辽西医巫闾山变质核杂岩演化的40Ar/39Ar年代学制约

张必龙, 朱 光, 陈 印, 谢成龙

(合肥工业大学 资源与环境工程学院, 安徽 合肥 230009)

0 引 言

辽西医巫闾山变质核杂岩位于华北克拉通北缘燕山构造带的东端, 处于郯庐断裂带西侧, 整体呈NNE向展布。近年来该核杂岩已成为研究华北克拉通破坏与岩石圈减薄的重点区域之一, 并取得了一定的认识[1‒9], 但仍存在一些争论。马寅生等[1]最早认为它是一个具有对称性结构的早白垩世核杂岩,其拆离剪切带围绕核部医巫闾山岩体分布, 但缺乏详细的几何分析与年代学证据。孟宪刚等[10]和朱大岗等[11‒12]持有相似的观点, 并指出其拆离滑脱带具有导矿、控矿作用。Darby et al.[3]则指出位于西侧的孙家湾-稍户营子断裂才是核杂岩的拆离断层, 其下盘糜棱岩黑云母40Ar/39Ar 年龄分别为(127±3) Ma和(116±2) Ma[2], 显示形成于早白垩世, 并称之为瓦子峪变质核杂岩。笔者近几年来的研究发现, 医巫闾山地区中生代时经历了多期构造活动[7]。晚侏罗世时(157～147 Ma), 该区已经开始出现伸展变形,并围绕着核部医巫闾山岩体周缘发育环形韧性剪切带, 具有与核杂岩相似的构造特征；晚侏罗—早白垩世之交, 受燕山运动 B幕影响, 核杂岩可能经历了短暂的挤压活动；早白垩世时进入华北克拉通破坏的峰期阶段, 在区域 NWW-SEE拉伸下, 发育了瓦子峪拆离带及相应核杂岩构造[3]。其中关于早期伸展活动的认识还存在不同的争议。部分学者根据晚侏罗世岩体与围岩的接触变形特征, 同样认为与伸展作用有关[13], 同时核部医巫闾山岩体的地球化学证据也支持该观点[4]。但Lin et al.[8]近来研究认为这是一期挤压事件, 依据40Ar/39Ar年龄的统计结果解释其活动时间为151～137 Ma (峰期为141 Ma), 后期伸展拆离发生在129～97 Ma (峰期为128～126 Ma),并指出早期挤压事件可以与云蒙山地区向南运动的四合堂推覆体相对比[14]。关于医巫闾山地区早期事件属于伸展还是挤压的讨论, 详见文献[7‒8]。

大陆伸展构造中热年代学的应用可以很好地了解核杂岩下盘中地壳岩石的构造演化过程[15‒18]。虽然前人报道了一些40Ar/39Ar年代学成果[2,8], 也探讨了医巫闾山变质核杂岩的冷却史, 但该核杂岩经历过多期变形事件叠加, 综合所有年龄拟合的单一冷却曲线并不能真实反映其复杂的剥露过程, 因为核杂岩不同部位的抬升史可能是不同的[15,19]。本文通过选取核杂岩不同部位经历不同期次伸展变形岩石中的一系列单矿物进行40Ar/39Ar年代学测试, 再结合前人的锆石U-Pb、40Ar/39Ar及裂变径迹年代学成果, 综合分析核杂岩演化的具体过程, 并为早期晚侏罗世伸展活动提供佐证, 这对华北克拉通岩石圈减薄起始时间的确定具有重要的意义。

1 核杂岩概况

医巫闾山变质核杂岩主要由核部太古代变质基底、晚侏罗—早白垩世岩体和周缘中元古代长城系盖层、中生代陆相断陷盆地组成(图1)。其中太古代高级变质基底呈NNE向展布, 主要包括两套岩性。上部以云母片岩为主, 夹黑云石英片岩、黑云斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩等, 变质程度达角闪岩相,主体为副变质岩。下部主要由黑云斜长片麻岩、长英质片麻岩、角闪斜长片麻岩等角闪岩相变质岩组成, 主体为正变质岩, 无混合岩出露。侵位于这些杂岩中的岩体主要有两个时代, 包括晚侏罗世的医巫闾山岩基、尖砬子岩体以及早白垩世的石山岩体等。其中医巫闾山岩基规模最大, 为一个复式岩体, 主要由花岗闪长岩、二长花岗岩、白云母花岗岩组成。其西侧出露尖砬子二长花岗岩体。前人报道了医巫闾山岩基的锆石 LA-ICPMS年龄为(153±2) Ma和(163±3) Ma[20], SHRIMP 年龄为(153±5) Ma、(159±4)Ma和(163±4) Ma[4,21], 以及 SIMS 年龄为(160±2)Ma[8]；尖砬子岩体的锆石LA-ICPMS 年龄为(154±2)Ma[20]。而位于南侧的石山花岗岩体锆石 LA-ICPMS年龄为(123±3) Ma[20], 北侧大石头沟黑云母花岗岩体的锆石SHRIMP 年龄为(124±1) Ma[22]。基底周缘局部残留长城系盖层, 岩性主体为未变质白云质灰岩和石英砂岩, 但底部出现板岩、浅变质砂岩等。核杂岩东侧被第四系大面积覆盖, 仅东北侧局部残留白垩系, 西侧上覆阜新-义县陆相断陷盆地。盆地地表出露下白垩统义县组火山岩、九佛堂组、沙海组和阜新组砂、砾岩及上白垩统孙家湾组红层和大兴庄组火山岩。其中义县组火山岩主要形成于130～119 Ma 间[23‒26]。

图1 医巫闾山变质核杂岩构造简图(据Darby et al.[3]修改)Fig.1 Structural sketch map of Yiwulüshan metamorphic core complex (after Darby et al.[3])

医巫闾山核杂岩共经历了两阶段伸展活动, 早期伸展形成环绕医巫闾山岩体展布的韧性剪切带,称为医巫闾山剪切带(图 1)[7], 并且其附近的上、下盘也一起卷入了塑性变形。医巫闾山剪切带主要叠加在太古代高级变质基底上, 局部出现在变质基底或盖层与岩体接触带上。其东、南侧剪切带产状主要向东和向南缓倾, 出露较宽；北侧和西侧剪切带则主要向北或北西陡倾, 出露较窄。该剪切带发育的矿物拉伸线理产状基本一致, 呈NNE-SSW向。剪切带上、下盘变质岩及长城系盖层底部由于都遭受了这期韧性变形同样普遍发育 NNE-SSW 向矿物拉伸线理。野外与显微构造显示该剪切带及卷入变形的上、下盘都具有一致的上盘向 SSW 方向的运动,说明医巫闾山剪切带形成之初产状平缓, 现今这种样式是由后期隆升造成的。在该剪切带及其下盘变质杂岩内侵入了大量不同变形样式的同构造岩脉,这些岩脉的锆石 U-Pb定年结果限定该期伸展变形时间在157～147 Ma间[7]。在这期伸展活动之后, 研究区经历了短暂的燕山B幕挤压活动[27], 北侧发育的多条 NE向逆冲断层可能为该期变形的产物[28]。随着早白垩世华北克拉通大规模伸展活动的开始,在区域 NWW-SEE拉伸背景下[29], 区内变质基底西缘发育了瓦子峪拆离带[2‒3], 控制了阜新-义县上叠盆地内下白垩统沉积。瓦子峪剪切带总体呈NNE向展布, 低角度倾向北西, 发育波瓦状褶皱, 它切割了早期医巫闾山剪切带, 造成后者现今呈不完整的环形带(图1)。但其北段本身又被后期控制孙家湾组沉积的高角度孙家湾-稍户营子断裂切割(该断裂并非核杂岩的拆离断层), 而南段与上叠盆地内义县组之间的接触界线被第四系覆盖, 无法观测到拆离断层及相应构造岩系列。瓦子峪剪切带的矿物拉伸线理普遍向NWW缓倾, 具有一致的上盘向NWW方向的运动, 指示与晚侏罗世伸展方向近垂直。在这早、晚两期剪切带变形的过渡区域中, 当靠近晚期瓦子峪剪切带时, 矿物线理主要转向 NWW 倾伏,而远离时又恢复为与医巫闾山剪切带相一致的NNE-SSW向线理。依据这种组构变化, 大致划分出两期变形的界线(图1)。

2 40Ar/39Ar年代学

2.1 样品描述

为了确定医巫闾山变质核杂岩两期伸展的具体演化过程, 工作中选取早、晚两期韧性剪切带及卷入剪切带变形的片岩、片麻岩中一系列的单矿物进行了40Ar/39Ar年代学测试。

从早期医巫闾山剪切带及上、下盘卷入变形的变质岩与小岩体中分别采集了4件糜棱岩或初糜棱岩和 3件片麻岩、片岩样品, 它们都发育产状相似的变形组构, 具有上盘向SSW的运动学指向。其中样品 LN27采自侵入核部片麻岩中的灰色片麻状小型二云花岗闪长岩体(图 2a), 其锆石 U-Pb年龄为(159.8±1.5) Ma (待发表), 组成矿物包括斜长石、石英、钾长石、白云母、黑云母和角闪石。样品LN22采自东侧医巫闾山岩基与剪切带之间的暗色片麻岩,其矿物组成为角闪石、石英、斜长石及少量钾长石、绿帘石(图 3a), 少数角闪石退变为绿帘石。样品DL77为东侧剪切带中暗色糜棱岩(图2b), 组成矿物包括长石、石英、白云母、黑云母、角闪石和绿帘石, 云母包括残斑和动态重结晶两种, 无明显蚀变。样品 SL96采自侵位于早期剪切带南段中的部分置换花岗岩脉, 脉体斜切剪切带面理, 强烈糜棱岩化,其矿物组成为石英、长石、白云母和绿帘石。样品SL93为上点旁侧剪切带中灰色糜棱岩, 组成矿物包括长石、石英、角闪石、黑云母和绿帘石(图3b), 黑云母包括残斑和动态重结晶两种, 部分有蚀变现象。样品 DL92采自西段剪切带内暗色角闪岩包体(图2c), 糜棱岩化, 主要由普通角闪石组成, 部分退变为绿帘石。样品YW37采自靠近西侧早期剪切带上盘中糜棱岩化云母片岩, 主要由长石、石英、白云母、黑云母、角闪石和绿帘石矿物组成(图3c)。

从晚期瓦子峪剪切带及下盘卷入变形的片岩中分别采集了 2个糜棱岩和 3个片岩样品。其中, 样品 LN13为瓦子峪镇北部剪切带中的含白云母糜棱岩, 组成矿物包括石英、长石、白云母和绿帘石。样品DL112为含黑云母糜棱岩, 位于尖砬子岩体西侧(图2e), 组成矿物包括石英、长石、黑云母、角闪石和绿帘石(图3d)。样品YW41为剪切带下盘附近的糜棱岩化黑云母片岩(图2f), 其矿物组成为石英、黑云母、长石、角闪石和绿帘石, 黑云母包括残斑和动态重结晶两种, 无明显蚀变。上述 3个样品都发育晚期 NWW-SEE向矿物线理, 显示遭受晚期剪切变形。样品SL119和SL121采自稍户营子镇东侧的糜棱岩化云母片岩(图 2d), 两者相距 30 m左右,处于早、晚两期剪切变形的分界线处。2个样品组成矿物基本相同, 包括长石、石英、白云母、黑云母、方解石和少量绿帘石。

图2 医巫闾山变质核杂岩不同部位40Ar/39Ar定年样品的野外照片Fig.2 Outcrop photographics for 40Ar/39Ar dating sample in different areas of the Yiwulüshan metamorphic core complex

显微镜下鉴定显示, 早期医巫闾山剪切带糜棱岩测年样品中石英和长石普遍呈现强烈的晶质塑性变形特征(表1)。其中石英广泛发生动态重结晶, 颗粒边界呈舌状、镶嵌状, 大多数呈现为颗粒边界迁移型(GBM)；长石大部分还保留有残斑特征, 许多重结晶的细粒长石围绕着残斑周缘分布或出现在基质中, 表现为嵌入型重结晶为主(BLG), 两者共同指示了约550～600 ℃的变形温度[30‒32]。这种变形现象同样出现在剪切带其他糜棱岩样品中[7]。晚期瓦子峪剪切带糜棱岩样品中石英和长石同样发生了动态重结晶, 其中石英以亚颗粒旋转(SR)或与颗粒边界迁移型(GBM)共存为主, 长石被塑性拉长, 多数以嵌入型重结晶为主(BLG), 它们共同指示 450～550℃的变形温度。因此, 瓦子峪剪切带的峰期变形温度仅比医巫闾山剪切带的变形温度低50～100, ℃说明西侧杂岩在瓦子峪剪切发育之前(晚侏罗世)抬升幅度很小, 两者起源深度相近, 前者形成之时切割了后者的西南段。这一推断也被本次40Ar/39Ar年龄值特征所佐证。

2.2 测试方法

将野外采集的新鲜样品通过浮选、磁选等多种程序分选出粒径大于100 μm的角闪石、白云母和黑云母单矿物, 然后在双目镜下进行手工提纯, 剔除蚀变矿物。年龄测试工作在中国地质科学院地质研究所40Ar-39Ar年代学实验室完成。照射工作在中国原子能科学研究院的“游泳池堆”中进行, 使用B4孔道, 中子流密度约为 2.60×1013n/(cm2·S), 累计中子通量为 4.49×1018n/cm2。同期接受中子照射的还有用作监控样的标准样: ZBH-25黑云母标样, 其标准年龄为(132.7±1.2) Ma, 钾含量为7.6%。质谱分析在多接收稀有气体质谱仪 Helix MC上进行, 每个峰值均采集20组数据。所有的数据在回归到时间零点值后再进行质量歧视校正、大气氩校正、空白校正和干扰元素同位素校正。中子照射过程中所产生的干扰同位素校正系数通过分析照射过的 K2SO4和 CaF2来获得, 其值为：(36Ar/37Ar)Ca=0.0002389,(40Ar/39Ar)K=0.004782, (39Ar/37Ar)Ca=0.000806。37Ar经过放射性衰变校正,40K 衰变常数 λ＝5.543×10-10/a, 坪年龄误差为 1σ。具体仪器参数和分析过程详见陈文等[33]。坪年龄计算与等时线处理采用Isoplot 3.23 程序, 具体 Ar同位素分析数据见表 2,40Ar-39Ar年龄谱与反等时线结果见图4、图5。

图3 医巫闾山变质核杂岩部分定年样品显微照片Fig.3 Photomicrographics for some dating sample from the Yiwulüshan metamorphic core complex

表1 医巫闾山变质核杂岩糜棱岩样品显微镜鉴定结果Table 1 Results of microscopic identification for mylonites from the Yiwulüshan metamorphic core complex

表2 医巫闾山变质核杂岩不同部位角闪石、白云母和黑云母40Ar/39Ar分析结果Table 2 40Ar/39Ar isotopic analyses on hornblende, muscovite and biotite in different areas of the Yiwulüshan metamorphic core complex

(续表 2)

(续表 2)

(续表 2)

图4 医巫闾山剪切带及其上、下盘单矿物40Ar/39Ar年龄谱和反等时线图Fig.4 40Ar/39Ar age spectra and inverse isochron plots for minerals from Yiwulüshan shear zone and its upper plate and lower plate

图5 瓦子峪剪切带及其下盘单矿物40Ar/39Ar年龄谱和反等时线图Fig.5 40Ar/39Ar age spectra and inverse isochron plots for minerals from Waziyu shear zone and its lower plate

2.3 分析结果

早期医巫闾山剪切带东段中糜棱岩DL77黑云母没有形成年龄坪, 其年龄谱中间呈现轻微下凹,显示受杂质或蚀变影响扰动。选取其中相近的5个温阶视年龄(6～10温阶,39Ar释放量为 58%)计算得到加权平均年龄为(150.0±1.5) Ma, 反等时线年龄为(151.6±6.5) Ma, 两者在误差范围内一致,40Ar/36Ar初始比值(294±10)与现今大气氩标准值(295±5)相吻合, 说明该年龄值与实际值较接近。在该点北侧附近的下盘片麻岩 LN22中角闪石的坪年龄为(158.8±1.1) Ma (6～9温阶,39Ar释放量为72%), 相应的反等时线年龄为(158.1±3.4) Ma, 两者在误差范围内一致。南侧剪切带中糜棱岩化花岗岩脉 SL96中白云母的坪年龄为(132.5±0.9) Ma (2～10温阶,39Ar释放量为99%), 反等时线年龄为(131.9±1.4) Ma,40Ar/36Ar初始比值(301±6)在误差范围内与现今大气氩标准值吻合, 坪年龄、反等时线年龄与总气体年龄(132.2±1.4) Ma三者在误差范围内相互一致。该点东南侧附近的糜棱岩 SL93黑云母年龄谱中间出现下凹, 没有构成有效坪年龄, 样品蚀变现象显示后期遭受构造热事件影响, 排除低温和高温阶段异常年龄(与核反冲有关), 年龄谱中的最小年龄112 Ma代表了后期事件的最大年龄；其 7～9高温加热阶段视年龄的加权平均年龄为(116.5±0.9) Ma (39Ar释放量为35%), 接近于早期事件实际值。核部片麻状花岗闪长岩 LN27中白云母的坪年龄为(139.2±0.9) Ma(3～8温阶,39Ar释放量为 92%), 反等时线年龄为(138.8±2.0) Ma, 坪年龄、反等时线年龄与总气体年龄(139.6±1.4) Ma三者在误差范围内相互一致。该样中黑云母的坪年龄为(138.9±0.8) Ma (2～9温阶,39Ar释放量为 96%), 反等时线年龄为(139.5±1.9) Ma,40Ar/36Ar初始比值为289±12, 在误差范围内与现今大气氩标准值吻合, 坪年龄、反等时线年龄与总气体年龄(139.2±1.4) Ma三者在误差范围内相互一致。医巫闾山剪切带东段糜棱岩 DL92中角闪石的坪年龄为(129.1±0.9) Ma (6～9温阶,39Ar释放量为78%),反等时线年龄为(132.6±2.6) Ma, 两者与总气体年龄(129.6±1.4) Ma在误差范围内一致。西北侧靠近医巫闾山剪切带的二云母片岩YW37中白云母的坪年龄为(128.5±0.9) Ma (3～6温阶,39Ar释放量为97%),反等时线年龄为(128.6±1.9) Ma, 两者与总气体年龄(128.1±1.2) Ma在误差范围内相互一致。该样中黑云母的坪年龄为(125.0±0.8) Ma (2～11温阶,39Ar释放量为 99.8%), 反等时线年龄为(125.3±1.3) Ma,40Ar/36Ar初始比值(287±10)在误差范围内与现今大气氩标准值吻合, 坪年龄、反等时线年龄与总气体年龄(124.9±1.2) Ma三者在误差范围内相互一致。

晚期瓦子峪剪切带中段糜棱岩 LN13中白云母的坪年龄为(125.7±0.8) Ma (4～10温阶,39Ar释放量为85%), 相应的反等时线年龄为(123.8±2.3) Ma, 坪年龄、反等时线年龄与总气体年龄(126.2±1.2) Ma三者在误差范围内相互一致。糜棱岩DL112黑云母年龄谱中间出现轻微下凹, 未形成有效坪年龄, 同样显示遭受后期构造热事件影响, 其最小年龄 108 Ma代表了后期事件的最大年龄；其8～11高温加热阶段视年龄的加权平均年龄为(117.0±0.9) Ma (39Ar释放量为42%), 接近于早期事件实际年龄。下盘黑云母片岩YW41中黑云母的坪年龄为(116.2±0.7) Ma(2～10温阶,39Ar释放量为 85%), 反等时线年龄为(116.3±1.4) Ma, 总气体年龄为(116.5±1.1) Ma, 三者在误差范围内一致。其40Ar/36Ar初始比值(295.6±6.7)与现今大气氩标准值一致。位于早晚两期变形过渡区的糜棱岩化云母片岩SL119和SL121分别给出白云母的坪年龄为(125.6±0.8) Ma (3～10温阶,39Ar释放量为 97%)和(124.4±0.8) Ma (4～9 温阶,39Ar释放量为 91%), 对应的反等时线年龄为(125.1±1.5)Ma和(124.2±1.3) Ma, 它们的坪年龄、反等时线年龄在误差范围内与总气体年龄((125.1±1.2) Ma、(124.8±1.2) Ma)相互一致。

3 地质意义

3.1 年龄解释

本次从该核杂岩中共获得了 14个单矿物40Ar/39Ar年龄值, 介于159～116 Ma之间, 年龄值跨度较大(图 6)。前人也曾报道过一批40Ar/39Ar年龄值为153～116 Ma[3,35],年龄同样变化较大, 可惜没有给出具体测试数据与详细解释。此次获得的这些年龄在空间分布上总体呈现出从东向西逐渐变年轻的趋势, 如角闪石: 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。这种变化规律在Lin et al.[8]最新发表的40Ar/39Ar年龄数据中同样出现(图6)。角闪石、白云母和黑云母的封闭温度分别为(500±50) ℃、(350±50) ℃、(300±50) ℃[36‒38]。而瓦子峪剪切带和医巫闾山剪切带的(峰期)变形温度都在 500 ℃左右及以上[7], 超过了这些单矿物的封闭温度。因此, 所获得坪年龄分别代表它们各自冷却(抬升)至相应封闭温度等温面的时间, 皆属于冷却年龄。医巫闾山剪切带下盘片麻岩中获得角闪石(LN22)年龄为(159±1) Ma, 参照糜棱岩黑云母(DL77)的加权平均年龄为(150±2) Ma, 表明区内早期伸展构造活动已经从159 Ma开始, 与张必龙等[7]对侵入于医巫闾山剪切带及其下盘中的同构造岩脉限定的变形时间基本吻合(157～147 Ma)。而从西侧早期医巫闾山剪切带及其相邻变形带中获得的单矿物40Ar/39Ar年龄介于129～125 Ma, 西部晚期瓦子峪剪切带及其下盘变形带中获得的单矿物40Ar/39Ar年龄介于 126～116 Ma之间, 两组西侧年龄值都集中在早白垩世。构造分析显示, 叠加在核杂岩西侧的瓦子峪剪切带切割了早期医巫闾山剪切带, 它控制了阜新-义县断陷盆地下白垩统沉积, 说明西侧杂岩直到早白垩世瓦子峪剪切带强烈伸展运动时才开始快速隆升, 盆地发育时间与西侧杂岩(下盘)的隆升是耦合的, 即西侧杂岩隆升是伴随着瓦子峪剪切带活动而发生的。本次测试的40Ar/39Ar年龄数据中,许多样品年龄谱中间出现下凹, 说明后期还遭受构造热事件影响, Lin et al.[8]还获得黑云母最小坪年龄97 Ma, 这些暗示瓦子峪剪切带伸展可能是脉动式活动的。

3.2 核杂岩的冷却史

图6 医巫闾山变质核杂岩中同位素年龄分布图Fig.6 Isotopic dating location and age distribution for the Yiwulüshan metamorphic core complex

由于医巫闾山核杂岩整体不具有一致的隆升过程, 因此不能简单地拟合出核杂岩总的冷却曲线。但根据年龄分布规律, 结合前人的锆石U-Pb定年、裂变径迹年龄及最新的单矿物40Ar/39Ar年龄成果[2,4,8,20‒22,34], 可以构筑核杂岩东(图6中A组)、西(图6中B组)两侧大致的冷却曲线(图7)。冷却曲线拟合没有使用中间区域的年龄段。拟合的冷却路径显示, 该核杂岩东、西两侧冷却历史截然不同, 东侧快速抬升时间大致为163～150 Ma, 对应的冷却速率大于 20 ℃/Ma, 而西侧快速抬升发生在 129～125 Ma, 对应冷却速率大于25 ℃/Ma。这两次快速冷却事件可靠地佐证了该核杂岩经历过两次构造事件,分别为晚侏罗世和早白垩世伸展事件。此次在西侧云母片岩YW37中同时获得黑云母和白云母两个年龄(125 Ma和 128.5 Ma), 数据较好, 两者相差 3.5 Ma,结合封闭温度求得该点的冷却速率约14 ℃/Ma,小于西侧整体拟合结果, 这可能与其受瓦子峪剪切带活动影响较弱有关。

4 讨 论

图7 医巫闾山变质核杂岩东西两侧的冷却曲线(样点序号见图6)Fig.7 Reconstructed cooling history for the eastern and western part of the Yiwulüshan metamorphic core complex

虽然前人曾获得了区内一些晚侏罗世40Ar/39Ar年龄数据[3,35], 但缺乏具体构造分析与合理解释。近来, Lin et al.[8]也报道了医巫闾山核杂岩内存在大量早期NE-SW向变形组构, 但认为这是一期挤压变形,并依据40Ar/39Ar年龄峰值统计认为其活动时间为151～137 Ma, 峰期为141 Ma。然而, 笔者从早期医巫闾山剪切带变形下盘中获得的同构造变形岩脉的结晶年龄为157～149 Ma, 而未变形岩脉最大年龄为147 Ma[7], 说明早期变形发生在147 Ma之前的晚侏罗世。如果该期活动属于上盘向 SW 逆冲推覆, 那么从北向南核杂岩早期变形带中40Ar/39Ar年龄会出现由新到老的变化趋势。但综合分析这些年龄(图6),并无这种规律性变化, 而是总体呈现从东向西年轻化趋势, 与两期伸展事件符合。因此, 大量的40Ar/39Ar年龄所显示的分布性规律不支持早期变形属于区域挤压的观点。值得注意的是, 燕山运动期间, 燕山构造带东段辽西地区主体发育由NW-SE向挤压形成的大量 NE-SW 向逆断层与褶皱[39‒40], 其运动学明显区别于医巫闾山剪切带, 也不支持该剪切带为挤压成因的观点。

医巫闾山变质核杂岩东、西两侧40Ar/39Ar年龄的冷却路径揭示, 该核杂岩存在两期快速冷却事件,分别发生在晚侏罗世(163～150 Ma)和早白垩世(129～125 Ma)期间, 也意味着核杂岩经历了两次伸展活动。早期伸展过程中, 伴随大规模岩浆活动, 发育了平缓的医巫闾山剪切带。在医巫闾山等同构造岩体就位之后, 核杂岩进入了快速冷却与隆升阶段,隆升中心位于核杂岩东侧。随着第二次伸展事件的发生, 约130 Ma时, 核杂岩西侧开始快速抬升。期间发育瓦子峪拆离断层带, 记录了从深部韧性到浅部脆性的递进变形过程[3]。因此, 早白垩世瓦子峪剪切带的形成与核杂岩隆升中心从东向西的迁移密切相关, 暗示其可能以滚动枢纽方式演化[41‒43], 如北美Bitterroot核杂岩就具有相似的年龄分布特征与演化过程[15,44]。医巫闾山变质核杂岩两期伸展对应的剪切带形成模式并不一致。早期大规模的岩浆侵位加热并逐渐软化了中、下地壳, 岩石粘度降低, 在NNE-SSW拉伸作用下发生分散流动变形(distributed flow)[45], 类似于“渠流”模式(channel flow)[46‒48], 并沿着“热而软”的下部基底与“冷而硬”的上部块体之间发育大型近水平拆离韧性剪切带, 如北美Shuswap核杂岩和北大别核杂岩都具有相似的演化模式[49‒50]。而晚期瓦子峪拆离带的形成是以滚动枢纽模式进行, 变形主要集中在剪切带上。因此, 医巫闾山地区的两次伸展变形都具有核杂岩的发育特征,早期应属于未成形的准核杂岩构造[7], 晚期属于仅发育单侧剪切带的不对称核杂岩[3], 它们共用一个变质核, 形成现今独特的伸展构造组合。

5 结 论

通过对医巫闾山变质核杂岩中早、晚两期伸展构造中的一系列单矿物40Ar/39Ar年代学分析, 并结合前人的年代学成果, 得到以下认识。

(1)获得的所有单矿物40Ar/39Ar年龄值介于159～116 Ma间, 年龄跨度大。东、西两侧年龄分布特征证明核杂岩经历了两期重要构造活动, 早期构造变形已经从 159 Ma开始, 而晚期伸展活动主要发生在 129～116 Ma。

(2)核杂岩经历了两次快速冷却, 分别发生在晚侏罗世(163～150 Ma, 冷却速率大于20 ℃/Ma)和早白垩世(129～125 Ma, 冷却速率大于25 ℃/Ma)期间,与两期伸展构造事件吻合。

(3)40Ar/39Ar年代学测试结果支持医巫闾山核杂岩晚侏罗世期间存在地壳伸展活动, 晚期瓦子峪拆离带的形成可能以滚动枢纽方式演化。

衷心感谢加拿大西安大略大学地球科学系姜大志老师在野外构造分析中的指导与帮助；感谢合肥工业大学鞠林雪、王浩乾等研究生在野外和样品处理上的帮助。

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