2. 辽宁省地质矿产调查院, 沈阳 110031;
3. 辽宁省有色地质局108队, 沈阳 110031
2. Geological Survey Institute of Liaoning Province, Shenyang 110031, China;
3. Liaoning Colored Geology Bureau of 108 Team, Shenyang 110031, China
0 引言
辽北地区发育广泛的太古宙地质体,是国内最早被界定的太古宙绿岩带,长期以来备受地质学界的关注。近30年来,众多国内外学者对该区进行了深入的研究工作,积累了丰富的地质成果,但也存在众多具有争议的认识。这些争议多集中在浑河断裂南北两侧太古宙地体的构造属性、表壳岩的划分及形成时代等方面[1-9]。一些学者认为浑河断裂具有划分不同太古宙基底的构造单元意义,即浑南与浑北地质体分别形成于不同构造背景下,且形成时代有差异。毛德宝[4]认为辽北地区在时空上发育了3个太古宙地体,分别为浑河以南的小莱河花岗岩-绿岩带 (XGGB)、浑河以北的清原花岗岩-绿岩带 (QGGB) 和景家沟麻粒岩-片麻岩区 (JGGB)。其中,JGGB代表古中太古代古陆的残骸,XGGB为中太古代形成的裂谷盆地,QGGB形成于岛弧环境。而另一些学者则认为浑河断裂不具备划分太古宙不同时代基底的构造意义。如万渝生等[1]认为辽北地区浑南绿岩带与浑北绿岩带具有相同的岩石组合、变质变形及形成时代,且辽北地区太古宙基底主要由新太古代岛弧系统火山物质组成,不存在以往认为的大范围分布的中太古代弯窿;同时认为辽北新太古代地体为吉—辽—冀弧陆碰撞增生型造山带的重要组成部分,洋壳俯冲时间为2.56~2.51 Ga,弧陆碰撞时间为2.48~2.47 Ga,总的演化时间为100 Ma左右。
目前,对于辽北地区分布的这条新太古代吉—辽—冀弧陆碰撞增生型造山带的北界尚未有详细研究,多是简单地将赤峰—开原断裂的东段 (清河断裂) 作为新太古代地体 (华北陆块) 与古生代造山带的界线,认为清河断裂以南分布有大面积的太古宙地质体,而清河断裂以北并无太古宙地质体的存在。笔者在进行1:5万房木镇等4幅区域地质调查项目的过程中,在清河断裂以北发现多处新太古代变质表壳岩 ((2 524±18) Ma、(2 503±10) Ma,LA-ICP-MS锆石U-Pb测年) ①。此外,李东涛等②在威远堡以北南城子水库处黑云角闪斜长变粒岩中也测得 (2 482±5) Ma (锆石U-Pb测年) 的年龄。虽然它们单个出露面积均较小,多以捕掳体的形式存在于后期侵入岩中,但其分布较广且具有一定的空间延展性。这些广泛分布的新太古代变质表壳岩的发现,证实了中生代之前在清河断裂以北也曾普遍存在太古宙结晶基底,而非仅在清河断裂以南存在,只是在中生代强烈的构造岩浆活动作用下遭到破坏,与整个中国东部地区的克拉通岩石圈破坏作用相一致。
①辽宁省地质矿产调查院.房木镇幅、和隆幅、八棵树幅、大孤家幅1:5万区域矿产地质调查报告.沈阳:辽宁省地质矿产调查院, 2016.
②辽宁省地质矿产勘查局.下二台幅、威远堡幅1:5万区域地质调查报告.铁岭:辽宁省第九地质大队, 2002.
本次在开原地区清河断裂以北新发现的这套新太古代变质表壳岩在岩石学、地球化学、变质变形程度上与清原地区红透山岩组的表壳岩相似。此外,通过对该套变质表壳岩组合中的斜长角闪岩中具核幔结构的锆石的核部及变质增生边分别进行LC-ICP-MS测年,得出了其形成年龄以及变质年龄,以期为恢复辽北地区在新太古代的构造演化提供新证据。
1 区域地质背景研究区位于华北陆块北缘,通常意义上认为的华北陆块北缘边界断裂,即赤峰—开原断裂 (郯庐断裂以东称清河断裂),近EW向横穿工作区中部 (图 1)。其南侧为新太古代清原花岗-绿岩带,主要由新太古代红透山岩组、新太古代景家沟岩组及新太古代TTG岩系组成,其上叠加发育了中元古代汎河盆地。清河断裂以北主要分布有本次工作新发现的新太古代变质表壳岩组合以及上二叠统照北山岩组、晚古生代下二台岩群弧盆建造、上二叠统佟家屯岩组、上侏罗统德仁组[11-15]。二叠纪以来,受区域上西伯利亚板块与华北板块碰撞拼合作用影响[10, 16-18],研究区内构造岩浆活动强烈,主要有中—晚二叠世、三叠纪、侏罗纪三期构造岩浆事件。其中,又以中三叠世、中侏罗世岩浆活动最为强烈,并造成清河断裂以北新太古代结晶基底遭受破坏,致使新太古代表壳岩呈捕掳体、孤岛状分布于后期的侵入岩体中。
①辽宁省地质矿产调查院.房木镇幅、和隆幅、八棵树幅、大孤家幅1:5万区域矿产地质调查报告.沈阳:辽宁省地质矿产调查院, 2016.
②辽宁省地质矿产勘查局.下二台幅、威远堡幅1:5万区域地质调查报告.铁岭:辽宁省第九地质大队, 2002.
③本次研究数据。
研究区内分布有3条呈NWW向且近于平行的深大断裂,由南至北分别为沙河断裂、清河断裂及寇河断裂。其中,沙河断裂主要发育于华北陆块内,其控制了研究区二叠纪侵入岩,特别是一些基性、超基性岩的分布,并造成了沿沙河断裂两侧分布的大型韧性剪切带,具有逆冲推覆的特征。清河断裂从工作区中部穿过,工作区内三叠纪侵入岩及火山岩的形成和分布明显受其控制,以往常将其作为“台槽”界线或华北陆块与兴蒙造山带的分界线[11]。但本次在清河断裂与寇河断裂间新发现的新太古代表壳岩组合表明,该区中生代之前可能存在广泛的太古宙结晶基底。寇河断裂也呈近NWW分布于研究区北部,大面积分布的三叠纪侵入岩的形成受其控制,并在白垩纪期间仍有活动,其控制了早白垩世火山盆地的形成,在其北侧出现了活动陆缘环境下形成的下二台岩群。
2 地质特征 2.1 岩石学特征本次工作新发现的新太古代表壳岩组合,呈规模大小不等的包体状、孤岛状等形态赋存于古生代、中生代岩体中,分布在西丰县万和村、德明屯及开原市沈家堡子等地,出露面积0.05~27.00 km2。因其遭受多期变质变形作用改造,现虽已无法准确识别其原始层序,顶底不清,但仍可通过原岩恢复确定其原岩为一套中、中基性的火山岩建造。在辽宁省西丰县和隆镇万和村处所见露头最佳,实测剖面 (起点坐标:124°51′38″E,42°30′24″N)(图 2) 表明,其主要由斜长角闪岩、黑云角闪斜长变粒岩、角闪石岩、浅粒岩及黑云角闪斜长片麻岩组成 (图 3a、b、c、d),并有晚期花岗伟晶岩侵入其中 (图 3c)。
斜长角闪岩:岩石呈暗绿色,具粒状柱状变晶结构,片麻状构造 (图 3c)。主要由角闪石、斜长石组成 (图 3e),一些岩石中有少量的绿帘石、石英等矿物存在。其中:角闪石体积分数多为45%~55%,呈柱状,定向分布,形成片麻状构造,粒径为0.1~1.0 mm;斜长石体积分数多为35%~45%,为半自形晶,板状,发育有聚片双晶,具绢云母化及黝帘石化,粒径为0.1~0.5 mm。岩石中常发育有长英质脉体,且在后期构造作用下拉断形成“石香肠”构造。
黑云角闪斜长变粒岩:岩石呈灰绿色,具粒状柱状变晶结构,片麻状构造或片状构造 (图 3a、b)。岩石以斜长石和石英为主,暗色矿物主要为角闪石,另有少量的黑云母 (图 3f)。其中:斜长石体积分数多为60%~70%,为半自形晶,板状,发育有聚片双晶,具绢云母化,粒径为0.2~0.5 mm;石英体积分数多为10%~20%,为他形晶,粒状,具定向拉长,粒径为0.1~0.5 mm;角闪石体积分数为7%~15%,呈柱状,断续定向分布,形成弱片麻状构造,粒径为0.1~0.3 mm,部分绿泥石化;黑云母体积分数多为2%~8%,片状,粒径为0.1~0.5 mm。
黑云角闪斜长片麻岩:岩石为深灰色或灰绿色,具粒状柱状变晶结构,片麻状构造 (图 3d)。岩石主要由斜长石、角闪石、黑云母及石英组成。其中:斜长石体积分数为67%,半自形晶,板状,发育有聚片双晶,具绢云母化,粒径为0.5~1.5 mm;角闪石体积分数为15%,柱状,粒径为0.2~1.0 mm,常见有绿泥石化;黑云母体积分数为8%,片状,粒径为0.1~0.6 mm;石英体积分数为10%,为他形晶,粒状,具定向拉长,粒径为0.5~1.5 mm。
浅粒岩:岩石为浅灰色,具粒状变晶结构,片麻状构造或片状构造 (图 3a)。岩石以斜长石和石英为主,另有少量的黑云母和角闪石。其中:斜长石体积分数多为60%~70%,为半自形晶,板状,发育有聚片双晶,具绢云母化,粒径为0.2~0.5 mm;石英体积分数多为25%~35%,为他形晶,粒状,具定向拉长,粒径为0.1~0.5 mm;黑云母及角闪石体积分数多<5%,粒径为0.1~0.5 mm,断续定向分布,形成弱片麻状构造。
角闪石岩:岩石为墨绿色,具柱状变晶结构,块状构造。岩石主要由角闪石组成,为柱状,粒径为1.0~3.5 mm,局部见有较强的绿泥石化现象。
2.2 岩石地球化学特征本次工作在万和村、德明屯等地采集了5件斜长角闪岩样品 (RZ24-1、RZ25-1、PM016-1-1、PM016-9-1、PM017-20-1)、2件黑云角闪斜长变粒岩样品 (PM016-1-2、PM016-2-1)、1件角闪石岩样品 (PM016-4-1) 以及1件黑云角闪斜长片麻岩样品 (PM016-18-1) 进行地球化学分析测试,主量元素、微量和稀土元素分析结果见表 1。分析测试在国土资源部沈阳矿产资源监督检测中心完成。
样号 | 岩石名称 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | MnO | MgO | CaO | Na2O | K2O | TiO2 | P2O5 | H2O+ | 烧失量 | 合计 | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Y | ΣREE | (La/Yb)N | δEu | Li | Be | Nb | Ga | Zr | Th | Sr | Ba | V | Co | Cr | Rb | Ta | U | Hf | Ni |
RZ24-1 | 斜长角闪岩 | 55.44 | 16.36 | 1.76 | 5.92 | 0.14 | 4.69 | 7.56 | 3.93 | 0.88 | 0.83 | 0.20 | 0.68 | 0.85 | 99.24 | 15.9 | 72.2 | 5.99 | 27.5 | 5.57 | 1.49 | 4.70 | 0.70 | 3.30 | 0.60 | 1.62 | 0.21 | 1.43 | 0.23 | 16.60 | 141.44 | 7.50 | 0.87 | 10.40 | 1.40 | 7.26 | 19.0 | 92.5 | 0.34 | 757 | 316 | 171.0 | 31.1 | 155.0 | 25.00 | 0.23 | 0.20 | 2.87 | 60.0 |
RZ25-1 | 斜长角闪岩 | 55.73 | 15.40 | 2.14 | 6.19 | 0.15 | 5.46 | 6.66 | 3.48 | 1.56 | 0.78 | 0.20 | 1.03 | 0.88 | 99.66 | 16.5 | 61.8 | 5.22 | 21.7 | 4.29 | 1.25 | 3.73 | 0.58 | 3.11 | 0.61 | 1.64 | 0.23 | 1.57 | 0.26 | 19.50 | 122.49 | 7.09 | 0.93 | 33.50 | 2.24 | 8.55 | 20.4 | 86.1 | 0.23 | 481 | 304 | 175.0 | 26.8 | 155.0 | 70.80 | 0.37 | 0.43 | 2.69 | 69.7 |
PM016-1-1 | 斜长角闪岩 | 53.60 | 13.47 | 5.34 | 7.33 | 0.18 | 5.33 | 7.97 | 2.97 | 1.58 | 1.39 | 0.22 | 1.02 | 1.30 | 101.70 | 25.5 | 51.9 | 6.33 | 27.9 | 5.79 | 1.72 | 5.20 | 0.91 | 5.35 | 1.05 | 3.35 | 0.47 | 2.92 | 0.48 | 31.20 | 138.87 | 5.89 | 0.94 | 9.62 | 2.74 | 9.83 | 20.0 | 194.0 | 3.93 | 566 | 411 | 264.0 | 45.0 | 87.2 | 43.20 | 0.44 | 0.66 | 5.63 | 56.6 |
PM016-1-2 | 黑云角闪斜长变粒岩 | 55.36 | 15.07 | 4.88 | 4.42 | 0.12 | 5.35 | 6.33 | 3.03 | 1.30 | 1.24 | 0.28 | 2.69 | 2.92 | 102.99 | 29.2 | 57.1 | 7.07 | 30.2 | 5.31 | 1.46 | 4.47 | 0.71 | 4.13 | 0.73 | 1.98 | 0.27 | 1.78 | 0.28 | 20.00 | 144.69 | 11.06 | 0.89 | 31.40 | 1.44 | 9.16 | 20.4 | 224.0 | 4.80 | 588 | 355 | 160.0 | 32.0 | 141.0 | 40.40 | 0.45 | 0.91 | 5.54 | 82.5 |
PM016-2-1 | 黑云角闪斜长变粒岩 | 66.26 | 16.09 | 2.58 | 1.58 | 0.06 | 1.75 | 3.47 | 4.20 | 1.67 | 0.62 | 0.21 | 2.00 | 2.05 | 102.54 | 23.7 | 40.2 | 4.90 | 19.4 | 3.50 | 1.05 | 2.52 | 0.38 | 1.61 | 0.28 | 0.36 | 0.02 | 0.55 | 0.12 | 8.73 | 98.59 | 29.05 | 1.03 | 19.70 | 1.99 | 6.04 | 20.0 | 161.0 | 1.58 | 772 | 416 | 65.3 | 13.2 | 49.2 | 38.70 | 0.14 | 0.48 | 4.20 | 27.0 |
PM016-4-1 | 角闪石岩 | 50.22 | 5.12 | 4.05 | 7.46 | 0.20 | 17.45 | 12.71 | 0.71 | 0.53 | 0.48 | 0.052 | 0.28 | 0.78 | 100.04 | 9.7 | 23.8 | 3.48 | 16.5 | 3.82 | 0.92 | 2.72 | 0.40 | 2.32 | 0.41 | 0.76 | 0.11 | 0.96 | 0.18 | 10.90 | 66.05 | 6.79 | 0.83 | 1.44 | 1.70 | 3.29 | 12.5 | 182.0 | 1.64 | 181 | 258 | 214.0 | 65.7 | 1 122.0 | 4.69 | 0.10 | 0.44 | 5.11 | 393.0 |
PM016-9-1 | 斜长角闪岩 | 42.76 | 13.56 | 6.53 | 8.69 | 0.21 | 11.33 | 11.31 | 1.94 | 0.90 | 1.62 | 0.42 | 1.10 | 1.42 | 101.79 | 18.9 | 53.4 | 8.59 | 39.2 | 8.22 | 2.18 | 6.74 | 1.06 | 6.67 | 1.18 | 3.46 | 0.47 | 2.92 | 0.45 | 32.50 | 153.44 | 4.36 | 0.87 | 19.70 | 3.74 | 7.85 | 21.2 | 167.0 | 1.30 | 477 | 391 | 269.0 | 57.2 | 622.0 | 22.70 | 0.28 | 0.46 | 4.56 | 148.0 |
PM016-18-1 | 黑云角闪斜长片麻岩 | 48.83 | 13.81 | 5.30 | 8.64 | 0.19 | 7.66 | 9.78 | 2.62 | 1.42 | 0.93 | 0.08 | 0.67 | 0.98 | 100.91 | 10.7 | 25.8 | 3.76 | 16.4 | 3.97 | 1.03 | 3.36 | 0.66 | 4.79 | 0.94 | 2.79 | 0.45 | 2.86 | 0.46 | 25.90 | 77.97 | 2.52 | 0.84 | 4.35 | 1.19 | 5.92 | 18.1 | 125.0 | 1.84 | 334 | 186 | 276.0 | 50.3 | 147.0 | 15.10 | 0.31 | 0.76 | 5.07 | 120.0 |
PM017-20-1 | 斜长角闪岩 | 53.46 | 15.77 | 2.97 | 7.05 | 0.16 | 5.86 | 6.37 | 3.30 | 1.42 | 1.23 | 0.26 | 1.28 | 1.77 | 100.90 | 17.2 | 41.1 | 5.54 | 23.8 | 4.67 | 1.45 | 4.26 | 0.73 | 4.50 | 0.84 | 2.44 | 0.35 | 2.53 | 0.37 | 22.60 | 109.78 | 4.58 | 0.98 | 24.00 | 1.98 | 8.58 | 20.3 | 85.0 | 0.70 | 383 | 347 | 189.0 | 38.8 | 162.0 | 79.40 | 0.16 | 0.57 | 2.87 | 80.2 |
注:主量元素质量分数单位为%; 微量、稀土元素质量分数单位为10-6。 |
斜长角闪岩:SiO2质量分数为42.76%~55.73%,Al2O3质量分数为13.47%~16.36%,TFeO质量分数为7.68%~15.22%,CaO质量分数为6.37%~11.31%,MgO质量分数为4.69%~11.33%,TiO2质量分数为0.78%~1.62%,全碱ALK (Na2O+K2O) 质量分数为2.84%~5.04%,且Na2O>K2O,K2O质量分数低 (0.88%~1.58%),显示富Na贫K特征,属于低钾系列。在 (al+fm)(c+alk)-Si图解 (图 4) 上,样品均落入火山岩区域;在w(Na2O+K2O)-w(SiO2) 图解 (图 5a) 上,样品点均落入苦橄玄武岩和玄武安山岩区域;在AFM图解 (图 5b) 上,样品数据点主要落入钙碱性系列中,样品PM016-1-1位于拉斑玄武岩系列与钙碱性系列分界线附近,样品PM016-9-1落入拉斑玄武岩系列中,显示出拉斑玄武岩系列向钙碱性系列演化的趋势。
黑云角闪斜长变粒岩:SiO2质量分数为53.36%、66.26%,Al2O3质量分数为15.07%、16.09%,TFeO质量分数为4.16%、9.30%,CaO质量分数为3.47%、6.33%,MgO质量分数为1.75%、5.35%,TiO2质量分数0.62%、1.24%,全碱ALK (Na2O+K2O) 质量分数为4.33%、5.87%,且Na2O>K2O,K2O质量分数低 (1.30%、1.67%),显示富Na贫K特征,属于低钾系列。岩石的里特曼指数 (σ) 为1.51、1.63,属钙碱性系列。在 (al+fm)—(c+alk)-Si图解 (图 4) 上,样品均落入火山岩区域;在w(Na2O+K2O)-w(SiO2) 图解 (图 5a) 上,样品点均落入英安岩和玄武安山岩区域;在AFM图解 (图 5b) 上,样品数据点均落入钙碱性系列中。
角闪石岩:SiO2质量分数为50.22%,Al2O3质量分数为5.12%,CaO质量分数为12.71%,MgO质量分数为17.45%,全碱ALK (Na2O+K2O) 质量分数为1.24%,具富Ca、Mg,贫Al、K、Na的特征。岩石的里特曼指数 (σ) 为0.21,属钙碱性系列。在 (al+fm)—(c+alk)-Si图解 (图 4) 上,样品落入火山岩区域;在w(Na2O+K2O)-w(SiO2) 分类图解 (图 5a) 上,样品点落入玄武岩区域;在AFM图解 (图 5b) 上,样品数据点落入拉斑玄武岩系列中。
黑云角闪斜长片麻岩:SiO2质量分数为48.83%,Al2O3质量分数为13.81%,TFeO质量分数为13.94%,CaO质量分数为9.78%,MgO质量分数为7.66%,全碱ALK (Na2O+K2O) 质量分数为4.04%,且Na2O>K2O,显示富Na贫K特征,属于低钾系列。在 (al+fm)—(c+alk)-Si图解 (图 4) 上,样品落入火山岩区域;在w(Na2O+K2O)-w(SiO2) 分类图解 (图 5a) 上,样品点落入玄武岩区域;在AFM图解 (图 5b) 上,样品数据点落入拉斑玄武岩系列与钙碱性系列分界线附近。
综上所述,该套变质表壳岩组合的原岩具有从拉斑玄武岩系列向钙碱性系列演化的趋势,应该为岛弧环境下形成的基性、中基性火山岩及少量的中酸性火山岩组成。
2.2.2 稀土、微量元素斜长角闪岩:稀土元素总量w(∑REE)=109.78×10-6~153.44×10-6,稀土配分模式图 (图 6a) 上,具平坦型,轻重稀土分离程度相对较弱 ((La/Yb)N=4.36~7.50),无明显负Eu异常 (δEu=0.87~0.98,平均0.92)。与清原地区红透山岩组中斜长角闪岩 (w(∑REE)=20.3×10-6) 相比[2],该套表壳岩组合中斜长角闪岩的稀土总量更高、轻重稀土分离程度更高 (清原地区斜长角闪岩 (La/Yb)N=1.0)。从微量元素原始地幔标准化蛛网图 (图 6b) 上看,富集大离子亲石元素Rb、Ba、K、Th,亏损高场强元素Nb、Ta,显示出岛弧岩浆岩的特征,暗示岩浆源区可能受到过俯冲板片流体或熔体的交代作用[21]。岩石中铁族元素Cr、Co、Ni含量较高。
黑云角闪斜长变粒岩:稀土元素总量w(∑REE) 为98.59×10-6、144.69×10-6,稀土配分模式图 (图 6a) 上为右倾型,轻重稀土分离程度较强 (La/Yb)N为11.06、29.05,轻稀土明显富集。无明显负Eu异常 (δEu为0.89、1.03,平均0.96)。微量元素原始地幔标准化蛛网图 (图 6b) 上,富集大离子亲石元素Rb、Ba、K,轻微亏损高场强元素Nb、Ta。岩石中铁族元素Cr、Co、Ni含量较高。
角闪石岩:稀土元素总量w(∑REE)=66.05×10-6,稀土配分模式图 (图 6a) 上为平坦型,轻重稀土分离程度较强 (La/Yb)N=6.79,无明显负Eu异常,δEu=0.83。微量元素原始地幔标准化蛛网图 (图 5b) 上,富集大离子亲石元素Ba,轻微亏损高场强元素Nb、Ta。岩石中铁族元素Cr、Co、Ni含量较高。
黑云角闪斜长片麻岩:稀土元素总量w(∑REE)=77.97× 10-6,稀土配分模式图上为平坦型 (图 6a),轻重稀土分离程度较弱 (La/Yb)N=2.52,无明显负Eu异常,δEu=0.84。微量元素原始地幔标准化蛛网图 (图 6b) 上,富集大离子亲石元素Rb、Ba、K、Th,轻微亏损高场强元素Nb、Ta。岩石中铁族元素Cr、Co、Ni含量较高。
2.3 变质变形特征清河断裂以北的这套表壳岩组合以斜长角闪岩、黑云角闪斜长变粒岩为主,原岩为拉斑玄武质、安山质和英安质的火山岩,具有岛弧系统火山岩系的岩石组合和地球化学组成特征。辽北地区约在 (2 477±21) Ma发生了广泛的变质作用。
根据对变质岩石类型、矿物共生组合及矿物的交代关系等进行系统研究,结合变质与变形作用关系判别,该岩组可达到低角闪岩相的区域变质作用。常见的矿物共生组合包括:斜长角闪岩类-角闪岩类 (斜长石+角闪石±石英、斜长石+角闪石±绿帘石、斜长石+角闪石),片麻岩类-变粒岩类 (斜长石+角闪石+黑云母+石英)。
在新太古代末期强烈的变质变形作用下,该套表壳岩组合普遍发生强烈的构造变形作用,常见构造样式包括透入性片麻理、石香肠构造、变质分异条带、肠状褶皱等一系列的固态流变构造。因后期构造岩浆活动作用影响,现已无法准确恢复该期构造应力方向。早三叠世,在西伯利亚板块与华北板块碰撞拼合构造背景下,该套变质表壳岩再次遭受了强烈的构造变形,主要表现为糜棱面理、条带状构造及“A”型褶皱的形成,最明显的表现为斜长角闪岩因强烈的动力变质作用变为片状斜长角闪岩。
2.4 与红透山岩组、景家沟岩组的对比清河断裂以南的清原地区新太古代变质表壳岩十分发育,分布有红透山岩组和景家沟岩组。其中,红透山岩组是一套角闪岩相的以产有块状硫化物矿床为特征的变质表壳岩组合,景家沟岩组则是一套麻粒岩相的岩石组合 (以发育各类麻粒岩为特征),二者无上下层位关系,均形成于新太古代[3, 22]。本文新发现的这套新太古代表壳岩组合在岩性组合、变质程度以及地球化学特征上与红透山岩组相似,仅轻重稀土分离程度上比红透山岩组更高;因此,可以认为二者均形成于新太古代岛弧环境。与景家沟岩组相对比,这套新发现的表壳岩组合无论在岩性组合、变质程度,还是地球化学组成上均存在较大差异,为不同产物。
3 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年 3.1 分析方法为了限定该套变质表壳岩的形成时代,本次工作采用LA-ICP-MS法对实测剖面处斜长角闪岩中的锆石进行了U-Pb同位素年龄测试。样品地理坐标为:124°51′36″E,42°30′27″N,样品编号RZ24。
样品破碎和锆石挑选由河北省廊坊区域地质调查研究院地质实验室完成,锆石制靶和阴极发光照相由北京锆年领航科技有限公司完成,LA-ICP-MS测试在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成。激光剥蚀系统为GeoLas Pro,ICP-MS为Agilent 7500,激光剥蚀直径为40 μm。每个时间分辨分析数据包括20~30 s的空白信号和50 s的样品信号。对分析数据的离线处理 (包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算) 采用软件ICPMS DataCal完成。
U-Pb同位素定年中采用锆石标准GJ-1作外标进行同位素分馏校正,每分析5~10个样品点,分析2次GJ-1。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移,利用GJ-1的变化采用线性内插的方式进行了校正[23-27]。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3[28]完成。
3.2 测试结果显微镜下样品RZ24锆石呈黄粉色,多为次浑圆、浑圆、柱状或粒状,晶体可见裂纹,表面常见凹坑沟槽等溶蚀痕迹,有铁染,晶棱晶锥均已钝化,大部分分辨不清,可见锥柱不对称歪晶。本样品中锆石颜色单一,晶群集中,改造程度相近,为同源产物。
阴极发光图像 (图 7) 中,锆石具有典型的核幔结构。本次分别对内核及边部进行了测年,得到了核部锆石代表的成岩年龄和边部锆石代表的变质年龄。本样品锆石的内核形态规则或不规则,大都具较清晰的岩浆环带,为岩浆成因锆石。23个内核锆石数据点U、Th质量分数和Th/U值分别为64.49×10-6~802.71×10-6、39.47×10-6~2 016.52×10-6、0.06~2.51(表 2); 除测点15的Th/U值过低 (0.06) 剔除外,其余22个核部锆石数据点207Pb/206Pb年龄加权平均值为 (2 524±18) Ma (MSWD=0.87,95%置信度),数据均靠近谐和线或在谐和线附近很小范围内 (图 8a),应代表了斜长角闪岩原岩的形成年龄。锆石外带为CL无结构的浅色变质增生边,指示其U含量相对较低,也造成了其边部Th/U值相对较高 (均≥0.4),与核部岩浆锆石的Th/U值相差不大。9个外带锆石数据点U、Th质量分数和Th/U值分别为22.51×10-6~218.87×10-6,18.35×10-6~276.62×10-6,0.40~1.31,9个数据点207Pb/206Pb年龄加权平均值为 (2 477±21) Ma (MSWD=0.66,95%置信度),数据均靠近谐和线或在谐和线附近很小范围内 (图 8b),代表了变质作用发生的年龄。
点号 | wB/10-6 | Th/U | 同位素比值 | 同位素年龄/Ma | |||||||||||||||||
总Pb | 232Th | 238U | 207Pb/206Pb | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 208Pb/232Th | 1σ | 207Pb/206Pb | 1σ | 207Pb/235U | 1σ | 206Pb/238U | 1σ | 208Pb/232Th | 1σ | |||
1 | 76.65 | 79.60 | 124.80 | 0.64 | 0.171 2 | 0.003 1 | 10.877 0 | 0.259 7 | 0.460 6 | 0.006 7 | 0.120 9 | 0.005 9 | 2 569 | 31 | 2 513 | 22 | 2 442 | 29 | 2 307 | 106 | |
2 | 278.84 | 452.38 | 429.38 | 1.05 | 0.167 4 | 0.002 2 | 10.515 7 | 0.174 0 | 0.455 9 | 0.004 8 | 0.120 6 | 0.004 9 | 2 532 | 22 | 2 481 | 15 | 2 421 | 21 | 2 301 | 88 | |
3 | 108.22 | 159.21 | 173.79 | 0.92 | 0.162 3 | 0.002 4 | 9.994 7 | 0.162 7 | 0.448 6 | 0.004 5 | 0.123 3 | 0.004 6 | 2 480 | 25 | 2 434 | 15 | 2 389 | 20 | 2 350 | 82 | |
4 | 104.19 | 79.40 | 183.58 | 0.43 | 0.166 8 | 0.002 1 | 10.607 5 | 0.177 4 | 0.462 9 | 0.006 0 | 0.124 9 | 0.004 3 | 2 528 | 21 | 2 489 | 16 | 2 452 | 26 | 2 379 | 78 | |
5 | 94.29 | 62.17 | 158.22 | 0.39 | 0.166 4 | 0.002 4 | 10.750 6 | 0.169 3 | 0.469 9 | 0.004 1 | 0.125 5 | 0.003 6 | 2 521 | 24 | 2 502 | 15 | 2 483 | 18 | 2 389 | 64 | |
6 | 203.26 | 87.51 | 358.76 | 0.24 | 0.166 8 | 0.001 5 | 10.662 1 | 0.139 0 | 0.464 6 | 0.005 0 | 0.124 3 | 0.003 0 | 2 526 | 15 | 2 494 | 12 | 2 460 | 22 | 2 368 | 53 | |
7 | 247.85 | 252.30 | 429.51 | 0.59 | 0.164 5 | 0.003 3 | 10.470 8 | 0.211 9 | 0.460 7 | 0.003 6 | 0.105 9 | 0.009 0 | 2 503 | 34 | 2 477 | 19 | 2 443 | 16 | 2 034 | 164 | |
8 | 124.34 | 87.46 | 211.71 | 0.41 | 0.166 1 | 0.001 4 | 10.570 3 | 0.133 0 | 0.462 6 | 0.004 6 | 0.118 2 | 0.002 1 | 2 520 | 14 | 2 486 | 12 | 2 451 | 20 | 2 259 | 37 | |
9 | 101.40 | 73.33 | 175.29 | 0.42 | 0.168 8 | 0.003 0 | 11.027 8 | 0.228 3 | 0.473 4 | 0.005 9 | 0.118 1 | 0.005 7 | 2 546 | 30 | 2 525 | 19 | 2 498 | 26 | 2 256 | 102 | |
10 | 121.40 | 106.61 | 215.27 | 0.50 | 0.168 4 | 0.001 7 | 11.051 2 | 0.175 6 | 0.475 4 | 0.006 6 | 0.116 2 | 0.001 8 | 2 542 | 17 | 2 527 | 15 | 2 507 | 29 | 2 223 | 32 | |
11 | 72.14 | 55.22 | 131.13 | 0.42 | 0.164 0 | 0.002 5 | 10.249 3 | 0.164 4 | 0.453 3 | 0.004 8 | 0.109 3 | 0.002 6 | 2 497 | 25 | 2 458 | 15 | 2 410 | 21 | 2 097 | 48 | |
12 | 149.28 | 222.81 | 242.40 | 0.92 | 0.163 3 | 0.002 1 | 10.470 8 | 0.203 7 | 0.466 5 | 0.009 1 | 0.121 1 | 0.003 0 | 2 500 | 22 | 2 477 | 18 | 2 468 | 40 | 2 310 | 54 | |
13 | 98.73 | 170.22 | 154.78 | 1.10 | 0.164 1 | 0.002 2 | 10.469 5 | 0.196 4 | 0.462 7 | 0.007 3 | 0.120 5 | 0.003 2 | 2 498 | 23 | 2 477 | 17 | 2 451 | 32 | 2 300 | 58 | |
14 | 40.87 | 60.76 | 64.49 | 0.94 | 0.169 7 | 0.004 5 | 10.794 1 | 0.274 2 | 0.463 9 | 0.007 0 | 0.121 7 | 0.004 0 | 2 554 | 45 | 2 506 | 24 | 2 457 | 31 | 2 321 | 72 | |
15 | 338.30 | 39.47 | 638.92 | 0.06 | 0.163 0 | 0.003 3 | 10.225 4 | 0.279 6 | 0.453 8 | 0.010 4 | 0.112 8 | 0.005 3 | 2 487 | 34 | 2 455 | 25 | 2 412 | 46 | 2 160 | 96 | |
16 | 144.13 | 216.92 | 220.89 | 0.98 | 0.166 6 | 0.002 8 | 10.772 8 | 0.174 4 | 0.469 4 | 0.005 3 | 0.115 4 | 0.004 1 | 2 523 | 28 | 2 504 | 15 | 2 481 | 23 | 2 208 | 75 | |
17 | 110.48 | 139.18 | 177.12 | 0.79 | 0.165 2 | 0.002 5 | 10.369 1 | 0.194 9 | 0.455 5 | 0.006 6 | 0.121 3 | 0.004 8 | 2 510 | 25 | 2 468 | 17 | 2 420 | 29 | 2 315 | 87 | |
18 | 651.48 | 2 016.52 | 802.71 | 2.51 | 0.164 6 | 0.002 6 | 10.447 0 | 0.178 7 | 0.460 4 | 0.006 0 | 0.111 9 | 0.004 5 | 2 503 | 26 | 2 475 | 16 | 2 442 | 27 | 2 144 | 83 | |
19 | 149.48 | 111.57 | 250.13 | 0.45 | 0.170 5 | 0.002 7 | 11.126 3 | 0.173 3 | 0.473 9 | 0.005 2 | 0.116 8 | 0.004 4 | 2 563 | 26 | 2 534 | 15 | 2 501 | 23 | 2 233 | 80 | |
20 | 118.15 | 206.13 | 184.01 | 1.12 | 0.164 4 | 0.003 0 | 10.494 4 | 0.240 5 | 0.461 4 | 0.006 2 | 0.116 4 | 0.004 3 | 2 502 | 30 | 2 479 | 21 | 2 446 | 27 | 2 225 | 78 | |
21 | 148.97 | 122.60 | 256.57 | 0.48 | 0.170 1 | 0.002 4 | 10.940 8 | 0.184 5 | 0.466 5 | 0.006 3 | 0.115 4 | 0.004 3 | 2 559 | 24 | 2 518 | 16 | 2 468 | 28 | 2 208 | 78 | |
22 | 56.62 | 49.42 | 94.70 | 0.52 | 0.169 9 | 0.003 5 | 11.112 4 | 0.235 8 | 0.475 0 | 0.006 0 | 0.115 9 | 0.004 6 | 2 557 | 35 | 2 533 | 20 | 2 505 | 26 | 2 217 | 83 | |
23 | 138.32 | 204.28 | 220.24 | 0.93 | 0.166 6 | 0.002 1 | 10.845 6 | 0.169 2 | 0.471 7 | 0.005 0 | 0.116 3 | 0.004 3 | 2 524 | 22 | 2 510 | 15 | 2 491 | 22 | 2 223 | 78 | |
24 | 58.03 | 83.97 | 93.99 | 0.89 | 0.164 3 | 0.003 3 | 10.569 8 | 0.247 9 | 0.467 3 | 0.008 0 | 0.123 4 | 0.005 6 | 2 502 | 61 | 2 486 | 22 | 2 472 | 35 | 2 352 | 101 | |
25 | 112.94 | 81.70 | 204.87 | 0.40 | 0.158 9 | 0.001 7 | 10.147 3 | 0.152 8 | 0.462 0 | 0.005 3 | 0.115 4 | 0.002 0 | 2 456 | 17 | 2 448 | 14 | 2 448 | 23 | 2 208 | 36 | |
26 | 125.33 | 97.41 | 218.87 | 0.45 | 0.164 1 | 0.001 5 | 10.269 9 | 0.112 2 | 0.456 1 | 0.004 3 | 0.118 4 | 0.002 0 | 2 498 | 15 | 2 459 | 10 | 2 422 | 19 | 2 261 | 36 | |
27 | 88.63 | 176.61 | 139.39 | 1.27 | 0.161 0 | 0.003 1 | 10.322 7 | 0.292 3 | 0.462 1 | 0.007 6 | 0.125 8 | 0.005 1 | 2 466 | 33 | 2 464 | 26 | 2 449 | 33 | 2 395 | 91 | |
28 | 68.11 | 83.27 | 115.88 | 0.72 | 0.163 8 | 0.002 8 | 10.771 9 | 0.248 4 | 0.474 1 | 0.007 9 | 0.115 3 | 0.004 6 | 2 495 | 28 | 2 504 | 21 | 2 502 | 34 | 2 205 | 84 | |
29 | 76.55 | 87.77 | 131.62 | 0.67 | 0.158 3 | 0.003 5 | 9.958 3 | 0.266 5 | 0.456 2 | 0.008 0 | 0.120 2 | 0.006 2 | 2 439 | 38 | 2 431 | 25 | 2 423 | 36 | 2 295 | 113 | |
30 | 103.41 | 153.33 | 166.60 | 0.92 | 0.160 9 | 0.003 0 | 10.236 5 | 0.236 7 | 0.461 4 | 0.007 8 | 0.118 5 | 0.004 9 | 2 465 | 32 | 2 456 | 21 | 2 446 | 34 | 2 264 | 89 | |
31 | 135.21 | 276.62 | 211.83 | 1.31 | 0.162 8 | 0.006 6 | 10.165 2 | 0.391 3 | 0.452 2 | 0.008 5 | 0.113 6 | 0.004 5 | 2 485 | 69 | 2 450 | 36 | 2 405 | 38 | 2 174 | 81 | |
32 | 13.72 | 18.35 | 22.51 | 0.82 | 0.161 5 | 0.005 9 | 10.415 1 | 0.398 7 | 0.468 4 | 0.010 2 | 0.116 1 | 0.005 8 | 2 472 | 61 | 2 472 | 35 | 2 476 | 45 | 2 220 | 106 | |
注:1—23点位于锆石核部,24—32点位于锆石增生边。 |
万渝生等[1]也曾对清河断裂以南的清原地区太古宙岩石进行了SHRIMP锆石U-Pb测年,得出了 (2 515±6) Ma的表壳岩形成年龄及 (2 477±5) Ma的变质年龄。这一认识与本次测年结果 (该套变质表壳岩形成年龄 (2 524±18) Ma,变质年龄 (2 477±21) Ma) 十分吻合,也证实了清河断裂以北地区与清河以南地区在新太古代的构造演化具有一致性。本次测年结果表明了清河断裂以北的这套新太古代表壳岩组合的形成与变质作用的发生相隔大约47 Ma。
传统的槽台学说曾将清河断裂作为槽台界线,认为清河以北为地槽区,主要分布早古生代变质地层 (称之为开原岩群或清河镇岩群[11-13]),而清河断裂以南为地台区,分布新太古代变质深成岩和表壳岩。近年来一些学者运用板块构造学说理论,认为清河断裂为华北陆块与陆缘活动带界线,开原岩群为一套形成于活动大陆边缘环境的产物[11-13]。无论是槽台学说或板块学说观点,均认为清河断裂以北不存在太古宙结晶基底。
本次在清河断裂与寇河断裂之间新发现的这套新太古代表壳岩组合,其形成时代、变质作用发生时间、岩石学、地球化学特征均与清河断裂以南新太古代清原绿岩带内的红透山岩组可对比,表明至少在中生代发生大规模的克拉通破坏之前,清河断裂与寇河断裂之间的这片区域可能也曾普遍存在新太古代结晶基底,亦属于新太古代清原绿岩带的一部分。也就是说根据该套表壳岩分布的范围,大致可以推断华北克拉通的北部边界可能在寇河断裂,而非清河断裂。
5 结论1) LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,清河断裂以北新发现的这套变质表壳岩形成于 (2 524±18) Ma,变质年龄为 (2 477±21) Ma,从形成到发生变质作用间隔的时间约为47 Ma。
2) 该套变质表壳岩组合的原岩为一套中、中基性火山岩建造,为岛弧构造环境下的产物,经历了角闪岩相变质作用,岩性主要为斜长角闪岩、黑云角闪斜长变粒岩、黑云角闪斜长片麻岩、浅粒岩及角闪石岩,与红透山岩组基本可以对比。
3) 清河断裂以北新太古代变质表壳岩组合的发现,表明清河断裂以北可能也曾存在较为广泛的太古宙结晶基底,属于新太古代清原绿岩带的一部分。根据这套表壳岩的分布将传统的槽台界线北移至寇河断裂,即寇河断裂才应为华北克拉通的北界。
致谢: 在本文撰写过程中,杨晓波教授级高级工程师和李东涛教授级高级工程师给予了笔者热心的指导和帮助,在此表示衷心的感谢。[1] | 万渝生, 宋彪, 杨淳, 等. 辽宁抚顺-清原地区太古宙岩石SHRIMP锆石U-Pb年代学及其地质意义[J]. 地质学报, 2005, 79(1): 78-87. Wan Yusheng, Song Biao, Yang Chun, et al. Zircon Shrimp U-Pb Geochronology of Archaean Rocks from the Fushun-Qingyuan Area, Liaoning Province and Its Geological Significance[J]. Acta Geologica Sinica, 2005, 79(1): 78-87. |
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