摘要：砂宝斯东岩体位于砂宝斯金矿床东5km处，是大兴安岭北部新发现的一处早古生代花岗岩体。本文对该岩体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、主量元素、微量元素及同位素地球化学研究。锆石U-Pb定年结果表明，该岩体形成年龄为(509±4)Ma。岩石具有高SiO2(66.20%～71.83%)、Al2O3(14.61%～15.08%)、K2O+Na2O(6.37%～8.10%)质量分数，属于弱过铝质，高钾钙碱性系列，富集轻稀土元素、大离子亲石元素Rb以及个别高场强元素Th和U，亏损重稀土元素、高场强元素和Ba、Sr等。锆石εHf(t)值为2.7～5.6，二阶段模式年龄为1.3～1.1Ga。根据上述研究，砂宝斯东花岗岩形成于后碰撞造山构造环境，是新增生下地壳部分熔融的产物。
关键词：早古生代;花岗岩;大兴安岭北部;U-Pb定年;地球化学
0引言
大兴安岭地区位于兴蒙造山带东段，横跨额尔古纳地块和兴安地块，是研究兴蒙造山带构造演化的热点地区之一[1]。大兴安岭地区广泛发育不同时代花岗岩，随着兴蒙造山带正εNd(t)值花岗岩的大量发现，显生宙地壳增生作用成为当今研究的热点问题之一，并取得了一系列重要的研究成果[2-3]。并且，兴蒙造山带显生宙地壳增生已经被绝大多数学者所接受[4-5]。目前，大兴安岭北段的岩浆岩研究工作主要集中在中生代花岗岩及火山岩成因方面[3,6-7]，古生代岩浆岩由于出露较少，其岩石成因及构造背景研究仍很薄弱。葛文春等[8]研究表明大兴安岭北部的十八站岩体、内河岩体、白银纳岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为(499±1)、(500±1)和(460±1)Ma，而查拉班河岩体为多次侵入的杂岩体，其锆石U-Pb年龄在481～465Ma，认为这些早古生代花岗岩均属于I型花岗岩。武广等[9]研究表明大兴安岭北部漠河市洛古河岩体形成于挤压体制向拉张体制转换的构造环境，属后碰撞花岗岩类，该复式岩体中石英闪长岩和二长花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(517±9)和(504±8)Ma。项目组在大兴安岭北段新发现了一处古生代花岗岩体出露，该岩体位于砂宝斯金矿床东5km处，定名为砂宝斯东岩体。本文对砂宝斯东岩体开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及Hf同位素研究，旨在探讨大兴安岭北段早古生代花岗岩成因、岩浆源区及其形成地球动力学背景。
1区域地质概况及岩体特征
研究区位于大兴安岭北部的漠河市西北部，在大地构造上属于兴蒙造山带东段的额尔古纳地块(图1)。地块内部出露的地层主要为元古宇变质岩系以及古生界和中生界，其中古元古界主要为兴华渡口群(Pt1X)(一套由花岗质片麻岩、变质基性和酸性火山岩及少量变质沉积岩组成的火山-沉积建造)、佳疙疸组(Qnj)(为一套颜色较杂的各种片岩、浅粒岩、石英岩及少量变质砂岩等的岩石组合)和额尔古纳河组(Ze)(为一套大理岩、变粒岩、浅粒岩、云母石英片岩、粉砂质板岩、结晶灰岩、变质长石石英砂岩等的岩石组合)[13];古生界主要为奥陶系多宝山组(Od)(一套海相中酸性火山岩夹页岩、板岩的沉积组合)、乌宾敖包组(Ow)(一套浅海相以各种板岩为主，夹少量粉砂岩及灰岩透镜体的岩石组合)、志留系卧都河组(Sw)(一套板岩及砂岩、板岩互层的岩石组合)和石炭系红水泉组(Ch)(一套海相正常碎屑岩、灰岩，局部夹凝灰岩的地层序列)、莫尔根河组(Cm)(一套海相中酸性火山岩地层序列)及依根河组(Cx)(一套海陆交互相的碎屑岩组合);中生界涵盖一系列陆相火山岩和碎屑岩，主要为侏罗系南平组(J2n)(一套砾岩、砂岩、薄层泥岩，局部夹流纹质火山岩的岩石组合)、塔木兰沟组(J3t)(主要由基性和中基性火山熔岩构成，含有少量火山碎屑岩)和白垩系吉祥峰组(J3j)(一套以暗色富钠的流纹岩和火山碎屑岩为主的火山岩地层)、上库力组(J3s)(一套流纹质、英安质熔岩和火山碎屑岩)、伊列克得组(K1y)(一套玄武岩、粗安岩、粗面岩组合，局部可见沉积岩夹层)[14-15]。
地块内发育复杂的大型断裂构造体系，其中以得尔布干断裂、额尔古纳河断裂和根河断裂等为主，此外，还有众多与之相联系的NW及NE向的引张和扭性断裂[14]。区内存在的呈NE走向的大型断裂构造既是重要的导矿构造,又在一定程度上制约着额尔古纳地块中生代的火山活动以及成矿作用。
前人对额尔古纳地块内岩浆活动开展了较多年代学工作。例如Tang等[16]发现额尔古纳地区新元古代至少存在4期岩浆事件：851Ma，为一套正长花岗岩，主要出露于上护林、恩和东南部;792Ma，该期是一套由辉长岩、辉长闪长岩与正长花岗岩所组成的双峰式火成岩组合，出露于室韦东南部;762Ma，主要为花岗闪长岩，出露于室韦东部;737Ma，主要为正长花岗岩，位于恩和东北部。早古生代的岩浆事件集中于500～450Ma，代表性岩体主要有阿龙山岩体(456Ma)、关护站岩体(464Ma)、查拉班河岩体(481~456Ma)、满归岩体(482~480Ma)、塔河岩体(494~480Ma)、哈拉巴奇岩体(500~461Ma)、十八站岩体(499Ma)以及西门都里河岩体(502Ma)和洛古河岩体(517~504Ma)等[1,8-10,17-18]。晚古生代岩浆作用也可分为4期[19]：晚泥盆世(383～373Ma)，主要为一套钙碱性系列的安山岩-英安岩-流纹岩组合;早石炭世(355～330Ma)，为一套钙碱性系列辉长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩组合[20-21];晚石炭世(320～300Ma)，主要为花岗闪长岩和二长花岗岩，除少量属于钾玄岩系列的二长-正长花岗岩[22]，其余均为高钾钙碱性系列[10];早—中二叠世(290～260Ma)，主要为一套碱性花岗岩带[23-25]。该区中生代岩浆事件以花岗岩和流纹岩出露为主，其形成时代可划分为早—中三叠世(247～241Ma)、晚三叠世(229～202Ma)、早—中侏罗世(197～171Ma)、晚侏罗世(155～150Ma)和早白垩世(145～125Ma)5个阶段[26-27]。
砂宝斯花岗岩体分布于研究区的西部，呈椭圆状产出，面积约20km2。岩石呈灰色、灰白色，中细粒花岗结构，岩体无明显变形。
2样品岩相学特征
本次研究样品采样位置为：121°54′55.3″E，53°16′54.1″N。岩性是黑云母花岗岩，呈浅灰红色，细粒结构，块状构造。黑云母花岗岩的主要矿物组合为石英(25%～30%)、斜长石(35%～40%)、碱性长石(15%～20%)和黑云母(8%～10%)，副矿物较少，为锆石、榍石(图2)。
3分析方法
3.1锆石U-Pb定年
本次研究样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在北京科荟测试技术有限公司完成，锆石定年分析所用仪器为AnlyitikJenaPQMSElite型ICP-MS及与之配套的ESINWR193nm准分子激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为25μm，频率为10Hz，能量密度约为2.01J/cm2，测试采用高纯He气，装入样品靶后气体连续冲洗样品池约2h，除去样品池和气路中可能存在的普通Pb。锆石年龄采用锆石91500(1065Ma)或GJ1(609Ma)作为外标[28-29]，元素含量采用NIST612或锆石M127(w(U)为923×10-6;w(Th)为439×10-6;Th/U为0.475)[30]作为外标。LA-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式，测试前先用锆石标样GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态，数据采集采用所有信号同时静态方式接收，信号较小的207Pb、206Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用离子计数器接收，208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收，实现了所有目标同位素信号的同时接收。数据处理采用ICPMSDataCal程序[31]，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000，未进行普通铅校正，锆石年龄谐和图用Isoplot3.0程序获得。详细实验测试过程可参见侯可军等[32]。
3.2岩石主量、微量元素分析
全岩主微量元素分析在北京燕都中实测试技术有限公司完成，测试流程如下：将岩石粉碎粗碎至厘米级的块体，选取无蚀变及脉体穿插的新鲜样品用纯化水冲洗干净，烘干并粉碎至200目以备测试使用。主量元素测试首先将粉末样品称量后加Li2B4O7(1:8)助熔剂混合，并使用融样机加热至1150℃使其在金铂坩埚中熔融成均一玻璃片体，后使用XRF(Zetium,PANalytical或是ShimadzuXRF-1800)测试。测试结果保证数据误差小于1%。
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全岩微量元素测试将200目粉末样品称量并置放入聚四氟乙烯溶样罐并加入HF+HNO3，在干燥箱中将高压消解罐保持在190℃温度72h，后取出经过赶酸并将溶液定容为稀溶液上机测试。测试使用ICPMS(M90,analytikjena)完成，所测数据根据监控标样GSR-2显示误差小于5%，部分挥发性元素及极低含量元素的分析误差小于10%。
3.3锆石Lu-Hf同位素分析
完成锆石LA-ICP-MS定年之后，挑选年龄和谐的锆石点位，在年龄测点的相同位置进行Lu-Hf同位素测定。锆石原位Lu-Hf同位素分析在北京科荟测试技术有限公司实验室完成，所用仪器为Nuplasma型LAICP-MS，激光为193nmArF准分子激光，激光束斑直径为44μm，剥蚀频率为10Hz。用176Lu/175Lu=0.02669和176Yb/172Yb=0.58860进行同量异位干扰校正，计算样品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值。在样品测定期间，对标准参考物质GJ-1和91500进行分析，一方面据此对样品进行校正，另一方面进行仪器状态监控。计算εHf(t)值和模式年龄时，现今球粒陨石以及亏损地幔的176Lu/177Hf值分别采用0.0332和0.282772，176Hf/177Hf值分别采用0.0384和0.28325，计算二阶段模式年龄时，地壳的fLu/Hf值采用平均值0.55[33]。
4分析结果
4.1锆石U-Pb定年结果
花岗岩中锆石大多呈长柱状，粒径为150～300μm，长宽比为2:1～3:1，无色透明或黄褐色，具有清晰的生长韵律环带(图3)。
16颗锆石的w(Th)为170.90×10-6～1728.47×10-6，均值为861.22×10-6;w(U)为826.77×10-6～5650.58×10-6，均值为3207.07×10-6;Th/U值为0.17～0.57，均值为0.27，均大于0.1(表1)。CL图像显示锆石具岩浆成因的振荡环带，据此认为锆石为典型的岩浆锆石[34-36]。
在22颗锆石中，其中16颗锆石的加权平均年龄为(509±4)Ma(n=16，MSWD=2.6)(图4)，代表了锆石的结晶年龄。另外的6颗锆石的谐和年龄范围为685～532Ma，属于捕获的继承锆石。
4.2岩石主量、微量及稀土元素
花岗岩的w(SiO2)为66.20%～71.83%;w(K2O)为2.80%～4.43%;w(Na2O)为3.57%～3.67%;K2O/Na2O值为0.78～1.21。里特曼指数σ为1.75～2.32，均值为2.09，σ<3.3(σ<3.3为钙碱性岩)。除样品HS-21外，其余样品的A/CNK均小于1.1(表2)。
在微量元素原始地幔蛛网图(图5a)上，Rb、Th、U富集而Ba、Sr亏损。
从表2可知，花岗岩稀土元素总量为239.35×10-6～251.74×10-6(均值为247.02×10-6)，稀土元素总量偏低。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图5b)中，样品表现出轻稀土富集、重稀土亏损的微右倾型配分模式，该配分模式的LREE/HREE值为4.84～9.73，均值为6.54。样品的δEu值为0.37～0.45，均明显小于1，表现出负异常。
在微量元素原始地幔蛛网图上，样品曲线与洛古河岩体石英闪长岩类似;在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上，样品曲线与洛古河岩体二长花岗岩岩类似。
4.3锆石Hf同位素
锆石的Lu-Hf同位素测定结果见表3，锆石具有低的176Lu/177Hf值(大多数小于0.002)，显示了锆石在形成之后具有较低的放射成因Hf的积累[33,39]。16颗锆石的176Hf/177Hf、176Yb/177Hf和176Lu/177Hf值分别为0.282565～0.282632、0.031680～0.086430和0.001246～0.003312。锆石的εHf(t)为2.7～5.6，平均值为4.3。fLu/Hf值为-0.96～-0.90，明显小于镁铁质地壳的fLu/Hf(-0.34)[40]和硅铝质地壳的的fLu/Hf(-0.72)[41]，故二阶段模式年龄更能反映其源区物质从亏损地幔被抽取的时间[42]，锆石Hf同位素二阶段模式年龄(TDM2)为1302～1112Ma，平均值为1203Ma(图6)。——论文作者：张冬冬1，高阳1,2，刘军3，何军成4
