吉林中东部古亚洲洋的最终闭合时间：上二叠统—三叠系碎屑锆石年代学的制约

【摘要】：本文以吉林省中东部晚二叠世-三叠纪沉积地层为研究对象,通过对晚二叠世-三叠纪沉积岩中的碎屑锆石进行LA-ICP-MS U-Pb年代学研究,确定了该区晚二叠世-三叠纪地层的沉积时限;利用碎屑锆石的U-Pb年龄与Hf同位素组成特点,讨论了研究区内晚二叠世-三叠纪地层的沉积物质来源;对变质增生锆石进行成因方面的研究,限定了由古亚洲洋闭合所引发的造山运动的结束时间。最终结合区域地质资料,探讨了古亚洲洋在吉林省中东部的最终闭合时间以及华北板块北缘东段晚二叠世-三叠纪的区域构造演化历史。1.晚二叠世-三叠纪地层的沉积时限在对吉林省中东部大酱缸组、黄莺屯组、小河口组、柯岛组、大蒜沟组和庙岭组沉积岩中的碎屑锆石进行U-Pb年代学研究的基础上,再结合已有的古生物化石资料、地层之间的相互接触关系以及地层中后期侵入体的最新U-Pb定年数据,认为大酱缸组形成于晚三叠世中期;黄莺屯组的沉积时间为晚二叠世至早三叠世,而不是前人认为的早古生代或早二叠世;小河口组的沉积时间为晚三叠世;柯岛组的沉积时间为中晚三叠世;大蒜沟组和庙岭组的沉积时间为晚二叠世。2.晚二叠世-三叠纪地层的沉积物质来源晚二叠世大蒜沟组和庙岭组砂岩中碎屑锆石的定年结果表明,锆石年龄主要为晚古生代(280 Ma和259 Ma)和早古生代(473 Ma、443 Ma和419 Ma),此外还有少量碎屑锆石的年龄为古元古代-中元古代(1855~1439 Ma)。晚古生代碎屑锆石大多具有较高的ε_(Hf)(t)值(+5.5~+15.8),表明沉积物来源于兴凯地块,少部分锆石具有较低的ε_(Hf)(t)值(-3.0~-6.3),表明其源自于华北板块北缘;早古生代碎屑锆石的ε_(Hf)(t)值在-2.7~+10.4之间,与华北板块北缘早古生代陆缘增生带岩浆岩中的锆石Hf同位素组成一致,表明其源自于北缘早古生代的弧岩浆岩带;古元古代-中元古代碎屑锆石均为它形,呈圆状至次圆状,说明经历了较长距离的搬运,表明其源自于华北板块的前寒武纪结晶基底。晚二叠世-早三叠世黄莺屯组中碎屑锆石的定年结果表明,其碎屑锆石年龄主要为显生宙(251 Ma、282 Ma、309 Ma、366 Ma、390 Ma、466 Ma和503 Ma),还有少量碎屑锆石的年龄为新太古代-古元古代(2.5~1.8 Ga),此外还包括锆石变质增生年龄(233 Ma)。~250 Ma的岩浆热事件在华北板块北缘和中亚造山带东段普遍分布;早二叠世碎屑锆石具有较高的ε_(Hf)(t)值(+6.7~+12.2),与北缘早二叠世火山岩中锆石的ε_(Hf)(t)值相近,此外还包含具有较低ε_(Hf)(t)值(-4.7)的碎屑锆石,暗示其源自于华北板块北缘;晚泥盆世-石炭纪碎屑锆石具有极低的ε_(Hf)(t)值(-22.2~-13.0),暗示其源自于华北板块;中泥盆世碎屑锆石只在临近缝合带的样品中出现,锆石U-Pb年龄与缝合带以北晚泥盆世流纹岩中继承锆石的年龄接近,暗示其源自于中亚造山带东段;寒武纪-奥陶纪碎屑锆石的年龄与北缘早古生代岩浆作用的年龄一致,表明其源于华北板块北缘;新太古代-古元古代岩浆热事件主要存在于华北板块,这表明晚二叠世-早三叠世黄莺屯组中新太古代-古元古代的古老碎屑锆石源自于华北克拉通。吉林省东部延边地区中晚三叠世柯岛组中碎屑锆石的定年结果表明,其岩浆锆石年龄可分为三组:241 Ma、251 Ma和262 Ma,此外还包括三组变质年龄(210 Ma、223 Ma和233 Ma)。这些岩浆锆石的ε_(Hf)(t)值在-6.0~+7.7之间,与华北板块北缘同时代岩浆岩中锆石的ε_(Hf)(t)值相近,表明中晚三叠世柯岛组的物源主要来自于华北板块北缘。晚三叠世大酱缸组中碎屑锆石的年龄包括217 Ma、248 Ma、265 Ma、910 Ma以及1.8~2.5 Ga。晚三叠世中酸性岩浆事件在张广才岭普遍分布,而在华北北缘却鲜有产出,这表明晚三叠世的碎屑锆石主要来自于中亚造山带东段;265~248 Ma岩浆作用在华北板块北缘和松嫩-张广才岭地块都广泛出露;910 Ma的锆石可能来自于佳木斯地块;新太古代-古元古代碎屑锆石则主要源自于华北板块。晚三叠世小河口组中碎屑锆石的年龄包括显生宙的成分(245 Ma、266 Ma、283 Ma、315 Ma和406 Ma),以及大量古老的新太古代-古元古代锆石。晚古生代-早中生代的碎屑锆石具有负的ε_(Hf)(t)值以及新太古代-古元古代的T_(DM2)年龄,这表明小河口组的碎屑物质主要来源于华北板块。3.吉林中东部古亚洲洋的最终闭合时间以及华北板块北缘东段晚二叠世-三叠纪的构造演化历史碎屑锆石物源分析结果表明,吉林中东部晚二叠世-三叠纪地层具有双向物源的特征,结合前人资料,我们认为古亚洲洋洋盆的最终闭合时间应不晚于晚二叠世。在晚二叠世-早三叠世,不断萎缩的古亚洲洋洋盆使得来自华北板块北缘以及中亚造山带东段的碎屑物质发生交汇并沉积于同时代的沉积地层中。随后的碰撞造山运动导致了地壳的加厚、区域上磨拉石建造的出现以及区域地层由浅海相向陆相的转变,碰撞造山运动结束的时间应该在233 Ma左右。在此之后,晚三叠世中期时,区域上的岩浆作用以A型花岗岩和流纹岩、碱性花岗岩以及镁铁质-超镁铁质侵入岩的广泛出露为特征,表明研究区及邻近区域处于造山后的伸展环境。