遼寧丹東黃旗地區(qū)遼河群變質(zhì)巖地球化學(xué)特征及成因探討

楊仲杰，張，劉長純，楊新宇，王成龍，姜春宇

1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽 110031；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽 110034

遼寧丹東黃旗地區(qū)遼河群變質(zhì)巖地球化學(xué)特征及成因探討

楊仲杰1，張2，劉長純1，楊新宇1，王成龍1，姜春宇1

1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽 110031；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽 110034

黃旗地區(qū)處于中朝準(zhǔn)地臺東部、膠遼臺隆之營口-寬甸臺拱南東端.研究區(qū)為遼東早前寒武紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)東部，主要出露中生代巖漿雜巖和古元古代巖漿巖及地層，古元古代遼河群廣泛發(fā)育.主要變質(zhì)巖類型可劃分為：片巖、變粒巖、淺粒巖、長石石英巖、鈣硅酸巖及大理巖.研究區(qū)遼河群變質(zhì)巖巖石化學(xué)特征為：1）硅酸鹽類巖石SiO2平均含量為47.32%～78.6%，總體K2O＞Na2O；2）碳酸鹽類巖石總體CaO＞MgO，總的特征是富鈣、鎂.遼河群各類變質(zhì)巖微量元素含量相似度較高，F(xiàn)、Rb含量高，濃度克拉克值較大.遼河群變質(zhì)巖的稀土元素特征為：ΣREE平均值為205.9×10-6，LREE/HREE平均值為12.8，δEu平均值為0.56；稀土分布圖譜屬右緩傾斜型，輕稀土分異較重稀土分異好，屬于輕稀土富集型，具負(fù)銪和弱負(fù)鈰異常.結(jié)合區(qū)域內(nèi)遼河群原巖建造特點(diǎn)，可推斷在古元古代時期研究區(qū)屬地槽型大地構(gòu)造環(huán)境，反映了遼河群地層整體上構(gòu)成了一個較完整的火山-沉積建造序列.

遼河群變質(zhì)巖；地球化學(xué)特征；原巖恢復(fù)；成因探討；遼寧省丹東黃旗地區(qū)

0 引言

本論文所研究內(nèi)容為“遼寧省丹東黃白旗1∶5萬區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查”項目工作中需要解決的一個專題?遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.遼寧省黃白旗1∶5萬礦調(diào)報告.2014.，是對本次工作中需要解決的遼河群變質(zhì)巖巖石基本特征、原巖恢復(fù)以及成因的一個完整的總結(jié)，為以后的找礦工作、基礎(chǔ)地質(zhì)研究、區(qū)域?qū)Ρ鹊忍峁┮皇仲Y料.本文研究遼河群變質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征、原巖恢復(fù)及成因可以說明在整個遼吉裂谷中的遼河群變質(zhì)巖在地球化學(xué)特征、原巖類型和成因上屬于整體上類似、局部不同的特征，同時可以加強(qiáng)區(qū)域上的對比.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

遼寧省丹東黃旗地區(qū)處于中朝準(zhǔn)地臺東部、膠遼臺隆之營口-寬甸臺拱南東端（圖1）.出露地層由太古宇表殼巖、古元古界遼河群層狀變質(zhì)巖系及新生界第四系組成.太古宇表殼巖不發(fā)育，分布范圍局限，巖性主要為黑云斜長片麻巖、條帶狀斜長片麻巖等［1-5］.古元古界遼河群變質(zhì)層狀巖系在區(qū)域上構(gòu)成了地臺結(jié)晶基底，主要分布在研究區(qū)南部.結(jié)合前人資料和本次工作，依據(jù)變質(zhì)巖石組合、原巖建造、層序關(guān)系及變質(zhì)作用等方面特征分析，將研究區(qū)內(nèi)遼河群變質(zhì)巖劃分為里爾峪（巖）組、高家峪（巖）組Pt1g和蓋縣（巖）組Pt1gx 3個巖組，研究區(qū)內(nèi)出露不全，受北東向構(gòu)造控制呈帶狀展布，出露面積較大.第四系地層有碧流河組和大孤山組，主要分布在河流及山間溝谷等處.

研究區(qū)侵入巖廣泛發(fā)育，巖漿侵入活動以古元古代時期為主，印支期侵入巖零星出露.巖石類型主要為二長花崗巖.其次分布中性閃長巖、花崗閃長巖等.并與金礦，銅、鉛、鋅、銀等礦產(chǎn)關(guān)系密切.

由于區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，其地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，基底與蓋層構(gòu)造具有不同的構(gòu)造特征，基底構(gòu)造表現(xiàn)為深層次的塑性變形為主，蓋層構(gòu)造表現(xiàn)為淺層次的脆性變形為主，它們各自形成不同的構(gòu)造形跡與樣式.依區(qū)內(nèi)沉積、巖漿、變質(zhì)變形作用特征，本區(qū)構(gòu)造演化可劃分鞍山、呂梁、印支、燕山、喜馬拉雅期5個構(gòu)造旋回.遼河群中—淺變質(zhì)巖系受呂梁運(yùn)動影響，經(jīng)歷過多期次變質(zhì)變形改造，所形成的構(gòu)造形跡以不同規(guī)模的褶皺和各種面狀、線狀構(gòu)造為主，構(gòu)成了區(qū)域主要基底構(gòu)造格架.印支、燕山、喜馬拉雅運(yùn)動經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動，所形成的構(gòu)造形跡以不同性質(zhì)的斷裂為主，構(gòu)成了區(qū)域蓋層構(gòu)造格架.同時也嚴(yán)重影響了基底構(gòu)造的發(fā)展與演化.研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造形跡主要有北東向褶皺，北東—北北東、北西斷裂和次級東西向、北北東向共軛斷裂.二者共同對區(qū)內(nèi)金屬和非金屬礦產(chǎn)的形成起到了控制作用.

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Tectonic location of the study area

研究區(qū)內(nèi)金屬、非金屬礦床（點(diǎn)）多處.金屬礦產(chǎn)有金、硫化鐵、稀有金屬.非金屬礦產(chǎn)有滑石、大理石、花崗巖等.研究區(qū)東部大型礦床——五龍金礦是典型的與區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿活動有關(guān)的巖漿熱液型金礦床?遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.遼寧省1∶25萬丹東東港區(qū)調(diào)修測.2003..

2 遼河群變質(zhì)巖巖石地球化學(xué)特征

2.1 主要元素特征

研究區(qū)內(nèi)古元古界遼河群廣泛發(fā)育.主要變質(zhì)巖類型可劃分為：片巖、變粒巖、淺粒巖、長石石英巖、鈣硅酸巖及大理巖.根據(jù)主要元素（氧化物）含量將變質(zhì)巖分為碳酸鹽類與硅酸鹽類，各類巖石氧化物含量及特征值分別見表1、2.

2.1.1 變質(zhì)碳酸鹽類巖石化學(xué)特征

碳酸鹽類巖石在里爾峪巖組、高家峪巖組和蓋縣巖組均有分布.多呈薄層扁豆體狀.其化學(xué)成分見表1.該類巖石SiO2平均含量為16.12%～22.86%，僅透閃石巖SiO2平均含量為49.24%，富硅.CaO、MgO平均含量分別為20.39%～28.5%、19.6%～20.9%，總體顯示CaO＞MgO，CaO/MgO為0.99～1.44，個別樣品CaO＜MgO. MnO、Al2O3、Fe2O3、Na2O、TiO2、P2O5平均含量依次分別為0.033%～0.046%、0.23%～0.35%、0.17%～0.43%、0.035%～0.045%、0.026%、0.053%～0.088%.總的特征是富鈣、鎂.巖石中錳、鋁、鐵、鈉、鈦、磷、硅含量較低，僅個別富硅.以上特征反映了研究區(qū)碳酸鹽類巖的沉積成因.

表1 遼河群變質(zhì)碳酸鹽巖化學(xué)分析及原巖恢復(fù)一覽表Table 1 Chem ical analysis and protolith restoration of the metamorphic carbonatite in Liaohe Group

表2 遼河群變質(zhì)硅酸鹽巖分析、尼格里值計算及原巖恢復(fù)一覽表Table 2 Chem ical analysis,Nigri calculation and protolith restoration of the metamorphic carbonatite in Liaohe Group

2.1.2 變質(zhì)硅酸鹽類巖石化學(xué)特征

從表2及圖2中可見，區(qū)內(nèi)古元古界變質(zhì)巖石中的氧化物含量變化無異同性，片巖類、變粒巖類、鈣、鎂、鋁硅酸鹽類和鐵、鎂、鈣鋁硅酸鹽類各具有自己的變化曲線形態(tài).硅酸鹽類巖石SiO2平均含量為47.32%～78.6%，Al2O3平均含量為9.5%～28.66%，K2O平均含量0.52%～10.24%，Na2O平均含量0.053%～2.75%，總體K2O＞Na2O，個別巖類K2O＜Na2O，F(xiàn)e2O3平均含量0.57%～7.81%，F(xiàn)eO平均含量0.34%～10.37%，總體Fe2O3＞FeO，個別巖類Fe2O3＜FeO，MgO平均含量0.65%～12.24%，CaO平均含量0.1%～12.14%.

圖2 遼河群變質(zhì)巖平均化學(xué)成分對比圖Fig.2 Correlation of major elements from metamorphic rocks of Liaohe group

綜合上述，大部分樣品具有富鋁特征，個別樣品具有富鋁、富鉀、硅不飽和的特征，說明該類變質(zhì)巖原巖主要為正常沉積巖的化學(xué)特征.個別樣品原巖類型屬于火山巖的化學(xué)特征.說明該巖類原巖類型具有明顯的不同成因特征.

2.2 微量元素特征

大量研究表明，微量元素是地殼形成與演化的靈敏指示劑，主要是因為它們在后期的變質(zhì)過程相對保持穩(wěn)定.因此，變質(zhì)巖中微量元素含量與組合規(guī)律性能夠反映變質(zhì)巖原巖的巖漿演化過程和源區(qū)的組成及來源［6］.將研究區(qū)內(nèi)遼河群變質(zhì)巖21個原巖光譜定量分析結(jié)果，按不同巖類進(jìn)行統(tǒng)計及與遼寧省變質(zhì)巖石微量元素豐度、地殼的化學(xué)平均值泰勒（1964）和陸殼豐度黎彤（1964）對比，見表3.從表中可以看出，各類變質(zhì)巖的微量元素含量非常相似，個別樣品存在一定的差異，F(xiàn)、Rb含量高，濃度克拉克值較大，W、Pb、As含量略高于克拉克值，其余元素含量一般均明顯低于克拉克值.

2.3 稀土元素特征

研究區(qū)遼河群變質(zhì)巖石稀土元素及特征列于表4.各巖類稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖如圖3所示.

表3 遼河群變質(zhì)巖石微量元素平均含量統(tǒng)計表Table 3 Trace element average content of metamorphic rocks of Liaohe Group

表4 遼河群變質(zhì)巖石稀土元素平均含量及參數(shù)表Table 4 REE average content and parameters of metamorphic rocks of Liaohe Group

圖3 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns

變質(zhì)巖的稀土元素特征：ΣREE為5.02×10-6～393.18×10-6，平均值為205.9×10-6，LREE/HREE為7.93～32.76，平均值為12.8，LaN/YbN為4.69～105.67，平均值為17.6，δEu為0.47～1.03，平均值為0.56，δCe為0.33～1.69，平均值為0.94.各類巖石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖基本相似，稀土分布圖譜均呈向右緩傾斜，輕稀土分異比重稀土分異性好，屬于輕稀土富集型，具負(fù)銪和弱負(fù)鈰異常.總體上顯示原巖物質(zhì)的一致物質(zhì).

3 原巖恢復(fù)及成因探討

對變質(zhì)巖原巖類型恢復(fù)方法很多，各種方法都可以提供變質(zhì)巖成因的一定信息.對于一個地區(qū)或一套變質(zhì)地層，不是采用一兩種就可以奏效，通常各種方法綜合研究［7-9］.

本次研究主要是通過變質(zhì)巖巖石的巖石特征、巖石化學(xué)特征以及原巖恢復(fù)圖解進(jìn)行分析研究.前面已對巖石特征及地球化學(xué)特征作出了總結(jié)，顯示遼河群變質(zhì)巖從成因上原巖物質(zhì)大體上的一致性，僅有個別樣品存在一定的差異，說明局部存在不同成因類型或環(huán)境的原巖物質(zhì).在尼格里四面體圖解（圖4）中，樣品大部分落入黏土質(zhì)沉積巖區(qū)，少數(shù)落入火成巖區(qū)和化學(xué)沉積巖區(qū).在變質(zhì)巖的Si-（al+fm）-（c+alk）圖（圖5）中，樣品大部分落在泥質(zhì)沉積巖區(qū)和砂質(zhì)沉積巖區(qū)，少數(shù)落在鈣質(zhì)沉積巖區(qū)，部分落在火山成巖與鈣質(zhì)沉積巖區(qū)的重疊界線附近.在變質(zhì)巖的（al-alk）-c圖解（圖6）中，大部分樣品落在黏土巖和鈣質(zhì)泥灰?guī)r區(qū)，少數(shù)落在火成巖區(qū)；在變質(zhì)巖的c-mg圖解（圖7）中，樣品大部分落在典型的半泥質(zhì)巖和泥質(zhì)巖區(qū)；在變質(zhì)巖的k-mg圖解（圖8）中，樣品大部分落在黏土巖區(qū)，少數(shù)落在富鉀火山巖區(qū)及其附近.通過野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)鏡下鑒定以及巖石化學(xué)計算等，結(jié)合原巖恢復(fù)圖解可以得出：里爾峪巖組其原巖為似細(xì)碧巖-角斑巖為主的火山-沉積建造.由此反映出里爾峪巖組沉積時期火山活動頻繁，地殼處于強(qiáng)烈活動狀態(tài)，沉積了以火山堆積物為主夾有少量正常沉積巖的火山沉積建造.高家峪巖組主要為一套陸源黏土質(zhì)砂巖、黏土巖、鈣質(zhì)泥灰?guī)r、白云質(zhì)黏土巖和白云質(zhì)泥灰?guī)r的原巖建造.顯示了地殼活動減弱，火山活動不強(qiáng)烈，出現(xiàn)正常沉積巖，地殼處于相對穩(wěn)定的發(fā)展階段.蓋縣巖組原巖為一套海陸相黏土巖、泥質(zhì)巖以及黏土質(zhì)砂巖的陸源碎屑巖建造.顯示了當(dāng)時地殼處于相對穩(wěn)定的發(fā)展階段，局部存在弱的火山活動，火山活動不強(qiáng)烈［10］.

圖4 尼格里四面體圖解Fig.4 Nigri tetrahedron diagram

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)遼河群變質(zhì)巖主要元素特征為：①硅酸鹽類巖石SiO2平均含量為47.32%～78.6%，K2O平均含量0.52%～10.24%，Na2O平均含量0.053%～2.75%，總體K2O＞Na2O，個別巖類K2O＜Na2O.該類變質(zhì)巖原巖具有正常沉積巖的化學(xué)特征，個別樣品原巖類型屬于火山巖的化學(xué)特征.說明該巖類原巖類型具有明顯的不同成因特征.②碳酸鹽類巖石SiO2平均含量為16.12%～22.86%，僅透閃石巖SiO2平均含量為49.24%，富硅. CaO、MgO平均含量分別為20.39%～28.5%和19.6%～20.9%，總體顯示CaO＞MgO，CaO/MgO為0.99～1.44，個別樣品CaO＜MgO.以上特征反映了研究區(qū)碳酸鹽類巖的沉積成因.

圖5 變質(zhì)巖的Si-（al+fm）-（c+alk）圖Fig.5 The Si-（al+fm）-（c+alk）diagram of metamorphic rocks

圖6 變質(zhì)巖的（al-alk）-c圖Fig.6 The（al-alk）-c diagram of metamorphic rocks

（2）遼河群各類變質(zhì)巖的微量元素含量非常相似，個別樣品存在一定的差異.F、Rb含量高，濃度克拉克值較大；W、Pb、As含量略高與克拉克值；其余元素含量一般均明顯低于克拉克值.同時，微量元素球粒隕石蛛網(wǎng)圖表明，大多數(shù)樣品的分配形式大體上相似，表明它們具有相同的源區(qū).

圖7 變質(zhì)巖的C-Mg圖解Fig.7 C-Mg diagram of metamorphic rocks

圖8 變質(zhì)巖的k-mg圖解Fig.8 The k-mg diagram of metamorphic rocks

（3）各類巖石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖基本相似，均為稀土分布圖譜呈向右緩傾斜，輕稀土分異比重稀土分異性較好，屬于輕稀土富集型，具負(fù)銪和弱負(fù)鈰異常.總體上顯示原巖物質(zhì)的一致性，僅有個別樣品存在一定的差異，說明局部存在不同成因類型或環(huán)境的原巖物質(zhì).

（4）通過對區(qū)內(nèi)遼河群各單元變質(zhì)巖地球化學(xué)特征、原巖恢復(fù)及原巖建造特征的分析，結(jié)合區(qū)域內(nèi)遼河群原巖建造特點(diǎn)，可推斷在古元古代時期研究區(qū)屬地槽型大地構(gòu)造環(huán)境，反映了遼河群地層整體上構(gòu)成了一個較完整的火山-沉積建造序列.

［1］王成文，劉永江，李東濤.遼河巖群南北區(qū)域?qū)Ρ刃伦C據(jù)［J］.長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報,1997,27（1）:18—24.

［2］陳榮度，李顯東，張福生.對遼東古元古代地質(zhì)若干問題的討論［J］.中國地質(zhì),2003,30（2）:208—213.

［3］王藝芬，徐貴忠.遼東地區(qū)早元古代火山巖特征及其形成的動力學(xué)背景［J］.現(xiàn)代地質(zhì),2005,19（3）:316—324.

［4］賀高平，葉慧文.遼東-吉南地區(qū)早元古代兩種類型變質(zhì)作用及其構(gòu)造意義［J］.巖石學(xué)報,1998,14（2）:153—162.

［5］方如恒，孫玉信，陳榮度.遼東半島遼河群的劃分［J］.遼寧地質(zhì)學(xué)報, 1981,（1）:77—86.

［6］趙振華.微量元素地球化學(xué)原理［M］.北京：科學(xué)出版社,1997.

［7］劉永達(dá)，邴志波，董景超.遼東半島早元古宙海相拉斑玄武巖特征及其意義［J］.遼寧地質(zhì),1989（4）:289—297.

［8］方如恒.遼河群基本單位探討［J］.遼寧地質(zhì),1996（3）:161—172.

［9］劉敬青.遼東含礦巖系地球化學(xué)特征［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué), 2007.

［10］王藝芬，徐貴忠，佘宏全，等.遼東地區(qū)早元古代火山巖特征及其形成的動力學(xué)背景［J］.現(xiàn)代地質(zhì),2005,19（3）:315—324.

GEOCHEMISTRY AND GENESIS OF THE METAMORPHIC ROCKS OF LIAOHE GROUP IN HUANGQI AREA,LIAONING PROVINCE

YANG Zhong-jie1，ZHANG Jing2，LIU Chang-chun1，YANG Xin-yu1，WANG Cheng-long1，JIANG Chun-yu1

1.Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China; 2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

Huangqi area is tectonically located in the southeastern end of Yingkou-Kuandian anteclise of Jiao-Liao platform uprise in the east of Sino-Korean paraplatform.The study area belongs to the east of Early Precambrian tectonic division of Eastern Liaoning,where Mesozoic magmatic complex and Paleoproterozoic magmatite and strata occur and Paleoproterozoic Liaohe Group is widely developed.Metamorphic rocks are mainly schist,granulite,leucoleptite,arkose quartzite, calcsilicate rock and marble.The petrochemical characteristics of the metamorphic rocks are as follows:1）The average content of SiO2in silicate rocks is 47.32%-78.6%,generally K2O＞Na2O;2）Carbonate rocks are generally rich in Ca and Mg,with CaO＞MgO.The metamorphic rocks in Liaohe Group take very similar trace element content,high content of F and Rb and relatively high Clarke values of concentration.The REE average ΣREE of the metamorphic rocks is 205.9×10-6,with average LREE/HREE of 12.8 and δEu of 0.56.The REE distribution pattern is gently gradient to the right,with better differentiation of LREE than that of HREE,enrichment in LREEs and negative Eu and slightly negative Ce anomalies. Combining with the characteristics of protolith formation of Liaohe Group regionally,it is concluded that the study area was a geosyncline tectonic setting in Paleoproterozoic Era,reflecting that Liaohe Group strata formed a complete volcanicsedimentary formation series on the whole.

metamorphic rocks of Liaohe Group;geochemical characteristics;protolith restoration;genesis;Huangqi County of Liaoning Province

1671-1947（2015）04-0353-09

P588.3

A

2014－09－20；

2015-03-28.編輯：李蘭英．

遼寧省基礎(chǔ)性公益性地質(zhì)調(diào)查項目“遼寧省白旗（K51E023016）幅、黃旗堡（K51E024016）幅礦調(diào)”（遼國土資項發(fā)［2008］78號）.

楊仲杰（1987—），男，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與固體礦產(chǎn)勘查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)寧山中路42號羽豐大廈B座2511，E-mail// 147018374@qq.com