辽北开原地区晚古生代—早中生代混杂岩的厘定及其地质意义.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 世 界 地 质 文章编号:()辽北开原地区晚古生代早中生代混杂岩的厘定及其地质意义郑常青 耿志忠 段东 宋志伟 孙晓蕾 吉林大学 地球科学学院 长春 吉林大学 东北亚矿产资源评价自然资源部重点实验室 长春 摘要:辽宁省开原地区地处华北克拉通北缘 域内沿清河断裂出露一套中浅变质岩系 前人先后将其称为“辽河群”、“清河镇群”、“开原岩群”、“清河构造混杂岩”但对其物质组成和形成时代尚未形成统一认识 通过系统总结不同岩石锆石 测年结果和地球化学数据 该套变质岩系是由新太古代、古元古代、晚二叠世中三叠世不同时代地质体组成 其中早三叠世的海相沉积盖层和大面积的晚二叠世中三叠世活动
2、大陆边缘岛弧岩块指示古亚洲洋的闭合过程 碰撞背景下形成的变质英安岩()将古亚洲洋的最终闭合时间限定为中三叠世 综合对比区域地质资料 古亚洲洋在开原地区的俯冲闭合作用导致形成这套变质程度不同以新太古代华北板块基底岩石、晚二叠世中三叠世火山岩为“岩块”变粒岩、浅粒岩等变质碎屑岩为“基质”的混杂岩系关键词:晚古生代早中生代 华北克拉通北缘 混杂岩 古亚洲洋闭合 开原地区 辽北中图分类号:文献标识码:/收稿日期:修订日期:基金项目:国家自然科学基金项目()第一作者:郑常青()男 教授 主要从事岩石学、造山带变质地质学研究:.“”“”“”“”.().“”“”.:引言辽宁省开原地区 地处华北克拉通北缘东段
3、西部以伊通依兰断裂为界 北部紧邻西拉木伦长春延吉缝合带(图)区内发育 条 向断裂 北为寇河断裂带 南为沙河断裂带 清河断裂带从区内穿过 沿清河断裂分布一套中浅变质岩系 对这套变质岩系的研究始于 世纪 年代 辽宁省地质矿产局认为其与辽东的元古宙辽河群同属一个岩群 但在后来的研究中发现这套变质岩系与辽东的辽河群在物质组成、形成年代、赋存矿产等方面存在明显的差异 之后不同学者持续对辽北开原地区原认为的“辽河群”进行了一系列的研究 并将其重新划分厘定图 华北克拉通及中亚造山带构造分区图()和开原地区地质简图()()()辽宁省地质矿产局.开原市幅 万区域地质调查报告.沈阳:辽宁省地质矿产局.第 期 郑常
4、青 等:辽北开原地区晚古生代早中生代混杂岩的厘定及其地质意义 王东方等将其与辽东的辽河群对比后发现与开原地区的地层岩性存在较大差异 其在以凝灰质绿片岩、硅质岩、灰岩互层的白砬子组中发现了震旦纪()的“小壳”化石(存在争议)根据绿片岩的 年龄()推断这是一套寒武纪的蛇绿岩套 而不是前人认为的元古宙地层 并依次建立由四合顺组、北大沟组、吴家堡子组、白砬子组组成的“清河镇群”学者们围绕王东方所认为的蛇绿岩和化石展开了激烈的讨论 唐克东等认为该地区的地层剖面、变质岩及岩浆岩特征均与清原太古代绿岩的上部相似而不是“早古生代蛇绿岩”陈孟莪、李勤等、张允平、刘效良等对清河镇动物群展开了进一步研究 多数学者认
5、为清河镇动物群的小壳化石不能作为确定地质时代的依据 所得到的绿片岩的 年龄也被质疑是为了迎合“小壳”化石而舍弃了另外一组变质岩中 的年龄()该套岩系比较合理的年龄应该是在晚古生代而不是早古生代 随后辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队又将该“辽河群”重新划分为太古宙沙河岩群(板石沟岩组、偏岭沟岩组、韩家沟岩组)和寒武纪开原岩群(佟家屯岩组、沈家堡子岩组、照北山岩组)并在佟家屯岩组的变质火山岩中得到()的 等时线年龄郇彦清等认为太古宙沙河岩群与开原岩群在同一时期形成 故将沙河岩群的韩家沟岩组、偏岭沟岩组分别划入开原岩群的沈家堡子岩组和照北山岩组 将板石沟岩组置于开原岩群的最上部 佟家屯岩组因与其他岩
6、组相比少 期变质变形事件 故用得到的 等时线年龄()将佟家屯岩组从开原岩群中剔除置于寒武系 后来裴士俊等将开原岩群与西邻的温都尔庙群、魏家沟岩群 东邻的色洛河岩群对比 发现它们共有的蛇绿混杂岩特征具有很多相似之处 故将其形成时代定在中新元古代 随着越来越多的年代学数据在此区域的报道 陈跃军等将区域分为清河断裂以北和以南两部分 南边为华北板块(清原地块)北边为陆缘活动带(兴蒙或吉黑造山带)重新划分清河断裂带以南华北板块内的新太古代和古元古代地层为芦家堡子岩组 清河断裂带以北为新元古代(震旦纪)西保安岩组、早寒武世佟家屯岩组和晚二叠世尖山子火山岩 赵辰等在结合区域内众多的锆石年龄将这部分岩组进行了
7、重新划分 将原沈家堡子岩组重新划分为新太古代变质表壳岩和中新太古代变质深成岩 原板石沟岩组(或芦家堡子岩组)厘定为中元古代石门岩组 原照北山岩组重新划分为新元古代南平岩片和晚二叠世照北山岩组 将原佟家屯岩组和尖山子火山岩合并为晚二叠世佟家屯岩组 废除清河岩群或是开原岩群 取而代之为清河构造混杂岩 详细的区域研究历史及地层划分见表 早期开原“辽河群”的研究中以开原清河断裂为分界线 南边地台区分布新太古代变质深成岩和表壳岩 而清河断裂以北为槽台区 出露早古生代变质地层 后来的学者运用板块构造学说认为清河断裂是华北板块与陆缘活动带的界线 上述的两种学说都认为清河断裂以北没有太古代的结晶基底 但是根据
8、研究发现清河断裂以北是存在太古代结晶基底的 并且这些太古代的岩石和清河断裂以南的清原绿岩带的太古代基底相似 故清河断裂并不是华北板块与陆缘活动带的界线 也有学者认为应以沙河断裂为界其北部为华北板块北缘陆缘增生带 南部为华北克拉通北缘 开原地区“辽河群”的形成与古亚洲洋在此俯冲闭合密切相关综上所述 辽北开原地区“辽河群”的物质组成、形成时代、构造环境还存在诸多争议 笔者通过对本地区研究成果进行整理 以期查明辽北开原地区“辽河群”物质组成、岩石性质、形成时代以及构造背景代表的地质意义“辽河群”物质组成及形成时代辽宁省地质矿产调查院通过区域地质调查将开原“辽河群”进行大致解体 分为太古代 片麻岩、晚
9、古生代变质中基性中酸性火山岩、变质碎屑岩和大理岩(图)但没有进行系统的年代学梳理划分 故对于这套变质岩的形成时代需要做进一步说明 笔者对研究区岩性及年龄汇总见表 世 界 地 质 第 卷辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队.貂皮屯、聂家沟幅 万区域地质调查报告.铁岭:辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队.辽宁省地质矿产调查院.房木镇幅、和隆幅、八棵树幅、大孤家幅 万区域矿产地质调查报告.沈阳:辽宁省地质矿产调查院.表 开原地区研究沿革表 万开原幅()王东方等()万貂皮屯幅()郇彦清等()裴士俊等()唐克东等()陈跃军等()赵辰等()辽北辽河群盖县组大石桥组高家峪组里尔峪组清河镇群白砬子组吴家堡子组北大沟
10、组四合顺组开原岩群沙河岩群照北山岩组沈家堡子岩组佟家屯岩组板石沟岩组偏岭沟岩组韩家沟岩组佟家屯岩组 照北山岩组板石沟岩组沈家堡子岩组归入照北山岩组归入沈家堡子岩组 蛇绿混杂岩太古代绿岩尖山子火山岩佟家屯岩组西保安岩组芦家堡子岩组 清河构造混杂岩佟家屯岩组照北山岩组南平岩片石门岩组红透山岩组变质深成岩图 辽北开原地区地质构造简图(年龄数据据文献 底图据文献 修改)()辽宁省地质矿产局.开原市幅 万区域地质调查报告.沈阳:辽宁省地质矿产局.辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队.貂皮屯、聂家沟幅 万区域地质调查报告.铁岭:辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队.第 期 郑常青 等:辽北开原地区晚古生代早中生代
11、混杂岩的厘定及其地质意义表 开原地区同位素年代学数据 采样地点点位样品岩性年龄/测试方法地质解释数据来源北大沟 斜长角闪岩 原岩年龄万河村 斜长角闪岩 、原岩年龄和变质年龄李家台乡 英云闪长质片麻岩 原岩年龄上肥地 花岗质糜棱岩 原岩年龄 石门沟 石英岩 碎屑锆石 限定成岩年龄下限八棵树 大理岩、透辉麻粒岩、碎屑锆石 限定成岩年龄下限和变质年龄王小堡 变质玄武岩、原岩年龄和变质年龄佟家屯 高镁安山岩 原岩年龄尖山子 二长花岗质糜棱岩 原岩年龄尖山子 二长花岗岩 原岩年龄尖山子 变质流纹岩、原岩年龄八棵树 辉长岩 原岩年龄八棵树柴家岭 变质安山岩 原岩年龄八棵树柴家岭 变质英安岩 原岩年龄清河水
12、库北 变质安山岩 原岩年龄本文 新太古代基底岩块在芦家堡子附近(原沈家堡子岩组)上肥地剖面中测得英云闪长岩年龄为()其与周围的岩体为构造接触 赵辰等在北大沟(原沈家堡子岩组)得到()的斜长角闪岩 其与原照北山岩组、原佟家屯岩组呈断层接触 在八家子附近也识别出 套变质表壳岩 对于这套表壳岩中发现的英云闪长质片麻岩测得其年龄为()对于太古代的变质表壳岩的形成原因 刘锦等在对清河断裂以北万河村一带发现的表壳岩做了原岩研究 其原岩为一套基性、中基性的火山岩建造 由斜长角闪岩、黑云角闪斜长变粒岩、角闪岩、浅粒岩、黑云角闪斜长片麻岩组成 这套变质表壳岩组合的原岩具有从拉斑玄武岩系列向钙碱性系列演化的趋势
13、为岛弧环境下形成的基性、中基性火山岩及少量的中酸性火山岩组成 经历了角闪岩相变质 岩石在()形成 与清河断裂以南的华北板块红透山岩组在变质程度、地球化学特征上十分相似 可以推断这套变质表壳岩与红透山岩组有相同的构造环境 这套新太古代基底岩块来自华北克拉通新太古代的岩块代表古陆核的形成 其形成年龄与太古宙末期华北克拉通完成克拉通化时期一致 集中在 左右 推断其为华北克拉通的北缘基底岩块 受到后期构造改造作用 与周围岩块呈构造接触 古元古代沉积盖层 等在石门沟处(原芦家堡子)发现的石英岩中得到一组年龄为 的碎屑锆石 该套岩组主要岩性为白云母石英片岩、石英岩、白云石大理岩 恢复其原岩后发现其与紧邻的
14、华北克拉通古元古代沉积盖层汎河盆地岩石组合一致 得到 和 的 个华北克拉通年龄峰值 可知这套岩组为古元古代时期华北克拉通在此沉积形成的一套沉积盖层 晚二叠世早三叠世沉积盖层王东方等在八棵树附近白砬子组的凝灰质绿片岩中得到 组()的 年龄并在白砬子组的硅质岩和碳酸盐中分离出“小壳”化石 与邻近的温都尔庙群对比得出 白砬子组的化石与温都尔庙群相似 于是将白砬子组里的“小壳”化石形成年代划分为与温都尔庙群一致的寒武纪 这套岩组被后来的辽宁省地质矿产勘查局 世 界 地 质 第 卷第九地质大队重新建组 称为照北山岩组 将这套以大理岩、透辉大理岩、透闪透辉变粒岩、透辉变粒岩组成为主的岩组划分到寒武纪 而在
15、这套“小壳”化石确定为寒武纪时代之后有许多学者对这个化石的可靠性提出了质疑 经过大量的讨论部分学者并不认可其按照化石所划分的时代对八棵树岩组进行了更高精度的 锆石 测年 其记录了 的碎屑锆石年龄 可以解释早期王东方等得到的()的寒武纪年龄 应该是沉积过程中的所得到的沉积物年龄其中碎屑锆石的特征年龄主要集中在 、两个时期 得到此岩组的沉积下限为 其物源不仅存在来自于华北克拉通 也有松辽地块的加入 表现出有海相地层的特点 这表明早三叠世时期华北板块与北边的松辽地块已经在相对靠近的位置 在碎屑锆石中得到一组 的变质年龄 指示这套沉积盖层在 完成沉积作用 随后中三叠世()发生板块碰撞作用 晚二叠世中三
16、叠世岛弧火山岩研究区内的晚二叠世早三叠世火山岩沿清河断裂分布 在前人划分的佟家屯岩组中存在绿片岩相的高镁安山岩()、变质安山岩()和变质英安岩()在尖山子处也发现一套中性火山岩建造 其与清河水库以北发现的火山岩一样 也遭受了绿片岩相变质作用 它们的岩石组合及变形特征均相似 且都位于同一构造位置上 在清河断裂带内产出 测得年龄也为 左右 有学者将这两处的火山岩合并为一个岩组 在沙河断裂以北的王小堡处也出露 组形成于()的变质玄武岩 其与周围的透闪石大理岩、二云母片岩、绢云石英片岩的岩块混杂在一起 岩块构造接触 为一套典型的构造混杂岩 这些沿清河断裂分布的火山岩地球化学都指示其为活动大陆边缘的岛弧
17、岩块笔者在原佟家屯岩组清河水库北岸采集得到变质安山岩()采样点位见图 其 锆石测年同位素分析数据见表 表 样品 锆石 测年结果 测点/同位素比值年龄/注:锆石 年龄测定单位为吉林大学东北亚矿产资源评价重点实验室 测试时间为 年 月 日辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队.貂皮屯、聂家沟幅 万区域地质调查报告.铁岭:辽宁省地质矿产勘查局第九地质大队.第 期 郑常青 等:辽北开原地区晚古生代早中生代混杂岩的厘定及其地质意义 中所分析的锆石颗粒长度 长宽比 呈自形长柱状 阴极发光图像中锆石具有明显震荡环带 结晶环带宽度较窄 晶棱锋锐 为典型岩浆结晶锆石的内部结构(图)个测点 ()、()分别为 、/比值为
18、 (表)存在 左右的捕获锆石 来自古老的华北克拉通结晶基底 其中最年轻 个测点数据/加权平均年龄为()()(图)表明在()形成 这与前人在此区域所得到早三叠世年龄相似图 样品 所选锆石 图像()和 锆石 谐和图()()()()笔者在对研究区的资料整理后发现研究区的物质组成较为复杂 包括华北克拉通的结晶基底现以大小不等的包体状、孤岛状与中生代岩体呈构造接触 华北克拉通古元古代沉积盖层 晚二叠世早三叠世海相沉积盖层 沿清河断裂发育的晚二叠世早三叠世的岛弧火山岩 这些岩块组成一套混杂岩“岩块”为新太古代华北板块基底、晚二叠世中三叠世火山岩等组成“基质”为不同变质程度的变粒岩、浅粒岩等变质碎屑岩组成
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- 开原 地区 古生代 中生代 混杂 厘定 及其 地质 意义
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