吉林通化地區(qū)元古代巖石地層研究

杜鳳芝，紀春華，劉大業(yè)

吉林省區(qū)域地質礦產(chǎn)調查所，吉林 長春130012

0 引言

吉林通化地區(qū)位于華北板塊北緣東段，北部位于龍崗古陸南緣，南部為遼吉古元古代造山帶[1]。該區(qū)古元古代—中元古代地層是一套具有多期變質變形，成因復雜的變質地層，歷來年有許多研究者提出過多種劃分方案，有如下發(fā)展階段:

第一階段為層序初建階段：始于20世紀30年代，植田房雄、齋騰林茨等對遼東、吉南地區(qū)早前寒武紀地層進行了初步地質調查，對目前稱之為集安巖群的變質巖系，將其劃歸太古宙而未做進一步研究，僅將目前稱為老嶺群的部分劃為遼河系（群），其地層含義基本上包含了現(xiàn)在大多數(shù)學者所認同的巖石地層特征。葉連俊等（1951）對日本人所劃分之大栗子層作了進一步劃分，羅耀星（1957）將日本人建立的遼河系改稱臨江系。自1960年全國開展正規(guī)1：20萬區(qū)域地質調查起[2,3]，原長春地質學院吉南區(qū)測隊（1960）將現(xiàn)稱之集安群劃分為中鞍山群，現(xiàn)稱之老嶺群稱之為遼河群，并對各群分別劃分出3組和5組。通化地質大隊將中鞍山群改為集安亞群，重新劃分出三個組。1973年在編制《中華人民共和國地質圖集》的審查會上，同意吉林省建立集安群和老嶺群（包括組—級劃分），而遼寧省則統(tǒng)稱遼河群（包括組的劃分）[4]。至此結束了吉林省南部古元古代、中元古代地層層序初建歷史研究階段。

第二階段為百家爭鳴時期：由于1/300萬《中華人民共和國地質圖集》的公開出版，不同學者紛紛提出的多種不同認識，其爭議不僅涉及到群的劃分，并發(fā)展至組乃至某些標志層的可比性。

在群一級的劃分上，出現(xiàn)了三分（群）[5,6]，四分（群）（姜春潮，1979至1983），多分（群）（唐守賢等，1990）等新的見解。最終形成“相變”之說，在這沉積盆地內(nèi)，既可以出現(xiàn)南、北方向的沉積相變，也存在著東、西方向的沉積相變，既存在沉積的相變，也產(chǎn)生了變質相變；得出“上下疊置”之說和“不同地體拼合” 之說，形成了“三足鼎立”狀態(tài)。

K51 C 003004（通化市）1：25萬區(qū)域地質調查（修測）是中國地質調查局《中地調發(fā)[2001] 5》號文件下達的國土資源大調查項目，研究結果把通化地區(qū)古元古代、中元古代地層自下而上劃分為光華巖群、集安巖群和老嶺群，并準確地限定了形成時代[7]。

光華巖群由雙廟巖組和同心巖組構成；集安巖群由螞蟻河巖組、荒岔溝巖組和大東岔巖組構成；老嶺群由林家溝組、珍珠門組、花山組和臨江組構成，通過槽探工程揭露，發(fā)現(xiàn)老嶺群角度不整合覆蓋于集安巖群之上，解決了多年來爭論不休的二者的層位關系問題。首次發(fā)現(xiàn)老嶺群內(nèi)部珍珠門組與花山組之間為平行不整合接觸，花山組與臨江組之間為整合接觸關系，并據(jù)此將老嶺群重新劃分為下亞群和上亞群，解決了吉南地區(qū)老嶺群的層序問題，并為區(qū)域對比提供了寶貴的實際資料。

應用高精度鋯石LA-ICPMS同位素測年方法，測出光華巖群雙廟巖組變質玄武巖形成年齡為（2 120+10）Ma，精確定出光華巖群的形成年齡。提出古元古宙集安巖群和光華巖群為同一時期、同一地球動力學機制下裂谷構造環(huán)境的產(chǎn)物。光華巖群為古元古代裂谷發(fā)展初始產(chǎn)物，集安巖群為主裂谷期產(chǎn)物。

1 古、中元古代巖石地層劃分及依據(jù)

1.1 巖石地層劃分

根據(jù)1：25萬通化市幅野外地質調查資料[6]，通化地區(qū)古、中元古代地層重新劃分為（圖1,表1）。

1.2 劃分依據(jù)

1.2.1 光華巖群

圖 1 通化地區(qū)光華鎮(zhèn)－清河鎮(zhèn)一帶地質圖Fig.1 Geological sketch of Guanghua-Qinghe in Tonghua1.第四系 ；2.中生代地層 ；3.萬隆組 ；4.橋頭組 ；5.南芬組 ；6.釣魚臺組 ；7.臨江組 ；8.花山組 ；9.珍珠門組 ；10.林家溝組板房溝段 ；11.林家溝組新農(nóng)村段；12.大東岔巖組；13.荒岔溝巖組；14.螞蟻河巖組；15.同心巖組；16.雙廟巖組；17.白堊紀正長花崗；18.白堊紀花崗斑巖；19.三疊紀二長花崗巖；20.三疊紀石英閃長巖；21.三疊紀花崗閃長巖；22.古元古代侵入巖；23.太古代侵入巖；24..推測斷層；25.逆斷層；26.推覆斷層；27性質不明斷層；28平行不整合界線；29.角度不整合界線；30.整合界線；31.同位素年齡/測年方法

光華巖群僅見于通化市以北光華鎮(zhèn)—柞木臺子一帶，系1994年吉林省區(qū)域地質礦產(chǎn)調查所歐祥喜在從事1：5萬通化市、小荒溝、四方山幅區(qū)域地質調查時所建[8,9]，原劃分4個巖組，時代劃為新太古—古元古代，經(jīng)本次研究后僅保留雙廟巖組和同心巖組。其下部為雙廟巖組變質氣孔狀玄武巖（斜長角閃巖）；上部為同心巖組變質的陸源碎屑沉積巖（石榴二云片巖、變粒巖）?？傮w巖石組合特征反映出其原巖建造以強烈的基性火山噴發(fā)-泥砂質沉積建造為特征。原劃分的小青溝巖組的流紋巖經(jīng)重新工作后發(fā)現(xiàn)其變質作用微弱，與光華巖群產(chǎn)狀在區(qū)域上也不協(xié)調，且又與果松組和三棵榆樹組火山巖有較大差別無法對比，而與區(qū)域上的長白組則極為相似，故將其置于長白組。而楊木橋巖組則實為太古代表殼巖而歸入茨溝巖組。依據(jù)厘定后的光華巖群層序和同位素測年資料將其置于古元古代。

表 1 通化地區(qū)中—古元古代巖石地層劃分表Table 1 Meso- Paleoproterozoic lithostratigraphic division of Tonghua area

1.2.2 集安巖群

集安巖群自下而上由螞蟻河巖組、荒岔溝巖組和大東岔巖組構成。

下部螞蟻河巖組：工作后將原劃分的該巖組存在的大面積古元古代花崗巖（條痕狀花崗巖）剔出后[10]，將其余的碎屑巖和蛇紋石化大理巖劃為螞蟻河巖組。

中部荒岔溝巖組：該巖組的劃分層位現(xiàn)已為多數(shù)地質學家所接受而仍沿用。但截止到目前仍未見螞蟻河巖組與荒岔溝巖組間的確切上下層位疊置關系，所見均為構造接觸。

上部大東岔巖組：前人依據(jù)其與老嶺群的花山組、臨江組中均具有相同的可識別的三期變形特點，并且均以高鋁的泥質原巖為主，故認為大東岔組與花山組、臨江組二者可以對比，而統(tǒng)稱臨江巖組，劃歸集安巖群。本次工作后發(fā)現(xiàn)二者存在著明顯的差異：

（1）就其伴生的非鋁質碎屑巖的物質組成不同，大東岔巖組為黑云變粒巖、淺粒巖等多種巖石類型，SiO2質量分數(shù)一般小于80%，Al2O3為14.39%~21.83%，Al2O3/SiO2為 0.22~0.4，個別地區(qū)可識別有濁流沉積巖系，具有明顯的復理石建造特征，原巖多為長石砂巖、雜砂巖；而臨江組高鋁泥質巖石之夾層為石英巖，SiO2質量分數(shù)普遍高于 85%，Al2O3為 2.07%~7.27% ，Al2O3/SiO2為0.02~0.08，原巖為高成分成熟度之石英砂巖。

（2）大東岔巖組中有特別發(fā)育的長英質條帶，并具構造變形，同時可見被古元古代晚期巨斑花崗巖侵入[11]；而花山組、臨江組則無長英質條帶，且目前尚未發(fā)現(xiàn)有確切的花崗巖巖漿侵入事件。

（3）大東岔巖組的變質程度普遍達到相當于巴洛變質帶的堇青石帶、矽線石帶，而PTt軌跡花山組、臨江組變質程度最高達到鐵鋁榴石帶及十字石帶。因此，本項目重新恢復了大東岔巖組，并將其置于集安巖群上部，而將花山組、臨江組重新劃歸老嶺群的上亞群。

1.2.3 老嶺群

老嶺群自下而上由下亞群林家溝組（新農(nóng)村段、板房溝段）、珍珠門組和上亞群花山組、臨江組構成。其原巖建造為穩(wěn)定大陸邊緣或克拉通盆地的石英（砂）巖—碳酸巖鹽—頁巖沉積建造。

區(qū)內(nèi)珍珠門組是老嶺群中的標志層位，并且在該組之下見普遍伴生的一套陸源碎屑巖建造，已為廣大地質工作者所認同。主要為一套石英巖、微粒淺粒巖、變粒巖、黑云片巖夾碳酸鹽巖等組合，本次以所謂“暖氣包巖”作為劃分標志，將該碎屑巖劃分為新農(nóng)村段和板房溝段；以炭質板巖作為標志，將其上的白云質大理巖劃歸為珍珠門組。

2 重要界面的發(fā)現(xiàn)

（1）老嶺群內(nèi)花山組和珍珠門組界面：本次工作在通化市金廠嶺首次發(fā)現(xiàn)花山組、臨江組平行不整合覆蓋于珍珠門組之上，據(jù)此將老嶺群劃分為下亞群和上亞群（圖2）。解決了多年來一直爭議不休的老嶺群的層序問題。

（2）集安巖群與老嶺群間的界面：本次工作在和平東山通過槽探工程揭露出老嶺群新農(nóng)村段角度不整合覆蓋于集安巖群大東岔巖組之上（圖3），在新農(nóng)村西溝通過槽探工程揭露出老嶺群新農(nóng)村段角度不整合覆蓋于集安巖群荒岔溝巖組之上（圖4）。

3 同位素年代學研究

鑒于測區(qū)內(nèi)的古—中元古代巖石地層的層序和形成地質時代一直存在著爭議，本次工作采用激光剝蝕等離子體質譜方法，對古—中元古代變質巖中的碎屑鋯石進行了系統(tǒng)的同位素年齡測定，分析測定結果如下：

3.1 光華巖群

雙廟巖組：變質玄武巖的鋯石有兩組U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)，其一是（2 495±11）Ma，系太古代殘留鋯石結晶年齡；另一組是（2 120±10） Ma，則代表該巖漿的結晶年齡，即光華巖群的形成年齡。

同心巖組：石榴石變粒巖的鋯石有兩組U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)，其一是（2 500±16）Ma，系太古代殘留鋯石結晶年齡，另一組是（1 988±27）Ma，代表該鋯石結晶年齡，說明該巖組形成晚于20億年，表明在20億年左右存在一期巖漿活動，可能為火山活動事件。

3.2 集安巖群

螞蟻河巖組：采自透輝變粒巖的鋯石有兩組U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)，其一是（2 476±22） Ma，系太古代殘留鋯石結晶年齡，另一組是（2 108±17）Ma，代表該鋯石結晶年齡，說明該巖組形成晚于21億年，且在21億年左右存在一期巖漿活動，可能為火山活動事件。另外還存在一粒變質鋯石，年齡值是（1 827±20）Ma，代表了變質作用年齡。

荒岔溝巖組：采自斜長角閃巖的鋯石U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)是（1 850±10） Ma，代表該鋯石U-Pb體系的封閉年齡，該樣品中鋯石存在著大小不等，內(nèi)部結構不同等特征，但年齡值一致，該值應視為變質年齡，說明該巖組形成早于18.5億年，且在18.5億年左右發(fā)生了高級而強烈的變質作用。

圖 2 老嶺群上下亞群間平行不整合關系素描圖Fig.2 Sketch map of parallel unconformity relation between the upper and the lower sub-groups of Laoling Group Pt2z-珍珠門組 ；Pt2h: 荒岔溝組

圖 3 老嶺群林家溝組新農(nóng)村段角度不整合覆蓋集安巖群大東岔巖組素描圖Fig.3 Sketch map of the new rural section of Linjiagou Formation, Laoling Group angular unconformity covers on Dadongcha Formation of Ji`an Group Pt2x: 林家溝組新農(nóng)村段；Pt1d: 大東岔巖組

圖 4 老嶺群林家溝組角度不整合覆蓋集安巖群荒岔巖組素描圖Fig.4 Sketch map of Linjiagou Formation of Laoling Group angular unconformity covers on Huangcha Formation of Ji`an Group1. 林家溝組新農(nóng)村段石英巖；2. 荒岔巖組含石墨大理巖

采自黑云變粒巖的殘留鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)并不集中且諧和年齡僅有兩個點，一個是（1 838±25 ）Ma，代表了該巖石的變質年齡，另一個是（2 144±25） Ma，代表該鋯石結晶年齡，說明該巖組形成于18.4億年至21.4億年間，且在18.4億年左右存在一期強變質作用。

大東岔巖組：采自黑云變粒巖的鋯石U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)是（1 935±18）Ma，代表該鋯石U-Pb體系的封閉年齡，該樣品中鋯石內(nèi)部具有結構清楚、巖漿結晶生長紋發(fā)育等特征，從而確定為巖漿鋯石，該值為巖漿結晶年齡，說明該巖組是形成于19億年左右的火山巖。

3.3 老嶺群

林家溝組新農(nóng)村段：采自中粒變質長石石英砂巖中的碎屑鋯石U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)是（2 550±12）Ma，系太古代殘留鋯石結晶年齡，該樣品采集于古—中元古代地層的最北部，與太古代基底巖層直接接觸，單一種類鋯石說明該巖組物源僅有太古代基底，且該巖組角度不整合覆蓋于荒岔溝巖組和大東岔巖組之上，故其形成時代應置于中元古代。

臨江組：采自細粒變質石英砂巖中的碎屑鋯石有兩組U-Pb諧和年齡數(shù)據(jù)，其一是（2 188±22）Ma，系古元古代早期巖漿活動的殘留鋯石結晶年齡，另一組是（2 028±12）Ma，仍是古元古代殘留鋯石結晶年齡，代表該鋯石結晶年齡，說明在20億年左右存在一期巖漿活動，可能為火山活動事件。

老嶺群的變質程度較淺，不能改變鋯石的U-Pb封閉體系，因此上述所獲的年齡值基本代表了鋯石的結晶年齡?；ㄉ浇M和臨江組構成。

并首次發(fā)現(xiàn)花山組、臨江組平行不整合覆蓋于珍珠門組之上，老嶺群新農(nóng)村段角度不整合覆蓋于集安巖群大東岔巖組和荒岔溝巖組之上。

在光華巖群雙廟巖組變質玄武巖中獲得鋯石U-Pb諧和年齡（ 2 120±10）Ma，則代表該巖漿的結晶年齡，即光華巖群的形成年齡。在集安巖群大東岔巖組黑云變粒巖獲得鋯石U-Pb諧和年齡（1 935±18）Ma，該值為巖漿結晶年齡，說明該巖組形成于19億年左右的火山巖。在老嶺群臨江組變質石英砂巖中獲得鋯石U-Pb諧和年齡（2 028±12）Ma，仍是古元古代殘留鋯石結晶年齡，代表該鋯石結晶年齡，說明在20億年左右存在一期巖漿活動，可能為火山活動事件。

4 結論

對通化地區(qū)古—中元古代“巖石地層”單位重新進行劃分和厘定，并賦予新的含義。自下而上劃分為古元古代光華巖群、集安巖群和中元古代老嶺群，光華巖群與集安巖群呈整合接觸關系，為同一時期、同一地球動力學機制下的裂谷構造環(huán)境產(chǎn)物，老嶺群角度不整合覆蓋于集安巖群之上。光華巖群自下而上由雙廟巖組和同心巖組構成；集安巖群自下而上由螞蟻河巖組、荒岔溝巖組和大東岔巖組構成；老嶺群自下而上由林家溝組、珍珠門組、

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