辽吉地区古元古代变质表壳岩系和基性侵入体的成因: 对区域构造演化的制约

The tectonic nature and evolution of the Liao–Ji Paleoproterozoic mobile belt have been a hot topic in the current geological field. Previous works mainly focused on the geochronological framework and regional metamorphism and deformation of the light metasedimentary and granitoid rocks. This project will focus on petrogenesis of the Paleoproterozoic metamorphic supracrustal sequence and regional meta-mafic intrusions in Liaoning and Jilin Provinces. Based on the detailed investigation of the typical geological sections and the mapping work of key regions, we will recognize the stratigraphic sequences and relationships of these metamorphic volcanic-sedimentary rocks (South-, North-Liaohe, Ji’an and Liaoling groups), and the rock associations and output characteristics of meta-mafic intrusions. Using zircon U-Pb dating, we will determine their proyolith and metamorphic ages in order to reveal the sequence of tectono-magmatic thermal events in this area. Combined with petrology, geochemistry and zircon Hf isotopic analyses, we will determine the protolith composition, nature of (magma) source, petrogenesis and tectonic setting of these metamorphosed supracrustal rocks and mafic intrusions. Together with regional geological data, we will further reveal the formation and evolution of the Liao–Ji Paleoproterozoic mobile belt and its geodynamics setting.

辽吉古元古代活动带的构造属性及其形成演化研究是目前地质界研究的热点问题之一。以往工作多集中在表壳岩中浅变质沉积岩和花岗质岩石的年代格架以及区域变质变形作用的研究上，本项目拟以辽吉地区古元古代变质表壳岩系和基性侵入体为重点研究对象，通过典型剖面的解析和关键地区的填图工作，查明研究区南、北辽河群、集安群和老岭群的岩石组成、变质火山-沉积建造序列及相互之间的接触关系，并确定变质基性侵入体的岩石组合及产出特征。通过锆石U-Pb年代学研究，测定辽吉地区古元古代不同类型岩石（变质表壳岩和基性侵入体）的原岩形成时代与变质年龄，构建该区构造-岩浆热事件序列；在此基础上，结合岩石学、地球化学和锆石Hf同位素等综合研究，确定辽吉地区古元古代变质表壳岩系和基性侵入体的原岩物质组成、（岩浆）源区性质，成因及其形成环境，并结合区域地质资料，进而探讨辽吉地区古元古代活动带的形成演化及其地球动力学背景。

胶-辽-吉活动带古元古代的大地构造属性和形成演化机制长期以来持续存在“大陆裂谷”、“弧-陆碰撞”和“陆-陆碰撞”等不同观点。究其根源，就是对该活动带古元古代地质体，尤其是以辽吉地区变质火山-沉积建造的为代表的变质表壳岩系缺乏系统的物质组成、原岩建造、源区成分分析及其构造背景和年代格架等深入研究。针对上述关键问题本项目通过对在前人研究基础上对集安群、老岭群和南、北辽河群变表壳岩系，包括近年新识别的吉南通化市北部光华岩群等进行了全面而系统的野外地质调研和时代、物源及构造背景等的综合对比分析。通过研究区变沉积岩的综合研究发现，北部亚带（包括光华岩群）和南部亚带中变沉积岩系的原岩沉积作用均应晚于2.03 Ga，且共同接受了1.91和1.85 Ga两期变质事件的改造，其碎屑物质均主要来源于古元古代花岗岩、同时代火山岩和少量的基底花岗质岩石。综合二者与典型汇聚板块边缘盆地沉积相近的碎屑锆石年龄谱和Lu-Hf同位素特征、岩石地球化学属性以及高场强元素构造判别图解特征和区域地质资料，我们认为北辽河群、老岭群和光华岩群中变沉积岩系应形成于弧后盆地环境，南辽河群和集安群中变沉积岩系应形成于活动大陆边缘环境。同样，对研究区内变火山岩的研究结果表明，变火山岩中岩浆锆石结晶年龄峰期为2189 Ma，εHf(t)绝大多数为正值，且含有峰期为1.91 Ga和很少量1.85 Ga的变质锆石，以及新太古代末期-古元古代早期（2.71~2.31 Ga）的捕获锆石。岩石学、元素和同位素地球化学特征分析表明，带内除老岭群和光华岩群中部分变基性岩类显示拉斑玄武岩特点以外，形成于2.19 Ga左右的这些变火山岩系的原岩主体为由玄武安山岩-安山岩和少量玄武岩与英安岩组成的中-高钾钙碱性系列火山岩组合，具有典型的弧岩浆作用特点，基性端元母岩浆应起源于受俯冲流体或熔体交代的亏损岩石圈地幔楔。结合区域资料，我们认为南辽河群和集安群中变火山岩应形成于活动大陆边缘环境，而老岭群和光华岩群中变火山岩应形成于弧后盆地的构造环境。综合以上研究成果，我们确定了辽-吉活动带古元古代的构造属性为弧-陆碰撞造山带。