遼河（巖）群演化史探討：以今論古

仲米山，王海鵬，郭洪方，王忠江，敖 光，翟富榮，譚 超

1.遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧大連116100；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧沈陽110032

遼河（巖）群演化史探討：以今論古

仲米山1，王海鵬1，郭洪方1，王忠江1，敖 光1，翟富榮2，譚 超1

1.遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧大連116100；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧沈陽110032

通過對太平洋和古亞洲洋演化特征的討論，可以為遼河（巖）群演化歷史研究提供許多寶貴的啟示.遼河（巖）群不可能是夭亡的裂谷，至少達(dá)到了大西洋階段和太平洋階段的洋盆.洋盆的閉合擠壓造山作用，是一個(gè)漫長的（可能需要數(shù)億年）遞進(jìn)變形過程，在此期間形成的所有構(gòu)造形跡可歸納為一期構(gòu)造.遼河（巖）群中的面理，以構(gòu)造置換面理為主，因此，該套地層不適合按照史密斯地層學(xué)原理開展地層學(xué)研究，應(yīng)采用巖性填圖方法恢復(fù)其本來面貌.

以今論古；遼河（巖）群；裂谷；遞進(jìn)變形；構(gòu)造置換面理

以今論古是地質(zhì)學(xué)研究的重要方法.遼河（巖）群在遼寧地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)研究中占有十分重要的位置，屬古元古代變質(zhì)巖系，分布面積較廣，礦產(chǎn)豐富，年代久遠(yuǎn)，廣存爭議［1-9］.本文試圖用板塊運(yùn)動(dòng)理論來探討遼河（巖）群中一些重要的有爭議的問題，那便是：①太平洋特征及演化趨勢；②古亞洲洋的變化過程；③在此基礎(chǔ)上，探討遼河（巖）群的演化歷史.

1 太平洋

太平洋是世界上最大的洋，面積達(dá)1.8×108km2.

1.1 太平洋在威爾遜旋回中的時(shí)間定位及環(huán)太平洋雙變質(zhì)帶

洋盆有它自己的生命周期，服從“發(fā)生—發(fā)展—鼎盛—衰退—滅亡”這樣一條根本規(guī)律.太平洋已經(jīng)過了鼎盛期，發(fā)展到威爾遜旋回第Ⅳ個(gè)階段（表1）［10］，開始衰退縮小.歐亞板塊和美洲板塊，在太平洋一側(cè)正在相向運(yùn)動(dòng)，而在大西洋一側(cè)正在向背運(yùn)動(dòng)，即太平洋日漸衰退縮小，大西洋日漸擴(kuò)大.

雙變質(zhì)帶是指高壓變質(zhì)帶和低壓變質(zhì)帶成雙成對出現(xiàn)，高壓變質(zhì)帶產(chǎn)生在板塊俯沖帶，低壓變質(zhì)帶生成于島弧帶.在太平洋西岸，日本北海道、日本本州、中國臺灣、新西蘭等地都有雙變質(zhì)帶出現(xiàn)；在太平洋東岸，美國和智利也有雙變質(zhì)帶出現(xiàn)，這就是所謂的環(huán)太平洋雙變質(zhì)帶（圖1），也是太平洋板塊向其東（美洲板塊）、西（歐亞板塊）兩岸俯沖的記錄［11］.

1.2 日本雙變質(zhì)帶展布特征

在日本本州有兩對雙變質(zhì)帶：①三郡高壓變質(zhì)帶，對應(yīng)的是飛驒低壓變質(zhì)帶，形成時(shí)間約為二疊紀(jì)至侏羅紀(jì)；②三波川高壓變質(zhì)帶，對應(yīng)的是領(lǐng)家低壓變質(zhì)帶，形成時(shí)間約為侏羅紀(jì)至白堊紀(jì).這兩對雙變質(zhì)帶與本州島延長方向平行，呈北東向平行展布.這兩對雙變質(zhì)帶共同的特點(diǎn)是高壓變質(zhì)帶在南東側(cè)，對應(yīng)的低壓變質(zhì)帶在北西側(cè).在日本的北海道出現(xiàn)了神居－古潭高壓變質(zhì)帶，與其對應(yīng)的是日高低壓變質(zhì)帶，二者呈近南北向平行展布，與前兩對雙變質(zhì)帶不同的是高壓變質(zhì)帶在西側(cè)，與其對應(yīng)的低壓變質(zhì)帶在東側(cè)（見圖2）［11］.

1.3 俯沖帶遷移及太平洋的演化趨勢

日本本州及其附近海域的俯沖帶展布特征可以看出明顯的俯沖帶遷移現(xiàn)象.最早的俯沖帶相當(dāng)于三郡高壓變質(zhì)帶；第二次俯沖帶相當(dāng)于三波川高壓變質(zhì)帶；第三次俯沖帶即為現(xiàn)在的俯沖帶——千島－堪察加海溝—日本海溝—伊豆－小笠原海溝（圖3）.太平洋板塊向歐亞板塊俯沖及俯沖帶遷移是相當(dāng)復(fù)雜的過程，在日本的北海道還出現(xiàn)了自西向東俯沖現(xiàn)象，即神居－古潭高壓帶在西，日高低壓帶在東，這是弧后盆地向島弧俯沖（倒轉(zhuǎn)島弧）之下形成的雙變質(zhì)帶（見圖3）.在日本，頻繁發(fā)生的地震，也是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖引起的.這說明歐亞板塊與美洲板塊正在聚合，太平洋正在縮小，大西洋正在擴(kuò)大.雖然有如此之多的俯沖記錄，太平洋并沒有明顯減小，可能需要數(shù)十次至數(shù)百次（甚至上千次）俯沖（及俯沖遷移）才能徹底閉合.這是一個(gè)復(fù)雜而漫長的遞進(jìn)變形過程，這個(gè)過程大概需要上億年（或幾億年）.太平洋板塊對歐亞大陸的俯沖（擠壓）作用，其作用時(shí)限大約從古生代末開始，至今仍在進(jìn)行.板塊之間的相互運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了大洋演化的生命旋回.不難預(yù)期，太平洋生命演化的最后的擠壓造山階段，會使太平洋中不同時(shí)期的沉積物發(fā)生變質(zhì)變形.

太平洋閉合之后，會形成擠壓造山帶.之前所形成的俯沖帶記錄（高壓變質(zhì)帶）究竟能保留下來多少是很難預(yù)料的，即使有少量高壓變質(zhì)帶殘留下來，也很難在原來的位置.現(xiàn)在，大西洋正在接受大陸架型沉積，太平洋正在接受弧盆系沉積.

2 古亞洲洋

古亞洲洋是主要發(fā)育在古生代，分布于西伯利亞板塊和中朝板塊之間的大洋，現(xiàn)在已經(jīng)徹底閉合，形成增生造山帶，即天山－興蒙造山帶.

表1 威爾遜旋回的六個(gè)階段及其特征Table 1 Six stages and characteristics of Wilson Cycle

圖1 環(huán)太平洋雙變質(zhì)帶分布圖（據(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig.1 Distribution of the circum-Pacific paired metamorphic belts（From Reference［11］）

2.1 古亞洲洋的空間分布

古亞洲洋閉合后形成的天山－興蒙造山帶，位于哈薩克斯坦、蒙古國及中國的新疆、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江一帶.實(shí)際上，古亞洲洋分布的范圍要比現(xiàn)在造山帶的范圍大得多.

2.2 古亞洲洋的時(shí)間演化

大約在震旦紀(jì)，華北－西伯利亞古陸開始裂解，逐漸擴(kuò)張形成古亞洲洋［12］.古亞洲洋中，自震旦紀(jì)至早三疊世均有沉積作用發(fā)生.但是，由于處于構(gòu)造活動(dòng)帶上，在擠壓造山作用及后繼的構(gòu)造作用下，還遭到強(qiáng)烈的巖漿作用，使這一時(shí)段的地層保留得殘缺不堪，支離破碎，經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造置換作用，均屬層狀無序構(gòu)造巖片.

在古亞洲洋閉合時(shí)間上西側(cè)和東側(cè)略有差異，西側(cè)（新疆一帶）大約在早志留世開始閉合［13］，東側(cè)（東北亞一帶）大約在中二疊世開始閉合［14-16］，兩側(cè)在閉合時(shí)間上存在差異.西伯利亞板塊和中朝板塊之間的擠壓造山作用最后完成時(shí)間大約為中侏羅世［17-19］.從洋盆開始閉合至造山作用結(jié)束大約經(jīng)歷了200 Ma（圖4），這是一個(gè)漫長的遞進(jìn)變形過程.在西伯利亞板塊和中朝板塊之間形成增生造山帶（圖4），兩大板塊最終也沒有碰撞到一起.值得注意的是，古亞洲洋，無論其開裂擴(kuò)張過程還是閉合造山過程，均與加里東運(yùn)動(dòng)、華力西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)無關(guān)，不應(yīng)該劃分相應(yīng)的構(gòu)造層（圖5）.

在天山－興蒙造山帶中，有部分不完整的高壓變質(zhì)帶（藍(lán)片巖）殘留下來，如新疆的阿克蘇藍(lán)片巖帶、特克斯藍(lán)片巖帶以及內(nèi)蒙古的溫都爾廟藍(lán)片巖帶、日溫塔拉藍(lán)片巖帶、蘇布格塔藍(lán)片巖帶，這些藍(lán)片巖帶幾乎都是支離破碎的.其中特克斯藍(lán)片巖和阿克蘇藍(lán)片巖呈透鏡體狀、似層狀、褶皺轉(zhuǎn)折端狀?yuàn)A低壓相系堇青片巖中，形成雙變質(zhì)帶混雜體［20］.很明顯，這是后繼的擠壓造山作用將兩種不同構(gòu)造環(huán)境形成的巖石擠壓疊置到一起的.

圖2 日本雙變質(zhì)帶分布圖（據(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig.2 The paired metamorphic belts in Japan（From Reference［11］）

3 遼河（巖）群

通過對太平洋和古亞洲洋演化特征的討論，可以為遼河（巖）群演化歷史研究提供許多寶貴的啟示.

3.1 遼河（巖）群形成的構(gòu)造環(huán)境

根據(jù)威爾遜旋回，遼河（巖）群沉積建造具有大西洋階段與太平洋階段特征［21］.

筆者之一對遼河（巖）群上百條實(shí)測剖面中巖石類型進(jìn)行了加權(quán)平均統(tǒng)計(jì)，得出了遼河（巖）群中各種巖石類型的百分含量.又對遼河（巖）群中已有的上千組巖石化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選，選取具有代表性的94組數(shù)據(jù)，用以對遼河（巖）群原巖建造恢復(fù)和形成構(gòu)造環(huán)境的討論.得出的結(jié)果如下.

圖3 日本現(xiàn)代俯沖帶和島弧的位置圖（據(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig.3 Modern subduction zones and island arcs in Japan（From Reference［11］）

圖4 古亞洲洋的閉合過程Fig.4 The closing process of the Paleo-Asian Ocean

圖5 興蒙造山帶的構(gòu)造演化關(guān)系圖（據(jù)內(nèi)蒙古地質(zhì)志，1991，有修改）Fig.5 Tectonic evolution of the Xing’an-Mongolian orogenic belt（Modified from the Geology of Inner Mongolia，1991）

遼河（巖）群疊置厚度8 000～10 000 m.遼河（巖）群的原巖建造為巨厚的陸源沉積碎屑巖——內(nèi)源沉積碳酸鹽巖（夾少量火山巖）建造.從威爾遜旋回（表1）可以看出，為典型的大陸架沉積.這是成年期洋盆（大西洋階段）所獨(dú)具的沉積特征.再看其中的火山巖，它們的 TiO2含量為 0.19%～0.61%；FeO＊/MgO 為 2.64～143.33.TiO2含量偏低，而FeO＊/MgO偏高（格拉席，1974），符合島弧型火山巖地球化學(xué)特征（衰退洋盆特征，見表1）.從遼河（巖）群的原巖建造來看，它不僅經(jīng)歷了大西洋階段，還經(jīng)歷了太平洋階段.遼河（巖）群還具有飽和型變質(zhì)作用.可以推斷，最后遼河（巖）群發(fā)展到了喜馬拉雅階段.這個(gè)為遼河（巖）群提供沉積場所的洋盆，我們暫且稱之為遼吉古元古洋［21］.

3.2 遼吉古元古洋閉合擠壓造山作用

太平洋自中生代（或古生代末）開始閉合，至今還是浩瀚無邊，到其擠壓造山作用結(jié)束至少還需要幾億年.古亞洲洋從其開始閉合，到其擠壓造山作用結(jié)束，亦經(jīng)歷了兩億多年.不難推斷，遼吉古元古洋閉合擠壓造山作用肯定也是一個(gè)漫長的遞進(jìn)變形過程.

關(guān)于構(gòu)造分析.實(shí)質(zhì)上，構(gòu)造分析應(yīng)包括3個(gè)部分（或3個(gè)步驟），即：幾何分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析，即全方位構(gòu)造解析［22］.但是，20世紀(jì)90年代中期以前，人們往往忽略了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析，而局限于幾何分析.在一個(gè)露頭上，就可以將構(gòu)造形跡劃分出若干個(gè)期次.由于板塊構(gòu)造觀點(diǎn)的普及和P-T-t軌跡理論的出現(xiàn)，人們逐漸認(rèn)識到，運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析是至關(guān)重要的.動(dòng)力學(xué)分析中的重要內(nèi)容就是力的來源分析.人所共知，板塊運(yùn)動(dòng)是（非板內(nèi)）構(gòu)造作用力的唯一來源［23-24］.板塊之間聚合作用是板塊之間最主要的運(yùn)動(dòng)形式之一，整個(gè)遼吉古元古洋閉合擠壓造山過程，就是一個(gè)遞進(jìn)變形過程.

所謂遞進(jìn)變形，就是在同一動(dòng)力作用下，變形物體從其初始狀態(tài)變化到最終狀態(tài)所經(jīng)歷的連續(xù)變形過程［10］.在遞進(jìn)變形過程中，構(gòu)造形跡的產(chǎn)生有先后.先形成的構(gòu)造形跡會不斷地改變自己的形態(tài)、方向和位置，可能出現(xiàn)褶皺軸面或褶皺樞紐的彎曲（圖6），可能出現(xiàn)褶劈理，還可能出現(xiàn)面理的再置換等.這些構(gòu)造現(xiàn)象不可以當(dāng)成另一期構(gòu)造疊加的現(xiàn)象.現(xiàn)存的構(gòu)造現(xiàn)象都是遞進(jìn)變形的最終狀態(tài)（地表疊加的晚期變形除外），是板塊聚合造山的結(jié)果，整個(gè)遼吉古元古洋閉合擠壓造山過程形成的所有構(gòu)造形跡應(yīng)為構(gòu)造演化最終產(chǎn)物.

3.3 遼河（巖）群的變質(zhì)構(gòu)造單元

遼河（巖）群是變質(zhì)層狀巖系，面理十分發(fā)育，區(qū)域上透入性面理總體呈近東西向展布.這組東西向面理是原始沉積層理還是次生構(gòu)造面理，是當(dāng)前人們爭論的焦點(diǎn).認(rèn)為是原始沉積層理的研究者，堅(jiān)持在遼河（巖）群中建立群、組、段，然后進(jìn)行地層對比.實(shí)際上遼河（巖）群中已經(jīng)不存在原始沉積層理，在遼河（巖）群中見到的巖層層理都是次生構(gòu)造面理，其中主要是置換面理（桑德爾和特納的換位葉理）［25］，即縱彎同斜褶皺的軸面面理置換了原始層理（圖7）.還有少部分面理是韌性沖斷剪切面理，以及在前二者基礎(chǔ)上發(fā)育起來的變質(zhì)－構(gòu)造分異面理.它們都是在地殼較深構(gòu)造層次中經(jīng)過構(gòu)造置換和變質(zhì)－變形作用形成的.

圖6 在遞進(jìn)變形過程中形成的構(gòu)造行跡Fig.6 Structure features formed in progressive deformation

置換面理，在能干性較強(qiáng)的巖石中顯示比較清楚，如大理巖、淺粒巖、石英巖等，多被置換成層狀、似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)睢o根鉤狀和褶皺轉(zhuǎn)折端（圖7），其厚度從幾毫米到幾米，構(gòu)造疊置厚度可達(dá)數(shù)十米.這些構(gòu)造置換現(xiàn)象無論露頭域或薄片域均可以見到（圖7、8）.雖然有時(shí)可以見到沉積微層理，但多已平行置換面理（圖8b），僅殘留的褶皺轉(zhuǎn)折端可以見到微層理與置換面理直交或斜交現(xiàn)象（圖8a）.

韌性沖斷剪切面理和變質(zhì)－構(gòu)造分異面理在能干性較強(qiáng)的巖石中顯示比較清楚.韌性沖斷剪切面理往往發(fā)育在縱彎同斜褶皺之間能干性較強(qiáng)弱的巖石中（圖6a）.構(gòu)造－變質(zhì)分異面理是在置換面理和韌性沖斷剪切面理基礎(chǔ)上發(fā)育起來的.若原巖為泥質(zhì)巖、泥質(zhì)粉砂巖和雜砂巖，幾乎都變成了板巖、千枚巖和片巖，其中以片巖為主.在垂直片理的薄片中可以發(fā)現(xiàn)，淺色礦物在微劈理域集中，暗色礦物在劈理域集中，從而構(gòu)成QF（淺色礦物）帶和M（暗色礦物）帶.這種變質(zhì)－構(gòu)造分異面理常常被誤認(rèn)為原始沉積的微層理（圖8c）.由板狀構(gòu)造到千枚狀構(gòu)造，再發(fā)展到片狀構(gòu)造，隨著變質(zhì)－構(gòu)造分異程度的增高，面理的剝離性越來越好.

圖7 遼河（巖）群露頭上見到的軸面面理對層理的置換Fig.7 Beddings replaced by axial plane foliations on the outcrop of Liaohe group

4 結(jié)語

通過以上分析，可以得出如下幾點(diǎn)初步結(jié)論.

1）遼河（巖）群形成的構(gòu)造環(huán)境，至少達(dá)到了大西洋階段和太平洋階段的洋盆，不可能是夭亡的裂谷.

2）洋盆的閉合擠壓造山作用，是一個(gè)漫長的（可能需要數(shù)億年）遞進(jìn)變形過程.在此期間形成的所有構(gòu)造形跡可歸納為一期構(gòu)造.如果在大西洋階段出現(xiàn)過某些構(gòu)造形跡，在洋盆的閉合擠壓造山作用中，一定會被改造殆盡.所以遼河（巖）群中不會保留造山前的隆滑構(gòu)造.

3）遼河（巖）群中的面理，以構(gòu)造置換面理為主，還有部分韌性沖斷剪切面理和變質(zhì)－構(gòu)造分異面理，或有少量殘留沉積微層理，但它已經(jīng)平行構(gòu)造置換面理，只有在殘留的褶皺轉(zhuǎn)折端才能見到二者的直交和斜交現(xiàn)象.因此，只有徹底摒棄原來的“組”，填巖性圖才能顯現(xiàn)遼河（巖）群的固有面貌.

圖8 顯微鏡下照片F(xiàn)ig.8 The microphotograph of fold axis surface

致謝：在成文過程中得到楊中柱教授級高級工程師及張國仁教授級高級工程師悉心指導(dǎo)，文中素描圖和照片來自相應(yīng)的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，恕不一一注明，在此表示衷心感謝！

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THE EVOLUTION HISTORY OF LIAOHE ROCK GROUP：From the Present to the Past

ZHONG Mi-shan1，WANG Hai-peng1，GUO Hong-fang1，WANG Zhong-jiang1，AO Guang1，ZHAI Fu-rong2，TAN Chao1
1.Liaoning Institute of Geological Exploration，Dalian 116100，Liaoning Province，China；2.Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources，Shenyang 110032，China

Research on the evolution characteristics of the Pacific Ocean and Paleo-Asian Ocean gives us some enlightenment for the forming history of Liaohe Group.It can be inferred that the Liaohe Group is not a vanished rift but more likely reaches the oceanic basin of at least Atlantic and Pacific stages.The closing compressive orogeny of ocean basin is a long progressive deformation process which may last several hundred million years.All the structural features formed in the process belong to the same stage.The foliation in Liaohe Group is mainly structural replaced foliation.Therefore the strata should be restored as what it really is by lithologic mapping rather than the Smith stratigraphy principle.

evolution history；Liaohe rock group；rift；progressive deformation；structural replaced foliation

1671-1947（2017）05-0445-08

P588.3

A

2016－06－02；

2017－02－28.編輯：張哲.

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“遼東地區(qū)古元古代成礦地質(zhì)背景與區(qū)域成礦規(guī)律研究”（1212011220475）.

仲米山（1986—），男，碩士，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究，通信地址遼寧省大連市金州區(qū)五一路10號，E-mail//278929624@qq.com