摘要
华北板块北缘东段分布的构造混杂岩带为研究古亚洲洋的闭合及中亚造山带形成与演化提供了宝贵的地质条件。华北板块北缘东段由于尚未发现泥盆纪—石炭纪期间相关地质记录,导致其晚古生代早期构造演化研究相对薄弱。辽北地区上古生界下二台岩群作为该构造混杂岩带重要组成部分,记录了大量晚古生代地质信息,但其构造属性及成因仍需开展详细研究。因此,本论文以下二台岩群为研究对象,通过野外地质调查及矿物学、岩相学研究,确定其物质组成、岩石组合特征及野外产出状态,辅以岩石地球化学、锆石U-Pb同位素年代学等方法,厘定其各地质体岩石成因、源区性质、物质来源、形成时代和构造环境,进而查明下二台岩群构造属性和成因。同时,结合区域上已发表的地质资料,对华北板块北缘东段晚古生代构造岩浆事件进行总结,建立华北板块北缘东段晚古生代构造演化模式,为华北板块北缘东段构造演化研究提供重要科学依据。下二台岩群物质组成由南东向北西依次为:中泥盆世变质陆源碎屑岩、早石炭世变质火山岩、晚石炭世变质碳酸盐岩夹碎屑岩、早—中二叠世变质火山—碎屑岩,总体呈北东向展布。中泥盆世变质陆源碎屑岩,岩石类型主要为云母石英片岩、二长变粒岩,原岩恢复为砂岩,主要来自于长英质火成物源区;该套碎屑岩相对富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,轻重稀土元素分馏明显,Eu负异常不明显;变质陆源碎屑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄介于384~443 Ma,年龄频谱图显示三个年龄峰值,分别为392 Ma、423 Ma、443 Ma,表明可能存在三期岩浆热事件,沉积下限年龄为384 Ma,时代为中泥盆世;该套变质陆源碎屑岩原岩应形成于活动大陆边缘相对稳定的环境中。早石炭世变质火山岩,岩石类型主要为变流纹岩、变英安岩、云母(二长)微晶片岩、云母石英片岩、(绿帘)角闪斜长片岩、斜长(绿帘)角闪片岩、斜长浅粒岩、角闪斜长变粒岩、角闪斜长片麻岩,原岩为一套中酸性火山熔岩、火山碎屑岩;该套火山岩为钙碱性火山岩,属准铝质—弱过铝质岩石,根据岩相学和地球化学特征将其分为变质酸性火山岩和变质中性火山岩,二者均相对富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,轻重稀土分馏明显,Eu负异常不明显,但变质中性火山岩稀土总量低于变质酸性火山岩,变质酸性火山岩明显亏损Sr、P元素,结合野外产出面积和高场强元素相关性特征,认为二者不是同一基性岩浆分异的产物;变质火山岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为341~348 Ma,代表其原岩结晶年龄,时代为早石炭世;变质酸性火山岩原始岩浆来自于地壳物质的部分熔融,变质中性火山岩原始岩浆来自于岩石圈地幔(俯冲带附近),并遭受了地壳物质的混染;早石炭世变质火山岩形成于活动大陆边缘火山弧环境。晚石炭世变质碳酸盐岩夹碎屑岩,岩石类型主要为方解石大理岩、石墨大理岩,夹云母斜长变粒岩、斜长浅粒岩、云母微晶片岩,原岩为一套海相碳酸盐岩夹碎屑岩;变质碳酸盐岩主量元素以CaO和MgO为主,稀土含量很低,相对亏损轻稀土元素,富集重稀土元素,轻重稀土元素分馏较弱,Eu负异常明显;该套变质碳酸盐岩内见牙形刺化石,根据初步鉴定结果认为其原岩形成时代为晚石炭世;大理岩内炭质黑云母微晶片岩夹层锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄主要介于304~342 Ma,沉积下限年龄为304 Ma,时代为晚石炭世;变质碳酸盐岩原岩的形成受到热液作用的影响,其形成于大洋底—大陆边缘之间还原环境。早—中二叠世变质火山—碎屑岩,该套岩石以变质碎屑岩为主,并夹变质火山岩,二者在野外产出上混杂在一起。其中,变质碎屑岩岩石类型主要为云母石英片岩、绿帘石英片岩、石榴二长变粒岩,原岩恢复为泥砂质沉积岩和砂泥质沉积岩;变质碎屑岩相对亏损轻稀土元素,富集重稀土元素,轻重稀土元素分馏较明显,Eu异常不明显;两件样品锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄主要介于267~332 Ma,沉积下限为267 Ma和269 Ma,均为中二叠世;泥砂质沉积岩原岩可能来源于再旋回的以长英质岩石为母岩的沉积岩,砂泥质沉积岩原岩可能来源于再旋回的以长英质和镁铁质岩石为母岩的沉积岩,二者原岩的母岩分别形成于活动大陆边缘大陆岛弧和大洋岛弧环境下。变质火山岩岩石类型主要为云母片岩、长石二云片岩、斜长角闪片岩、绿帘青磐岩(变安山岩),为一套钙碱性系列火山岩,属准铝质—弱过铝质岩石,结合岩相学和地球化学特征将其分为变质酸性火山岩和变质中—基性火山岩;二者均相对富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,轻重稀土元素分馏明显,Eu异常不明显,但二者稀土元素含量不同,变质酸性火山岩明显亏损P、Ti元素,结合高场强元素相关性特征,认为二者不是同一岩浆分异的产物;变质火山岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为272~288 Ma,代表其原岩结晶年龄,时代为早二叠世。变质酸性火山岩原始岩浆来自于地壳物质的部分熔融,变质中—基性火山岩原始岩浆来自于岩石圈地幔(俯冲带附近),并遭受了地壳物质的混染,二者均形成于活动大陆边缘火山弧环境。下二台岩群物质组成存在多时代特征,且均为不同构造环境下形成的产物;在洋壳俯冲过程中,不同时代、不同环境下形成的各地质体陆续就位,并依次侧向拼贴增生在一起,再遭受后期构造作用改造;因此,下二台岩群是由一系列构造岩片叠置混杂而成,将其定义为“下二台”构造杂岩更为合理。“下二台”构造杂岩研究表明华北板块北缘东段晚古生代时期应处于活动大陆边缘环境,其构造演化可划分为六个阶段:泥盆纪弧—陆碰撞后造山阶段;早石炭世形成活动大陆边缘弧阶段;晚石炭世弧后伸展,形成弧前和弧后盆地阶段;早二叠世弧—陆碰撞拼贴,并形成新的大陆弧阶段;中二叠世大陆弧和大洋弧碰撞阶段;晚二叠世陆—陆碰撞前阶段。