2017, Vol. 33
胶-辽-吉构造带记录了漫长而复杂的构造演化过程, 是华北克拉通内重要的一条古元古代造山/活动带, 也是华北克拉通前寒武纪研究的热点地区之一。该构造带向东可延伸至朝鲜的摩天岭群(Macheonryeong Group), 向南西有可能穿越郯庐断裂延伸至徐州-蚌埠一带的五河群(Zhao et al., 2005；Zhao and Cawood, 2012；刘福来等, 2015)。辽河群是辽-吉构造带内的重要古元古代岩石单元, 由经历了低绿片岩-角闪岩相变质的变质火山-沉积岩系组成, 被花岗质岩石和基性岩侵入(Li et al., 2005, 2006；Zhao et al., 2005；Li and Zhao, 2007；Luo et al., 2004, 2008；Zhao and Cawood, 2012)。辽河群研究历史悠久, 近年来在地球化学、同位素年代学研究、岩浆作用、变质作用以及构造演化等方面取得了一系列进展, 积累了大量资料(Faure et al., 2004；Luo et al., 2004, 2008；Li et al., 2005, 2006；Zhao et al., 2005；Lu et al., 2006；Zhao and Cawood, 2012)。但是, 有关辽河群的变质作用特征、沉积时代、源区特征以及辽吉构造带的大地构造属性和形成的构造演化过程一直存在着较大争议。长期以来存在着裂谷开启-闭合模式(张秋生和杨振声, 1988；Luo et al., 2004, 2008；李三忠等, 2004；Li et al., 2005, 2006；Li and Zhao, 2007)、弧-陆碰撞模式(白瑾, 1993)和陆-陆碰撞模式(贺高品和叶慧文, 1998a, b)的争论。争论的主要焦点在于南北辽河群是否为同一盆地内同时异相沉积的地层以及狼林地块和龙岗地块是否属于同一古陆裂开的产物(王惠初等, 2011)。本文将以南辽河群三家子地区里尔峪组变质沉积岩为重点研究对象, 开展变沉积岩年代学研究, 探讨其源区性质、沉积时代以及形成的构造演化过程。
1 地质概况与样品辽河群分布于胶辽吉构造带中部的辽南地区呈南西-北东向展布, 从西南部的海城、大石桥和盖县经中部的凤城延伸至东北部的浑江地区。辽河群按照岩性、变质变形程度以及混合岩化程度的差异, 以营口-草河口复向斜轴为界(即盖县-析木城-塔子岭-茳草甸子-叆阳一线), 进一步划分为南辽河群和北辽河群(王惠初等, 2011)。其中, 北辽河群自下而上发育浪子山组、里尔峪组、高家峪组、大石桥组和盖县组, “一群五组”发育完全；而南辽河群地层出露不全, 无浪子山组、里尔峪组未见底、大石桥组仅分布于岫岩-凤城-宽甸一线以北地区。从岩性来说, 南辽河群岩性以含石墨的黑云母片麻岩、夕线石榴黑云片麻岩、十字石石榴片岩和大理岩为主, 而北辽河群则以石英岩、片岩、千枚岩和大理岩等为主。
本文研究区位于鞍山市辽阳县南部、岫岩县北部, 塔子岭以南、三家子镇西北部。研究区主要出露南辽河群变沉积岩、古元古代花岗质岩石(辽宁省区域调查队四分队, 1977①将其划归为混合岩)、古元古代伟晶岩以及少量基性岩(图 1)。本研究样品主要采自南辽河群里尔峪组变沉积岩, 其中SJZ04-1(含砾长英质粒状岩石)、SJZ10-2(黑云斜长片麻岩)和SJZ15-1(含黑云母长英质粒状岩石)3件样品为本文重点研究样品, 另外6件样品SJZ09-1、SJZ10-4、SJZ14-1、SJZ17-1、SJZ18-2和SJZ19-1数据见待发表文章。矿物缩写见Whitney and Evans(2010)。
① 辽宁省区域调查队四分队.1977.1:5万三家子幅区域地质调查报告
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图 1 三家子地区区域地质图以及样品分布图(据辽宁省区域地质调查队四分队, 1977) Fig. 1 Regional geological map of the Sanjiazi Area, showing the distribution of the Liaohe Group and samples locations |
疙瘩状长英质粒状岩石(SJZ04-1), 灰白色岩石含直径2~3cm的疙瘩状集合体(图 2a, b)。集合体主要成分为石英、白云母以及针状夕线石(图 2b)；长英质粒状岩石主要矿物为石英和长石, 两者呈他形、粒状。针状夕线石是石英+白云母的变质反应产物, 表明集合体原岩相比寄主岩石原岩含有较高的粘土质矿物, 两者在间歇动荡水环境条件下形成疙瘩状长英质粒状岩石的原岩。
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图 2 南辽河群里尔峪组变沉积岩系野外及显微结构照片 Fig. 2 Representative field and microtexture photographs of meta-sedimentary rocks in the Li'eryu Formation, the South Liaohe Group |
黑云斜长片麻岩(SJZ10-2), 灰白色, 中粗粒鳞片状粒状变晶结构, 片麻状构造, 主要矿物为石英、斜长石和黑云母, 其中黑云母呈鳞片状, 定向分布构成片麻理, 局部发生褶皱变形(图 2c, d)。
含黑云母长英质粒状岩石(SJZ15-1), 灰白色, 中细粒粒状变晶结构, 块状构造(图 2e, f)。主要矿物为石英和长石, 含有少量黑云母。石英, 他形, 不等粒镶嵌粒状结构；斜长石可见聚片双晶纹；黑云母呈细小鳞片状, 零散分布于长英质矿物之间。
2 分析测试方法采用磁选和重液分离技术从变沉积岩中分选出不同粒级的锆石, 然后在双目镜下挑选颗粒相对完整的锆石晶体。将挑选出的锆石颗粒制靶, 进行透射光和阴极发光照相(CL), 以观察其内部结构。
LA-ICP-MS锆石U-Pb原位定年分析在中国冶金地质总局山东局测试中心完成。LA-ICP-MS激光剥蚀系统为美国Conherent公司生产的GeoLasPro 193nm ArF准分子系统, ICP-MS为Thermo X2。详细的分析流程参考Liu et al.(2010a, b)。U、Th、Pb同位素分析激光剥蚀的束斑直径为30μm、频率为10Hz、能量密度约为10/cm2。分析每个样品点的气体空白时间为20s, 样品剥蚀时间为50s, 冲洗时间为20s。标样91500用做内标, 每十个样品点中插入两个标样91500；同时GJ-1作为外标。含量计算采用ICPMSDataCal数据处理程序(Liu et al., 2010a)。所有样品年龄数据的U-Pb谐和图、年龄分布频率图绘制和年龄权重平均计算采用Isoplot v. 3.23程序完成(Ludwig, 2003)。
3 锆石U-Pb年代学3件变沉积岩样品中锆石无色透明, 呈椭球状、短柱状, 部分锆石因破碎晶形不完整而呈不规则状。锆石颗粒大小不一, 长轴以100~150μm为主, 短轴以50~100μm为主, 长/宽约为2:1。阴极发光图像显示, 该样品中锆石一般具有核-边结构, 核部以灰白色或者灰黑色为主, 核部呈规则状或不规则状, 部分核部可见振荡环带；边部一般呈黑色、比较狭窄(图 3)。
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图 3 三家子地区南辽河群里尔峪组碎屑锆石阴极发光图像 圆大小为33μm代表年龄分析点位, U-Pb年龄结果亦在图中标出 Fig. 3 Cathodoluminescence images of detrial zircons from meta-sedimentary rocks in the Li'eryu Formation of the South Liaohe Group, Sanjiazi area Circles (33μm) show positions of U-Pb analytical sites. U-Pb ages are also plotted |
本研究对疙瘩状长英质粒状岩石(SJZ04-1) 锆石核部进行LA-ICP-MS U-Pb年代学研究, 127颗谐和锆石核部(不谐和度≤10) 年龄测试结果见电子版附表 1和图 4a。除一颗锆石核部年龄较老为3253±29Ma之外, 其他锆石年龄相对较集中, 年龄范围为2295~1969Ma(图 4a)。这些具有振荡环带的锆石核部Th/U比值范围为0.20~2.04, 在锆石U-Pb年龄频率直方图中显示主要年龄峰值为2140Ma(图 4b)。
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附表 1 疙瘩状长英质粒状岩石(SJZ04-1) 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年 AppendixTable1 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons from pimple-shaped quartzo-feldspathic rock (Sample SJZ04-1) |
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图 4 三家子地区南辽河群里尔峪组谐和锆石U-Pb年龄谐和图和U-Pb年龄分布频率直方图 Fig. 4 206Pb/238U vs. 207Pb/235U diagrams and U-Pb ages histograms for U-Pb zircon analyses from meta-sedimentary rocks in the Li'eryu Formation of the South Liaohe Group, Sanjiazi area |
对黑云斜长片麻岩(SJZ10-2) 中锆石核部进行LA-ICP-MS U-Pb年代学测试, 79颗谐和锆石核部年龄测试结果见电子版附表 2和图 4b。除三颗锆石核部年龄较老之外, 其他年龄均落在2265~1900Ma的范围内, 这些锆石的Th/U比值变化较大(Th/U=0.27~4.95)。在锆石U-Pb年龄频率直方图中显示明显的峰值为2170Ma(图 4d)。
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附表 2 黑云斜长片麻岩(SJZ10-2) 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年 AppendixTable2 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons from Bt-Pl paragneiss (Sample SJZ10-2) |
对含黑云母长英质粒状岩石(SJZ15-1) 中锆石核部进行年代学测试, 102颗谐和锆石核部年龄集中分布于2306~2005Ma的范围内(电子版附表 3和图 4e), 其Th/U比值范围为0.12~1.85, 在锆石U-Pb年龄频率直方图中呈现2150Ma的年龄峰值(图 4f)。
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附表 3 含黑云母长英质粒状岩石(SJZ15-1) 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年 AppendixTable3 LA-ICP-MS U-Pb data for zircons from Bt-bearing quartzo-feldspathic rock (Sample SJZ15-1) |
前人研究结果表明, 辽吉构造带内出露大量变质火山-沉积岩、花岗质岩石和基性侵入岩(Luo et al., 2004, 2008；Li et al., 2005, 2006；Zhao et al., 2005；Li and Zhao, 2007；Zhao and Cawood, 2012)。其中, 花岗质岩石主要由二长花岗片麻岩、斑状二长花岗岩、花岗岩和碱性正长岩组成(张秋生等, 1988；Sun et al., 1993；Peng and Palmer, 1995；Li et al., 1998；郝德峰等, 2004；Li and Zhao, 2007)。辽吉花岗岩主要包括：经历了变质、变形作用改造的条痕状花岗岩和未经历变质、变形作用改造的巨斑状花岗岩和正长岩(杨进辉等, 2007)。前人对辽南不同地区条痕状花岗岩进行年代学研究, 其结果主要集中于~2.17Ga(郝德峰等, 2004；路孝平等, 2004)；杨明春等(2015)对其进行锆石U-Pb年代学和锆石Hf同位素和全岩Sr-Nd同位素综合研究, 结果表明其原岩形成时代集中于2205~2173Ma之间, 地球化学特征指示其可能是形成于俯冲带环境的I型花岗岩(杨明春等, 2015)；项目组成员对研究区辽吉花岗岩进行了初步年代学研究, 同样得到2177~2134Ma的岩浆锆石U-Pb年龄(未发表数据)。
辽南地区出露的变质火山-沉积岩系为南、北辽河群, 前人曾对辽河群代表性变质沉积岩进行了碎屑锆石U-Pb年代学研究(Luo et al., 2004, 2008；Li et al., 2005；刘福来等, 2015)。这些碎屑锆石阴极发光图像普遍显示典型岩浆结晶环带的特征, 具有较高的Th/U比值, 表明其寄主岩石主要来源于岩浆岩。其中Luo et al.(2004, 2008)利用LA-ICP-MS锆石U-Pb技术得到南、北辽河群2200~2000Ma(主要年龄峰值)和~ 2500Ma(次要年龄峰值), 同时通过锆石Lu-Hf同位素测试, 认为辽吉花岗岩是辽河群主要物源区, 少量源区物质则可能来源于北侧龙岗地块的古老变质基底；刘福来等(2015)对南、北辽河群中代表性10件富铝片岩-片麻岩样品中~1000颗锆石进行定年, 得到2.15~2.05Ga的主要峰值和2.55~2.45Ga的次要峰值；本研究对三家子地区南辽河群里尔峪组3件代表性样品进行年代学测试, 结合待发表的6件样品(见图 1)的测试结果, 761颗有效碎屑锆石U-Pb年龄显示~2137Ma的单一峰值(图 5)。结合锆石阴极发光图像特征, 通过综合对比南辽河群里尔峪组变沉积岩中碎屑锆石与辽吉花岗岩岩浆结晶锆石U-Pb年龄, 认为辽吉花岗岩为南辽河群里尔峪组主要物源。
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图 5 南辽河群里尔峪组谐和锆石U-Pb年龄谐和图和U-Pb年龄分布频率直方图 Fig. 5 206Pb/238U vs. 207Pb/235U diagrams and U-Pb ages histograms for U-Pb zircon analyses from meta-sedimentary rocks in the Li'eryu Formation of the South Liaohe Group |
另外, 前人对南、北辽河群的变质时代也进行了研究, 将其变质时代最大年龄值限定为~1.93Ga(Luo et al., 2004, 2008；Zhao and Cawood, 2012), 刘福来等(2015)进一步对南、北辽河群富铝片岩-片麻岩进行锆石年代学研究, 得到最老变质锆石记录的变质年龄~1.95Ga。本研究采用碎屑锆石最年轻的年龄峰值和最老变质锆石得到的变质年龄分别限定沉积时代的上限和下限年龄, 得到南辽河群里尔峪组的形成时代应该为2.14~1.95Ga。
综上所述, 本文在辽南地区1:5万变质岩区专题填图的基础上, 选择三家子地区南辽河群里尔峪组代表性变沉积岩为重点研究对象, 结合前人研究成果, 利用阴极发光技术和锆石LA-ICP-MS U-Pb定年技术, 综合研究认为本区里尔峪组变沉积岩的物源来自辽吉花岗岩, 其沉积时代为2.14~1.95Ga。以上结果为研究区1:5万变质岩区专题填图提供了可靠的基础资料。
致谢 本文部分锆石LA-ICP-MS U-Pb定年测试在中国冶金地质总局山东局测试中心完成, 实验得到李凤春、李增胜、徐爽和顾新宇的帮助；审稿人对本文提出了许多宝贵的修改意见；在此一并致谢。| [] | Bai J. 1993. The Precambrian Geology and Pb-Zn Mineralization in the Northern Margin of North China Platform. Beijing: Geological Publishing House: 47-89. |
| [] | Faure M, Lin W, Monié P, Bruguier O. 2004. Palaeoproterozoic arc magmatism and collision in Liaodong Peninsula (north-east China). Terra Nova, 16(2): 75–80. DOI:10.1111/ter.2004.16.issue-2 |
| [] | Hao DF, Li SZ, Zhao GC, Sun M, Han ZZ, Zhao GT. 2004. Origin and its constraint to tectonic evolution of Paleoproterozoic granitoids in the eastern Liaoning and Jilin provinces, North China. Acta Petrologia Sinica, 20(6): 1409–1416. |
| [] | He GP, Ye HW. 1998a. Compositions and main characteristics of Early Proterozoic metamorphic terrains in eastern Liaoning and southern Jilin areas. Journal of Changchun University (Earth Science and Technology), 28(2): 121–126. |
| [] | He GP, Ye HW. 1998b. Two types of Early Proterozoic metamorphism and its tectonic significance in eastern Liaoning and southern Jilin areas. Acta Petrologica Sinica, 14(2): 152–162. |
| [] | Li SZ, Yang ZS, Liu YJ. 1998. Stratification of metamorphic belts and its genesis in the Liaohe Group. Chinese Science Bulletin, 43(5): 430–434. DOI:10.1007/BF02883726 |
| [] | Li SZ, Hao DF, Zhao GC, Sun M, Han ZZ, Guo XY. 2004. Geochemical features and origin of Dandong granite. Acta Petrologica Sinica, 20(6): 1417–1423. |
| [] | Li SZ, Zhao GC, Sun M, Han ZZ, Luo Y, Hao DF, Xia XP. 2005. Deformation history of the Paleoproterozoic Liaohe assemblage in the eastern block of the North China Craton. Journal of Asian Earth Sciences, 24(5): 659–674. DOI:10.1016/j.jseaes.2003.11.008 |
| [] | Li SZ, Zhao GC, Sun M, Han ZZ, Zhao GT, Hao DF. 2006. Are the South and North Liaohe Groups of North China Craton different exotic terranes? Nd isotope constraints. Gondwana Research, 9(1-2): 198–208. DOI:10.1016/j.gr.2005.06.011 |
| [] | Li SZ, Zhao GC. 2007. SHRIMP U-Pb zircon geochronology of the Liaoji granitoids:Constraints on the evolution of the Paleoproterozoic Jiao-Liao-Ji belt in the Eastern Block of the North China Craton. Precambrian Research, 158(1-2): 1–16. DOI:10.1016/j.precamres.2007.04.001 |
| [] | Luo Y, Sun M, Zhao GC, Li SZ, Xu P, Ye K, Xia XP. 2004. LA-ICP-MS U-Pb zircon ages of the Liaohe Group in the Eastern Block of the North China Craton:Constraints on the evolution of the Jiao-Liao-Ji Belt. Precambrian Research, 134(3-4): 349–371. DOI:10.1016/j.precamres.2004.07.002 |
| [] | Luo Y, Sun M, Zhao GC, Li SZ, Ayers JC, Xia XP, Zhang JH. 2008. A comparison of U-Pb and Hf isotopic compositions of detrital zircons from the North and South Liaohe groups:Constraints on the evolution of the Jiao-Liao-Ji Belt, North China Craton. Precambrian Research, 163(3-4): 279–306. DOI:10.1016/j.precamres.2008.01.002 |
| [] | Liu FL, Liu PH, Wang F, Liu CH, Cai J. 2015. Progresses and overviews of voluminous meta-sedimentary series within the Paleoproterozoic Jiao-Liao-Ji orogenic/mobile belt, North China Craton. Acta Petrologica Sinica, 31(10): 2816–2846. |
| [] | Liu YS, Gao S, Hu ZC, Gao CG, Zong KQ, Wang DB. 2010a. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen:U-Pb Dating, Hf isotopes and trace elements in zircons from mantle xenoliths. Journal of Petrology, 51(1-2): 537–571. DOI:10.1093/petrology/egp082 |
| [] | Liu YS, Hu ZC, Zong KQ, Gao CG, Gao S, Xu J, Chen HH. 2010b. Reappraisement and refinement of zircon U-Pb isotope and trace element analyses by LA-ICP-MS. Chinese Science Bulletin, 55(15): 1535–1546. DOI:10.1007/s11434-010-3052-4 |
| [] | Lu XP, Wu FY, Zhang YB, Zhao CB, Guo CL. 2004. Emplacement age and tectonic setting of the Paleoproterozoic Liaoji granites in Tonghua area, southern Jilin Province. Acta Petrologica Sinica, 20(3): 381–392. |
| [] | Lu XP, Wu FY, Guo JH, Wilde SA, Yang JH, Liu XM, Zhang XO. 2006. Zircon U-Pb geochronological constraints on the Paleoproterozoic crustal evolution of the Eastern Block in the North China Craton. Precambrian Research, 146(3-4): 138–164. DOI:10.1016/j.precamres.2006.01.009 |
| [] | Ludwig KR. 2003. ISOPLOT 3.00:A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley:Berkeley Geochronology Center Special Publication |
| [] | Peng QM, Palmer MR. 1995. The Palaeoproterozoic boron deposits in eastern Liaoning, China a metamorphosed evaporate. Precambrian Research, 72(3-4): 185–197. DOI:10.1016/0301-9268(94)00087-8 |
| [] | Sun M, Armstrong RL, Lambert RS, Jiang CC, Wu JH. 1993. Petrochemistry and Sr, Pb and Nd isotopic geochemistry of the Paleoproterozoic Kuandian complex, the eastern Liaoning Province, China. Precambrian Research, 62(1-2): 171–190. DOI:10.1016/0301-9268(93)90099-N |
| [] | Wang HC, Lu SN, Chu H, Xiang ZQ, Zhang CJ, Liu H. 2011. Zircon U-Pb age and tectonic setting of meta-basalts of Liaohe Group in Helan area, Liaoyang, Liaoning Province. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 41(5): 1322–1361. |
| [] | Whitney DL, Evans BW. 2010. Abbreviations for names of rock-forming minerals. American Mineralogist, 95: 185–187. DOI:10.2138/am.2010.3371 |
| [] | Yang JH, Wu FY, Xie LW, Liu XM. 2007. Petrogenesis and tectonic implications of Kuangdonggou syenites in the Liaodong Peninsula, eastern North China Craton:Constraints from in-situ zircon U-Pb ages and Hf isotopes. Acta Petrologica Sinica, 23(2): 263–276. |
| [] | Yang MC, Chen B, Yan C. 2015. Petrogenesis of Paleoproterozoic gneissic granites from Jiao-Liao-Ji Belt of North China Craton and their tectonic implications. Journal of Earth Sciences and Environment, 37(5): 31–51. |
| [] | Zhang QS, Yang ZS. 1988. Early Crust and Mineral Deposits of Liaodong Peninsula, China. Beijing: Geological Publishing House: 218-450. |
| [] | Zhao GC, Sun M, Wilde SA, Li SZ. 2005. Late Archean to Paleoproterozoic evolution of the North China Craton:Key issues revisited. Precambrian Research, 136(2): 177–202. DOI:10.1016/j.precamres.2004.10.002 |
| [] | Zhao GC, Cawood PA. 2012. Precambrian geology of China. Precambrian Research, 222-223: 13–54. DOI:10.1016/j.precamres.2012.09.017 |
| [] | 白瑾. 1993. 华北陆台北缘前寒武纪地质及铅锌成矿作用. 北京: 地质出版社: 47-89. |
| [] | 郝德峰, 李三忠, 赵国春, 孙敏, 韩宗珠, 赵广涛. 2004. 辽吉地区古元古代花岗岩成因及对构造演化的制约. 岩石学报, 20(6): 1409–1416. |
| [] | 贺高品, 叶慧文. 1988a. 辽东-吉南地区早元古代变质地体的组成及主要特征. 长春科技大学学报, 28(2): 121–126. |
| [] | 贺高品, 叶慧文. 1998b. 辽东-吉南地区早元古代两种类型变质作用及其构造意义. 岩石学报, 14(2): 152–162. |
| [] | 李三忠, 郝德峰, 赵国春, 孙敏, 韩宗珠, 郭晓玉. 2004. 丹东花岗岩的地球化学特征及其成因. 岩石学报, 20(6): 1417–1423. |
| [] | 刘福来, 刘平华, 王舫, 刘超辉, 蔡佳. 2015. 胶-辽-吉古元古代造山/活动带巨量变沉积岩系的研究进展. 岩石学报, 31(10): 2816–2846. |
| [] | 路孝平, 吴福元, 张艳斌, 赵成弼, 郭春丽. 2004. 吉林南部通化地区古元古代辽吉花岗岩的侵位年代与形成构造背景. 岩石学报, 20(3): 381–392. |
| [] | 王惠初, 陆松年, 初航, 相振群, 张长捷, 刘欢. 2011. 辽阳河栏地区辽河群中变质基性熔岩的锆石U-Pb年龄与形成构造背景. 吉林大学学报(地球科学版), 41(5): 1322–1361. |
| [] | 杨进辉, 吴福元, 谢烈文, 柳小明. 2007. 辽东矿洞沟正长岩成因及其构造意义:锆石原位微区U-Pb年龄和Hf同位素制约. 岩石学报, 23(2): 263–276. |
| [] | 杨明春, 陈斌, 闫聪. 2015. 华北克拉通胶-辽-吉带古元古代条痕状花岗岩成因及其构造意义. 地球科学与环境学报, 37(5): 31–51. |
| [] | 张秋生, 杨振声. 1988. 辽东半岛早期地壳与矿床. 北京: 地质出版社: 218-450. |