吉南地区早中生代构造岩浆作用与动力学背景

【摘要】：华北克拉通自中生代起,经历了一系列构造事件的叠加影响,包括:古亚洲洋的闭合、扬子克拉通与华北克拉通俯冲碰撞以及古太平洋板块的俯冲作用。吉南地区位于华北克拉通东北部,强烈的早中生代岩浆活动和地壳构造变形为研究早中生代构造体制转折提供了有力证据。本文以吉南地区早中生代岩浆岩和浑江复式向斜与逆冲推覆构造为研究对象,依靠LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、地球化学、锆石Hf同位素等手段,通过对沉积地层、岩浆活动及构造变形的综合分析,探讨区域早中生代地壳构造变形期次、演化过程及动力学机制。综合研究区内早中生代岩浆作用、沉积作用与构造变形耦合关系,限制了华北克拉通破坏的起始时间,解决了吉南地区早中生代构造体制转换机制与过程这一关键科学理论问题。本文取得的主要认识如下:1.构建了吉南地区早中生代岩浆事件的年代学格架依据本文LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果,并结合前人所做的年代学研究成果,吉南地区早中生代岩浆活动可以划分为两个阶段:晚三叠世(227～217 Ma)、早-中侏罗世(181～163 Ma)。2.确定了吉南地区晚三叠世岩浆活动的岩浆源区性质及构造背景晚三叠世岩浆活动以长白组火山岩、碱长花岗岩、似斑状石英二长岩、黑云母二长岩、二长花岗岩和二长闪长岩为代表,主要表现为高钾钙碱性、偏铝质-弱过铝质Ⅰ型花岗岩。其中,长白组流纹质晶屑凝灰岩和碱长花岗岩具有高分异的特征。主、微量元素及锆石Hf同位素分析结果表明长白组流纹质晶屑凝灰岩的岩浆来源于新生下地壳;碱长花岗岩的岩浆来源于古老下地壳;二长花岗岩来源于新生地壳,并且受到古老地壳物质的混染;二长闪长岩来源于俯冲作用导致的富集岩石圈地幔;似斑状石英二长岩和黑云母二长岩属于埃达克质岩石,其中似斑状石英二长岩的岩浆来源于加厚古老下地壳部分熔融,黑云母二长岩岩浆来源于拆沉下地壳部分熔融。吉南地区晚三叠世经历了强烈的壳-幔相互作用,与扬子克拉通与华北克拉通俯冲碰撞后板片断离和拆沉作用有关,结合辽东半岛发育的A型花岗岩、碱性岩以及镁铁质岩石,表明吉南地区晚三叠世(印支晚期)处于强烈伸展构造背景。3.确定了吉南地区早-中侏罗世岩浆活动的岩浆源区性质及构造背景早-中侏罗世岩浆活动以黑云母二长花岗岩和石榴石白云母花岗岩为代表,二者均属于高钾钙碱性系列和Ⅰ型花岗岩。黑云母二长花岗岩显示埃达克质岩石特征,主、微量元素及锆石Hf同位素分析结果表明其岩浆来源于加厚古老下地壳部分熔融,富集LILE和LREE,亏损HREE和HFSE,表现出弧岩浆岩地球化学特征,形成于活动大陆边缘构造背景。石榴石白云母花岗岩表现出明显的稀土元素四分组效应,主、微量元素及锆石Hf同位素分析结果表明其岩浆来源于古老地壳物质,后期遭受热液流体的强烈作用。结合近NE向分布在吉黑东部、华北克拉通东北部以及朝鲜半岛的早-中侏罗世安第斯型活动大陆边缘岩石组合,表明吉南地区早-中侏罗世处于古太平洋板块对欧亚大陆的俯冲作用之下。4.识别了浑江复式向斜与逆冲推覆构造的构造变形特征、构造变形期次、演化过程以及动力学机制浑江复式向斜整体表现为北东向展布的倒转褶皱,根据参与到浑江复式向斜变形的最年轻地层的时代以及晚三叠世龙头岩体对浑江复式向斜的构造改造关系,判断其形成时代为早-中三叠世(印支早期)。逆冲推覆构造表现为由南东向北西逆冲的叠瓦式逆冲断层,最短推覆距离约8 km,通过上三叠统小河口组磨拉石建造与逆冲推覆的构造接触关系,以及白垩系地层角度不整合在逆冲推覆构造之上,将其形成时代分为两期,第一期与浑江复式向斜同期,为早-中三叠世(印支早期),第二期为侏罗纪,并且很有可能形成于中侏罗世。吉南地区早中生代两期地壳构造变形分别是扬子克拉通与华北克拉通俯冲碰撞作用和古太平洋板块对欧亚大陆的俯冲作用的响应。5.华北克拉通破坏的起始时间以及吉南地区早中生代构造演化模型华北克拉通东部以及东北部晚三叠世整体处于碰撞/造山后的强烈伸展背景,华北克拉通破坏(岩石圈减薄)起始于晚三叠世。吉南地区早-中三叠世(印支早期)处于扬子克拉通与华北克拉通俯冲碰撞作用所导致的近南北向挤压环境,晚三叠世(印支晚期)处于俯冲碰撞后板片断离和拆沉作用所导致的强烈伸展构造环境,早-中侏罗世完成扬子克拉通与华北克拉通俯冲碰撞作用向古太平洋构造域的转换,并且整个侏罗纪处于古太平洋板块俯冲作用下的挤压环境。