陳井勝 劉正宏 劉永江 馮志強 張立東 汪巖
1. 中國地質調查局沈陽地質調查中心,沈陽 110034 2. 東北地質科技創(chuàng)新中心,沈陽 110034 3. 吉林大學地球科學學院,長春 130061 4. 中國海洋大學海底科學與探測技術教育部重點實驗室,海洋高等研究院,海洋地球科學學院,青島 266100 5. 太原理工大學地球科學與工程系,太原 030024
作為顯生宙最大的增生型造山帶,中亞造山帶夾持在西伯利亞克拉通和中朝克拉通、塔里木古陸之間,其形成與古亞洲洋演化緊密相關。其在漫長的地質演化歷史中,經(jīng)歷了小洋盆俯沖作用導致的陸殼增生,多塊體拼貼和后續(xù)變形作用造成的陸殼改造,以及隨之伴生的多期次巖漿-變質作用。中亞造山帶具多樣的結構構造、物質組成,蘊藏大量的金屬與非金屬礦產(chǎn)資源,保存了亞洲大陸古生代增生聚合和洋陸格局轉變的重要信息,是中外地質學者探討大陸動力學演化過程的重要研究對象。中國東北地區(qū)位于中亞造山帶東段,發(fā)育大量與古亞洲洋演化密切相關的早古生代、晚古生代及早中生代巖漿作用。本專輯在中國地質調查局地質調查項目及國家自然科學基金項目的資助下,主要以東北地區(qū)存在的蛇綠巖以及與俯沖作用有關的島弧或大陸邊緣火成巖弧為研究對象,反演區(qū)域殼幔物質組成、俯沖過程中洋殼、陸殼與地幔之間的相互作用,進而揭露古亞洲洋的演化過程。
本期主題文章為20篇論文,反映了對大興安嶺和華北板塊北緣東段關鍵地區(qū)的最新研究成果。古亞洲洋顯示自西向東“剪刀式”閉合演化趨勢,論文內容主要集中于西部大興安嶺地區(qū)以及華北板塊北緣東段地區(qū),充分反映了學者們不同的學術觀點。但因版面有限,部分成果后續(xù)發(fā)表。以下按照不同地區(qū)分別介紹。
東北地區(qū)經(jīng)歷了復雜的巖漿-構造-變質演化歷史,以多個不同構造屬性微陸塊間的碰撞-拼貼為特征,而且這些微陸塊之間的構造演化過程與東北地區(qū)晚古生代巖漿作用密切相關。通過總結前人研究資料,董玉等(2022)認為額爾古納地塊、興安地塊以及松嫩-張廣才嶺地塊的西部,也就是大興安嶺地區(qū)晚古生代巖漿作用以石炭紀-二疊紀為主,這些晚古生代巖漿巖大部分具有典型的弧屬性特征。此外,佳木斯地塊以及松嫩-張廣才嶺地塊東緣,也就是吉黑東部,具有與大興安嶺地區(qū)不同的巖漿巖空間分布特征,該區(qū)域晚古生代巖漿巖以二疊紀花崗質巖石為主,同時存在少量輝長巖,且這些二疊紀巖漿巖普遍表現(xiàn)出典型的弧屬性特征。結合巖石學、年代學、地球化學以及同位素等資料,認為大興安嶺地區(qū)和吉黑東部巖石可能具有不同的構造-巖漿演化歷史及地殼增生歷史,暗示不同的深部動力學過程。
隨著古亞洲洋閉合過程,多塊體自北向南逐漸拼貼,最終與華北板塊拼貼到一起,形成了三條蛇綠混雜巖帶及弧巖漿巖。自北向南可分為三條拼合帶,分別為額爾塊古納地塊與興安地塊之間的頭道橋-新林縫合帶、興安地塊與松嫩地塊之間的賀根山-嫩江-黑河縫合帶、松嫩地塊與華北板塊之間的西拉木倫-長春-延吉縫合帶,本專輯論文對這些塊體的拼貼過程均有探討。
構造體系的疊加使得中亞造山帶東段早古生代巖漿記錄大多被巨量年輕的地殼/地幔物質改造或置換,從而導致古亞洲洋東段的構造-巖漿演化過程,尤其是微陸塊的構造屬性及相互碰撞-拼合過程存在較大爭議。景妍等(2022)在大興安嶺北段漠河地區(qū)識別出一套早古生代二長花崗巖(482~456Ma),它們屬于高鉀鈣堿性I型花崗巖?;◢弾r樣品富集大離子親石元素和輕稀土元素,虧損高場強元素和重稀土元素,與地殼物質的地球化學屬性較為相似。結合額爾古納地塊廣泛發(fā)育同時期的A型花崗巖,雙峰式巖石組合、基性和堿性侵入體,指示早古生代巖漿事件形成于拉張背景,與額爾古納和興安地塊碰撞后的深部軟流圈地幔物質上涌和幔源巖漿的底侵作用密切相關。
那福超等(2022)對內蒙古東部東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖進行了巖石地球化學、鋯石U-Pb年代學和Hf同位素研究。變輝石閃長巖(465±5Ma)屬鈣堿性系列巖石,片麻狀角閃輝長巖(456±3Ma)為拉斑系列巖石,它們相對富集輕稀土元素和大離子親石元素,相對虧損重稀土元素和高場強元素,兼具MORB和島弧玄武巖的特征。巖漿來源于被俯沖流體為主,熔體為輔交代的地幔部分熔融,卻具有早期虧損成分先熔融,后期富集成分再熔融的特征。作者認為這些中-基性雜巖形成于弧后盆地初始裂解-不成熟弧后盆地階段,興安地塊西部南緣的蘇尼特左旗-錫林浩特-大石寨早古生代巖漿巖帶和北側的二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖帶共同構成了古亞洲洋北緣早古生代弧盆系,其演化特征可以與地塊東部進行類比。
近些年研究表明,興安地塊僅存在很少量的前寒武紀結晶基底,主要由早古生代增生雜巖組成,構成阿爾山-多寶山早古生代增生造山帶,是重要的銅鉬成礦區(qū)域。楊曉平等(2022)對多寶山島弧帶的早古生代地層時空展布和形成背景進行了研究,重建了多寶山地區(qū)早古生代地層格架,確定了多寶山組形成時代為芙蓉世-早奧陶世,銅山組時代為早-中奧陶世,將原在多寶山組之下的銅山組層位重置于多寶山組之上,擴大了銅鉬礦深部找礦空間;建立了多寶山地區(qū)早古生代溝-弧-盆體系模型。作者認為與多寶山島弧帶成因有關的多寶山洋盆位于此帶的西北側,早古生代向東南方向松嫩地塊俯沖;重新認識了多寶山島弧成礦背景,指出島弧靠近增生雜巖帶附近是成礦物質、流體和熱源發(fā)育區(qū),為成礦有利部位。
秦濤等(2022)對大興安嶺中段扎蘭屯地區(qū)早二疊世侵入雜巖進行了研究。角閃輝長巖與花崗閃長巖、二長花崗巖及正長花崗巖密切共生。角閃輝長巖來源于受早期俯沖流體交代的虧損巖石圈地幔;正長花崗巖屬于A型花崗巖,來源于新生的長英質下地殼部分熔融;花崗閃長巖-二長花崗巖屬于I型花崗巖,是角閃輝長巖巖漿及正長花崗巖巖漿不同比例混合作用而形成。該侵入雜巖是早二疊世殼幔相互作用的產(chǎn)物,其形成與賀根山-黑河構造帶后碰撞伸展過程中俯沖板片斷離及巖石圈拆沉作用有關。
俯沖增生雜巖的構造變形樣式多樣,直接記錄了洋陸相互作用的構造演化信息,是從構造變形方面研究俯沖演化的理想載體。馬永非等(2022)對大興安嶺中段扎賚特旗地區(qū)音德爾雜巖早石炭世末的兩期構造變形進行了研究。第一期變形以傾向NW的葉理為標志,并發(fā)育NNW向傾伏的高角度逆沖線理,指示NW-SE方向強烈擠壓事件。第二期變形以NE向傾伏的低角度礦物拉伸線理為標志,指示NE-SW走向的左行走滑剪切變形。構造巖與圍巖接觸關系年代學研究限定音德爾雜巖構造變形發(fā)生于早石炭世末期,兩期構造變形事件分別與興安增生地體和松嫩地塊碰撞造山早期的強烈擠壓和造山晚期伸展走滑調整有關。作者認為音德爾雜巖兩期構造變形與嫩江洋古洋殼對西北方向興安增生地體和東南方向松嫩地塊的雙向俯沖相關。
為揭露松嫩地塊基底結晶過程,吳新偉等(2022)對興蒙造山帶松嫩地塊西緣龍江地區(qū)花崗質巖石和烏蘭浩特地區(qū)斜長角閃巖進行了鋯石U-Pb年代學和Hf同位素研究。龍江地區(qū)花崗質巖石主要為石英二長巖和二長花崗巖(2480±12Ma和2544±23Ma),二階段模式年齡為2793~3019Ma和3012~3138Ma,表明存在中-新太古代的地殼生長事件,且在巖漿演化過程中受到中太古代古老地殼的混染。烏蘭浩特地區(qū)斜長角閃巖鋯石年齡為2042±29Ma,二階段模式年齡為2301~3015Ma和2647~3073Ma,表明存在古元古代中期-中太古代的地殼生長事件,且在巖漿演化過程中受到新太古代古老地殼的混染。結合前人研究成果,作者認為松嫩地塊西緣龍江和烏蘭浩特地區(qū)存在~1.8Ga、~2.0Ga、~2.5Ga和~2.7Ga四期巖漿事件以及古元古代中期-新太古代晚期和新-中太古代的地殼生長事件,其構造巖漿熱事件與華北克拉通及全球古老大陸地殼增生時限一致。
內蒙古林西-東烏旗地區(qū)位于中亞造山帶東南部,是西伯利亞板塊和中朝古板塊之間古亞洲洋最終閉合的位置。劉建峰等(2022)系統(tǒng)收集了該地區(qū)晚古生代-早中生代巖漿巖年代學、巖石地球化學以及鋯石Hf同位素資料,通過分析巖石組合隨時空的變化規(guī)律,探討了晚古生代以來構造演化和地殼增生等地質問題。研究表明,二連浩特-賀根山蛇綠巖帶以北晚泥盆世-中二疊世巖漿活動在時間上呈連續(xù)分布特征,并在晚石炭-早二疊世達到峰值;晚泥盆世-石炭紀和早-中二疊世巖漿活動分別與賀根山洋盆向烏里雅斯太大陸邊緣之下的俯沖和洋盆閉合后俯沖板片斷離引起的軟流圈上涌作用有關。二連浩特-賀根山蛇綠巖帶以南巖漿活動呈現(xiàn)石炭紀、早-中二疊世、晚二疊世-三疊紀幕式分布特征,各期巖漿前鋒隨時間有向南遷移的趨勢;分別與古亞洲洋板片向寶力道島弧之下的俯沖、板片后撤以及洋盆消失之后古板塊的碰撞造山作用有關。鋯石Hf同位素分析表明,研究區(qū)晚古生代至早中生代時期存在顯著的地殼增生;其中二連浩特-賀根山蛇綠巖帶以北表現(xiàn)為地殼的垂向增生,以南則表現(xiàn)為側向增生。
施璐等(2022)對內蒙古扎魯特旗達巴艾勒地區(qū)出露的一套下二疊統(tǒng)壽山溝組變沉積巖及其安山巖透鏡體進行了年代學和地球化學研究。下二疊統(tǒng)壽山溝組變質沉積巖碎屑鋯石最小峰值年齡為282.3±4.2Ma、285.9±5.6Ma,其物源區(qū)主要來自于北側的錫林浩特巖漿弧。晚石炭世安山巖透鏡體鋯石U-Pb測年結果為304.9±4.7Ma,具有高鎂安山巖特征,為俯沖洋殼釋放含水流體交代地幔楔發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。作者認為,下二疊統(tǒng)壽山溝組形成于匯聚背景下的弧前盆地,經(jīng)歷了古亞洲洋俯沖增生過程,晚石炭世-早二疊世索倫-林西縫合帶北緣處于洋內俯沖向洋陸俯沖過渡的轉換環(huán)境。
張渝金等(2022)針對大興安嶺南段地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的一套二疊系-三疊系界線地層開展了沉積學和碎屑鋯石年代學研究。通過詳細野外調查,認為上二疊統(tǒng)林西組與下三疊統(tǒng)老龍頭組之間存在短暫沉積間斷,為平行不整合接觸關系;二者界線附近沉積環(huán)境發(fā)生劇變,氣候從溫暖濕潤轉變?yōu)檠谉岣珊?。結合重礦物、碎屑鋯石和Hf同位素研究,確定林西組物源主要來自于興蒙造山帶,少量可能來自于華北板塊,具有復雜物源、遠距離搬運再沉積的特征。老龍頭組物源主要來自于興蒙造山帶,具有周緣近距離搬運沉積的特征。通過區(qū)域對比碎屑鋯石攜帶年代學信息,推測古亞洲洋東段沿著西拉木倫河縫合帶在晚二疊世發(fā)生匯聚碰撞,古亞洲洋閉合過程至少持續(xù)至早三疊世,老龍頭組是古亞洲洋閉合,陸陸碰撞強烈匯聚造山作用的產(chǎn)物。
楊帆等(2022)對赤峰撰山子地區(qū)二長閃長巖、花崗(斑)巖進行了巖相學、地球化學、年代學以及Hf同位素研究。二長閃長巖和花崗巖形成于早石炭世(341.0±2.2Ma、324.1±4.3Ma),花崗斑巖形成于晚二疊世(252.8±3.2Ma、252.0±1.5Ma)。二長閃長巖為高鉀鈣堿性I型花崗巖,形成于火山弧環(huán)境;花崗巖及花崗斑巖均為高鉀鈣堿性A型花崗巖,花崗巖形成于火山弧環(huán)境,花崗斑巖形成于造山后伸展環(huán)境。綜合前人研究成果,作者認為,在早石炭世-晚二疊世研究區(qū)經(jīng)歷了古亞洲洋俯沖、弧-陸碰撞以及造山后伸展等階段。
在松遼盆地東部,本次專輯論文主要集中于華北板塊北緣構造帶遼北-吉中、吉南地區(qū)。以出露的早古生代、晚古生代及三疊紀巖漿巖為研究對象,探討古亞洲洋演化過程。早古生代巖漿巖構成一條近東西向巖漿弧,為白乃廟島弧的東延;晚古生代巖漿弧疊加其上;三疊紀巖漿巖為閉合-造山-造山后伸展背景下的產(chǎn)物。
內蒙古中部發(fā)育的早古生代白乃廟島弧往東是否有延伸?李斌等(2022)對吉林公主嶺地區(qū)放牛溝火山巖和西蟒仗侵入巖進行了年代學、地球化學、Hf同位素以及Sr-Nd同位素研究。年代學顯示這些巖漿巖形成時代為中志留世-晚泥盆世(426±4.8Ma、424.7±5.9Ma、419.5±3.7Ma、404±4.5Ma、375.5±4.6Ma)。巖石地球化學、Hf及Sr-Nd同位素研究表明,中志留世-晚泥盆世巖漿巖主要是源自中-新元古代至中寒武世增生下地殼物質部分熔融形成的島弧巖漿巖,為白乃廟島弧的東延部分。結合前人研究成果,作者認為,公主嶺地區(qū)志留紀-泥盆紀演化過程可以劃分為四個階段: 洋殼俯沖活動大陸邊緣弧階段(446~419Ma)、弧-陸碰撞階段(419~405Ma)、碰撞后伸展階段(404~390Ma)和洋殼俯沖活動大陸邊緣弧階段(~375Ma)。
張超等(2022)對遼北昌圖地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的泥盆紀巖漿巖進行了地球化學、鋯石U-Pb年代學和Hf同位素研究。紅花店變流紋巖的巖漿鋯石年齡為385±2Ma;祥子嶺和夏家溝花崗巖的侵位年齡分別為389±2Ma和377±2Ma,鋯石εHf(t)值和tDM2分別為+6.4~+14.6和442~977Ma。作者認為,昌圖泥盆紀巖漿巖是幔源基性巖漿與新生地殼再融熔體發(fā)生巖漿混合的產(chǎn)物,其形成與晚志留世末白乃廟弧與華北克拉通北緣發(fā)生弧-陸碰撞后的地殼伸展作用有關。
張麗等(2022)在遼北昌圖地區(qū)“下二臺”構造雜巖中新識別出一套早-中二疊世變質火山-碎屑巖,其以變質碎屑巖為主,夾變質火山巖。地球化學表明變質火山巖(272~288Ma)為一套鈣堿性火山巖,屬于準鋁質-弱過鋁質巖石,相對富集輕稀土元素,虧損重稀土元素,形成于活動大陸邊緣火山弧環(huán)境。變質碎屑巖原巖恢復為泥砂質沉積巖和砂泥質沉積巖,相對虧損輕稀土元素,富集重稀土元素,同位素年齡主要介于267~347Ma,沉積下限為267Ma和269Ma,變質碎屑巖母巖形成于活動大陸邊緣大陸島弧和大洋島弧環(huán)境。結合區(qū)域研究成果,作者認為華北板塊北緣東段二疊紀經(jīng)歷了三個構造演化階段: 早二疊世古亞洲洋加速俯沖,形成新的大陸弧階段;中二疊世古亞洲洋持續(xù)俯沖,大陸弧和大洋弧碰撞階段;晚二疊世陸-陸碰撞前階段。
石紹山等(2022)對遼寧北部法庫地區(qū)“佟家屯巖組”識別出的一套中酸性(變)火山巖和蛇山溝巖體進行年代學、地球化學及鋯石Hf同位素的研究。年代學結果為260.5~230.1Ma,形成于二疊紀-三疊紀。巖石地球化學表明: 公主陵流紋巖為過鋁質巖石、鈣堿性A型巖石,形成于伸展環(huán)境,和陸內地幔熱柱有關;公主陵英安巖為準鋁質、鈣堿性I型巖石,形成于伸展環(huán)境,與古亞洲洋板塊俯沖板片斷離相關;王家店英安巖和瓦房西流紋巖為鈣堿性I型巖石,形成于碰撞抬升環(huán)境;郝官屯流紋巖和蛇山溝巖體同為高鉀鈣堿性A型花崗巖,形成于后碰撞伸展環(huán)境。結合前人研究,中亞造山帶東段在二疊紀-三疊紀構造演化先后經(jīng)歷活動大陸邊緣階段、板塊斷離階段、最終碰撞閉合階段、造山后伸展階段。古亞洲洋在華北板塊北緣東段最終閉合發(fā)生在晚三疊世之前,晚三疊世期間研究區(qū)處于造山后拉伸環(huán)境,與華北板塊和興蒙造山帶碰撞拼合后的伸展作用有關,已與古亞洲洋板塊的俯沖無關。
時溢等(2022)在華北板塊北緣東段遼寧北部地區(qū)識別出了多處中-基性火山巖及侵入巖,對其進行了巖相學、地球化學、年代學以及Lu-Hf同位素研究。中-晚二疊世中-基性火山巖地球化學特征顯示其形成于弧后盆地環(huán)境;早三疊世閃長巖具有大陸裂谷型玄武巖的地球化學特征;中三疊世正長巖形成于裂谷伸展期向碰撞回返期過渡的中-高壓環(huán)境;中三疊世輝長巖成巖過程中并未遭受俯沖板塊的改造作用,可能形成于造山后伸展環(huán)境。綜合前人研究,本文認為,中二疊世-中三疊世期間,遼北地區(qū)經(jīng)歷了弧后洋盆的俯沖-消亡過程,該項研究為華北板塊北緣東段古洋盆的構造屬性、形成演化機制、洋-陸格局重建及限制古縫合帶空間位置提供重要線索。
為了解華北板塊北緣東段晚古生代-早中生代的構造演化歷史,張諾等(2022)對遼北開原地區(qū)尖山子火山巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學、地球化學和Hf同位素研究。晚二疊世變質流紋巖(256.1±1.5Ma、252.4±1.7Ma)和晚三疊世變質安山巖(222.4±1.8Ma、227.9±1.2Ma)相對富集輕稀土和大離子親石元素,虧損重稀土和高場強元素。前者明顯Eu負異常,εHf(t)值為-10.83~+8.10,二階段模式年齡為698~1967Ma,主要來源于新生玄武質下地殼的部分熔融,還有少量古老地殼物質的混染;后者無Eu異常,εHf(t)值為+4.54~+6.79,二階段模式年齡為825~968Ma,可能是由新生基性下地殼部分熔融的產(chǎn)物。作者認為,華北板塊北緣東段在二疊世期間處于活動大陸邊緣構造環(huán)境中,古亞洲洋雙向俯沖;晚二疊世-早三疊世俯沖板片的斷離誘發(fā)軟流圈地幔熔融以及幔源巖漿上升侵位,形成新生地殼并導致地殼加厚。古亞洲洋在中三疊世早期最終閉合,碰撞造山的影響可能一直持續(xù)到晚三疊世早期。
為精細刻畫華北板塊北緣東段古亞洲洋構造域三疊紀演化過程,陳井勝等(2022)從遼北開原地區(qū)晚古生代構造雜巖中解體出三疊紀三期輝長巖及流紋巖(246±2Ma、241±2Ma、241±2Ma、226±3Ma)。輝長巖均起源于地幔,在上升就位過程中受到地殼物質的混染。三期巖漿巖分別形成于俯沖板片斷離、殘余洋殼脫離以及造山后的伸展拉張環(huán)境。結合區(qū)域磨拉石建造、變質作用及蛇綠巖等資料,作者認為三疊紀古亞洲洋構造域經(jīng)歷了如下演化階段,不同演化階段形成特定的巖石組合: (1)活動大陸邊緣向同碰撞轉換,古亞洲洋完成最終閉合(252~246Ma);(2)持續(xù)擠壓隆升造山(246~242Ma);(3)南北擠壓背景下,殘余俯沖洋殼脫落導致的伸展(242~240Ma);(4)持續(xù)擠壓作用下快速隆升,地殼加厚(240~230Ma);(5)造山后的伸展拉張環(huán)境(230~215Ma)。
為限定古亞洲洋構造域向古太平洋構造域轉換時限,韓偉等(2022)對那丹哈達地體西緣的躍進山雜巖開展了地質年代學和地球化學研究。研究結果顯示變玄武巖的原巖形成于303±2Ma,具有富集型洋中脊玄武巖的特征,輝長巖的形成時代為278±2Ma,糜棱巖化綠泥石-絹云母板巖的絹云母40Ar/39Ar年齡為193±1Ma。結合前人研究成果,作者限定了躍進山雜巖中鎂鐵質-超鎂鐵質巖形成于303~232Ma,其中變玄武巖原巖具有洋中脊玄武巖和洋島玄武巖的地球化學特征;絹云母年代學結果限定了躍進山雜巖的最終就位時代為220~193Ma,并認為躍進山雜巖的就位是中國東北地區(qū)由古亞洲洋構造域向古太平洋構造域轉換的重要標志。
玄雨菲等(2022)對吉南地區(qū)早白堊世巖漿巖開展U-Pb年代學、巖石地球化學及Hf同位素研究。興林花崗斑巖、紅土崖安山質晶屑凝灰?guī)r和江源含角礫流紋質巖屑晶屑凝灰?guī)r結晶年齡分別為130±1Ma、128±1Ma和120±1Ma。其中,興林花崗斑巖和紅土崖安山質晶屑凝灰?guī)r具有高SiO2、Al2O3、Sr,高Na2O/K2O、Sr/Y、(La/Yb)N,貧Y、Yb等特征,屬于埃達克質巖石。樣品鋯石εHf(t)具有不均一性(-17.96~+5.47),指示巖漿源區(qū)多組分的特點。作者認為,早白堊世古太平洋板塊的俯沖回撤導致增厚的華北克拉通東北部地殼整體處于伸展的構造背景下,并自西向東發(fā)生拆沉減薄,拆沉下地殼的部分熔融形成區(qū)域廣泛分布的早白堊世埃達克質巖石。
致謝本專輯的出版得到了主編和期刊編輯部的大力支持,俞良軍常務副主編付出了大量工作。李錦軼、童英、孫立新、張克信、楊浩、張超、李宇、關慶彬、張彥龍、王志偉、唐杰、解超明、李寧波、郭榮榮、王志偉、梁琛岳、劉錦、郭鵬遠、李偉民、張照錄、張勇、劉凱、劉曉光等審稿專家在百忙之中對稿件進行了認真的審閱,并給予了很多建設性意見,提高了論文的質量。在此一并致以衷心地感謝!