚子板塊沿郯廬斷裂向華北板塊發(fā)生斜向俯沖作用(Zhang et al., 2004); 最后, 大別?蘇魯超高壓變質帶向東經渤海至朝鮮半島位于臨津江造山帶(Yin and Nie, 1993; Li, 1994); 周建波等(2005)厘定了華北與揚子板塊東部縫合線位置應為郯廬?鴨綠江?圖們江?延吉斷裂, 控制了我國北方型生物群和南方型生物群的分布(劉先文等, 1994; 劉先文和崔天日, 1996), 且發(fā)育大規(guī)模的火山活動。郯廬?鴨綠江?圖們江?延吉斷裂正穿過膠東遼東吉南地區(qū), 故該區(qū)北東向印支期巖漿巖應是華北與華南板塊俯沖碰撞后的伸展背景有關。

6　結　論

(1) 金廠溝黑云母閃長巖和正長花崗巖的鋯石U-Pb年齡分別為221.5±1.1 Ma和227.4±1.9 Ma, 表明其均形成于晚三疊世。

(2) 金廠溝晚三疊世正長花崗巖屬于 S型花崗巖, 具有強烈虧損的 Sr和明顯的負 Eu異常以及平坦的 HREE分布特征; 其εHf(t)值均為較高的負值(–15.3～ –9.0), Hf二階段模式年齡為2.22～1.83 Ga,表明巖漿源區(qū)為富集斜長石且無石榴子石殘留的淺部古元古代沉積巖地殼。黑云母閃長巖屬于 I型花崗巖, 具有高Sr, 低Yb的特征。鋯石εHf(t)值為較高的負值(–12.9～ –8.5), 二階段 Hf模式年齡(tDM2)為1.82～2.07 Ga。表明黑云母閃長巖體起源于深部的古元古代鎂鐵質下地殼的部分熔融。

(3) 吉南地區(qū)與遼東和膠東具有相同的中生代巖漿作用年代學格架, 它們共同構成一條北東向延伸的中生代巖漿巖帶。吉南金廠溝等晚三疊世巖體是華北與華南板塊碰撞拼合在本區(qū)的響應。

致謝: 野外工作得到了萬國黃金公司的大力支持;鋯石 U-Pb年齡測定在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成; 鋯石Hf同位素測試在中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成; 巖石主量和微量元素測試均由廣州澳實礦物實驗中心完成。兩位審稿人提出了許多建設性的意見, 作者受益匪淺, 在此表示衷心的感謝。

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Age, Petrogenesis and Tectonic Implication of Late Triassic Granitoids in Jinchanggou Orefield, Southern Jilin Province

WANG Jian, LI Bile*and SUN Fengyue
(College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China)

This paper reports zircon U-Pb dating, geochemical and Hf isotope data of the biotite diorite and syenogranite at the Jinchanggou gold orefield in southern Jilin, NE China. Zircon grains from the biotite diorite and syenogranite are euhedral-subhedral prisms, display oscillatory- zoning, and have Th/U ratios ranging from 0.48 to 1.54, indicating a magmatic origin. Zircon U-Pb dating results indicate that both the biotite diorite and syenogranite were formed in the Late Triassic. The syenogranite has SiO2=71.58% ? 72.74%, Al2O3=10.89% ? 13.09%, K2O=6.03% ? 5.55%, (K2O+Na2O)= 6.11% ? 6.68%, A/CNK=0.75 ? 1.32, and Ca, Mg, and Fe are low. The syenogranite is characterized by right-dipping chondrite- normalized REE patterns, with LREE/HREE=5.56 ? 9.53, (La/Yb)N=6.33 ? 10.12 and δEu=0.55 ? 0.63. In trace element spider diagram, large ion lithophile elements (LILEs), such as Rb, Ba and K are enriched, and high field strength elements (e.g. Nb, Ta and Ti) and P are depleted. The syenogranite has low Sr concentration of 58.5×10–6to 113.5×10–6and high Yb of 2.97×10–6to 3.91×10–6. The zircon grains from the syenogranite have εHf(t) values of –15.3 to –9.0, and two-stage model ages of 1.83 Ga to 2.22 Ga. These data suggest that the syenogranite belongs to peraluminous shoshonitic series, which is generally similar to S-type granite. Thus, we conclude that the primary magma of the syenogranite was likely derived from partial melting of felsic lower crust. The biotite diorite have SiO2=54.86% ? 63.01%, Al2O3=15.70% ?16.55%, (K2O+Na2O)=6.64% ? 8.66%, A/CNK=0.84 ? 0.96, CaO=3.05% ? 4.90% and MgO=2.79% ? 4.67%. The biotite diorite is characterized by right-dipping chondrite-normalized REE patterns, with LREE/HREE=15.94 ? 24.57, (La/Yb)N=24.61 ? 43.09, δEu=0.78 ? 0.95. Large ion lithophile elements (LILEs), such as Rb, Ba and K are enriched, while the high field strength elements (e.g. Nb, Ta and Ti) and P are depleted. The biotite diorite has high Sr=735×10–6?1560×10–6, and low Yb=0.92×10–6? 1.23×10–6. The εHf(t) values of zircon grains from the biotite diorite range from –12.9 to –8.5, and their Hf two-stage model ages vary from 1.82 Ga to 2.07 Ga. Based on the characteristics mentioned above, it is concluded that the primary magma of the biotite diorite is likely derived from partial melting of mafic crustal materials. In combination with the published data, the Mesozoic magmatism in Southern Jinlin has chronological framework similar to that of Eastern Liaoning and Eastern Shandong peninsula, meaning that plutons in the three areas constitute a NE-trending Mesozoic magmatic belt. Considering the tectonic history, we propose that that the formation of the Late Triassic plutons was related to the collision the Yangtze and North China cratons.

southern Jilin province; Late Triassic pluton; biotite diorite; syenogranite; zircon U-Pb geochronology; geochemistry; Hf isotope

P595; P597

A

1001-1552(2016)05-1092-015

10.16539/j.ddgzyckx.2016.05.015

2014-04-12; 改回日期: 2014-10-19

項目資助: 吉林省科技發(fā)展計劃重點項目(20100445)和國家自然科學基金項目(41272093)聯合資助。

王鍵(1987–), 男, 博士研究生, 巖石學、礦物學、礦床學專業(yè)。Email: wjian118@hotmail.com

李碧樂(1965–), 男, 博士, 教授, 主要從事熱液礦床及礦田構造研究工作。Email: lbl66@sina.com