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张超, 石绍山, 时溢, 等. 华北板块北缘东段中三叠世构造演化——来自辽宁法库地区侵入岩的证据[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 734-748
Zhang Chao, Shi Shaoshan, Shi Yi, et al. Tectonic Evolution of Northern Margin of Eastern North China Craton: Evidences of Middle Triassic Plutons in Faku Area, Liaoning Province[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(3): 734-748.
华北板块北缘东段中三叠世构造演化——来自辽宁法库地区侵入岩的证据
张超1, 石绍山2, 时溢2, 魏明辉2, 杨帆2, 郇恒飞2, 李文博2, 王路远1,3     
1. 山东理工大学资源与环境工程学院, 山东 淄博 255049;
2. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034;
3. 自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室(吉林大学), 长春 130061
收稿日期: 2020-09-20
作者简介: 张超(1986—), 男, 讲师, 主要从事岩浆活动与构造运动方面的研究, E-mail: czhang@sdut.edu.cn
通信作者: 石绍山(1977—), 男, 高级工程师, 主要从事岩浆活动与成矿作用方面的研究, E-mail: 38650957@qq.com
基金项目: 国家自然科学基金项目（41902234，41802238）；中国地质调查局项目（DD20190042-02）；自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室开放课题基金（DBY-KF-18-11）
摘要: 本文对华北板块北缘东段辽宁北部法库地区中三叠世风歧堡岩体和靠陵沟岩体进行了岩相学、锆石U-Pb年代学、地球化学及Lu-Hf同位素研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示，风歧堡岩体和靠陵沟岩体加权平均年龄分别为（241±1）Ma和（243±1）Ma，侵位时代为中三叠世。风歧堡岩体的Ba和Sr质量分数分别为（290.00×10-6~484.00×10-6）和（129.00×10-6~338.00×10-6），Sr/Y值为13.27~28.17，Sr/Yb值为117.50~250.28；靠陵沟岩体具有较高的Ba质量分数（899.00×10-6~1 300.00×10-6）和Sr质量分数（772.00×10-6~997.00×10-6），以及较高的Sr/Y值（67.47~78.21）和Sr/Yb值（661.81~781.32），Y、Rb和Yb质量分数较低，分别为11.00×10-6~14.70×10-6、55.80×10-6~78.40×10-6、1.17×10-6~1.39×10-6，地球化学特征上具有高Ba-Sr花岗岩的特征。此外，凤歧堡岩体样品富集大离子亲石元素Rb和K，亏损高场强元素Nb、P、Ti和大离子亲石元素Ba；靠陵沟岩体样品富集大离子亲石元素Ba、K、Sr，亏损高场强元素Nb、P、Ti。凤歧堡和靠陵沟岩体样品Nb/Ta值（4.18~10.26）和Zr/Hf值（30.39~38.76）与地壳平均值相近，Ni、Co和Cr质量分数较低；岩石地球化学特征表明法库地区中三叠世花岗质岩浆源岩为壳源岩石。中三叠世—晚三叠世早期，华北板块北缘东段处于造山地壳加厚阶段。研究区中三叠世花岗岩的εHf（t）值均为正值，亏损地幔二阶段模式年龄（TDM2）为949~555 Ma，结合岩石地球化学特征，中三叠世花岗质岩浆源岩为造山地壳加厚过程中新元古代新生下地壳部分熔融的产物。
关键词: 地球化学    锆石U-Pb测年    古亚洲洋    华北板块北缘东段    法库地区    
Tectonic Evolution of Northern Margin of Eastern North China Craton: Evidences of Middle Triassic Plutons in Faku Area, Liaoning Province
Zhang Chao1, Shi Shaoshan2, Shi Yi2, Wei Minghui2, Yang Fan2, Huan Hengfei2, Li Wenbo2, Wang Luyuan1,3     
1. School of Resources and Environmental Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, Shandong, China;
2. Shenyang Center, China Geological Survey, Shenyang 110034, China;
3. Key Laboratory of Mineral Resources Evaluation in Northeast Asia, Ministry of Natural Resources(Jilin University), Changchun 130061, China
Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (41902234, 41802238), the Project of China Geological Survey (DD20190042-02) and the Opening Foundation of Key Laboratory of Mineral Resources Evaluation in Nor-theast Asia, Ministry of Natural Resources (DBY-KF-18-11)
Abstract: This paper reports the studies of petrography, zircon U-Pb dating, geochemistry and zircon Lu-Hf isotopic data of the Middle Triassic Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton in Faku area in north Liaoning, Northern margin of Eastern North China craton. The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results show that the mean weighted ages of Middle Triassic Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton are (241±1) Ma and (243±1) Ma, respectively. The contents of Ba and Sr of Fengqipu pluton are from 290.00×10-6 to 484.00×10-6 and from 129.00×10-6 to 338.00×10-6, respectively, and the ratios of Sr/Y and Sr/Yb are from 13.27 to 28.17 and from 117.50 to 250.28, respectively. Similar to the geochemistry of high Ba-Sr granites, the samples of Kaolinggou pluton have high Ba and Sr contents, high ratios of Sr/Y and Sr/Yb, and low Rb, Y, and Yb contents. Furthermore, the samples of Fengqipu pluton are enriched in Rb, K(LILE) and depleted in Nb, P, Ti(HFSE) and Ba(LILE), while the samples of Kaolinggou pluton are enriched in Ba, K, Sr(LILE) and depleted in Nb, P, Ti(HFSE). All the sample's ratios of Nb/Ta and Zr/Hf range from 4.18 to 10.26, from 30.39 to 38.76, respectively, and the samples have low Ni, Co and Cr contents. Geochemecially, the source of Middle Triassic grantic rocks in Faku area was from crust. During the Middle-Late Trassic, Northern margin of Eastern North China craton was under the thickened crustal tectonic setting related to the sustainable orogeny. The Middle Triassic granitic rocks have postive εHf(t) values and 949-555 Ma of two stage model ages, indicating that the magma source of Middle Triassic granitic rocks should be partial melting products of the thickened new-proterozoic lower crust.
Key words: geochemistry    zircon U-Pb dating    Paleo-Asian Ocean    Northern margin of Eastern North China craton    Faku area    

0 引言

辽宁北部法库地区地处华北板块北缘东段[1-4]，为索伦—西拉木伦—长春—延吉缝合带的东延部分[5-11]。其在古生代—早中生代时期经历了古亚洲洋的俯冲—消亡和汇聚大陆边缘的增生—碰撞—后造山作用[12-15]，并形成了一系列岩浆岩记录[1-4, 12-20]，这些记录无疑为探究古亚洲洋闭合演化过程和造山带构造运动及壳幔相互作用提供了重要渠道。随着同位素测年技术的应用，高精度锆石U-Pb定年结果显示辽宁北部法库地区晚古生代花岗质侵入体分布广泛[1-4, 21-22]，结合区域地质事件，晚古生代岩浆事件应记录了古亚洲洋板块的俯冲过程[23-32]。因此，辽宁法库地区晚古生代—早古生代地质体的识别和成因分析对探讨古亚洲洋构造演化作用具有重要意义。目前部分学者对法库地区晚古生代—早中生代古亚洲洋的俯冲闭合作用进行了探讨，但仍缺少汇聚板块碰撞—后造山演化过程中岩浆成因及其性质的深入研究。鉴于此，本文以法库地区中三叠世岩浆岩为研究对象，对其进行岩相学、年代学、地球化学、Lu-Hf同位素研究，分析其侵位时代、岩石成因、岩浆源区性质和构造背景，并结合区域岩浆事件的时空展布规律以及动力学背景，以探讨华北板块北缘东段三叠纪的构造演化特征。

1 区域地质背景与岩相学特征

辽宁北部法库地区位于松辽盆地东南缘(图 1a)。古生代—早中生代时期，研究区是汇聚大陆边缘上岩浆和构造活动最剧烈的地区，导致区内分布着大量与之相关的岩浆岩记录。受构造活动的影响，法库地区中生代以前的地质体普遍遭受强烈的变质变形作用改造。中—晚中生代时期，该区域被中生代沉积岩、中基性-酸性火山岩所覆盖。法库地区古生代—早中生代岩浆活动分布广泛，主要包括志留纪、二叠纪、三叠纪及侏罗纪花岗质侵入体(图 1b)。本次对法库地区中三叠世风歧堡岩体和靠陵沟岩体进行了野外调查和岩相学研究。

a. 据文献[1]修编。 图 1 东北地区大地构造略图(a)和法库地区地质简图(b) Fig. 1 Tectonic sketch map of NE China(a) and the simplified geological map in Faku area(b)
图选项

风歧堡岩体和靠陵沟岩体主要出露在研究区北部，均与上侏罗统沙河子组砂砾岩及下白垩统义县组中性火山岩呈沉积接触。风歧堡岩体主要岩石类型为细粒花岗岩(图 2a、b)，其风化面白黄褐色，新鲜面为浅黄褐色浅肉红色，细粒结晶结构，块状构造。主要组成矿物为长石和石英。其中：长石发生绢云母化，粒径1.0 mm左右，体积分数约65%；石英呈他形粒状，具有波状消光，粒径0.5 mm左右，体积分数约35%。

图 2 法库地区风歧堡岩体(a、b)和靠陵沟岩体(c、d)野外及显微照片特征 Fig. 2 Photograph of outcrops and photomicrographs of Fengqipu pluton (a, b) and Kaolinggou pluton(c, d) in Faku area
图选项

靠陵沟岩体受后期构造运动影响，岩石发生变形，主要岩石类型为糜棱岩化似斑状花岗岩(图 2c、d)，其风化面浅肉红色—肉红色，新鲜面为灰白色—浅肉红色，似斑状结构，基质细粒结晶结构，块状构造。主要组成矿物为石英、正长石、斜长石和少量黑云母。其中：石英他形粒状，亚颗粒化和重结晶作用明显，粒径1.0 mm左右，体积分数约25%；正长石发生轻微高岭土化，粒径1.5 mm，体积分数约30%；斜长石半自形半柱状，聚片双晶发育，粒径1.5 mm，体积分数约40%；岩石发育裂隙，裂隙中可见黑云母，体积分数约5%。

2 测试方法 2.1 锆石年代学

本文测年样品FQP(123°30′19E，42°34′43″N)和KLG(123°28′54 E，42°36′44″N)采自辽宁省法库县地区，在靠陵沟南侧两处人工露头处各采集8~10 kg新鲜样品作为测年样品。锆石的挑选在中国地质调查局沈阳地质调查中心完成。两件样品首先粉碎成60目的粉末，采用人工重砂淘洗和电磁选方法进行预富集，再在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒；然后将其与标准锆石(Temora-417 Ma)一起粘贴在环氧树脂表面，并进行抛光。阴极发光(CL)图片采集在中国地质科学院北京离子探针中心完成，CL图像用以观察锆石内部结构和确定年龄测点的位置。LA-IPC-MS锆石U-Pb同位素测试分析工作在东北亚矿产资源评价重点实验室完成，所用仪器为德国Coherent公司生产的193-ArF准分子激光器和美国Agilent公司制造的7500A型质谱仪(LA-MC-ICP-MS)，所采用的激光剥蚀束斑直径大小为32 μm，频率为7 Hz，激光器能量密度为10 J/cm2；采用外部标准锆石91500和GJ—1进行U-Pb同位素分馏校正，以玻璃标样NIST610作为锆石样品Pb、U、Th质量分数的外标。采用208Pb对所测数据进行普通铅校正[33]，分别用Glitter和IsoplotR程序[34]对锆石分析数据进行处理。

2.2 主量、微量元素分析

风歧堡岩体和靠陵沟岩体全岩分析样品采集于靠陵沟南侧南北向道路人工露头处，所采集样品为新鲜岩石，蚀变较弱。主量、微量元素分析均在自然资源部东北矿产资源监督检测中心分析完成，整个过程均在无污染设备中进行。主量元素分析采用X射线荧光光谱法(XRF)完成，精度为1%~5%；微量元素分析则采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)完成，精度优于10%。

2.3 锆石Lu-Hf同位素分析

锆石原位Lu-Hf同位素分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室开展，样品在193 nm激光取样系统的Neptune激光剥蚀多接收电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)上进行测试。激光束斑直径为60 μm，激光脉冲宽度为15 ns，采用氦气作为剥蚀物质载气，详细的分析流程见参考文献[35]。每个样品每完成10个测点测试1次91500和MT。本次标样91500和MT的176Hf/177Hf值分别为0.282 316±0.000 030、0.282 507±0.000 050。εHf(t)和模式年龄计算中，176Lu衰变常数为1.867×10-11a-1[36]，现今球粒陨石、亏损地幔的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf分别为0.033 2和0.282 772、0.038 4和0.283 250[37]，地壳模式年龄(TDMC)采用平均地壳的176Lu/177Hf =0.015[38]。

3 年代学特征

为确定法库地区风歧堡岩体(FQP)和靠陵沟岩体(KLG)侵位年龄，本文分别对样品FQP和KLG进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。样品FQP和KLG中锆石颗粒呈自形—半自形短柱状或长柱状(图 3a、b)，锆石颗粒在CL图像中显示出典型的岩浆振荡环带，Th/U值为0.12~1.32，具有典型岩浆锆石特征。本文选取无色透明没有包裹体和裂隙的锆石进行U-Pb同位素分析，结果见表 1。

图c、d中灰色年龄未参加加权平均年龄计算，绿色年龄参加加权平均年龄计算。 图 3 法库地区风歧堡岩体(a、c)和靠陵沟岩体(b、d)锆石CL图像及U-Pb测年结果 Fig. 3 Cathodoluminescence images of zircons and LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia plots and recalculated weighted mean 206Pb/238U ages of Fengqipu pluton(a, c) and the Kaolinggou pluton(b, d) in Faku area
图选项
表 1 法库地区风歧堡岩体(FQP)和靠陵沟岩体(KLG)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of Fengqipu pluton (FQP)and Kaolinggou pluton (KLG)in Faku area
测点 wB/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma
Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
FQP-1 216.91 270.37 0.80 0.050 744 0.002 623 0.262 781 0.013 032 0.037 808 0.000 650 228 119 237 10 239 4
FQP-2 326.33 425.27 0.77 0.051 898 0.001 790 0.302 476 0.012 655 0.041 467 0.000 759 280 84 268 10 262 5
FQP-3 184.69 272.26 0.68 0.051 034 0.002 161 0.255 265 0.010 379 0.036 589 0.000 647 243 101 231 8 232 4
FQP-4 277.89 453.22 0.61 0.052 378 0.001 935 0.275 072 0.010 048 0.037 995 0.000 594 302 83 247 8 240 4
FQP-5 220.97 297.91 0.74 0.055 329 0.002 174 0.292 635 0.012 159 0.038 101 0.000 662 433 82 261 10 241 4
FQP-6 431.36 378.54 1.14 0.051 740 0.002 199 0.272 055 0.012 735 0.038 171 0.000 734 272 98 244 10 241 5
FQP-7 295.09 319.25 0.92 0.051 180 0.002 215 0.280 724 0.012 052 0.039 762 0.000 730 256 100 251 10 251 5
FQP-8 179.54 355.71 0.50 0.050 735 0.002 106 0.269 853 0.011 191 0.038 481 0.000 671 228 94 243 9 243 4
FQP-9 201.88 241.43 0.84 0.052 313 0.002 672 0.272 477 0.012 953 0.038 221 0.000 705 298 112 245 10 242 4
FQP-10 99.10 189.19 0.52 0.049 846 0.002 894 0.261 422 0.015 173 0.037 439 0.000 698 187 131 236 12 237 4
FQP-11 152.76 217.92 0.70 0.056 974 0.002 782 0.288 482 0.013 119 0.036 977 0.000 599 500 103 257 10 234 4
FQP-12 223.53 333.86 0.67 0.050 968 0.002 139 0.258 219 0.010 678 0.036 724 0.000 605 239 96 233 9 232 4
FQP-13 255.75 308.65 0.83 0.050 609 0.002 205 0.268 373 0.011 046 0.038 573 0.000 608 233 100 241 9 244 4
FQP-14 267.10 397.03 0.67 0.048 951 0.002 150 0.253 007 0.011 208 0.037 341 0.000 582 146 108 229 9 236 4
FQP-15 175.69 212.78 0.83 0.048 023 0.002 636 0.256 874 0.013 930 0.039 198 0.000 748 102 131 232 11 248 5
FQP-16 253.71 269.85 0.94 0.049 355 0.002 614 0.255 939 0.013 254 0.037 470 0.000 588 165 124 231 11 237 4
FQP-17 282.95 272.40 1.04 0.048 439 0.002 001 0.259 922 0.011 171 0.038 877 0.000 709 120 98 235 9 246 4
FQP-18 403.17 379.53 1.06 0.052 435 0.002 069 0.273 150 0.010 913 0.037 780 0.000 595 306 89 245 9 239 4
FQP-19 217.16 304.14 0.71 0.050 768 0.002 325 0.264 052 0.012 320 0.037 721 0.000 613 232 106 238 10 239 4
FQP-20 176.87 222.63 0.79 0.053 462 0.002 781 0.285 494 0.014 067 0.039 081 0.000 682 350 114 255 11 247 4
FQP-21 717.87 543.81 1.32 0.050 107 0.001 671 0.256 478 0.008 323 0.037 185 0.000 520 198 78 232 7 235 3
FQP-22 414.24 377.33 1.10 0.046 467 0.001 645 0.250 957 0.009 070 0.039 193 0.000 612 20 85 227 7 248 4
FQP-23 173.55 214.69 0.81 0.051 007 0.002 727 0.269 143 0.012 669 0.038 864 0.000 664 243 119 242 10 246 4
FQP-24 347.24 466.68 0.74 0.051 764 0.001 922 0.273 887 0.010 216 0.038 099 0.000 625 276 90 246 8 241 4
FQP-25 452.53 470.86 0.96 0.057 488 0.002 116 0.316 657 0.011 188 0.040 018 0.000 684 509 81 279 9 253 4
KLG-1 786.79 634.93 1.24 0.046 180 0.001 917 0.239 908 0.009 486 0.037 683 0.000 661 6 100 218 8 238 4
KLG-2 663.71 835.05 0.79 0.055 496 0.002 149 0.248 651 0.009 079 0.032 517 0.000 560 432 87 225 7 206 3
KLG-3 198.79 430.28 0.46 0.054 551 0.001 820 0.361 553 0.013 571 0.047 715 0.001 006 394 81 313 10 300 6
KLG-4 457.84 975.66 0.47 0.044 424 0.001 327 0.227 210 0.007 275 0.036 654 0.000 485 321 120 208 6 232 3
KLG-5 521.26 664.40 0.78 0.050 300 0.001 685 0.307 912 0.012 409 0.044 004 0.000 890 209 78 273 10 278 5
KLG-6 1 250.40 1 502.21 0.83 0.061 081 0.001 712 0.320 937 0.009 670 0.037 839 0.000 481 643 56 283 7 239 3
KLG-7 146.17 250.03 0.58 0.053 324 0.003 272 0.294 971 0.017 980 0.040 454 0.000 862 343 139 262 14 256 5
KLG-8 840.02 659.30 1.27 0.055 735 0.002 173 0.300 998 0.011 044 0.039 739 0.000 756 443 87 267 9 251 5
KLG-9 215.53 260.22 0.83 0.051 743 0.002 514 0.375 464 0.019 201 0.053 477 0.001 292 272 111 324 14 336 8
KLG-10 325.82 518.53 0.63 0.050 367 0.001 983 0.336 579 0.015 538 0.049 045 0.001 421 213 93 295 12 309 9
KLG-11 428.27 774.08 0.55 0.050 010 0.001 769 0.260 478 0.009 421 0.037 827 0.000 633 195 83 235 8 239 4
KLG-12 371.00 767.31 0.48 0.050 980 0.001 778 0.266 718 0.009 282 0.038 167 0.000 621 239 75 240 7 241 4
KLG-13 415.30 867.42 0.48 0.047 885 0.001 586 0.256 697 0.008 904 0.038 809 0.000 589 100 78 232 7 245 4
KLG-14 419.16 804.45 0.52 0.052 323 0.001 598 0.267 682 0.008 467 0.036 973 0.000 523 298 70 241 7 234 3
KLG-15 396.25 752.99 0.53 0.050 899 0.001 582 0.267 503 0.009 237 0.037 851 0.000 655 235 72 241 7 239 4
KLG-16 328.73 680.22 0.48 0.051 796 0.001 749 0.271 238 0.009 205 0.038 010 0.000 573 276 78 244 7 240 4
KLG-17 328.08 675.35 0.49 0.053 506 0.001 862 0.272 462 0.009 522 0.037 166 0.000 669 350 47 245 8 235 4
KLG-18 287.52 436.88 0.66 0.050 244 0.001 984 0.268 453 0.011 137 0.038 566 0.000 668 206 86 241 9 244 4
KLG-19 1 070.31 1 172.54 0.91 0.071 759 0.002 683 0.361 523 0.012 545 0.036 746 0.000 636 989 76 313 9 233 4
KLG-20 346.30 717.68 0.48 0.050 847 0.001 849 0.279 894 0.010 630 0.039 641 0.000 643 235 85 251 8 251 4
KLG-21 265.69 378.05 0.70 0.053 059 0.002 235 0.295 595 0.012 425 0.040 658 0.000 752 332 101 263 10 257 5
KLG-22 110.71 933.00 0.12 0.050 172 0.001 508 0.264 691 0.007 721 0.038 284 0.000 569 211 70 238 6 242 4
KLG-23 212.49 331.49 0.64 0.049 971 0.002 089 0.268 856 0.010 684 0.039 361 0.000 685 195 94 242 9 249 4
KLG-24 456.99 580.80 0.79 0.056 373 0.001 934 0.301 030 0.011 058 0.038 621 0.000 667 478 76 267 9 244 4
表选项

样品FQP中锆石自形—半自形，大小为120~180 μm，呈短柱状或长柱状，长宽比为1∶1~2∶1(图 3a)。样品所有测点落在谐和线上或附近，其206Pb/238U表面年龄为262~232 Ma，1颗锆石年龄较大，为262 Ma，未参加加权年龄计算，剩余24颗锆石加权平均年龄为(241±1)Ma(MSWD=2.28，n=24)。该年龄代表了了风歧堡花岗岩的侵位年龄(图 3c)。

样品KLG锆石颗粒呈短柱状或长柱状，大小为100~220 μm，长宽比为1∶1~3∶1(图 3b)。样品所有测点均落在谐和线上或附近，其206Pb/238U表面年龄为336~206 Ma；1颗锆石(测点2)206Pb/238U表面年龄较年轻，为206 Ma，4颗锆石(测点3、5、9、10)206Pb/238U表面年龄分别为300，278，336和309 Ma；1颗锆石(测点4)落在谐和线左侧，2颗锆石(测点6、19)距离谐和线较远。落在谐和线附近的16颗锆石加权平均年龄为(243±1)Ma。该年龄可以代表靠陵沟岩体的侵位年龄(图 3d)。

4 地球化学特征

风歧堡岩体的SiO2质量分数为69.71%~71.72%，Na2O+K2O质量分数为6.95%~7.36%，Na2O/ K2O值为1.23~1.53(表 2)，样品在TAS图解(图 4a)中主要分布在花岗岩区域；在w(K2O)-w(SiO2)图解(图 4b)中主要落在钙碱性系列范围内。所有样品的Al2O3质量分数较高，为15.83%~16.67%，Fe2O3质量分数为1.97%~2.22%，FeO质量分数为0.34%~0.48%。其稀土总量为111.49×10-6~132.33×10-6，(La/Yb)N值为14.99~20.34，具有右倾型稀土分布特征(图 5a)。样品的δEu为0.84~0.90，具有弱的负Eu异常。微量元素蛛网图显示所有样品相对富集大离子亲石元素Rb和K(LILEs)，亏损高场强元素Nb、P、Ti(HFSEs)和大离子亲石元素Ba(图 5b)。

表 2 法库地区风歧堡岩体和靠陵沟岩体主量元素、微量元素和稀土元素质量分数 Table 2 Chemical compositions of major elements, trace elements, and REE elements of Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton in Faku area
样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 Ba Rb Sr Zr Nb Ni Co U Cr La Ce Pr
FQP-QY1 69.84 0.51 16.49 0.46 2.22 0.04 0.78 0.37 3.88 3.15 0.21 311.00 144.00 129.00 177.00 10.50 5.61 7.16 1.25 17.40 30.90 56.30 6.40
FQP-QY2 71.72 0.41 15.83 0.48 1.97 0.03 0.60 0.25 4.34 2.84 0.15 299.00 122.00 187.00 154.00 9.65 3.74 5.84 0.87 18.00 27.10 48.50 5.50
FQP-QY3 70.80 0.46 16.11 0.44 2.11 0.03 0.49 0.26 3.86 3.09 0.17 291.00 137.00 139.00 161.00 10.10 4.65 6.74 1.05 17.70 29.70 52.00 6.00
FQP-QY4 69.71 0.44 16.67 0.46 1.99 0.03 0.64 0.33 4.42 2.94 0.16 484.00 139.00 338.00 177.00 11.90 3.65 6.69 0.91 14.10 30.50 56.90 6.40
FQP-QY5 69.78 0.48 16.52 0.34 2.21 0.03 0.68 0.33 4.34 2.89 0.17 290.00 133.00 248.00 165.00 8.36 5.77 6.61 1.11 14.20 29.80 53.20 6.20
KLG-QY1 69.22 0.47 15.95 0.51 2.39 0.03 0.65 0.92 6.02 2.73 0.18 899.00 78.40 772.00 194.00 7.58 3.01 6.28 0.72 13.80 26.10 55.70 5.60
KLG-QY2 67.19 0.53 16.49 0.63 2.54 0.03 0.73 2.57 5.57 2.44 0.19 973.00 55.80 997.00 198.00 7.65 2.74 6.77 0.98 17.00 33.70 64.80 7.50
KLG-QY3 67.22 0.51 16.36 0.55 2.39 0.03 0.97 2.45 5.34 2.81 0.18 1 300.00 62.50 992.00 193.00 7.33 2.30 6.02 0.92 18.60 31.60 61.90 7.10
KLG-QY4 68.20 0.46 16.30 0.62 2.13 0.02 0.63 2.30 5.45 2.51 0.18 993.00 64.70 985.00 188.00 7.27 2.63 5.90 0.88 17.00 29.20 57.50 6.80
KLG-QY5 67.46 0.48 16.30 0.63 2.16 0.03 0.62 2.45 5.45 2.40 0.18 1 000.00 56.50 991.00 189.00 7.36 0.74 6.66 0.88 19.90 31.50 60.00 6.90
样品号 Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Ta Hf Sc Th Nb/Ta Zr/Hf Sr/Y Sr/Yb ΣREE (La/Yb)N δEu
FQP-QY1 24.00 3.85 0.93 2.74 0.40 1.79 0.35 0.92 0.17 1.10 0.16 9.74 1.02 4.95 6.16 6.83 10.26 35.77 13.27 117.50 130.01 18.95 0.87
FQP-QY2 20.00 3.23 0.77 2.27 0.33 1.56 0.28 0.77 0.14 0.90 0.14 7.73 1.21 4.58 3.82 6.64 7.99 33.68 24.19 207.37 111.49 20.28 0.87
FQP - QY3 22.00 3.59 0.84 2.61 0.37 1.76 0.33 0.94 0.16 1.11 0.16 9.01 1.38 5.29 5.82 5.78 7.32 30.39 15.38 124.34 121.57 17.95 0.84
FQP-QY4 24.00 4.11 1.04 3.05 0.48 2.37 0.46 1.24 0.21 1.37 0.20 12.30 1.32 4.56 3.80 7.92 9.01 38.76 27.52 246.32 132.33 14.99 0.90
FQP-QY5 23.00 3.71 0.89 2.65 0.38 1.69 0.32 0.83 0.15 0.99 0.14 8.79 1.09 4.40 5.83 8.09 7.69 37.55 28.17 250.28 123.95 20.34 0.87
KLG-QY1 21.00 3.51 1.02 2.70 0.42 2.04 0.39 1.04 0.18 1.17 0.17 11.00 1.00 5.77 4.50 5.92 7.60 33.54 70.21 661.81 121.04 15.10 1.02
KLG-QY2 29.00 4.87 1.38 3.77 0.56 2.71 0.52 1.35 0.23 1.39 0.19 14.70 1.83 5.89 4.37 6.77 4.18 33.61 67.87 715.64 151.97 16.28 0.98
KLG-QY3 27.00 4.70 1.34 3.59 0.55 2.57 0.49 1.27 0.22 1.36 0.19 13.70 0.99 6.08 3.96 5.08 7.40 31.71 72.36 727.07 143.88 15.60 0.99
KLG-QY4 26.00 4.47 1.27 3.34 0.52 2.54 0.49 1.30 0.21 1.35 0.18 12.80 1.27 5.53 4.01 5.61 5.74 33.93 77.24 728.71 135.17 14.54 1.01
KLG-QY5 26.00 4.45 1.27 3.32 0.50 2.46 0.46 1.22 0.21 1.27 0.19 13.00 1.62 5.68 4.34 6.39 4.53 33.31 76.11 781.32 139.75 16.73 1.01
注：主量元素质量分数单位为%; 微量元素和稀土元素质量分数单位为10-6
表选项
a. 底图岩性边界类型据文献[39]；b. 底图据文献[40]。 图 4 法库地区风歧堡岩体和靠陵沟岩体硅碱图解(a) 和w(K2O)-w(SiO2)图解(b) Fig. 4 TAS(a) and w(K2O) -w(SiO2)(b) diagram of Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton in Faku area
图选项
球粒陨石据文献[41]；原始地幔据文献[42]。 图 5 法库地区风歧堡岩体和靠陵沟岩体稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig. 5 Chondrite normalized rare earth element pattern diagram(a) and primitive mantle normalized spider diagram(b) of Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton in Faku area
图选项

靠陵沟岩体的SiO2质量分数为67.19%~69.22%，Na2O+K2O质量分数为7.85%~8.75%，Na2O/K2O值为1.90~2.28(表 2)，TAS图解中所有样品落在花岗岩区域内(图 4a)；w(K2O)-w(SiO2)图解中样品主要落在钙碱性系列范围内(图 4b)。与风歧堡岩体样品特征一样，靠陵沟岩体样品的Al2O3质量分数也较高，为15.95%~16.49%。靠陵沟岩体样品的稀土总量为121.04×10-6~151.97×10-6，(La/Yb)N值为14.54~16.73，显示轻稀土右倾型特征(图 5a)。样品的δEu为0.98~1.02，无明显的Eu异常。微量元素蜘蛛图显示样品相对富集大离子亲石元素Ba、K、Sr和高场强元素Zr(LILEs)，亏损Nb、P、Ti高场强元素(HFSEs)(图 5b)。

5 锆石Hf同位素特征

本文对样品FQP和KLG锆石进行了Lu-Hf同位素分析，选取与加权平均年龄接近的测点进行分析，测试结果见表 3。采用锆石206Pb/238U表面年龄对样品进行锆石Lu-Hf同位素分析，所测点分析结果fLu/Hf值在-0.99~-0.92之间，明显小于铁镁质地壳fLu/Hf值(-0.34)[42]和硅铝质地壳fLu/Hf值(-0.72)[43]，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或其源区物质在地壳的平均存留年龄[44]。对样品FQP14颗锆石进行Hf同位素分析，所分析锆石的初始176Hf/177Hf值为0.282 841~0.282 917，εHf(t)值为7.65~10.13，均为正值(图 6)，亏损地幔二阶段模式年龄(TDM2)变化在781~620 Ma之间。对样品KLG13颗锆石进行Hf同位素分析，所有锆石的初始176Hf/177Hf值为0.282 775~0.282 944，εHf(t)值均为正值，为5.01~11.13(图 6)，亏损地幔二阶段模式年龄(TDM2)范围为949~555 Ma。

表 3 法库地区风歧堡岩体和靠陵沟岩体锆石原位Hf同位素分析结果 Table 3 Zircon in-situ Hf isotope data of Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton in Faku area
测点号 t/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf εHf(0) εHf(t) TDM1/Ma TDM2/Ma fLu/Hf
FQP-1 239 0.050 53 0.001 551 0.282 917 5.12 10.13 482 620 -0.95
FQP-4 240 0.016 78 0.000 634 0.282 886 4.04 9.21 514 680 -0.98
FQP-5 241 0.018 82 0.000 566 0.282 899 4.50 9.71 494 649 -0.98
FQP-6 241 0.015 80 0.000 477 0.282 895 4.36 9.58 499 657 -0.99
FQP-8 243 0.012 94 0.000 432 0.282 854 2.89 8.17 556 749 -0.99
FQP-9 242 0.023 04 0.000 650 0.282 841 2.43 7.65 577 781 -0.98
FQP-10 237 0.036 68 0.000 990 0.282 859 3.09 8.14 556 746 -0.97
FQP-13 244 0.024 13 0.000 730 0.282 904 4.67 9.92 490 638 -0.98
FQP-17 246 0.015 38 0.000 481 0.282 860 3.11 8.44 548 733 -0.99
FQP-18 239 0.022 50 0.000 640 0.282 884 3.95 9.11 517 686 -0.98
FQP-19 239 0.015 73 0.000 508 0.282 879 3.78 8.95 522 695 -0.98
FQP-20 247 0.028 89 0.000 922 0.282 854 2.90 8.18 563 751 -0.97
FQP-23 246 0.017 26 0.000 541 0.282 869 3.41 8.73 537 715 -0.98
FQP-24 241 0.016 84 0.000 546 0.282 878 3.74 8.96 524 697 -0.98
KLG-1 238 0.039 65 0.001 172 0.282 944 6.08 11.13 438 555 -0.96
KLG-7 256 0.014 77 0.0004 37 0.282 833 2.15 7.71 585 788 -0.99
KLG-8 251 0.038 46 0.001 351 0.282 850 2.75 8.04 576 763 -0.96
KLG-11 239 0.019 18 0.000 781 0.282 910 4.87 10.00 482 628 -0.98
KLG-12 241 0.025 51 0.000 907 0.282 902 4.61 9.77 494 645 -0.97
KLG-13 245 0.025 81 0.000 965 0.282 827 1.94 7.17 602 814 -0.97
KLG-15 239 0.064 21 0.001 926 0.282 828 2.00 6.95 616 823 -0.94
KLG-16 240 0.012 32 0.000 525 0.282 867 3.35 8.54 539 723 -0.98
KLG-18 244 0.020 91 0.000 638 0.282 845 2.57 7.83 572 771 -0.98
KLG-20 250 0.023 46 0.000 784 0.282 875 3.65 9.02 531 699 -0.98
KLG-21 257 0.022 73 0.000 710 0.282 881 3.85 9.38 522 682 -0.98
KLG-23 242 0.090 37 0.002 593 0.282 775 0.11 5.01 706 949 -0.92
KLG-24 249 0.014 29 0.000 483 0.282 866 3.32 8.72 540 718 -0.99
表选项
图 6 法库地区风歧堡岩体和靠陵沟岩体Hf同位素特征图 Fig. 6 Hf features of Fengqipu pluton and Kaolinggou pluton in Faku area
图选项
6 讨论 6.1 岩石成因类型、源区性质及构造环境

研究区风歧堡岩体和靠陵沟岩体具有高硅、相对富铝、富钾、低镁的特征，属钙碱性岩石系列。所有样品轻稀土中等程度分异，重稀土为低程度分异，说明其经历了较弱的分异作用。风歧堡岩体样品的Nb/Ta值为7.32~10.26，与地壳平均值11.00比较接近，明显小于地幔平均值17.5，显示壳源岩浆性质[42, 45]；其Zr/Hf值为30.39~38.76，与壳源岩浆的Zr/Hf值(33)[45]接近。尽管靠陵沟样品具有较高的Sr质量分数(772.00×10-6~997.00×10-6)、Sr/Y值(67.87~77.24)、Sr/Yb值(661.81~781.32)，较低的Y质量分数(11.00×10-6~14.70×10-6)、Yb质量分数(1.17×10-6~1.39×10-6)，与埃达克岩的地球化学特征相似[46]；但在Sr/Y-w(Y)和(La/Yb)N-w(YbN)图解(图 7)中，所有样品显示非典型埃达克岩特征。靠陵沟样品具有高的Ba质量分数(899.00×10-6~1 300.00×10-6)，低的Rb质量分数(55.80×10-6~78.40×10-6)且无明显的Eu负异常，岩体具有高Ba-Sr花岗岩的岩石地球化学特征。现有研究认为，高“Ba-Sr花岗岩”成因机制主要包括加厚下地壳熔融、俯冲洋岛或大洋板片熔融、交代岩石圈地幔熔融、富集岩石圈地幔派生的钾玄质岩石分离结晶[47]。靠陵沟岩体样品的Nb/Ta值为4.18~7.60，与地壳平均值11.00比较接近，明显小于地幔平均值17.50，显示壳源岩浆性质[45]；其Zr/Hf值为31.71~33.93，与壳源岩浆的Zr/Hf值(33)[45]相近。此外，风歧堡岩体和靠陵沟岩体所有样品的Ni、Co、Cr质量分数较低，说明研究区花岗质岩石的源岩为壳源。

底图据文献[46]。 图 7 法库地区靠陵沟岩体Sr/Y-w(Y) (a) 和(La/Yb)N-w(YbN)判别图解 Fig. 7 Sr/Y vs. w(Y) (a) and (La/Yb)N vs. w(YbN)(b) diagrams of Kaolinggou pluton in Faku area
图选项

风歧堡岩体和靠陵沟岩体样品皆富集LILEs和LREE元素，亏损HFSEs和HREE元素，显示出岩浆弧特征[48-49]。在w(Rb)-w(Y+Nb)和w(Rb)-w(Y)构造环境判别图解(图 8a、b)中，所有样品落入火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩的范围内。研究区凤歧堡和靠陵沟岩体加权平均年龄分别为(241±1) Ma和(243±1) Ma，为中三叠世晚期。研究(6.2中详细论述)表明中三叠世晚期—晚三叠世早期华北板块北缘东段长春—延吉一线处于造山作用地壳加厚的构造环境。所有样品的锆石εHf(t)值介于5.01~11.13之间，亏损地幔的二阶段模式年龄(TDM2)范围为949~555 Ma(表 3)，结合元素地球化学特征，风歧堡和靠陵沟岩体是活动大陆边缘加厚的新元古代下地壳部分熔融的产物[46, 51]。

a、b. 底图据文献[50]。VAG.火山弧型花岗岩; syn-COLG.同碰撞型花岗岩; WPG.板内型花岗岩; ORG.洋脊型花岗岩。 图 8 法库地区风歧堡岩体和靠陵沟岩体w(Rb)-w(Y+Nb)图解(a)与w(Rb)-w(Y)图解(b) Fig. 8 w(Rb) vs. w(Y+Nb) (a) and w(Rb) vs. w(Y) (b) diagrams of Fengqipu and Kaolinggou plutons in Faku area
图选项
6.2 三叠纪岩浆活动及构造意义

研究区位于松辽盆地南缘，由于晚中生代沉积物覆盖，该区晚古生代—早中生代地质体出露面积有限。因此，准确识别晚古生代—早中生代地质体，分析晚古生代—早中生代地质体成因和构造背景，对探讨研究区晚古生代—早中生代构造演化具有重要的意义。

早三叠世—中三叠世早期(251~245 Ma)，华北板块北缘东段岩浆活动主要发生在西拉木伦—长春—延吉缝合带南侧及附近地区[4, 9, 48, 52-54]，岩石组合主要以二长花岗岩、花岗闪长岩、二长岩、安山岩、闪长岩和角闪辉长岩为主；从空间分布特征看，该时期岩浆活动应与古亚洲洋构造域的演化有关。研究表明，法库地区早三叠世花岗闪长岩(约250 Ma)形成于岛弧环境，为古亚洲洋洋壳部分熔融的产物[1]。因此，早三叠世—中三叠世早期古亚洲洋板块在法库地区仍存在物质输送。然而，长春—延吉一线存在的同时期同碰撞型花岗岩(孟山、百里坪、大玉山等)表明, 在早—中三叠世早期(250~245 Ma)华北板块已与北部地块碰撞拼合[27, 30, 39]，早三叠世磨拉石建造的出现也进一步表明华北板块与北部地块在早三叠世期间完成碰撞拼合[54]。

尽管汇聚板块已碰撞拼贴，但中三叠世晚期—晚三叠世早期碰撞后的造山作用仍在持续。受造山作用影响，华北板块北缘东段中三叠世晚期—晚三叠世早期(245~215 Ma)沿长春—延吉缝合带一线发生东西向的微弱岩浆作用[4, 9]。中三叠世晚期—晚三叠世早期岩浆事件岩石地球化学特征上多数显示出埃达克质岩石的地球化学特征，暗示中三叠世晚期—晚三叠世早期长春—延吉一线处于地壳加厚的构造环境；也进一步说明中三叠世晚期—晚三叠世早期华北板块北缘东段沿长春—延吉一线整体仍处于造山作用的构造环境。而晚三叠世早期A型花岗岩和双峰式火山岩的出现，表明华北板块北缘东段局部地区已由碰撞造山的加厚环境开始转变为造山后的伸展环境。研究区凤歧堡岩体和靠陵沟岩体侵位时代为中三叠世，且靠陵沟岩体与区域上同时期的花岗质岩体一样均具有埃达克质岩石的岩石地球化学特征，因此研究区中三叠世岩浆活动应形成于华北板块北缘东段持续造山作用下的地壳加厚环境，其εHf(t)值(5.01~11.13)、TDM2年龄(949~555 Ma)和微量元素地球化学特征表明中三叠世岩浆是活动大陆边缘加厚新生地壳部分熔融的产物。晚三叠世中—晚期，华北板块北缘东段由碰撞造山全面转换为造山后伸展减薄的构造环境，并形成一系列与伸展环境有关的A型花岗岩、玄武安山岩和A型流纹岩[55]。

7 结论

1) 风歧堡岩体和靠陵沟岩体位于辽宁北部法库地区，岩石类型以钙碱性花岗岩为主；其侵位时代分别为(241±1) Ma和(243±1) Ma，为中三叠世。

2) 靠陵沟岩体样品具有较高的Ba、Sr质量分数和较低的Rb、Y、Yb质量分数，样品的Sr/Y值和Sr/Yb值较高，且富集LILEs和LREE元素，亏损HFSEs和HREE元素，具有高Ba-Sr花岗岩的特征。

3) 风歧堡和靠陵沟岩体Ni、Co、Cr质量分数较低，其Nb/Ta值和Zr/Hf值接近于地壳平均值，样品锆石εHf(t)值为正值，所有样品的亏损地幔二阶段模式年龄(TDM2)为949 ~555 Ma，风歧堡和靠陵沟岩体是活动大陆边缘地壳加厚过程中新元古代新生下地壳部分熔融的产物。

4) 辽宁法库地区中三叠世期间处于古亚洲洋闭合过程中华北板块北缘东段持续造山作用下的地壳加厚构造环境。

致谢: 样品分析得到自然资源部东北矿产资源监督检测中心和东北亚矿产资源评价重点实验室的大力支持，在此表示衷心的感谢。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20200218
吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊
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文章信息

张超, 石绍山, 时溢, 魏明辉, 杨帆, 郇恒飞, 李文博, 王路远
Zhang Chao, Shi Shaoshan, Shi Yi, Wei Minghui, Yang Fan, Huan Hengfei, Li Wenbo, Wang Luyuan
华北板块北缘东段中三叠世构造演化——来自辽宁法库地区侵入岩的证据
Tectonic Evolution of Northern Margin of Eastern North China Craton: Evidences of Middle Triassic Plutons in Faku Area, Liaoning Province
吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 734-748
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(3): 734-748.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20200218

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收稿日期: 2020-09-20

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