興城臺(tái)里地區(qū)含石榴子石結(jié)晶巖系的成因和特征

周銘軒　于新智　劉鋮樸

摘要：興城臺(tái)里地區(qū)主要出露經(jīng)過(guò)變質(zhì)作用的結(jié)晶巖系，前人主要對(duì)該地區(qū)結(jié)晶巖脈侵入的新老關(guān)系做了研究，但對(duì)于含石榴子石結(jié)晶巖的形成和特征沒(méi)有嚴(yán)格的闡述與定論，作者通過(guò)對(duì)遼寧興城臺(tái)里地區(qū)含石榴子石的結(jié)晶巖系地區(qū)進(jìn)行實(shí)測(cè)填圖、野外采樣、標(biāo)本分析和薄片觀察等研究工作，來(lái)研究該地區(qū)含石榴子石的結(jié)晶巖系的成因和特征。結(jié)合相關(guān)資料綜合分析，得出該地區(qū)含石榴子石的結(jié)晶巖系為早期侵入的花崗細(xì)晶巖通過(guò)巖漿期后局部變質(zhì)的結(jié)論，石榴子石的規(guī)則排列是由于殘漿溢出時(shí)冷凝和交代作用形成的，同時(shí)驗(yàn)證了該地區(qū)石榴子石的主要類型為紅色的鎂鋁榴石的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：興城臺(tái)里地區(qū)；花崗細(xì)晶巖；石榴子石；淺粒巖

The causes and characteristics of crystalline rock series containing garnet in Taili，Xingcheng

ZHOU Ming-xuan YU Xin-zhi LIU Cheng-pu

China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083 China；

Abstract： The author through the study of the measured mapping， field sampling， The specimen analysis， thin section observation on Taili Xingcheng Liaoning which has the garnet crystalline rock series. To research the garnet crystalline rock series ， causes and characteristics of garnet. Comprehensive analysis combined with related information， come to the conclusion that the garnet crystalline rock series are the early invasion of aplite granite by regional metamorphism magmatic period， the regular array of garnet residual come from the magmatic condensation when overflow and metasomatism. And it is verified that the main types of garnet is red pyrope.

Key words：xingcheng taili area； Aplitic granite； Garnet； Leptite

遼寧興城臺(tái)里地區(qū)的結(jié)晶巖主要出露花崗偉晶巖、輝綠巖、黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、眼球狀花崗片麻巖以及含石榴子石的結(jié)晶巖系[1-3]。石榴子石在該結(jié)晶巖系中主要分布在結(jié)晶巖的中部，為肉眼可見(jiàn)的紅色顆粒。由于石榴子石是一種高溫高壓的特征變質(zhì)礦物，所以其產(chǎn)出于該結(jié)晶巖中說(shuō)明該巖系后期經(jīng)過(guò)了強(qiáng)烈的高溫高壓變質(zhì)作用，而其他老于該結(jié)晶巖的巖脈沒(méi)有發(fā)生變質(zhì)現(xiàn)象，說(shuō)明其變質(zhì)作用發(fā)生在巖漿結(jié)晶完成之后的巖體內(nèi)部的變質(zhì)作用。該巖系在地表都呈條帶狀或脈狀產(chǎn)出，通過(guò)地表穿插關(guān)系可以顯示出侵入的新老關(guān)系，其相互之間的切割穿插關(guān)系在吉林大學(xué)論文《遼寧興城臺(tái)里地區(qū)結(jié)晶巖系的演化特征》已經(jīng)有了很充分的理論結(jié)果，但是對(duì)于含石榴子石結(jié)晶巖的形成和特征沒(méi)有很詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于石榴子石這一特征變質(zhì)礦物的結(jié)晶產(chǎn)出沒(méi)有做嚴(yán)格的闡述，對(duì)于變質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生也沒(méi)有過(guò)多的定論。

本次研究的主要內(nèi)容是臺(tái)里地區(qū)含石榴子石的結(jié)晶巖的巖性分析，以及對(duì)石榴子石的成因進(jìn)行預(yù)測(cè)和礦物學(xué)特征方面來(lái)闡述，得出該區(qū)域含石榴子石結(jié)晶巖的成因和特征。

1. 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

興城境內(nèi)的地勢(shì)總體上與華北地臺(tái)一致，西北較高而東南較低，屬于松嶺山脈延續(xù)分布的丘陵地帶。最高山峰為海拔701.8m的黃頂山，渤海沿岸的沿海平原溝通關(guān)內(nèi)外。興城市內(nèi)較大的河流有興城河、六股河、煙臺(tái)河等[4]。

1.2 研究區(qū)構(gòu)造背景

興城臺(tái)里地處遼寧省西南部，所處大地構(gòu)造位置為華北地臺(tái)北部燕山臺(tái)褶帶東段，東南為渤海灣盆地，北臨內(nèi)蒙地軸，如圖1。興城地區(qū)是中、新生代時(shí)期中國(guó)東部大陸邊緣活動(dòng)帶的組成部分，屬太平洋構(gòu)造域（任紀(jì)舜等，1980），兩大構(gòu)造域交接復(fù)合（內(nèi)蒙地軸和燕山臺(tái)褶帶），區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜[1-4，7]。

圖1 遼西南部綜合地質(zhì)圖

華北地臺(tái)在早元古代末呂梁運(yùn)動(dòng)以后長(zhǎng)期以來(lái)（尤其是古生代階段）表現(xiàn)為相對(duì)穩(wěn)定的地區(qū)。但是在地臺(tái)發(fā)展階段中，地臺(tái)內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及發(fā)展歷史是不均一的，根據(jù)其內(nèi)部的差異可將華北地臺(tái)進(jìn)一步劃分為十個(gè)二級(jí)構(gòu)造單位，它們是：內(nèi)蒙地軸、魯東地盾、遼東臺(tái)背斜、山西臺(tái)背斜、魯西臺(tái)背斜、鄂爾多斯臺(tái)向斜、遼冀臺(tái)向斜、燕山臺(tái)褶帶、豫淮臺(tái)褶帶、賀蘭—六盤山褶帶。興城地區(qū)位于燕山臺(tái)褶帶東段。

華北地臺(tái)在進(jìn)入中、新生代時(shí)期，尤其是燕山構(gòu)造旋回，地臺(tái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)都加強(qiáng)了，顯示出相當(dāng)強(qiáng)的活動(dòng)性。

2. 興城臺(tái)里地區(qū)含石榴子石結(jié)晶巖系相關(guān)特征

2.1 礦物分析

石榴子石的相關(guān)種類主要有這些[9]：

（1） 鎂鋁榴石：紅色、紫色、黃紅色；

（2） 鐵鋁榴石：褐色、暗紅色、紫紅色；

（3） 錳鋁榴石：黃橙色、橙紅色；

（4） 鈣鋁榴石：褐黃色、黃色、黃綠色、綠色；

（5） 鈣鐵榴石：黃綠色、翠綠色、黑色；

（6） 鈣鉻榴石：綠色。

在臺(tái)里地區(qū)產(chǎn)出的石榴子石為紅色系，在結(jié)晶巖系中呈細(xì)小顆粒狀產(chǎn)出，石榴石結(jié)晶巖在臺(tái)里地區(qū)以脈狀形式出現(xiàn)在早期形成的花崗閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖、眼球狀花崗質(zhì)變晶片麻巖中，并被后期的基性巖脈切穿。

結(jié)晶巖的礦物分析：根據(jù)礦物的定名法則，含石榴子石的結(jié)晶巖主要礦物以堿性長(zhǎng)石40%～60%、斜長(zhǎng)石20%～30%、石英30%～35%為主要礦物網(wǎng)，黑云母為次要礦物以及石榴子石為副礦物，初步定名為含石榴子石二長(zhǎng)花崗巖，但是石榴子石為一種高溫高壓特征變質(zhì)礦物，該結(jié)晶巖也可定位淺粒巖或者白粒巖。

淺粒巖：淺粒巖又稱白粒巖，含暗色礦物很少，色白具細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，由酸性火山巖或長(zhǎng)石砂巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)形成[9]。

能作為礦體的淺粒巖，要求其中長(zhǎng)石和石英的含量大于90%（長(zhǎng)石含量大于25%）。因?yàn)樵摲N結(jié)晶巖長(zhǎng)石和石英為含量在90%以上，而暗色礦物也很少，在礦物分析中有細(xì)晶結(jié)構(gòu)，也可以說(shuō)是粒狀變晶結(jié)構(gòu)，但是由于石榴子石是一種高溫高壓變質(zhì)礦物，其主要產(chǎn)于變質(zhì)巖中，含有石榴子石的結(jié)晶巖應(yīng)為變質(zhì)巖的一種。在闡述淺粒巖時(shí)，其由酸性火山巖或長(zhǎng)石砂巖經(jīng)過(guò)區(qū)域變質(zhì)形成，而大量的石英和長(zhǎng)石也正好論證了這一點(diǎn)。

2.2 成因分析

興城臺(tái)里地區(qū)主要出露的脈巖體有對(duì)于本區(qū)出露的較大規(guī)模巖石類型主要為黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、塊狀淺色花崗巖；對(duì)于脈巖類以眼球狀花崗質(zhì)片麻巖侵入規(guī)模較大，其它脈巖則以小規(guī)模的脈體形式產(chǎn)出，如偉晶花崗巖、石榴石結(jié)晶巖。根據(jù)其穿插關(guān)系大致知道其新老關(guān)系和產(chǎn)出先后[2-3]。

含石榴子石結(jié)晶巖在巖脈體出露中為較晚的，其出露過(guò)程中由于交代圍巖產(chǎn)生高溫環(huán)境，同時(shí)由于出露結(jié)晶巖的結(jié)晶作用或者是變質(zhì)結(jié)晶作用明顯，使得巖體顆粒大小相近，用巖漿巖的成因分析，應(yīng)該是在結(jié)晶中心緩慢生長(zhǎng)而繞結(jié)晶中心快速生長(zhǎng)的過(guò)冷度環(huán)境生成的，如果用變質(zhì)巖形成的原理，巖石形成條件在與圍巖交代過(guò)程中就必須是有大量流體參與變質(zhì)反應(yīng)，而在巖漿期后變質(zhì)結(jié)晶過(guò)程中繞早先形成的結(jié)晶中心緩慢變質(zhì)結(jié)晶形成花崗變晶結(jié)構(gòu)。在結(jié)晶巖與圍巖接觸帶上有變質(zhì)現(xiàn)象，這不能說(shuō)明該巖石就是變質(zhì)巖，因?yàn)樵谶叢扛邷丨h(huán)境的變質(zhì)不代表整體就是變質(zhì)巖。但是石榴子石在結(jié)晶巖體中的中部條帶狀產(chǎn)出，分析是由于脈體在產(chǎn)出時(shí)受到擠壓，可能產(chǎn)生了接觸變質(zhì)或者是動(dòng)力變質(zhì)作用，但是考慮到巖石沒(méi)有明顯的碎裂現(xiàn)象，應(yīng)該不會(huì)是動(dòng)力變質(zhì)作用。

在對(duì)含石榴子石結(jié)晶巖成因分析中，推斷有兩種可能性：一、該種結(jié)晶巖為花崗細(xì)晶巖或者就是花崗巖，根據(jù)巖石礦物組成可以詳細(xì)定名為石榴子石黑云母二長(zhǎng)花崗巖；二、該種巖石為變質(zhì)巖，同樣符合這種礦物組合的淺粒巖（白粒巖），詳細(xì)定名為花崗變晶結(jié)構(gòu)石榴石白粒巖，單從礦物組成來(lái)看，這兩種分析都是有存在的可能性的。如果認(rèn)為該種巖石為變質(zhì)巖也就是淺粒巖時(shí)，原巖是巖漿巖系脈巖產(chǎn)出，有可能是在脈體產(chǎn)出過(guò)程中同時(shí)發(fā)生變質(zhì)，在高溫高壓條件通過(guò)區(qū)域變質(zhì)或者接觸交代變質(zhì)形成石榴石，使得石榴石的分布在脈體的中部，如果是花崗巖體，石榴石集中在中部的可能性是由于巖體在產(chǎn)出地表時(shí)由于溫度降低，巖體收縮而導(dǎo)致石榴子石集中在巖體中部。

如果把該種巖石認(rèn)定為花崗巖類，對(duì)于巖石的成因目前有兩種假說(shuō)，一種是巖漿成因的，另一張是花崗巖化的。巖漿成因認(rèn)為花崗巖類巖石是由花崗質(zhì)的中性巖漿在溫度降低巖漿冷凝過(guò)程中形成的；花崗巖化作用認(rèn)為花崗巖石由于水熱熔液、透巖漿熔液等以不同方式交代先成的固態(tài)巖石形成的，也就是先成的巖石在原地發(fā)生了花崗巖化作用，也叫作原地花崗巖[10-12]。當(dāng)然通過(guò)分析可知，該種含石榴子石的結(jié)晶巖在原巖的脈體形成之后再發(fā)生花崗巖化作用的可能性要小得多，因?yàn)樵谂_(tái)里這片區(qū)域還含有花崗片麻巖、輝綠巖等脈體，而且根據(jù)相互的穿插關(guān)系，如果該種結(jié)晶巖是由于原巖形成之后再發(fā)生交代作用，相對(duì)該種巖脈老的脈體就更應(yīng)該會(huì)發(fā)生花崗巖化作用。如果該種巖石是由于花崗質(zhì)熔體溢出地表在溫壓降低時(shí)巖漿冷凝收縮形成花崗巖是有說(shuō)服力的，當(dāng)然前提是該種結(jié)晶巖中沒(méi)有出現(xiàn)石榴子石這種特征變質(zhì)礦物。

再把該種巖石認(rèn)定為變粒巖，變粒巖是屬于區(qū)域變質(zhì)巖的一種，在長(zhǎng)英質(zhì)巖類的區(qū)域變質(zhì)巖中麻粒巖相主要礦物組合，有石英—正長(zhǎng)石—斜長(zhǎng)石—夕線石（藍(lán)晶石）—石榴子石的礦物組合，同時(shí)由于區(qū)域變質(zhì)巖一般呈大規(guī)模分布，而在臺(tái)里地區(qū)的含石榴子石結(jié)晶巖只是局部一個(gè)小脈體，在礦物組合和區(qū)域概況上并不符合。所以在大的方向上該種巖石應(yīng)該是巖漿成因的花崗巖脈，但是在局部空間上是由變質(zhì)現(xiàn)象的反應(yīng)，集中表現(xiàn)在巖體大量分布的石榴子石這種特征變質(zhì)礦物，同時(shí)在該區(qū)域上還存在花崗片麻巖脈體，也就是該區(qū)域上是可以將原巖變質(zhì)形成變質(zhì)巖，只是由于時(shí)間和物化條件在空間上的差異，或者花崗巖體在形成之后發(fā)生兩次變質(zhì)作用，但是在前一次高強(qiáng)度變質(zhì)作用發(fā)生之后才發(fā)生另一次花崗巖體也就是現(xiàn)在的含石榴子石結(jié)晶巖產(chǎn)出，之后再發(fā)生第二次較前一次變質(zhì)作用淺的變質(zhì)，該次變質(zhì)發(fā)生在第二次巖體出露地表的冷凝收縮時(shí)候。

3. 興城臺(tái)里結(jié)晶巖系中石榴子石成因和特征

3.1 石榴子石特征

野外觀察：石榴石在巖體分布主要在脈體的中部，顆粒狀，新鮮面紅色，風(fēng)化面為淺紅色的白色，花崗變晶結(jié)構(gòu)或者細(xì)晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造或者塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石等，可見(jiàn)細(xì)小顆粒的石榴石。

鏡下特征：粒狀變晶結(jié)構(gòu)或者花崗變晶結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)，在接觸帶上有蝕變現(xiàn)象，主要礦物有堿性長(zhǎng)石30%左右，微斜長(zhǎng)石約20%，斜長(zhǎng)石25%左右，石英30%，黑云母約3%，石榴石0～5%。其中，微斜長(zhǎng)石在巖體中呈格子狀雙晶，斜長(zhǎng)石多為卡式雙晶，在微斜長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石組成的空隙中殘留有圓度較好的和港灣狀的石英顆粒，石英有反應(yīng)邊，反應(yīng)巖漿期后的變質(zhì)結(jié)晶現(xiàn)象。長(zhǎng)石類礦物呈多期次性，在長(zhǎng)石邊部有明顯蝕變現(xiàn)象，堿性長(zhǎng)石與斜長(zhǎng)石接觸界限平直；石榴石含量較少，但是粒徑較大，單偏光西正高突起，表面裂紋發(fā)育，蝕變現(xiàn)象明顯，正交偏光下全消光，黑云母含量很少，部分已發(fā)生綠泥石化和綠簾石化。

根據(jù)石榴子石種類和環(huán)境分析，該石榴子石應(yīng)為鐵鋁榴石。

3.2 石榴子石成因環(huán)境分析

石榴子石是一種高溫高壓的特征變質(zhì)礦物，其存在的環(huán)境也就是在高溫高壓下，其在空間上的產(chǎn)出為分布在巖體中部，總體呈條帶狀，單晶呈顆粒狀沒(méi)有發(fā)生碎裂變形，石榴子石的存在反應(yīng)的是高溫高壓的區(qū)域變質(zhì)環(huán)境，但由于石榴子石是所在脈體只是小規(guī)模產(chǎn)出，沒(méi)有形成區(qū)域上的大范圍，則石榴子石的變質(zhì)有可能是在滿足于區(qū)域變質(zhì)巖形成條件的小范圍的環(huán)境之中[5-8]。

將石榴子石所在脈體認(rèn)定為花崗巖類，則巖體的形成是在巖漿成因方式，也就是在地下巖漿上涌到地表時(shí)由于溫壓降低達(dá)到巖漿結(jié)晶的過(guò)冷度以下環(huán)境時(shí)固結(jié)成巖，在此過(guò)程中由于巖漿瞬間噴出地表時(shí)溫度升高而發(fā)生局部變質(zhì)，達(dá)到區(qū)域變質(zhì)巖形成條件的局部變質(zhì)狀態(tài)，產(chǎn)生石榴子石該類特征變質(zhì)礦物，同時(shí)由于溫度的降低，以及巖漿在結(jié)晶固結(jié)時(shí)溫度降低使得巖漿冷凝收縮，使得產(chǎn)生的石榴子石集中在脈體中部。該類花崗巖在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)細(xì)晶結(jié)構(gòu)，而大多數(shù)細(xì)晶巖的形成機(jī)制是在侵入的花崗巖脈體結(jié)晶固結(jié)之后剩余殘漿沿著花崗巖脈體及周圍圍巖中的裂隙充填形成。富水的剩余殘漿貫入裂隙中，就從高壓環(huán)境進(jìn)入相對(duì)低壓環(huán)境，殘漿中的水分子快速氣化溢出，體系處于無(wú)水和少水的固相線溫度以下，導(dǎo)致剩余殘漿快速成核并且繞核結(jié)晶，形成細(xì)粒的細(xì)晶結(jié)構(gòu)。但是，在細(xì)晶巖成巖過(guò)程中還有一些形成機(jī)制，就是巖漿在溢出時(shí)交代圍巖或者是通過(guò)巖漿與圍巖的同化混染作用形成。

4. 臺(tái)里地區(qū)含石榴子石結(jié)晶巖系與石榴子石結(jié)晶演化機(jī)制

臺(tái)里地區(qū)結(jié)晶巖系出露很多，多以脈狀產(chǎn)出，主要出露的巖脈一巖漿脈體和變質(zhì)的巖漿脈體為主，含石榴子石的結(jié)晶巖的年齡在該區(qū)域是比較老的，故其形成之后有一定的變質(zhì)。其形成演化的過(guò)程基本如下：

1、更老的脈體從地表溢出，這些脈體巖性主要是現(xiàn)在的花崗質(zhì)片麻巖、眼球狀花崗質(zhì)糜棱巖等；

2、含石榴子石結(jié)晶巖產(chǎn)出，穿切原有的脈體，在巖漿熱液噴出地表時(shí)壓力減小、溫度升高，使得巖漿快速形成大量核并在溫度降低到過(guò)冷度以下時(shí)結(jié)晶固結(jié)，同時(shí)由于溫度升高，含水殘漿中的水分子逃逸而形成一個(gè)局部無(wú)水的狀態(tài)，在固相線以下結(jié)晶形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)；

3、后期形成的其他侵入脈體產(chǎn)出切割先成脈體，同時(shí)在局部形成區(qū)域變質(zhì)條件，在巖漿期后熱液活動(dòng)中發(fā)生局部變質(zhì)，或者是在巖漿溢出地表時(shí)局部變質(zhì)，產(chǎn)生滿足于鐵鋁榴石形成條件和場(chǎng)所，由于巖漿冷凝收縮使得鐵鋁榴石主要集中在脈體巖石中部；

4、形成的各種結(jié)晶巖在漫長(zhǎng)地質(zhì)年代發(fā)生局部變質(zhì)，使得該結(jié)晶巖中的云母部分綠簾石化和綠泥石化。

5. 結(jié)論

（1） 臺(tái)里地區(qū)結(jié)晶巖中產(chǎn)出的紅色顆粒狀礦物質(zhì)為石榴子石類的鐵鋁榴石；

（2） 鐵鋁榴石這種高溫高壓的特征變質(zhì)礦物的出現(xiàn)標(biāo)志著原巖脈體在形成中有區(qū)域變質(zhì)的條件；

（3） 含石榴子石的結(jié)晶巖在巖性上為花崗細(xì)晶巖類，在種屬上屬于巖漿巖類，但是在局部是有變質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生；

（4） 石榴子石在結(jié)晶巖中的產(chǎn)出狀態(tài)為集中在脈體中部，是巖漿殘漿在冷凝過(guò)程收縮和交代變質(zhì)的結(jié)果。

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