中国东北东部中生代火山活动与泛太平洋板块.doc

中国东北东部中生代火山活动与泛太平洋板块一7c/第19卷第3期2000年b月中国区域地质regionalge0logyofchinav01.i9.no3aug.,2000中国东北东部中生代火山活动与泛太平洋板块v殷长建,彭玉鲸,靳克(吉林吉林长春130022)一莒l,提要:长白山脉中生代火山岩带与东1翼f之洋陆边界平行展布.火山岩浆作用可划分为三大构造阶段(230-190ma.178125ma.11865ma).四大旋回,11十旋回和24十火山事件.由安粗岩系和钙碱性岩系组成的一个新的火山岩浆作用构造类型.称之为走滑大陆边缘一拉分张裂性火山岩系.洋陆板块互动方式的更迭及速率的变化是火山岩浆作用地球动力学探部发展过程的主控因素.关键词!里查壅堡;坐量鳖监查!堡堡中圈分类号:p5113文献标识码:a文章编号:10003907(2000)03030309中国东北东部是太平洋中生代火山环的重要组成部分.习称长白山(脉)火山岩带.大体以黑龙江萝北往南经吉林蛟河达辽宁风城一线为界分成东(i),西()两个亚带(图1).中生代火山岩是区内金,银,铜,铅锌,锑,汞等金属和膨润土,沸石,珍珠岩等非金属及石油,天然气,煤,油页岩等能源矿产资源的重要成矿期.针对当前研究的焦点,开展火山岩浆作用阶段,类型,构造环境及地球动力学机制的深入研究无疑是一个具有理论和实际意义的课题.1火山岩浆作用阶段的划分火山活动的时序是研究同题的基础.往昔.因无认同的划分原则,加之地质年表的不统一.缺乏相对精确的测年资料及对陆相生物化石组合时限的争议,一直未获得认识一致的划分对比方案.近年,赵春荆等,彭玉鲸等l2提出了火山岩浆作用阶段划分的5原则,并在此基础上初步建立了长白山火山岩带与中国东部其他地区划分对比的新方案.笔者认为必须补充:区域性地层角度不整合所揭示的同一地块或同一构造域的造山作用的演化历史是划分火山岩浆作用阶段大旋回的标志,即顶底界.同一大旋回的不同火山沉积盆地,因相同系统的古构造发生时空和强度之变化,引起分布较广的同时或准同时的火山活动应是划分旋回的基础.每一旋回,由对比多个盆地的剖面所确定的火山幕式的活动作用,与该旋回同位紊年龄统计所出现的峰值大致对应,或与区域同期沉积盆地的沉积岩的火山岩夹层年龄(或由生物化石组合确定的地质时代)相吻合时,便将这些幕式的火山活动的峰期称之为火山事件.据此,接cowie等的全球地质年表将本区火山岩浆作用阶段划分如表1所示.牧稿日期:19990901;修订b期;1999110l怍着阿介:艘长建(1953一).男【祝族),吉#省集安市人,高级工程师.从事区域地质谓查和综音研兜.3o4中国区域地质(1)以5个区域性地层角度不整合所揭示的造山作用和造山花岗岩的侵位活动将区内火山岩浆作用划分为四大旋回,与该区中生代构造盆地一火山盆地的发生,发展,演化的连续性与阶段性相吻合?.需要指出的是:截止目前,对中国东部进入滨太平洋构造域的启动时间仍有多种认识,根据表l的第一个角度不整合,它应始于早印支造山运动结束,晚三叠世(230ma)新的海进开始.这与殷鸿福l3提出的拉丁阶大海退结论完全一致,很可能是全球岩石圈板块发生变化的重要时期.(2)结合事件地层学的理论观点_4j,将大旋回,旋回和火山事件有机地联系起来,依据众多的同位素测年资料和生物地层所佐证的地质时代相互印证?,初步建立了区内的中生代火山事件(24个)序列.(3)早侏罗世南楼山大旋回,旋回和火山事件的年龄确认.现尚缺乏相对精确的测年数据.是依据综合信息(上,下不整合面的时限,黑龙江东部海水进退规程,自身的生物化石组合等),参照测国1东北东部中生代火山岩分布略图f1schematicmapshowingthedistilbl】tionofmesoevolcanicrocksintheempartofnortheastchina年资料推定的,即认定的火山事件年龄比已知的测年数据高出310.2810-ma.晚白垩世松木河和九户洞旋回,火山事件的划分,目前的测年数据及生物资料尚欠充分,但仍可与相邻的俄罗斯远东滨海区同期的陆相火山岩及近年松辽盆地中新发现的晚白垩世的火山活动进行大致比较.2火山岩浆作用的基本类型从物质的组成识别火山岩浆作用基本类型的主要观点有三:单岩系_6j,双岩系和多重岩系10】.本文认为对一个很复杂的构造环境地区,又跨越一相当长的地质历史时期,火山岩浆作用类型的研究不仅要在整体上,更要按火山岩浆作用的阶段去把握它,特别是寻找其自身特有的类型.事实上,上述研究者都已经注意了这一问题.比如,陶奎元l1研究中国东南大陆火山岩带时,提出了”中国东南大陆型钙碱性系列”与环太平洋带中泛称的钙碱性系列彭玉鲸等,吉林省中生代火山活动厦动力学机制.吉林地质科技情报,1995,(4):210.彭玉鲸,吉林省中生代陆相地层的年cm松术河(三裸椅树(【田火山事件so70,粕i,挣,96,72.4,67.44)s姐一桦山或三颗con艘其火山事件f或三棵榆树ii火山事件).sw.bs518926,k耶,84,862,窖7)大旋回榆树璇西格木火山事件f或三棵榆树i火山事件xk卯,94,928,91,蜉)c圃aib一10l8an末山旋末山n)火山事件9s(k102,245,102,97,95)回末山()火山事件10soa0s土3,k105,97.114)barm京山(i)火山事件130(rbl30土2,i如土2,132)haul,蔫山山艄岩饶瞅平小别拉二长花岗岩ri1孙蠊安插梆子钾长花刿岩rl19舢v蛳屯母营泉水村泉水村(d火山事件124rb12498+-1207,k125.3,1217,12131)ben大碴回旋回泉水村fli)火山事件124(rb1253,ar127,808,k126125泉水村(i)火山事件l30(rb1302=2,1302,i32)mk-l4oi盘掏峙盘沟峙(1ld火山事件138(rb13914,137.5108,k140)o玎旋回金沟峙f1)火山事件148(rb1495147.5,k149,148,146.i78金沟.乎()火山事件1州rbl447,k144.2,140-i50)上llb廿l160刺ir沟f火山事件1,斟rb15757,15405+-3.65,10)ba1刺猾沟利ir沟f)火山事件16k160.3,)63.62)旋回刺沟fii)火山事件16斟rb16995,k1673)刺囊沟f1)火山事件lrb143,ar1763,k174,175,173.8,173.8)aaltoa燕山期遗山花啪岩:慧井和长胜花岗岩nl挑蛤蠛河花岗闪长岩k1撇玎i甫棱山摩天岭摩天峙火山事件190(k17735,1767,173.9烟艘1773,花岗岩侵入】大麓回旋回硒l90石虎沟石虎沟二k山事件195(rb18521,igo76.47.k173).2200四音屯四台电火山事件2ool9l9士4,k195045.01,190,i87,91)l旋回r虹晚印支遗山葩口岩:伊ii柳树丹子正长花晦岩埘瑚-末清二云母花骷船石t删一nor大兴沟天桥岭天辑峙()火山事ff2ao021o19,210+_1.1,208+-16,205428,23194.28大麓回天斩崎(1)火山事件2141214土14,k1908-226.2)crn一220210旋回托盘沟托盘沟ii)火山事件220(rb222+_1o,k224,218.63,211.4土6o1)229旋回托盘沟”1)火山事件趔231土7,k2295,227.22455,k229卸lad早q埴期山袖岩:尚志大王折于硼长花岗岩rl盘外相咚阿治安电嘁性范岗岩u23山一注:rb为rb.等时线.u为u-ph等时线,th为th-pb法.ar为at-ar法.k为kar等时线或表面年龄,单位ma;资料主要来自参考文献2,5及近年吉林省l:5万区域地质矿产调壹新成果中国区域地质.0亩专_i言上韦獬i.0,(%)io蕊slo,图2东北东部中生代火山岩1图解fig.2tasagramofmesozoicvolcanicrocksintheeasternpartofnortheastchinai,一晚三叠世西,隶亚带:,一中晚侏罗世西,京亚带:v,一早白垩世早期西,东亚带1一早侏罗世;11一晚白垩世:(i一据区调成果.u据赵安生等.1994)一j0x毫一菩专i一jox古星一#喜z】0x毫一jo:i一一o鼍第3期殷长建等:中国东北东部中生代火山活动与泛太平洋板块有着不可忽视的差异.李兆鼐_8】也曾指出:”更具特色的是普遍出现富碱的钙碱性火山岩和相应的侵入岩,我们建议称为碱钙性系列,单独分出来,并赋于新的严格定义”.臧尧龄等10】,赵安生等认为此类岩系的特征与兰塞姆命名的安粗岩系相似.称之为安粗岩系.通过图2可判定:区内各阶段的火山岩,其投影点几乎都形成粗面玄武岩一玄武粗安岩一粗安岩一粗面岩一粗面英安岩一(碱性流纹岩)和玄武安山岩一安山岩英安岩一流纹岩的两类岩石组合,即以安粗岩系和钙碱性岩系构成的双重岩系为特点.对应具体剖面分析.似乎每一旋回或每一火山事件均显示出由钙碱性岩系向安粗岩系的演化,或二者呈韵律式的转化.随着旋回的更新,安粗岩系活动不断增强,乃至到了晚白垩世有的火山盆地(如三棵榆树)形成了单一的安粗岩系.安粗岩系的某些主要特征如下:在宏观上,幸运时可于野外露头中发现极为罕见的辉石橄榄岩,橄榄岩和暗色矿物聚集的深源包体.及较大的辉石和橄榄石的”捕掳晶”臧尧龄等10曾对上述两类岩石包体中的辉石进行电子探针分析,认为其源岩为石榴石二辉橄榄岩.在微观上,岩石化学表现为富碱(k2o+na20>5%),贫钙(cao<na20+k2o),富钾,具较高的钾钠比值.普遍出现fe203>feo;相关指数计算及岩石化学图解,均表现出碱钙性岩系的属性,如在afm图解中,其投影点均分布于拉斑玄武岩浆和钙碱性岩浆的趋势线之间,和共生的钙碱性岩沿钙碱性趋势线两侧对峙分布.在李特曼logv-log图解中绝大多数点均落入造山带(b)区.在微量元素上,反映在相斥元素对cr与ti一高一低的含量上.亦属深部岩浆分异系列的产物.稀土元素,含量高.为轻稀土富集型;在lta/ybyb图解中.85%的投影点落入弧火山岩区,与伸展盆地火山岩无关;在rb一(y+nb)图解中,投影点亦多集中于火山弧区.与板内火山岩关系无姻;在l丑/yb一ree图解中,投影点都分布于玄武岩浆(幔)源区.同位素,在k一(ma)关系图中,投影点亦多落入上地幔源区,锶的初始值随时代变新而增大.硫,氧,碳稳定同位素测试成果,均表明火山岩浆及相关成矿物质来自上地幔源区.铅同位素数据,在pb/.pb一pb/”pb关系图中,投影点均位于造山带演化线之下,表明物质来源较深,并揭示为造山带岩浆活动的产物.上述特征表明,本区中生代出现的安粗岩系和钙碱性岩系火山岩,既不同于与安第斯俯冲型钙碱性火山岩,也不同于与大陆裂谷有关的拉斑玄武岩系和碱性玄武岩系的火山岩,与以往所论述的与太平洋板块俯冲有关的典型岛弧型钙碱性火山岩也存在着重要差别.3火山岩浆作用的构造环境及地球动力学机制讨论本区火山岩浆作用环境提法有十几种之多,归纳简化之有:板缘”俯冲说”,”走精说”,”大陆边缘说”,”俯冲挤压一造山带崩塌说”,板内”活化带说”,”伸展说”,”拉张说”,以及”板根”折沉说,”大陆根一柱构造说”,”大陆深源岩浆说”,”陆内消减带说”等等.如此之多的说法,最终反映到其地球动力学上形成4种认识:泛太平洋板块与欧亚板块的相互作用;露伯利亚板块与中朝板块的碰撞,超碰撞;露伯利亚板块,特提斯一印度板块及太平洋一库拉板块三者复杂的相互作用;大陆板块的拆沉或根一柱构造.本文开宗明义时就已提出:火山岩浆作用是区域岩石圈某阶段发展演化诸多方面不可分割的一个重要环节.如果从总体上,不论是空间还是时间,乃至壳,幔物质运动的方向与方式,与某板块的运动方向,方式乃至速率的变更存在着同向,同步,同源的协同关系,其火山岩浆作用构造环境及地球动力学机制即受某板块的运动所制约.反之.不仅可以检验人们对某板块中国区域地质运动已有的认识正确与否,还可以提出创新的见解.就东北东部而言,早印支造山运动已使离散在西伯利亚板块与中朝板块之间的诸陆块实现了最终拼贴,宣告了古吉黑造山带的完成.中朝板块与蒙古褶皱带的拼贴也已实现【1.拼贴后的东北地块(或东北块体群),直至晚侏罗世以前始终保持着北移的态势?.北移的速率平均约1.0em/a,远大于华北板块0.4cn1/a的北移速率15.显然,这一地球动力学状况,不可能成为该区中生代岩石圈滇化和火山岩浆作用的主控因素.此外,将蒙古一鄂霍茨克褶皱带的形成视为西伯利亚板块与中朝板块最终拼合的标志,也构不成研究区中生代岩石圈演化和火山岩浆作用的制约条件.由此,必须从系统与环境之间的关系去寻找原因.东北东部中生代时期最重要的地质环境就是紧邻其东侧的泛太平洋板块的活动.自hilde等恢复太平洋板块运动史以来,历经丸山茂德等l1,矶崎行雄等l1逐步的深入研究,迄今尚未达到完全统一.但就曾经依时序出现法拉隆(farralon),伊泽纳吉(izanagi)和库拉(kula)等板块即泛太平洋板块_2的相继活动以及这些板块和欧亚大陆的相对运动(我们称之洋陆互动效应)存在着恻向,斜俯冲,正面俯冲及速率的转化,已渐趋共识.就空间而言,其时的俄罗斯远东地区,黑龙江省东部的饶河地区和日本列岛即是大陆边缘的外带,其西当为内带.从东到西,若其重大地质作用过程确实表现出同向,同步,同源的内在联系,那么关于研究区火山岩浆作用的构造环境(或构造类型)及地球动力学机制,就将会获得一个较为科学的确切答案(表2).(1)泛太平洋板块的法拉隆,伊泽纳吉,库拉三板块在东北亚大陆边缘活动的时限与日本列岛3条(三郡,飞马单,三渡)双变质带形成的时代和陆缘带中生代三阶段(_i1,jzk,k.一k)构造盆地的开合及相应的火山岩浆作用大旋回的时限存在着基本对应的关系.(2)各洋板块相对大陆的活动方式,具有侧向一洋盆扩张一斜俯冲或近正面俯冲的大体相似的运动过程,控制了大陆边缘各主要地质事件.如侧向运动与陆缘初始海侵,陆相盆地的出现,特别是与走滑一拉分张裂型火山一侵入深成杂岩及走滑一挤压隆起型花岗岩形成同步发展.洋盆扩张与陆缘海侵的高峰期,陆相盆地火山活动减弱乃至停息,陆相碎屑岩楔发育,煤及油页岩的形成也保持着同步的变化.俯冲,特别是斜俯冲与加积体拼贴于大陆边缘的时间和陆缘的海退沉积盆地的闭合,陆缘造山的出现,北东至北北东向斜列的构造岩浆岩带,以及多宇型的断裂褶皱体系的形成,更充分显示出同向,同步,同源的内在联系.(3)陆缘火山岩浆作用的发生及强度首先取决于洋陆相对运动方式,其次才是速率.如依据丸山茂德l1】的测定资料,180-145ma洋陆板块相对运动呈北东向(即侧向运动),速率为10.7cm/a,形成了刺猬沟,金沟岭两期分布极广的火山活动.而在127119ma,相对运动的速率达到了21.1cm/a,高出近一倍,但其方式是近正面俯冲(即北北西向),发生了陆缘造山花岗岩侵位,无火山岩的发育.紧接此时之后(119100ma),速率微降(20.5cm/a),然而运动方式已近侧向(北偏东),立即出现了东山旋回的火山岩浆作用.(4)洋陆相对的侧向运动,诱发大陆边缘断裂带出现同向,同时,同应力场的走滑作用,是制约研究区火山岩浆作用类型安粗岩系与钙碱性岩系形成的最本质的构造环境.彭玉鲸等n在研究区走滑一拉分张裂型火山岩浆岩套内不仅已获得存在于晚三叠世的实证材料,橱赢心等,中国满洲里一绥莽河地学断面主要地体古地磁研究.(中国满洲里绥莽河地学断面多学科综合研究项目>专题报告,1993.第3期殷长建等:中国东北东部中生代火山活动与泛太平洋板块309衰2东北东部与泛太平洋板块重要地质事件对照衰tab.2comnofmaj0roioglceveuintheeastern邮olnortheaslch1nhandthen铷i暑l州ncplmtel电质时陆缘内带陆蜂蚪蔷土洋板块代o儿l2,456789d虮i晤l黑齄蟮齄-i躁-n:cmpe置蔷i毒=曾s扎:嚣羹甘辱嚣蟮恤垂嚣苦直鎏嚣盏蟮知隶量羹世:蟮:棼#篁-k倡!蜒1辱警攫置|t置一+嚣肆#倒蟮妻稃*理coni蕾留-3蝗tur:c曲b要害黑如茁ba珊-港眢ttlmt名v黑墨嚼蔷誉b缸墓耋嵩tm*璺蒋鞋蜒ko精chbth饕b却il耻如辱姐蓦aal嚣蔷黉岛toa嚣pli盘蕞辱毒盏sin饼丑常晨蝴燃bet摧牲磐埠靛p,ht轻弓察nor疆脚蛔_kcin墨i蕃刮注:据彭玉蟪等1997年资料补充修订最近对通化南部果松一带的研究也找到了相当于剌猬沟火山旋回的实证资料,与区域拉分一张裂型火山岩同源的侵入相二长花岗岩rb.sr等时线年龄(150.666.13)ma.钾长花岗岩k-年龄_153.42.1)ma.早自垩世晚期(119-100ma),该类岩套不仅见于鸭绿江带.310中国区域地质同样也发现于敦化一密山断裂带.而伊通一舒兰断裂带由走滑构造产生的脆塑性糜棱岩的测年资料亦在该时区内.最为引起我们重视的是,赣南会昌安粗岩系亦形成于105100ma,似乎表明此时瑞金一寻邬断裂带亦发生了走滑作用.若再考虑宁芜地区,庐纵地区,郯庐地区等同一时代的安粗岩系的出现,实可证明中生代东亚大陆边缘东部的断裂系统于119100ma进入了一个重要的走滑时期_2最大的平移速率4.16.2cm/al2,为同期大洋板块侧向运动速率的1/4左右.导致了同一类型火山岩浆作用在中国东部广泛分布.结论:综上所述,研究区中生代火山岩浆作用的地质构造发展史及区域性岩石圈的演化.无论是在空间上,时间上.还是在物质成分上,无不与洋陆的互动有关.即相邻的泛太平洋板块相对大陆板块运动方式的转化及速率的变更,在几何学,运动学方面都存在着同向,同步,同源的对应,协同关系,构成一幅如表2所示的井然有序的动态图形.揭示出各类重要地质事件的节律,受其成因背景和驱动机制圈层耦合效应所控制.解释这一大地构造发展的其他理论.只能是叠加于这一主因中的次要因素.日本学者将日本岛这一构造历史发展阶段(22075ma)建议称为”都城型造山运动”,代替”科迪勒拉型造山运动”.考虑”都城型造山”一词.未能将与之有关的陆缘造山的许多特征,特别是火山岩浆作用的特色概括进去,我们建议:将该阶段(23065ma)的造山运动称为”东亚大陆边缘型”造山运动.参考文献:12345】6】78】赵春荆.彭玉鲸,党增欣,等吉黑东部构造格槊及地壳演化m.沈阳辽宁大学出版社,1996124136.彭玉鲸.苏养正吉林中部地区地质特征j.中国地质科学院沈阳地质矿产研究所集刊,1997,(58):358389殷鸿福.中国的拉丁阶【j】.地质论评.1988,(4):4t)5411吴瑞棠.事件地层学一十新的挑战【j.地质论评,1982.(3):235240.黄福堂.黄清华,阵春瑞橙辽盘地中生代地质事件节律及圈层耦台j石油勘探与开发,1998,(5):8690王德拄.任启江.邱检生,等.中国求部橄榄安粗岩省的二i:山岩特征及其成矿作用j.地质,1998,(1):23一陶奎元.论中国求部大陆沿海二i:山岩带a见;”七五”地质科技重要成果学术交流会议论文选集c北京:北京科技出版社.1992217222李兆鼐中国求部燕山期岩浆作用和探部过程a.见:中国矿物学,岩石学,地球化学研究新进展c.兰州:兰州大学出版社,19.91929赵海琦,邓晋福,陈发景,等.中国东北地区中生代火山岩岩石学特征与盘地形成【j】.现代地质,1998,(1):586210臧尧龄,剂志英,姜应星,等中国东北部火山岩带多重岩系叠加性及成因和演化a.见:中国地质学会论文集第一集,第二届垒国火山岩会议论文集:火山岩火山作用及有关矿产【c.北京:地质出版社,19938591陶奎元.中国东南大陆火山带在环太平洋火山带中的独特地位a】.见:中国地质学会论文集第一集,第二届垒国二i:山岩会议论文集:火山岩火山作用及有关矿产【cje京r地质出版社,1993.2329赵安生.蕺尧龄通化盆地的安粗岩系j中国地旗科学院沈阳地质矿产研究所集刊,1994,(3):6977李之彤,李长庚,赵春荆,等.吉林省磐石一双阳地区盒银多金属矿床地质特征成矿条件和拄矿方向m长春:吉林科学技术出版社,19949398马醒华.橱振字中国三大地块的碰撞拼合与古欧亚大陆的重建j地球物理,1993,(4):478488邵济安,唐克东中国东北地体与东北亚大陆边绦演化m.北京:地震出版社,1995.1185丸山茂德,藕野澈三.日本列岛周围的板块相对运动和遣山运动【j沈步晚译.国外地质,1987,(3):19矶崎行雄,丸山茂簿.日本岛的板块构造研究【j朴春燮译.吉林地质科技情报,1993,(2-3):112彭玉罅早白垩世鸭绿江拉分型张性花岗岩套的特征及地球动力学意义j中国地质科学院诜阳地质矿产研究所集刊,1995,(4):8497.彭玉鲸,王明胜.走滑断裂带的两类花岗岩【j.吉林地质,1998,(2):加30nn”蚺第3期殷长建等:中国东北东部中生代火山活动与瑟太平洋板块31120薛天武.吉林省通化市东南部七遭掏一老岭一带中生代地层及岩浆活动特征j.吉林地质.1997.(4):496021章邦桐,橱末生赣南会昌安粗岩系地球化学特征及成因a见:中国矿物学,岩石学,地球化学研究新进展c】.兰州:兰州大学出版杜.199415515822毛箨喜伟,马国锋郝庐断裂带研究十年回顾j地质论评,1992,(4):31632223陈王基郯庐断裂巨大平移的时代与格局j】科学通报,1988,(4):289293.mesozoicvolcanismintheeasternpartofnortheastchinaandtranspacificplateyinchang-jian,pengyu-jing,jinke(regionalc,eologigalandmineralsurvey,脚inbureauofg:andmineralextgorat;nanddeopme.t.ougchun130022.china)abstract:themesozoicvolcanichehinthechangbaimountainsisparalleltotheoceancontinentboundarytoitsesst.volcanismoccurredinthreemajortectonicstages(23019