遼西寺兒堡-白塔盆地晚侏羅世火山巖地質特征及其對燕山運動的響應

　　摘要：(意義)遼西地區位于燕山造山帶東段，發育有大規模的中生代火山-沉積盆地，是研究中生代燕山運動構造體制轉換、巖石圈減薄和克拉通破壞的關鍵地區之一。(方法)本文報道了遼西寺兒堡-白塔盆地晚侏羅世火山巖巖相學、鋯石 U-Pb 年代學、地球化學和鋯石 Hf 同位素組成等資料，確定了其形成時代、巖石成因及構造背景，探討了晚中生代期間古太平洋板塊對華北克拉通東部俯沖后撤作用時間，為進一步認識燕山運動和燕山期巖漿活動的地球動力學機制提供可靠的地質依據。(結果)盆地內大范圍出露的流紋巖形成時代為 153.8 ~ 160.3 Ma，在空間上呈 NE 向展布，具有較高的 SiO2、Al2O3 和全堿含量，顯示準鋁質-過鋁質和高鉀鈣堿性特征。樣品相對富集大離子親石元素(LILEs: Rb、Ba、Pb、K 等)和輕稀土元素(LREEs)，虧損高場強元素(HFSEs: Nb、Ta、P、Ti 等)和重稀土元素(HREEs)，具明顯的 Eu 負異常和較低的 Cr、Co、Ni 含量，結合巖漿成因鋯石具有負 εHf(t)值(-17.8 ~ -23.2)和相對古老的 Hf 同位素二階段模式年齡(TDM2 = 2334 ~ 2697 Ma)，暗示初始巖漿可能來自于太古代或元古代的古老下地殼的部分熔融。(結論)綜合研究表明，遼西地區晚侏羅世巖漿構造活動主要受控于古太平洋板塊俯沖和后撤。寺兒堡-白塔盆地中流紋巖形成于古太平洋板塊俯沖的 NW 向擠壓構造背景，同時，在遼西地區存在大量與古太平洋板塊后撤密切相關的變質核雜巖和伸展盆地，暗示區域上伸展體系的存在。因此，本文認為燕山遼西地區構造體制于晚侏羅世發生轉變，由擠壓體系逐漸過渡為伸展體系，為燕山運動的響應。

　　關鍵詞：燕山運動;鋯石 U-Pb 年齡;華北克拉通;遼西地區;古太平洋板塊

　　宋志偉; 鄭常青; 林波; 徐學純; 梁琛岳; 陳龍; 趙英利; 溫泉波， 地球科學 發表時間：2021-11-26

　　0 引言

　　中國著名地質學家翁文灝根據燕山地區的構造運動特點于 1926 年首次提出“燕山運動” 這一概念(Wong, 1926)，最初是指遼西地區火山巖和髫髻山組火山巖的底部角度不整合所代表的構造運動及相應的巖漿活動，隨后又將其推廣至整個中國東部(Wong, 1927)。近幾十年來，學者們對燕山運動進行大量的相關研究，認為燕山運動是中國東部地區在整個侏羅紀至白堊紀期間發生的重大構造運動，根本性的改變了中國東部的構造格局，中國東部地殼由東西向構造轉變為北東向，并經歷了強烈的擠壓造山作用向伸展構造體制的轉變(Dong et al., 2015, 2018; Wang et al., 2018)。但是關于燕山運動形成的動力學背景和構造體制轉換時間仍存在不同認識。部分學者將燕山運動的形成聯系于新特提斯、蒙古-鄂霍茨克和古太平洋三大構造域的共同作用(Dong et al., 2015, 2018)，或考慮燕山運動是蒙古-鄂霍茨克洋閉合和古太平洋板片俯沖交替影響的結果(Davis et al., 2001)，然而更多的研究認為燕山運動是古太平洋板塊俯沖作用的產物(Li et al., 2014; Wang et al., 2015, 2017, 2018; Dai et al., 2018; Zhang et al., 2020)。古太平洋板塊向歐亞大陸的俯沖作用開始于早侏羅世(Wang et al., 2017; Tang et al., 2018)，與燕山運動的初始時間不謀而合(Dong et al., 2018; Zhang et al., 2020)。此外，燕山運動構造體制轉變也受古太平洋板塊俯沖后撤作用的強力制約(Li et al., 2014; Wang et al., 2018; Hu et al., 2019; Zhang et al., 2020)。因此，準確厘定古太平洋板塊俯沖后撤作用的時間是必要的。

　　華北克拉通具有～38 億年的演化歷史，是世界上最古老的克拉通之一(圖 1; Zhao et al., 2012; Wang et al., 2020)。在中生代受到燕山運動的強烈影響，巖石圈減薄，并在地表淺層發育大規模的巖漿活動和區域性構造變形(Yang, 2003)。遼西地區位于華北克拉通北緣，燕山構造帶的東段(圖 1, 2)。中生代時期，地殼由穩定轉為活化，遼西地區具有與華北克拉通相似的演化歷史。強烈且頻繁的構造巖漿活動,導致區域內發育了大量的中生代巖漿巖和火山-沉積斷陷盆地，并富含豐富的湖相古生物化石，是研究燕山運動和古太平洋構造體系演化歷史的典型地區之一(Liang et al., 2015a, b; Song et al., 2021)。前人對該地區出露的大面積中生代巖漿巖進行了系統的研究工作，但工作重點主要集中于侵入巖類(Hu et al., 2019; 崔芳華等, 2020)，對火山巖的報道相對較少，并且部分火山巖的年代劃分是通過野外巖石組合和生物化石完成的，定年工作不夠細致。因此，本文對遼西寺兒堡-白塔盆地出露的晚侏羅世火山巖進行巖石學、鋯石 U-Pb 年代學、地球化學以及鋯石 Hf 同位素組成等多方面的綜合研究，確定了其形成時代，巖石成因及構造背景，探討了晚中生代期間古太平洋板塊對華北克拉通東部俯沖后撤作用時間，為進一步認識燕山運動和燕山期巖漿活動的地球動力學機制提供了可靠的地質依據。

　　1 區域地質背景

　　華北克拉通位于中國東部，形態上呈三角狀，北鄰西伯利亞克拉通，南鄰揚子克拉通，東緣與太平洋板塊相連(圖 1)。遼西地區位于華北克拉通北緣燕山褶皺帶內，其東南為渤海灣盆地，向北為內蒙地軸(遼寧省地質礦產局, 1989)。在古生代期間研究區處于穩定沉積階段，整體以升降運動為主，構造、巖漿活動不活躍(崔芳華等, 2020; Song et al., 2021)。而在中生代則先后經歷了古亞洲洋、蒙古鄂霍茨克洋和古太平洋等構造體系的疊加影響，引發了強烈的構造-巖漿-成礦-成盆活動，是研究區的構造活躍期(圖 2; Davis et al., 2001; Meng, 2003; Dai et al., 2018)。印支期時華北克拉通與相鄰的揚子克拉通和西伯利亞克拉通發生碰撞拼合(Davis et al., 2001; Meng, 2003; Yang et al., 2003)，導致研究區發育了一系列近東西向的褶皺和斷裂構造，隨后晚中生代的燕山運動又對印支期的構造格局進行了強烈的改造，造成研究區的近東西向和北西向的斷裂又被后期的燕山期北東向斷裂錯斷，形成了大量走向為北東或北北東向的韌性剪切帶、變質核雜巖和中小型斷陷盆地。強烈的巖漿構造活動使得區域性隆升、伸展和走滑等構造現象較為普遍，同時還廣泛分布著火山巖地層，如晚侏羅世髫髻山組和早白堊世義縣組等(圖 2;Song et al., 2021)。因此，晚中生代火山巖與中國東部中生代構造格架的轉換、燕山運動的演化歷程以及華北克拉通破壞等地質問題密切相關(Gao et al., 2004; Zhu et al., 2012)。

　　中生代火山巖在遼西地區廣泛分布，大面積的火山巖出露于小德營子、新臺門、寺兒堡 -白塔和阜新-義縣等地區，分布面積約占總面積的 30%(圖 2a;遼寧省地質礦產局, 1989)。研究區內火山噴發活動從晚三疊世開始，至早白堊世達到頂峰，之后區域處于相對穩定期，后期改造較弱。興隆溝組中生代火山巖是遼西地區第一次火山噴發旋回的產物。隨后進入強烈的晚侏羅世髫髻山(藍旗)組和早白堊世義縣組火山噴發旋回。研究區中生代頻繁且強烈的巖漿活動和構造運動也造成區域上火山-碎屑巖地層較為發育，由下而上依次為晚三疊世紅垃子組、中-晚侏羅世海房溝組、髫髻山(藍旗)組和土城子組以及早白堊世義縣組(遼寧省地質礦產局, 1989)。根據現今的盆地殘留地層，又將遼西地區廣泛發育的火山-沉積盆地劃分為侏羅紀盆地和白堊紀盆地。其中，侏羅紀盆地為金嶺寺-羊山盆地，白堊紀盆地主要包括小德營子盆地、新臺門盆地和寺兒堡-白塔盆地等(圖 2a)。寺兒堡-白塔盆地位于楊家杖子巖漿熱液成礦帶東南部(圖 2b)，盆地內發育有一套中酸性火山巖巖石組合，主要由粗安巖，粗面巖、粗面英安巖，流紋巖以及少量火山碎屑巖組成，因受燕山期構造運動的影響，火山巖均呈北東或北北東向展布，與下伏早-中元古代灰巖和早古生代灰巖地層呈不整合接觸。對該套白堊紀盆地中晚侏羅世火山巖的詳細厘定，有助于建立區域中生代火山巖年代學格架和確定火山巖巖石成因及其構造背景。

　　2 樣品巖相學特征

　　晚侏羅世火山巖在遼西地區廣泛發育，主要由粗安巖、粗面巖、粗面英安巖、流紋巖以及少量火山碎屑巖組成，其中流紋巖僅出露在寺兒堡-白塔盆地內 ，在空間上呈北東或北北東向展布，巖石風化面呈土黃色，新鮮面呈黃白色，斑狀結構，塊狀構造或流紋構造(圖 3a, b)。斑晶主要由石英，斜長石，黑云母及少量鉀長石組成(圖 3c, d)。其中，斜長石呈半自形-他形板柱狀，具聚片雙晶，高嶺土化嚴重，粒徑介于 0.3 ~ 1.5 mm，含量約 10% ~ 15%;石英呈他形粒狀，粒徑介于 0.4 ~ 0.7 mm，含量約為 3% ~ 5%;黑云母呈不規則的片狀分布在基質中，含量約為 1% ~ 3%。基質為微晶-隱晶質結構，主要由石英和斜長石組成，鉀長石含量較少，石英顆粒包含斜長石和鉀長石微晶構成包含微晶結構(圖 3c, d)。

　　3 分析測試方法

　　3.1 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 同位素測試分析

　　本文選取 3 件流紋巖(S4047, S4049, S4073)樣品進行 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 同位素測試分析。鋯石單礦物分選在河北廊坊地質調查院完成。樣品靶由北京鋯年領航科技有限公司制備。LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 年代學測試在吉林大學東北亞礦產資源評價自然資源部重點實驗室完成。激光剝蝕使用德國相干公司(Coherent)COMPExPro 型 ArF 準分子激光器，質譜儀為美國安捷倫公司 7500A 型四極桿等離子質譜。具體操作流程見梁琛岳等, 2020。使用 Glitter 軟件處理原始數據。年齡計算及圖像繪制采用 ISOPLOT(Version 3.0; Ludwig, 2003)程序，數據結果和鋯石 U-Pb 諧和圖給出誤差為 1σ，表示 95%的置信度(表 1)。

　　3.2 全巖主、微量元素分析

　　全巖主量元素的前處理和測試分析在中國冶金地質總局一局測試中心完成，主量元素測試采用X射線熒光光譜(XRF)法，測試儀器為順序式X-射線熒光光譜儀(AXIOS Minerals)。微量元素測試采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS Agilent 7500ce)完成。詳細分析流程參考 Song et al.(2021)。

　　3.3 鋯石 Lu-Hf 同位素分析

　　在鋯石年代學分析之后，對遼西寺兒堡-白塔盆地晚侏羅世火山巖進一步做了原位微區鋯石Hf同位素組成分析。分析工作在中科院地質與地球物理研究所完成。實驗儀器為GeoLas Plus 和 MC-ICP-MS 為 Neptune 準分子激光器。數據結果處理(包括對樣品和空白信號的選擇、同位素質量分餾校正)采用 ICPMSDataCal 程序完成。具體分析流程見 Hu et al. (2012)。

　　4 分析測試結果

　　4.1 年代學測試結果

　　本文對采自寺兒堡-白塔盆地的 3 件流紋巖樣品進行 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 同位素定年，數據結果見表 1，部分鋯石的陰極發光圖像如圖 4 所示，所有鋯石顆粒均呈自形-半自形粒狀或橢圓狀，顆粒長 100 ~ 300 μm，長寬比為 1.5:1 ~ 3:1，顆粒內部結構清晰，絕大多數鋯石發育有典型的巖漿震蕩環帶，少量鋯石保存有捕獲的殘留核(圖 4a2, b2, c2)，結合其較高的 Th/U 比值(0.03 ~ 3.23)，暗示鋯石均為巖漿成因，詳細結果如下：

　　樣品 S4047 共有 25 個分析點，剔除 4 個偏離點，17 個分析點的 206Pb/238U 加權平均年齡為 159.3 ± 2.0 Ma(MSWD = 0.19, n = 17; 圖 4a1)。其余 4 顆鋯石的年齡值分別為 ~ 170, ~ 175, ~ 190 和 ~ 245 Ma。該樣品的最小年齡為 159.3 ± 2.0 Ma，代表了流紋巖的結晶年齡，其余較老的鋯石年齡均為流紋巖形成過程中捕獲的或繼承的鋯石年齡。樣品 S4049 共有 25 個分析點，剔除 2 個偏離點，22 個分析點的 206Pb/238U 加權平均年齡為 160.3 ± 1.7 Ma(MSWD = 0.25, n = 22; 圖 4b1)，代表了流紋巖的結晶年齡。剩余 1 顆鋯石的年齡為 199.0 ± 6.0 Ma，可能代表了捕獲的或繼承的鋯石年齡。

　　樣品 S4073 共有 24 個分析點，剔除 1 個偏離點，23 個分析點的 206Pb/238U 加權平均年齡為 153.8 ± 1.5 Ma(MSWD = 0.29, n = 23; 圖 4c1)，代表了流紋巖的結晶年齡。

　　4.2 地球化學特征

　　本文對遼西寺兒堡-白塔盆地 7 件晚侏羅世火山巖樣品進行了全巖主、微量元素分析，詳細結果見表 2

　　本次在遼西寺兒堡-白塔盆地采集的晚侏羅世火山巖樣品為流紋巖(圖 5a)，具有較高的 SiO2(75.53 ~ 76.10 wt.%)、K2O(5.01 ~ 5.49 wt.%)、Al2O3(12.84 ~ 13.05 wt.%)和全堿含量(8.68 ~ 9.04 wt.%)，CaO(0.33 ~ 0.58 wt.%)、MgO (< 0.20 wt.%)和 TFeO 含量較低(0.97 ~ 1.45 wt.%)。在 TAS 圖解中，樣品落入亞堿性區域(圖 5a)，其 K2O/Na2O 比值為 1.37 ~ 1.61 wt.%，屬于高鉀鈣堿性系列(圖 5b)。在 A/CNK-A/NK 圖解中，A/CNK 值介于 0.99 ~ 1.07 之間，樣品落在準鋁質-過鋁質范圍內,顯示準鋁質-過鋁質特征(圖 5c)。

　　樣品的稀土元素總量中等偏低(∑REE = 58.10×10-6 ~ 126.10×10-6)，在球粒隕石標準化稀土元素配分圖中(圖 6b)，稀土元素配分模式整體右傾，輕重稀土分餾中等(∑LREE/∑HREE = 14.26 ~ 20.84;(La/Yb)N =8.66 ~ 22.43))，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損。除 S4049 顯示具有弱的 Eu 正異常外(δEu = 1.15)，其余樣品均為明顯的 Eu 負異常(δEu = 0.53 ~ 0.86)。在微量元素組成上(圖 6a)，流紋巖樣品相對富集大離子親石元素(LILEs：Rb、Ba、 Pb、K 等)，而相對虧損 Nb、Ta、Sr、P、Ti 等高場強元素(HFSEs)。

　　4.3 Hf 同位素組成

　　本文對研究區 3 件流紋巖(S4047，S4049，S4073)樣品中部分鋯石進行了原位 Hf 同位素組成分析，測試結果見表 3。 3 件流紋巖樣品鋯石 206Pb/238U 年齡雖有差別，但其 Hf 同位素具有相似的地球化學特征。樣品 S4047(t = 159 Ma)中代表結晶年齡的 10 顆鋯石 176Hf/177Hf 比值為 0.282055 ~ 0.282176，以其結晶年齡計算得到的 εHf(t)值為-22.3 ~ -17.8，二階段模式年齡(TDM2)介于 2334 ~ 2610 Ma。樣品 S4049 中 14 顆代表巖石結晶年齡(t = 160 Ma)的巖漿成因鋯石 176Hf/177Hf 比值為 0.282008 ~ 0.282131，εHf(t) = -21.7 ~ -19.4，TDM2 = 2430 ~ 2697 Ma。樣品 S4073(t = 154 Ma)中 10 顆巖漿成因鋯石 176Hf/177Hf 比值為 0.282030 ~ 0.282148，以其結晶年齡計算得到 εHf(t) = -23.2 ~ -18.8，TDM2 = 2391 ~ 2663 Ma。

　　5 討論

　　5.1 火山巖形成時代

　　華北克拉通先后受到了古亞洲洋構造域、蒙古-鄂霍茨克洋構造域及古太平洋構造域的相互作用影響，在華北北緣燕山-遼西地區發育了大面積的巖漿巖，并具有多期構造-巖漿活動疊加的特點(Gao et al., 2004; 馬強, 2013; Song et al., 2021)。出露的大規模中生代火山巖可劃分為四期：早侏羅世(興隆溝組或南大嶺期)、晚侏羅世(藍旗組或髫髻山組)、早白堊世(義縣期或張家口期)和晚白堊世(大興莊期)(Yang and Li, 2008; 馬強, 2013)。其中，晚侏羅世中酸性火山巖巖石組合主要以粗安巖，粗面巖、粗面英安巖，流紋巖以及少量火山碎屑巖為主，出露于金嶺寺-羊山盆地和寺兒堡-白塔盆地內。寺兒堡-白塔盆地原被認為是白堊紀盆地，主要發育早白堊世義縣組火山巖(遼寧省地質礦產局, 1989)。但本次通過詳細的野外地質調查和鋯石 U-Pb 同位素年代學分析發現盆地內具有兩套不同時期的火山巖，大部分火山巖形成于晚侏羅世，其時代與髫髻山(藍旗)組火山巖相近，而早白堊世火山巖僅在盆地南緣的尖山-老灘地區出露。本次對盆地內白塔滿族鄉附近的 3 件流紋巖樣品進行鋯石 U-Pb 年代學分析，樣品中鋯石顆粒均呈自形-半自形粒狀或橢圓狀，發育有典型的巖漿震蕩環帶，Th/U 比值(0.03 ~ 3.23)較高，暗示鋯石為巖漿成因。因此，經原位 U-Pb 同位素測試分析得到的年齡即為火山巖的結晶年齡，其結果顯示白塔地區流紋巖形成于 153.8 ~ 160.3 Ma，即晚侏羅世。此外，在野外可見該套火山巖與上覆土城子組砂礫巖具有明顯的不整合接觸關系，火山巖中包含有晚侏羅世的凝灰巖和翼龍化石。因此，本文認為該火山巖應該為晚侏羅世火山巖，與區域上已發現的中酸性火山巖和花崗質巖石結晶年齡基本一致(馬強和鄭建平, 2009; 崔芳華等, 2020)。

　　5.2 巖石成因及源區特征

　　主微量元素數據和鋯石 Hf 同位素組成是探討巖漿源區性質的可靠手段。遼西地區晚侏羅世酸性火山巖具有較高的 SiO2，Al2O3 和全堿含量，較低的 MgO(< 0.20 wt.%)、Cr、Co、 Ni 含量(Cr、Co、Ni 平均值為 4.96×10-6、0.79×10-6、1.78×10-6)，結合低 Ce/Pb 值(1.79 ~ 4.45)，說明巖漿起源于地殼物質的部分熔融(Zhang et al., 2018)。中等偏高的 Th、U、Sr 含量和 K、Pb 正異常及 P、Ti 負異常，暗示著巖漿在上升過程中可能遭受了中上地殼的混染作用(馬強, 2013)。流紋巖屬于高鉀鈣堿性系列，顯示準鋁質-過鋁質特征。大離子親石元素(LILEs：Rb、Ba、Pb、K 等)和輕稀土元素(LREEs)相對富集，高場強元素(HFSEs： Nb、Ta、Sr、P、Ti 等)和重稀土元素(HREEs)相對虧損，并具有 Eu 負異常，Sr 弱正異常或無異常的特點，暗示巖漿起源于正常深部陸殼的部分熔融。整體上，晚侏羅世流紋巖輕重稀土分異程度中等((La/Yb)N = 8.66 ~ 22.43; ∑LREE/∑HREE = 14.26 ~ 20.84)，稀土元素總量不高(58.10×10-6 ~ 126.10×10-6)，明顯低于同時期的中基性火山巖。遼西地區晚侏羅世中基性火山巖主要為埃達克質巖石，具有較晚侏羅世流紋巖更強的輕重稀土元素分餾和更高的 MgO(> 1.00 wt.%)、Sr(> 400×10-6)含量，一般表現出不明顯的 Eu 負異常或具有 Eu 正異常(Yang and Li, 2008; 馬強, 2013)。因此，晚侏羅世流紋巖不可能是中性巖漿直接分異結晶的產物。本次研究中除樣品 S4049 外，其余樣品均表現出明顯的 Eu 負異常，具有低 Sr 含量、Ti 和重稀土元素虧損的特點, Er 和 Dy 之間具有明顯的線性關系(圖 7a)，表明其經歷了斜長石和角閃石的分離結晶作用。在火山巖 Rb/Y-Nb/Y 圖解中(圖 7b)，流紋巖具有部分熔融程度增加的趨勢，說明酸性巖漿曾經歷明顯的部分熔融過程，后期則以斜長石、角閃石等礦物的分離結晶作用為主。

　　流紋巖相對富集 Rb、Ba、K 等大離子親石元素，虧損 Nb、Ta、Ti、Th、U 等高場強元素，明顯的 Pb 正異常和 P 負異常，結合低 Nb/Ta 值(10.2 ~ 12.4;古老地殼值為 11;Sun and McDonough, 1989)，暗示其源區可能為古老的下地殼，這在流紋巖鋯石 Hf 同位素組成上也有體現(圖 8)。雖然 3 件流紋巖樣品鋯石年齡值略有不同，但其 Hf 同位素具有相似的地球化學特征。鋯石具有明顯的負 εHf(t)值(εHf(t) = -17.8 ~ -23.2)和古老的 Hf 同位素二階段模式年齡(TDM2 = 2334 ~ 2699 Ma)，與區域上中酸性火山巖和花崗質巖石相似，均表現出富集 Hf 同位素特點(馬強和鄭建平, 2009; 馬強等, 2013; 崔芳華等, 2020; Xue et al., 2020)。本次研究結果在 Hf 同位素相關圖解中分別落入 2.5 Ga 地殼演化線和下地殼區域內(圖 8)，指示其巖漿源區應為太古代或元古代的古老下地殼的部分熔融。結合巖石中高的 SiO2、Th、 U 和重稀土含量及低 Sr/Y 值，指示巖漿可能是由下地殼中上部長英質麻粒巖或片麻巖部分熔融形成，再經歷斜長石、角閃石等礦物的分離結晶作用，最后噴發至地表形成流紋巖。

　　5.3 華北克拉通北緣晚侏羅世的構造演化及其對燕山運動的響應

　　華北克拉通自晚古生代以來先后受到了古亞洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋等多構造體系的疊加影響，是研究燕山運動、巖石圈減薄和克拉通破壞的重要地區之一(趙越等, 2004; Zhu et al., 2018)。侏羅紀是燕山運動構造體制轉換的關鍵時期(趙越等, 2004)，燕山地區經歷了強烈的構造變形和巖漿活動，并發育了大規模北東-北北東向火山-沉積斷陷盆地(Liang et al., 2015a, b)。遼西地區位于燕山造山帶的東段，出露有大面積的中-晚侏羅世火山巖，與區域上中生代火山巖和花崗質巖石呈現一致的北東向展布方向。晚侏羅世流紋巖具有與活動大陸邊緣巖漿巖相似的地球化學特征(Pitcher, 1997)，顯示高鉀鈣堿性和準鋁質-過鋁質特點，P2O5 含量極低(0.02 ~ 0.03 wt.%)，屬于 I 型流紋巖(圖 9; Pitcher, 1997)。在相關的構造判別圖解中樣品分別落在島弧花崗巖(圖 10a, b)和活動大陸邊緣區域(圖 10c, d)，與同時期的花崗質巖石基本一致(Hu et al., 2019; 崔芳華等, 2020)，共同顯示的強烈 Nb、Ta 虧損，暗示它們應形成于相同的構造環境，即與俯沖相關的活動大陸邊緣構造環境。

　　目前大多數學者認為，燕山地區早白堊世巖漿巖形成于與古太平洋板塊俯沖相關的伸展背景下(Sun et al., 2007; 崔芳華等, 2020)，但對晚侏羅世巖漿巖的成因及其構造背景仍存在較大爭議。部分學者將燕山地區晚侏羅世的巖漿活動聯系于蒙古-鄂霍茨克洋消減閉合的遠程效應(張長厚等, 2004; 趙越等, 2004)，古太平洋的俯沖(Wang et al., 2015)，或者兩者的疊加影響(馬強, 2013; Dong et al., 2015)。最新的古地磁資料表明，在晚侏羅世時華北克拉通與西伯利亞之間相距 1600 Km(Ren et al., 2016; Wang et al., 2018)，并且在燕山地區未發現較大規模的南北向巖漿活動。因此，蒙古-鄂霍茨克洋的消減閉合可能對燕山地區晚侏羅世的巖漿活動起到推動作用，但絕不是引起遼西地區構造巖漿活動的必要條件。燕山地區晚侏羅世巖漿活動僅次于早白堊世，空間上，晚侏羅世火山巖和早白堊世火山巖分別位于燕遼火山巖帶的東南側和西北側，整體表現出火山活動隨時間由南東向北西遷移的趨勢(Dong et al., 2018)。并且，遼西地區晚侏羅世火山巖及同時期花崗質巖石的展布方向與古太平洋俯沖帶方向近乎平行，均呈 NE 向(崔芳華等, 2020)，暗示區域上晚侏羅世巖漿活動可能與古太平洋板塊的俯沖有關。Hu et al. (2019)提出遼西興城地區晚侏羅世花崗巖形成于古太平洋板塊俯沖的擠壓環境。遼西凌源藍旗組火山巖(166 ~ 153 Ma)及臺里地區晚侏羅世 ENE 向花崗質糜棱巖帶的形成也與古太平洋板塊的俯沖相關(馬強, 2013; Liang et al., 2015a, b)。除廣泛分布的巖漿巖外，華北北緣發育有大規模的晚侏羅世逆沖構造，例如大青山逆沖推覆構造帶(~ 170 Ma)，十三陵沖斷褶皺構造(161 ~ 141 Ma)以及四合堂逆沖推覆構造(148 ~ 143 Ma)等(Davis et al., 2001; 張長厚等, 2004; Dong et al., 2018)。燕山地區則以承德逆沖斷層為代表(Dong et al., 2018)，這些廣泛發育代表擠壓的變形樣式暗示著區域處于古太平洋板塊俯沖引起的擠壓環境。因此，遼西寺兒堡-白塔盆地的晚侏羅世火山巖具有與活動大陸邊緣巖漿巖相似的地球化學特征，形成于古太平洋板塊俯沖的北西向擠壓構造環境。這為確定遼西地區晚侏羅世中酸性火山巖的成因提供了更有利的證據。晚侏羅世古太平洋板塊向歐亞大陸的斜向俯沖脫水擾動了燕山地區的巖石圈地幔，使其部分熔融形成幔源巖漿，幔源巖漿底侵古老下地殼并加熱下地殼，造成下地殼不同層次的部分熔融，持續的底侵作用導致下地殼中上部長英質麻粒巖或片麻巖部分熔融，再經歷斜長石、角閃石等礦物的分離結晶后形成流紋巖巖漿。

　　目前已有的區域資料表明古太平洋板塊的俯沖和后撤作用是引起燕山運動構造體制發生重大轉變的主要原因(趙越等, 2004;Mercier et al., 2007; Zhu et al., 2012; Wang et al., 2018; Hu et al., 2019)，但對后撤作用的初始時間依舊存在不同的認識，例如 ~145Ma(Zheng et al., 2018; Zhu et al., 2019)、~135Ma(Mercier et al., 2007; Zhu et al., 2012)以及 ~ 100Ma 等。燕山地區晚侏羅世火山巖 SiO2 含量變化范圍較大，主要為一套中酸性巖石組合，火山巖地球化學組成多變，成因呈多樣化，單一的成巖模式很難解釋，這可能是由燕山地區殼幔結構不均一導致的，與區域上構造體制轉變密切相關(Yang and Li, 2008; 馬強, 2013)。本次在寺兒堡-白塔盆地識別出晚侏羅世火山巖形成于活動大陸邊緣構造背景，與下伏地層呈角度不整合接觸，其北東向展布與古太平洋板塊俯沖方向正交，暗示其可能處于古太平洋板塊俯沖的北西向擠壓構造環境。但同時期金嶺寺-羊山盆地出露的火山巖則為堿性巖石系列，暗示著區域上伸展體系的存在。遼西醫巫閭山地區保存有明顯的晚侏羅世伸展構造形跡，其鄰區存在雙峰式火山巖侵位(李剛等, 2013;梁琛岳等; 2016)。同時，花崗巖磁組構資料指出燕山地區晚侏羅世堿廠巖體和四干頂巖體的侵位受控于古太平洋板塊俯沖引起的區域伸展(Lin et al., 2021)。燕山地區除廣泛分布的火山巖外，還存在著大量的晚侏羅世變質核雜巖和伸展盆地(梁琛岳等, 2016; Lin et al., 2021)，例如：遼西大紅旗斷陷盆地、后城盆地(160 ~ 152Ma; 邵濟安等, 2003)以及下板城盆地等(160 ~ 153Ma; Davis et al., 2001; Lin et al., 2021)。晚侏羅世(160 ~ 150Ma)是華北克拉通中生代變質核雜巖發育的高峰期之一(Dong et al., 2018; Hu et al., 2019)。遼西醫巫閭山晚侏羅世伸展變形、臺里韌性剪切帶以及片麻狀花崗巖體中礦物之間的破碎具有明顯定向，均暗示著區域上存在伸展體系(許文良等, 2004; Liang et al., 2015a, b; 梁琛岳等, 2016)。綜上所述，燕山-遼西地區出露的大規模晚侏羅世中酸性火山巖、花崗質巖石及逆沖構造形成于古太平洋板塊俯沖的擠壓構造環境，局部變質核雜巖、侵入巖體與沉積盆地受區域伸展體系控制，暗示著燕山-遼西地區構造體制于晚侏羅世(153.8 ~ 160.3 Ma)發生轉變，由擠壓體系逐漸過渡為伸展體系，為燕山運動的局部響應(圖 11)。

　　6 結論

　　基于對遼西寺兒堡-白塔盆地晚侏羅世火山巖巖相學、鋯石 U-Pb 同位素年代學、地球化學及鋯石 Hf 同位素組成的研究，得出如下主要結論：

　　(1)最新鋯石 U-Pb 年代學結果表明寺兒堡-白塔盆地除早白堊世火山巖外，還發育有大規模的晚侏羅世火山巖，成巖時代為 153.8 ~ 160.3 Ma，空間上呈 NE 向展布。

　　(2)晚侏羅世流紋巖具有與活動大陸邊緣巖漿巖相似的地球化學特征，巖漿成因鋯石顯示負的 εHf(t)值(εHf(t) = -17.8 ~ -23.2)和古老的 Hf 同位素二階段模式年齡(TDM2 = 2334 ~ 2697 Ma)，暗示初始巖漿來源于太古代或元古代的古老下地殼的部分熔融，形成于古太平洋板塊俯沖的北西向擠壓構造背景。

　　(3)晚侏羅世燕山-遼西地區受古太平洋板塊俯沖后撤作用的影響構造體制發生轉變，由擠壓體系逐漸過渡為伸展體系，為燕山運動的局部響應。