孫永剛，王聚勝，張輝，詹天宇，殷大分

1.吉林大學地球科學學院，長春130061；2.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，長春130061

0 引言

吉林中部位于松嫩—張廣才嶺地塊東緣[1]，興蒙造山帶東段(圖1a)。在古生代期間，其構(gòu)造體系受控于古亞洲洋的演變[2, 3]，隨著古亞洲洋的持續(xù)俯沖收縮，各微陸塊先后發(fā)生碰撞拼貼[4, 5]，一直到晚二疊世—中三疊世古亞洲的最終閉合[6--8]，隨之轉(zhuǎn)入大陸碰撞造山、陸內(nèi)造山以及造山后伸展減薄的構(gòu)造環(huán)境[1, 9]，同時，構(gòu)造體系逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)太平洋構(gòu)造體系，但中國東北地區(qū)古亞洲洋構(gòu)造體系向環(huán)太平洋構(gòu)造體系轉(zhuǎn)換的時間與機制存在爭論，這一直是地學界的熱點問題之一。

因此，對于東北地區(qū)晚三疊世構(gòu)造演化受哪種構(gòu)造體系所制約的研究顯得十分重要，目前這一問題主要有以下兩種認識：一部分學者認為晚三疊世的構(gòu)造背景與古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用有關(guān)[10--14]；另有學者認為晚三疊世的構(gòu)造背景受華北板塊和興蒙造山帶碰撞拼合后伸展作用的影響[1, 15, 16]。

爭議的關(guān)鍵在于對東北地區(qū)晚三疊世火成巖的構(gòu)造屬性認識不足。因此，筆者研究了吉林中部晚三疊世西砬子溝花崗閃長巖的年齡和巖石地球化學特征，旨在揭示其形成時代及構(gòu)造背景，限定古太平洋構(gòu)造體系向環(huán)太平洋構(gòu)造體系轉(zhuǎn)換的時限，并對古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的起始時間進行制約。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

研究區(qū)位于吉林省中部，大地構(gòu)造位置位于張廣才嶺帶南段[17]，是興蒙造山帶的重要組成部分。夾持于東側(cè)的敦化—密山斷裂和西側(cè)的伊通—依蘭斷裂之間，索倫—西拉木倫—長春—延吉縫合帶以北(圖1a)。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要為晚古生代二疊紀范家屯組、大河深組和楊家溝組，中生代三疊紀四合屯組和侏羅紀南樓山組，以及新生代地層。晚古生代地層為一套中酸性火山巖--陸源碎屑巖--夾碳酸鹽巖沉積建造，三疊系—侏羅系地層主要為一套陸相中酸性火山巖建造。新生代地層主要由第四系沉積物和少量軍艦山組玄武巖組成。

古亞洲洋和環(huán)太平洋兩大構(gòu)造體系的疊加與轉(zhuǎn)換導致本區(qū)侵入巖漿活動強烈頻繁，主要為燕山期侵入巖，由大面積中酸性和零星基性--超基性侵入巖組成，侵入時代主要集中在中生代晚三疊世—早白堊世，其中零星基性--超基性侵入巖形成于晚三疊世(211±1 Ma, 未發(fā)表數(shù)據(jù)),與研究區(qū)南部紅旗嶺銅鎳硫化物礦床鎂鐵質(zhì)--超鎂鐵質(zhì)賦礦侵入巖的成巖時代(～216 Ma)相同[18]，但是該巖體工作程度低，缺乏含礦性評價，在今后的找礦工作中應給予足夠的重視。

西砬子溝花崗閃長巖出露于吉林市松花湖北東側(cè)西砬子溝一帶(圖1b)，呈大小和形狀各不相同的巖株狀產(chǎn)出。巖體侵位于二疊紀范家屯組和大河深組地層中，后又被侏羅紀花崗巖巖體侵入。

野外露頭觀察巖石新鮮面為灰白色，中細?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由石英、鉀長石、斜長石以及少量黑云母組成。石英含量20%±，不規(guī)則粒狀，粒徑1～3 mm，可見波狀消光；斜長石含量50%±，半自形--自形板狀，粒徑1～3 mm，發(fā)育聚片雙晶，個別斜長石表面有弱絹云母化和高嶺土化；鉀長石含量20%±，自形--半自形板狀，粒徑1～3 mm，卡式雙晶發(fā)育；黑云母含量10%±，深褐色，片狀，片徑0.3～1 mm，少量有綠泥石化(圖2)。

2 分析方法

2.1 鋯石LA--ICP--MS年代學

西砬子溝花崗閃長巖鋯石樣品挑選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室完成，采用標準重礦物分離技術(shù)篩選鋯石，在雙目鏡下挑選出裂隙和包裹體少、晶型發(fā)育好、表面干凈的鋯石。鋯石樣品的制靶、反射光、陰極發(fā)光、鋯石U--Pb年齡測定和鋯石微量元素分析均在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。詳細的儀器參數(shù)、分析流程和數(shù)據(jù)處理等見相關(guān)文獻[19]。鋯石樣品的年齡諧和圖繪制和年齡計算采用Isoplot程序[20]完成。

2.2 巖石地球化學測試

西砬子溝花崗閃長巖樣品的主量和微量元素分析測試在國土資源部長春礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。主量元素含量用X--射線熒光光譜法(XRF)測定，在美國熱電生產(chǎn)的X--射線熒光光譜儀(ADVANT’X)上完成，由等離子光譜和化學法測定相互檢測。采用美國熱電瑞士分公司生產(chǎn)的等離子質(zhì)譜儀(X--series2)測定微量元素和稀土元素的含量。

圖a: ①喜桂圖—塔源斷裂; ②賀根山—黑河斷裂; ③索倫—西拉木倫—長春縫合帶; ④嘉蔭—牡丹江斷裂; ⑤伊通—依蘭斷裂; ⑥敦化—密山斷裂圖b: 1. 第四系沖洪積層; 2. 早--中侏羅世南樓山組; 3. 晚二疊世楊家溝組; 4. 中二疊世范家屯組; 5. 中二疊世大河深組; 6. 晚三疊世花崗巖; 7. 侏羅紀花崗巖; 8. 采樣點圖1 中國東北地區(qū)構(gòu)造簡圖(a)[6]和研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Tectonic setting map of Northeast China (a) and simplified geological map of study area (b)

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石LA--ICP--MS定年

西砬子溝花崗閃長巖樣品鋯石陰極發(fā)光圖像顯示鋯石的形態(tài)主要為長柱狀，少數(shù)為短柱狀，具有生長振蕩環(huán)帶和韻律結(jié)構(gòu)，為巖漿鋯石(圖3)。18個測試點分析結(jié)果見表1，U含量為(302～510)×10-6，Th含量為(159～320)×10-6，Th/U比值為0.42～0.67，18個鋯石206Pb/238U分析數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為216±1 Ma，MSDW=1.9(圖4b)，屬晚三疊世。

3.2 地球化學特征

巖石SiO2=68.93%～71.78%，Al2O3=13.81%～14.46%，F(xiàn)e2O3=0.59%～1.03%，TiO2=0.48% ～0.51%，MgO=1.23%～1.79%、Mg#=39.37%～47.97%；P2O5=0.13%～0.14%，CaO=2.14%～2.47%，Na2O=3.59%～3.92%，K2O=3.72%～4.10%，Na2O+K2O=7.61%～7.94%，表現(xiàn)為高SiO2、貧MgO、CaO、TiO2和Fe2O3。在TAS圖解中樣品落入花崗巖區(qū)域，顯示亞堿性特征(圖5)，A/CNK值為0.96～1.00，在A/CNK-A/NK圖解中，巖石顯示準鋁質(zhì)特征(圖6a)，SiO2-K2O圖解中顯示巖石屬于高鉀鈣堿性系列(圖6b)，巖石為I型花崗巖。

Pl.斜長石；Bt.黑云母；Q.石英；Kfs.鉀長石圖2 西砬子溝花崗閃長巖顯微照片(+)Fig.2 Microphotographs of Xilazigou granodiorite(+)

圖3 西砬子溝花崗閃長巖鋯石CL圖像Fig.3 CL images of zircons from Xilazigou granodiorite

圖4 西砬子溝花崗閃長巖鋯石U--Pb年齡諧和圖(a)和加權(quán)平均年齡(b)Fig.4 Zircon U--Pb concordia diagram (a) and weighted average ages diagram (b) from Xilazigou granodiorite

表1 西砬子溝花崗閃長巖鋯石LA--ICP--MS U--Pb測年結(jié)果Table 1 LA--ICP--MS zircon U--Pb dating results for Xilazigou granodiorite

巖石稀土元素球粒隕石標準化圖解(圖7a)顯示，稀土元素配分曲線呈右傾型，且較為平坦圓滑，各樣品的配分曲線具有較高的相似性，反映了同源巖漿的演化特征。巖石明顯富集LREE、虧損HREE，稀土元素總量ΣREE為(140.95～163.62)×10-6，LREE/HREE值為8.56～9.52，

圖5 西砬子溝花崗閃長巖TAS圖解Fig.5 TAS diagram for Xilazigou granodiorite

(La/Yb)N比值為8.60～10.17，同時存在微弱的負Eu異常(Eu/Eu*= 0.55～0.62)。在原始地幔

圖6 西砬子溝花崗閃長巖的A/CNK-A/NK圖解(a)和SiO2-K2O 圖解(b)Fig.6 A/CNK-A/NK diagram(a)and K2O-SiO2 diagram(b)of Xilazigou granodiorite

圖7 西砬子溝花崗閃長巖球粒隕石標準化稀土元素配分圖解(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b) [21, 22]Fig.7 Chondrite normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle normalized trace element (b) diagrams for Xilazigou granodiorite

4 討論

4.1 巖石成因類型和巖漿源區(qū)

西砬子溝花崗閃長巖具有低的P2O5含量(0.13%～0.15%)，不同于S型花崗巖高的P2O5含量。石榴子石、白云母和堇青石等富鋁礦物通過鏡下觀察不發(fā)育，而且樣品為準鋁質(zhì)也有別于S型花崗巖的強過鋁質(zhì)特征[23]。

可以通過計算鋯石的飽和溫度得出花崗巖從原巖分離結(jié)晶時的溫度[24]，計算得出西砬子溝花崗閃長巖鋯石飽和溫度(TZr℃)為796℃～807℃，平均值為802℃，表明該區(qū)花崗巖形成溫度較低，但大多數(shù)學者認為A型花崗巖形成溫度較高[25, 26]，一般>800℃，平均溫度為800℃～900℃，巖石形成溫度又與A型花崗巖的偏高溫特點明顯不同。

在10000*Ga/Al-K2O/MgO判別圖解中(圖8a)，樣品點均落入I、S和M型花崗巖的分布區(qū)域內(nèi)，而在(Zr+Nb+Ce+Y)-(K2O+Na2O)/CaO判別圖解中(圖8b)，樣品均集中落于I型花崗巖的分布區(qū)域。綜上認為，西砬子溝花崗閃長巖應屬I型花崗巖。

表2西砬子溝花崗閃長巖主量元素(10-2)、稀土元素(10-6)和微量元素含量(10-6)

Table2Majorelements(10-2),REE(10-6)andtraceelements(10-6)compositionsofXilazigougranodiorite

樣品PM412-1PM412-2PM412-3PM412-4PM412-5SiO268.25 69.28 68.98 68.46 68.37 TiO20.51 0.51 0.48 0.51 0.51 Al2O314.16 14.24 13.81 14.38 14.46 Fe2O30.94 1.03 0.59 0.63 1.03 FeO2.63 2.50 2.71 2.90 2.47 MnO0.07 0.07 0.07 0.06 0.07 MgO1.79 1.47 1.55 1.52 1.23 CaO2.47 2.18 2.14 2.26 2.15 Na2O3.73 3.69 3.59 3.92 3.70 K2O3.76 3.88 3.97 3.72 4.10 P2O50.13 0.13 0.13 0.13 0.14 H2O+0.94 0.76 0.59 1.07 0.79 LOI0.90 0.82 1.01 1.20 0.89 Total100.27 100.56 99.62 100.76 99.90 Mg#47.97 43.59 46.20 44.05 39.37 A/NK1.39 1.39 1.35 1.37 1.37 A/CNK0.96 1.00 0.98 0.98 1.00 Cr38.98 38.35 38.08 38.57 31.53 Ga18.10 18.97 17.34 18.78 18.82 Rb139.05 137.81 137.58 125.45 146.58 Sr280.06 263.61 250.30 286.20 268.26 Y20.21 23.18 21.77 22.14 24.21 Zr214.19 224.70 203.79 225.41 228.69 Nb10.94 11.69 9.56 10.56 10.59 Cs10.38 9.33 7.00 4.16 8.21 Ba688.73 668.62 614.83 727.11 758.46 La30.21 33.37 34.70 32.21 32.69 Ce57.52 64.25 67.63 65.95 71.04 Pr6.87 7.62 7.68 7.24 7.67 Nd26.52 29.55 28.05 27.42 28.60 Sm4.76 5.57 5.27 5.06 5.49 Eu0.91 0.95 0.89 0.99 1.04 Gd4.17 4.76 4.41 4.50 4.98 Tb0.68 0.74 0.71 0.73 0.80 Dy3.78 4.26 3.90 4.03 4.43 Ho0.74 0.85 0.79 0.79 0.88 Er2.12 2.45 2.34 2.20 2.73 Tm0.33 0.38 0.35 0.34 0.37 Yb2.01 2.35 2.30 2.15 2.56 Lu0.31 0.33 0.35 0.33 0.35 Hf4.07 5.65 4.09 4.53 4.61 Ta1.09 1.08 1.03 1.00 0.93 U2.40 2.72 2.17 2.08 2.37 ∑REE140.95 157.43 159.37 153.92 163.62 LREE126.80 141.30 144.23 138.86 146.52 HREE14.14 16.13 15.14 15.07 17.11 LREE/HREE8.97 8.76 9.52 9.21 8.56 Eu/Eu?0.61 0.55 0.55 0.62 0.60 (La/Yb)N10.12 9.57 10.17 10.09 8.60 La/Nb2.76 2.85 3.63 3.05 3.09 Th/Nb1.38 1.28 1.67 1.32 1.45 Th/La0.50 0.45 0.46 0.43 0.47 Rb/Sr0.50 0.52 0.55 0.44 0.55 TZr(℃)796 806 796 804 807

圖8 西砬子溝花崗閃長巖10000*Ga/Al-K2O/MgO圖解(a)和(Zr+Nb+Ce+Y)-(K2O+Na2O)/CaO圖解(b)Fig.8 Crossplots of 10000*Ga/Al vs. K2O/MgO (a) and (Zr+Nb+Ce+Y) vs. (K2O+Na2O)/CaO (b) for Xilazigou granodiorite

西砬子溝花崗閃長巖屬于準鋁質(zhì)高鉀鈣堿性的I型花崗巖，以高SiO2、貧MgO、CaO、TiO2和Fe2O3為特征。在原始地幔標準化圖解上，富集輕稀土元素(LREE)、相對富集大離子親石元素(LILE，如Rb、Th、U、K等)，虧損Nb、Ta和Ti等高場強元素的特征暗示其原始巖漿來源于下陸殼物質(zhì)的部分熔融[23, 27, 28]。

Mg#值大小可以相當靈敏地反映源區(qū)是否受到地幔物質(zhì)的混染[29]，巖石樣品低Mg#(39.37～47.97，平均44.24)值暗示源巖沒有和高Mg#的地幔物質(zhì)發(fā)生明顯的相互作用。同時存在微弱的Eu負異常(Eu/Eu*=0.55～0.62)，明顯不同于幔源巖漿演化所形成的酸性巖石[30]。

而且?guī)追N微量元素原始比值的平均值(La/Nb=3.08，Th/Nb=1.42，Th/La=0.46，Rb/Sr=0.51)，與原始地幔的平均值(La/Nb=0.94，Th/Nb=0.177，Th/La=0.125，Rb/Sr=0.034)有顯著差異，但與大陸地殼的平均值(La/Nb=2.2，Th/Nb=0.44，Th/La=0.204，Rb/Sr=0.35)[31--33]比較接近。

筆者認為研究區(qū)西砬子溝花崗閃長巖是下地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

4.2 構(gòu)造背景

西砬子溝花崗閃長巖是一套高鉀鈣堿性I型花崗巖，K2O含量高(3.72%～4.10%)，可能為造山后伸展作用的產(chǎn)物[34--36]。在(Y+Nb)-Rb花崗巖判別圖解(圖9)上，樣點均落于后碰撞花崗巖區(qū)域，暗示其具有拉張構(gòu)造環(huán)境特征。而且東北地區(qū)晚三疊世廣泛發(fā)育磨拉石建造[37,38]，也暗示晚三疊世的拉張構(gòu)造環(huán)境。除此之外，包括研究區(qū)所在吉林中部地區(qū)晚三疊世(230～205 Ma)火成巖不僅有以開原八棵樹、樺甸紅旗嶺、漂河川地區(qū)以及長仁—彰項地區(qū)為代表的較多鎂鐵質(zhì)--超鎂鐵質(zhì)巖體[18, 39--41]，而且發(fā)育同時代的I型-A型花崗巖和A型流紋巖[1, 26, 42--45]，二者構(gòu)成典型的雙峰式火成巖組合，揭示該區(qū)晚三疊世火成巖形成于伸展構(gòu)造環(huán)境。

圖9 西砬子溝花崗閃長巖(Y+Nb)-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解[46]Fig.9 Tectonic setting discrimination diagram of (Y+Nb)-Rb for Xilazigou granodiorite

晚三疊世的伸展構(gòu)造背景是與古太平洋板塊向歐亞大陸下的俯沖作用有關(guān)；還是與華北板塊和興蒙造山帶碰撞拼合后的伸展作用有關(guān)，仍存在爭議。

綜合前人研究成果，筆者認為興蒙造山帶東段和華北克拉通北緣東段火成巖形成于古亞洲洋最終閉合后的伸展環(huán)境。在晚三疊世，東北亞大陸東緣不存在與俯沖環(huán)境密切相關(guān)的鈣堿性火成巖和同期的增生雜巖，此外，佳木斯地塊東緣和俄羅斯遠東地區(qū)發(fā)育晚三疊世海陸交互相的沉積建造，顯示被動陸緣背景的沉積環(huán)境[47]，暗示它們的形成與古太平洋板塊俯沖作用無關(guān)。晚三疊世火成巖呈近東西向帶狀展布，與古太平洋板塊俯沖作用所形成的近北東向帶狀分布鈣堿性火山巖組合不同[1, 45, 48--51]，暗示研究區(qū)晚三疊世巖漿活動與古太平洋板塊的俯沖作用無關(guān)，古亞洲洋構(gòu)造體系向環(huán)太平洋構(gòu)造體系的轉(zhuǎn)換發(fā)生在晚三疊世之后，古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用發(fā)生在晚三疊世之后。通過近年來的研究，古亞洲洋沿索倫—西拉木倫—長春—延吉縫合帶最終閉合已為大部分學者所認同，沿西拉木倫—長春縫合帶分布著一些晚三疊世(217～216 Ma)鎂鐵質(zhì)--超鎂鐵質(zhì)巖[18]，與區(qū)域上代表伸展構(gòu)造背景的A型花崗巖同期，但是晚于區(qū)域上用于限定古亞洲洋最終閉合時限的呼蘭群變質(zhì)作用年齡(～250 Ma)和同碰撞花崗巖年齡(280～240 Ma)[52]，表明晚三疊世鎂鐵質(zhì)--超鎂鐵質(zhì)巖的形成與古亞洲洋最終閉合后的伸展環(huán)境有關(guān)。

在伸展構(gòu)造背景下，深部軟流圈地幔巖漿上涌，幔源巖漿發(fā)生底侵作用，導致地殼加熱，進一步部分熔融，形成大型花崗巖帶和鎂鐵質(zhì)--超鎂鐵質(zhì)巖體[53--56]。

5 結(jié)論

(1)西砬子溝花崗閃長巖鋯石LA--ICP--MS U--Pb加權(quán)平均年齡為216±1 Ma，屬晚三疊世。

(2) 西砬子溝花崗閃長巖富硅，高鉀，低鐵鎂鈣，為高鉀鈣堿性I型花崗巖，是下地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

(3) 西砬子溝花崗閃長巖形成于古亞洲洋閉合后的伸展環(huán)境，古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用發(fā)生在晚三疊世之后。