長春-延吉縫合帶：性質(zhì)與意義*

周建波 曹嘉麟 韓偉 李功宇

1. 吉林大學東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 1300262. 吉林大學地球科學學院，長春 1300611.

長春-延吉縫合帶也稱長春-延吉增生雜巖帶，為發(fā)育在佳木斯-興凱地塊與華北板塊之間的增生雜巖帶(圖1, 周建波等, 2013)。長春-延吉增生雜巖帶形成時代與成因目前存在兩種截然相反的觀點。傳統(tǒng)觀點認為是西拉木倫-長春-延吉縫合帶的東段，為古生代古亞洲洋閉合的產(chǎn)物(Li, 2006; Wuetal., 2007)；另一種觀點認為，以開山屯增生雜巖為代表的吉黑東部增生雜巖(邵濟安和唐克東, 1995; 唐克東等, 1995; 唐克東和趙愛林, 2007)，其形成于三疊紀前后興凱地塊與華北板塊之間的拼貼，為古太平洋構(gòu)造活動的增生產(chǎn)物。其與黑龍江藍片巖帶構(gòu)成了巨型吉林-黑龍江高壓變質(zhì)帶(Zhouetal., 2009; Zhou and Li, 2017; 周建波等, 2013)，并記錄了古亞洲洋閉合與環(huán)太平洋構(gòu)造啟動的過程。

需要指出的是，由于長春-延吉縫合帶位于古亞洲洋與環(huán)太平洋兩大構(gòu)造域疊加與轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部位，為古亞洲洋的閉合與環(huán)太平洋板塊俯沖啟動過程研究提供了天然實驗室(Wuetal., 2007; Zhouetal., 2010; 彭玉鯨等, 2012; Zhou and Wilde, 2013, 2014; 郭鋒, 2016)。但直到目前，該縫合帶的組成不清，形成時代有較大爭議，大地構(gòu)造屬性不明確，與古亞洲或古太平洋構(gòu)造的關(guān)系需要進一步證實。因此，本文在已有研究基礎(chǔ)上，針對長春-延吉增生雜巖帶的構(gòu)造單元組成、巖石組合與構(gòu)造組合特征、原巖與變質(zhì)時代及其動力學背景等領(lǐng)域開展進一步探索，研究成果將為古亞洲洋的閉合與環(huán)太平洋板塊俯沖啟動過程的研究提供關(guān)鍵證據(jù)。

1 長春-延吉縫合帶構(gòu)造單元

長春-延吉縫合帶(增生雜巖帶)發(fā)育于佳木斯-興凱地塊與華北板塊之間，自西向東被佳木斯-依蘭斷裂、敦化-密山斷裂和兩江-明月鎮(zhèn)斷裂所分割，主體走向北西，根據(jù)其區(qū)域延伸由西向東分為西部吉林-紅旗嶺、中部樺甸-兩江和東部華集嶺-開山屯三部分。

1.1 吉林-紅旗嶺段

為長春-延吉縫合帶西段，東西兩側(cè)分別為敦化-密山斷裂和佳木斯-伊通斷裂所限，并沿吉林-磐石-紅旗嶺一線呈北西向展布?？p合帶南部為遼源地體，以古生代花崗質(zhì)巖石為主；而縫合線北部為老爺嶺-張廣才嶺巖漿雜巖帶。吉林-紅旗嶺地區(qū)以發(fā)育呼蘭群為代表(Wuetal., 2007)，主要由強變形的長英質(zhì)片麻巖、云母片巖、變輝長巖和大理巖組成，為一系列長英質(zhì)火山巖和沉積巖組成的受到低綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)作用和多期變形作用改造的變質(zhì)巖系(孟繁興, 1992; 郗愛華等, 2006; 劉志宏等, 2016)。野外調(diào)查顯示，大部分地區(qū)的呼蘭群地層層序被嚴重破壞，野外觀察的“層理”實際上是構(gòu)造置換作用形成的構(gòu)造面理，并由一系列相互疊置的構(gòu)造巖片構(gòu)成,具有構(gòu)造混雜巖性質(zhì)(Zhou and Wilde, 2013; 周建波等, 2013)。

在吉林東部石頭口門、煙筒山發(fā)育紅簾石片巖組合(圖2a)，其與強烈韌性變形的綠泥石片巖伴生(圖2b)，代表性的變質(zhì)礦物組合為(圖2c)：石英(75%～80%)+白云母(10%)+紅簾石(<10%)+石榴石(<5%)+長石(<5%)。其中的白云母均為高壓變質(zhì)條件下形成的多硅白云母(Si≥3.305, Caoetal., 2019)，表明該區(qū)巖石曾經(jīng)歷高壓變質(zhì)作用的改造(張春艷等, 2009; Caoetal., 2019)。

圖1 長春-延吉縫合帶構(gòu)造地質(zhì)簡圖，示主要增生雜巖名稱與位置(據(jù)周建波等, 2013)

圖2 長春-延吉縫合帶典型增生雜巖與上覆三疊紀磨拉石組合野外和鏡下照片

1.2 樺甸-兩江段

為長春-延吉縫合帶的中段，東西兩側(cè)分別為兩江-明月鎮(zhèn)斷裂和敦化-密山斷裂所限，沿色洛河-金銀別-兩江呈北西向分布?？p合帶南部為太古代TTG雜巖組成的龍崗地塊，北部則為大面積分布的中生代花崗巖為代表的黃泥嶺巖漿雜巖帶。該地區(qū)以發(fā)育色洛河群為代表，色洛河群出露于吉林省色洛河-兩江一帶，長期以來一直被認為是中新元古代地層。Zhangetal. (2008)和李承東等(2007)曾對色洛河群進行了系統(tǒng)的年代學工作，表明原定義的色洛河群至少由4部分組成：新太古代變質(zhì)火山-沉積地層(鋯石SHRIMP年齡為2517～2534Ma)、晚古生代變質(zhì)火山-沉積地層(英安巖鋯石SHRIMP年齡為252Ma)、二疊紀片麻狀雜巖體(鋯石SHRIMP年齡為260Ma)和侏羅紀糜棱巖化花崗巖(鋯石SHRIMP年齡為168Ma)。作者早期曾對色洛河群進行過系統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查和碩士論文專題研究(周建波, 1991)，表明所謂的色洛河群是由不同時代、不同成因、不同構(gòu)造樣式、不同變質(zhì)程度的沉積巖和糜棱巖化花崗巖所共同構(gòu)成的構(gòu)造混雜巖(周建波等, 2013)。需要指出的是，建組于色洛河一帶的色洛河群主要為一套變質(zhì)火山-沉積巖系，在金銀別-清茶館一帶主要為變質(zhì)碎屑巖-安山巖組合，在板廟子-采熗子一帶主要為變質(zhì)砂巖-板巖組合，海溝-兩江一帶主要為變質(zhì)碎屑巖-大理巖組合。近期年代學測試表明，色洛河群主要為晚古生代-早中生代火山-沉積雜巖系(見表1)，而不是原來定義的中-新元古代地層。同時，所謂的色洛河群巖石多呈構(gòu)造混雜狀分布，并發(fā)生強烈糜棱巖化改造的構(gòu)造混雜巖，野外可見色洛河群呈推覆體或者飛來峰狀，超覆于華北太古代TTG雜巖或者侏羅系含煤地層之上，可能是華北板塊北緣碰撞甚至后期持續(xù)擠壓過程中仰沖于華北板塊北緣的構(gòu)造巖片(周建波, 1991)。

1.3 延吉-開山屯段

綜上所述，長春-延吉增生雜巖帶以延邊地區(qū)發(fā)育的開山屯混雜巖為代表，自西向東包括石頭口門-煙筒山高壓紅簾石片巖, 以及原定為“呼蘭群”、“色洛河群”、“青龍村群”等一系列沿著縫合帶分布的構(gòu)造雜巖(吳福元等, 2003; Wuetal., 2007; 周建波等, 2013; 圖1、圖3)。延邊開山屯雜巖是國內(nèi)較早報道發(fā)育構(gòu)造混雜巖的地區(qū)之一(邵濟安和唐克東, 1995)。近年來在原呼蘭群和青龍村群，以及開山屯雜巖等均有混雜堆積或構(gòu)造混雜巖的報道(孟繁興, 1992; 唐克東和趙愛林, 2007; 周建波等, 2013)，并在吉林東部石頭口門、煙筒山和延邊開山屯等地區(qū)發(fā)現(xiàn)高壓礦物組合(劉勁鴻, 2000; 吳漢泉等, 2003; 唐克東等, 2011; Caoetal., 2019)等。這些特征顯示，沿該縫合帶發(fā)育的“呼蘭群”、“青龍村群”等可能不是真正的地層序列，而是由不同時代和不同性質(zhì)的巖石混雜而成的混雜巖(Wuetal., 2007; Zhangetal., 2008)或增生雜巖(周建波等, 2013; Zhou and Li, 2017)。由于增生雜巖(含蛇綠巖，高壓變質(zhì)巖等巖塊)為確定板塊俯沖帶的標志性巖石組合，即所謂的“smoking guns”(Stern, 2005; Brown, 2006)，因此，長春-延吉縫合帶內(nèi)發(fā)育的特征性增生雜巖，它們客觀記錄了古大洋盆地演化，洋-陸物質(zhì)循環(huán)等多種信息，并為古亞洲洋的閉合與環(huán)太平洋板塊俯沖啟動過程的研究提供關(guān)鍵信息。

2 長春-延吉縫合帶的原巖組成與時代

呼蘭群作為長春-延吉增生雜巖帶西段代表性的構(gòu)造-巖石組合，曾經(jīng)被認為形成于早古生代(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1988)，但是新近的年代學測試改變了傳統(tǒng)的認識。我們曾對磐石煙筒山地區(qū)變質(zhì)雜巖近百粒鋯石年代學的測試統(tǒng)計顯示，煙筒山地區(qū)紅簾石片巖的最小峰期年齡為～240Ma，而綠簾石片巖最小峰期年齡為250Ma，顯示原巖年齡為形成于早印支期前后(240～250Ma)。同樣采自于煙筒山地區(qū)的紅簾石片巖其鋯石U-Pb諧和年齡為239±11Ma(張春艷等, 2009)，而紅旗嶺呼蘭群碎屑沉積物的沉積時代為274±11Ma～239±11Ma(表1)，這些高精度年代學數(shù)據(jù)表明呼蘭群主要為二疊紀-早三疊世的沉積產(chǎn)物，而并不是前人認為的早古生代或更老。

需要指出的是。前人曾將沿長春-延吉縫合帶發(fā)育的色洛河群和青龍村群等增生雜巖分別置于中元古代和晚元古代(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1988)，但是最新的年齡測試結(jié)果表明這些雜巖多為晚古生代-早中生代構(gòu)造-巖石組合(代表性年代學數(shù)據(jù)見表1)： 如李承東等 (2007)報道了色洛河群的高鎂安山巖年齡，其SHRIMP U-Pb鋯石年齡為252±5Ma，最近我們對色洛河群變質(zhì)碎屑巖的年代學研究表明，其形成時代的下限年齡大致為255±3Ma，表明色洛河群形成于晚二疊紀末期甚至可能為三疊紀；青龍村群角閃巖中鋯石年齡為274±6Ma，侵入其中的梨樹溝花崗巖體中的鋯石年齡為187±3Ma～194±4Ma，我們對青龍村群變質(zhì)雜巖的成巖年齡取得新的進展，其中黑云斜長片麻巖的形成年齡為250±3.7Ma；而變質(zhì)輝長巖的形成年齡為248±1Ma(表1)，表明青龍村群的原巖年齡為晚二疊-早三疊世；開山屯地區(qū)變質(zhì)雜巖碎屑鋯石的峰期年齡位于234±4Ma～292±2Ma之間(表1)，結(jié)合前人對混雜巖中的花崗巖礫石測得SHRIMP鋯石U-Pb年齡(286.8±5.6Ma; 唐克東和趙愛林, 2007)，表明開山屯雜巖是由二疊紀-三疊紀陸緣碎屑巖及不同時代的蛇綠巖、大理巖等混雜而成。上述年代學數(shù)據(jù)進一步表明，長春-延吉增生雜巖帶的變質(zhì)雜巖為不同時代、不同性質(zhì)的巖石混雜而成，其年輕一組年齡已經(jīng)下延至三疊紀早期。

表1長春-延吉增生雜巖帶的同位素年代學數(shù)據(jù)表

Table 1 Geochronological data of the Changchun-Yanji Accretionary Complex Belt, NE China

單元采樣地點巖石名稱測試方法年齡(Ma)誤差(2σ)地質(zhì)解釋資料來源呼蘭群紅旗嶺泥質(zhì)片巖鋯石LA-ICPMS2876碎屑鋯石,限定成巖年齡下限Wu et al., 2007紅旗嶺角閃黝簾石片巖鋯石SHRIMP U-Pb2724.3碎屑鋯石,限定成巖年齡下限Lü et al., 2011磐石紅簾石片巖鋯石LA-ICP-MS23911原巖年齡張春艷等, 2009磐石紅簾石片巖鋯石LA-ICP-MS2375原巖年齡Cao et al., 2019紅旗嶺富民礦石英片巖鋯石LA-ICP-MS2455碎屑鋯石,限定成巖年齡下限周建波等, 2013色洛河群色洛河高鎂安山巖鋯石SHRIMP U-Pb2525原巖年齡李承東等, 2007色洛河流紋巖鋯石LA-ICP-MS26410原巖年齡Zhang et al., 2008板廟子板巖鋯石LA-ICP-MS2643碎屑鋯石,限定成巖年齡下限周建波等, 2013板廟子砂巖鋯石LA-ICP-MS2553碎屑鋯石,限定成巖年齡下限周建波等, 2013青龍村群青龍村黑云斜長巖鋯石LA-ICP-MS2746原巖年齡張春艷等, 2009青龍村黑云斜長片麻巖鋯石LA-ICP-MS2503.7原巖年齡周建波等, 2013青龍村變質(zhì)輝長巖鋯石LA-ICP-MS2481原巖年齡周建波等, 2013開山屯雜巖石門變質(zhì)砂巖鋯石LA-ICP-MS2462碎屑鋯石,限定成巖年齡下限周建波等, 2013開山屯紫色板巖鋯石LA-ICP-MS2344碎屑鋯石,限定成巖年齡下限周建波等, 2013子洞綠泥片巖鋯石LA-ICP-MS2922碎屑鋯石,限定成巖年齡下限周建波等, 2013呼蘭群-(變質(zhì)年齡)紅旗嶺斜長角閃巖角閃石Ar-Ar2082變質(zhì)年齡Lin et al., 2008紅旗嶺斜長角閃巖角閃石Ar-Ar2143變質(zhì)年齡Lin et al., 2008漂河川閃長巖角閃石Ar-Ar1891變質(zhì)年齡Lin et al., 2008漂河川閃長巖黑云母Ar-Ar1870.6變質(zhì)年齡Lin et al., 2008漂河川閃長巖角閃石Ar-Ar1921.8變質(zhì)年齡Lin et al., 2008紅旗嶺輝長巖白云母Ar-Ar1871.2變質(zhì)年齡Lin et al., 2008紅旗嶺石榴石黑云母片巖黑云母Ar-Ar2240.8變質(zhì)年齡郗愛華等, 2006紅旗嶺二云母片巖白云母Ar-Ar2295變質(zhì)年齡郗愛華等, 2006紅旗嶺斜長角閃巖角閃石Ar-Ar2283變質(zhì)年齡劉金玉等, 2010紅旗嶺白云石英片巖白云母Ar-Ar2202.15變質(zhì)年齡劉志宏等, 2016紅旗嶺石榴白云片巖白云母Ar-Ar2212.6變質(zhì)年齡劉志宏等, 2016

圖3 長春-延吉縫合帶煙筒山地區(qū)增生雜巖年代學測試結(jié)果(據(jù)Cao et al., 2019)

圖4 長春-延吉縫合帶三疊紀大醬缸組磨拉石鋯石U-Pb年齡(據(jù)Wang et al., 2016)

3 長春-延吉縫合帶的就位時代

關(guān)于長春-延吉縫合帶的就位時代，可以應用近期廣受關(guān)注的中生代磨拉石沉積進行限定。野外地質(zhì)調(diào)查顯示，大醬缸組巖石組合為粗碎屑-含煤建造為主(底部礫巖特征見圖2d)，具有典型的磨拉石建造特征(辛玉蓮等, 2011; Wangetal., 2016)，并呈角度不整合接觸關(guān)系覆蓋在長春-延吉增生雜巖帶之上。我們新近得到的鋯石U-Pb年齡結(jié)果顯示最年輕一組碎屑鋯石為240～216Ma，峰值大致為～220Ma(Wangetal., 2016)，這與大醬缸組Drepanzamites-Glocsophtllum晚三疊世陸相植物化石共同表明了其沉積時限應為晚三疊世(孫革等, 1983)。因此，長春-延吉縫合帶的閉合時代應在晚三疊大醬缸組沉積之前。

圖5 長春-延吉縫合帶形成演化的構(gòu)造模型

同時，長春-延吉增生雜巖帶已有的鋯石U-Pb和單礦物Ar-Ar也能夠進一步綜合限定其閉合時代。作為長春-延吉增生雜巖的主要組成部分，如呼蘭群雜巖、色洛河群雜巖、青龍村群雜巖和開山屯雜巖，其主體形成時代均為二疊紀至早三疊世(234±4Ma～287±6Ma)，多數(shù)樣品的形成時代為二疊-三疊紀界限附近，并有大量雜巖已經(jīng)屬于三疊紀范疇。因此推測其變質(zhì)時代不應老于三疊紀。同時，近期發(fā)表的相關(guān)增生雜巖的Ar-Ar年齡也給出了較好的年代學信息(表1)，其年齡區(qū)間為187～230Ma。上述Ar-Ar年齡均報道于呼蘭群變質(zhì)雜巖，其中郗愛華等(2006)、劉金玉等(2010)報道的紅旗嶺地區(qū)呼蘭群石榴黑云片麻巖中黑云母的40Ar/39Ar為224±0.8Ma，紅旗嶺呼蘭群二云母片巖中多硅白云母的年齡為229±5Ma，紅旗嶺角閃巖中角閃石的年齡為228±3Ma，這與近期紅旗嶺地區(qū)白云石英片巖、石榴白云片巖中白云母單礦物40Ar/39Ar年齡(220.23±2.15Ma、221.31±2.6Ma)基本一致(劉志宏等, 2016)。而Linetal. (2008)同樣給出了來自于紅旗嶺的角閃巖樣品的2個角閃石40Ar/39Ar年齡208±2Ma和214±3Ma和1個來自于紅旗嶺的大理石樣品的多硅白云母40Ar/39Ar年齡188±1Ma(表1)。因此該區(qū)呼蘭群變質(zhì)雜巖的變質(zhì)年齡分布區(qū)間為188～229Ma。進一步從區(qū)域背景了解到，吉黑東部地區(qū)廣泛發(fā)育晚三疊世磨拉石建造，如雙陽盆地的大醬缸組磨拉石沉積(圖4a, b; Wangetal., 2016)和侵入于煙筒山紅簾石片巖中未變質(zhì)脈巖的年齡(217Ma, 圖3b)。由此推測長春-延吉增生雜巖帶的變質(zhì)年齡區(qū)間為220～240Ma，峰期為～230Ma的年齡最有可能記錄了該區(qū)高級變質(zhì)作用的時代，即三疊紀前后，這也是佳木斯-興凱地塊與華北板塊的最終拼合時代。

4 長春-延吉縫合帶形成的動力學背景

前人曾將長春-延吉斷裂作為天山-北山-索倫-西拉木倫河-長春斷裂的東段來考慮(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1988; 唐克東等, 1995; Li, 2006; Tang, 1990)，并認為該斷裂是華北與西伯利亞板塊晚古生代或更早期發(fā)生最終閉合的縫合帶(Tang, 1990; Li, 2006; 徐備等, 2018)。然而，我們在綜合新近研究資料和綜合分析基礎(chǔ)上，指出長春-延吉增生雜巖帶并不是華北與西伯利亞板塊拼合形成的索倫-西拉木倫河斷裂帶東延部分，而是形成于佳木斯-興凱地塊向南的拼貼過程，拼貼時代為三疊紀(220～240Ma之間)。表明吉黑高壓帶的形成時代較上述西伯利亞與華北板塊拼貼時代晚大約20～30Ma。因此，佳木斯-興凱地塊南緣的長春-延吉增生雜巖帶與佳木斯-興凱地塊西緣增生雜巖帶的形成時代相近、形成構(gòu)造背景相同，均為佳木斯-興凱地塊晚印支-早侏羅世由東向西的俯沖增生過程(Zhouetal., 2009)。因此我們曾將佳木斯-興凱地塊西緣、南緣增生雜巖帶作為同一構(gòu)造單元來考慮，并命名為“吉林-黑龍江高壓變質(zhì)帶”(簡稱吉黑高壓帶, 周建波等, 2013)，并認為吉黑高壓帶的形成與西伯利亞和華北板塊的碰撞無關(guān)，而與三疊紀前后太平洋板塊俯沖關(guān)系密切(Zhouetal., 2009)。這就意味著吉黑高壓變質(zhì)帶形成于古亞洲構(gòu)造域演化結(jié)束和古太平洋俯沖開始的構(gòu)造轉(zhuǎn)折階段，并重點記錄了古太平洋構(gòu)造在東北地區(qū)啟動的過程。

結(jié)合上述地質(zhì)事實結(jié)合新研究思路，我們大致恢復了長春-延吉縫合帶演化的動力學過程。(1)俯沖增生階段(240～220Ma)，由于太平洋板塊俯沖的影響，導致佳木斯-興凱地塊西向漂移，并首先沿長春-延吉一線與華北板塊發(fā)生俯沖拼貼，進而形成長春-延吉增生雜巖帶(圖5a)；(2)造山與剝蝕階段(220～180Ma)，佳木斯-興凱地塊發(fā)生“剪刀式”拼貼，佳木斯-興凱地塊西部與松遼地塊逐漸拼合，并同時造成長春-延吉縫合帶造山并剝蝕以及大醬缸組磨拉石沉積(圖5b)。