佳木斯—兴凯地块晚古生代大陆边缘构造演化的地质记录与地球化学制约

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佳木斯-兴凯地块位于欧亚大陆东缘,是古亚洲洋与环太平洋构造域叠加与转换的核心区域。由于古大洋板块的俯冲,佳木斯-兴凯地块发生了由被动大陆边缘向安第斯大陆边缘转换、安第斯大陆边缘向现今的西太平洋沟-弧-盆体系过渡的重大地质事件。然而直到目前,欧亚大陆东缘构造转换的具体时间不清,对转换的大地构造背景的认识存在分歧。有鉴于此,本文对佳木斯-兴凯地块东、西两缘晚古生代岛弧岩浆-沉积记录进行了岩相学、锆石U-Pb年代学以及全岩地球化学研究,研究结果将为欧亚大陆东缘由被动向活动陆缘转换时限提供关键证据,进而为古亚洲洋与环太平洋构造域叠加与转换的构造背景提供重要启示。佳木斯-兴凯地块东缘在麻山群变质基底之上发育一套上古生界-中生界的具有浅海相到海陆交互相再到陆相过渡特征的沉积地层序列,自下而上划分为泥盆系下-中统黑台组、泥盆系中统老秃顶子组、泥盆系上统七里卡山组、石炭系下统北兴组、石炭系上统光庆组、石炭系上统至二叠系下统珍子山组、二叠系下统二龙山组和三叠系下统南双鸭山组。前人对该套地层序列的划分主要依据邻区地层关系的对比,缺乏精确的地质年代学与地球化学测试分析。本文针对该套地层中浅海相沉积的黑台组砂岩、陆相沉积的珍子山组砂岩及二龙山组安山岩进行锆石U-Pb定年以及全岩地球化学测试分析。研究结果显示,黑台组砂岩最大沉积时限为晚泥盆世(374±3 Ma),形成于被动大陆边缘;珍子山组砂岩最大沉积时限为晚石炭世(308±3 Ma),形成于活动大陆边缘;两个二龙山组安山样品的锆石U-Pb年龄为284±2 Ma和286±4 Ma,属于中钾-钙碱性系列的火山岩,具有轻稀土元素((La/Yb)N=5.0–7.1)和易迁移元素(如Ba、Th、Sr和U)富集,重稀土元素(LREE/HREE=6.4-7.3)和高场强元素(如Nb、Ta、Zr和Y)亏损,无明显的Eu异常(Eu/Eu*=0.87–1.02)等特征,与岛弧岩浆岩地球化学特征相似。以上研究结果表明佳木斯-兴凯地块东缘由被动大陆边缘向活动大陆边缘构造环境的转换发生在晚泥盆世到晚石炭世期间,岛弧岩浆作用发生在早二叠世。结合东缘大量274-302 Ma岛弧岩浆岩的研究,本文识别出沿佳木斯-兴凯地块东缘分布的早二叠世岛弧岩浆岩带。佳木斯-兴凯地块西缘发育少量的上古生界沉积地层,以佳木斯地块西缘东宁地区的黄松群和兴凯地块西缘卧龙地区的青龙村群为代表。为限定西缘大陆边缘构造演化历史,本文针对黄松群中的阎王殿组砂岩、双桥子组安山岩以及青龙村群的黑云斜长片麻岩进行了锆石U-Pb定年和全岩地球化学测试分析。结果显示,阎王殿组砂岩最大沉积时限为晚石炭世(299±4 Ma),形成于被动大陆边缘;两个双桥子组安山岩样品的锆石U-Pb年龄为265±4 Ma和267±3 Ma,属于中-低钾钙碱性系列玄武安山岩,微量元素具有轻稀土元素((La/Yb)N=1.92-3.03)和大离子亲石元素(如U和Sr)富集,重稀土元素(LREE/HREE=2.76-3.77)和高场强元素(如Nb、Ta和Ce)亏损,以及无明显的Eu异常(Eu/Eu*=0.89–1.38)等特征,形成于活动陆缘或岛弧环境;四个青龙村群黑云斜长片麻岩的原岩锆石U-Pb年龄为262±3 Ma、262±2 Ma、262±2 Ma和254±3 Ma,原岩属于钙碱性系列流纹岩,微量元素具有轻稀土元素((La/Yb)N=4.71-8.83)和易迁移元素(如Rb、Th、U)富集,高场强元素(如Nb、Ta和Ce)亏损,以及明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.48-0.68)的特征,与岛弧环境岩浆岩相似。以上研究结果表明,佳木斯-兴凯地块西缘由被动大陆边缘向活动大陆边缘的转换发生在晚石炭世到晚二叠世期间,岛弧岩浆作用发生在晚二叠世晚期。结合西缘大量250-278 Ma岛弧岩浆岩的研究,本文识别出沿佳木斯-兴凯地块西缘分布的晚二叠世岛弧岩浆岩带。综合以上的研究内容,并结合前人对那丹哈达增生杂岩和吉黑高压变质带的研究,本文重建出吉黑东部地区晚古生代时期古大洋体系的构造转换和演化历史:(1)晚泥盆世-晚石炭世,佳木斯-兴凯地块作为中亚造山带东缘的一部分,主要受古亚洲洋构造体制俯冲/闭合的影响,在吉黑东部地区初步形成弧后扩张环境,到了晚石炭世,由于蒙古-鄂霍茨克洋或泛大洋(古太平洋的前身)的俯冲,佳木斯-兴凯地块东缘由被动陆缘向活动陆缘转换,在早二叠世发生大规模岛弧岩浆作用,并进一步为佳木斯-兴凯西缘的弧后扩张环境叠加提供原始驱动力,导致扩张加剧,进而黑龙江洋打开,佳木斯-兴凯地块与松辽地块分离,向东飘移;(2)晚石炭世-晚二叠世,由于黑龙江洋的俯冲,佳木斯-兴凯地块西缘发生被动大陆边缘向活动大陆边缘的转化,晚二叠世发生大规模岛弧岩浆作用;(3)到了晚三叠世,由于古太平洋板块在佳木斯-兴凯地块东缘的西向俯冲,形成那丹哈达增生杂岩带,黑龙江洋在此期间逐渐闭合消失,在古太平洋俯冲和黑龙江洋闭合的共同作用下,佳木斯-兴凯地块与松辽地块重新拼合,吉黑高压变质带最终就位,吉黑东部地区完成了由古亚洲洋到古太平洋的构造体制转换。
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