劉 杰,陳樹良,陳 聰,馬 維,王 歧,仲米山,侯 靜,呂曉瑜
遼寧省地質(zhì)勘查院,遼寧 大連 116100
遼東半島是華北陸塊結(jié)晶基底最發(fā)育地區(qū)。不僅是中國乃至全球研究太古宙地殼演化最理想的地區(qū)。其中,鞍山地區(qū)發(fā)育的3.8 Ga白家墳奧長花崗雜巖、3.1 Ga立山奧長花崗巖、3.65 Ga變質(zhì)石英閃長巖、3.5 Ga閃長質(zhì)片麻巖、3.2 Ga細(xì)粒奧長花崗巖、3.1 Ga二長花崗巖、3.3 Ga斜長角閃巖、2.6 Ga二長花崗巖(萬渝生等,2001)[1]及大于3.4 Ga古太古代陳臺溝表殼巖(宋彪,1996)[2]不同時期、不同成因的地質(zhì)體濃縮了太古宙演化歷史。鞍山地區(qū)可能存在大于3.8 Ga古老地殼(萬渝生等,2001)表明,自4.6 Ga左右的地球起源,4.0 Ga原始地殼形成以后(《地球科學(xué)大辭典》.(2005)[3]),華北陸塊原始地殼至少在4.0 Ga左右就已經(jīng)開始了巖漿分異活動;持續(xù)發(fā)展到始太古代中期,原始地殼演化已由硅鎂質(zhì)地殼演化為硅鋁質(zhì)地殼(古地殼)。3.4 Ga陳臺溝表殼巖基性火山巖-陸源碎屑巖建造顯示,古太古代沉積盆地附近,這一時期已有更古老的古陸存在。
始太古代至新太古代,巖漿活動(火山噴發(fā)和深成侵入)與沉積作用加劇,構(gòu)成了華北陸塊(以遼寧為代表)獨(dú)特的太古宙時空格架(表1)。其中,始太古代—中太古代為古陸核形成與發(fā)展重要階段,新太古代為陸殼增生演化重要階段。
表 1 太古宙時空演化格架Table1 Temporal evolution framework of Archean
遼寧鞍山地區(qū)始太古代白家墳奧長花崗巖(同位素年齡為3.8 Ga)、陳臺溝表殼-基性火山巖建造(同位素年齡為3.55 Ga)、鐵架山英云閃長質(zhì)片麻巖(同位素年齡為3.0 Ga,萬渝生,2007)[4]、鐵架山表殼巖(同位素年齡為3.0 Ga,殷小艷2006,萬渝生,2007)[4,5],和冀北中太古代遷西群大面積出露顯示,約距今3.0 Ga前已形成陸核或微陸塊。陳毓川(2007)[6]、伍家善等(1998)[7]等認(rèn)為當(dāng)時華北陸塊可能有膠遼、遷西—懷安、晉冀、豫皖和蒙陜5個微陸塊。
鞍山地區(qū)3.5 Ga其間的基性火山噴發(fā)與3.0 Ga其間的表殼巖沉積,表明了遼寧古老陸殼在3.5~3.0 Ga左右已出現(xiàn)了原始洋盆,位于遷西—懷安、晉冀、豫皖陸塊之間。
始太古代—中太古代地殼演化以垂直增生為主,不同時期、不同成分的巖漿侵位,同時相伴隨較小規(guī)模的火山噴發(fā)和陸源碎屑沉積,其后發(fā)生角閃巖相變質(zhì)作用以及韌性變形構(gòu)成了這一時期的主要構(gòu)造特點(diǎn),其地殼演化模式如下:
(1)大于3 800~3 600 Ma,在地幔熱對流作用下,原始的超鎂鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)地殼底部發(fā)生部分熔融作用,生成硅鋁質(zhì)巖漿,并沿破裂面上侵,形成3.8 Ga白家墳花崗雜巖、3 773 Ma深溝寺奧長花崗巖以及3.65 Ga變質(zhì)石英閃長巖。此時硅鎂質(zhì)地殼已演變?yōu)楣桎X質(zhì)地殼。
(2)3 600~3 300 Ma,原始超鎂鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)地殼與早期的硅鋁質(zhì)地殼不斷開裂,早期,地幔物質(zhì)繼續(xù)上侵或侵噴,形成前陳臺溝期3.47 Ga東山閃長片麻巖、斜長角閃巖、金云母透閃石巖,其后,形成陳臺溝最原始的火山沉積盆地,相伴基性火山巖漿噴發(fā),堆積基性-超基性火山巖,火山活動間歇期,沉積長英質(zhì)碎屑巖。
(3)3 300~3 200 Ma,由于較薄的原始地殼不能承受上覆較厚的火山堆積物而下沉,產(chǎn)生垂向俯沖,火山沉積物發(fā)生褶皺、變質(zhì)變形。俯沖至上地幔的部分巖片,由于密度較小,不能繼續(xù)下沉而上浮到地殼底部與上地幔頂部,并被部分熔融巖漿上侵,形成陳臺溝花崗巖。地幔熱對流伴隨的地幔上涌作用,由于其頂受已固結(jié)的原始地殼和部分俯沖巖片層的阻擋,巖漿上涌暫時停止,如此作用持續(xù)下去,形成以巖漿墊托為主的巖漿庫。巖漿庫內(nèi)既有上地幔源區(qū)的部分熔融巖漿,又有俯沖巖片被熔融的再生巖漿,二者發(fā)生混熔,形成了豐富的TTG巖漿(伍家善等,1998)[7]。
(4)3 200~2 800 Ma由于地幔熱對流持續(xù)發(fā)生,新生的TTG巖漿密度小而上浮,同時在巖漿庫的兩側(cè)的垂向俯沖產(chǎn)生的側(cè)向擠壓作用下,TTG巖漿不斷上侵,3 142 Ma立山花崗巖及2 962 Ma鐵架山花崗巖就位于地殼中上部。
(5)中太古代末, 發(fā)生的前鞍山運(yùn)動,導(dǎo)致中太古代花崗巖和表殼巖隆起至地表,并歷經(jīng)長期的風(fēng)化、剝蝕。其鞍山群層狀變質(zhì)巖系在東鞍山地區(qū)不整合于中太古代東鞍山花崗巖之上,即為此事件重要標(biāo)志。
(6)前鞍山運(yùn)動,伴隨發(fā)生區(qū)域角閃巖相變質(zhì)作用和韌性變形。其白家墳奧長花崗巖糜棱巖、鐵架山英云閃長質(zhì)糜棱巖組成的韌性剪切帶,即為此期變形的產(chǎn)物。經(jīng)前鞍山運(yùn)動,上述5陸塊碰撞匯聚,構(gòu)成華北始太古代—中太古代古陸塊(陸核)。
新太古代伊始,前中太古代華北古陸塊裂解,于遼寧境內(nèi)形成了建平—龍崗微古陸塊(相當(dāng)微古板塊活動陸緣)、綏中—鞍山—本溪微古陸塊(相當(dāng)微古板塊活動陸緣)、城子坦微古陸塊(相當(dāng)微古板塊活動陸緣,圖1)。其中,綏中—鞍本微古陸塊與建平—龍崗微古陸塊界線特點(diǎn)表現(xiàn)為,在郯廬斷裂東段,以渾河古斷裂為界,這一界線主要考慮到沿該斷裂兩側(cè)含礦建造明顯不同,北側(cè)為具島弧特點(diǎn)的變質(zhì)含銅火山巖建造,南側(cè)為具弧后盆地特點(diǎn)含鐵變質(zhì)巖系;在郯廬斷裂西段,以中新元古代燕山裂陷盆地北緣凌源—葉柏壽—北票斷裂為界,界線以北,主要以強(qiáng)烈變質(zhì)變形的中性深成巖為主體,含大量變質(zhì)表殼巖含鐵建造包裹體和超基性包裹體,南側(cè),以變形較弱的片麻狀花崗質(zhì)類巖石為主;綏中—鞍本微古陸塊與城子坦微古陸塊由于古元古代遼吉古裂谷影響,致使其界線不清,以遼—吉古裂谷分隔綏中—鞍本與城子坦兩個微古陸塊。
圖 1 遼寧省新太古代微古陸塊示意圖Fig.1 Micro continental block skech map of Neoarchean Era in Liaoning Province
上述3個微古陸塊內(nèi)不同盆地堆積了不同建造類型。
(1)建平—龍崗微古陸塊(古島弧背景)呈EW向展布。經(jīng)建平—阜新—鐵嶺—清原,向東進(jìn)入吉林境內(nèi),于島弧背景-弧背盆地堆積了新太古代清原巖群紅透山巖組變質(zhì)基性火山巖-硅鋁質(zhì)碎屑巖含銅建造,其后不久發(fā)生了不同期次的閃長質(zhì)片麻巖、二長花崗質(zhì)片麻巖侵位,統(tǒng)稱之花崗綠巖帶。清原小淶河地區(qū)表殼巖鋯石SHRIMP年齡為(2 515±6) Ma(萬渝生等 2005)[8],Sm-Nd變粒巖全巖年齡2 844 Ma(李俊建等, 2000)[9]。后者測年結(jié)果,由于受測試方法精度制約,筆者認(rèn)為該年齡偏老。其中新太古代英云閃長質(zhì)片麻巖隸屬于TTG巖系,SHRIMP年齡2 528~2 556 Ma(萬渝生等,2005)[8],花崗質(zhì)片麻巖為鈣堿系列。紅透山巖組為綠巖帶重要組成部分,也是遼寧省重要的含銅火山巖建造。該微陸塊與之有關(guān)的礦產(chǎn)有金、銅、鐵。
此外,沿建平—阜新一帶發(fā)育一系列規(guī)模較小的超基性巖包裹體。變質(zhì)作用主要為中壓麻粒巖相和高壓麻粒巖相(魏春景,等.2001)[10],后期退變?yōu)榻情W巖相和綠片巖相,次之為角閃巖相變質(zhì)?;曰鹕綆r(斜長角閃巖)巖石化學(xué)具拉斑玄武巖成分特點(diǎn),稀土特征與Condie(1981)TH1和TH2型拉斑玄武巖相似.顯示玄武質(zhì)巖漿特點(diǎn)。大離子親石元素相對富集,所映了島弧火山巖特征。
(2)綏中—鞍山—本溪微陸塊(弧后盆地背景)經(jīng)綏中—鞍山—本溪。該微陸塊為中國最古老的微陸塊,發(fā)育始太古代3.8 Ga白家墳奧長花崗巖、古太古代3.4 Ga陳臺溝花崗巖及變質(zhì)表殼巖、中太古代2.962 Ga鐵架山花崗質(zhì)片麻巖、2.5 Ga左右的新太古代鈣堿系列和TTG系列變質(zhì)深成巖以及鞍山巖群茨溝巖組、大峪溝巖組、櫻桃園巖組含鐵層狀變質(zhì)巖系和清原巖群石棚子巖組、通什村巖組含鐵變質(zhì)火山巖建造-碎屑巖建造。其中,清原巖群同位素年齡為2 535~2 554 Ma。英云閃長質(zhì)片麻巖(TTG巖系)同位素年齡為2 681~2 524.85 Ma;二長花崗質(zhì)片麻巖(CA巖系)同位素年齡為2 511~2 563 Ma。與該微陸塊有關(guān)的礦產(chǎn)主要為變質(zhì)沉積型鐵礦和變質(zhì)火山巖型鐵礦。變質(zhì)作用以角閃巖相為主,次之為麻粒巖相和綠片巖相?;曰鹕綆r類巖石化學(xué)特點(diǎn)顯示拉斑玄武巖系列和鈣堿性玄武巖系列。稀土特征與Condie(1981)TH2型拉斑玄武巖相似。萬渝生(1993)[11]對鞍本地區(qū)鞍山群研究認(rèn)為,其形成構(gòu)造背景為弧后盆地。上述特點(diǎn)明顯區(qū)別于建平-龍崗微古陸塊。
(3)城子坦微古陸塊經(jīng)金州—城子坦,向南過渤海廷至膠東地區(qū)。從殘存的表殼巖組合分析,相當(dāng)弧后盆地堆積了早期基性火山巖-硅鋁質(zhì)碎屑巖建造。其后TTG巖漿大規(guī)模上侵,2 519 Ma得勝片麻雜巖就位。
綜如上述,其演化模式如下:
經(jīng)前鞍山運(yùn)動后,于2 800~2 700 Ma間,在地幔熱對流作用下,原始地殼再現(xiàn)裂解,形成新太古代初始洋盆。北部為建平—龍崗微古陸塊、中部為綏中—鞍山—本溪微古陸塊、南部為城子坦微古陸塊。在2 700~2 600 Ma間,洋殼開始消減(圖2);2 600~2 500 Ma間,陸-弧逐漸碰撞匯聚,歷經(jīng)新太古代末(2 500 Ma左右)鞍山運(yùn)動,上述3個微陸塊開始碰撞匯聚(圖2),而最終完成拼合,并形成遼寧最古老的“古大陸”的時限大約在2 400 Ma左右。在微陸塊碰撞匯聚過程中,早期發(fā)生TTG巖漿大規(guī)模侵入和晚期富鉀的CA巖漿大規(guī)模侵入,導(dǎo)致表殼巖象一只小舟,漂浮在變質(zhì)深成巖漿汪洋的大海之中。TTG巖系地球化學(xué)研究表明,其成巖機(jī)制是俯沖洋殼玄武巖含水條件下的部分熔融,或科馬提質(zhì)玄武巖在增厚地殼下部的失水熔融 ,表明新太古代時期地球表層已經(jīng)出現(xiàn)板塊構(gòu)造(程素華,2011)[12]。
此后歷經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用、多期次韌性變形作用,最終形成穩(wěn)定的克拉通結(jié)晶基底。由于各微陸塊熱流不均一,變質(zhì)變形強(qiáng)度表現(xiàn)形式各有不同。其北部建平—龍崗微古陸塊,區(qū)域熱流值較高,發(fā)生區(qū)域麻粒巖相-角閃巖相變質(zhì)作用,強(qiáng)烈的韌性變形,形成以相似褶皺為代表的固態(tài)韌性流變組合及韌性剪切帶。此外,建平地區(qū)發(fā)育具對接帶特征的高壓麻粒巖相(魏春景,2001)[10],清原地區(qū)發(fā)育花崗綠巖建造。
中部綏中—鞍山本溪微古陸塊,區(qū)域熱流值相對北部偏低、僅發(fā)生綠片巖相變質(zhì)作用,其變形強(qiáng)弱不均一,綏中地區(qū)變形較弱,形成穹窿構(gòu)造,鞍山—本溪地區(qū)變形較強(qiáng),面理置換強(qiáng)烈,局部形成韌性剪切帶。
南部城子坦微古陸塊,以變質(zhì)深成巖為主體,表殼巖呈包裹體產(chǎn)出。區(qū)域熱流值較高,發(fā)生區(qū)域角閃巖相變質(zhì),形成以相似褶皺為代表的固態(tài)韌性流變組合及韌性剪切帶。
圖 2 遼寧新太古代演化模式圖Fig. 2 The evolution model of Neoarchean Era of Liaoning Province
遼東半島太古宙地體是華北太古宙克拉通重要組成部分,經(jīng)歷始太古代—古太古代—中太古—新太古代漫長的演化歷史。
鞍山地區(qū)可能存在﹥3.8 Ga古老地殼表明,遼東半島原始地殼至少在4.0 Ga左右就已經(jīng)開始了巖漿分異活動;持續(xù)發(fā)展到始太古代中期,原始地殼演化已由硅鎂質(zhì)地殼演化為早期的硅鋁質(zhì)地殼。始太古代以深熔巖漿侵位為主,古太古代原始硅鎂質(zhì)地殼—早期硅鋁質(zhì)地殼不斷裂解,形成古老的小型洋盆,相伴隨有基性火山噴發(fā)及深熔巖漿侵位。中太古代以TTG巖漿上侵為主。
中太古代晚期,在地幔對流作用下,始太古代—中太古代硅鋁質(zhì)地殼開始裂解,形成上述3個微古陸塊。
造山晚期綏中二長花崗巖(LA-ICP-MS 年齡為2 522 Ma,鄭培璽等,2009)[13]、連山關(guān)二長花崗巖(U-Pb 年齡為2 563 Ma,丹東市等2幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告,2003)等富鉀質(zhì)CA系列巖漿的侵位作用,代表了太古宙成熟陸殼形成的重要標(biāo)志。
侵入古元古代遼河群并同時卷入褶皺作用的條痕狀花崗雜巖SHRIMP年齡為2 158 Ma (吳福元等,2004)[14]和2 161 Ma(路孝平等,2004)[15],侵噴基性枕狀熔巖(斜長角閃巖)Rb-Sr同位素年齡為2 122 Ma(丹東幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告,2003)反映遼河群沉積年齡在2 100~2 200 Ma之間。富鉀質(zhì)花崗巖2.5 Ga侵位年齡與遼河群2.2 Ga最早沉積年齡,說明3個微古陸塊碰撞閉合,最終形成早期太古宙克拉通基底時限應(yīng)在2 400 Ma左右。
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