华北克拉通东北缘中生代岩浆事件 ——对多构造体系演化的制约

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本文以华北克拉通东北缘的中生代火成岩为研究对象,通过野外地质调查和锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学以及全岩主量元素、微量元素和单矿物Sr-Nd-Pb-Hf同位素的系统研究,确定了华北克拉通东北缘中生代岩浆作用的期次,探讨了华北克拉通东北缘中生代各期次火成岩的岩石成因及其形成的构造背景,揭示了中生代期间多构造体系(包括扬子克拉通与华北克拉通陆-陆俯冲碰撞、古亚洲洋构造体系以及环太平洋构造体系)影响的空间范围。主要认识如下:1.将华北克拉通东北缘中生代岩浆作用划分为四期通过详细的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年技术,将华北克拉通东北缘中生代岩浆作用划分为四期:包括1)晚三叠世(232205 Ma),2)早侏罗世(189173 Ma),3)晚侏罗世(161156 Ma),和4)早白垩世(125120 Ma)。2.确定华北克拉通东北缘晚三叠世(232–205 Ma)岩浆作用分别形成于古亚洲洋闭合后的伸展环境和扬子与华北克拉通陆-陆俯冲碰撞后的伸展环境华北克拉通东北缘晚三叠世火成岩主要由埃达克质花岗岩和双峰式侵入岩组合构成。吉南地区晚三叠世(约220 Ma)花岗质岩石以高Sr、低Y、亏损重稀土元素为特征,具有与加厚陆壳部分熔融形成的埃达克质岩石相似的地球化学属性。吉南地区晚三叠世花岗质岩石中锆石的εHf(t)值(–17.9–7.2)和二阶段模式年龄(TDM2;23871708 Ma)以及磷灰石的εNd(t)值(–14.4–9.2)和TDM2(21681739 Ma)表明它们的原始岩浆起源于古老的加厚深部陆壳物质的部分熔融。吉南地区晚三叠世花岗质岩石形成于扬子和华北克拉通陆-陆俯冲碰撞之后的伸展环境,并与苏鲁–大别超高压变质岩快速折返阶段相适应。研究确定扬子与华北克拉通陆-陆俯冲碰撞的影响的空间范围为胶东-辽南-辽东-吉南地区。延边地区位于华北克拉通范围内的晚三叠世(约232 Ma)花岗质岩石也具有与加厚陆壳部分熔融形成的埃达克质岩石相似的地球化学属性。花岗岩中锆石的εHf(t)值(–15.6–7.1)和TDM2(19321718 Ma)表明其原始岩浆起源于古元古代深部陆壳的部分熔融。延边地区晚三叠世花岗质岩石与华北克拉通北缘三叠纪碱性岩带以及兴蒙造山带南缘晚三叠世基性-超基性岩一起构成了典型双峰式火成岩组合,并平行于西拉木伦-长春-延吉缝合带分布,表明该期岩浆作用形成于古亚洲洋最终闭合后的伸展环境,并揭示古亚洲洋构造体系影响的空间范围主要在索伦–西拉木伦–长春–延吉缝合带的两侧以及华北克拉通北缘。3.华北克拉通东北缘早侏罗世(189–173 Ma)钙碱性岩浆作用标志着古太平洋板块在欧亚大陆下起始俯冲作用的发生华北克拉通东北缘早侏罗世侵入岩主要由一套钙碱性侵入岩组合构成。吉南地区花岗质岩石具有高SiO2、低TiO2和Mg#值的特征,结合其中锆石的εHf(t)值(–16.7–4.2)和TDM2(22821491 Ma)以及磷灰石的εNd(t)值(–9.3–6.7)和TDM2(17041502 Ma),表明吉南地区早侏罗世花岗质岩石的原始岩浆起源于古元古代–中元古代深部陆壳物质的部分熔融。与吉南地区早侏罗世花岗质岩石相比,位于兴蒙造山带范围内的延边地区早侏罗世花岗质岩石具有相对较低的SiO2含量以及较高的TiO2含量和Mg#值以及高的锆石εHf(t)值(+8.0+9.6),表明延边地区早侏罗世花岗岩的原始岩浆起源于新元古代深部陆壳物质的部分熔融。结合东北亚陆缘早侏罗世火成岩成分的空间变化以及陆缘增生杂岩的研究结果,得出华北克拉通东北缘早侏罗世岩浆作用形成于活动大陆边缘的构造背景,并标志着古太平洋板块向欧亚大陆下俯冲作用的开始。4.华北克拉通东北缘晚侏罗世(161–156 Ma)岩浆作用形成于古太平洋板块的小角度斜向俯冲的挤压环境华北克拉通东北缘晚侏罗世侵入岩主要由一套埃达克质花岗岩组成。该期花岗岩中锆石的εHf(t)值(–19.7–17.2)和TDM2(24592299 Ma)以及磷灰石的εNd(t)值(–17.6–13.9)和TDM2(23882088 Ma),表明研究区晚侏罗世埃达克质花岗岩的原始岩浆起源于古老加厚深部陆壳物质的部分熔融。研究区晚侏罗世岩浆作用形成于古太平洋板块向欧亚大陆下小角度斜向俯冲的挤压环境,并揭示了晚侏罗世–早白垩世早期东北亚陆缘主要处于走滑的构造属性。5.华北克拉通东北缘早白垩世(125–120 Ma)岩浆作用形成于古太平洋板块俯冲作用下的弧后伸展环境华北克拉通东北缘早白垩世岩浆作用主要由一套A型花岗岩和双峰式火成岩组合构成,在化学上属于高钾钙碱性以及偏铝质-弱过铝质系列,其中早白垩世碱长花岗岩具有A型花岗岩的地球化学属性,暗示它们形成于伸展环境。早白垩世花岗质岩石中锆石的εHf(t)值(–14.3–1.4)和磷灰石的εNd(t)值(–13.8–7.3)表明其原始岩浆起源于古元古代–中元古代深部陆壳物质的部分熔融。同期的石英闪长岩具有幔源岩浆与壳源岩浆混合的地球化学特征,其幔源与壳源岩浆构成的双峰式岩浆作用与同期的A型花岗岩一起揭示了区域伸展环境的存在,该期伸展作用应与古太平洋板块向欧亚大陆下俯冲的弧后伸展环境相对应。6.确定华北克拉通东北缘陆壳的增生主要发生在新太古代-古元古代,而兴蒙造山带的陆壳增生发生在新元古代华北克拉通东北缘克拉通区中生代花岗岩的锆石TDM2介于26101306 Ma、磷灰石TDM2介于23891456 Ma,揭示该区深部陆壳增生主要发生在新太古代和古元古代,其次为中元古代;而兴蒙造山带区中生代花岗岩的锆石TDM2介于718618 Ma,暗示其深部陆壳增生发生在新元古代。克拉通区中生代花岗岩主要是新太古代–古元古代地壳物质再造所成,而造山带区中生代花岗岩则是新元古代增生陆壳物质再造的产物。
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