遼東半島太古宙地殼演化

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

0 引言

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

1 始太古代—中太古代地殼演化

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）。

2 新太古代地殼演化

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

3 結(jié)論

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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