华北克拉通北部燕辽基性大火成岩省研究取得重要进展

大火成岩省（large igneous provinces, LIPs）指的是在短期内（<1~5 Ma，最长不超过50 Ma）形成的、规模宏大（面积>10万平方千米、体积>10万立方千米），且具有板内地球化学特征的基性岩浆活动。大火成岩省研究对于古大陆重建、全球性环境突变及生物灭绝、矿产资源（Cu-Ni-PGEs、Fe-V-Ti及REE、Nb、Ta、Th等）及认识区域性抬升等构造过程的性质均有重要的意义。

已有的资料显示，在燕辽裂陷槽中元古代沉积地层内有大量辉绿岩床侵位。我所张拴宏研究员等经过多年的野外地质调查，确定了这些辉绿岩床分布西起北京西山-宣化，向东经怀来-延庆、蓟县、宽城-下板城、凌源、朝阳，东界到达辽宁义县。其延伸长度超过600千米，宽度近200千米，分布面积超过了12万平方千米（图1~图3）。通过40多条剖面，限定了辉绿岩床的累计厚度为50~1800米（图4）。对新获得及前人发表的18个侵入到下马岭组、雾迷山组、高于庄组及铁岭组内辉绿岩样品的斜锆石207Pb/206Pb年龄统计结果表明，这些岩床的侵位年龄变化于13.3至13.0亿年，其峰期年龄为13.2亿年（图5），表明燕辽地区大规模辉绿岩床的侵位发生在13.2亿年左右。地球化学分析结果显示，燕辽辉绿岩具有板内拉斑质地球化学特征。因此，燕辽地区侵位到中元古代沉积地层内的辉绿岩床构成了一个基性大火成岩省，被命名为燕辽大火成岩省（Yanliao large igneous province）。野外调查结果还表明，燕辽基性大火成岩省侵位的最新层位为下马岭组，在长龙山组及其上部层位的地层中没有发现类似的辉绿岩床（图3、图4）。这一产状关系说明燕辽辉绿岩的侵位发生在下马岭组沉积结束之后，长龙山组沉积开始之前。由于下马岭组与长龙山组为平行不整合接触并广泛发育底砾岩（图6），燕辽基性大火成岩省的形成伴随有前岩浆期区域性抬升，抬升起始的时限为13.5~13.4亿年（即下马岭组顶界年龄）。燕辽基性大火成岩省及相伴的区域性抬升的确定为认识华北克拉通在哥伦比亚（奴那）超大陆中的位置及其演化提供了重要依据。

在全球已经报道的大火成岩省中，燕辽基性大火成岩省在形成时代、产状、岩性组成及地球化学特征方面均可以与北澳大利亚McArthur盆地内13.2亿年代Derim Derim-Galiwinku基性大火成岩省（图7）相对比，并且这两个地区中元古代沉积地层也非常相似，特别是岩床侵入的最顶部层位均为一套以黑色页岩为主的沉积组合（燕辽的下马岭组及北澳大利亚的Roper群）。这种相似性特征说明，在哥伦比亚（奴那）超大陆重建中，华北克拉通北东部与北澳大利亚克拉通北部是相邻的，而燕辽及Derim Derim-Galiwinku大火成岩省可能属于一个被大陆裂解所分开的统一的大火成岩省。这一重建方案也得到了前人古地磁结果的支持。以13.2亿年基性大火成岩省为标志，华北克拉通从哥伦比亚超大陆发生了裂解，燕辽基性大火成岩省与Derim Derim-Galiwinku基性大火成岩省相分离。

上述研究成果近期发表在国际著名刊物地球与行星科学通讯上（Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Xian-Hua Li, R.E. Ernst, Zhen-Yu Yang, 2017. The 1.33–1.30 Ga Yanliao large igneous province in the North China Craton: Implications for reconstruction of the Nuna (Columbia) supercontinent, and specifically with the North Australian Craton. Earth and Planetary Science Letters. 465: 112–125. DOI: 10.1016/j.epsl.2017.02.034）。

附图：

图1 燕辽裂陷槽中元古代沉积地层内辉绿岩床分布范围示意图

图2 燕辽裂陷槽中侵入到元古代地层内辉绿岩床野外照片

图3 燕辽裂陷槽中侵入到元古代地层内辉绿岩床剖面图

图4 燕辽裂陷槽中元古代地层柱及侵入其中的辉绿岩床

图5 燕辽地区辉绿岩床斜锆石Pb-Pb年龄统计图

图6 燕辽地区下马岭组与长龙山组平行不整合接触关系及底砾岩

图7 北澳大利亚克拉通13.2亿年辉绿岩床（墙）分布地质简图