韓作振，鐘文建，宋志剛，韓 超，HANS-PETER Schertl3，任 祥，高麗華

(1. 山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590； 2. 海洋礦產(chǎn)資源實(shí)驗(yàn)室，青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071；3.波鴻魯爾大學(xué) 地質(zhì)礦產(chǎn)地球物理研究所，德國 北萊茵-威斯特法倫州 波鴻 44780)

吉林中部地區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于興蒙造山帶東段，古生代經(jīng)歷多個(gè)微陸塊的拼合以及古亞洲洋演化過程[1-3]。吉林中部地區(qū)晚志留世—早泥盆世地層出露于吉林市永吉縣張家屯、二道溝和小綏河等地(圖1)，原稱為張家屯組、二道溝組和小綏河組。前人[4-5]將張家屯組、二道溝組和小綏河組與黑龍江黑龍宮組和內(nèi)蒙古西別河組進(jìn)行對(duì)比，其巖性和巖相自下而上存在相同的變化規(guī)律，遂將吉林省中部晚志留世—早泥盆世地層稱為西別河組。吉林中部地區(qū)張家屯組、二道溝組和小綏河組形成確切時(shí)代及地層層序一直是眾多地質(zhì)科學(xué)家積極探討的問題之一。一直以來，地質(zhì)學(xué)家對(duì)張家屯組的認(rèn)識(shí)異議不大，并將其形成年代定在晚志留世，而對(duì)于二道溝組和小綏河組的認(rèn)識(shí)提出了不同的意見。二道溝組可分為兩段，下部是以砂頁巖為主的“砂頁巖段”，上部是以灰?guī)r為主的“灰?guī)r段”，對(duì)于兩段的上、下關(guān)系存在兩種觀點(diǎn)，劉發(fā)等[6]認(rèn)為二道溝組為一套整合單斜巖層，“灰?guī)r段”應(yīng)在下、“砂頁巖段”應(yīng)在上；彭玉鯨等[7]認(rèn)為其為一倒轉(zhuǎn)層序，“砂頁巖段”應(yīng)在下，“灰?guī)r段”應(yīng)在上?；诖耍瑢?duì)出露于大綏河鎮(zhèn)小綏河水庫旁小綏河組粉砂巖進(jìn)行了巖相學(xué)、碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和全巖地球化學(xué)研究，結(jié)合其野外地質(zhì)特征，限定了小綏河組形成時(shí)代，并在此基礎(chǔ)上討論小綏河組的物源及其形成的構(gòu)造背景。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

1 地質(zhì)背景及樣品描述

研究區(qū)位于吉林省中部地區(qū)大綏河鎮(zhèn)境內(nèi)，大地構(gòu)造位置上處于華北板塊北緣的東段，向西鄰近松遼盆地，南東部以敦密斷裂帶為線與華北板塊相隔，是古亞洲洋和古太平洋兩大構(gòu)造域交匯的部位(圖1(a))。吉林中部地區(qū)晚志留世—早泥盆世地層即西別河組出露于吉林市永吉縣張家屯、小綏河和二道溝等地，原稱為張家屯組、二道溝組和小綏河組。張家屯組地質(zhì)年代定為晚志留世，以粉砂巖、砂巖、含礫砂巖和底礫巖為主夾有灰?guī)r透鏡體。二道溝組可分為兩段，一段是以砂頁巖為主的“砂頁巖段”，另一段是以灰?guī)r為主的“灰?guī)r段”，對(duì)于兩段的上、下關(guān)系尚存在歧義。

變質(zhì)粉砂巖樣品采自吉林中部大綏河鎮(zhèn)小綏河水庫小綏河組，采樣點(diǎn)坐標(biāo)(N43°51′41″, E126°20′48″)(圖1(b))。變質(zhì)粉砂巖新鮮面呈灰綠色，塊狀構(gòu)造(圖2(a),(b))；顯微鏡下可以看出巖石雜基支撐(雜基含量約50%)，顆粒分選度差，多呈棱角狀，點(diǎn)接觸，顆粒類型以石英(～25%)、斜長石(～20%)、巖屑為主，局部見泥巖礫屑。碎屑顆粒間的泥質(zhì)雜基具有微弱層狀構(gòu)造，紋層間偶見黑色條帶漂浮狀分布，可能為泥質(zhì)吸附的有機(jī)質(zhì)。斜長石內(nèi)部蝕變嚴(yán)重，疑似云母化。泥質(zhì)條帶干涉色較高，出現(xiàn)絹云母化變質(zhì)作用(圖2(c),2(d))。

(a)研究區(qū)；(b)采樣點(diǎn)；(c)正交偏光；(d)單偏光;Q—石英；Pl—斜長石

2 分析方法

2.1 年代學(xué)分析

樣品(XS-1)的碎樣及碎屑鋯石分選工作由河北省廊坊市廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所利用重液分選和磁選法完成。碎屑鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)圖像拍攝、碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年以及碎屑鋯石多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(multi-receiver inductively coupled plasma mass spectrometry,MC-ICP-MS)Lu-Hf同位素測(cè)試均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

碎屑鋯石U-Pb測(cè)年及碎屑鋯石微量元素分析是在ICP-MS和紫外準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機(jī)上進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)原理和流程詳見參考文獻(xiàn)[8-10]。測(cè)試采用單點(diǎn)剝蝕，剝蝕物質(zhì)運(yùn)載氣體為He，激光工作波長為193 nm，頻率為6 Hz，激光束斑直徑為32 μm，剝蝕深度為20～40 μm。所測(cè)單點(diǎn)的同位素比值及元素含量利用GLITTER(ver.4.0 Macquarie University)程序進(jìn)行計(jì)算。年齡計(jì)算以91500作為外標(biāo)進(jìn)行校正，元素含量則采用NIST SRM610為外標(biāo)以及29Si作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正。鋯石年齡諧和圖采用Isoplot(2.6)軟件進(jìn)行繪制。

2.2 主量元素和微量元素分析

主量元素和微量元素分析在山東省國土資源部濟(jì)南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，在主量元素分析中，SiO2含量分析采用動(dòng)物膠凝聚重量法測(cè)得，Al2O3含量分析采用二甲酚橙法測(cè)得，其余主量元素含量分析采用全譜直讀光譜儀測(cè)得。對(duì)微量元素含量分析采用IRIS-Intrepid2型等離子體光譜儀、雙道原子熒光光譜儀(AFS-820)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS XSeries2)進(jìn)行測(cè)定。

2.3 鋯石Lu-Hf同位素分析

碎屑鋯石Lu-Hf同位素測(cè)試在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，是在配有193 nm激光取樣系統(tǒng)的Neptune MC-ICP-MS上進(jìn)行測(cè)定的，儀器的運(yùn)行條件和分析流程詳見文獻(xiàn)[11]。測(cè)定采用鋯石國際標(biāo)樣91500作為外標(biāo)，激光束直徑為44 μm，所用激光脈沖速率為6～8 Hz，激光束脈沖能量為90 mJ。

3 分析結(jié)果

3.1 年代學(xué)

小綏河組變質(zhì)粉砂巖鋯石CL圖像如圖3所示，鋯石呈半自形雙錐柱狀，次滾圓—滾圓柱狀、粒狀，個(gè)別鋯石具核邊結(jié)構(gòu)，大多數(shù)鋯石具有清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型巖漿振蕩環(huán)帶，結(jié)合其較高的Th與U比值(0.5～1.1)，表明其為巖漿成因鋯石。如表1所示，該樣品中81個(gè)碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)集中在417～497 Ma。總體上，碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)可劃分為3個(gè)組(圖4)：第1組年齡集中在417～426 Ma，峰值年齡為421 Ma；第2組年齡集中在441～446 Ma，峰值年齡為442 Ma；第3組年齡集中在459～474 Ma，峰值年齡為470 Ma。

圖中大圈代表鋯石Hf同位素分析位置，小圈及內(nèi)部數(shù)字代表鋯石年齡的分析位置及點(diǎn)號(hào)

表1 小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年齡數(shù)據(jù)表

Tab. 1 LA-ICP-MS detrital zircon U-Pb dating of the metamorphic siltstone from Xiaosuihe Formation

測(cè)點(diǎn)號(hào)同位素比值Pb207/Pb2061σPb207/U2351σPb206/U2381σPb208/Th2321σTh/U年齡/MaPb207/Pb2061σPb207/U2351σPb206/U2381σPb208/Th2321σXS-1-010.056 250.002 430.581 210.019 990.074 930.001 350.025 670.000 500.844619446513466851210XS-1-020.055 830.002 180.547 770.016 040.071 150.001 240.022 310.000 410.70445854441144374468XS-1-040.055 100.002 430.511 230.018 120.067 280.001 220.021 080.000 430.78416954191242074228XS-1-050.057 890.004 120.567 730.037 130.071 110.001 620.025 090.001 020.47525149457244431050120XS-1-060.056 240.003 190.519 580.025 860.067 000.001 350.021 210.000 580.7246112242517418842411XS-1-080.055 600.004 520.547 000.041 470.071 340.001 770.020 870.000 810.82436172443274441141816XS-1-100.057 360.003 060.534 130.024 640.067 530.001 320.021 530.000 580.6450511443516421843111XS-1-110.055 010.001 970.511 210.012 660.067 380.001 140.021 160.000 370.5141377419942074237XS-1-120.055 330.001 980.514 400.012 800.067 410.001 140.021 250.000 370.5642578421942174257XS-1-130.054 970.002 280.510 870.016 420.067 380.001 180.021 710.000 400.81411904191142074348XS-1-140.056 890.002 200.594 510.017 070.075 770.001 310.021 140.000 370.94487844741147184237XS-1-150.057 110.004 050.535 600.034 750.068 000.001 560.019 890.000 630.9549515043623424939813XS-1-160.055 970.003 140.553 130.027 170.071 650.001 430.022 740.000 670.5845112044718446945413XS-1-170.059 230.002 610.550 190.019 410.067 360.001 220.021 110.000 440.75576934451342074229XS-1-180.055 950.002 210.548 220.016 210.071 050.001 230.023 160.000 410.81450854441144374638XS-1-190.055 370.002 690.513 470.020 870.067 240.001 260.020 980.000 570.4642710542114420842011XS-1-200.059 880.003 760.555 050.031 210.067 210.001 450.020 670.000 640.7659913044820419941413XS-1-220.056 050.002 530.520 940.018 990.067 390.001 230.021 360.000 421.02454974261342074278XS-1-230.055 770.003 100.518 060.025 110.067 350.001 330.021 80.000 630.5744311942417420843613XS-1-240.054 940.002 840.509 660.022 510.067 260.001 290.020 420.000 460.984101124181542084099XS-1-250.055 840.002 440.550 650.019 220.071 500.001 280.022 670.000 500.594469444513445845310XS-1-260.054 920.004 610.508 540.039 850.067 140.001 700.021 860.000 761.02409177418274191043715XS-1-270.056 400.002 390.554 360.018 440.071 270.001 260.022 600.000 470.62467924481244484529XS-1-280.056 640.003 230.555 710.027 790.071 140.001 430.021 640.000 660.5847712244918443943313XS-1-290.055 270.002 050.516 270.013 670.067 730.001 150.020 890.000 360.7542381423942274187XS-1-300.056 770.002 110.560 500.014 790.071 580.001 210.022 640.000 380.82482814521044674538XS-1-310.055 300.002 420.513 380.017 890.067 320.001 200.020 950.000 480.524249542112420741910XS-1-320.055 940.002 150.550 660.015 470.071 370.001 220.022 170.000 390.78450834451044474438XS-1-330.055 800.002 850.548 140.023 740.071 220.001 350.023 520.000 530.8844411044416444847010XS-1-340.057 110.004 560.529 170.039 220.067 180.001 650.022 350.000 980.54495167431264191044719XS-1-350.056 600.002 910.526 380.023 030.067 430.001 290.020 600.000 480.94751114291542184129XS-1-370.055 590.003 670.517 630.030 930.067 510.001 460.020 830.000 680.6843614142421421941714XS-1-380.055 260.003 920.512 370.033 280.067 220.001 520.020 510.000 680.842315142022419941013XS-1-390.055 870.002 430.520 850.017 900.067 590.001 200.022 450.000 490.534479342612422744910XS-1-400.058 100.003 590.537 420.029 650.067 070.001 410.021 360.000 650.6953313043720419942713XS-1-410.056 690.004 270.592 460.041 140.075 780.001 800.027 770.001 070.57479159472264711155421XS-1-420.056 640.002 820.522 520.021 910.066 880.001 250.020 440.000 431.14771074271541784098XS-1-430.055 000.004 310.514 890.037 390.067 880.001 620.021 710.000 830.69412166422254231043416XS-1-440.056 340.002 520.585 080.020 990.075 290.001 350.024 670.000 500.824659746813468849310XS-1-450.055 080.005 100.512 510.044 790.067 460.001 780.023 090.001 110.55415195420304211146122

續(xù)表1

測(cè)點(diǎn)號(hào)同位素比值Pb207/Pb2061σPb207/U2351σPb206/U2381σPb208/Th2321σTh/U年齡/MaPb207/Pb2061σPb207/U2351σPb206/U2381σPb208/Th2321σXS-1-460.055 170.003 560.508 460.029 550.066 830.001 430.022 280.000 680.7141913841720417944513XS-1-470.058 090.003 440.542 970.028 350.067 780.001 390.021 490.000 640.6553312544019423843013XS-1-480.060 160.003 400.558 470.027 540.067 310.001 350.020 130.000 560.7460911845118420840311XS-1-490.056 190.005 390.548 810.049 760.070 820.001 990.021 640.001 080.66459200444334411243321XS-1-500.056 720.006 530.525 860.057 910.067 220.002 160.023 060.001 350.62480237429394191346127XS-1-510.058 980.004 790.551 090.041 660.067 760.001 720.021 420.000 910.65566168446274231042818XS-1-520.055 820.005 140.516 130.044 760.067 040.001 810.023 040.001 020.69445193423304181146120XS-1-530.055 230.002 840.514 480.022 520.067 550.001 300.021 900.000 610.5142111142215421843812XS-1-540.056 950.002 480.528 200.018 320.067 260.001 220.021 290.000 470.59489944311242074269XS-1-560.056 190.004 360.522 330.037 570.067 400.001 610.021 890.000 920.54459164427254211043818XS-1-570.056 380.003 530.525 760.029 500.067 610.001 440.020 180.000 640.6946713442920422940413XS-1-580.055 480.002 070.520 600.013 820.068 040.001 160.021 460.000 380.6743281426942474297XS-1-590.055 290.004 980.518 920.044 000.068 060.001 790.021 160.001 000.61424190424294251142320XS-1-600.056 350.002 910.552 830.024 340.071 140.001 370.023 900.000 610.6246511144716443847812XS-1-610.056 570.002 250.594 810.017 800.076 240.001 330.025 930.000 470.81474864741147485189XS-1-620.055 190.003 260.517 280.026 990.067 960.001 390.021 310.000 650.5942012742318424842613XS-1-630.055 200.002 140.513 030.014 660.067 400.001 160.020 980.000 370.89420844211042074207XS-1-640.059 330.005 380.582 300.049 660.071 170.001 950.022 010.001 010.72579186466324431244020XS-1-650.055 220.002 620.512 130.020 070.067 250.001 240.021 500.000 500.6242110342013420743010XS-1-670.055 160.003 230.515 080.026 660.067 710.001 370.021 600.000 660.5641912642218422843213XS-1-680.058 530.006 730.647 550.071 200.080 220.002 650.025 660.001 430.77550233507444971651228XS-1-690.056 050.002 050.519 620.013 260.067 220.001 140.020 400.000 360.645479425941974087XS-1-700.055 140.002 450.511 020.018 140.067 200.001 210.020 240.000 410.87418964191241974058XS-1-710.055 290.002 110.513 640.014 170.067 360.001 150.020 250.000 331.15424834211042074057XS-1-720.055 300.002 800.512 810.021 990.067 240.001 280.020 540.000 460.934241094201542084119XS-1-730.055 410.002 710.516 310.021 050.067 570.001 260.021 690.000 460.974281054231442284349XS-1-750.060 800.004 320.560 860.036 390.066 890.001 560.021 530.000 720.8263214645224417943114XS-1-760.055 560.002 990.579 460.026 840.075 620.001 470.024 960.000 640.743511646417470949813XS-1-770.056 300.003 350.552 280.029 100.071 130.001 460.024 190.000 690.6846412844719443948314XS-1-780.056 130.003 020.571 120.026 440.073 780.001 440.025 420.000 670.6345711545917459950813XS-1-790.055 410.005 570.519 220.049 450.067 920.001 740.021 880.001 150.64429210425334241143923XS-1-800.056 710.002 290.555 290.016 920.071 000.001 230.024 340.000 500.494808844911442748610XS-1-810.055 960.002 980.549 150.025 090.071 160.001 360.022 520.000 590.6445011444416443845012XS-1-820.055 910.003 310.519 660.027 190.067 390.001 370.020 530.000 511.0444912742518420841110XS-1-830.055 380.003 000.521 220.024 390.068 250.001 330.021 170.000 530.7742711742616426842311XS-1-840.055 330.002 480.515 920.018 510.067 600.001 210.021 100.000 480.554269742212422742210XS-1-860.056 970.002 660.559 830.021 340.071 260.001 300.023 570.000 550.649010045114444847111XS-1-870.054 810.006 200.507 570.054 850.067 150.002 070.020 600.000 990.95405235417374191341220XS-1-880.052 780.005 230.489 800.046 030.067 290.001 880.020 370.001 040.63319210405314201140821XS-1-890.056 250.002 850.552 180.023 620.071 180.001 340.022 940.000 580.6146110944615443845811XS-1-900.052 780.004 090.488 110.035 000.067 050.001 580.021 900.000 870.58320166404244181043817

圖4 小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石U-Pb諧和圖

3.2 地球化學(xué)

小綏河組變質(zhì)粉砂巖主量元素特征：小綏河組變質(zhì)粉砂巖的Al2O3、SiO2含量及其相關(guān)比值如表2所示。Al2O3、SiO2含量與長石砂巖和裂谷砂巖特征一致，而與典型的雜砂巖明顯不同[12-13]。富含鉀長石和鉀含量高是典型的大陸裂谷盆地長石砂巖的特征，其K2O/Na2O比值明顯高于1，通常為1.5～15，小綏河組變質(zhì)粉砂巖K2O/Na2O比值為1.65，反映其長石砂巖和裂谷砂巖的特征。由圖5(a) Pettijohn等[12]的砂巖巖石化學(xué)分類圖可見，樣品投點(diǎn)在長石砂巖區(qū)。

小綏河組變質(zhì)粉砂巖微量元素特征：如表3所示，小綏河組變質(zhì)粉砂巖稀土元素總量為178.4 μg·g-1，LREE/HREE比值為8.47，Eu/Eu*比值為0.60。由圖5(b)可見，小綏河組變質(zhì)粉砂巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE分布曲線為輕稀土元素中等富集型。

圖5 小綏河組變質(zhì)粉砂巖地球化學(xué)分類(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b)

%

表3 小綏河組變質(zhì)粉砂巖稀土和微量元素組成

3.3 鋯石Hf同位素

小綏河組變質(zhì)粉砂巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果見表4，樣品的176Lu/177Hf值介于0.000 934～0.002 559，176Hf/177Hf值介于0.282 574～0.282 787，εHf (t)值介于1.53～9.04。其單階段虧損地幔模式年齡介于667～951 Ma，兩階段虧損地幔模式年齡介于852～1 283 Ma。所有顯生宙碎屑鋯石εHf (t)值介于1.53～9.04，這與華北克拉通碎屑鋯石組成及其鋯石Hf同位素特征不同，因此，小綏河組變質(zhì)粉砂巖物源來自于興蒙造山帶東段新增生的地殼物質(zhì)。

表4 小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石Hf同位素分析結(jié)果

4 討論

4.1 吉中小綏河組變質(zhì)粉砂巖形成時(shí)代

樣品中81顆碎屑鋯石的 LA-ICP-MS年齡顯示如圖4、圖6所示，小綏河組變質(zhì)粉砂巖共有459～474 Ma、441～446 Ma和417～426 Ma 3組年齡。其中，417～426 Ma年齡組的加權(quán)平均年齡420.6±2.2 Ma為小綏河組形成時(shí)代的下限，小綏河組形成于晚志留世之后。結(jié)合廖衛(wèi)華等[14]報(bào)道的小綏河組中晚志留世末至早泥盆世初珊瑚和腕足動(dòng)物化石的存在，因此，小綏河組形成于晚志留世至早泥盆世，并非前人報(bào)道的早志留世[15]。

圖6 小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石年齡相對(duì)頻率圖

4.2 吉中小綏河組變質(zhì)粉砂巖的物源

鋯石以高硬度及較高的封閉溫度為特點(diǎn)得以在經(jīng)歷各種地質(zhì)過程后仍然保持穩(wěn)定的U-Pb同位素體系。因此，根據(jù)碎屑鋯石的年齡組成和區(qū)域?qū)Ρ?，可以判斷砂巖的碎屑物源。

從小綏河組變質(zhì)粉砂巖中的碎屑鋯石形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖3)及Th/U比值(0.5～1.1)可以看出，小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石為巖漿成因，且其物源較近。由圖6中可以看出小綏河組變質(zhì)粉砂巖未見新太古代、古元古代和新元古代碎屑鋯石，并且所有顯生宙碎屑鋯石εHf (t)值介于1.53～9.04(圖7)，這與華北克拉通碎屑鋯石組成及其鋯石Hf同位素特征不同，因此，小綏河組變質(zhì)粉砂巖物源來自于興蒙造山帶東段新增生的地殼物質(zhì)。小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石年齡集中在晚寒武世至早泥盆世，且存在470、 442和421 Ma 3組峰值年齡(圖6)。3組峰值年齡在吉林中部地區(qū)和張廣才嶺地塊均有報(bào)道：Liu等[18]測(cè)得伊春張廣才嶺東部地區(qū)的堿長花崗巖年齡為471 Ma； 裴福萍等[19]報(bào)道的永吉張家屯英云閃長巖443 Ma；Wang等[20]報(bào)道的張廣才嶺地區(qū)早古生代花崗巖443～451 Ma；姜正龍等[21]報(bào)道的吉林省放牛溝桃山地區(qū)火成巖420 Ma；Pei等[22]報(bào)道的吉林中部地區(qū)存在中奧陶世、晚奧陶世至早志留世和晚志留世至早泥盆世的巖漿事件；Han等[23]報(bào)道的吉林省放牛溝地區(qū)存在晚志留世(～425 Ma)的巖漿事件；Han等[24]測(cè)得吉林省東部江域組存在428、455和476 Ma峰值年齡的碎屑鋯石；Zhou等[25]測(cè)得延邊開山屯地區(qū)大蒜溝組和廟嶺組也存在419、443和473 Ma峰值年齡的碎屑鋯石。

圖(a)興蒙造山帶東段，燕山褶皺帶范圍引自文獻(xiàn)[16]；圖(b)華北板塊北緣增生帶火成巖范圍引自文獻(xiàn)[17]圖7 小綏河組變質(zhì)粉砂巖鋯石Hf同位素特征

綜上所述，小綏河組變質(zhì)粉砂巖的物源主要來自于興蒙造山帶東段中奧陶世至早泥盆世的火成巖，并且吉林中部地區(qū)存在中奧陶世、晚奧陶世至早志留世和晚志留世至早泥盆世的巖漿事件。

4.3 吉林中部地區(qū)小綏河組變質(zhì)粉砂巖的構(gòu)造背景

從前文年齡分析可以看出(圖4)，441～446 Ma和417～426 Ma兩組年齡的碎屑鋯石占小綏河組變質(zhì)粉砂巖碎屑鋯石的73%，因此，小綏河組變質(zhì)粉砂巖的物源主要來自興蒙造山帶東段晚奧陶世至早泥盆世的火成巖。在La/Sc-Ti/Zr和Th-Sc-Zr/10構(gòu)造背景判別圖上(圖8(a),(b))，小綏河組變質(zhì)粉砂巖的物源均落在大陸島弧區(qū)。裴福萍等[19,22]對(duì)吉林中部地區(qū)張家屯英云閃長巖進(jìn)行年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究表明，形成時(shí)代為443 Ma的張家屯英云閃長巖形成于島弧環(huán)境，并且研究區(qū)在晚奧陶世—早志留世可能存在大洋板塊的俯沖作用。前人[22,26]對(duì)吉林中部地區(qū)420～440 Ma火成巖巖石地球化學(xué)研究認(rèn)為其形成于成熟的島弧環(huán)境。結(jié)合與張家屯英云閃長巖呈沉積接觸關(guān)系的晚志留世—早泥盆世張家屯組具有磨拉石建造的沉積特征，及張家屯組、二道溝組和小綏河組中的珊瑚和腕足動(dòng)物化石的存在[16,27]，證明華北板塊北緣東段早古生代陸緣增生帶是存在的，晚奧陶世—早志留世研究區(qū)處于島弧環(huán)境(圖9(a))，晚志留世—早泥盆世可能發(fā)生了弧陸碰撞(圖9(b))，形成了具磨拉石建造特點(diǎn)的張家屯組沉積。張家屯組、二道溝組和小綏河組沉積建造特征及古生物特征可與內(nèi)蒙古中部的西別河組對(duì)比，西別河組與下伏加里東期花崗巖間區(qū)域性角度不整合接觸關(guān)系是加里東運(yùn)動(dòng)在華北板塊北緣的體現(xiàn)[5]。

因此，吉林中部地區(qū)小綏河組變質(zhì)粉砂巖形成于弧陸碰撞的造山環(huán)境，其中晚奧陶世—早志留世處于島弧構(gòu)造環(huán)境，而晚志留世—早泥盆世則為弧陸碰撞構(gòu)造環(huán)境。

OIA-大洋島?。籆IA-大陸島?。籄CM-活動(dòng)大陸邊緣；PM-被動(dòng)大陸邊緣圖8 小綏河組變質(zhì)粉砂巖構(gòu)造環(huán)境判別圖

圖9 吉林中部地區(qū)晚奧陶世至早泥盆世構(gòu)造演化簡易模式圖

5 結(jié)論

根據(jù)小綏河組變質(zhì)粉砂巖的碎屑鋯石U-Pb定年結(jié)果、全巖主量和微量元素以及鋯石Hf同位素特征，結(jié)合前人研究成果，得出以下結(jié)論：

1) 吉林中部地區(qū)小綏河組變質(zhì)粉砂巖應(yīng)該形成于晚志留世至早泥盆世，并非前人報(bào)道的早志留世；

2) 吉林中部地區(qū)小綏河組變質(zhì)粉砂巖的物源主要來自于興蒙造山帶東段中奧陶世至早泥盆世的火成巖，并且在吉林中部地區(qū)存在中奧陶世、晚奧陶世至早志留世和晚志留世至早泥盆世的巖漿事件；

3) 吉林中部地區(qū)小綏河組變質(zhì)粉砂巖可能形成于弧陸碰撞的造山環(huán)境，研究區(qū)于晚奧陶世—早志留世處于島弧環(huán)境，晚志留世—早泥盆世可能發(fā)生了弧陸碰撞。