华北克拉通是目前世界上唯一得到确证的原有巨厚太古宙岩石圈遭受强烈破坏及巨量减薄的克拉通(林伟等,2013)。而晚中生代以来发生的大规模岩石圈减薄则是华北克拉通破坏的主要表现(Menzies et al., 1993;Zhang et al., 2002;徐义刚,2004)。辽东半岛地区是华北克拉通晚中生代岩石圈减薄最为强烈和典型的地区之一,发育了大量的中生代岩浆和晚中生代时期的伸展构造,如辽南变质核杂岩(刘俊来等,2008),辽东半岛的古道岭、饮马湾山同构造岩体(林伟等,2011)、断陷盆地(段秋梁等,2007;林伟等,2011)、大营子拆离断层(申亮等,2011)及大量中生代侵入岩和火山岩(吴福元等,2005)。通过对上述伸展构造的研究,基本解决了辽东地区岩石圈减薄的时间、过程和机制等问题。
然而对辽东地区中生代岩浆-构造活动的研究已经开展了相当长的一段时间,但这些研究多是针对区域内的代表性岩体或标志性构造,对辽东地区大面积出露的中生代岩浆岩的研究却并不全面,还有相当一部分岩体缺少系统的岩石学、地球化学及年代学的研究,特别是在辽东中部的岫岩地区发育的大量中生代岩体,只是依据其产出形态、相互接触关系及岩性不同,将它们简单划入不同的时代,划归为不同的岩体。辽宁省地质矿产调查院(2003①)对研究区进行了1 25万区域地质调查,确立了研究区的地质结构框架,确定了帽盔山二长花岗岩形成于晚侏罗世,属于韩家岭超单元,荒地花岗闪长岩和朝阳苏长辉长岩形成于晚三叠世,分别属于大堡超单元和大营子超单元;吴福元等(2005)测得大营子拆离断层东侧二长岩时代为白垩纪;申亮等(2011)测得大营子拆离断层上盘火山岩属于早白垩世。本文将对辽东岫岩地区东北部出露的三个侵入岩体的野外产状、结构构造、岩石地球化学及年代学特征进行研究,进一步确定各个侵入岩体的形成年代,讨论其岩浆来源,形成构造环境,进而探讨辽东岫岩地区在中生代的大地构造背景,为辽东地区岩石圈演化提供新的证据。
①辽宁省地质矿产调查院.2003.K51C004003(丹东市)、J51C001003(东港市)1:25万区域地质调查成果报告
1 区域地质构造背景辽东岫岩地区位于华北克拉通北缘东段、辽吉古元古裂谷带的南段。辽吉古远古裂谷带呈向北凸出的弧形分布:北缘以辽阳-通化断裂为界,与龙岗地块相接;南侧以鸭绿江断裂为界,与朝鲜的狼林地块相邻(秦亚等,2013)(图 1)。
研究区构造较为发育,主要以大型断裂为主。其中大营子拆离断层为区内著名断层,从区内自北西向东南穿过,下盘为古元古代变质岩系和中生代侵入岩体,上盘为白垩纪火山-沉积盆地,其断裂活动开始于135±1.2Ma,结束于127±1Ma(刘俊来等,2011;申亮等,2011)。同时,在区内存在两条互相平行,走向为北东向的贯穿研究区的走滑断层,该断层属于庄河-桓仁岩石圈断裂带的高丽城山-朝阳-杨家堡北东向断裂(辽宁省地质矿产调查院,2003)的一部分,该断层次级断裂较为发育,在断层两侧有较多平行主断裂的小型断裂,断裂性质以左行平移为主,晚期局部表现为正断层。在研究区中部,断层穿过帽盔山二长花岗岩、荒地花岗闪长岩及朝阳苏长辉长岩,对上述岩体最终形态产生了一定的影响。区内也存在北东向、北西向和近东西向小型断裂,以北东向断裂为主,这一系列断层的形成与中生代时期辽东地区岩石圈的减薄及大规模的伸展活动密切相关。
研究区出露的主要地层可以划分为三个部分:古元古代辽河群,由里尔峪组、高家峪组、大石桥组和盖县组组成,岩性以浅粒岩、变粒岩、大理岩及千枚岩等岩性组合;二叠纪莝草沟组和温家沟组,仅在研究区的东南角有少量出露,莝草沟组主要为黑色炭质泥质板岩、千枚岩,可见有大量的红柱石,是区内重要含矿黑色岩系。温家沟组则以复成分砾岩及砂岩组成,可见有明显的粒序层理结构,二者可以反映出区内二叠纪由湖沼相向洪积扇相的过度;白垩纪火山岩地层,主要为早白垩世小岭组火山岩,其主要为一套陆相火山-沉积建造,表明该时期研究区岩浆-构造活动十分活跃。
研究区内发育有众多的岩浆岩体(图 1),是研究区的重要地质组成部分。该区内的侵入岩为古元古代花岗岩和中生代花岗质岩石。古元古代花岗岩主要分布在研究区的西北部,以二长花岗岩为主,其侵入到辽河群变质岩地层,被后期岩体侵入,或被新地层覆盖。同时,在古元古代二长花岗岩边部有与其同时期的大面积花岗伟晶岩出露,花岗伟晶岩呈北西向分布,风化较为严重。
中生代是研究区内岩浆活动较为活跃的一个时期,吴福元等(2005)将辽东地区的岩浆活动划分为三期,即三叠纪(233~212Ma)、侏罗纪(180~156Ma)和白垩纪(131~117Ma)。三叠纪侵入岩主要出露研究区北部,为二长花岗岩和闪长岩,闪长岩体的形成时代为晚三叠世(吴福元等,2005)。中侏罗世二长花岗岩主要出露在研究区中部,侵入在大营子拆离断层下盘,辽宁省地质矿产研究院(2003)将其归属于古元古代虎山超单元,内部常见辽河群捕掳体,吴福元等(2005)将其形归属于白垩纪的,而本人经过锆石测年得出的最新年龄为161±2Ma(未发表),确定其年代应属于中侏罗世。白垩纪时期的侵入岩主要位于研究区的中部地区,为区内最新一期的岩浆活动所产生的岩体,也是本文重点研究的内容。白垩纪侵入岩按岩性可依次分为帽盔山二长花岗岩、荒地花岗闪长岩及朝阳苏长辉长岩。
2 花岗岩的地质特征帽盔山二长花岗岩,出露在研究区东部和中部,东部出露面积较大,约21km2,呈岩株状产出,侵入古元古代辽河群中,中部出露面积较小,约14km2,呈细长条状,沿北西向侵入到荒地花岗闪长岩中。在帽盔山二长花岗岩中可见有三叠纪细粒闪长岩捕掳体,说明帽盔山二长花岗岩也侵入到与之相隔不远的三叠纪闪长岩中。二长花岗岩新鲜面大多呈灰白色,中细粒-中粒花岗结构,块状构造,主要由斜长石、钾长石、石英及黑云母组成,其中斜长石灰白色,均为更长石(An=14~15),半自形,粒径为2~3mm,含量约35%;钾长石肉红色,半自形,粒径为2mm左右,含量约30%;石英具油脂光泽,他形粒状,粒径为2mm左右,含量约20%~25%;黑云母,一组极完全解理,含量约10%~15%(图 2a, b)。
荒地花岗闪长岩出露于研究区的中部地区,岩体呈北东方向展布,中段被帽盔山二长花岗岩侵入,同时遭受北东向断层影响,岩体出露面积约35km2,其侵入到周边辽河群和朝阳苏长辉长岩中,在该岩体边部可见有苏长辉长岩捕掳体。斑状黑云母花岗闪长岩新鲜面灰白色,似斑状结构,斑晶为钾长石,浅肉红色,板状,粒度5mm左右,含量大于5%,基质为中细粒花岗结构,块状构造,主要矿物为斜长石、钾长石、石英、普通角闪石及黑云母,其中斜长石白色,均为更长石(An=26~27),半自形,板状,粒径为1~4mm,见卡-钠复合双晶,含量约45%;钾长石肉红色,半自形,粒径1~4mm,含量约25%;石英无色,他形粒状,含量约20%;普通角闪石,绿色,柱状,粒度1~3mm,含量约5%;黑云母褐色,片状,含量约5%(图 2c, d)。石英中可见细小的斜长石和微斜长石包体,说明石英结晶晚于斜长石和钾长石,而条纹长石斑晶中也见斜长石包体,说明斑晶的形成晚于斜长石。
朝阳苏长辉长岩出露于朝阳镇以北地区,呈岩株产出,出露面积约16km2,侵入到周围辽河群、古元古代二长花岗岩及侏罗纪花岗岩中,其西部边界被小岭组火山岩角度不整合覆盖,东部边界被荒地岩体侵入。苏长辉长岩新鲜面灰黑色,辉长结构、块状构造。其主要矿物组成为斜长石、普通辉石、紫苏辉石及少量普通角闪石、黑云母。斜长石,均为拉长石(An=55~60),半自形板柱状,无色,粒度约2mm,含量约50%;普通辉石,半自形短柱状,无色-淡绿色,见次闪石化,粒度2mm左右,含量约25%;紫苏辉石,半自形短柱状-粒状,具淡红-淡绿多色性,粒度1~2mm,含量约20%;黑云母,片状,褐色,分布不均匀。普通角闪石,柱状,绿色,具多色性吸收性,见解理,二级蓝干涉色,斜消光,消光角较小,含量较少(图 2e, f)。
3 样品采集与分析方法在研究区帽盔山二长花岗岩体、荒地花岗闪长岩体及朝阳苏长辉长岩体的不同部位共采集13件新鲜的岩石样品进行岩石地球化学分析,选取其中3件样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年研究。野外采集测年样品重约12kg,在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室用常规方法粉碎,达80~100目,通过淘选和电磁选方法进行分离。在双目镜下挑选出晶形、透明度较好,裂隙和包体较少、表面洁净的锆石颗粒用于年龄测定。锆石制靶和阴极发光(CL)图像的采集在北京离子探针中心完成。锆石U-Pb同位素分析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进行,所用仪器为Thermo FisHer公司制造的Neptune型LA-MIC-ICPMS和Cetac公司制造的Geolas Pro 193准分子型激光系统联机。用193nm激光器对锆石进行剥蚀的深度为20~40μm,激光剥蚀斑束直径35μm。应用TEMORA和GJ-1作为外部锆石年龄标准进行分馏校正,元素含量则采用玻璃标样SRM610作为外标(李怀坤等,2010)。
主量元素、微量元素和稀土元素的测定由澳实分析检测(广州)有限公司完成。其中主量元素采用X射线荧光光谱仪测定,相对标准偏差为2%~5%;微量元素及稀土元素均采用电感耦合等离子体质谱仪测定,相对标准偏差小于10%。
4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年代学对帽盔山二长花岗岩(DWN-1)选取了17颗锆石,荒地花岗闪长岩(HDN-1)选取了14颗锆石,朝阳苏长辉长岩(DNY-3)选取了10颗锆石,分别进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析,分析结果见表 1。
样品DWN-1:锆石表面光滑,自形程度较好,呈长柱状,长轴80~240μm。锆石阴极发光(CL)图像(图 3a)显示,大部分锆石具有明显的岩浆震荡环带。Th=224×10-6~3430×10-6,U=241×10-6~3466×10-6,Th/U=0.52~1.12,反映了其为岩浆成因(Pupin,1980;吴元保和郑永飞,2004;Koschek,1993)。17个测点的206Pb/238U表面年龄值介于133±2Ma~141±3Ma之间,加权平均年龄为137Ma(MSWD=1.07)(图 4)。
样品HDN-1:锆石表面光滑,自形程度较好,呈长柱状,长轴100~180μm。锆石阴极发光(CL)图像(图 3b)显示,大部分锆石具有明显的岩浆震荡环带。Th=194×10-6~2436×10-6,U=268×10-6~1159×10-6,Th/U=0.62~2.10,反映了其为岩浆成因(Pupin,1980;吴元保和郑永飞,2004;Koschek,1993)。14个测点的206Pb/238U表面年龄值介于134±2Ma~143±2Ma之间,加权平均年龄为139Ma(MSWD=1.9)(图 4)。
样品DYN-3:锆石表面光滑,结构均一,反映结晶环境比较稳定。锆石主要以长柱板状为主,个别锆石可见有明显的震荡环带。Th=97×10-6~262×10-6,U=96×10-6~230×10-6,Th/U=0.89~1.52,表明所测锆石具有岩浆成因的特征(Koschek,1993)。10个测点的206Pb/238U表面年龄值介于127±8Ma~145±8Ma之间,加权平均年龄为139Ma(MSWD=3.4)(图 4)。
上述LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果可以代表帽盔山二长花岗岩、荒地花岗闪长岩及朝阳苏长辉长岩的侵位年龄。
4.2 地球化学帽盔山二长花岗岩、荒地花岗闪长岩及朝阳苏长辉长岩的主、痕量元素分析结果见表 2。
帽盔山二长花岗岩的4个样品均具有较高的SiO2(75.7%~76.9%)、Al2O3(12.5%~12.65%)和K2O(4.56%~4.72%)含量及较低的FeOT(1.07%~1.10%)、MgO(0.05%~0.07%)、CaO(0.31%~0.52%)和TiO2(0.05%)含量。在TAS分类图解(图 5a)中,其为亚碱性系列花岗岩;K2O/Na2O为1.18~1.27,在SiO2-K2O岩石系列判别图解(图 5a)中,为高钾钙碱性系列。含铝指数A/CNK和A/NK分别为1.03~1.06和1.11~1.12,为弱过铝质系列岩石(图 5b)。
荒地花岗闪长岩的SiO2含量为62.6%~70.8%,Al2O3含量为14.4%~17.8%,TiO2含量为0.26%~0.55%,FeOT含量为2.58%~4.59%,CaO含量为2.07%~3.49%,MgO含量为0.77%~1.35%,K2O含量为3.59%~4.35%,Na2O含量为3.87%~4.62%。在TAS分类图解(图 5a)中,其样品主要落在花岗岩及二长岩区域内,属于亚碱性系列花岗岩;K2O/Na2O的比值为0.87~1.08,在SiO2-K2O岩石系列判别图解(图 5a)中,除了1个样品落入钾玄岩系列外,其余都属于高钾钙碱性系列。含铝指数A/CNK和A/NK分别为0.98~1.02和1.31~1.55,为准铝质到弱过铝质系列岩石(图 5b)。在Na2O-K2O成因类型判别图解中,荒地花岗闪长岩有3个样品落入I型花岗岩位置,其余2个样品也接近I型花岗岩与A型花岗岩的界线(图 5a)。
朝阳苏长辉长岩的SiO2含量为54.8%~58.3%,Al2O3含量为16.0%~17.1%,TiO2含量为0.82%~1.28%,FeOT含量为6.60%~8.09%,CaO含量为5.76%~7.02%,MgO含量为4.28%~5.52%,K2O含量为2.13%~2.93%,Na2O含量为3.17%~3.95%。在TAS分类图解(图 5a)中,样品主要落在二长岩及辉长闪长岩区域内,属于亚碱性系列岩石;K2O/Na2O的比值为0.57~0.78,在SiO2-K2O岩石系列判别图解(图 5a)中,均落入高钾钙碱性系列。含铝指数A/CNK和A/NK分别为0.79~0.83和1.72~2.13,为准铝质系列岩石(图 5b)。
4.2.2 痕量元素由表 2和图 6a中可以看出,帽盔山二长花岗岩稀土元素总量(∑REE)为67.22×10-6~86.23×10-6,轻重稀土元素比值(LREE/HREE)为1.89~2.89,δEu为0.24~0.29,(La/Yb)N值为3.11~5.86。可见,帽盔山二长花岗岩的稀土元素球粒陨石标准化曲线所具有的特点为呈轻稀土元素中等富集的右倾海鸥型,轻稀土元素分馏效应较为明显,重稀土元素呈较为平滑曲线,基本无分馏效应,铕负异常较为强烈。
荒地花岗闪长岩的∑REE为142.6×10-6~434.7×10-6,LREE/HREE为5.15~19.2,δEu为0.53~1.1,(La/Yb)N值为13.4~68.2。由图 6a可见,荒地花岗闪长岩中有2个样品与其他样品具有明显的区别,明显富集La、Ce、Pr、Nd等轻稀土元素,且稀土总量为434.7×10-6(样品HDH-1)、427.2×10-6(样品HDN-1),LREE/HREE为17.1(HDH-1)和19.2(HDN-1),δEu具有轻微的正异常值。
朝阳苏长辉长岩的∑REE为177.5×10-6~183.9×10-6,LREE/HREE为5.18~5.52,δEu为1.01~1.09,(La/Yb)N值为10.9~17.7。由图 6a可知,朝阳苏长辉长岩的稀土元素球粒陨石标准化曲线呈右倾型,相对富集La、Ce、Pr、Nd等轻稀土元素,δEu具有轻微的正异常值。
帽盔山二长花岗岩在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 6b)中,呈现出Ba、Nb、Sr-P、Ti等4个较为明显的亏损谷,亏损Ti、P等高场强元素和Ba、Sr等大离子亲石元素,富集K、Rb、Th等不相容元素。
从图 6b中可以看出,荒地花岗闪长岩的5个样品具有两种不同的曲线,HDN-1和HDH-1中Ba、La、Ce、Pr、P、Nd、Zr、Eu等元素含量明显高于其他3个样品,但除Ba元素外,其他元素曲线形状基本相同,呈现出Nb、P及Ti等三个明显的亏损谷。地球化学特征类似于Tarney and Jones提出的高Ba-Sr花岗岩,Sr、Ba的富集可能与钾长石斑晶的大量存在有关(Tarney and Jones, 1994;陈广俊等,2014)。在原始地幔标准化图解上(图 6b),荒地花岗闪长岩的微量元素显示了富集大离子亲石元素,如K、Rb、Sr、Ba及轻稀土元素,亏损高场强元素。
朝阳苏长辉长岩的原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 6b)中,曲线呈右倾型,其表现形式与辉长岩相似,富集K、Ba、Sr等大离子亲石元素,亏损Nb、U、P、Ti等高场强元素,但Zr不亏损,且部分高场强元素丰度低,平坦不分异,兼具弧火山岩与板内玄武岩的特点。
5 岩石成因及构造环境 5.1 岩石成因及岩浆源区测年数据显示帽盔山二长花岗岩、荒地花岗闪长岩及朝阳苏长辉长岩的形成时代十分接近,都形成于早白垩世。但它们却具有明显不同的地球化学属性,反映了它们不同的岩浆起源及分离结晶过程。
帽盔山二长花岗岩,主要造岩矿物为碱性长石和石英,主量元素具有高硅、富钾的特点,贫Al2O3、Sr、Ba、Eu、Ti和P,痕量元素具有明显的负Eu异常(δEu < 0.29),富集高场强元素(Th、U)和大离子亲石元素(Rb、K),A/CNK值大于1,锆饱和温度均值约800℃。在花岗岩成因类型图解(图 7a)中,帽盔山二长花岗岩也基本都落在A型花岗岩区域中。同时,与A型花岗岩具有相类似的稀土元素分配形式(苏玉平和唐红峰,2005)。Rb/Sr值为5.12~5.88,Rb/Ba值为2.14~2.60,其变化范围与国内A型花岗岩基本一致(吴锁平等,2007)。上述岩石学和地球化学特征都表明帽盔山二长花岗岩应属于铝质A型花岗岩(周宇章,2011),且属于A2亚类花岗岩(图 7b)。对于A型花岗岩的物质来源和成因在前人的研究中也有着不同的解释和认知,主要有幔源岩浆的分异或部分熔融(Kerr and Fryer, 1993)、壳幔物质的混合熔融(Goodenough et al., 2000)、壳源物质的部分熔融(许保良等,1998)。而张旗等(2008b)则认为花岗岩都是壳源成因,大致分为洋壳、陆壳以及两者之间过渡的三种源区。帽盔山二长花岗岩的岩石地球化学特征表明其岩浆源区存在有斜长石残留,因此不可能是幔源岩浆分异而来或镁铁质原岩的部分熔融(吴福元等,2007)。因此,我们认为帽盔山二长花岗岩的起源应为下地壳的部分熔融(Creaser et al., 1991;Skjerlie and Johnston, 1993a,b;Patiño Douce,1997;Wu et al., 2002)。而Nb和Ta的强烈亏损也说明了岩浆可能为地壳来源。
荒地花岗闪长岩为钙碱性系列花岗岩。岩石的矿物中出现黑云母、角闪石、榍石、磁铁矿等。痕量元素富集大离子亲石元素,亏损高场强元素。在花岗岩成因类型图解(图 7a)中,荒地花岗闪长岩大部分样品落入I & S型花岗岩区内,但岩石的A/CNK为0.98~1.02,岩石中也未见富铝矿物,因此我们认为其总体表现为I型花岗岩的特征。荒地花岗闪长岩的SiO2含量>56%, 高铝、低MgO、贫Y、Yb,Sr含量高,LREE富集,无Eu异常及相对富K2O(Na2O/K2O=0.92~1.15)、亏损HREE等特征表明其为C型埃达克岩(张旗等, 2001)。荒地花岗闪长岩中随着SiO2的升高,Al2O3、MgO、及FeOT降低(表 2),Rb相对Ba亏损,可能是角闪石分离结晶所造成的,而角闪石的分离结晶致使稀土元素分配图上HREE相对平坦(图 6a)。荒地花岗闪长岩的Sr呈正异常,而Y、Yb的含量较低,在单斜辉石、石榴石、角闪石中,Sr的分配系数非常小,而Y的分配系数则较大,因此,上述矿物在熔融残留相中存在将导致花岗质岩浆亏损Y和HREE、高La/Yb和Sr/Y比值(Drummong and Defant, 1990)。上述特征表明岩浆源区在岩浆形成过程中斜长石熔融,残留相不存在斜长石矿物;而Y和Yb含量很低且La/Yb、Sr/Y比值较高,表明花岗闪长岩的源区经过部分熔融后的残留相为石榴石角闪岩或榴辉岩(Drummong and Defant, 1990;Defant and Drummond, 1990, 1993)。实验岩石学证明,冷的陆壳部分熔融,残留相为含石榴石的榴辉岩或石榴角闪岩时,是在较高的压力内(10~26kbar)由玄武质岩石发生脱水熔融形成(Drummong and Defant, 1990;Rapp et al., 1991;Peacock et al., 1994)。由此表明荒地花岗闪长岩是地幔底侵作用使地壳发生垂向增生加厚,导致下地壳在高压条件下加热部分熔融的产物。
朝阳苏长辉长岩具有较高的Al2O3含量和Mg#,较低的FeOT、MgO含量,Nb、Ta的亏损和Th的相对富集,无δEu异常,以及极低的Lu/Y(小于0.015), 暗示了朝阳苏长辉长岩的岩浆来源于上地幔,但在源区或岩浆上升过程中有地壳物质的加入。
荒地花岗闪长岩中的HDN-1和HDH-1样品表现出了与其他样品较为明显的差异,而与其相邻的朝阳苏长辉长岩的地球化学特征相类似,都具有较高的全碱含量、低Al2O3和MgO以及相对较为平坦的HREE,高Ba、Sr和低Rb含量,无明显的负铕异常,显示出典型的高Ba-Sr花岗岩所具有的地球化学特征(Fowler et al., 2001;Peng et al., 2013;Ye et al., 2008),表明在荒地花岗闪长岩侵位过程中,可能与朝阳苏长辉长岩发生了交代混合作用,导致了荒地花岗闪长岩地球化学数据上的不一致性(王中亮等,2014)。
5.2 构造环境近年研究表明,中国东部大陆岩石圈在中生代期间发生了强烈的岩石圈减薄作用(Menzie et al., 1993)和构造格架的重大转折事件。而辽东地区是华北克拉通晚中生代破坏与岩石圈减薄最为强烈和典型的地区,自侏罗纪以来的强烈的构造-岩浆活动是华北克拉通岩石圈减薄和克拉通破坏的结果,尤其是在晚中生代,伸展作用异常强烈(刘俊来等,2011)。由于晚中生代伸展作用引起大规模的火山活动,从而进一步提高了上地壳的渗透性,为以后岩浆侵位提供了条件(邵济安等,1999)。研究表明,在华北板块东部由挤压构造向伸展构造转折始于140~150Ma,终于100~110Ma(翟明国等,2004),在早白垩世时期,太平洋板块漂移方向发生改变,沿平行欧亚大陆边缘走滑,引起大陆岩石圈发生大规模伸展作用,从而引起郯庐断裂发生大幅度左行平移(张颖等,2013;陈广俊等,2014)。在辽东地区出现的数个变质核杂岩和拆离断层构造就是岩石圈在辽东地区发生大规模伸展作用和减薄的最有利证明。俯冲造成的地壳伸展和岩石圈减薄使得软流圈地幔岩浆大量底侵,巨量的热能促使具有幔源特征的下地壳物质部分熔融,形成花岗质岩浆。这些花岗质岩浆沿着活化的断裂侵位,形成了晚中生代众多的侵入岩体。
在岫岩地区,朝阳苏长辉长岩的岩石学特征、地球化学特征则表明,其主要来源于地幔的部分熔融,但源区或岩浆上升过程中有陆壳物质的加入;荒地花岗闪长岩为来源于下地壳镁铁质岩石的C型埃达克岩。实验岩石学研究表明,玄武质或玄武安山质岩石在水不饱和条件下的脱水部分熔融是形成地壳中—酸性岩石的重要原因,但绝大多数地区的下地壳并不具有足够高的温度使下地壳物质发生部分熔融并产生分离熔体(杨进辉等,2003)。显然,本区的荒地C型埃达克质花岗闪长岩的形成与岩浆侵位时的构造-热事件有关;帽盔山二长花岗岩为A2型花岗岩,A2型花岗岩通常产生于后碰撞或后造山环境下,是判断造山结束、即将进入区域伸展的重要岩石学标志。同时,上述三个岩体在空间上相邻产出,锆石U-Pb年龄接近,均为早白垩世,帽盔山二长花岗岩略晚于荒地花岗闪长岩和朝阳苏长辉长岩。结合三者各种的岩石学、地球化学特征,我们认为荒地花岗闪长岩是华北克拉通东部受古太平洋板块沿消减带俯冲,造成地壳缩短增厚和软流圈物质底侵作用产生的。与此同时,由大陆下地壳的岩石部分熔融形成的酸性岩浆与早先幔源岩浆底侵作用形成的年轻的镁铁质地壳的部分熔融形成的中-基性岩浆混合形成了朝阳苏长辉长岩。荒地花岗闪长岩岩浆的形成使研究区下地壳转变成密度较大的含石榴石的残留相,可能导致拆沉作用,从而加速了岩石圈减薄、大陆伸展作用(杨进辉等,2003)。在之后幔源岩浆上涌过程中,中下地壳受到高温的加热而部分熔融为帽盔山二长花岗岩。因此,在岫岩地区的三个岩体,虽然具有不同的地球化学特征,但各个岩体都为伸展环境下的产物,是辽东岫岩地区中生代岩石圈减薄与大规模伸展活动的最直接证据。也反映了岩石圈减薄和大陆伸展作用从岩石圈深部逐渐向地表发展的过程。
6 结论通过对辽东岫岩地区侵入岩体的锆石U-Pb年代学、岩石地球化学研究,可以得出以下结论:
(1) LA-ICP-MS U-Pb测年结果为帽盔山二长花岗岩形成于137Ma,荒地花岗闪长岩形成于139Ma,朝阳苏长辉长岩形成于139Ma,表明上述3个岩体均为早白垩世侵入岩;
(2) 岫岩地区朝阳苏长辉长岩其主要来源于地幔的部分熔融,但源区或岩浆上升过程中有陆壳物质的加入;荒地花岗闪长岩为来源于下地壳镁铁质岩石的C型埃达克岩。帽盔山二长花岗岩为A2型花岗岩;
(3) 帽盔山二长花岗岩、荒地花岗闪长岩和朝阳苏长辉长岩的形成受控于太平洋构造域的影响,均形成于岩石圈伸展的动力学环境,并且从不同的构造层次反映出在辽东岫岩地区岩石圈减薄过程中,从深部至浅部同时存在岩浆活动,是辽东岫岩地区岩石圈减薄的直接证据。
致谢 衷心感谢北京离子探针中心在锆石显微图像中和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在LA-ICP-MS U-Pb分析中给予的支持。[] | Boynton WV. 1984. Geochemistry of the rare earth elements: Meteorite studies. In: Henderson P (ed.). Rare Earth Element Geochemistry: Developments in Geochemistry 2. Amsterdam: Elsevier, 63-114 http://www.oalib.com/references/15779977 |
[] | Chen GJ, Sun FY, Li YC , Liu K. 2014. U-Pb dating, geochemical characteristics and geological significance of Guojialing grandiorite in Jiaodong Peninsula. Global Geology , 33 (1) :39–47. |
[] | Creaser RA, Price RC , Wormald RJ. 1991. A-type granites revisited: Assessment of a residual-source model. Geology , 19 (2) :163–166. DOI:10.1130/0091-7613(1991)019<0163:ATGRAO>2.3.CO;2 |
[] | Defant MJ , Drummond MS. 1990. Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere. Nature , 347 (6294) :662–665. DOI:10.1038/347662a0 |
[] | Defant MJ , Drummond MS. 1993. Mount St. Helens: Potential example of the partial melting of subducted lithosphere in a volcanic arc. Geology , 21 (6) :547–550. |
[] | Douce AEP. 1997. Generation of metaluminous A-type granites by low-pressure melting of calc-alkaline granitoids. Geology , 25 (8) :743–746. DOI:10.1130/0091-7613(1997)025<0743:GOMATG>2.3.CO;2 |
[] | Drummong MS , Defant MJ. 1990. A model for trondhjemite-tonalite-dacite genesis and crustal growth via slab melting: Archean to modern comparisons. Journal of Geophysical Research , 95 (B13) :21503–21521. DOI:10.1029/JB095iB13p21503 |
[] | Duan QL, Tan WY, Yang CC, Zhang YL , Yan Z. 2007. A review on the Late Mesozoic extensional tectonics on the eastern North China craton. Progress in Geophysics , 22 (2) :403–410. |
[] | Eby GN. 1992. Chemical subdivision of the A-type granitoids: Petrogenetic and tectonic implications. Geology , 20 (7) :641–644. DOI:10.1130/0091-7613(1992)020<0641:CSOTAT>2.3.CO;2 |
[] | Fowler MB, Henney PJ, Darbyshire DPF , Greenwood PB. 2001. Petrogenesis of high Ba-Sr granites: The Rogart pluton, Sutherland. Journal of the Geological Society , 158 (3) :521–534. DOI:10.1144/jgs.158.3.521 |
[] | Goodenough KM, Upton BGJ , Ellam RM. 2000. Geochemical evolution of the Ivigtut granite, South Greenland: A fluorine-rich "A-type" intrusion. Lithos , 51 (3) :205–221. DOI:10.1016/S0024-4937(99)00064-X |
[] | Kerr A , Fryer BJ. 1993. Nd isotope evidence for crust-mantle interaction in the generation of A-type granitoid suites in Labrador, Canada. Chemical Geology , 104 (1-4) :39–60. DOI:10.1016/0009-2541(93)90141-5 |
[] | Koschek G. 1993. Origin and significance of the SEM cathodoluminescence from zircon. Journal of Microscopy , 171 (3) :223–232. DOI:10.1111/jmi.1993.171.issue-3 |
[] | Li HK, Zhu SX, Xiang ZQ, Su WB, Lu SN, Zhou HY, Geng JZ, Li S , Yang FJ. 2010. Zircon U-Pb dating on tuff bed from Gaoyuzhuang Formation in Yanqing Beijing: Further constraints on the new subdivision of the Mesoproterozoic stratigraphy in the northern North China Craton. Acta Petrologica Sinica , 26 (7) :2131–2140. |
[] | Lin W, Wang QC, Wang J, Wang F, Chu Y , Chen K. 2011. Late Mesozoic extensional tectonics of the Liaodong Peninsula massif: Response of crust to continental Lithosphere destruction of the North China Craton. Science China (Earth Sciences) , 54 (6) :843–857. DOI:10.1007/s11430-011-4190-5 |
[] | Liu JL, Davis GA, Ji M, Guan HM , Bai XD. 2008. Crustal detachment and destruction of the North China craton: Constraints from Late Mesozoic extensional structures. Earth Science Frontiers , 15 (3) :72–81. DOI:10.1016/S1872-5791(08)60063-9 |
[] | Liu JL, Ji M, Shen L, Guan HM , Davis GA. 2011. Early Cretaceous extensional structures in the Liaodong Peninsula: Structural associations, Geochronological constraints and regional tectonic implications. Science China (Earth Sciences) , 54 (6) :823–842. DOI:10.1007/s11430-011-4189-y |
[] | Menzies MA, Fan WM and Zhang M. 1993. Palaeozoic and Cenozoic lithoprobes and the loss of >120km of Archaean lithosphere, Sino-Korean Craton, China. In: Prichard HM, Alabaster T, Harris NBW and Neary CR (eds.). Magmatic Processes and Plate Tectonics. Geological Society, London, Special Publication, 76: 71-81 |
[] | Peacock SM, Rushmer T , Thompson AB. 1994. Partial melting of subducting oceanic crust. Earth and Planetary Science Letters , 121 (1-2) :227–244. DOI:10.1016/0012-821X(94)90042-6 |
[] | Peng TP, Wilde SA, Fan WM , Peng BX. 2013. Late Neoarchean potassic high Ba-Sr granites in the Taishan granite-greenstone terrane: Petrogenesis and implications for continental crustal evolution. Chemical Geology , 344 :23–41. DOI:10.1016/j.chemgeo.2013.02.012 |
[] | Pupin JP. 1980. Zircon and granite petrology. Contributions to Mineralogy and Petrology , 73 (3) :207–220. DOI:10.1007/BF00381441 |
[] | Qin Y, Liang YH, Hu ZC, Feng J , Li M. 2013. Confirmation of aluminous A-type granite emplacement and its tectonic significance during Early Cretaceous in the Laoling Area, South of Jilin Province. Earth Science , 38 (4) :677–688. |
[] | Rapp RP, Watson EB , Miller CF. 1991. Partial melting of amphibolite/eclogite and the origin of Archean trondhjemites and tonalites. Precambrian Research , 51 (1-4) :1–25. DOI:10.1016/0301-9268(91)90092-O |
[] | Rickwood PC. 1989. Boundary lines within petrologic diagrams which use oxides of major and minor elements. Lithos , 22 (4) :247–263. DOI:10.1016/0024-4937(89)90028-5 |
[] | Shao JA, Zhang LQ , Mu BL. 1999. Magmatism in the Mesozoic extending orogenic process of Da Hinggan MTS. Earth Science Frontiers , 6 (4) :339–346. |
[] | Shen L, Liu JL, Hu L, Ji M, Guan HM , Davis GA. 2011. The Dayingzi detachment fault system in Liaodong Peninsula and its regional tectonic significance. Science China (Earth Sciences) , 54 (10) :1469–10483. DOI:10.1007/s11430-011-4202-5 |
[] | Skjerlie KP , Johnston AD. 1993a. Fluid-absent melting behavior of an F-rich tonalitic gneiss at mid-crustal pressures: Implications for the generation of anorogenic granites. Journal of Petrology , 34 (4) :785–815. DOI:10.1093/petrology/34.4.785 |
[] | Skjerlie KP , Johnston AD. 1993b. Vapor-absent melting at 10kbar of a biotite-and amphibole-bearing tonalitic gneiss: Implications for the generation of A-type granites. Geology , 20 (3) :263–266. |
[] | Su YP , Tang HF. 2005. Trace element geochemistry of A-type granites. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry , 24 (3) :245–251. |
[] | Sun SS and McDonough WF. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes. In: Sanders AD and Norry MJ (eds.). Magmatism in Ocean Basins. Geological Society, London, Special Publication, 42(1): 313-345 http://sp.lyellcollection.org/content/42/1/313.short |
[] | Tarney J , Jones CE. 1994. Trace element geochemistry of orogenic igneous rocks and crustal growth models. Journal of the Geological Society , 151 (5) :855–868. DOI:10.1144/gsjgs.151.5.0855 |
[] | Wang ZL, Zhao RX, Zhang Q, Lu HW, Li JL , Cheng W. 2014. Magma mixing for the high Ba-Sr Guojialing-type granitoids in Northwest Jiaodong Peninsula: Constraints from petrogeochemistry and Sr-Nd isotopes. Acta Petrologica Sinica , 30 (9) :2595–2608. |
[] | Whalen JB, Currie KL , Chappell BW. 1987. A-type granites: Geochemical characteristics, discrimination and petrogenesis. Contributions to Mineralogy and Petrology , 95 (4) :407–419. DOI:10.1007/BF00402202 |
[] | Wu FY, Sun DY, Li HM, Jahn BM , Wilde S. 2002. A-type granites in northeastern China: Age and geochemical constraints on their petrogenesis. Chemical Geology , 187 (1-2) :143–173. DOI:10.1016/S0009-2541(02)00018-9 |
[] | Wu FY, Yang JH , Liu XM. 2005. Geochronological framework of the Mesozoic granitic Magmatism in the Liaodong peninsula, Northeast China. Geological Journal of China Universities , 11 (3) :305–317. |
[] | Wu FY, Li XH, Yang JH , Zheng YF. 2007. Discussions on the petrogenesis of granites. Acta Petrologica Sinica , 23 (6) :1217–1238. |
[] | Wu SP, Wang MY , Qi KJ. 2007. Present situation of researches on A-type granites: A review. Acta Petrologica et Mineralogica , 26 (1) :57–66. |
[] | Wu YB , Zheng YF. 2004. Genesis of zircon and its constraints on interpretation of U-Pb age. Chinese Science Bulletin , 49 (15) :1554–1569. DOI:10.1007/BF03184122 |
[] | Xu BL, Yan GH, Zhang C, Li ZT , He ZF. 1998. Petrological subdivision and source material of A-type granites. Earth Science Frontiers , 5 (3) :113–124. |
[] | Xu YG. 2004. Lithospheric thinning beneath North China: A temporal and spatial perspective. Geological Journal of China Universities , 10 (3) :324–331. |
[] | Yang JH, Zhu MF, Liu W , Zhai MG. 2003. Geochemistry and petrogenesis of Guojialing granodiorites from the northwestern Jiaodong Peninsula, eastern China. Acta Petrologica Sinica , 19 (4) :692–700. |
[] | Ye HM, Li XH, Li ZX , Zhang CL. 2008. Age and origin of high Ba-Sr appinite-granites at the northwestern margin of the Tibet Plateau: Implications for Early Paleozoic tectonic evolution of the Western Kunlun orogenic belt. Gondwana Research , 13 (1) :126–138. DOI:10.1016/j.gr.2007.08.005 |
[] | Zhai MG, Meng QR, Liu JM, Hou QL, Hu SB, Li Z, Zhang HF, Liu W, Shao JA , Zhu RX. 2004. Geological features of mesozoic tectonic regime inversion in eastern North China and implication for Geodynamics. Earth Science Frontiers , 11 (3) :285–297. |
[] | Zhang HF, Sun M, Zhou XH, Fan WM, Zhai MG , Yin JF. 2002. Mesozoic lithosphere destruction beneath the North China Craton: Evidence from major-, trace-element and Sr-Nd-Pb isotope studies of Fangcheng basalts. Contributions to Mineralogy and Petrology , 144 (2) :241–254. DOI:10.1007/s00410-002-0395-0 |
[] | Zhang Q, Qian Q, Wang EQ, Wang Y, Zhao TP, Hao J , Guo GJ. 2001. An east China plateau in Mid-Late Yanshanian period: Implication from adakites. Chinese Journal of Geology , 36 (2) :248–255. |
[] | Zhang Q, Wang Y, Pan GQ, Li CD , Jin WJ. 2008a. Sources of granites: Some crucial questions on granite study (4). Acta Petrologica Sinica , 24 (6) :1193–1204. |
[] | Zhang Q, Wang Y, Xiong XL , Li CD.2008b. Adakite and Granite: Challenge and Opportunity. Beijing: China Land Press : 1 -344. |
[] | Zhang Y, Huang ZL, Luo TY, Qian ZK, Zhang JW , Sun JB. 2013. The geochemistry and SIMS U-Pb zircon dating of the Jiasha gabbric-monzonitic intrusion in Gejiu district, Yunnan Province. Geochimica , 42 (6) :523–543. |
[] | Zhou YZ. 2011. Progress made in A-type granite study and discussion on some issues. Geology of Anhui , 21 (3) :169–175. |
[] | 陈广俊, 孙丰月, 李玉春, 刘凯.2014. 胶东郭家岭花岗闪长岩U-Pb年代学、地球化学特征及地质意义. 世界地质 , 33 (1) :39–47. |
[] | 段秋梁, 谭未一, 杨长春, 张延玲, 闫臻.2007. 华北东部晚中生代伸展构造作用. 地球物理学进展 , 22 (2) :403–410. |
[] | 李怀坤, 朱士兴, 相振群, 苏文博, 陆松文, 周红英, 耿建珍, 李生, 杨锋杰.2010. 北京延庆高于庄组凝灰岩的锆石U-Pb定年研究及其对华北北部中元古界划分新方案的进一步约束. 岩石学报 , 26 (7) :2131–2140. |
[] | 林伟, 王清晨, 王军, 王非, 褚杨, 陈科.2011. 辽东半岛晚中生代伸展构造——华北克拉通破坏的地壳响应. 中国科学(地球科学) , 41 (5) :638–653. |
[] | 刘俊来, DavisGA, 纪沫, 关会梅, 白相东.2008. 地壳的拆离作用与华北克拉通破坏:晚中生代伸展构造约束. 地学前缘 , 15 (3) :72–81. |
[] | 刘俊来, 纪沫, 申亮, 关会梅, DavisGA.2011. 辽东半岛早白垩世伸展构造组合、形成时代及区域构造内涵. 中国科学(地球科学) , 41 (5) :618–637. |
[] | 秦亚, 梁一鸿, 胡兆初, 冯坚, 李敏.2013. 吉南老岭地区早白垩世铝质A型花岗岩的厘定及其构造意义. 地球科学 , 38 (4) :677–688. |
[] | 邵济安, 张履桥, 牟保磊.1999. 大兴安岭中生代伸展造山过程中的岩浆作用. 地学前缘 , 6 (4) :339–346. |
[] | 申亮, 刘俊来, 胡玲, 纪沫, 关会梅, DavisGA.2011. 辽东半岛大营子拆离断层系及其区域构造意义. 中国科学(地球科学) , 41 (4) :437–451. |
[] | 苏玉平, 唐红峰.2005. A型花岗岩的微量元素地球化学. 矿物岩石地球化学通报 , 24 (3) :245–251. |
[] | 王中亮, 赵荣新, 张庆, 鲁辉武, 李京濂, 程蔚.2014. 胶西北高Ba-Sr郭家岭型花岗岩岩浆混合成因:岩石地球化学与Sr-Nd同位素约束. 岩石学报 , 30 (9) :2595–2608. |
[] | 吴福元, 杨进辉, 柳小明.2005. 辽东半岛中生代花岗质岩浆作用的年代学格架. 高校地质学报 , 11 (3) :305–317. |
[] | 吴福元, 李献华, 杨进辉, 郑永飞.2007. 花岗岩成因研究的若干问题. 岩石学报 , 23 (6) :1217–1238. |
[] | 吴锁平, 王梅英, 戚开静.2007. A型花岗岩研究现状及其述评. 岩石矿物学杂志 , 26 (1) :57–66. |
[] | 吴元保, 郑永飞.2004. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约. 科学通报 , 49 (16) :1589–1604. |
[] | 许保良, 阎国翰, 张臣, 李之彤, 何中甫.1998. A型花岗岩的岩石学亚类及其物质来源. 地学前缘 , 5 (3) :113–124. |
[] | 徐义刚.2004. 华北岩石圈减薄的时空不均一特征. 高校地质学报 , 10 (3) :324–331. |
[] | 杨进辉, 朱美妃, 刘伟, 翟明国.2003. 胶东地区郭家岭花岗闪长岩的地球化学特征及成因. 岩石学报 , 19 (4) :692–700. |
[] | 翟明国, 孟庆任, 刘建明, 侯泉林, 胡圣标, 李忠, 张宏福, 刘伟, 邵济安, 朱日祥.2004. 华北东部中生代构造体制转折峰期的主要地质效应和形成动力学探讨. 地学前缘 , 11 (3) :285–297. |
[] | 张旗, 钱青, 王二七, 王焰, 赵太平, 郝杰, 郭光军.2001. 燕山中晚期的中国东部高原:埃达克岩的启示. 地质科学 , 36 (2) :248–255. |
[] | 张旗, 王焰, 潘国强, 李承东, 金惟俊.2008a. 花岗岩源岩问题——关于花岗岩研究的思考之四. 岩石学报 , 24 (6) :1193–1204. |
[] | 张旗, 王焰, 熊小林, 李承东. 2008b. 埃达克岩和花岗岩:挑战与机遇. 北京: 中国大地出版社 : 1 -344. |
[] | 张颖, 黄智龙, 罗泰义, 钱志宽, 张嘉玮, 孙建博.2013. 云南个旧西区贾沙辉长-二长岩体SIMS锆石U-Pb定年及地球化学研究. 地球化学 , 42 (6) :523–543. |
[] | 周宇章.2011. A型花岗岩研究进展与问题讨论. 安徽地质 , 21 (3) :169–175. |