佳木斯地块东缘二叠纪俯冲洋壳的发现及意义

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研究区位于我国黑龙江省东部,北隔黑龙江,东隔乌苏里江与俄罗斯接壤。区域构造上,该区以北北东向展布的同江-密山断裂为界划分为佳木斯地块和完达山(或那丹哈达)增生杂岩两个构造单元。佳木斯地块西以牡丹江-嘉荫断裂为界与松嫩地块相邻,北与俄罗斯境内的布列亚地块相连,统称为“布列亚-佳木斯地块”。完达山(或那丹哈达)增生杂岩为东侧俄罗斯境内锡霍特-阿林中生代增生杂岩的一部分。由于佳木斯地块位于中亚构造带最东端,东邻西太平洋大陆边缘,其大地构造意义一直为人们所关注。本文以佳木斯地块东缘发现的二叠纪俯冲增生杂岩为重点,在野外地质调查基础上,对相关岩石样品进行了岩石学、地球化学及LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学等研究,并结合前人资料的分析,对佳木斯地块东缘二叠纪-早中生代的构造演化提出了新的认识。本文分析的岩石样品均采自佳木斯地块以东地区,采样位置分别位于北部的同江勤得利、中部的红旗岭-石场和南部的蛤蟆通-跃进山-东方红等地。这些地区出露的岩石以往均被划归中生代增生杂岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试结果表明,上述三个地区出露的玄武岩锆石年龄均介于278-257 Ma之间,对应的地质时代为二叠纪。地球化学分析结果显示,三地的玄武岩总体地化组成特征类似,均以相对富碱,贫MgO,富集大离子亲石元素Sr和Ba为特征。其中,北部勤得利地区的样品多具有E-MORB特征,部分样品高场强元素Nb和Ta亏损,且TiO2含量小于1.55%,不同于典型的MORB;中部石场地区的玄武岩具有E-MORB特征;南部蛤蟆通和东方红地区的玄武岩均遭受了强烈变形和低级变质,它们多数具有E-MORB特征,部分与N-MORB相似。这些玄武岩部分枕状构造保存完好,产状上与硅质岩、泥岩及大理岩等紧密伴生,表明这是一套具有洋壳特点的岩石组合。在中部石场地区发现一套出露厚度大于10m的砾岩,砾石成分主要为玄武岩和少量硅质岩,砾岩之上为一套整合的黄绿色粉砂岩。砾岩中的玄武岩砾石锆石年龄为268-252 Ma,与区域上获得的二叠纪玄武岩年龄一致,说明这套砾岩-粉砂岩是二叠纪玄武岩隆升剥蚀后的产物;砾岩胶结物和粉砂岩中的碎屑锆石测年结果显示,年龄集中为四组:分别为232-216 Ma、269-250 Ma、522-494 Ma和>800 Ma。后两组年龄在佳木斯地块变质结晶基底中普遍存在;269-250 Ma是佳木斯东缘二叠纪火山岩和二叠纪玄武岩的年龄;前者作为最小年龄组,虽然目前尚不清楚这些锆石的来源,但大致可将这一组最小年龄视为这套砾岩-粉砂岩的沉积时代下限,即中三叠世之后。根据区域地质对比,佳木斯地块普遍缺失三叠纪沉积,但在其东缘广泛发育有晚三叠世海陆交互相地层(南双鸭山组),据此推测这套砾岩-粉砂岩的沉积时代为晚三叠世,与南双鸭山组相当。区域上,南双鸭山组角度不整合在二叠纪花岗岩之上,该组以东地区广泛分布有硅质岩及泥质硅质岩等,其中所含放射虫化石时代为中三叠世-中侏罗世。以往的研究均将其作为大洋深海沉积。本文对北部勤得利和中部石场等地区硅质岩的物源分析结果显示,这些硅质岩属于纯硅质岩范围,SiO2含量介于91.0099.80 wt.%,但普遍具有较高的Al2O3和TiO2含量,且CaO和Fe2O3的含量相对偏低;岩石矿物组合及主微量元素判别图解显示其形成于大陆边缘沉积环境。部分硅质岩中含有数量不等的碎屑锆石也进一步支持其形成于大陆边缘环境。研究证据充分说明,佳木斯地块以东地区在二叠纪期间(278-257Ma)存在洋脊扩张,同时在地块东缘存在洋壳的向西俯冲与增生作用。这一进展不但为合理解释佳木斯东缘二叠纪岩浆弧的成因提供了直接的地质证据,同时也进一步证明,所谓的完达山(那丹哈达)杂岩并非都由中生代杂岩所组成。晚三叠世砾岩-粉砂岩不整合在佳木斯地块及二叠纪玄武岩之上,其中的碎屑锆石年龄显示其沉积物源主要来自佳木斯地块和二叠纪玄武岩。这些证据充分说明,以二叠纪洋壳组合为主的俯冲增生杂岩在晚三叠世前已经增生就位在佳木斯东缘,成为佳木斯地块东缘的组成部分。鉴于佳木斯地块东缘缺失早-中三叠世沉积,说明当时的俯冲增生作用已经停止,处于构造隆升剥蚀阶段;晚三叠世转为被动大陆边缘沉积环境。根据构造变形样式和深部地球物理证据,中生代杂岩由一系列向西逆冲推覆的岩片构成,以杂岩西部紧邻佳木斯地块分布的硅质岩-泥质硅质岩中普遍发育有尖棱褶皱构造为特点。大地电磁测深剖面结果揭示,以高阻为特征的中生代杂岩层状分布,厚度小于2km,之下存在向东低角度倾斜的电性界面。由此表明,二叠纪俯冲增生杂岩大面积被后期逆冲岩片所掩盖,本文研究的三个俯冲增生杂岩出露区是后期剥蚀作用形成的“构造窗”。这套中生代杂岩中最新的化石时代及枕状玄武岩的最新年龄(167 Ma)均为中侏罗世,说明逆冲构造发生在中侏罗世之后;结合区域动力学背景,127-85 Ma期间该区处于古大洋板块快速斜俯冲挤压环境,因此推测逆冲推覆作用可能发生在早白垩世晚期到晚白垩世初期。
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