遼西醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖演化的40Ar/39Ar年代學(xué)制約

張必龍, 朱 光, 陳 印, 謝成龍

(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009)

0 引 言

遼西醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖位于華北克拉通北緣燕山構(gòu)造帶的東端, 處于郯廬斷裂帶西側(cè), 整體呈NNE向展布。近年來(lái)該核雜巖已成為研究華北克拉通破壞與巖石圈減薄的重點(diǎn)區(qū)域之一, 并取得了一定的認(rèn)識(shí)[1?9], 但仍存在一些爭(zhēng)論。馬寅生等[1]最早認(rèn)為它是一個(gè)具有對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)的早白堊世核雜巖,其拆離剪切帶圍繞核部醫(yī)巫閭山巖體分布, 但缺乏詳細(xì)的幾何分析與年代學(xué)證據(jù)。孟憲剛等[10]和朱大崗等[11?12]持有相似的觀(guān)點(diǎn), 并指出其拆離滑脫帶具有導(dǎo)礦、控礦作用。Darby et al.[3]則指出位于西側(cè)的孫家灣-稍戶(hù)營(yíng)子斷裂才是核雜巖的拆離斷層, 其下盤(pán)糜棱巖黑云母40Ar/39Ar 年齡分別為(127±3) Ma和(116±2) Ma[2], 顯示形成于早白堊世, 并稱(chēng)之為瓦子峪變質(zhì)核雜巖。筆者近幾年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn), 醫(yī)巫閭山地區(qū)中生代時(shí)經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)[7]。晚侏羅世時(shí)(157～147 Ma), 該區(qū)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)伸展變形,并圍繞著核部醫(yī)巫閭山巖體周緣發(fā)育環(huán)形韌性剪切帶, 具有與核雜巖相似的構(gòu)造特征；晚侏羅—早白堊世之交, 受燕山運(yùn)動(dòng) B幕影響, 核雜巖可能經(jīng)歷了短暫的擠壓活動(dòng)；早白堊世時(shí)進(jìn)入華北克拉通破壞的峰期階段, 在區(qū)域 NWW-SEE拉伸下, 發(fā)育了瓦子峪拆離帶及相應(yīng)核雜巖構(gòu)造[3]。其中關(guān)于早期伸展活動(dòng)的認(rèn)識(shí)還存在不同的爭(zhēng)議。部分學(xué)者根據(jù)晚侏羅世巖體與圍巖的接觸變形特征, 同樣認(rèn)為與伸展作用有關(guān)[13], 同時(shí)核部醫(yī)巫閭山巖體的地球化學(xué)證據(jù)也支持該觀(guān)點(diǎn)[4]。但Lin et al.[8]近來(lái)研究認(rèn)為這是一期擠壓事件, 依據(jù)40Ar/39Ar年齡的統(tǒng)計(jì)結(jié)果解釋其活動(dòng)時(shí)間為151～137 Ma (峰期為141 Ma), 后期伸展拆離發(fā)生在129～97 Ma (峰期為128～126 Ma),并指出早期擠壓事件可以與云蒙山地區(qū)向南運(yùn)動(dòng)的四合堂推覆體相對(duì)比[14]。關(guān)于醫(yī)巫閭山地區(qū)早期事件屬于伸展還是擠壓的討論, 詳見(jiàn)文獻(xiàn)[7?8]。

大陸伸展構(gòu)造中熱年代學(xué)的應(yīng)用可以很好地了解核雜巖下盤(pán)中地殼巖石的構(gòu)造演化過(guò)程[15?18]。雖然前人報(bào)道了一些40Ar/39Ar年代學(xué)成果[2,8], 也探討了醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖的冷卻史, 但該核雜巖經(jīng)歷過(guò)多期變形事件疊加, 綜合所有年齡擬合的單一冷卻曲線(xiàn)并不能真實(shí)反映其復(fù)雜的剝露過(guò)程, 因?yàn)楹穗s巖不同部位的抬升史可能是不同的[15,19]。本文通過(guò)選取核雜巖不同部位經(jīng)歷不同期次伸展變形巖石中的一系列單礦物進(jìn)行40Ar/39Ar年代學(xué)測(cè)試, 再結(jié)合前人的鋯石U-Pb、40Ar/39Ar及裂變徑跡年代學(xué)成果, 綜合分析核雜巖演化的具體過(guò)程, 并為早期晚侏羅世伸展活動(dòng)提供佐證, 這對(duì)華北克拉通巖石圈減薄起始時(shí)間的確定具有重要的意義。

1 核雜巖概況

醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖主要由核部太古代變質(zhì)基底、晚侏羅—早白堊世巖體和周緣中元古代長(zhǎng)城系蓋層、中生代陸相斷陷盆地組成(圖1)。其中太古代高級(jí)變質(zhì)基底呈NNE向展布, 主要包括兩套巖性。上部以云母片巖為主, 夾黑云石英片巖、黑云斜長(zhǎng)變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖等, 變質(zhì)程度達(dá)角閃巖相,主體為副變質(zhì)巖。下部主要由黑云斜長(zhǎng)片麻巖、長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖等角閃巖相變質(zhì)巖組成, 主體為正變質(zhì)巖, 無(wú)混合巖出露。侵位于這些雜巖中的巖體主要有兩個(gè)時(shí)代, 包括晚侏羅世的醫(yī)巫閭山巖基、尖砬子巖體以及早白堊世的石山巖體等。其中醫(yī)巫閭山巖基規(guī)模最大, 為一個(gè)復(fù)式巖體, 主要由花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、白云母花崗巖組成。其西側(cè)出露尖砬子二長(zhǎng)花崗巖體。前人報(bào)道了醫(yī)巫閭山巖基的鋯石 LA-ICPMS年齡為(153±2) Ma和(163±3) Ma[20], SHRIMP 年齡為(153±5) Ma、(159±4)Ma和(163±4) Ma[4,21], 以及 SIMS 年齡為(160±2)Ma[8]；尖砬子巖體的鋯石LA-ICPMS 年齡為(154±2)Ma[20]。而位于南側(cè)的石山花崗巖體鋯石 LA-ICPMS年齡為(123±3) Ma[20], 北側(cè)大石頭溝黑云母花崗巖體的鋯石SHRIMP 年齡為(124±1) Ma[22]。基底周緣局部殘留長(zhǎng)城系蓋層, 巖性主體為未變質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r和石英砂巖, 但底部出現(xiàn)板巖、淺變質(zhì)砂巖等。核雜巖東側(cè)被第四系大面積覆蓋, 僅東北側(cè)局部殘留白堊系, 西側(cè)上覆阜新-義縣陸相斷陷盆地。盆地地表出露下白堊統(tǒng)義縣組火山巖、九佛堂組、沙海組和阜新組砂、礫巖及上白堊統(tǒng)孫家灣組紅層和大興莊組火山巖。其中義縣組火山巖主要形成于130～119 Ma 間[23?26]。

圖1 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)Darby et al.[3]修改)Fig.1 Structural sketch map of Yiwulüshan metamorphic core complex (after Darby et al.[3])

醫(yī)巫閭山核雜巖共經(jīng)歷了兩階段伸展活動(dòng), 早期伸展形成環(huán)繞醫(yī)巫閭山巖體展布的韌性剪切帶,稱(chēng)為醫(yī)巫閭山剪切帶(圖 1)[7], 并且其附近的上、下盤(pán)也一起卷入了塑性變形。醫(yī)巫閭山剪切帶主要疊加在太古代高級(jí)變質(zhì)基底上, 局部出現(xiàn)在變質(zhì)基底或蓋層與巖體接觸帶上。其東、南側(cè)剪切帶產(chǎn)狀主要向東和向南緩傾, 出露較寬；北側(cè)和西側(cè)剪切帶則主要向北或北西陡傾, 出露較窄。該剪切帶發(fā)育的礦物拉伸線(xiàn)理產(chǎn)狀基本一致, 呈NNE-SSW向。剪切帶上、下盤(pán)變質(zhì)巖及長(zhǎng)城系蓋層底部由于都遭受了這期韌性變形同樣普遍發(fā)育 NNE-SSW 向礦物拉伸線(xiàn)理。野外與顯微構(gòu)造顯示該剪切帶及卷入變形的上、下盤(pán)都具有一致的上盤(pán)向 SSW 方向的運(yùn)動(dòng),說(shuō)明醫(yī)巫閭山剪切帶形成之初產(chǎn)狀平緩, 現(xiàn)今這種樣式是由后期隆升造成的。在該剪切帶及其下盤(pán)變質(zhì)雜巖內(nèi)侵入了大量不同變形樣式的同構(gòu)造巖脈,這些巖脈的鋯石 U-Pb定年結(jié)果限定該期伸展變形時(shí)間在157～147 Ma間[7]。在這期伸展活動(dòng)之后, 研究區(qū)經(jīng)歷了短暫的燕山B幕擠壓活動(dòng)[27], 北側(cè)發(fā)育的多條 NE向逆沖斷層可能為該期變形的產(chǎn)物[28]。隨著早白堊世華北克拉通大規(guī)模伸展活動(dòng)的開(kāi)始,在區(qū)域 NWW-SEE拉伸背景下[29], 區(qū)內(nèi)變質(zhì)基底西緣發(fā)育了瓦子峪拆離帶[2?3], 控制了阜新-義縣上疊盆地內(nèi)下白堊統(tǒng)沉積。瓦子峪剪切帶總體呈NNE向展布, 低角度傾向北西, 發(fā)育波瓦狀褶皺, 它切割了早期醫(yī)巫閭山剪切帶, 造成后者現(xiàn)今呈不完整的環(huán)形帶(圖1)。但其北段本身又被后期控制孫家灣組沉積的高角度孫家灣-稍戶(hù)營(yíng)子斷裂切割(該斷裂并非核雜巖的拆離斷層), 而南段與上疊盆地內(nèi)義縣組之間的接觸界線(xiàn)被第四系覆蓋, 無(wú)法觀(guān)測(cè)到拆離斷層及相應(yīng)構(gòu)造巖系列。瓦子峪剪切帶的礦物拉伸線(xiàn)理普遍向NWW緩傾, 具有一致的上盤(pán)向NWW方向的運(yùn)動(dòng), 指示與晚侏羅世伸展方向近垂直。在這早、晚兩期剪切帶變形的過(guò)渡區(qū)域中, 當(dāng)靠近晚期瓦子峪剪切帶時(shí), 礦物線(xiàn)理主要轉(zhuǎn)向 NWW 傾伏,而遠(yuǎn)離時(shí)又恢復(fù)為與醫(yī)巫閭山剪切帶相一致的NNE-SSW向線(xiàn)理。依據(jù)這種組構(gòu)變化, 大致劃分出兩期變形的界線(xiàn)(圖1)。

2 40Ar/39Ar年代學(xué)

2.1 樣品描述

為了確定醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖兩期伸展的具體演化過(guò)程, 工作中選取早、晚兩期韌性剪切帶及卷入剪切帶變形的片巖、片麻巖中一系列的單礦物進(jìn)行了40Ar/39Ar年代學(xué)測(cè)試。

從早期醫(yī)巫閭山剪切帶及上、下盤(pán)卷入變形的變質(zhì)巖與小巖體中分別采集了4件糜棱巖或初糜棱巖和 3件片麻巖、片巖樣品, 它們都發(fā)育產(chǎn)狀相似的變形組構(gòu), 具有上盤(pán)向SSW的運(yùn)動(dòng)學(xué)指向。其中樣品 LN27采自侵入核部片麻巖中的灰色片麻狀小型二云花崗閃長(zhǎng)巖體(圖 2a), 其鋯石 U-Pb年齡為(159.8±1.5) Ma (待發(fā)表), 組成礦物包括斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、白云母、黑云母和角閃石。樣品LN22采自東側(cè)醫(yī)巫閭山巖基與剪切帶之間的暗色片麻巖,其礦物組成為角閃石、石英、斜長(zhǎng)石及少量鉀長(zhǎng)石、綠簾石(圖 3a), 少數(shù)角閃石退變?yōu)榫G簾石。樣品DL77為東側(cè)剪切帶中暗色糜棱巖(圖2b), 組成礦物包括長(zhǎng)石、石英、白云母、黑云母、角閃石和綠簾石, 云母包括殘斑和動(dòng)態(tài)重結(jié)晶兩種, 無(wú)明顯蝕變。樣品 SL96采自侵位于早期剪切帶南段中的部分置換花崗巖脈, 脈體斜切剪切帶面理, 強(qiáng)烈糜棱巖化,其礦物組成為石英、長(zhǎng)石、白云母和綠簾石。樣品SL93為上點(diǎn)旁側(cè)剪切帶中灰色糜棱巖, 組成礦物包括長(zhǎng)石、石英、角閃石、黑云母和綠簾石(圖3b), 黑云母包括殘斑和動(dòng)態(tài)重結(jié)晶兩種, 部分有蝕變現(xiàn)象。樣品 DL92采自西段剪切帶內(nèi)暗色角閃巖包體(圖2c), 糜棱巖化, 主要由普通角閃石組成, 部分退變?yōu)榫G簾石。樣品YW37采自靠近西側(cè)早期剪切帶上盤(pán)中糜棱巖化云母片巖, 主要由長(zhǎng)石、石英、白云母、黑云母、角閃石和綠簾石礦物組成(圖3c)。

從晚期瓦子峪剪切帶及下盤(pán)卷入變形的片巖中分別采集了 2個(gè)糜棱巖和 3個(gè)片巖樣品。其中, 樣品 LN13為瓦子峪鎮(zhèn)北部剪切帶中的含白云母糜棱巖, 組成礦物包括石英、長(zhǎng)石、白云母和綠簾石。樣品DL112為含黑云母糜棱巖, 位于尖砬子巖體西側(cè)(圖2e), 組成礦物包括石英、長(zhǎng)石、黑云母、角閃石和綠簾石(圖3d)。樣品YW41為剪切帶下盤(pán)附近的糜棱巖化黑云母片巖(圖2f), 其礦物組成為石英、黑云母、長(zhǎng)石、角閃石和綠簾石, 黑云母包括殘斑和動(dòng)態(tài)重結(jié)晶兩種, 無(wú)明顯蝕變。上述 3個(gè)樣品都發(fā)育晚期 NWW-SEE向礦物線(xiàn)理, 顯示遭受晚期剪切變形。樣品SL119和SL121采自稍戶(hù)營(yíng)子鎮(zhèn)東側(cè)的糜棱巖化云母片巖(圖 2d), 兩者相距 30 m左右,處于早、晚兩期剪切變形的分界線(xiàn)處。2個(gè)樣品組成礦物基本相同, 包括長(zhǎng)石、石英、白云母、黑云母、方解石和少量綠簾石。

圖2 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖不同部位40Ar/39Ar定年樣品的野外照片F(xiàn)ig.2 Outcrop photographics for 40Ar/39Ar dating sample in different areas of the Yiwulüshan metamorphic core complex

顯微鏡下鑒定顯示, 早期醫(yī)巫閭山剪切帶糜棱巖測(cè)年樣品中石英和長(zhǎng)石普遍呈現(xiàn)強(qiáng)烈的晶質(zhì)塑性變形特征(表1)。其中石英廣泛發(fā)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶, 顆粒邊界呈舌狀、鑲嵌狀, 大多數(shù)呈現(xiàn)為顆粒邊界遷移型(GBM)；長(zhǎng)石大部分還保留有殘斑特征, 許多重結(jié)晶的細(xì)粒長(zhǎng)石圍繞著殘斑周緣分布或出現(xiàn)在基質(zhì)中, 表現(xiàn)為嵌入型重結(jié)晶為主(BLG), 兩者共同指示了約550～600 ℃的變形溫度[30?32]。這種變形現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在剪切帶其他糜棱巖樣品中[7]。晚期瓦子峪剪切帶糜棱巖樣品中石英和長(zhǎng)石同樣發(fā)生了動(dòng)態(tài)重結(jié)晶, 其中石英以亞顆粒旋轉(zhuǎn)(SR)或與顆粒邊界遷移型(GBM)共存為主, 長(zhǎng)石被塑性拉長(zhǎng), 多數(shù)以嵌入型重結(jié)晶為主(BLG), 它們共同指示 450～550℃的變形溫度。因此, 瓦子峪剪切帶的峰期變形溫度僅比醫(yī)巫閭山剪切帶的變形溫度低50～100, ℃說(shuō)明西側(cè)雜巖在瓦子峪剪切發(fā)育之前(晚侏羅世)抬升幅度很小, 兩者起源深度相近, 前者形成之時(shí)切割了后者的西南段。這一推斷也被本次40Ar/39Ar年齡值特征所佐證。

2.2 測(cè)試方法

將野外采集的新鮮樣品通過(guò)浮選、磁選等多種程序分選出粒徑大于100 μm的角閃石、白云母和黑云母單礦物, 然后在雙目鏡下進(jìn)行手工提純, 剔除蝕變礦物。年齡測(cè)試工作在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所40Ar-39Ar年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。照射工作在中國(guó)原子能科學(xué)研究院的“游泳池堆”中進(jìn)行, 使用B4孔道, 中子流密度約為 2.60×1013n/(cm2·S), 累計(jì)中子通量為 4.49×1018n/cm2。同期接受中子照射的還有用作監(jiān)控樣的標(biāo)準(zhǔn)樣: ZBH-25黑云母標(biāo)樣, 其標(biāo)準(zhǔn)年齡為(132.7±1.2) Ma, 鉀含量為7.6%。質(zhì)譜分析在多接收稀有氣體質(zhì)譜儀 Helix MC上進(jìn)行, 每個(gè)峰值均采集20組數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)在回歸到時(shí)間零點(diǎn)值后再進(jìn)行質(zhì)量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正。中子照射過(guò)程中所產(chǎn)生的干擾同位素校正系數(shù)通過(guò)分析照射過(guò)的 K2SO4和 CaF2來(lái)獲得, 其值為：(36Ar/37Ar)Ca=0.0002389,(40Ar/39Ar)K=0.004782, (39Ar/37Ar)Ca=0.000806。37Ar經(jīng)過(guò)放射性衰變校正,40K 衰變常數(shù) λ＝5.543×10-10/a, 坪年齡誤差為 1σ。具體儀器參數(shù)和分析過(guò)程詳見(jiàn)陳文等[33]。坪年齡計(jì)算與等時(shí)線(xiàn)處理采用Isoplot 3.23 程序, 具體 Ar同位素分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2,40Ar-39Ar年齡譜與反等時(shí)線(xiàn)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖3 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖部分定年樣品顯微照片F(xiàn)ig.3 Photomicrographics for some dating sample from the Yiwulüshan metamorphic core complex

表1 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖糜棱巖樣品顯微鏡鑒定結(jié)果Table 1 Results of microscopic identification for mylonites from the Yiwulüshan metamorphic core complex

表2 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖不同部位角閃石、白云母和黑云母40Ar/39Ar分析結(jié)果Table 2 40Ar/39Ar isotopic analyses on hornblende, muscovite and biotite in different areas of the Yiwulüshan metamorphic core complex

(續(xù)表 2)

(續(xù)表 2)

(續(xù)表 2)

圖4 醫(yī)巫閭山剪切帶及其上、下盤(pán)單礦物40Ar/39Ar年齡譜和反等時(shí)線(xiàn)圖Fig.4 40Ar/39Ar age spectra and inverse isochron plots for minerals from Yiwulüshan shear zone and its upper plate and lower plate

圖5 瓦子峪剪切帶及其下盤(pán)單礦物40Ar/39Ar年齡譜和反等時(shí)線(xiàn)圖Fig.5 40Ar/39Ar age spectra and inverse isochron plots for minerals from Waziyu shear zone and its lower plate

2.3 分析結(jié)果

早期醫(yī)巫閭山剪切帶東段中糜棱巖DL77黑云母沒(méi)有形成年齡坪, 其年齡譜中間呈現(xiàn)輕微下凹,顯示受雜質(zhì)或蝕變影響擾動(dòng)。選取其中相近的5個(gè)溫階視年齡(6～10溫階,39Ar釋放量為 58%)計(jì)算得到加權(quán)平均年齡為(150.0±1.5) Ma, 反等時(shí)線(xiàn)年齡為(151.6±6.5) Ma, 兩者在誤差范圍內(nèi)一致,40Ar/36Ar初始比值(294±10)與現(xiàn)今大氣氬標(biāo)準(zhǔn)值(295±5)相吻合, 說(shuō)明該年齡值與實(shí)際值較接近。在該點(diǎn)北側(cè)附近的下盤(pán)片麻巖 LN22中角閃石的坪年齡為(158.8±1.1) Ma (6～9溫階,39Ar釋放量為72%), 相應(yīng)的反等時(shí)線(xiàn)年齡為(158.1±3.4) Ma, 兩者在誤差范圍內(nèi)一致。南側(cè)剪切帶中糜棱巖化花崗巖脈 SL96中白云母的坪年齡為(132.5±0.9) Ma (2～10溫階,39Ar釋放量為99%), 反等時(shí)線(xiàn)年齡為(131.9±1.4) Ma,40Ar/36Ar初始比值(301±6)在誤差范圍內(nèi)與現(xiàn)今大氣氬標(biāo)準(zhǔn)值吻合, 坪年齡、反等時(shí)線(xiàn)年齡與總氣體年齡(132.2±1.4) Ma三者在誤差范圍內(nèi)相互一致。該點(diǎn)東南側(cè)附近的糜棱巖 SL93黑云母年齡譜中間出現(xiàn)下凹, 沒(méi)有構(gòu)成有效坪年齡, 樣品蝕變現(xiàn)象顯示后期遭受構(gòu)造熱事件影響, 排除低溫和高溫階段異常年齡(與核反沖有關(guān)), 年齡譜中的最小年齡112 Ma代表了后期事件的最大年齡；其 7～9高溫加熱階段視年齡的加權(quán)平均年齡為(116.5±0.9) Ma (39Ar釋放量為35%), 接近于早期事件實(shí)際值。核部片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖 LN27中白云母的坪年齡為(139.2±0.9) Ma(3～8溫階,39Ar釋放量為 92%), 反等時(shí)線(xiàn)年齡為(138.8±2.0) Ma, 坪年齡、反等時(shí)線(xiàn)年齡與總氣體年齡(139.6±1.4) Ma三者在誤差范圍內(nèi)相互一致。該樣中黑云母的坪年齡為(138.9±0.8) Ma (2～9溫階,39Ar釋放量為 96%), 反等時(shí)線(xiàn)年齡為(139.5±1.9) Ma,40Ar/36Ar初始比值為289±12, 在誤差范圍內(nèi)與現(xiàn)今大氣氬標(biāo)準(zhǔn)值吻合, 坪年齡、反等時(shí)線(xiàn)年齡與總氣體年齡(139.2±1.4) Ma三者在誤差范圍內(nèi)相互一致。醫(yī)巫閭山剪切帶東段糜棱巖 DL92中角閃石的坪年齡為(129.1±0.9) Ma (6～9溫階,39Ar釋放量為78%),反等時(shí)線(xiàn)年齡為(132.6±2.6) Ma, 兩者與總氣體年齡(129.6±1.4) Ma在誤差范圍內(nèi)一致。西北側(cè)靠近醫(yī)巫閭山剪切帶的二云母片巖YW37中白云母的坪年齡為(128.5±0.9) Ma (3～6溫階,39Ar釋放量為97%),反等時(shí)線(xiàn)年齡為(128.6±1.9) Ma, 兩者與總氣體年齡(128.1±1.2) Ma在誤差范圍內(nèi)相互一致。該樣中黑云母的坪年齡為(125.0±0.8) Ma (2～11溫階,39Ar釋放量為 99.8%), 反等時(shí)線(xiàn)年齡為(125.3±1.3) Ma,40Ar/36Ar初始比值(287±10)在誤差范圍內(nèi)與現(xiàn)今大氣氬標(biāo)準(zhǔn)值吻合, 坪年齡、反等時(shí)線(xiàn)年齡與總氣體年齡(124.9±1.2) Ma三者在誤差范圍內(nèi)相互一致。

晚期瓦子峪剪切帶中段糜棱巖 LN13中白云母的坪年齡為(125.7±0.8) Ma (4～10溫階,39Ar釋放量為85%), 相應(yīng)的反等時(shí)線(xiàn)年齡為(123.8±2.3) Ma, 坪年齡、反等時(shí)線(xiàn)年齡與總氣體年齡(126.2±1.2) Ma三者在誤差范圍內(nèi)相互一致。糜棱巖DL112黑云母年齡譜中間出現(xiàn)輕微下凹, 未形成有效坪年齡, 同樣顯示遭受后期構(gòu)造熱事件影響, 其最小年齡 108 Ma代表了后期事件的最大年齡；其8～11高溫加熱階段視年齡的加權(quán)平均年齡為(117.0±0.9) Ma (39Ar釋放量為42%), 接近于早期事件實(shí)際年齡。下盤(pán)黑云母片巖YW41中黑云母的坪年齡為(116.2±0.7) Ma(2～10溫階,39Ar釋放量為 85%), 反等時(shí)線(xiàn)年齡為(116.3±1.4) Ma, 總氣體年齡為(116.5±1.1) Ma, 三者在誤差范圍內(nèi)一致。其40Ar/36Ar初始比值(295.6±6.7)與現(xiàn)今大氣氬標(biāo)準(zhǔn)值一致。位于早晚兩期變形過(guò)渡區(qū)的糜棱巖化云母片巖SL119和SL121分別給出白云母的坪年齡為(125.6±0.8) Ma (3～10溫階,39Ar釋放量為 97%)和(124.4±0.8) Ma (4～9 溫階,39Ar釋放量為 91%), 對(duì)應(yīng)的反等時(shí)線(xiàn)年齡為(125.1±1.5)Ma和(124.2±1.3) Ma, 它們的坪年齡、反等時(shí)線(xiàn)年齡在誤差范圍內(nèi)與總氣體年齡((125.1±1.2) Ma、(124.8±1.2) Ma)相互一致。

3 地質(zhì)意義

3.1 年齡解釋

本次從該核雜巖中共獲得了 14個(gè)單礦物40Ar/39Ar年齡值, 介于159～116 Ma之間, 年齡值跨度較大(圖 6)。前人也曾報(bào)道過(guò)一批40Ar/39Ar年齡值為153～116 Ma[3,35],年齡同樣變化較大, 可惜沒(méi)有給出具體測(cè)試數(shù)據(jù)與詳細(xì)解釋。此次獲得的這些年齡在空間分布上總體呈現(xiàn)出從東向西逐漸變年輕的趨勢(shì), 如角閃石: 159 Ma (LN22) → 129 Ma (DL92),白云母: 139 Ma (LN27) → 126 Ma (LN13), 黑云母:139 Ma (LN27) → 116 Ma (YW41)等。這種變化規(guī)律在Lin et al.[8]最新發(fā)表的40Ar/39Ar年齡數(shù)據(jù)中同樣出現(xiàn)(圖6)。角閃石、白云母和黑云母的封閉溫度分別為(500±50) ℃、(350±50) ℃、(300±50) ℃[36?38]。而瓦子峪剪切帶和醫(yī)巫閭山剪切帶的(峰期)變形溫度都在 500 ℃左右及以上[7], 超過(guò)了這些單礦物的封閉溫度。因此, 所獲得坪年齡分別代表它們各自冷卻(抬升)至相應(yīng)封閉溫度等溫面的時(shí)間, 皆屬于冷卻年齡。醫(yī)巫閭山剪切帶下盤(pán)片麻巖中獲得角閃石(LN22)年齡為(159±1) Ma, 參照糜棱巖黑云母(DL77)的加權(quán)平均年齡為(150±2) Ma, 表明區(qū)內(nèi)早期伸展構(gòu)造活動(dòng)已經(jīng)從159 Ma開(kāi)始, 與張必龍等[7]對(duì)侵入于醫(yī)巫閭山剪切帶及其下盤(pán)中的同構(gòu)造巖脈限定的變形時(shí)間基本吻合(157～147 Ma)。而從西側(cè)早期醫(yī)巫閭山剪切帶及其相鄰變形帶中獲得的單礦物40Ar/39Ar年齡介于129～125 Ma, 西部晚期瓦子峪剪切帶及其下盤(pán)變形帶中獲得的單礦物40Ar/39Ar年齡介于 126～116 Ma之間, 兩組西側(cè)年齡值都集中在早白堊世。構(gòu)造分析顯示, 疊加在核雜巖西側(cè)的瓦子峪剪切帶切割了早期醫(yī)巫閭山剪切帶, 它控制了阜新-義縣斷陷盆地下白堊統(tǒng)沉積, 說(shuō)明西側(cè)雜巖直到早白堊世瓦子峪剪切帶強(qiáng)烈伸展運(yùn)動(dòng)時(shí)才開(kāi)始快速隆升, 盆地發(fā)育時(shí)間與西側(cè)雜巖(下盤(pán))的隆升是耦合的, 即西側(cè)雜巖隆升是伴隨著瓦子峪剪切帶活動(dòng)而發(fā)生的。本次測(cè)試的40Ar/39Ar年齡數(shù)據(jù)中,許多樣品年齡譜中間出現(xiàn)下凹, 說(shuō)明后期還遭受構(gòu)造熱事件影響, Lin et al.[8]還獲得黑云母最小坪年齡97 Ma, 這些暗示瓦子峪剪切帶伸展可能是脈動(dòng)式活動(dòng)的。

3.2 核雜巖的冷卻史

圖6 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖中同位素年齡分布圖Fig.6 Isotopic dating location and age distribution for the Yiwulüshan metamorphic core complex

由于醫(yī)巫閭山核雜巖整體不具有一致的隆升過(guò)程, 因此不能簡(jiǎn)單地?cái)M合出核雜巖總的冷卻曲線(xiàn)。但根據(jù)年齡分布規(guī)律, 結(jié)合前人的鋯石U-Pb定年、裂變徑跡年齡及最新的單礦物40Ar/39Ar年齡成果[2,4,8,20?22,34], 可以構(gòu)筑核雜巖東(圖6中A組)、西(圖6中B組)兩側(cè)大致的冷卻曲線(xiàn)(圖7)。冷卻曲線(xiàn)擬合沒(méi)有使用中間區(qū)域的年齡段。擬合的冷卻路徑顯示, 該核雜巖東、西兩側(cè)冷卻歷史截然不同, 東側(cè)快速抬升時(shí)間大致為163～150 Ma, 對(duì)應(yīng)的冷卻速率大于 20 ℃/Ma, 而西側(cè)快速抬升發(fā)生在 129～125 Ma, 對(duì)應(yīng)冷卻速率大于25 ℃/Ma。這兩次快速冷卻事件可靠地佐證了該核雜巖經(jīng)歷過(guò)兩次構(gòu)造事件,分別為晚侏羅世和早白堊世伸展事件。此次在西側(cè)云母片巖YW37中同時(shí)獲得黑云母和白云母兩個(gè)年齡(125 Ma和 128.5 Ma), 數(shù)據(jù)較好, 兩者相差 3.5 Ma,結(jié)合封閉溫度求得該點(diǎn)的冷卻速率約14 ℃/Ma,小于西側(cè)整體擬合結(jié)果, 這可能與其受瓦子峪剪切帶活動(dòng)影響較弱有關(guān)。

4 討 論

圖7 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖東西兩側(cè)的冷卻曲線(xiàn)(樣點(diǎn)序號(hào)見(jiàn)圖6)Fig.7 Reconstructed cooling history for the eastern and western part of the Yiwulüshan metamorphic core complex

雖然前人曾獲得了區(qū)內(nèi)一些晚侏羅世40Ar/39Ar年齡數(shù)據(jù)[3,35], 但缺乏具體構(gòu)造分析與合理解釋。近來(lái), Lin et al.[8]也報(bào)道了醫(yī)巫閭山核雜巖內(nèi)存在大量早期NE-SW向變形組構(gòu), 但認(rèn)為這是一期擠壓變形,并依據(jù)40Ar/39Ar年齡峰值統(tǒng)計(jì)認(rèn)為其活動(dòng)時(shí)間為151～137 Ma, 峰期為141 Ma。然而, 筆者從早期醫(yī)巫閭山剪切帶變形下盤(pán)中獲得的同構(gòu)造變形巖脈的結(jié)晶年齡為157～149 Ma, 而未變形巖脈最大年齡為147 Ma[7], 說(shuō)明早期變形發(fā)生在147 Ma之前的晚侏羅世。如果該期活動(dòng)屬于上盤(pán)向 SW 逆沖推覆, 那么從北向南核雜巖早期變形帶中40Ar/39Ar年齡會(huì)出現(xiàn)由新到老的變化趨勢(shì)。但綜合分析這些年齡(圖6),并無(wú)這種規(guī)律性變化, 而是總體呈現(xiàn)從東向西年輕化趨勢(shì), 與兩期伸展事件符合。因此, 大量的40Ar/39Ar年齡所顯示的分布性規(guī)律不支持早期變形屬于區(qū)域擠壓的觀(guān)點(diǎn)。值得注意的是, 燕山運(yùn)動(dòng)期間, 燕山構(gòu)造帶東段遼西地區(qū)主體發(fā)育由NW-SE向擠壓形成的大量 NE-SW 向逆斷層與褶皺[39?40], 其運(yùn)動(dòng)學(xué)明顯區(qū)別于醫(yī)巫閭山剪切帶, 也不支持該剪切帶為擠壓成因的觀(guān)點(diǎn)。

醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖東、西兩側(cè)40Ar/39Ar年齡的冷卻路徑揭示, 該核雜巖存在兩期快速冷卻事件,分別發(fā)生在晚侏羅世(163～150 Ma)和早白堊世(129～125 Ma)期間, 也意味著核雜巖經(jīng)歷了兩次伸展活動(dòng)。早期伸展過(guò)程中, 伴隨大規(guī)模巖漿活動(dòng), 發(fā)育了平緩的醫(yī)巫閭山剪切帶。在醫(yī)巫閭山等同構(gòu)造巖體就位之后, 核雜巖進(jìn)入了快速冷卻與隆升階段,隆升中心位于核雜巖東側(cè)。隨著第二次伸展事件的發(fā)生, 約130 Ma時(shí), 核雜巖西側(cè)開(kāi)始快速抬升。期間發(fā)育瓦子峪拆離斷層帶, 記錄了從深部韌性到淺部脆性的遞進(jìn)變形過(guò)程[3]。因此, 早白堊世瓦子峪剪切帶的形成與核雜巖隆升中心從東向西的遷移密切相關(guān), 暗示其可能以滾動(dòng)樞紐方式演化[41?43], 如北美Bitterroot核雜巖就具有相似的年齡分布特征與演化過(guò)程[15,44]。醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖兩期伸展對(duì)應(yīng)的剪切帶形成模式并不一致。早期大規(guī)模的巖漿侵位加熱并逐漸軟化了中、下地殼, 巖石粘度降低, 在NNE-SSW拉伸作用下發(fā)生分散流動(dòng)變形(distributed flow)[45], 類(lèi)似于“渠流”模式(channel flow)[46?48], 并沿著“熱而軟”的下部基底與“冷而硬”的上部塊體之間發(fā)育大型近水平拆離韌性剪切帶, 如北美Shuswap核雜巖和北大別核雜巖都具有相似的演化模式[49?50]。而晚期瓦子峪拆離帶的形成是以滾動(dòng)樞紐模式進(jìn)行, 變形主要集中在剪切帶上。因此, 醫(yī)巫閭山地區(qū)的兩次伸展變形都具有核雜巖的發(fā)育特征,早期應(yīng)屬于未成形的準(zhǔn)核雜巖構(gòu)造[7], 晚期屬于僅發(fā)育單側(cè)剪切帶的不對(duì)稱(chēng)核雜巖[3], 它們共用一個(gè)變質(zhì)核, 形成現(xiàn)今獨(dú)特的伸展構(gòu)造組合。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖中早、晚兩期伸展構(gòu)造中的一系列單礦物40Ar/39Ar年代學(xué)分析, 并結(jié)合前人的年代學(xué)成果, 得到以下認(rèn)識(shí)。

(1)獲得的所有單礦物40Ar/39Ar年齡值介于159～116 Ma間, 年齡跨度大。東、西兩側(cè)年齡分布特征證明核雜巖經(jīng)歷了兩期重要構(gòu)造活動(dòng), 早期構(gòu)造變形已經(jīng)從 159 Ma開(kāi)始, 而晚期伸展活動(dòng)主要發(fā)生在 129～116 Ma。

(2)核雜巖經(jīng)歷了兩次快速冷卻, 分別發(fā)生在晚侏羅世(163～150 Ma, 冷卻速率大于20 ℃/Ma)和早白堊世(129～125 Ma, 冷卻速率大于25 ℃/Ma)期間,與兩期伸展構(gòu)造事件吻合。

(3)40Ar/39Ar年代學(xué)測(cè)試結(jié)果支持醫(yī)巫閭山核雜巖晚侏羅世期間存在地殼伸展活動(dòng), 晚期瓦子峪拆離帶的形成可能以滾動(dòng)樞紐方式演化。

衷心感謝加拿大西安大略大學(xué)地球科學(xué)系姜大志老師在野外構(gòu)造分析中的指導(dǎo)與幫助；感謝合肥工業(yè)大學(xué)鞠林雪、王浩乾等研究生在野外和樣品處理上的幫助。

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