遼東地區(qū)古元古代變基性巖床的成因和構(gòu)造意義

胡國輝, 張琪琪, 王 偉, 張拴宏, 李建鋒

遼東地區(qū)古元古代變基性巖床的成因和構(gòu)造意義

胡國輝1, 2, 張琪琪1, 王 偉1, 2, 張拴宏1, 2, 李建鋒1, 2

(1. 中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081; 2. 自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

遼東地區(qū)膠?遼?吉造山帶發(fā)育大量的變基性巖墻/床, 這些巖墻/床對(duì)研究造山帶古元古代構(gòu)造演化過程具有重要意義。本文通過對(duì)遼東地區(qū)遼河群中的變基性巖床進(jìn)行巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)和鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)研究, 探討其成因和形成的構(gòu)造背景, 有助于深入認(rèn)識(shí)膠?遼?吉造山帶古元古代地質(zhì)演化過程。遼東地區(qū)變基性巖床順層侵入于遼河群大石橋組大理巖中, 發(fā)生角閃巖相變質(zhì)作用, 巖石類型以斜長角閃巖和石榴斜長角閃巖為主, 主要礦物為角閃石和斜長石, 其他礦物有石榴子石、石英、黑云母、磁鐵礦和黃鐵礦等。變基性巖床樣品的鋯石具特征的環(huán)帶結(jié)構(gòu)和較低的Th/U值(0.01～0.34), 指示鋯石為變質(zhì)成因, 4個(gè)樣品的鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果(1854±11 Ma、1846±12 Ma、1847±9 Ma和1848±7 Ma)表明基性巖床發(fā)生變質(zhì)作用的時(shí)間為～1.85 Ga, 與華北克拉通最終碰撞拼合的時(shí)間一致。根據(jù)基性巖床與膠?遼?吉造山帶其他地區(qū)～2.1 Ga的基性巖具有相似的野外產(chǎn)狀、巖石學(xué)和地球化學(xué)特征, 推斷其侵位時(shí)代可能為～2.1 Ga?；詭r床樣品的SiO2含量為47.07%～52.18%, K2O+Na2O含量為1.78%～4.70%, MgO含量為3.92%～8.59%, 屬于拉斑玄武巖系列。大部分樣品的稀土總量較低(47.3×10?6～109.5×10?6), 富集輕稀土元素和大離子親石元素(如Rb、Ba、La), 虧損高場強(qiáng)元素(如Nb、Ta), Zr、Hf沒有明顯的虧損且未發(fā)生分餾作用。所有樣品的Al2O3、CaO和Fe2O3T含量在主量元素相關(guān)性圖解上分布規(guī)律且與MgO含量呈較好的相關(guān)性, Nb/La值(0.52～0.73)隨SiO2和MgO含量的變化較小, 表明巖漿在侵位過程中受地殼混染的程度較低, 似“島弧”型地球化學(xué)特征是富集巖石圈地幔源區(qū)遭受古俯沖組分改造的結(jié)果。結(jié)合已有的遼河群變質(zhì)火山?沉積巖、遼吉花崗巖和基性巖的研究成果, 膠?遼?吉造山帶在～2.1 Ga處于陸內(nèi)裂谷環(huán)境。

古元古代; 基性巖床; 鋯石U-Pb定年; 遼東地區(qū); 華北克拉通

0 引 言

華北克拉通太古宙?古元古代基底由不同微陸塊拼合而成, 但是對(duì)于微陸塊的劃分及其拼合機(jī)制一直存在爭議(沈其韓等, 1992; 伍家善等, 1998; 翟明國等, 2000; Zhao et al., 2001; 趙國春, 2009)。近年來在華北克拉通內(nèi)部識(shí)別出三條古元古代造山/活動(dòng)帶, 分別為西部的孔茲巖帶、中部造山帶和東部的膠?遼?吉帶(Zhao et al., 2001, 2005; 趙國春, 2009), 這些造山帶/活動(dòng)帶對(duì)研究華北克拉通的形成演化、微陸塊的拼合過程及其構(gòu)造背景具有重要意義。其中, 膠?遼?吉帶是最具代表性的古元古代造山帶, 不僅接受了巨量的陸殼物質(zhì)沉積, 而且經(jīng)歷了多期巖漿?變質(zhì)事件的改造和復(fù)雜的構(gòu)造演化過程(劉福來等, 2015)。膠?遼?吉帶主要由古元古代花崗質(zhì)巖石(遼吉花崗巖)、鎂鐵質(zhì)侵入體和變質(zhì)火山?沉積巖系組成(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 李三忠等, 2004; Li and Zhao, 2007), 前人對(duì)其做了大量研究, 然而有關(guān)膠?遼?吉造山帶古元古代構(gòu)造背景和演化過程仍存在較大爭議, 主要有陸內(nèi)裂谷(Luo et al., 2004, 2008; Li et al., 2006, 2012; Li and Zhao, 2007; 于介江等, 2007; Wang et al., 2016)和弧?陸碰撞模式(白瑾, 1993; Faure et al., 2004; Lu et al., 2006; 馬立杰等, 2007; Meng et al., 2014; 許王等, 2017), 這制約了對(duì)膠?遼?吉造山帶乃至東部陸塊早期地質(zhì)演化過程的認(rèn)識(shí)。

一般認(rèn)為基性巖墻/床是幔源巖漿在伸展背景下形成的侵入體(Condie et al., 1987; Rock, 1991; 李江海等, 1997), 與大陸裂谷和地幔柱活動(dòng)關(guān)系密切, 可作為地殼伸展裂解的標(biāo)志(Ernst et al., 1995; Headman, 1997)。目前在華北克拉通識(shí)別出多期1800～541 Ma的基性巖漿活動(dòng)(Qian and Chen 1987; Halls et al. 2000; Peng et al. 2005, 2011, 2012, 2013; Zhang et al., 2007, 2009, 2012; Peng et al., 2010; Wang et al., 2015, 2020), Peng (2015a, 2015b)認(rèn)為其與多期次裂谷事件有關(guān)。大量年代學(xué)研究表明, 古元古代中期(～2.1 Ga)基性巖漿活動(dòng)在膠?遼?吉造山帶也十分發(fā)育(于介江等, 2007; 董春艷等, 2012; 劉平華等, 2013, 2017; Liu et al., 2013; Meng et al., 2014; Yuan et al., 2015; Wang et al., 2016; 許王等, 2017), 主要侵入于古元古代變質(zhì)沉積地層中, 大多發(fā)生了綠片巖?角閃巖相變質(zhì)作用, 目前對(duì)這一期基性巖漿活動(dòng)的構(gòu)造環(huán)境一直存在活動(dòng)帶/陸內(nèi)裂谷(于介江等, 2007; Wang et al., 2016)和大陸弧/弧后盆地(Faure et al., 2004; Lu et al., 2006; 馬立杰等, 2007; Meng et al., 2014; Yuan et al., 2015; 陳斌等, 2016; 許王等, 2017)等不同觀點(diǎn)。因此, 本文選擇遼東地區(qū)遼河群變基性巖床進(jìn)行年代學(xué)和地球化學(xué)研究, 分析基性巖的侵位和變質(zhì)時(shí)代, 研究其巖漿源區(qū)性質(zhì)及形成的構(gòu)造環(huán)境, 以便更好理解膠?遼?吉造山帶古元古代構(gòu)造演化歷史。

1 地質(zhì)背景

Zhao et al. (2005)提出華北克拉通發(fā)育三條古元古代造山帶, 分別為西部陸塊內(nèi)部的孔茲巖帶、東部陸塊內(nèi)部的膠?遼?吉帶和兩個(gè)陸塊之間的中部造山帶, 其中膠?遼?吉帶是位于龍崗地塊與狼林地塊之間的古元古代造山帶, 呈NE-SW向分布于華北克拉通東部。遼東青城子地區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于郯廬斷裂帶以東, 膠?遼?吉造山帶東南緣(圖1a), 區(qū)內(nèi)發(fā)育巨厚的遼河群變質(zhì)沉積地層及大量古元古代侵入巖(圖1b)。遼河群主要為一套中?低級(jí)變質(zhì)的陸源碎屑巖?海相碳酸鹽地層序列, 自下而上包括浪子山組、里爾峪組、高家峪組、大石橋組和蓋縣組, 在青城子地區(qū)僅出露蓋縣組、大石橋組和高家峪組。蓋縣組主要為千枚巖、二云母石英片巖、矽線石云母片巖、透閃石云母片巖、石英片巖和變粒巖, 局部夾薄層石英巖和大理巖, 蓋縣組下部層間構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育蝕變巖型金礦床(如白云金礦床和小佟家堡子金礦床等)。大石橋組主要由厚層白云質(zhì)大理巖和透閃大理巖組成, 夾二云母片巖和碳質(zhì)板巖, 其中?下部厚層大理巖段主要分布在白云金礦床以北和尖山子斷裂東側(cè), 巖性主要為中厚層白云質(zhì)大理巖和條帶狀大理巖, 該段大理巖純度高, 含礦性差, 被大量古元古代基性巖床順層侵入, 巖床普遍發(fā)生綠片巖相?角閃巖相變質(zhì)作用, 局部可見明顯的石榴石等變質(zhì)礦物。大石橋組上部為大理巖夾碎屑巖, 主要在白云金礦床以南及青城子鎮(zhèn)周邊地區(qū)出露, 以薄層或中厚層白云質(zhì)大理巖和條帶狀大理巖為主, 夾二云母石英片巖、石英片巖和變粒巖等, 大理巖內(nèi)發(fā)育大量菱鎂礦和鉛鋅銀多金屬礦床。高家峪組在青城子鎮(zhèn)東南出露, 主要為一套含碳淺粒巖、黑云變粒巖、云母片巖夾少量大理巖(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。

2 樣品及巖相學(xué)特征

本文選取遼河群大石橋組厚層大理巖中的變質(zhì)基性巖床進(jìn)行研究?；詭r床總體呈NW向分布, 可見明顯的順層侵入接觸關(guān)系, 接觸邊界與地層層理平行(圖2a、f), 局部可見基性巖貫穿地層(圖2a)?；詭r床整體上經(jīng)歷了綠片巖相?角閃巖相變質(zhì)作用, 巖性主要為斜長角閃巖(圖2b、c)和石榴斜長角閃巖(圖2d、e), 圍巖為遼河群大石橋組大理巖。

斜長角閃巖主要礦物成分為角閃石(60%～70%)和斜長石(25%～30%), 含少量石英(3%～5%), 部分樣品含有少量黑云母(3%)(圖3a、b), 副礦物有磁鐵礦和黃鐵礦等, 蝕變礦物有黝簾石、綠簾石和絹云母等。角閃石為半自形、柱狀, 黃綠?綠色, 粒徑0.2～2 mm, 部分角閃石趨于定向排列呈片狀構(gòu)造。斜長石為半自形、柱狀, 聚片雙晶, 發(fā)生不同程度的絹云母化, 粒徑為0.1～0.5 mm。石英為它形、粒狀, 粒徑0.1～0.2 mm。黑云母呈自形、片狀, 褐色, 發(fā)生不同程度的綠泥石化, 片徑0.2～2 mm。

石榴斜長角閃巖主要礦物為角閃石(55%～65%)和斜長石(20%～25%), 石榴子石含量約7%～10%, 含少量石英(3%～5%)和黑云母(3%～5%)(圖3c、d), 副礦物可見磁鐵礦和黃鐵礦等, 蝕變礦物有絹云母和綠泥石。角閃石呈黃綠?綠色, 半自形、粒狀或顆粒狀, 部分角閃石定向排列呈片狀結(jié)構(gòu), 粒徑0.1～1 mm。斜長石為半自形、柱狀, 發(fā)育聚片雙晶, 發(fā)生輕微的絹云母化, 粒徑為0.1～1 mm。石英呈它形粒狀, 粒徑0.1～0.2 mm。石榴子石為自形、粒狀, 粒徑2～5 mm, 呈斑狀變晶結(jié)構(gòu), 其中含有石英、斜長石、角閃石等包裹體。黑云母為自形、鱗片狀, 發(fā)生不同程度的綠泥石化, 片徑0.1～0.2 mm。

圖1 遼東地區(qū)青城子金礦集區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)遼寧省有色地質(zhì)局勘查總院, 2008修改)

圖2 遼河群變基性巖床野外照片

3 分析方法

選取新鮮基性巖床樣品破碎到40～60目, 經(jīng)過淘洗、電磁和重液分選, 在雙目鏡下挑選鋯石, 然后將鋯石置于環(huán)氧樹脂中, 拋光磨至約1/3, 制成鋯石靶用于陰極發(fā)光照相及LA-ICP-MS分析測試。

鋯石陰極發(fā)光和U-Pb同位素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司通過Agilent 7700e型ICP-MS加載COMPexPro 102 ArF 193 nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)完成的。分析時(shí)采用的激光束斑直徑為32 μm, 激光頻率和能量密度分別為5 Hz和8 J/cm2, 單顆鋯石的測試時(shí)間包括～20 s背景值采集和50 s樣品數(shù)據(jù)采集。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)流程見文獻(xiàn)Zong et al. (2017), 數(shù)據(jù)處理采用軟件ICPMSDataCal(Liu et al., 2008a, 2010)。鋯石U-Pb同位素分析采用國際標(biāo)樣91500作為外標(biāo)進(jìn)行校正, 元素含量以29Si為內(nèi)標(biāo), 國際標(biāo)樣NIST 610作外標(biāo)進(jìn)行校正。鋯石年齡計(jì)算和成圖使用Isoplot軟件(ver 3.0)(Ludwig, 2003)。

巖石主量元素(除FeO)分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院采用Axios-mAX波長色散X射線熒光光譜儀完成, FeO含量采用傳統(tǒng)的濕化學(xué)法分析完成, 分析精度優(yōu)于1%(P2O5為5%)。巖石微量元素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用Agilent 7700e ICP-MS分析完成, 分析精度優(yōu)于5%, RSD<5%, 詳細(xì)的樣品處理過程同Liu et al. (2008b)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

4個(gè)變基性巖床的鋯石大多呈次棱角狀?橢圓狀, 長軸粒徑范圍為50～120 μm, 長寬比為1∶1～2∶1。CL圖像顯示大多數(shù)鋯石具特征的環(huán)帶結(jié)構(gòu), 如斑駁狀環(huán)帶、球形環(huán)帶和面狀生長條帶(圖4), 表明鋯石為變質(zhì)成因。本次研究分別對(duì)4個(gè)樣品的24個(gè)鋯石顆粒進(jìn)行分析, 具體的LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果見表1。

樣品19LD012-1分析結(jié)果顯示有3顆繼承鋯石(點(diǎn)04、11和13), 其余21個(gè)測點(diǎn)的Th、U含量分別為0.58×10?6～4.10×10?6、23.8×10?6～79.3×10?6, 相應(yīng)的Th/U值為0.02～0.08, 表現(xiàn)出典型變質(zhì)成因鋯石特征(Hoskin and Black, 2000; Belousova et al., 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003)。該21個(gè)分析點(diǎn)206Pb/238U年齡介于1810～1889 Ma之間, 得出加權(quán)平均年齡為1854±11 Ma(MSWD=1.3)(圖5a)。

礦物代號(hào): Q. 石英; Pl. 斜長石; Hbl. 角閃石; Bt. 黑云母; Grt. 石榴子石。

圖4 遼河群變基性巖鋯石CL圖像(圈內(nèi)數(shù)字為分析點(diǎn)號(hào))

表1 遼河群變基性巖床鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

續(xù)表1:

續(xù)表1:

樣品19LD013-1的24個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)具有較好的諧和度, 其Th、U含量分別為0.35×10?6～7.56×10?6和34.7×10?6～124×10?6, Th/U值為0.01～0.13, 顯示變質(zhì)成因鋯石的特點(diǎn)。24個(gè)測點(diǎn)206Pb/238U年齡范圍為1780～1903 Ma, 其加權(quán)平均年齡為1846±12 Ma (MSWD=2.3)(圖5b)。

樣品19LD015-1去除兩個(gè)繼承鋯石(點(diǎn)06和16)和一個(gè)混入的三疊紀(jì)鋯石顆粒(點(diǎn)11)外, 其余21顆鋯石的Th、U含量分別為4.38×10?6～57.4×10?6和58.4×10?6～419×10?6, Th/U值介于0.07～0.53之間, 結(jié)合鋯石CL圖像特征, 表明其為變質(zhì)成因鋯石。該21個(gè)測點(diǎn)的206Pb/238U年齡介于1811～1880 Ma之間, 其加權(quán)平均年齡為1847±9 Ma(MSWD=1.4)(圖5c)。

樣品19LD094-2的24個(gè)測點(diǎn)均分布于諧和線上及其附近, 具有很好的諧和度, 其Th、U含量分別為1.04×10?6～10.1×10?6和78.6×10?6～170×10?6, Th/U值均小于0.1(0.01～0.07), 指示為變質(zhì)成因鋯石。所有測點(diǎn)206Pb/238U年齡介于1820～1888 Ma之間, 給出的加權(quán)平均年齡為1848±7 Ma(MSWD=0.93)(圖5d)。

4.2 主量元素特征

11個(gè)變質(zhì)基性巖床的主量、微量元素分析結(jié)果見表2。

所有樣品SiO2含量為47.07%～52.18%, 具有較高的Al2O3(12.46%～13.93%)、Fe2O3T(13.45%～16.95%)、MgO(3.92%～8.59%)、CaO(6.76%～11.34%)和TiO2(1.12%～3.95%)含量, Mg#值為34.3～54.3。巖石K2O和Na2O含量分別為0.39%～1.83%和1.33%～3.28%, K2O+Na2O含量為1.78%～4.70%, K2O/Na2O值為0.12～0.80。在Nb/Y-Zr/TiO2×0.0001判別圖解中, 10個(gè)樣品都落在亞堿性玄武巖區(qū)域(圖6a), 在FeOT-(K2O+Na2O)-MgO(AFM)圖解中表現(xiàn)為拉斑玄武巖系列(圖6b)。在主量元素相關(guān)性圖解中, MgO與Al2O3和CaO具有弱正相關(guān)性, 而與K2O、Na2O、Fe2O3T和TiO2呈現(xiàn)較好的負(fù)相關(guān)性(圖7)。

4.3 微量元素特征

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解中, 除樣品19LD111-1外, 其余樣品均表現(xiàn)為輕稀土元素弱富集(La/YbN=1.80～3.92)、重稀土平坦(Gd/YbN= 1.23～1.43)的右傾斜配分模式(圖8a), Eu元素顯示為弱負(fù)異常到正異常(dEu=0.75～1.22)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中, 總體表現(xiàn)為富集大離子親石元素(如Rb、Ba、La), 相對(duì)虧損高場強(qiáng)元素(如Nb、Ta)(圖8b)。樣品Nb/Ta值介于14.4～19.0之間, 與球粒隕石和原始地幔的Nb/Ta值(～17.5)較為接近, 明顯高于新太古代大陸地殼平均值(11～12) (Hofmann, 1988; Green, 1995)。

圖5 遼河群變基性巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

表2 遼河群變基性巖床主量(%)和微量(×10?6)元素含量

續(xù)表2:

注: Mg#=100×(MgO)/[(MgO)+(FeOT)],為氧化物的摩爾數(shù), FeO為通過傳統(tǒng)的濕化學(xué)法測得的氧化物含量, FeOT=Fe2O3T×0.8998;dEu= EuN/(SmN×GdN)1/2。

圖6 遼河群變基性巖床的巖石系列判別圖解(a據(jù)Winchester and Floyd, 1977; b據(jù)Irvine and Baragar, 1971)

5 討 論

5.1 基性巖床的侵位和變質(zhì)時(shí)代

由于研究區(qū)基性巖床普遍發(fā)生角閃巖相變質(zhì)作用, 本次研究所測鋯石具有特征的環(huán)帶結(jié)構(gòu)和較低Th/U值, 表明其為變質(zhì)成因, 因此, 無法獲得基性巖床準(zhǔn)確的侵位時(shí)代。樣品19LD012-1和19LD015-1中共有5顆繼承鋯石, 其諧和的207Pb/206Pb年齡分別為2213 Ma、2506 Ma、2350 Ma、2339 Ma和2495 Ma, 表明研究區(qū)內(nèi)基性巖床的侵位時(shí)代應(yīng)該晚于2213 Ma。近年來, 在遼東地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量古元古代變質(zhì)基性侵入巖, 如遼南海城斜長角閃巖(2060±21 Ma; 于介江等, 2007)、鞍山?弓長嶺地區(qū)變質(zhì)輝長巖(2110±31 Ma;董春艷等, 2012)、海城?鞍山地區(qū)變質(zhì)基性巖(～2154 Ma; Meng et al., 2014)、海城變質(zhì)基性巖床(2125±6 Ma; Yuan et al., 2015; 2115±13 Ma, Wang et al., 2016; 王欣平, 2017)、北遼河變基性巖(～2.1 Ga; 許王等, 2017)和遼東半島北部三家子石榴斜長角閃巖(2.17～2.06 Ga;劉平華等, 2017), 野外調(diào)查和研究表明這些基性巖石都侵入于遼河群中, 且發(fā)生了不同程度的綠片巖相?角閃巖相變質(zhì)作用, 與本次研究區(qū)內(nèi)的基性巖床具有相似的特征(圖6、8)。因此, 我們認(rèn)為遼東青城子地區(qū)遼河群大石橋組中的變質(zhì)基性巖床的侵位時(shí)代可能為～2.1 Ga。

圖7 遼河群變基性巖主量元素與MgO含量相關(guān)性圖解

圖8 遼河群變基性巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

華北克拉通東部膠遼吉地區(qū)廣泛發(fā)育1.95～ 1.80 Ga的變質(zhì)作用, 變質(zhì)程度為綠片巖相?麻粒巖相, 麻粒巖相變質(zhì)作用在膠東和膠北地區(qū)較為發(fā)育(劉文軍等, 1998; 周喜文等, 2004, 2007; 劉平華等, 2010, 2013)。Liu et al. (2012)認(rèn)為膠北基底巖石中1.90～1.86 Ga變質(zhì)鋯石年齡代表了高壓麻粒巖相變質(zhì)作用時(shí)代, 而1.86～1.80 Ga年齡則代表了造山后中?低壓麻粒巖相?角閃巖相退變質(zhì)時(shí)間(劉福來等, 2015)。已有研究表明遼河群普遍發(fā)生低綠片巖相?角閃巖相變質(zhì)(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 李三忠等, 2001), 變質(zhì)作用發(fā)生在1.93～1.88 Ga(Yin and Nie, 1996; Luo et al., 2004; Xie et al., 2011; 孟恩等, 2013; 李壯等, 2015)。劉福來等(2015)在南遼河群和集安群也發(fā)現(xiàn)有與膠北地區(qū)相似的近等溫減壓順時(shí)針型式的麻粒巖相變質(zhì)作用, 其峰期變質(zhì)時(shí)代為1.95～ 1.90 Ga。Lu et al. (2006)在吉南地區(qū)發(fā)現(xiàn)老嶺群峰期變質(zhì)時(shí)代為1.93～1.90 Ga, 與南、北遼河群的變質(zhì)時(shí)代基本一致, 而集安群的峰期變質(zhì)時(shí)間在～1.85 Ga, 可能與造山后/非造山伸展過程中巖漿熱事件相關(guān)(Lu et al., 2006; Luo et al., 2008; 劉福來等, 2015)。本次研究獲得的4個(gè)變質(zhì)基性巖床樣品的鋯石U-Pb年齡分別為1854±11 Ma、1846±12 Ma、1847±9 Ma和1848±7 Ma, 在誤差范圍內(nèi)基本一致, 代表基性巖床經(jīng)歷了～1.85 Ga的變質(zhì)作用, 該期變質(zhì)作用在華北克拉通東部膠北和膠東地區(qū)、中部造山帶、西部的大青山和恒山地區(qū)廣泛分布, 具有相似的減壓退變特征, 代表華北克拉通最終碰撞聚合過程。

5.2 后期改造和地殼混染

遼東青城子地區(qū)遼河群基性巖床普遍遭受約1.85 Ga角閃巖相變質(zhì)作用, 含較多蝕變/變質(zhì)礦物(如: 角閃石、綠簾石、綠泥石和絹云母), 因此, 需要判斷后期蝕變/變質(zhì)對(duì)巖石化學(xué)成分的影響程度。研究表明, 有些元素(如K和Na)在后期蝕變/變質(zhì)作用過程中比較容易發(fā)生成分的改變(Muecke et al., 1979; Middelburg et al., 1988), 而Al、Ca和Mg在后期蝕變/變質(zhì)作用過程中相對(duì)比較穩(wěn)定, 能夠保持原巖的地球化學(xué)特征(Beswick, 1982)。11件變基性巖床樣品Al2O3和CaO含量在主量元素相關(guān)性圖解上分布規(guī)律且與MgO含量呈負(fù)相關(guān)性(圖7), 表明沒有或較少受后期改造的影響, 其含量主要受巖漿分異結(jié)晶程度的制約。除了少數(shù)活動(dòng)元素容易受后期改造的影響外, 大多數(shù)REE和高場強(qiáng)元素(如Nb、Ta、Ti等)在蝕變/變質(zhì)過程中具有穩(wěn)定性(Staudigel and Hart, 1983), 可以同主量元素一起用于巖石成因分析。

大多數(shù)樣品表現(xiàn)出LREE輕微富集和Nb、Ta負(fù)異常特征, 表明有地殼組分或富集巖石圈地幔物質(zhì)的加入, 這可能是源區(qū)發(fā)生富集, 或者是后期圍巖混染的結(jié)果。研究區(qū)變質(zhì)基性巖床均侵入到遼河群大石橋組中厚層大理巖中, 其CaO含量(6.76%～ 11.34%)與其他地區(qū)侵入到遼河群大理巖和變碎屑巖中的基性巖CaO含量(6.44%～16.17%; 許王等, 2017; 8.00%～12.0%, Meng et al., 2014; 4.08%～ 11.31%, Yuan et al., 2015; 3.54%～13.72%, Wang et al., 2016)相比并沒有發(fā)生顯著的增加, 且與其他地區(qū)的基性巖表現(xiàn)出一致的地球化學(xué)特征(圖6、8), 說明巖漿在演化過程中受圍巖混染的程度很小。由于殼源巖石富含Zr和Hf(Rudnick and Gao, 2003), 而基性巖樣品中Zr和Hf沒有表現(xiàn)出正異常也說明巖石沒有遭受明顯的地殼混染。陸殼通常具有較低Nb和較高La含量(Baker et al., 2010; Ghatak and Basu, 2013; Stepanova et al., 2014), 地殼混染會(huì)降低巖石Nb/La值, 基性巖床樣品Nb/La值(0.52～0.73)明顯小于1(原始地幔的Nb/La=1; Weaver, 1991), 且隨SiO2和MgO含量變化較小, 表明巖漿在侵位過程中受圍巖混染的程度較低, 主要反映的是巖漿源區(qū)的特征。因此, 基性巖床樣品的主量元素組成、受后期影響較小的高場強(qiáng)元素和稀土元素等可以用來分析巖漿源區(qū)性質(zhì)。

5.3 巖漿源區(qū)性質(zhì)

變基性巖床樣品總體富集LREE和LILE、虧損HFSE, 具有明顯Nb、Ta負(fù)異常以及Ba、Pb正異常, 表現(xiàn)出富集地幔的特征(Zindler and Hart, 1986)。具有富集地幔特征的巖漿可能來自俯沖帶的陸下巖石圈地幔(Zindler and Hart, 1986; Willbold and Stracke, 2006), 陸下巖石圈地幔通常被大洋地殼或俯沖沉積物交代改造(Elliott et al., 1997)。一般受大洋板片俯沖交代的富集地幔主要表現(xiàn)為Nb、Ta虧損和 Zr、Hf弱虧損, 而受板內(nèi)流體/熔體交代的富集地幔則表現(xiàn)出Zr、Hf虧損和Zr/Hf分餾的特征(Rudnick and Fountain, 1995; LaFlèche et al., 1998)。本次研究中大多數(shù)基性巖床樣品Nb、Ta具明顯負(fù)異常, Zr、Hf未分餾且沒有明顯的虧損的特征, 表明富集地幔源區(qū)可能經(jīng)歷了與大洋板片俯沖有關(guān)的交代作用。

研究區(qū)變質(zhì)基性巖床巖漿源區(qū)特征與遼吉其他地區(qū)古元古代變質(zhì)基性巖相似, 均受到俯沖組分的交代作用, 如海城?鞍山地區(qū)變質(zhì)基性巖起源于受俯沖流體交代的虧損地幔源區(qū)(Meng et al., 2014), 北遼河變基性巖在形成過程中也受到有限的俯沖流體交代作用(許王等, 2017), 遼寧海城基性巖床來源于受俯沖改造的陸下巖石圈地幔(Wang et al., 2016)。Wu et al. (2005)綜合華北克拉通東部古元古代幔源鎂鐵質(zhì)巖石Nd同位素, 認(rèn)為巖石圈地幔的富集特征是新太古代晚期俯沖作用造成的。萬渝生等(2005a, 2005b)認(rèn)為遼北地區(qū)太古宙基底表殼巖系和TTG花崗質(zhì)巖石形成于板塊匯聚的島弧環(huán)境, 洋殼俯沖發(fā)生在新太古代晚期(2.56～2.51 Ga), 遼西花崗?綠巖帶形成于新太古代?早古元古代安第斯型活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景(Wang et al., 2012), 膠東和遼北地區(qū)新太古代晚期變質(zhì)火山巖和閃長質(zhì)?花崗質(zhì)巖石來源于被俯沖板片熔體/流體交代的地幔源區(qū)(Guo et al., 2017; Gao et al., 2020; Sun et al., 2020)。因此, 巖石圈地幔受到新太古代末俯沖作用的改造, 繼承了島弧型地球化學(xué)的特征, 遼東青城子地區(qū)變質(zhì)基性巖床正是來源于這一受俯沖交代的巖石圈地幔源區(qū)。

5.4 大地構(gòu)造背景

膠?遼?吉帶是分布于華北克拉通東部陸塊內(nèi)部的一條古元古代造山/活動(dòng)帶, 記錄了多期多階段巖漿?變質(zhì)事件和復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史(劉福來等, 2015)。近年來, 眾多學(xué)者對(duì)膠?遼?吉帶變質(zhì)火山?沉積巖、變質(zhì)基性巖以及中酸性侵入巖等進(jìn)行了大量研究, 并在其形成時(shí)代、成因、變質(zhì)作用以及構(gòu)造背景等方面取得了重要進(jìn)展(方如恒, 1993; 李三忠和劉永江, 1997; 于介江等, 2007; 王惠初等, 2011; 孟恩等, 2013; 李壯等; 2015; 劉福來等, 2015; Wang et al., 2016; 許王等, 2017), 但對(duì)于古元古代中期的構(gòu)造環(huán)境仍有不同認(rèn)識(shí), 一直存在弧后盆地(劉永達(dá)等, 1989; 白瑾, 1993; 王惠初等, 2011; Meng et al., 2014; 許王等, 2017)、大陸弧(Faure et al., 2004; Lu et al., 2006; Yuan et al., 2015)或者大洋島弧(馬立杰等, 2007)以及陸內(nèi)裂谷(Luo et al., 2004, 2008; Li et al., 2006, 2012; Li and Zhao, 2007; 于介江等, 2007; Wang et al., 2016)等不同觀點(diǎn)。

李三忠和劉永江(1997)根據(jù)沉積組合、物源特征以及變質(zhì)層狀巖系的原巖恢復(fù)等研究, 認(rèn)為遼河群形成于陸內(nèi)裂谷盆地, 遼河群碎屑鋯石U-Pb年齡結(jié)果表明其物源主要來源于古元古代花崗巖、火山巖以及太古宙結(jié)晶基底, 而不是新生地殼(Luo et al., 2008; 孟恩等, 2013)。遼吉地區(qū)發(fā)育大量A型花崗巖(李三忠等, 2003; 路孝平等, 2004; Li and Zhao, 2007; 楊明春等, 2015)和由變基性火山巖和變流紋巖組成的“雙峰式火山巖”(張秋生等, 1988; 方如恒, 1993; Sun et al., 1993; 李壯等; 2015; 陳斌等, 2016), 表明其形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境。遼吉A型花崗巖與南、北遼河群具有相似Nd同位素組成(Nd=0～2)和模式年齡(2.6～2.4 Ga), 這也符合裂谷模型的地球化學(xué)特征(Li et al., 2006)。此外, 遼東地區(qū)賦存于鎂質(zhì)硅酸鹽巖和碳酸鹽巖中的硼礦床(形成于2175～2130 Ma; 張艷飛等, 2010; 胡古月等, 2014; Hu et al., 2015)類似典型裂谷環(huán)境形成的含硼建造(Li and Zhao, 2007; 胡古月等, 2014; 劉福來等, 2015)。而弧后盆地和島弧環(huán)境的觀點(diǎn)主要因?yàn)樽兓鹕綆r和基性巖表現(xiàn)出虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素和近似于MORB的“島弧”地球化學(xué)特征(王惠初等, 2011; Li and Chen, 2014; Meng et al., 2014; 李壯等, 2015; 許王等, 2017)。

遼河群變基性巖床表現(xiàn)出“島弧”玄武巖的地球化學(xué)特征(虧損高場強(qiáng)元素、富集大離子親石元素和輕稀土元素), 因?yàn)閹r漿在上升到地表的過程中受到的地殼混染程度很小, 更主要的原因是其富集的陸下巖石圈地幔遭受古俯沖組分的改造。研究區(qū)內(nèi)基性巖床具有較低的U/Th值(0.19～0.28), 明顯低于島弧巖漿U/Th值(～0.5), 與大陸裂谷玄武巖的元素比值相當(dāng)(Hawkesworth et al., 1997; Bali et al., 2011)。在構(gòu)造環(huán)境判別圖解中, 樣品主要分布于板內(nèi)玄武巖與MORB區(qū)域(圖9a)和陸內(nèi)裂谷與初始裂谷界線附近(圖9b)。汪云亮等(2001)根據(jù)原始地幔的Th/Ta值(1.6; Taylor and Mclennan, 1985), 將大陸和大洋玄武巖區(qū)分開, 認(rèn)為大陸板內(nèi)及島弧玄武巖Th/Ta值高于原始地幔, 遼河群大部分變基性巖樣品Th/Ta值(3.74～9.01, 除樣品19LD111-1的比值為1.79)遠(yuǎn)大于1.6, 并且Ta/Hf值(0.13～0.33)高于島弧玄武巖的比值(<0.1), 反映了陸內(nèi)拉張或初始裂谷玄武巖特征(汪云亮等, 2001)。因此, 遼吉地區(qū)變質(zhì)沉積巖系、雙峰式火山巖、遼吉花崗巖以及變質(zhì)基性巖等特征表明該地區(qū)在2.1 Ga左右處于陸內(nèi)裂谷環(huán)境。近年來, 在華北克拉通中部帶和東部陸塊相繼發(fā)現(xiàn)了大量2.2～2.0 Ga巖漿活動(dòng), 包括基性和酸性火山巖、A型花崗巖以及基性侵入體等, 大多數(shù)地球化學(xué)特征表明其形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境(耿元生等, 2003; 杜利林等, 2009; 劉平華等, 2013; Zhou et al., 2014, 2015; 楊崇輝等, 2017), 因此, 華北克拉通在新太古代末克拉通化以后發(fā)生了一次廣泛的陸內(nèi)伸展裂解事件。

6 結(jié) 論

(1) 遼東青城子地區(qū)變基性巖床順層侵入于遼河群大石橋組大理巖中, 發(fā)生角閃巖相變質(zhì)作用, 巖石類型為斜長角閃巖和石榴斜長角閃巖, 鋯石表現(xiàn)為變質(zhì)成因的特征, LA-ICP-MS U-Pb年齡分別為1854±11 Ma、1846±12 Ma、1847±9 Ma和1848±7 Ma, 表明變質(zhì)作用發(fā)生于～1.85 Ga。

(2) 變基性巖床屬于亞堿性拉斑玄武巖系列, 富集輕稀土元素和Rb、Ba、La等大離子親石元素, 虧損Nb、Ta等高場強(qiáng)元素, 巖漿來源于受古俯沖組分交代的富集巖石圈地幔, 在侵位過程中的地殼混染程度較低。

(3) 變基性巖床和遼吉其他地區(qū)同時(shí)期基性巖石以及變質(zhì)沉積巖系等形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境。

WPB. 板內(nèi)玄武巖; MORB. 大洋中脊玄武巖; IAB. 島弧玄武巖; Ⅰ. 板塊發(fā)散邊緣N-MORB區(qū); Ⅱ.板塊匯聚邊緣(Ⅱ1. 大洋島弧玄武巖區(qū); Ⅱ2. 陸緣島弧玄武巖區(qū)); Ⅲ. 大洋板內(nèi)洋島和海山玄武巖區(qū)以及T-MORB、E-MORB區(qū); Ⅳ. 大陸板內(nèi)玄武區(qū)(Ⅳ1. 陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū); Ⅳ2. 陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖區(qū); Ⅳ3. 大陸拉張帶(或初始裂谷)玄武巖區(qū)); Ⅴ. 地幔柱玄武巖區(qū)。

野外工作和樣品測試得到了遼寧省有色地質(zhì)局一〇三隊(duì)王偉高級(jí)工程師、邱金柱工程師和中國地質(zhì)大學(xué)(北京)佘一民碩士研究生的大力幫助, 審稿人北京大學(xué)劉樹文教授和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所彭澎研究員對(duì)本文提出了寶貴的修改意見, 在此一并表示衷心感謝！

白瑾. 1993. 華北陸臺(tái)北緣前寒武紀(jì)地質(zhì)及鉛鋅成礦作用. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–132.

陳斌, 李壯, 王家林, 張璐, 鄢雪龍. 2016. 遼東半島～2.2 Ga巖漿事件及其地質(zhì)意義. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版), 46(2): 303–320.

董春艷, 馬銘株, 劉守偈, 頡頏強(qiáng), 劉敦一, 李雪梅, 萬渝生. 2012. 華北克拉通古元古代中期伸展體制新證據(jù): 鞍山?弓長嶺地區(qū)變質(zhì)輝長巖的鋯石SHRIMP U-Pb定年和全巖地球化學(xué). 巖石學(xué)報(bào), 28(9): 2785– 2792.

杜利林, 楊崇輝, 任留東, 萬渝生, 伍家善. 2009. 山西五臺(tái)山區(qū)滹沱群變質(zhì)玄武巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及其成因意義. 地質(zhì)通報(bào), 28(7): 867–876.

方如恒. 1993. 論遼河群層序的有序性. 遼寧地質(zhì), (2): 97–119.

耿元生, 萬渝生, 楊崇輝. 2003. 呂梁地區(qū)古元古代的裂陷型火山作用及其地質(zhì)意義. 地球?qū)W報(bào), 24(2): 97– 104.

胡古月, 李延河, 范潤龍, 王天慧, 范昌福, 王彥斌. 2014. 遼東寬甸地區(qū)硼酸鹽礦床成礦時(shí)代的限定: 來自SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)和硼同位素地球化學(xué)的制約. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 88(10): 1932–1943.

李江海, 何文淵, 錢祥麟. 1997. 元古代基性巖墻群的成因機(jī)制、構(gòu)造背景及其古板塊再造意義. 高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 3(3): 272–281.

李三忠, 韓宗珠, 劉永江, 楊振升, 馬瑞. 2001. 遼河群區(qū)域變質(zhì)特征及其大陸動(dòng)力學(xué)意義. 地質(zhì)論評(píng), 47(1): 9–18.

李三忠, 郝德峰, 韓宗珠, 趙國春, 孫敏. 2003. 膠遼地塊古元古代構(gòu)造?熱演化與深部過程. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 77(3): 328–340.

李三忠, 郝德峰, 趙國春, 孫敏, 韓宗珠, 郭曉玉. 2004. 丹東花崗巖的地球化學(xué)特征及其成因. 巖石學(xué)報(bào), 20(6): 1417–1423.

李三忠, 劉永江. 1997. 膠遼地塊古元古代沉積組合: 年代與層序. 西北地質(zhì), 18(3): 13–20.

李壯, 陳斌, 劉經(jīng)緯, 張璐, 楊川. 2015. 遼東半島南遼河群鋯石U-Pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義. 巖石學(xué)報(bào), 31(6): 1589–1605.

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1989. 遼寧省區(qū)域地質(zhì)志. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–856.

遼寧省有色地質(zhì)局勘查總院. 2008. 1∶5萬青城子礦田區(qū)域地質(zhì)圖.

劉福來, 劉平華, 王舫, 劉超輝, 蔡佳. 2015. 膠?遼?吉古元古代造山/活動(dòng)帶巨量變沉積巖系的研究進(jìn)展. 巖石學(xué)報(bào), 31(10): 2816–2846.

劉平華, 蔡佳, 鄒雷. 2017. 遼東半島北部三家子石榴斜長角閃巖變質(zhì)演化軌跡及其地質(zhì)意義: 來自相平衡模擬與鋯石U-Pb定年的約束. 巖石學(xué)報(bào), 33(9): 2649–2674.

劉平華, 劉福來, 王舫, 劉建輝. 2010. 山東半島基性高壓麻粒巖的成因礦物學(xué)及變質(zhì)演化. 巖石學(xué)報(bào), 26(7): 2039–2056.

劉平華, 劉福來, 王舫, 劉建輝, 蔡佳. 2013. 膠北西留古元古代～2.1 Ga變輝長巖巖石學(xué)與年代學(xué)初步研究. 巖石學(xué)報(bào), 29(7): 2371–2390.

劉文軍, 翟明國, 李永剛. 1998. 膠東萊西地區(qū)基性高壓麻粒巖的變質(zhì)作用. 巖石學(xué)報(bào), 14(4): 449–459.

劉永達(dá), 邴志波, 董景超. 1989. 遼東半島早元古宙海相拉斑玄武巖特征及其意義. 遼寧地質(zhì), (4): 289–297.

路孝平, 吳福元, 張艷斌, 趙成弼, 郭春麗. 2004. 吉林南部通化地區(qū)古元古代遼吉花崗巖的侵位年代與形成構(gòu)造背景. 巖石學(xué)報(bào), 20(3): 381–392.

馬立杰, 崔迎春, 劉俊來, 張俊波. 2007. 遼東北遼河群斜長角閃巖的地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景. 山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 30(4): 515–524.

孟恩, 劉福來, 施建榮, 蔡佳. 2013. 遼寧省丹東地區(qū)“前震旦紀(jì)”侵入巖的鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)及其構(gòu)造意義. 巖石學(xué)報(bào), 29(2): 421–436.

沈其韓, 徐惠芬, 張宗清, 高吉鳳, 伍家善, 吉成林. 1992. 中國早前寒武紀(jì)麻粒巖. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–245.

萬渝生, 宋彪, 耿元生, 劉敦一. 2005a. 遼北撫順?清原地區(qū)太古宙基底地球化學(xué)組成特征及其地質(zhì)意義. 地質(zhì)論評(píng), 51(2): 128–137.

萬渝生, 宋彪, 楊淳, 劉敦一. 2005b. 遼寧撫順?清原地區(qū)太古宙巖石SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 79(1): 78–87.

汪云亮, 張成江, 修淑芝. 2001. 玄武巖類形成的大地構(gòu)造環(huán)境的Th/Hf-Ta/Hf圖解判別. 巖石學(xué)報(bào), 17(3): 413–421.

王惠初, 陸松年, 初航, 相振群, 張長捷, 劉歡. 2011. 遼陽河欄地區(qū)遼河群中變質(zhì)基性熔巖的鋯石U-Pb年齡與形成構(gòu)造背景. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版), 41(5): 1322–1334, 1361.

王欣平. 2017. 華北遼東地區(qū)21～19億年巖漿作用的巖石成因及構(gòu)造背景研究. 北京: 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士學(xué)位論文: 1–138.

伍家善, 耿元生, 沈其韓, 萬渝生, 劉敦一, 宋彪. 1998. 中朝古大陸太古宙地質(zhì)特征及構(gòu)造演化. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–212

許王, 劉福來, 劉超輝. 2017. 膠?遼?吉造山帶北遼河變基性巖的成因、地球化學(xué)屬性及其構(gòu)造意義. 巖石學(xué)報(bào), 33(9): 2743–2757.

楊崇輝, 杜利林, 耿元生, 任留東, 路增龍,宋會(huì)俠. 2017. 冀東古元古代基性巖墻群的年齡及地球化學(xué): ～2.1 Ga伸展及～1.8 Ga變質(zhì). 巖石學(xué)報(bào), 33(9): 2827–2849.

楊明春, 陳斌, 閆聰. 2015. 華北克拉通膠?遼?吉帶古元古代條痕狀花崗巖成因及其構(gòu)造意義. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào), 37(5): 31–51.

于介江, 楊德彬, 馮虹, 蘭翔. 2007. 遼南海城斜長角閃巖原巖的形成時(shí)代: 鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年證據(jù). 世界地質(zhì), 26(4): 391–396.

翟明國, 卞愛國, 趙太平. 2000. 華北克拉通新太古代末超大陸拼合及古元古代末?中元古代裂解. 中國科學(xué)(D輯), 30(S1): 129–137.

張秋生等. 1988. 遼東半島早期地殼與礦床. 北京: 地質(zhì)出版社: 1–575.

張艷飛, 劉敬黨, 肖榮閣, 王生志, 王瑾, 包德軍. 2010. 遼寧后仙峪硼礦區(qū)古元古代電氣石巖: 鋯石特征及SHRIMP定年. 地球科學(xué), 35(6): 985–999.

趙國春. 2009. 華北克拉通基底主要構(gòu)造單元變質(zhì)作用演化及其若干問題討論. 巖石學(xué)報(bào), 25(8): 1772–1792.

周喜文, 魏春景, 耿元生. 2007. 膠北地塊高壓與低壓泥質(zhì)麻粒巖的相平衡關(guān)系與-演化軌跡. 地學(xué)前緣, 14(1): 135–143.

周喜文, 魏春景, 耿元生, 張立飛. 2004. 膠北棲霞地區(qū)泥質(zhì)高壓麻粒巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義. 科學(xué)通報(bào), 49(14) : 1424–1430.

Baker M J, Crawford A J and Withnall I W. 2010. Geochemical, Sm-Nd isotopic characteristics and petrogenesis of Paleo-proterozoic mafic rocks from the Georgetown Inlier, north Queensland: Implications for relationship with the Broken Hill and Mount Isa Eastern Succession., 177(1): 39–54.

Bali E, Audétat A and Keppler H. 2010. The mobility of U and Th in subduction zone fluids: An indicator of oxygen fugacity and fluid salinity., 161(4): 597–613.

Belousova E A, Griffin W L, O’Reilly S Y and Fisher N I. 2002. Igneous zircon: Trace element composition as an indicator of source rock type., 143(5): 602–622.

Beswick A E. 1982. Some geochemical aspects of alteration and genetic relations in komatiitic suites // Arndt N T and Nisbet E G. Komatiites. London: George Allen & Unwin: 283–308.

Condie K C, Bobrow D J and Card K D. 1987. Geochemistry of Precambrian mafic dykes from the Southern Superior Province // Halls H C and Fahrig W F. Mafic Dyke Swarms. Newfoundland: Geological Association of Canada, 34: 95–108.

Elliott T, Plank T, Zindler A, White W and Bourdon B. 1997. Element transport from slab to volcanic front at the Mariana arc., 102(B7): 14991–15019.

Ernst R E, Buchan K L and Palmer H C. 1995. Giant dyke swarms: Characteristics, distribution and geotectonic application // Heimann B G. Physics and Chemistry of Dykes. Balkema, Rotterdan: 3–21.

Faure M, Lin W, Monie P and Bruguier O. 2004. Paleoproterozoic arc magmatism and collision in Liaodong Peninsula (north-east China)., 16(2): 75–80.

Gao L, Liu S W, Hu Y L, Sun G Z, Guo R R and Bao H. 2020. Late Neoarchean geodynamic evolution: Evidence from the metavolcanic rocks of the Western Shandong Terrane, North China Craton., 80: 303–320.

Ghatak A and Basu A R. 2013. Isotopic and trace element geochemistry of alkali-mafic-ultramafic-carbonatitic complexes and flood basalts in NE India: Origin in a heterogeneous Kerguelen plume., 115: 46–72.

Green T H. 1995. Significance of Nb/Ta as an indicator of geochemical processes in the crust-mantle system., 120(3): 347–359.

Guo R R, Liu S W, Gong E P, Wang W, Wang M J, Fu J H and Qin T. 2017. Arc-generated metavolcanic rocks in the Anshan-Benxi greenstone belt, North China Craton: Constraints from geochemistry and zircon U-Pb-Hf isotopic systematics., 303: 228– 250.

Halls H C, Li J H, Davis D, Hou G T, Zhang B X and Qian X L. 2000. A precisely dated Proterozoic paleomagnetic pole from the North China Craton, and its relevance to paleocontinental construction., 143(1): 185–203.

Hawkesworth C, Turner S, McDermott F, Peate D and Van Calsteren P. 1997. U-Th isotopes in arc magmas: Implications for element transfer from the subducted crust., 276(5312): 551–555.

Headman L M. 1997. Global mafic magmatism at 2.45 Ga: Remnants of an ancient large igneous province?, 25(4): 299–302.

Hofmann A W. 1988. Chemical differentiation of the Earth: The relationship between mantle, continental crust and oceanic crust., 90(3): 297–314.

Hoskin P W O and Black L P. 2000. Metamorphic zircon formation by solid-state recrystallization of protolith igneous zircon., 18(4): 423–439.

Hoskin P W O and Schaltegger U. 2003. The composition of zircon and igneous and metamorphic petrogenesis., 53(1): 27–62.

Hu G Y, Li Y H, Fan C F, Hou K J, Zhao Y and Zeng L S. 2015.LA-MC-ICP-MS boron isotope and zircon U-Pb age determinations of Paleoproterozoic borate deposits in Liaoning Province, northeastern China., 65: 1127–1141.

Irvine T N and Baragar W R A. 1971. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks., 8(5): 523–548.

LaFlèche M R, Camire G and Jenner G A. 1998. Geo-chemistry of post-Acadian, Carboniferous continental intraplate basalts from the Maritimes basin, Magdalen islands, Quebec, Canada., 148(3–4): 115–136.

Li S Z and Zhao G C. 2007. SHRIMP U-Pb zircon geochronology of the Liaoji granitoids: Constraints on the evolution of the Paleoproterozoic Jiao-Liao-Ji belt in the Eastern Block of the North Chin Craton., 158(1–6): 1–16.

Li S Z, Zhao G C, Santosh M, Liu X, Dai L M, Suo Y H, Tam P Y, Song M C and Wang P C. 2012. Paleoproterozoic structural evolution of the southern segment of the Jiao-Liao-Ji Belt, North China Craton., 200: 59–73.

Li S Z, Zhao G C, Sun M, Han Z Z, Zhao G T and Hao D F. 2006. Are the south and north Liaohe Groups of North China Craton different exotic terranes? Nd isotope constraints., 9(1): 198–208.

Li Z and Chen B. 2014. Geochronology and geochemistry of the Paleoproterozoic meta-basalts from the Jiao-Liao-Ji Belt, North China Craton: Implications for petrogenesis and tectonic setting., 255: 653– 667.

Liu P H, Liu F L, Liu C H, Wang F, Liu J H, Yang H, Cai J and Shi J R. 2013. Petrogenesis,path, and tectonic significance of high-pressure mafic granulites from the Jiaobei terrane, North China Craton., 233: 237–258.

Liu P H, Liu F L, Yang H, Wang F and Liu J H. 2012. Protolith ages and timing of peak and retrograde metamorphism of the high-pressure granulites in the Shandong Peninsula, eastern North China Craton., 3(6): 923–943.

Liu Y S, Gao S, Hu Z C, Gao C G, Zong K Q and Wang D B. 2010. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen: U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons from mantle xenoliths., 51(1–2): 537–571.

Liu Y S, Hu Z C, Gao S, Gu?nther D, Xu J, Gao C G and Chen H H. 2008a.analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard., 257(1–2): 34–43.

Liu Y S, Zong K Q, Kelemen P B and Gao S. 2008b. Geochemistry and magmatic history of eclogites and ultramafic rocks from the Chinese continental scientific drill hole: Subduction and ultrahigh-pressure metamorphismof lower crustal cumulates., 247(1–2): 133–153.

Lu X P, Wu F Y, Guo J H, Wilde S A, Yang J H, Liu X M and Zhang X O. 2006. Zircon U-Pb geochronological constraints on the Paleoproterozoic crustal evolution of the Eastern block in the North China Craton., 146(3): 138–164.

Ludwig K R. 2003. ISOPLOT 3.00: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. California: Berkeley Geo-chronology Center: 1–70.

Luo Y, Sun M, Zhao G C, Li S Z, Ayers J C, Xia X P and Zhang J H. 2008. A comparison of U-Pb and Hf isotopic compositions of detrital zircons from the North and South Liaohe groups: Constraints on the evolution of the Jiao-Liao-Ji Belt, North China Craton., 163(3–4): 279–306.

Luo Y, Sun M, Zhao G C, Li S Z, Xu P, Ye K and Xia X P. 2004. LA-ICP-MS U-Pb zircon ages of the Liaohe Group in the Eastern Block of the North China Craton: Constraints on the evolution of the Jiao-Liao-Ji Belt., 134(3–4): 349–371.

Meng E, Liu F L, Liu P H, Liu C H, Yang H, Wang F, Shi J R and Cai J. 2014. Petrogenesis and tectonic significance of Paleoproterozoic meta-mafic rocks from central Liaodong Peninsula, northeast China: Evidence from zircon U-Pb dating andLu-Hf isotopes, and whole-rock geochemistry., 247: 92–109.

Middelburg J J, van der Weijden C H and Woittiez J R W. 1988. Chemical processes affecting the mobility of major, minor and trace elements during weathering of granitic rocks., 68(3–4): 253–273.

Muecke G K, Pride C and Sarkar P. 1979. Rare-earth element geochemistry of regional metamorphic rocks., 11: 449–464.

Peng P. 2010. Reconstruction and interpretation of giant mafic dyke swarms: A case study of 1.78Ga magmatism in the North China craton // Kusky T M, Zhai M G and Xiao W J. The evolving continents: Understanding Processes of Continental Growth.,,, 338: 163–178.

Peng P. 2015a. Precambrian mafic dyke swarms in the North China Craton and their geological implications.(), 58(5): 649–675.

Peng P. 2015b. Late Paleoproterozoic-Neoproterozoic (1800～ 541 Ma) mafic dyke swarms and rifts in North China. // Zhai M G. Precambrian Geology of China. Berlin Heidelberg, Springer: 171–204.

Peng P, Bleeker W, Ernst R E, S?derlund U and McNicoll V. 2011. U-Pb baddeleyite ages, distribution and geochemistry of 925 Ma mafic dykes and 900 Ma sills in the North China craton: Evidence for a Neoproterozoic mantle plume., 127(1–2): 210–221.

Peng P, Liu F, Zhai M G and Guo J H. 2012. Age of the Miyun dyke swarm: Constraints on the maximum depositional age of the Changcheng System., 57(1): 105–110.

Peng P, Zhai M G, Zhang H F and Guo J H. 2005. Geochronological constraints on the Paleoproterozoic evolution of the North China Craton: SHRIMP zircon ages of different types of mafic dikes., 47(5): 492–508.

Peng T P, Wilde S A, Fan W M, Peng B X and Mao Y S. 2013. Mesoproterozoic high Fe-Ti mafic magmatism in western Shandong, North China Craton: Petrogenesis and implications for the final breakup of the Columbia supercontinent., 235: 190–207.

Qian X L and Chen Y P. 1987. Late Precambrian mafic dyke swarms of the North China craton // Halls H C and Fahrig W F. Mafic Dykes Swarms., 34: 385–391.

Rock N M S. 1991. Lamprophyres. New York: Van Nostrand- Reinhold: 1–285.

Rudnick R L and Fountain D M. 1995. Nature and composition of the continental crust: A lower crustal perspective., 33(3): 267–309.

Rudnick R L and Gao S. 2003. Composition of the continental crust., 3: 1–64.

Staudigel H and Hart S R. 1983. Alteration of basaltic glass: Mechanisms and significance for the oceanic crust- seawater budget., 47(3): 337–350.

Stepanova A, Samsonov A, Salnikova E, Puchtel I, LarionovaY O, Larionov A, Stepanov V, Shapovalov Y and Egorova S. 2014. Paleoproterozoic Continental MORB-type tholeiites in the Karelian Craton: Petrology, Geochronology, and Tectonic Setting., 55(9): 1719– 1751.

Sun G Z, Liu S W, Wang M J, Bao H and Teng G X. 2020. Complex Neoarchean mantle metasomatism: Evidence from sanukitoid diorites-monzodiorites-granodiorites in the northeastern North China Craton., 342: 105692.

Sun M, Armstrong R L, Lambert R S J, Jiang C C and Wu J H. 1993. Petrochemistry and Sr, Pb and Nd isotopic geochemistry of the Paleoproterozoic Kuandian complex, the eastern Liaoning Province, China., 62(1–2): 171–190.

Sun S S and McDonough W F. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes.,,, 42(1): 313–345.

Taylor S R and McLennan S. 1985. The continental crust: Composition and evolution., 54: 209–372.

Wang C, Peng P, Li Z X, Pisarevsky S, Denyszyn S, Liu Y B, Dien H G E and Su X D. 2020. The 1.24–1.21 Ga Licheng large igneous province in the North China Craton: Implications for paleogeographic reconstruction.:, 125(4), e2019JB019005.

Wang W, Liu S W, Santosh M, Zhang L F, Bai X, Zhao Y, Zhang S H and Guo R R. 2015. 1.23 Ga mafic dykes in the North China Craton and their implications for the reconstruction of the Columbia supercontinent., 27(4): 1407–1418.

Wang W, Liu S W, Wilde S A, Li Q G, Zhang J, Bai X, Yang P T and Guo R R. 2012. Petrogenesis and geochronology of Precambrian granitoid gneisses in Western Liaoning Province: Constraints on Neoarchean to early Paleoproterozoic crustal evolution of the North China Craton., 222–223: 290– 311.

Wang X P, Peng P, Wang C and Yang S Y. 2016. Petrogenesis of the 2115 Ma Haicheng mafic sills from the Eastern North China Craton: Implications for an intra-continental rifting., 39: 347–364.

Weaver B L. 1991. The origin of oceanic basalt end-member compositions: Trace element and isotopic constrains., 104(2–4): 381–397.

Willbold M and Stracke A. 2006. Trace element composition of mantle end-members: Implications for recycling of oceanic and upper and lower continental crust.,,, 7(4), doi: 10.1029/2005gc001005.

Winchester J A and Floyd P A. 1977. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements., 20(4): 325–343.

Wu F Y, Zhao G C, Wilde S A and Sun D Y. 2005. Nd isotopic constraints on crustal formation in the North China Craton., 24(5): 523–545.

Xie L W, Yang J H, Wu F Y, Yang Y H and Wilde S A. 2011. PbSL dating of garnet and staurolite: Constraints on the Paleoproterozoic crustal evolution of the Eastern Block, North China Craton., 42(1–2): 142–154.

Yin A and Nie S. 1996. A Phanerozoic palinspastic recons-truction of China and its neighboring regions // Yin A and Harrison T M. The Tectonic Evolution of Asia. New York: Cambridge University Press: 285–442.

Yuan L L, Zhang X H, Xue F H, Han C M, Chen H H and Zhai M G. 2015. Two episodes of Paleoproterozoic mafic intrusions from Liaoning province, North China Craton: Petrogenesis and tectonic implications., 264: 119–139.

Zhang S H, Liu S W, Zhao Y, Yang J H, Song B and Liu X M. 2007. The 1.75–1.68 Ga anorthosite-mangerite-alkali granitoid-rapakivi granite suite from the northern North China Craton: Magmatism related to a Paleoproterozoic orogen., 155(3): 287–312.

Zhang S H, Zhao Y and Santosh M. 2012. Mid-Mesoproterozoic bimodal magmatic rocks in the northern North China Craton: Implications for magmatism related to breakup of the Columbia supercontinent., 222–223: 339–367.

Zhang S H, Zhao Y, Yang Z Y, He Z F and Wu H. 2009. The 1.35 Ga diabase sills from the northern North China craton: Implications for breakup of the Columbia (Nuna) supercontinent., 288: 588–600.

Zhao G C, Sun M, Wilde S A and Li S Z. 2005. Late Archean to Paleoproterozoic evolution of the North China Craton: Key issues revisited., 136(2): 177–202.

Zhao G C, Wilde S A, Cawood P A and Sun M. 2001. Archean blocks and their boundaries in the North China Craton: Lithological, geochemical, structural and-path constraints and tectonic evolution., 107(1–2): 45–73.

Zhou Y Y, Zhai M G, Zhao T P, Lan Z W and Sun Q Y. 2014. Geochronological and geochemical constraints on the petrogenesis of the early Paleoproterozoic potassic granite in the Lushan area, southern margin of the North China Craton., 94: 190–204.

Zhou Y Y, Zhao T P, Zhai M G, Gao J F, Lan Z W and Sun Q Y. 2015. Petrogenesis of the 2.1 Ga Lushan garnet- bearing quartz monzonite on the southern margin of the North China Craton and its tectonic implications., 256: 241–255.

Zindler A and Hart S R. 1986. Chemical geodynamics., 14: 493–571.

Zong K Q, Klemd R, Yuan Y, He Z Y, Guo J L, Shi X L, Liu Y S, Hu Z C and Zhang Z M. 2017. The assembly of Rodinia: The correlation of early Neoproterozoic (. 900 Ma) high-grade metamorphism and continental arc formation in the southern Beishan Orogen, southern Central Asian Orogenic Belt (CAOB)., 290: 32–48.

Petrogenesis and Tectonic Implications of the Paleoproterozoic Metamorphic Mafic Sills in Liaodong Area

HU Guohui1, 2, ZHANG Qiqi1, WANG Wei1, 2, ZHANG Shuanhong1, 2and LI Jianfeng1, 2

(1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 2. Key Laboratory of Paleomagnetism and Tectonic Reconstruction, Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China)

The metamorphic mafic sills that widespread in the Jiao-Liao-Ji orogenic belt in Liaodong area are of great significance to study the Paleoproterozoic tectonic evolution of the orogenic belt. To reveal their petrogenesis and tectonic setting, and thus constraint the Paleoproterozoic geological evolution of the Jiao-Liao-Ji orogenic belt, a detailed petrographic observation, zircon U-Pb dating and whole-rock geochemical analyses of the metamorphic mafic sills were carried out. The metamorphic mafic sills in the Liaodong area emplaced into the thick marble of the Dashiqiao Formation of the Liaohe Group and underwent amphibolite facies metamorphism. They consist of amphibolite and garnet amphibolite, mainly composed of hornblende and plagioclase, and minor garnet, quartz, biotite, magnetite and pyrite. The characteristic zoning structures and low Th/U ratios (0.01–0.34) of the zircon grains from the metamorphic mafic sills suggest a metamorphic origin. LA-ICP-MS dating of zircons from four mafic sills yielded U-Pb ages of 1854±11 Ma, 1846±12 Ma, 1847±9 Ma, and 1848±7 Ma, respectively, suggesting a metamorphic age of ～1.85 Ga, which is synchronous with the final amalgamation of the North China Craton. Based on the similar field occurrence, petrographic and geochemical features with those of the2.1 Ga mafic intrusions in the Jiao-Liao-Ji orogenic belt and elsewhere, their emplacement age may be also2.1 Ga. Whole-rock geochemistry shows that the metamorphic mafic sills are tholeiitic in composition (SiO2: 47.07%–52.18%, K2O+Na2O: 1.78%–4.70%, MgO: 3.92%–8.59%), and enriched in light rare earth elements and large ion lithophile elements (i.e., Rb, Ba and La), but depleted in high field strength elements (i.e., Nb and Ta). In addition, there is not significant Zr and Hf depletions and fractionation effect. All mafic samples show regular distributions in Al2O3, CaO and Fe2O3Tcontents and good correlations with MgO contents in major element covariant plots, and Nb/La ratios (0.52–0.73) do not change with SiO2and MgO contents. These geochemical characteristics indicate that crustal contamination during their emplacement is unlikely, and the arc-like features could be the result of the enriched lithospheric mantle source metasomatized by ancient subduction materials. These metamorphic mafic sills, as well as the other metamorphic volcano-sedimentary rocks, Liao-Ji granites and mafic rocks elsewhere, may have formed in an intra-continental rift at ～2.1 Ga.

Paleoproterozoic; mafic sills; zircon U-Pb dating; Liaodong area; North China Craton

2020-06-27;

2021-05-11

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFC0603802)資助。

胡國輝(1984–), 男, 博士, 主要從事前寒武紀(jì)構(gòu)造演化方面的研究。Email: huguohui321@126.com

P581; P595; P597

A

1001-1552(2021)05-1023-021

10.16539/j.ddgzyckx.2021.05.011