吉林通化地区元古代岩石地层研究

杜凤芝，纪春华，刘大业

吉林省区域地质矿产调查所，吉林 长春130012

0 引言

吉林通化地区位于华北板块北缘东段，北部位于龙岗古陆南缘，南部为辽吉古元古代造山带[1]。该区古元古代—中元古代地层是一套具有多期变质变形，成因复杂的变质地层，历来年有许多研究者提出过多种划分方案，有如下发展阶段:

第一阶段为层序初建阶段：始于20世纪30年代，植田房雄、斋腾林茨等对辽东、吉南地区早前寒武纪地层进行了初步地质调查，对目前称之为集安岩群的变质岩系，将其划归太古宙而未做进一步研究，仅将目前称为老岭群的部分划为辽河系（群），其地层含义基本上包含了现在大多数学者所认同的岩石地层特征。叶连俊等（1951）对日本人所划分之大栗子层作了进一步划分，罗耀星（1957）将日本人建立的辽河系改称临江系。自1960年全国开展正规1：20万区域地质调查起[2,3]，原长春地质学院吉南区测队（1960）将现称之集安群划分为中鞍山群，现称之老岭群称之为辽河群，并对各群分别划分出3组和5组。通化地质大队将中鞍山群改为集安亚群，重新划分出三个组。1973年在编制《中华人民共和国地质图集》的审查会上，同意吉林省建立集安群和老岭群（包括组—级划分），而辽宁省则统称辽河群（包括组的划分）[4]。至此结束了吉林省南部古元古代、中元古代地层层序初建历史研究阶段。

第二阶段为百家争鸣时期：由于1/300万《中华人民共和国地质图集》的公开出版，不同学者纷纷提出的多种不同认识，其争议不仅涉及到群的划分，并发展至组乃至某些标志层的可比性。

在群一级的划分上，出现了三分（群）[5,6]，四分（群）（姜春潮，1979至1983），多分（群）（唐守贤等，1990）等新的见解。最终形成“相变”之说，在这沉积盆地内，既可以出现南、北方向的沉积相变，也存在着东、西方向的沉积相变，既存在沉积的相变，也产生了变质相变；得出“上下叠置”之说和“不同地体拼合” 之说，形成了“三足鼎立”状态。

K51 C 003004（通化市）1：25万区域地质调查（修测）是中国地质调查局《中地调发[2001] 5》号文件下达的国土资源大调查项目，研究结果把通化地区古元古代、中元古代地层自下而上划分为光华岩群、集安岩群和老岭群，并准确地限定了形成时代[7]。

光华岩群由双庙岩组和同心岩组构成；集安岩群由蚂蚁河岩组、荒岔沟岩组和大东岔岩组构成；老岭群由林家沟组、珍珠门组、花山组和临江组构成，通过槽探工程揭露，发现老岭群角度不整合覆盖于集安岩群之上，解决了多年来争论不休的二者的层位关系问题。首次发现老岭群内部珍珠门组与花山组之间为平行不整合接触，花山组与临江组之间为整合接触关系，并据此将老岭群重新划分为下亚群和上亚群，解决了吉南地区老岭群的层序问题，并为区域对比提供了宝贵的实际资料。

应用高精度锆石LA-ICPMS同位素测年方法，测出光华岩群双庙岩组变质玄武岩形成年龄为（2 120+10）Ma，精确定出光华岩群的形成年龄。提出古元古宙集安岩群和光华岩群为同一时期、同一地球动力学机制下裂谷构造环境的产物。光华岩群为古元古代裂谷发展初始产物，集安岩群为主裂谷期产物。

1 古、中元古代岩石地层划分及依据

1.1 岩石地层划分

根据1：25万通化市幅野外地质调查资料[6]，通化地区古、中元古代地层重新划分为（图1,表1）。

1.2 划分依据

1.2.1 光华岩群

图 1 通化地区光华镇－清河镇一带地质图Fig.1 Geological sketch of Guanghua-Qinghe in Tonghua1.第四系 ；2.中生代地层 ；3.万隆组 ；4.桥头组 ；5.南芬组 ；6.钓鱼台组 ；7.临江组 ；8.花山组 ；9.珍珠门组 ；10.林家沟组板房沟段 ；11.林家沟组新农村段；12.大东岔岩组；13.荒岔沟岩组；14.蚂蚁河岩组；15.同心岩组；16.双庙岩组；17.白垩纪正长花岗；18.白垩纪花岗斑岩；19.三叠纪二长花岗岩；20.三叠纪石英闪长岩；21.三叠纪花岗闪长岩；22.古元古代侵入岩；23.太古代侵入岩；24..推测断层；25.逆断层；26.推覆断层；27性质不明断层；28平行不整合界线；29.角度不整合界线；30.整合界线；31.同位素年龄/测年方法

光华岩群仅见于通化市以北光华镇—柞木台子一带，系1994年吉林省区域地质矿产调查所欧祥喜在从事1：5万通化市、小荒沟、四方山幅区域地质调查时所建[8,9]，原划分4个岩组，时代划为新太古—古元古代，经本次研究后仅保留双庙岩组和同心岩组。其下部为双庙岩组变质气孔状玄武岩（斜长角闪岩）；上部为同心岩组变质的陆源碎屑沉积岩（石榴二云片岩、变粒岩）。总体岩石组合特征反映出其原岩建造以强烈的基性火山喷发-泥砂质沉积建造为特征。原划分的小青沟岩组的流纹岩经重新工作后发现其变质作用微弱，与光华岩群产状在区域上也不协调，且又与果松组和三棵榆树组火山岩有较大差别无法对比，而与区域上的长白组则极为相似，故将其置于长白组。而杨木桥岩组则实为太古代表壳岩而归入茨沟岩组。依据厘定后的光华岩群层序和同位素测年资料将其置于古元古代。

表 1 通化地区中—古元古代岩石地层划分表Table 1 Meso- Paleoproterozoic lithostratigraphic division of Tonghua area

1.2.2 集安岩群

集安岩群自下而上由蚂蚁河岩组、荒岔沟岩组和大东岔岩组构成。

下部蚂蚁河岩组：工作后将原划分的该岩组存在的大面积古元古代花岗岩（条痕状花岗岩）剔出后[10]，将其余的碎屑岩和蛇纹石化大理岩划为蚂蚁河岩组。

中部荒岔沟岩组：该岩组的划分层位现已为多数地质学家所接受而仍沿用。但截止到目前仍未见蚂蚁河岩组与荒岔沟岩组间的确切上下层位叠置关系，所见均为构造接触。

上部大东岔岩组：前人依据其与老岭群的花山组、临江组中均具有相同的可识别的三期变形特点，并且均以高铝的泥质原岩为主，故认为大东岔组与花山组、临江组二者可以对比，而统称临江岩组，划归集安岩群。本次工作后发现二者存在着明显的差异：

（1）就其伴生的非铝质碎屑岩的物质组成不同，大东岔岩组为黑云变粒岩、浅粒岩等多种岩石类型，SiO2质量分数一般小于80%，Al2O3为14.39%~21.83%，Al2O3/SiO2为 0.22~0.4，个别地区可识别有浊流沉积岩系，具有明显的复理石建造特征，原岩多为长石砂岩、杂砂岩；而临江组高铝泥质岩石之夹层为石英岩，SiO2质量分数普遍高于 85%，Al2O3为 2.07%~7.27% ，Al2O3/SiO2为0.02~0.08，原岩为高成分成熟度之石英砂岩。

（2）大东岔岩组中有特别发育的长英质条带，并具构造变形，同时可见被古元古代晚期巨斑花岗岩侵入[11]；而花山组、临江组则无长英质条带，且目前尚未发现有确切的花岗岩岩浆侵入事件。

（3）大东岔岩组的变质程度普遍达到相当于巴洛变质带的堇青石带、矽线石带，而PTt轨迹花山组、临江组变质程度最高达到铁铝榴石带及十字石带。因此，本项目重新恢复了大东岔岩组，并将其置于集安岩群上部，而将花山组、临江组重新划归老岭群的上亚群。

1.2.3 老岭群

老岭群自下而上由下亚群林家沟组（新农村段、板房沟段）、珍珠门组和上亚群花山组、临江组构成。其原岩建造为稳定大陆边缘或克拉通盆地的石英（砂）岩—碳酸岩盐—页岩沉积建造。

区内珍珠门组是老岭群中的标志层位，并且在该组之下见普遍伴生的一套陆源碎屑岩建造，已为广大地质工作者所认同。主要为一套石英岩、微粒浅粒岩、变粒岩、黑云片岩夹碳酸盐岩等组合，本次以所谓“暖气包岩”作为划分标志，将该碎屑岩划分为新农村段和板房沟段；以炭质板岩作为标志，将其上的白云质大理岩划归为珍珠门组。

2 重要界面的发现

（1）老岭群内花山组和珍珠门组界面：本次工作在通化市金厂岭首次发现花山组、临江组平行不整合覆盖于珍珠门组之上，据此将老岭群划分为下亚群和上亚群（图2）。解决了多年来一直争议不休的老岭群的层序问题。

（2）集安岩群与老岭群间的界面：本次工作在和平东山通过槽探工程揭露出老岭群新农村段角度不整合覆盖于集安岩群大东岔岩组之上（图3），在新农村西沟通过槽探工程揭露出老岭群新农村段角度不整合覆盖于集安岩群荒岔沟岩组之上（图4）。

3 同位素年代学研究

鉴于测区内的古—中元古代岩石地层的层序和形成地质时代一直存在着争议，本次工作采用激光剥蚀等离子体质谱方法，对古—中元古代变质岩中的碎屑锆石进行了系统的同位素年龄测定，分析测定结果如下：

3.1 光华岩群

双庙岩组：变质玄武岩的锆石有两组U-Pb谐和年龄数据，其一是（2 495±11）Ma，系太古代残留锆石结晶年龄；另一组是（2 120±10） Ma，则代表该岩浆的结晶年龄，即光华岩群的形成年龄。

同心岩组：石榴石变粒岩的锆石有两组U-Pb谐和年龄数据，其一是（2 500±16）Ma，系太古代残留锆石结晶年龄，另一组是（1 988±27）Ma，代表该锆石结晶年龄，说明该岩组形成晚于20亿年，表明在20亿年左右存在一期岩浆活动，可能为火山活动事件。

3.2 集安岩群

蚂蚁河岩组：采自透辉变粒岩的锆石有两组U-Pb谐和年龄数据，其一是（2 476±22） Ma，系太古代残留锆石结晶年龄，另一组是（2 108±17）Ma，代表该锆石结晶年龄，说明该岩组形成晚于21亿年，且在21亿年左右存在一期岩浆活动，可能为火山活动事件。另外还存在一粒变质锆石，年龄值是（1 827±20）Ma，代表了变质作用年龄。

荒岔沟岩组：采自斜长角闪岩的锆石U-Pb谐和年龄数据是（1 850±10） Ma，代表该锆石U-Pb体系的封闭年龄，该样品中锆石存在着大小不等，内部结构不同等特征，但年龄值一致，该值应视为变质年龄，说明该岩组形成早于18.5亿年，且在18.5亿年左右发生了高级而强烈的变质作用。

图 2 老岭群上下亚群间平行不整合关系素描图Fig.2 Sketch map of parallel unconformity relation between the upper and the lower sub-groups of Laoling Group Pt2z-珍珠门组 ；Pt2h: 荒岔沟组

图 3 老岭群林家沟组新农村段角度不整合覆盖集安岩群大东岔岩组素描图Fig.3 Sketch map of the new rural section of Linjiagou Formation, Laoling Group angular unconformity covers on Dadongcha Formation of Ji`an Group Pt2x: 林家沟组新农村段；Pt1d: 大东岔岩组

图 4 老岭群林家沟组角度不整合覆盖集安岩群荒岔岩组素描图Fig.4 Sketch map of Linjiagou Formation of Laoling Group angular unconformity covers on Huangcha Formation of Ji`an Group1. 林家沟组新农村段石英岩；2. 荒岔岩组含石墨大理岩

采自黑云变粒岩的残留锆石U-Pb年龄数据并不集中且谐和年龄仅有两个点，一个是（1 838±25 ）Ma，代表了该岩石的变质年龄，另一个是（2 144±25） Ma，代表该锆石结晶年龄，说明该岩组形成于18.4亿年至21.4亿年间，且在18.4亿年左右存在一期强变质作用。

大东岔岩组：采自黑云变粒岩的锆石U-Pb谐和年龄数据是（1 935±18）Ma，代表该锆石U-Pb体系的封闭年龄，该样品中锆石内部具有结构清楚、岩浆结晶生长纹发育等特征，从而确定为岩浆锆石，该值为岩浆结晶年龄，说明该岩组是形成于19亿年左右的火山岩。

3.3 老岭群

林家沟组新农村段：采自中粒变质长石石英砂岩中的碎屑锆石U-Pb谐和年龄数据是（2 550±12）Ma，系太古代残留锆石结晶年龄，该样品采集于古—中元古代地层的最北部，与太古代基底岩层直接接触，单一种类锆石说明该岩组物源仅有太古代基底，且该岩组角度不整合覆盖于荒岔沟岩组和大东岔岩组之上，故其形成时代应置于中元古代。

临江组：采自细粒变质石英砂岩中的碎屑锆石有两组U-Pb谐和年龄数据，其一是（2 188±22）Ma，系古元古代早期岩浆活动的残留锆石结晶年龄，另一组是（2 028±12）Ma，仍是古元古代残留锆石结晶年龄，代表该锆石结晶年龄，说明在20亿年左右存在一期岩浆活动，可能为火山活动事件。

老岭群的变质程度较浅，不能改变锆石的U-Pb封闭体系，因此上述所获的年龄值基本代表了锆石的结晶年龄。花山组和临江组构成。

并首次发现花山组、临江组平行不整合覆盖于珍珠门组之上，老岭群新农村段角度不整合覆盖于集安岩群大东岔岩组和荒岔沟岩组之上。

在光华岩群双庙岩组变质玄武岩中获得锆石U-Pb谐和年龄（ 2 120±10）Ma，则代表该岩浆的结晶年龄，即光华岩群的形成年龄。在集安岩群大东岔岩组黑云变粒岩获得锆石U-Pb谐和年龄（1 935±18）Ma，该值为岩浆结晶年龄，说明该岩组形成于19亿年左右的火山岩。在老岭群临江组变质石英砂岩中获得锆石U-Pb谐和年龄（2 028±12）Ma，仍是古元古代残留锆石结晶年龄，代表该锆石结晶年龄，说明在20亿年左右存在一期岩浆活动，可能为火山活动事件。

4 结论

对通化地区古—中元古代“岩石地层”单位重新进行划分和厘定，并赋予新的含义。自下而上划分为古元古代光华岩群、集安岩群和中元古代老岭群，光华岩群与集安岩群呈整合接触关系，为同一时期、同一地球动力学机制下的裂谷构造环境产物，老岭群角度不整合覆盖于集安岩群之上。光华岩群自下而上由双庙岩组和同心岩组构成；集安岩群自下而上由蚂蚁河岩组、荒岔沟岩组和大东岔岩组构成；老岭群自下而上由林家沟组、珍珠门组、

[1] 裴福萍，叶轶凡，王 枫，等. 吉林通化地区中元古代辉绿岩墙的发现及其地质意义[J]. 吉林大学学报（地球科学版）,2013,43(1)：100-118.

[2] 吉林省地质矿产局. 1:20万浑江市幅区域地质调查[R]. 长春：吉林省地质资料馆，1976.

[3] 吉林省区域地质矿产调查所.1:20万通化市幅区域地质调查[R]. 长春：吉林省地质资料馆，1977.

[4] 辽宁省地质矿产局. 1:5万清河镇幅区域地质调查[R]. 沈阳：辽宁省地质资料馆，1989.

[5] 李东津. 吉林省岩石地层[M]. 北京：中国地质大学出版社，1997: 32-43.

[6] 吉林省地质矿产局. 吉林省地质志[M]. 北京：地质出版社，1988：505.

[7] 吉林省地质调查院. 1：25万通化市幅区域地质调查报告[R]. 长春：吉林省地质资料馆，2004.

[8] 欧祥喜.龙岗古陆南缘光华岩群地质特征及时代探讨[J].吉林地质，2000,19(3)：16-25.

[9] 吉林省区域地质调查所. 1:5万通化市、小荒沟、四方山幅区域地质调查[R]. 长春：吉林省地质资料馆，1994.

[10] 路孝平，吴福元，张艳斌，等. 吉林南部通化地区古元古代辽吉花岗岩的侵位年代与形成构造背景[J]. 岩石学报,2004,20(3)：381-392.

[11] 路孝平，吴福元，郭敬辉，等. 通化地区古元古代晚期花岗质岩浆作用与地壳演化[J]. 岩石学报,2005,21(3)：721-736.