辽河（岩）群演化史探讨：以今论古

仲米山，王海鹏，郭洪方，王忠江，敖 光，翟富荣，谭 超

1.辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100；2.辽宁省地质矿产研究院，辽宁沈阳110032

辽河（岩）群演化史探讨：以今论古

仲米山1，王海鹏1，郭洪方1，王忠江1，敖 光1，翟富荣2，谭 超1

1.辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100；2.辽宁省地质矿产研究院，辽宁沈阳110032

通过对太平洋和古亚洲洋演化特征的讨论，可以为辽河（岩）群演化历史研究提供许多宝贵的启示.辽河（岩）群不可能是夭亡的裂谷，至少达到了大西洋阶段和太平洋阶段的洋盆.洋盆的闭合挤压造山作用，是一个漫长的（可能需要数亿年）递进变形过程，在此期间形成的所有构造形迹可归纳为一期构造.辽河（岩）群中的面理，以构造置换面理为主，因此，该套地层不适合按照史密斯地层学原理开展地层学研究，应采用岩性填图方法恢复其本来面貌.

以今论古；辽河（岩）群；裂谷；递进变形；构造置换面理

以今论古是地质学研究的重要方法.辽河（岩）群在辽宁地区地质矿产研究中占有十分重要的位置，属古元古代变质岩系，分布面积较广，矿产丰富，年代久远，广存争议［1-9］.本文试图用板块运动理论来探讨辽河（岩）群中一些重要的有争议的问题，那便是：①太平洋特征及演化趋势；②古亚洲洋的变化过程；③在此基础上，探讨辽河（岩）群的演化历史.

1 太平洋

太平洋是世界上最大的洋，面积达1.8×108km2.

1.1 太平洋在威尔逊旋回中的时间定位及环太平洋双变质带

洋盆有它自己的生命周期，服从“发生—发展—鼎盛—衰退—灭亡”这样一条根本规律.太平洋已经过了鼎盛期，发展到威尔逊旋回第Ⅳ个阶段（表1）［10］，开始衰退缩小.欧亚板块和美洲板块，在太平洋一侧正在相向运动，而在大西洋一侧正在向背运动，即太平洋日渐衰退缩小，大西洋日渐扩大.

双变质带是指高压变质带和低压变质带成双成对出现，高压变质带产生在板块俯冲带，低压变质带生成于岛弧带.在太平洋西岸，日本北海道、日本本州、中国台湾、新西兰等地都有双变质带出现；在太平洋东岸，美国和智利也有双变质带出现，这就是所谓的环太平洋双变质带（图1），也是太平洋板块向其东（美洲板块）、西（欧亚板块）两岸俯冲的记录［11］.

1.2 日本双变质带展布特征

在日本本州有两对双变质带：①三郡高压变质带，对应的是飞驒低压变质带，形成时间约为二叠纪至侏罗纪；②三波川高压变质带，对应的是领家低压变质带，形成时间约为侏罗纪至白垩纪.这两对双变质带与本州岛延长方向平行，呈北东向平行展布.这两对双变质带共同的特点是高压变质带在南东侧，对应的低压变质带在北西侧.在日本的北海道出现了神居－古潭高压变质带，与其对应的是日高低压变质带，二者呈近南北向平行展布，与前两对双变质带不同的是高压变质带在西侧，与其对应的低压变质带在东侧（见图2）［11］.

1.3 俯冲带迁移及太平洋的演化趋势

日本本州及其附近海域的俯冲带展布特征可以看出明显的俯冲带迁移现象.最早的俯冲带相当于三郡高压变质带；第二次俯冲带相当于三波川高压变质带；第三次俯冲带即为现在的俯冲带——千岛－堪察加海沟—日本海沟—伊豆－小笠原海沟（图3）.太平洋板块向欧亚板块俯冲及俯冲带迁移是相当复杂的过程，在日本的北海道还出现了自西向东俯冲现象，即神居－古潭高压带在西，日高低压带在东，这是弧后盆地向岛弧俯冲（倒转岛弧）之下形成的双变质带（见图3）.在日本，频繁发生的地震，也是太平洋板块向欧亚板块俯冲引起的.这说明欧亚板块与美洲板块正在聚合，太平洋正在缩小，大西洋正在扩大.虽然有如此之多的俯冲记录，太平洋并没有明显减小，可能需要数十次至数百次（甚至上千次）俯冲（及俯冲迁移）才能彻底闭合.这是一个复杂而漫长的递进变形过程，这个过程大概需要上亿年（或几亿年）.太平洋板块对欧亚大陆的俯冲（挤压）作用，其作用时限大约从古生代末开始，至今仍在进行.板块之间的相互运动，构成了大洋演化的生命旋回.不难预期，太平洋生命演化的最后的挤压造山阶段，会使太平洋中不同时期的沉积物发生变质变形.

太平洋闭合之后，会形成挤压造山带.之前所形成的俯冲带记录（高压变质带）究竟能保留下来多少是很难预料的，即使有少量高压变质带残留下来，也很难在原来的位置.现在，大西洋正在接受大陆架型沉积，太平洋正在接受弧盆系沉积.

2 古亚洲洋

古亚洲洋是主要发育在古生代，分布于西伯利亚板块和中朝板块之间的大洋，现在已经彻底闭合，形成增生造山带，即天山－兴蒙造山带.

表1 威尔逊旋回的六个阶段及其特征Table 1 Six stages and characteristics of Wilson Cycle

图1 环太平洋双变质带分布图（据文献［11］）Fig.1 Distribution of the circum-Pacific paired metamorphic belts（From Reference［11］）

2.1 古亚洲洋的空间分布

古亚洲洋闭合后形成的天山－兴蒙造山带，位于哈萨克斯坦、蒙古国及中国的新疆、内蒙古、吉林、黑龙江一带.实际上，古亚洲洋分布的范围要比现在造山带的范围大得多.

2.2 古亚洲洋的时间演化

大约在震旦纪，华北－西伯利亚古陆开始裂解，逐渐扩张形成古亚洲洋［12］.古亚洲洋中，自震旦纪至早三叠世均有沉积作用发生.但是，由于处于构造活动带上，在挤压造山作用及后继的构造作用下，还遭到强烈的岩浆作用，使这一时段的地层保留得残缺不堪，支离破碎，经历了强烈的构造置换作用，均属层状无序构造岩片.

在古亚洲洋闭合时间上西侧和东侧略有差异，西侧（新疆一带）大约在早志留世开始闭合［13］，东侧（东北亚一带）大约在中二叠世开始闭合［14-16］，两侧在闭合时间上存在差异.西伯利亚板块和中朝板块之间的挤压造山作用最后完成时间大约为中侏罗世［17-19］.从洋盆开始闭合至造山作用结束大约经历了200 Ma（图4），这是一个漫长的递进变形过程.在西伯利亚板块和中朝板块之间形成增生造山带（图4），两大板块最终也没有碰撞到一起.值得注意的是，古亚洲洋，无论其开裂扩张过程还是闭合造山过程，均与加里东运动、华力西运动、印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动无关，不应该划分相应的构造层（图5）.

在天山－兴蒙造山带中，有部分不完整的高压变质带（蓝片岩）残留下来，如新疆的阿克苏蓝片岩带、特克斯蓝片岩带以及内蒙古的温都尔庙蓝片岩带、日温塔拉蓝片岩带、苏布格塔蓝片岩带，这些蓝片岩带几乎都是支离破碎的.其中特克斯蓝片岩和阿克苏蓝片岩呈透镜体状、似层状、褶皱转折端状夹低压相系堇青片岩中，形成双变质带混杂体［20］.很明显，这是后继的挤压造山作用将两种不同构造环境形成的岩石挤压叠置到一起的.

图2 日本双变质带分布图（据文献［11］）Fig.2 The paired metamorphic belts in Japan（From Reference［11］）

3 辽河（岩）群

通过对太平洋和古亚洲洋演化特征的讨论，可以为辽河（岩）群演化历史研究提供许多宝贵的启示.

3.1 辽河（岩）群形成的构造环境

根据威尔逊旋回，辽河（岩）群沉积建造具有大西洋阶段与太平洋阶段特征［21］.

笔者之一对辽河（岩）群上百条实测剖面中岩石类型进行了加权平均统计，得出了辽河（岩）群中各种岩石类型的百分含量.又对辽河（岩）群中已有的上千组岩石化学数据进行了筛选，选取具有代表性的94组数据，用以对辽河（岩）群原岩建造恢复和形成构造环境的讨论.得出的结果如下.

图3 日本现代俯冲带和岛弧的位置图（据文献［11］）Fig.3 Modern subduction zones and island arcs in Japan（From Reference［11］）

图4 古亚洲洋的闭合过程Fig.4 The closing process of the Paleo-Asian Ocean

图5 兴蒙造山带的构造演化关系图（据内蒙古地质志，1991，有修改）Fig.5 Tectonic evolution of the Xing’an-Mongolian orogenic belt（Modified from the Geology of Inner Mongolia，1991）

辽河（岩）群叠置厚度8 000～10 000 m.辽河（岩）群的原岩建造为巨厚的陆源沉积碎屑岩——内源沉积碳酸盐岩（夹少量火山岩）建造.从威尔逊旋回（表1）可以看出，为典型的大陆架沉积.这是成年期洋盆（大西洋阶段）所独具的沉积特征.再看其中的火山岩，它们的 TiO2含量为 0.19%～0.61%；FeO＊/MgO 为 2.64～143.33.TiO2含量偏低，而FeO＊/MgO偏高（格拉席，1974），符合岛弧型火山岩地球化学特征（衰退洋盆特征，见表1）.从辽河（岩）群的原岩建造来看，它不仅经历了大西洋阶段，还经历了太平洋阶段.辽河（岩）群还具有饱和型变质作用.可以推断，最后辽河（岩）群发展到了喜马拉雅阶段.这个为辽河（岩）群提供沉积场所的洋盆，我们暂且称之为辽吉古元古洋［21］.

3.2 辽吉古元古洋闭合挤压造山作用

太平洋自中生代（或古生代末）开始闭合，至今还是浩瀚无边，到其挤压造山作用结束至少还需要几亿年.古亚洲洋从其开始闭合，到其挤压造山作用结束，亦经历了两亿多年.不难推断，辽吉古元古洋闭合挤压造山作用肯定也是一个漫长的递进变形过程.

关于构造分析.实质上，构造分析应包括3个部分（或3个步骤），即：几何分析、运动学分析和动力学分析，即全方位构造解析［22］.但是，20世纪90年代中期以前，人们往往忽略了运动学分析和动力学分析，而局限于几何分析.在一个露头上，就可以将构造形迹划分出若干个期次.由于板块构造观点的普及和P-T-t轨迹理论的出现，人们逐渐认识到，运动学分析和动力学分析是至关重要的.动力学分析中的重要内容就是力的来源分析.人所共知，板块运动是（非板内）构造作用力的唯一来源［23-24］.板块之间聚合作用是板块之间最主要的运动形式之一，整个辽吉古元古洋闭合挤压造山过程，就是一个递进变形过程.

所谓递进变形，就是在同一动力作用下，变形物体从其初始状态变化到最终状态所经历的连续变形过程［10］.在递进变形过程中，构造形迹的产生有先后.先形成的构造形迹会不断地改变自己的形态、方向和位置，可能出现褶皱轴面或褶皱枢纽的弯曲（图6），可能出现褶劈理，还可能出现面理的再置换等.这些构造现象不可以当成另一期构造叠加的现象.现存的构造现象都是递进变形的最终状态（地表叠加的晚期变形除外），是板块聚合造山的结果，整个辽吉古元古洋闭合挤压造山过程形成的所有构造形迹应为构造演化最终产物.

3.3 辽河（岩）群的变质构造单元

辽河（岩）群是变质层状岩系，面理十分发育，区域上透入性面理总体呈近东西向展布.这组东西向面理是原始沉积层理还是次生构造面理，是当前人们争论的焦点.认为是原始沉积层理的研究者，坚持在辽河（岩）群中建立群、组、段，然后进行地层对比.实际上辽河（岩）群中已经不存在原始沉积层理，在辽河（岩）群中见到的岩层层理都是次生构造面理，其中主要是置换面理（桑德尔和特纳的换位叶理）［25］，即纵弯同斜褶皱的轴面面理置换了原始层理（图7）.还有少部分面理是韧性冲断剪切面理，以及在前二者基础上发育起来的变质－构造分异面理.它们都是在地壳较深构造层次中经过构造置换和变质－变形作用形成的.

图6 在递进变形过程中形成的构造行迹Fig.6 Structure features formed in progressive deformation

置换面理，在能干性较强的岩石中显示比较清楚，如大理岩、浅粒岩、石英岩等，多被置换成层状、似层状、透镜状、扁豆状、无根钩状和褶皱转折端（图7），其厚度从几毫米到几米，构造叠置厚度可达数十米.这些构造置换现象无论露头域或薄片域均可以见到（图7、8）.虽然有时可以见到沉积微层理，但多已平行置换面理（图8b），仅残留的褶皱转折端可以见到微层理与置换面理直交或斜交现象（图8a）.

韧性冲断剪切面理和变质－构造分异面理在能干性较强的岩石中显示比较清楚.韧性冲断剪切面理往往发育在纵弯同斜褶皱之间能干性较强弱的岩石中（图6a）.构造－变质分异面理是在置换面理和韧性冲断剪切面理基础上发育起来的.若原岩为泥质岩、泥质粉砂岩和杂砂岩，几乎都变成了板岩、千枚岩和片岩，其中以片岩为主.在垂直片理的薄片中可以发现，浅色矿物在微劈理域集中，暗色矿物在劈理域集中，从而构成QF（浅色矿物）带和M（暗色矿物）带.这种变质－构造分异面理常常被误认为原始沉积的微层理（图8c）.由板状构造到千枚状构造，再发展到片状构造，随着变质－构造分异程度的增高，面理的剥离性越来越好.

图7 辽河（岩）群露头上见到的轴面面理对层理的置换Fig.7 Beddings replaced by axial plane foliations on the outcrop of Liaohe group

4 结语

通过以上分析，可以得出如下几点初步结论.

1）辽河（岩）群形成的构造环境，至少达到了大西洋阶段和太平洋阶段的洋盆，不可能是夭亡的裂谷.

2）洋盆的闭合挤压造山作用，是一个漫长的（可能需要数亿年）递进变形过程.在此期间形成的所有构造形迹可归纳为一期构造.如果在大西洋阶段出现过某些构造形迹，在洋盆的闭合挤压造山作用中，一定会被改造殆尽.所以辽河（岩）群中不会保留造山前的隆滑构造.

3）辽河（岩）群中的面理，以构造置换面理为主，还有部分韧性冲断剪切面理和变质－构造分异面理，或有少量残留沉积微层理，但它已经平行构造置换面理，只有在残留的褶皱转折端才能见到二者的直交和斜交现象.因此，只有彻底摒弃原来的“组”，填岩性图才能显现辽河（岩）群的固有面貌.

图8 显微镜下照片Fig.8 The microphotograph of fold axis surface

致谢：在成文过程中得到杨中柱教授级高级工程师及张国仁教授级高级工程师悉心指导，文中素描图和照片来自相应的1∶5万区域地质调查报告，恕不一一注明，在此表示衷心感谢！

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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.编辑：张哲.

中国地质调查局项目“辽东地区古元古代成矿地质背景与区域成矿规律研究”（1212011220475）.

仲米山（1986—），男，硕士，工程师，主要从事区域地质矿产调查研究，通信地址辽宁省大连市金州区五一路10号，E-mail//278929624@qq.com