胶-辽-吉古元古代造山/活动带巨量变沉积岩系的研究进展

华北克拉通发育三条古元古代构造带,包括：东部陆块内部的胶-辽-吉带（Jiao-Liao-Ji belt）、西部陆块内部的孔兹岩带（Khondalite belt）以及两个陆块之间的中部造山带（Trans-North China Orogen）。通过二十多年的深入研究,在区域构造、变质地质、岩浆作用、地球化学、同位素年代学以及地球物理等方面积累了大量资料,并取得了一系列重要的科学进展。其中,胶-辽-吉带是华北克拉通最具代表性的一条古元古代造山/活动带,它不仅接受了古元古代巨量的陆壳物质沉积,而且经历了十分复杂的构造演化过程,并经受了多期岩浆-变质事件的改造。胶-辽-吉造山/活动带的物质组成最为丰富,以大面积分布的巨量（火山）沉积岩系为特征,在中国境内包括吉南地区的集安群和老岭群、辽东南地区的南辽河和北辽河群、胶北地区的荆山群和粉子山群,向南西则有可能穿越郯庐断裂延伸至徐州-蚌埠一带的五河群,总体呈NE向展布,延伸规模长约1000km。从巨量沉积岩系的岩石组合和空间分布特征来看,荆山群与南辽河群、集安群可以对比,而粉子山群则与北辽河群、老岭群相当。然而,由于多期/多阶段强烈构造变形作用的影响,原来各群、组中地层的上下层位及接触关系已完全破坏,目前均已呈规模不一的构造岩片形式叠置在一起,彼此之间呈断层或韧性剪切带接触。巨量变沉积岩系的源区物质主要来源于造山/活动带内古元古代花岗质岩石和两侧古老陆块的变质基底,原岩形成时代为1.95～2.15Ga左右。以往研究表明,胶-辽-吉造山/活动带变质作用的强度十分不均匀,（中-高压）麻粒岩相变质只局限于胶北的荆山群及相关岩石,而粉子山群以及辽东南的南、北辽河群和吉南的集安群、老岭群只经历了角闪岩相变质,局部甚至只达到绿片岩相变质。粉子山群、北辽河群和老岭群变质演化P-T-t轨迹具有顺时针型式,而荆山群、南辽河群和集安群的P-T-t轨迹则具有逆时针型式。本文最新研究发现,古元古代麻粒岩相变质作用并非只局限于胶北地区的荆山群及其邻区,而是贯穿于整个辽东南地区的南辽河群和吉南地区的集安群,其变质演化P-T-t轨迹与胶北地区荆山群泥质麻粒岩以及基性麻粒岩一样,均具有典型近等温减压（ITD）顺时针型式,整个胶-辽-吉造山/活动带的麻粒岩相峰期变质时代为1.9～1.95Ga左右。野外观察和室内岩相学研究表明,在麻粒岩相变质作用过程中,胶北的荆山群及相关岩石、辽东南的南辽河群以及吉南的集安群中的泥质麻粒岩均广泛发生了深熔作用,长英质脉体呈不规则细脉状、网脉状和透镜状分布于寄主岩石中,且与寄主岩石之间呈渐变过渡关系。深熔锆石U-Pb定年结果显示,区域性的深熔作用（或部分熔融）时代为1.84～1.86Ga之间,表明这期广泛的深熔事件应发生于胶-辽-吉造山/活动带整体构造折返的中-低压麻粒岩相退变质阶段。有关胶-辽-吉古元古代造山/活动带的空间展布、南北边界、延伸规律及其形成的大地构造背景一直存在着分歧和争议,最新研究表明,蚌埠-霍邱一带地表露头及其以西第四系覆盖区之下的花岗质岩石、基性麻粒岩和富Al片麻岩岩心,均记录了1.85～1.95Ga的麻粒岩相变质事件,暗示着胶-辽-吉造山/活动带更有可能穿越郯庐断裂,向鲁西南延伸至蚌埠-霍邱一带及其以西的第四系覆盖区之下的变质基底。而辽南地块和狼林地块大量1.85～1.95Ga变质热事件和1.8～1.9Ga、～2.1Ga两期岩浆事件的记录,则表明辽南地块和狼林地块（至少是一部分变质基底）曾卷入到胶-辽-吉古元古代构造演化事件之中。有关胶-辽-吉古元古代造山/活动带构造演化过程及其形成的大地构造背景,目前有三种构造模式,包括：裂谷开启-闭合模式、弧（陆）-陆碰撞模式和先裂谷-后碰撞造山演化模式,然而,带内异常复杂的巨量火山-沉积岩系的物质组成、多期/多阶段的岩浆作用事件、多种变质作用类型和十分复杂的变质演化P-T-t轨迹样式、多期/多阶段复杂的构造变形特征,难以采用上述任何一种构造演化模式来加以合理解释。由此可见,有关胶-辽-吉古元古代构造/活动带南侧边界需要进一步准确厘定,有关狼林地块和辽南地块的构造归属,特别是胶-辽-吉造山/活动带在古元古代构造演化的动力学过程及其形成的大地构造背景还有待进一步深入探讨。

辽东硼成矿带研究进展

辽东地区是我国重要的硼矿资源产地,赋存硼矿的胶-辽-吉带古元古时期处于活动陆缘环境。辽东硼矿成因为沉积变质再造矿床,硼物质源于蚀变洋壳、俯冲沉积物、蛇纹石化地幔楔等俯冲洋壳系统的富硼地体,在洋壳向克拉通俯冲过程中,硼质在弧前释放进入岛弧火山系统参与热液循环,通过海底热泉等热液方式汇集于火山盆地形成含水硼酸盐初始矿层并被随后的火山沉积覆盖保存。在区域变质变形过程中,含水硼酸盐脱水重结晶并就位于变形构造形成的有利部位富集成矿。辽东硼同位素组成特征反应了对源区储库重硼的继承性,因此,用于探讨矿床成矿地质环境更具意义,而非用于海相和非海相沉积简单的对比。同产于含硼岩系中的含铜硫铁矿矿床沉积时间稍晚于硼矿床,两者空间上呈错位产出,据此可辅助找矿预测工作。区域上虎皮峪-红石砬子-清河复式背斜是辽河旋回多幕变形作用叠加形成的,宏观上控制含硼岩系硼矿床的空间分布。通过总结以往工作,建立了辽东硼矿床成矿模式和找矿模型,分析了找矿方向,特别指出的是,部分盖县岩组地层出露地区,深部具有寻找隐伏硼矿的探索空间,未来找矿前景可期。

辽南大东沟金矿床流体包裹体和C-H-O同位素特征及其成因探讨

大东沟金矿床位于华北克拉通北缘东段,辽东古裂谷的西端。矿体主要产于古元古界盖县岩组二段绢云千枚岩内,呈似层状、透镜状、褶皱状、脉状,受NWW向褶皱构造和NE向断裂构造共同控制。围岩蚀变主要为黄铁矿化、硅化、绢云母化、绿泥石化及少量碳酸盐化。金属矿物以黄铁矿为主,次为毒砂和磁黄铁矿,另有少量白铁矿、黄铜矿、方铅矿、自然金、银金矿等。岩浆热液期为主成矿期,可划分为4个阶段:早期无矿石英阶段(1)、石英-金-毒砂-黄铁矿阶段(2)、石英-金-多金属硫化物阶段(3)、石英-碳酸盐阶段(4),其中(2)和(3)阶段为金主要成矿阶段。该矿床岩浆热液期石英中发育5种类型的流体包裹体:富液相包裹体(Ⅰ型)、富气相包裹体(Ⅱ型)、含子矿物三相包裹体(Ⅲ型)、CO2-H2O三相包裹体(Ⅳ型)和单相包裹体(Ⅴ型)。Ⅲ-1阶段主要发育Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型包裹体,均一温度155~482℃,w(NaCleq)5.86%~34.51%;Ⅲ-2阶段主要发育Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型包裹体,均一温度111~450℃,w(NaCleq)1.91%~33.59%;Ⅲ-3阶段主要发育Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型包裹体,均一温度158~420℃,w(NaCleq)2.41%~33.31%。包裹体激光拉曼光谱分析结果显示,各阶段包裹体气相成分类似,主要为CO2、CH4以及少量N2。岩浆热液期成矿流体的C、H、O同位素特征显示:δ13CV-PDB为-18.6‰^-9.6‰,δDV-SMOW为-98.3‰^-77.1‰,δ18OH2O为2.97‰~7.43‰,暗示成矿流体主要为岩浆来源,并混有部分大气降水和围岩有机碳组分。流体包裹体特征表明,流体的不混溶作用为矿质沉淀的主要机制;其次,地层中早期形成的碳质、黄铁矿层可能为成矿物质沉淀的有利成矿结构面。该矿床成因类型为中低温岩浆热液型。

辽东半岛盖州市梁屯地区古元古代大理岩的碎屑锆石U--Pb定年及地质意义

通过地层对比、锆石LA--ICP--MS U--Pb定年及岩石地球化学研究限定胶—辽—吉活动带北东段辽东半岛盖州市梁屯地区一套碳酸盐岩建造的原岩形成时代、物质来源和地层归属等。其炭质方解大理岩锆石阴极发光(CL)图像显示碎屑锆石核部大都具有振荡环带,且其Th/U比值较高(Th/U=0. 15～2. 04),表明其为岩浆来源成因。锆石U--Pb年代学定年结果显示存在两个主要的年龄峰值,主要年龄峰值为新太古代晚期(2 560～2 500 Ma),次要峰值为古元古代中晚期(2 040～2 000 Ma),其沉积时限应晚于2. 0 Ga,与古元古代辽河岩群沉积时代一致。此外,该年龄与区域上的太古代基底和大量出露的辽吉花岗岩的年龄相一致,表明炭质方解大理岩物质来源于太古代基底和辽吉花岗岩。并通过岩相学、岩石地球化学、年代学和区域对比等研究,确认梁屯地区分布的这套富含炭质的大理岩建造(原岩为沉积石灰岩)可与辽河群高家峪岩组对比,而非前人认为的大石桥岩组。

吉林省大横路铜钴矿复杂的沉积-变质变形-热液作用演化过程及其对钴的赋存状态和富集成矿的制约

吉林省白山市大横路铜钴矿为国内少有的沉积-变质变形-热液等多种成因叠加改造的大型钴矿床,是综合研究古元古代造山带钴复杂成矿作用过程的理想地区。目前,有关该矿床中钴的赋存状态、富集迁移规律及复杂的成矿过程等方面的研究十分薄弱。本文采集矿床内典型钻孔样品,通过精细的矿相结构观察、扫描电镜物相分析、X射线元素面扫描和矿物成分定量分析等综合研究,发现大横路铜钴矿床经历了多期多阶段复杂的沉积-变质变形-热液作用,钴主要以Co的独立矿物(硫镍钴矿和辉砷钴矿),类质同象进入富Co黄铁矿和在磁黄铁矿中发育钴镍黄铁矿出溶体等形式存在。该矿床成矿作用分为以下5个阶段:沉积阶段以黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿呈极细粒包体零星分布为特点;变质变形阶段以硫镍钴矿-磁黄铁矿-黄铜矿组合沿绢云母-黑云母-石英变质千枚理定向分布为特点,变质程度达高绿片岩相;早期热液作用主要沉淀粗大脉状磁黄铁矿及其钴镍黄铁矿出溶体;中期热液作用以条带状自形富Co黄铁矿和硫镍钴矿为标志,该阶段为Co富集成矿的主成矿期;网脉状黄铜矿沉淀对应于最晚期热液作用,同时发育极少量细粒辉砷钴矿。矿体的蚀变类型以硅化、碳酸盐化、钠长石化和绿泥石化为主,次为钾长石化和绢云母化。其中,硅化、铁白云石化和钠长石化蚀变稍早于金属硫化物形成,为金属硫化物的沉淀与富集提供了有利条件;辉砷钴矿的沉淀与钠长石的绿泥石化、钾长石化和绢云母化等蚀变作用关系密切。由此可见,多期多阶段沉积-变质变形-热液事件对Co的迁移-富集起着关键的控制作用,不同的变质变形-热液演化阶段均存在富Co硫化物的沉淀,Co的赋存形式也存在明显差异。富Co黄铁矿和硫镍钴矿为大横路铜钴矿Co最主要的赋存形式。综上所述,在辽-吉古元古造山带形成演化过程中,大横路大型铜钴矿钴的富集成矿经历了沉积-变质变形-多期热液叠加改造的复杂演变过程,可称之为造山型铜钴矿床。原始的沉积作用为钴矿的预富集提供了重要的成矿条件,古元古代造山过程及其伴随的区域变质变形事件对钴的初始活化-迁移起着关键的控制作用,后期热液叠加改造事件主导了钴的迁移-超常富集成矿过程。

胶-辽-吉活动带中段古元古代早期构造演化:来自牧牛河和大房身岩体的证据

辽吉花岗岩是胶-辽-吉活动带的重要组成部分,它们是限定胶-辽-吉活动带早期构造属性的重要依据.由于辽吉花岗岩的属性一直存在争议,所以胶-辽-吉带的早期构造环境也一直没有定论.通过对牧牛河-大房身地区的辽吉花岗岩(牧牛河岩体和大房身岩体)进行年代学和地球化学分析,以探讨该地区辽吉花岗岩成因和地质意义.锆石U-Pb定年结果表明,牧牛河岩体和大房身岩体分别形成于2 176±4 Ma和2 179±4 Ma.牧牛河花岗岩和大房身花岗岩具有相似的岩石地球化学特征,它们都富SiO2(72.85%~77.67%),富碱(K_(2)O+Na_(2)O=7.65%~8.86%),贫Ca、Mg、Al(CaO=0.10%~0.92%,MgO=0.03%~0.09%,Al_(2)O_(3)=11.49%~12.67%),且K_(2)O/Na_(2)O值较高(0.99~1.83).牧牛河花岗岩和大房身花岗岩的稀土配分模式曲线都为右倾型,有较强的负Eu异常(Eu/Eu*=0.08~0.56)和较高的Ga/Al比值,而且岩体富集Zr、U、Y等高场强元素以及Rb、K等大离子亲石元素,贫Ba、Sr等元素.锆石饱和温度计算表明牧牛河花岗岩(855~871℃)和大房身花岗岩(850~886℃)都属于高温花岗岩.较低的Nb/Y比值和较高的岩浆温度暗示牧牛河花岗岩和大房身花岗岩为A2型花岗岩,主要来源于减薄的下地壳岩石的部分熔融.大量A2型辽吉花岗岩的出现,再结合活动带内最近发现的钠质辽吉花岗岩和钙碱性中基性岩,表明胶-辽-吉活动带早期的构造环境为弧后盆地.

通化地区古元古代花岗岩的锆石U-Pb定年及其地质意义

对胶-辽-吉活动带北部通化地区古元古代花岗岩开展LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果显示,片麻状花岗岩形成年龄为2114±17Ma,并遭受了晚期1889±53Ma构造热事件的改造,斑状花岗岩形成于1888±8Ma,与区域变质作用时代基本相同,反映该区曾经历一个陆内拉伸盆地的发育、闭合和造山的构造演化过程。

辽东半岛～2.2Ga岩浆事件及其地质意义

本文报道了辽东半岛古元古代胶—辽—吉活动带内辽河群变质火山岩和辽吉花岗岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和地球化学数据。变质安山岩的锆石具典型的岩浆振荡环带结构和较高的Th/U值（〉0.5）,锆石U-Pb年龄为（2 182±6）Ma和（2 229±22）Ma,该年龄可代表安山岩的形成年龄。辽吉花岗岩的锆石同样具有典型的岩浆振荡环带结构和较高的Th/U值（〉0.3）,锆石U-Pb年龄为（2 199±10）Ma,代表花岗岩的侵位时代,在误差范围内与辽河群火山岩喷发时代一致,表明辽吉花岗岩并不是辽河群的基底,二者可能为同一次岩浆作用过程的产物。辽东半岛～2.2Ga岩浆事件的识别及性质,对于正确认识古元古代胶—辽—吉活动带的属性至关重要。结合前人有关辽东半岛前寒武纪岩石的研究成果,本文研究认为胶—辽—吉活动带的形成演化可能与弧-陆碰撞有关。

辽东黄花甸地区古元古代花岗质岩浆作用及其地质意义

胶-辽-吉古元古代造山/活动带的辽东黄花甸地区出露大量古元古代花岗质岩石,前人将该区的花岗质岩石统称为花岗质混杂岩。本文通过详细的野外地质调查和室内综合研究,将该套花岗质混杂岩解体为时代及性质完全不同的两类花岗岩——黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩。其中黑云母二长花岗岩具有块状、条痕状、片麻状的不同构造类型,均显示富SiO_2(72.37%~77.44%)、贫Al_2O_3(11.69%~13.21%)、富K_2O(3.97%~5.11%)的特征,Na_2O/K_2O=0.64~1.08,TiO_2含量在0.18%~0.34%之间,MnO、MgO和P_2O_5的含量较低,分别为0.01%~0.07%、0.12%~0.32%和0.01%~0.06%,铝饱和指数A/CNK集中分布在1.33~1.45之间,A/NK在1.49~2.60之间,属于过铝质高钾钙碱性系列;微量元素Sr、Ba、Ti、P强烈亏损,具有明显的Eu负异常,具有A型花岗岩的特征。黑云母二长花岗岩的锆石大部分为具有清晰震荡环带结构的岩浆锆石,从3个样品获得LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄分别为2185±29Ma、2183±13Ma、2166±10Ma,据目前所获得南辽河群碎屑锆石年龄(1.95~2.15Ga),本文认为黑云母二长花岗岩的侵位时代要早于南辽河群地层沉积的时间,构成了南辽河群地层沉积的基底。花岗闪长岩呈岩枝状侵入黑云母二长花岗岩和里尔峪组地层中,富SiO_2(72.54%~74.31%)、Al_2O_3(15.01%~16.17%),全碱(K_2O+Na_2O)平均7.77%,相对富钠(Na_2O/K_2O=1.27~2.82),贫钙、镁,MgO平均为0.26%,CaO平均为1.59%,Mg#值平均为54.0,铝饱和指数A/CNK集中分布在1.61~1.78之间,A/NK在1.49~2.60之间,属于过铝质钙碱性系列,具明显的Eu正异常,Y/Yb低,Sr/Y高,而且强烈亏损Th、Ta、Nb、Ti等高场强元素,富集Ba、K、Rb、Sr等低场强元素,具有埃达克质花岗岩的特征。花岗闪长岩的锆石大部分为具有清晰震荡环带结构的岩浆锆石,从2个样品获得LAICP-MS锆石U-Pb年龄分别为1995±18Ma、1995±13Ma。可以推断花岗闪长岩的侵位时代为2.0Ga左右。本文认为具有A型特征的黑云二长花岗岩是陆块内部拉伸减薄-裂解过程中下部地壳部分熔融的产物,具有埃达克质特征的花岗闪长岩是俯冲过程中所形成火山弧或活动大陆边缘岩浆活动的产物。以上研究表明胶-辽-吉古元古代造山/活动带可能经历了在2.2~2.15Ga左右的拉伸裂解过程和2.0Ga左右俯冲挤压的构造演化过程。