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摘 要： 摘要：砂寶斯東巖體位于砂寶斯金礦床東5km處，是大興安嶺北部新發現的一處早古生代花崗巖體。本文對該巖體進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年、主量元素、微量元素及同位素地球化學研究。鋯石U-Pb定年結果表明，該巖體形成年齡為(5094)Ma。巖石具有高SiO2(66.20%～
摘要：砂寶斯東巖體位于砂寶斯金礦床東5km處，是大興安嶺北部新發現的一處早古生代花崗巖體。本文對該巖體進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年、主量元素、微量元素及同位素地球化學研究。鋯石U-Pb定年結果表明，該巖體形成年齡為(509±4)Ma。巖石具有高SiO2(66.20%～71.83%)、Al2O3(14.61%～15.08%)、K2O+Na2O(6.37%～8.10%)質量分數，屬于弱過鋁質，高鉀鈣堿性系列，富集輕稀土元素、大離子親石元素Rb以及個別高場強元素Th和U，虧損重稀土元素、高場強元素和Ba、Sr等。鋯石εHf(t)值為2.7～5.6，二階段模式年齡為1.3～1.1Ga。根據上述研究，砂寶斯東花崗巖形成于后碰撞造山構造環境，是新增生下地殼部分熔融的產物。
關鍵詞：早古生代;花崗巖;大興安嶺北部;U-Pb定年;地球化學
0引言
大興安嶺地區位于興蒙造山帶東段，橫跨額爾古納地塊和興安地塊，是研究興蒙造山帶構造演化的熱點地區之一[1]。大興安嶺地區廣泛發育不同時代花崗巖，隨著興蒙造山帶正εNd(t)值花崗巖的大量發現，顯生宙地殼增生作用成為當今研究的熱點問題之一，并取得了一系列重要的研究成果[2-3]。并且，興蒙造山帶顯生宙地殼增生已經被絕大多數學者所接受[4-5]。目前，大興安嶺北段的巖漿巖研究工作主要集中在中生代花崗巖及火山巖成因方面[3,6-7]，古生代巖漿巖由于出露較少，其巖石成因及構造背景研究仍很薄弱。葛文春等[8]研究表明大興安嶺北部的十八站巖體、內河巖體、白銀納巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為(499±1)、(500±1)和(460±1)Ma，而查拉班河巖體為多次侵入的雜巖體，其鋯石U-Pb年齡在481～465Ma，認為這些早古生代花崗巖均屬于I型花崗巖。武廣等[9]研究表明大興安嶺北部漠河市洛古河巖體形成于擠壓體制向拉張體制轉換的構造環境，屬后碰撞花崗巖類，該復式巖體中石英閃長巖和二長花崗巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為(517±9)和(504±8)Ma。項目組在大興安嶺北段新發現了一處古生代花崗巖體出露，該巖體位于砂寶斯金礦床東5km處，定名為砂寶斯東巖體。本文對砂寶斯東巖體開展了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學、巖石地球化學及Hf同位素研究，旨在探討大興安嶺北段早古生代花崗巖成因、巖漿源區及其形成地球動力學背景。
1區域地質概況及巖體特征
研究區位于大興安嶺北部的漠河市西北部，在大地構造上屬于興蒙造山帶東段的額爾古納地塊(圖1)。地塊內部出露的地層主要為元古宇變質巖系以及古生界和中生界，其中古元古界主要為興華渡口群(Pt1X)(一套由花崗質片麻巖、變質基性和酸性火山巖及少量變質沉積巖組成的火山-沉積建造)、佳疙疸組(Qnj)(為一套顏色較雜的各種片巖、淺粒巖、石英巖及少量變質砂巖等的巖石組合)和額爾古納河組(Ze)(為一套大理巖、變粒巖、淺粒巖、云母石英片巖、粉砂質板巖、結晶灰巖、變質長石石英砂巖等的巖石組合)[13];古生界主要為奧陶系多寶山組(Od)(一套海相中酸性火山巖夾頁巖、板巖的沉積組合)、烏賓敖包組(Ow)(一套淺海相以各種板巖為主，夾少量粉砂巖及灰巖透鏡體的巖石組合)、志留系臥都河組(Sw)(一套板巖及砂巖、板巖互層的巖石組合)和石炭系紅水泉組(Ch)(一套海相正常碎屑巖、灰巖，局部夾凝灰巖的地層序列)、莫爾根河組(Cm)(一套海相中酸性火山巖地層序列)及依根河組(Cx)(一套海陸交互相的碎屑巖組合);中生界涵蓋一系列陸相火山巖和碎屑巖，主要為侏羅系南平組(J2n)(一套礫巖、砂巖、薄層泥巖，局部夾流紋質火山巖的巖石組合)、塔木蘭溝組(J3t)(主要由基性和中基性火山熔巖構成，含有少量火山碎屑巖)和白堊系吉祥峰組(J3j)(一套以暗色富鈉的流紋巖和火山碎屑巖為主的火山巖地層)、上庫力組(J3s)(一套流紋質、英安質熔巖和火山碎屑巖)、伊列克得組(K1y)(一套玄武巖、粗安巖、粗面巖組合，局部可見沉積巖夾層)[14-15]。
地塊內發育復雜的大型斷裂構造體系，其中以得爾布干斷裂、額爾古納河斷裂和根河斷裂等為主，此外，還有眾多與之相聯系的NW及NE向的引張和扭性斷裂[14]。區內存在的呈NE走向的大型斷裂構造既是重要的導礦構造,又在一定程度上制約著額爾古納地塊中生代的火山活動以及成礦作用。
前人對額爾古納地塊內巖漿活動開展了較多年代學工作。例如Tang等[16]發現額爾古納地區新元古代至少存在4期巖漿事件：851Ma，為一套正長花崗巖，主要出露于上護林、恩和東南部;792Ma，該期是一套由輝長巖、輝長閃長巖與正長花崗巖所組成的雙峰式火成巖組合，出露于室韋東南部;762Ma，主要為花崗閃長巖，出露于室韋東部;737Ma，主要為正長花崗巖，位于恩和東北部。早古生代的巖漿事件集中于500～450Ma，代表性巖體主要有阿龍山巖體(456Ma)、關護站巖體(464Ma)、查拉班河巖體(481~456Ma)、滿歸巖體(482~480Ma)、塔河巖體(494~480Ma)、哈拉巴奇巖體(500~461Ma)、十八站巖體(499Ma)以及西門都里河巖體(502Ma)和洛古河巖體(517~504Ma)等[1,8-10,17-18]。晚古生代巖漿作用也可分為4期[19]：晚泥盆世(383～373Ma)，主要為一套鈣堿性系列的安山巖-英安巖-流紋巖組合;早石炭世(355～330Ma)，為一套鈣堿性系列輝長巖-石英閃長巖-花崗閃長巖組合[20-21];晚石炭世(320～300Ma)，主要為花崗閃長巖和二長花崗巖，除少量屬于鉀玄巖系列的二長-正長花崗巖[22]，其余均為高鉀鈣堿性系列[10];早—中二疊世(290～260Ma)，主要為一套堿性花崗巖帶[23-25]。該區中生代巖漿事件以花崗巖和流紋巖出露為主，其形成時代可劃分為早—中三疊世(247～241Ma)、晚三疊世(229～202Ma)、早—中侏羅世(197～171Ma)、晚侏羅世(155～150Ma)和早白堊世(145～125Ma)5個階段[26-27]。
砂寶斯花崗巖體分布于研究區的西部，呈橢圓狀產出，面積約20km2。巖石呈灰色、灰白色，中細粒花崗結構，巖體無明顯變形。
2樣品巖相學特征
本次研究樣品采樣位置為：121°54′55.3″E，53°16′54.1″N。巖性是黑云母花崗巖，呈淺灰紅色，細粒結構，塊狀構造。黑云母花崗巖的主要礦物組合為石英(25%～30%)、斜長石(35%～40%)、堿性長石(15%～20%)和黑云母(8%～10%)，副礦物較少，為鋯石、榍石(圖2)。
3分析方法
3.1鋯石U-Pb定年
本次研究樣品的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試分析在北京科薈測試技術有限公司完成，鋯石定年分析所用儀器為AnlyitikJenaPQMSElite型ICP-MS及與之配套的ESINWR193nm準分子激光剝蝕系統。激光剝蝕所用斑束直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.01J/cm2，測試采用高純He氣，裝入樣品靶后氣體連續沖洗樣品池約2h，除去樣品池和氣路中可能存在的普通Pb。鋯石年齡采用鋯石91500(1065Ma)或GJ1(609Ma)作為外標[28-29]，元素含量采用NIST612或鋯石M127(w(U)為923×10-6;w(Th)為439×10-6;Th/U為0.475)[30]作為外標。LA-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點剝蝕的方式，測試前先用鋯石標樣GJ-1進行調試儀器，使之達到最優狀態，數據采集采用所有信號同時靜態方式接收，信號較小的207Pb、206Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用離子計數器接收，208Pb、232Th、238U信號用法拉第杯接收，實現了所有目標同位素信號的同時接收。數據處理采用ICPMSDataCal程序[31]，測量過程中絕大多數分析點206Pb/204Pb>1000，未進行普通鉛校正，鋯石年齡諧和圖用Isoplot3.0程序獲得。詳細實驗測試過程可參見侯可軍等[32]。
3.2巖石主量、微量元素分析
全巖主微量元素分析在北京燕都中實測試技術有限公司完成，測試流程如下：將巖石粉碎粗碎至厘米級的塊體，選取無蝕變及脈體穿插的新鮮樣品用純化水沖洗干凈，烘干并粉碎至200目以備測試使用。主量元素測試首先將粉末樣品稱量后加Li2B4O7(1:8)助熔劑混合，并使用融樣機加熱至1150℃使其在金鉑坩堝中熔融成均一玻璃片體，后使用XRF(Zetium,PANalytical或是ShimadzuXRF-1800)測試。測試結果保證數據誤差小于1%。
相關期刊推薦：《地球科學進展》(月刊)主要報道國內外地球科學、資源環境科學的研究進展，評述地球系統科學、全球變化和可持續發展等重大主題的研究態勢，介紹邊緣學科和交叉學科信息，同時通報國家自然科學基金資助意向，公布地球科學基金項目評審結果，交流國家攀登計劃、攻關計劃、國家自然科學基金項目管理工作經驗，宣傳地球科學基金項目內容和研究成果。
全巖微量元素測試將200目粉末樣品稱量并置放入聚四氟乙烯溶樣罐并加入HF+HNO3，在干燥箱中將高壓消解罐保持在190℃溫度72h，后取出經過趕酸并將溶液定容為稀溶液上機測試。測試使用ICPMS(M90,analytikjena)完成，所測數據根據監控標樣GSR-2顯示誤差小于5%，部分揮發性元素及極低含量元素的分析誤差小于10%。
3.3鋯石Lu-Hf同位素分析
完成鋯石LA-ICP-MS定年之后，挑選年齡和諧的鋯石點位，在年齡測點的相同位置進行Lu-Hf同位素測定。鋯石原位Lu-Hf同位素分析在北京科薈測試技術有限公司實驗室完成，所用儀器為Nuplasma型LAICP-MS，激光為193nmArF準分子激光，激光束斑直徑為44μm，剝蝕頻率為10Hz。用176Lu/175Lu=0.02669和176Yb/172Yb=0.58860進行同量異位干擾校正，計算樣品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值。在樣品測定期間，對標準參考物質GJ-1和91500進行分析，一方面據此對樣品進行校正，另一方面進行儀器狀態監控。計算εHf(t)值和模式年齡時，現今球粒隕石以及虧損地幔的176Lu/177Hf值分別采用0.0332和0.282772，176Hf/177Hf值分別采用0.0384和0.28325，計算二階段模式年齡時，地殼的fLu/Hf值采用平均值0.55[33]。
4分析結果
4.1鋯石U-Pb定年結果
花崗巖中鋯石大多呈長柱狀，粒徑為150～300μm，長寬比為2:1～3:1，無色透明或黃褐色，具有清晰的生長韻律環帶(圖3)。
16顆鋯石的w(Th)為170.90×10-6～1728.47×10-6，均值為861.22×10-6;w(U)為826.77×10-6～5650.58×10-6，均值為3207.07×10-6;Th/U值為0.17～0.57，均值為0.27，均大于0.1(表1)。CL圖像顯示鋯石具巖漿成因的振蕩環帶，據此認為鋯石為典型的巖漿鋯石[34-36]。
在22顆鋯石中，其中16顆鋯石的加權平均年齡為(509±4)Ma(n=16，MSWD=2.6)(圖4)，代表了鋯石的結晶年齡。另外的6顆鋯石的諧和年齡范圍為685～532Ma，屬于捕獲的繼承鋯石。
4.2巖石主量、微量及稀土元素
花崗巖的w(SiO2)為66.20%～71.83%;w(K2O)為2.80%～4.43%;w(Na2O)為3.57%～3.67%;K2O/Na2O值為0.78～1.21。里特曼指數σ為1.75～2.32，均值為2.09，σ<3.3(σ<3.3為鈣堿性巖)。除樣品HS-21外，其余樣品的A/CNK均小于1.1(表2)。
在微量元素原始地幔蛛網圖(圖5a)上，Rb、Th、U富集而Ba、Sr虧損。
從表2可知，花崗巖稀土元素總量為239.35×10-6～251.74×10-6(均值為247.02×10-6)，稀土元素總量偏低。在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(圖5b)中，樣品表現出輕稀土富集、重稀土虧損的微右傾型配分模式，該配分模式的LREE/HREE值為4.84～9.73，均值為6.54。樣品的δEu值為0.37～0.45，均明顯小于1，表現出負異常。
在微量元素原始地幔蛛網圖上，樣品曲線與洛古河巖體石英閃長巖類似;在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖上，樣品曲線與洛古河巖體二長花崗巖巖類似。
4.3鋯石Hf同位素
鋯石的Lu-Hf同位素測定結果見表3，鋯石具有低的176Lu/177Hf值(大多數小于0.002)，顯示了鋯石在形成之后具有較低的放射成因Hf的積累[33,39]。16顆鋯石的176Hf/177Hf、176Yb/177Hf和176Lu/177Hf值分別為0.282565～0.282632、0.031680～0.086430和0.001246～0.003312。鋯石的εHf(t)為2.7～5.6，平均值為4.3。fLu/Hf值為-0.96～-0.90，明顯小于鎂鐵質地殼的fLu/Hf(-0.34)[40]和硅鋁質地殼的的fLu/Hf(-0.72)[41]，故二階段模式年齡更能反映其源區物質從虧損地幔被抽取的時間[42]，鋯石Hf同位素二階段模式年齡(TDM2)為1302～1112Ma，平均值為1203Ma(圖6)。——論文作者：張冬冬1，高陽1,2，劉軍3，何軍成4