华北板块北缘东段二叠纪的构造属性:来自火山岩锆石U-Pb年代学与地球化学的制约

本文对华北板块北缘东段大河深组、关门咀子组火山岩进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb定年和岩石地球化学研究以便制约该区的区域构造演化。大河深组和关门咀子组火山岩中的锆石均呈自形-半自形晶,具有清晰的岩浆振荡生长环带和条痕状吸收(玄武安山岩)的特点,其Th/U比值高达0.31～1.56,表明其岩浆成因。测年结果表明,桦甸大河深组流纹岩形成于早二叠世(279±3Ma～293±2Ma),珲春和图们关门咀子组玄武安山岩和玄武岩分别形成于早二叠世(275±7Ma)和晚二叠世(250±5Ma)。大河深组火山岩SiO2含量介于64.9%～75.4%,Mg#值介于0.21～0.57,属于中钾-高钾钙碱性系列,明显富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs)、亏损高场强元素(HFSEs,如Nb、Ta、Ti)以及P元素,类似活动大陆边缘火山岩;其锆石的εHf(t)值为+0.9～+10.37,Hf同位素二阶段模式年龄值为785～1240Ma,表明它们均起源于中-新元古代新增生玄武质下地壳的部分熔融。珲春早二叠世关门咀子组属于中钾钙碱性系列;贫硅(53.4%～53.7%)和HFSEs,富铝(16.4%～16.8%)和LILEs,具有较低的稀土元素总量,以及较平坦的稀土配分型式,显示出岛弧火山岩的地球化学属性;该组火山岩的原始岩浆应起源于受俯冲板片脱水熔融交代的亏损地幔楔。图们晚二叠世关门咀子组玄武岩SiO2含量为48.7%～49.6%,Mg#值高达0.64～0.72,相对富集LREEs和LILEs,亏损HREEs和HFSEs,具有火山弧玄武岩的地球化学属性,同时其εNd(t)=+6.01,暗示其原始岩浆起源于亏损的岩石圈地幔。综上所述,我们认为早二叠世至晚二叠世期间,华北板块北缘东段(吉林中部地区)和兴凯地块西南缘均处于古亚洲洋的俯冲作用下。

华北板块北缘东段中三叠世构造演化--来自辽宁法库地区侵入岩的证据

本文对华北板块北缘东段辽宁北部法库地区中三叠世风歧堡岩体和靠陵沟岩体进行了岩相学、锆石U-Pb年代学、地球化学及Lu-Hf同位素研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,风歧堡岩体和靠陵沟岩体加权平均年龄分别为(241±1)Ma和(243±1)Ma,侵位时代为中三叠世。风歧堡岩体的Ba和Sr质量分数分别为(290.00×10^(-6)-484.00×10^(-6))和(129.00×10^(-6)-338.00×10^(-6)),Sr/Y值为13.27-28.17,Sr/Yb值为117.50-250.28;靠陵沟岩体具有较高的Ba质量分数(899.00×10^(-6)-1300.00×10^(-6))和Sr质量分数(772.00×10^(-6)-997.00×10^(-6)),以及较高的Sr/Y值(67.47-78.21)和Sr/Yb值(661.81-781.32),Y、Rb和Yb质量分数较低,分别为11.00×10^(-6)-14.70×10^(-6)、55.80×10^(-6)-78.40×10^(-6)、1.17×10^(-6)-1.39×10^(-6),地球化学特征上具有高Ba-Sr花岗岩的特征。此外,凤歧堡岩体样品富集大离子亲石元素Rb和K,亏损高场强元素Nb、P、Ti和大离子亲石元素Ba;靠陵沟岩体样品富集大离子亲石元素Ba、K、Sr,亏损高场强元素Nb、P、Ti。凤歧堡和靠陵沟岩体样品Nb/Ta值(4.18-10.26)和Zr/Hf值(30.39-38.76)与地壳平均值相近,Ni、Co和Cr质量分数较低;岩石地球化学特征表明法库地区中三叠世花岗质岩浆源岩为壳源岩石。中三叠世—晚三叠世早期,华北板块北缘东段处于造山地壳加厚阶段。研究区中三叠世花岗岩的εHf(t)值均为正值,亏损地幔二阶段模式年龄(TDM2)为949-555 Ma,结合岩石地球化学特征,中三叠世花岗质岩浆源岩为造山地壳加厚过程中新元古代新生下地壳部分熔融的产物。

华北板块北缘东段三叠纪构造演化——来自辽北开原岩浆岩年代学、地球化学的证据

本文对华北板块北缘东段辽北开原地区辉长岩和流纹岩进行了岩相学、锆石U-Pb年代学和地球化学研究,结合前人资料探讨古亚洲洋东段三叠纪演化过程。锆石测年结果显示,辉长岩及流纹岩形成时代均为三叠纪(分别为246±2Ma、241±2Ma、226±3Ma及241±2Ma)。三期三叠纪辉长岩具有相似的地球化学特征,起源于地幔,并且在上升就位过程中均受到地壳物质的混染。其中,早三叠世辉长岩(246Ma)起源于受流体改造的富集型岩石圈地幔,由石榴石尖晶石二辉橄榄岩1%部分熔融形成,形成于俯冲板片断离导致的伸展环境;中三叠世辉长岩(241Ma)起源于受流体和熔体双重改造的过渡型岩石圈地幔,由石榴石尖晶石二辉橄榄岩1%~2%部分熔融形成;晚三叠世辉长岩(226Ma)起源于受流体和熔体双重改造的过渡型岩石圈地幔,由石榴石尖晶石二辉橄榄岩3%~4%部分熔融形成,形成于造山后的伸展拉张环境。中三叠世流纹岩(241Ma)富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,亏损Nb、Ti、P、Sr元素等特征,属于后碰撞I型花岗岩,其低Sr低Yb特征暗示其源区深度为30~40km之间,其与中三叠世辉长岩构成“双峰式”火成岩,二者形成于岩石圈底部残余洋壳脱离导致的伸展环境。综合前人发表数据,根据年代学、岩石组合及地球化学特征可将华北板块北缘东段三叠纪岩浆活动划分为5期:252~246Ma、246~242Ma、242~240Ma、240~230Ma和230~215Ma。结合区域磨拉石建造、变质作用及蛇绿岩等资料,认为本区三叠纪经历了如下演化过程:(1)活动大陆边缘向同碰撞转换,古亚洲洋完成最终闭合(252~246Ma);(2)持续挤压隆升造山(246~242Ma);(3)南北挤压背景下,残余俯冲洋壳脱落导致的伸展(242~240Ma);(4)持续挤压作用下快速隆升,地壳加厚(240~230Ma);(5)造山后的伸展拉张环境(230~215Ma)。

华北板块北缘东段泥盆纪伸展作用:来自辽北昌图碰撞后岩浆岩的证据

华北板块北缘是研究古亚洲洋演化及其与华北克拉通北缘相互作用过程的关键地带,但其晚古生代特别是泥盆纪时期的构造演化一直存在争议,辽北地区出露的泥盆纪岩浆岩为解决这一科学问题提供了新的证据。本文以昌图地区新发现的祥子岭和夏家沟花岗质岩体以及红花店变流纹岩为研究对象,开展了岩相学、地球化学、年代学以及Lu-Hf同位素等研究,并对其岩石成因及构造环境进行了探讨。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示,祥子岭黑云母二长花岗岩侵位年龄为389±2Ma,夏家沟二长花岗岩侵位年龄为377±7Ma,红花店变流纹岩年龄为385±2Ma,是泥盆纪岩浆活动的产物。这些岩石具有高硅(SiO_(2)=71.23%~77.39%)、富碱(K_(2)O+Na_(2)O=8.23%~10.25%),贫铁(FeO^(T)=1.17%~2.68%)、镁(MgO=0.01%~0.24%)、钙(CaO=0.40%~1.27%),以及准铝质-弱过铝质(A/CNK=0.84~1.03)的地球化学特征,并且富集Rb、Th、Pb和亏损Ba、P、Ti。结合较低的Zr+Nb+Ce+Y含量(109.4×10^(-6)~329.4×10^(-6))、10000×Ga/Al比值(0.57~3.59)和锆饱和温度(716~778℃),昌图泥盆纪岩浆岩表现出高分异I型花岗岩的特征。此外,样品的锆石ε_(Hf)(t)值皆为正值(6.4~14.6)且随着结晶年龄的年轻而显著升高,表明研究区泥盆纪岩浆岩是幔源基性岩浆与新生地壳再融熔体发生岩浆混合作用的产物,在岩浆演化过程中经历了结晶分离作用。结合区域资料分析,辽北昌图泥盆纪岩浆岩形成于伸展环境,与晚志留世末白乃庙弧与华北克拉通北缘发生弧-陆碰撞后的地壳伸展作用有关。

华北板块北缘东段中志留世-晚泥盆世构造演化:来自公主岭地区岩浆岩的证据

为了更好地了解华北板块北缘东段志留纪-泥盆纪的构造格局和演化过程,本文对吉林省公主岭市附近出露的中志留世-晚泥盆世岩浆岩(放牛沟火山岩和西蟒仗侵入岩)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石地球化学、锆石Hf同位素和全岩Sr-Nd同位素的研究,探讨了其源区性质及构造背景。测年结果显示,放牛沟火山岩中变安山岩、糜棱岩化变流纹质晶屑凝灰岩和流纹岩形成年龄分别为426±4.8Ma、404±4.5Ma、375.5±4.6Ma,代表岩石的结晶年龄;结合前人测年结果,放牛沟火山岩中包括426~425Ma、~419Ma、404~400Ma、390~384Ma、~375Ma等多期火山事件;放牛沟火山岩构造变形强烈,形成糜棱岩化变质火山岩、构造片岩等,各类岩石之间多为构造接触,实际上是由形成于不同时代、不同构造环境的构造岩片组成。西蟒仗侵入岩中英云闪长质糜棱岩、糜棱岩化黑云母英云闪长岩形成年龄分别为419.5±3.7Ma、424.7±5.9Ma,为中-晚志留世。中-晚志留世岩浆岩(426~419Ma)为一套钙碱性-高钾钙碱性英云闪长岩、花岗闪长岩、安山岩、英安岩、流纹岩及火山碎屑岩组合,侵入岩和火山岩在时间、空间、物源方面具有一致性,属于同源的火山-侵入杂岩;具有正的ε_(Nd)(t)(+1.04~+1.21)和ε_(Hf)(t)(+1.26~+7.85),相对富集Rb、Ba、Th、U、K(LILEs)及轻稀土元素(LREE),并且亏损Nb、Ta、P、Ti(HFSEs),主要源自中-新元古代增生下地壳物质(俯冲板片)的部分熔融,上升过程与地幔和下地壳物质发生了混染,形成于活动大陆边缘环境。早泥盆世变流纹质晶屑凝灰岩富集Rb、Th、U、K,亏损Ba、Nb、Ta、Eu、Sr、P、Ti,表现出铝质A型花岗岩地球化学特征,形成于白乃庙岛弧与华北板块碰撞后的伸展环境;具有正ε_(Nd)(t)(+1.28~+2.70)和ε_(Hf)(t)(+3.18~+7.22),表明其源自中-新元古代增生玄武质下地壳物质的部分熔融,岩浆形成后经历了斜长石、磷灰石、磁铁矿等矿物的分离结晶作用。晚泥盆世糜棱岩化变流纹岩属于钙碱性I型流纹岩;富集Rb、Ba、Th、U、K,亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti,具有正ε_(Nd)(t)(+6.08)和ε_(Hf)(t)(+9.63~+13.39),表明其源自新元古代-中寒武世增生玄武质下地壳物质的部分熔融;形成于活动大陆边缘环境,古亚洲洋板块开始南向俯冲。

华北板块北缘东段晚古生代-早中生代造山带构造演化:来自辽北开原地区尖山子变质火山岩的证据

本文对辽北开原地区尖山子火山岩进行了LA-ICP-MS U-Pb年代学、全岩地球化学和Hf同位素的研究,探讨华北板块北缘东段晚古生代-早中生代的构造演化历史。尖山子变质火山岩原岩包括流纹岩、英安岩、安山岩等,为一套钙碱性火山岩,属于准铝质-弱过铝质岩石,变质流纹岩和变质安山岩的形成时代分别为256.1±1.5Ma、252.4±1.7Ma和222.4±1.8Ma、227.9±1.2Ma,相对富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损重稀土和高场强元素。变质流纹岩明显Eu负异常,ε(t)值为-10.83~+8.10,多为正值,二阶段模式年龄为698~1967Ma,主要来源于新生玄武质下地壳的部分熔融,还有少量古老地壳物质的混染;变质安山岩无明显Eu异常,ε(t)值为+4.54~+6.79,二阶段模式年龄为825~968Ma,可能是由新生基性下地壳部分熔融的产物。尖山子火山岩存在两期岩浆作用:晚二叠世-早三叠世(247~256Ma)和晚三叠世(~225Ma),由不同时代、不同构造环境下形成的火山岩叠置混杂而成。综合认为,华北板块北缘东段在二叠世期间处于活动大陆边缘构造环境中,古亚洲洋双向俯冲;晚二叠世-早三叠世俯冲板片的断离诱发软流圈地幔熔融以及幔源岩浆上升侵位,形成新生地壳并导致地壳加厚。古亚洲洋在中三叠世早期最终闭合,碰撞造山的影响可能一直持续到晚三叠世早期。

吉林省中部地区早古生代英云闪长岩的成因:锆石U-Pb年代学和地球化学证据

本文对吉林省中部地区永吉县张家屯附近出露的早古生代英云闪长岩进行了LA-ICP MS锆石U-Pb年代学、地球化学及锆石Hf同位素的研究,探讨了该英云闪长岩的源区性质及构造背景。张家屯英云闪长岩出露面积约100m2,与其呈沉积接触关系的是具磨拉石建造特点的张家屯组地层。LA-ICP MS锆石U-Pb定年结果显示,张家屯英云闪长岩的形成时代为443±5Ma,即晚奥陶世-早志留世。该英云闪长岩的SiO2含量介于71.5%~72.9%,具有低K2O(0.22%~0.76%)、高Na2O(3.82%~4.49%)和低TiO2(0.30%~0.42%)的特征,属于低钾拉斑系列。其A/CNK值介于0.95~1.25,A/NK值介于1.71~1.94,主体属于I型花岗岩。张家屯英云闪长岩的稀土总量较低(15.3×10-6~23.4×10-6),具有轻重稀土弱分异[(La/Yb)N=5.01~5.60]和较平坦的重稀土分配型式,并具有明显的铕正异常(Eu/Eu*=1.85~2.59)。微量元素显示具有大离子亲石元素(Rb、Ba、Cs、Th)富集和高场强元素(Nb和Ta)亏损的特征。另外,它们具有正的εHf(t)值(+9.92^+13.6)和年轻的两阶段亏损地幔模式年龄(648~911Ma)。张家屯英云闪长岩的地球化学特征与超俯冲带弧前环境的斜长花岗岩的源区相似,可能来源于低压高温条件下大洋堆晶辉长岩的部分熔融,并有俯冲流体的参与。即张家屯英云闪长岩形成于俯冲背景下的岛弧环境,结合晚志留世-早泥盆世张家屯组磨拉石建造的沉积特征,揭示了加里东运动在华北板块北缘东段的存在。

吉林延边和龙地区泉水村组火山岩锆石U—Pb定年、地球化学特征及其地质意义

通过对延边地区泉水村组火山岩的岩相学、年代学以及地球化学研究来约束该地区的构造演化。泉水村组火山岩分为两段,上段为流纹岩、流纹质凝灰岩、流纹质角砾岩,下段为安山岩、安山质角砾岩。整体为两个喷发旋回,呈爆发相-喷溢相的持续。锆石U—Pb测年表明流纹质凝灰岩形成年龄为(115. 5±5. 3) Ma,为早白垩世晚期,其地球化学特征表明原始岩浆来源于地壳的部分熔融;安山岩地球化学特征显示其岩浆源区是地幔楔由于遭受俯冲流体交代作用从而发生部分熔融,同时有较多地壳物质的混染,表现出活动大陆边缘构造背景下岩浆岩的特征。结合其他证据推断古太平洋板块至少在早中侏罗世就已经向吉黑东部开始俯冲,晚侏罗世—早白垩世早期俯冲作用消减,早白垩世晚期又发生强烈俯冲。

吉林省延边地区中酸性岩浆岩年龄、成因及其构造意义

华北板块北缘东段延边地区新发现古生代花岗闪长岩和变质流纹岩,本文对其进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素、地球化学及Sr-Nd同位素分析,探讨了花岗闪长岩和变质流纹岩的源区性质及构造背景,为延边地区古生代构造演化提供约束。锆石U-Pb定年结果显示,花岗闪长岩形成于(440.3±2.5)Ma,即早志留世;变质流纹岩形成于(345.3±2.3)Ma,即早石炭世。早志留世花岗闪长岩富集大离子亲石元素(如Rb、K、Ba、Cs、Th等),亏损高场强元素(如Nb、P、Ti等),属于I型花岗岩类;花岗闪长岩的ε(t)值为-0.63~1.30,古老的二阶段亏损地幔模式年龄为1461~1339 Ma,ε(t)值为-3.13~-2.76,二阶段模式年龄(T)为1433~1403 Ma,表明岩石可能是由幔源成分、地壳沉积物质和俯冲流体参与的中元古界下地壳成分混合形成;结合区域地质,认为早志留世华北板块北缘可能发育岛弧环境。早石炭世变质流纹岩地球化学特征显示轻稀土和大离子亲石元素相对富集,重稀土和高场强元素相对亏损,具有明显的正Eu异常,为A型流纹岩,代表了一种伸展环境;变质流纹岩ε(t)值为3.46~12.21,二阶段模式年龄为1132~571 Ma,表明岩石来源于年轻的下地壳部分熔融;结合区域地质,认为早石炭世华北板块北缘可能为被动大陆边缘。