华北克拉通北缘早-晚石炭世构造演化（中国东北）：来自锆石年龄、地球化学和地壳厚度模型的约束

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Early–Late Carboniferous Tectonic Evolution of the Northern North China Craton (NE China): Constraints From Zircon Ages, Geochemistry, and Crustal Thickness Modeling

　　

华北克拉通（NCC）北缘的构造演化仍存在争议。在本研究中，研究人员获得了来自中国东北吉林省中南部Yufutun组、Tongqigou组和Benxi组火山岩的锆石U–Pb年龄、地球化学数据和Sr–Nd同位素数据，以及沉积岩的碎屑锆石年龄。Yufutun组玄武岩和安山岩的定年结果给出了晚石炭世年龄（302–307 Ma）。玄武岩显示出相对平坦的稀土元素（REE）配分模式，具有高Nb/Ta比值（17.65–20.55）、Sm/Nd比值（0.30–0.36）和初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（0.7064–0.7068），表明其来源于原始地幔源区，地球化学特征类似于弧后盆地玄武岩（BABB）。安山岩显示出高Th（3.44–4.97 ppm）和Ce（33.96–44.79 ppm）含量以及低初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（0.7039–0.7042），表明其来源于地壳和岩石圈地幔组分的混合源区，具有与弧相似的地球化学亲缘性。从Yufutun组、Tongqigou组和Benxi组沉积岩中获得的最年轻碎屑锆石年龄分别为342 ± 3 Ma、311 ± 7 Ma和317 ± 5 Ma。Yufutun组和Benxi组沉积物的地球化学数据指示被动大陆边缘，而Tongqigou组硅质岩指示活动大陆边缘。研究人员利用全岩微量元素和碎屑锆石Eu/Eu*比值估算地壳厚度，表明古亚洲洋（PAO）俯冲始于约330 Ma，NCC与边缘弧之间的碰撞始于270 Ma，沿NCC北缘发生由西向东的剪刀式闭合。

**论文解读文章**

**研究背景与存在问题**
华北克拉通（NCC）北缘的构造演化长期存在争议，尤其是古生代期间该区域是处于被动大陆边缘还是活动大陆边缘，以及古亚洲洋（PAO）的俯冲起始时间和闭合机制尚不明确。前人研究对石炭纪火山-沉积岩的形成环境（如弧后盆地、岛弧、被动边缘）和地壳厚度变化的认识存在分歧，缺乏系统的年代学和地球化学约束。为此，研究人员对吉林省中南部Yufutun组、Tongqigou组和Benxi组的火山-沉积岩开展了锆石U-Pb定年、全岩主微量元素和Sr-Nd同位素分析，并结合碎屑锆石年龄和地壳厚度建模，旨在重建NCC北缘晚古生代构造演化历史。该研究发表于《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》。

**主要研究方法**
研究人员采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）对火山岩和沉积岩中的锆石进行U-Pb定年；利用X射线荧光光谱（XRF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析全岩主量和微量元素；使用多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）测定Sr-Nd同位素比值。地壳厚度估算基于全岩（La/Yb）_N和Sr/Y比值以及碎屑锆石Eu/Eu*比值，并筛选出SiO₂（55%–70%）、MgO（1%–4%）、Rb/Sr（0.05–0.25）的岩浆岩数据以及排除S型花岗岩锆石和Th/U<0.1的锆石。样本均采自吉林省中南部，包括Yufutun组（玄武岩、安山岩、硅质岩）、Tongqigou组（硅质岩）和Benxi组（碎屑岩）的6件新鲜样品。

**研究结果**
**5.1 锆石U–Pb年龄**
- **Benxi组**：样品XTG-7和BXZ-1的碎屑锆石年龄谱以新太古代（~2.5 Ga）和古元古代（~1.8 Ga）为主，最年轻年龄组加权平均年龄分别为317±5 Ma和380±5 Ma，表明Benxi组沉积于晚石炭世。
- **Tongqigou组**：样品TQG-1的碎屑锆石主要为岩浆成因，年龄峰值集中于331 Ma和411 Ma，最年轻年龄组加权平均年龄为311±7 Ma，指示晚石炭世沉积。
- **Yufutun组**：玄武岩（YFT-1）和安山岩（YFT-18）的岩浆锆石年龄分别为302±3 Ma和307±6 Ma，硅质岩（FMG-1）最年轻碎屑锆石年龄为342±3 Ma，表明Yufutun组形成于早-晚石炭世。

**5.2 全岩主量和微量元素**
- Yufutun组玄武岩具有平坦REE配分模式，亏损大离子亲石元素（LILEs，如Rb、Th），相对富集高场强元素（HFSEs）和K，与弧后盆地玄武岩（BABB）相似。
- Yufutun组安山岩富集LREE和LILEs，亏损HFSEs，显示岛弧特征。
- Benxi组碎屑岩以高SiO₂（73.6–85.3 wt.%）和弱负Eu异常为特征，指示长英质源区。
- Tongqigou组和Yufutun组硅质岩具生物成因特征，与正常海相沉积环境一致。

**5.3 全岩Sr–Nd同位素特征**
- 玄武岩具有高初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr（0.7064–0.7068）和正ε_Nd(t)值（+4.9至+6.7），指示来源于亏损地幔并受俯冲流体改造。
- 安山岩具有低初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr（0.7039–0.7042）和正ε_Nd(t)值（+3.4至+3.5），表明源区包含地壳和岩石圈地幔组分。

**讨论部分总结**
**6.1 沉积时代**：综合化石和锆石年龄，Benxi组、Tongqigou组和Yufutun组均形成于晚石炭世，但Yufutun组为构造混杂岩，包含不同时代岩片。
**6.2 火山-沉积岩成因**：玄武岩源自亏损地幔部分熔融，并受俯冲流体交代，形成于弧后盆地；安山岩源自下-中地壳物质部分熔融，形成于岛弧；硅质岩为生物成因，沉积于大陆边缘。
**6.3 沉积物源**：碎屑锆石年龄谱显示Benxi组主要来自NCC基底，Tongqigou组以NCC为主并有少量佳木斯-蒙古地块（JMB）贡献，Yufutun组硅质岩物源近源，指示弧后环境。
**6.4 构造意义**：早石炭世（360–333 Ma）NCC北缘为被动大陆边缘，古亚洲洋高角度俯冲始于~333 Ma，形成弧后盆地；中二叠世（~270 Ma）俯冲角度变缓，导致NCC与边缘弧碰撞，地壳增厚至80 km；晚三叠世（~235 Ma）古亚洲洋最终沿索伦克-西拉木伦-长春-延吉缝合带剪刀式闭合。

**研究结论**
研究人员认为，古亚洲洋沿NCC北缘的俯冲始于约330 Ma，NCC与边缘弧的碰撞始于约270 Ma，最终闭合采用由西向东的剪刀式模式。这一结论基于地壳厚度演化曲线（锆石Eu/Eu*和全岩（La/Yb）_N）与区域地质记录的整合，为NCC北缘晚古生代构造演化提供了新的时间和约束。