關(guān)于遼東青城子地區(qū)古元古代奧長花崗巖的新認(rèn)識(shí)

宋劍飛

遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧 大連 116100

0 引言

遼寧省東部青城子地區(qū)發(fā)育的一套片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖，前人資料將其命名為中細(xì)粒斜長花崗巖，認(rèn)為其成巖于造山后，是區(qū)域構(gòu)造處于拉張環(huán)境初期的產(chǎn)物，在馬家堡子一帶測(cè)得K-Ar同位素年齡值為1565.6Ma[1]，時(shí)代為中元古代，前人對(duì)該套巖石研究較少，對(duì)該套巖石進(jìn)行進(jìn)一步研究具有重要意義。

本文對(duì)遼寧省東部青城子地區(qū)奧長花崗巖進(jìn)行詳細(xì)研究（圖1），在 1：5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合前人資料對(duì)其從野外特征、巖石地球化學(xué)、年代學(xué)等方面進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查研究，并探討其成因及構(gòu)造環(huán)境的意義[2-6]。

圖 1 遼寧省東部青城子地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of Qingchengzi area in eastern Liaoning Province

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

1.1 基本地質(zhì)特征

本文以青城子地區(qū)灰白色片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖為研究對(duì)象，其分布于遼寧東部青城子一帶馬家堡子，亮子溝、灣溝村、蘭花嶺等地，平面上呈橢圓形，侵入古元古代條痕狀中細(xì)粒黑云母二長花崗巖和遼河巖群，（圖2），被中生界白堊系小嶺組

圖 2 灰白色弱片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖野外特征Fig.2 Field characteristics of weakly fl aky medium fi negrained trondhjemite

（K1x）角度不整合覆蓋。鋯石LA-MC-ICP-MS年齡2176±15Ma，時(shí)代為古元古代。

1.2 巖石學(xué)及礦物學(xué)特征

巖石呈灰白色，中細(xì)粒變余花崗結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造，測(cè)定的主要造巖礦物斜長石（更長石）48%～62%，鉀長石2%～9%，石英22%～37%，黑云母1%～5%，絹云母1%～5%。計(jì)算斜長石牌號(hào)為10～27，屬更長石（奧長石）。

典型薄片特征：（1）礦物成分：石英35%±；更長石 52%±；鉀長石 9%±；不透明礦物2%±；黑云母 2%±；絹云母3%±；（2）組構(gòu)特征：花崗結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造。巖石遭輕度的變質(zhì)作用，更長石部分為不規(guī)則粒狀，部分為半自形的特點(diǎn)，更長石聚片雙晶較發(fā)育，普遍遭到絹云母化作用，斜長石沿長軸呈條帶狀定向分布，斜長石粒徑為0.2～1.3 mm之間；鉀長石為它形或半自形，有的略顯等軸狀，有的充填于其它礦物顆粒之間，鉀長石粒徑為0.1～0.5 mm之間，鉀長石有沿長軸定向分布的趨勢(shì)；石英為不規(guī)則粒狀，有的石英有畢母紋發(fā)育，石英集合體有呈條帶定向分布的趨勢(shì)，石英粒徑為0.1～3.0 mm之間；黑云母為細(xì)片狀分布，多數(shù)遭脫鐵作用，并有鐵質(zhì)析出，絹云母為顯顯微細(xì)鱗片狀定向分布。

巖石中副礦物以赤褐鐵礦，磷灰石為主，微量榍石、石榴石、金紅石等，鋯石以玫瑰色為主，透明至半透明，具弱金剛光澤，晶體晶體發(fā)育裂紋，整體顯酥易碎，有鐵染，可見凹坑溝槽等溶蝕跡象較明顯，晶棱晶錐均已鈍化，部分分辨不清，部分可見錐柱不對(duì)稱的歪晶。

2 分析結(jié)果

2.1 主量元素

從古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖樣品分析結(jié)果（表1）巖石化學(xué)成分具高硅、鋁、鈉，低鈦、鉀、鈣的特點(diǎn)。對(duì)表中巖石樣品分析結(jié)果進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算（CIPW），δ值范圍為1.87～2.27，平均值為2.11，A/NCK值范圍為0.98～1.138，平均值為1.07，K2O+Na2O值范圍為7.47～8.07，平均值為7.83，K2O/Na2O值范圍為0.11～0.45，平均值為0.30，巖石為富鈉的鈣堿性系列巖石。

根據(jù)巖石樣品標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算結(jié)果（表2），將其投影在An-Ab-Or分類圖解中，投影點(diǎn)全部落入奧長花崗巖區(qū)（圖3）。

從表3中可以看出，青城子地區(qū)奧長花崗巖石比較典型的，其硅含量較高，表現(xiàn)為富鈉，高鋁，低鉀，鈣的特點(diǎn)。

2.2 微量元素

由表4:古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖巖石微量元素含量與黎彤陸殼豐度對(duì)比，Rb、Ba、Hf含量高，其它微量元素含量低或接近黎彤陸殼豐度，Rb/Sr、Ba/Sr值高，Zr/Hf、Nb/Ta、Th/U值低。與黎彤洋殼豐度對(duì)比，Li、Rb、Ba、Hf含量高，其它微量元素含量低或接近黎彤洋殼豐度，Rb/Sr、Ba/Sr值高，Zr/Hf、Nb/Ta、Th/U值低。與黎彤上地幔豐度對(duì)比，Li、Ga、Rb、Sr、Zr、Ba、Hf、Ta、Th、U含量高，其它微量元素含量低或接近黎彤洋殼豐度，Rb/Sr、Ba/Sr值高， Zr/Hf、Nb/Ta、Th/U值低。由巖石微量元素蜘蛛網(wǎng)圖可以看出（圖4），巖石相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Ba，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta。

圖 3 An～Ab～Or分類圖解(據(jù)Oconnor,J.T.1965)Fig.3 An-Ab-Or classif i cation diagram

2.3 稀土元素

由表5知：古元古代奧長花崗巖巖石稀土元素總量為 17.29×10-6～20.46×10-6，平均值為20.44×10-6高于黎彤上地幔豐度，低于黎彤洋殼稀土豐度，遠(yuǎn)低于陸殼稀土豐度，輕重稀土比值為 7.31～10.99，平均值 8.62，δEu 值為 1.90～2.44，平均值為1.98，銪具正異常特征。(La/Sm)N值近 為 3.23～4.11， 平 均 值 為 3.72，(Gd/Yb)N值 為1.47～1.86，平均值為1.70，輕稀土分餾均較強(qiáng)，重稀土分餾不明顯，(La/Yb)N值為7.54～11.92，平均值為9.41，稀土模式曲線向右傾（圖5）。

表 1 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖巖石化學(xué)成分含量Table 1 Contents of chemical components of fi ne grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

表 2 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物成分及巖石化學(xué)參數(shù)Table 2 CIPW standard mineral composition and petrochemistry parameters of fi ne grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

表 3 青城子地區(qū)奧長花崗巖與標(biāo)準(zhǔn)奧長花崗巖對(duì)比表Table 3 Comparison table of trondhjemite in Qingchengzi area and standard trondhjemite

圖 4 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 Microelement spider diagram of fi ne graintrondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

圖 5 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖稀土元素配分曲線圖Fig.5 Rare earth element distribution curvesdiagram of fi ne grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

表 4 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖微量元素含量及有關(guān)參數(shù)Table 4 Contents of trace elements and related parameters of fi ne grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

3 年代學(xué)特征

3.1 采樣及樣品特征

本次工作選擇在遼東青城子地區(qū)黃家堡子附的新鮮片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖巖石（1個(gè)），進(jìn)行了La-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，其采樣坐標(biāo)為（E123° 41.25′，N40° 41.916′）。

樣品（P32TW2-1）呈灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，弱片麻狀(塊狀)構(gòu)造。主要礦物成分由斜長石、石英、鉀長石、黑云母組成，其中斜長石含量60%±，鉀長石含量8%±，石英含量30%±，黑云母含量2%±，礦物顆粒粒徑一般為1.0～4.0 mm，石英為粒狀，多以集合體形式賦存，呈條帶狀，巖石中暗色礦物定向排列與淺色礦物相間構(gòu)成弱片麻狀構(gòu)造。

3.2 鋯石U-Pb分析方法

鋯石U-Pb定年測(cè)試在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所MC-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石定年分析所用儀器為Finnigan Neptune 型MC-ICP-MS及與之配套的Newwave UP 213 激光剝蝕系統(tǒng)。從重約5 kg新鮮巖石樣品中分選出鋯石，并與標(biāo)樣（TEM）一起制靶，在電子顯微鏡下進(jìn)行光學(xué)照相，并進(jìn)行陰極發(fā)光照相，最后鍍金，完成測(cè)試前的準(zhǔn)備。測(cè)試樣品年齡計(jì)算均采用206Pb/238U年齡，為了測(cè)試巖體的侵入年齡，首先根據(jù)鋯石電子顯微鏡圖像選擇結(jié)晶程度好的顆粒，再在陰極發(fā)光圖像上選擇不同晶體位置和相對(duì)較高U含量的部位進(jìn)行測(cè)試。過程中，采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方式，數(shù)據(jù)分析

表 5 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖稀土元素含量及有關(guān)參數(shù)Table 5 Rare earth elements contents and related parameters of fine grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

前用鋯石GJ-1為外標(biāo)，U、Th含量以鋯石M127（U：923 μg/g；Th：439 μg/g；Th/U：0.475） 為外標(biāo)進(jìn)行校正。在每測(cè)定10個(gè)樣品前后重復(fù)測(cè)定2個(gè)鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ1對(duì)樣品進(jìn)行校正，并測(cè)量1個(gè)Plesovice鋯石標(biāo)準(zhǔn)，觀察儀器的狀態(tài)以保證測(cè)試的精確度。數(shù)據(jù)處理采用ICPMS DataCal 程序,測(cè)量過程中絕大多數(shù)分析點(diǎn)206Pb/204Pb＞10 000，未進(jìn)行普通鉛校正，204Pb由離子計(jì)數(shù)器檢測(cè)，204Pb含量異常高的分析點(diǎn)可能受包體等普通Pb的影響，對(duì)204Pb含量異常高的分析點(diǎn)在計(jì)算時(shí)剔除，鋯石年齡諧和圖用Isoplot3.0程序獲得。

3.3 年齡測(cè)試結(jié)果

本次工作對(duì)片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖樣品（P32TW2-1）共測(cè)試分析了30 粒鋯石進(jìn)行30個(gè)點(diǎn)的LA-MC-ICP-MS分析，有效點(diǎn)結(jié)果列于表6，U-Pb年齡諧和圖示于圖6，從鋯石陰極發(fā)光圖像（圖 6）可以看出，鋯石發(fā)光性較好，可見明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，顯示其巖漿結(jié)晶特征。鋯石呈柱狀，橢圓狀、不規(guī)則狀，部分鋯石邊部具有熔蝕結(jié)構(gòu)，呈港灣狀、月牙狀。鋯石具有扇形分帶、不規(guī)則狀分帶以及無分帶的特征。分析結(jié)果表明，鋯石的 Th含量為 66.598×10-6～ 520.72×10-6，平均值為169.93×10-6，U含量為193.932×10-6～ 1 223.885×10-6，平均值為 450.16×10-6，Th / U 比值為0.147～0.646，平均為 0.41，顯示巖漿成因鋯石的特點(diǎn)[11-13]。在鋯石 U-Pb 協(xié)和圖解（圖 6）中，多數(shù)分析數(shù)據(jù)點(diǎn)均位于諧和線上及其附近，加權(quán)平均值為2 176±15Ma，顯示時(shí)代屬于古元古代。

表 6 古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖鋯石LA-MC-ICP-MS有效點(diǎn)分析結(jié)果Table 6 LA-MC-ICP-MS effective point analysis results of palaeoproterozoic granulite Zircon of ordovician granite

4 成因及構(gòu)造環(huán)境分析

古元古代片麻狀中細(xì)粒奧長花崗巖：CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算參數(shù)A/NCK值為0.98～1.07，平均值為1.03，稀土元素總量介于黎彤洋殼豐度和黎彤上地幔豐度之間，接近黎彤上地幔豐度[2-6]，其物質(zhì)來源主要為幔源。在黑云母的Mg-Fe/（Fe+Mg）圖解中（圖7），投點(diǎn)落入殼源區(qū)。稀土元素La/Yb值為7.54～11.92，平均值為9.41，大部分小于10，為殼源。綜合上述，青城子地區(qū)古元古代奧長花崗巖巖漿為殼?；煸础?/p>

認(rèn)為 TTG 熔體來自變質(zhì)到榴輝巖相或石榴角閃巖相的含水玄武質(zhì)巖石的部分熔融[7-13]。Martin(1993)在此基礎(chǔ)上提出 TTG 巖套的三階段成因模型(圖8)被認(rèn)為是目前最合理的成因模型（第一階段:地幔部分熔融形成拉斑玄武質(zhì)巖石;第二階段:變質(zhì)到榴輝角閃巖相或榴輝巖相的玄武巖部分熔融形成英云閃長質(zhì)母巖漿，殘留相為角閃石+石榴子石+單斜輝石+鈦鐵礦± 斜長石; 第三階段:母巖漿分離結(jié)晶形成 TTG巖套，堆晶為角閃石+鈦鐵礦±斜長石）。

綜上所述，認(rèn)為遼東青城子地區(qū)奧長花崗巖來自變質(zhì)到榴輝巖相或石榴角閃巖相的含水玄武質(zhì)巖石的部分熔融。

圖 8 形成 TTG 巖套的三階段模型(據(jù) Moyen and Martin，2012)Fig.8 Three-stage model of TTG suite formation

在R1-R2圖解(圖9）中，奧長花崗巖投影點(diǎn)大部分落入同碰撞期，個(gè)別點(diǎn)落入造山晚期，由Rb-Yb+Nb圖解中(圖10)，奧長花崗巖投影點(diǎn)大部分落入火山弧花崗巖，個(gè)別點(diǎn)落入同碰撞期，由Rb-Yb+Ta（圖10）中，奧長花崗巖投影點(diǎn)落入火山弧花崗巖，綜上所述，古元古代奧長花崗巖形成于構(gòu)造活動(dòng)帶環(huán)境同時(shí)具有同碰撞期的特點(diǎn)。

Smithies 等 (2003) 認(rèn)為在俯沖式板塊構(gòu)造發(fā)生之前，TTG 巖套的產(chǎn)出環(huán)境為“巨厚洋殼平板俯沖環(huán)境”(圖 11)。該理論的核心在于冥古宙和太古宙早期，地幔潛能溫度高，洋脊玄武巖溢流速度更快，形成巨厚的洋殼，然而相對(duì)熱的洋殼具有更小的密度，不能產(chǎn)生反向浮力并發(fā)生俯沖，因此新生洋殼對(duì)古老洋殼進(jìn)行長時(shí)間水平方向擠壓，并伴隨著底部流變發(fā)生大規(guī)模熔融，這一模型與現(xiàn)在的加厚下地殼巖石部分熔融相似而且能夠很好地解釋地球早期 TTG 巖套表現(xiàn)出的低Mg#(組分中沒有地幔楔的貢獻(xiàn))特征與 TTG 巖套大規(guī)模產(chǎn)出的地質(zhì)事實(shí)相符。因此可能是 TTG 巖套早期產(chǎn)出環(huán)境的真實(shí)反映。

圖 9 古元古代奧長花崗巖R1-R2圖解(據(jù) Batchelor & Bowdden,1985)Fig.9 R1-R2 diagram of palaeoproterozoic ordovician granite

圖 10 古元古代奧長花崗巖Rb-Yb+Nb和Rb-Yb+Ta圖解Fig.10Rb-Yb+Nb and Rb-Yb+Ta diagrams of paleoproterozoic prdovician granite after Batchelor & Bowdden,1985

俯沖式板塊構(gòu)造本質(zhì)上是地球的一種特殊的散熱方式，之后的地球會(huì)通過殼—幔循環(huán)而不斷降溫。地幔的不斷降溫會(huì)導(dǎo)致洋中脊的噴溢速度減慢，當(dāng)新生的玄武質(zhì)巖漿在其噴口處固結(jié)后，洋中脊就會(huì)發(fā)生閉合，并導(dǎo)致板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的停滯，地球會(huì)進(jìn)入靜止蓋層階段(Sleep，2000)。但是這樣的狀態(tài)可能不是永久性的，因?yàn)榈蒯Ｖ械姆派湫栽?( U、Th、40K 等) 會(huì)通過衰變產(chǎn)生大量的熱，并導(dǎo)致地球不斷升溫，板塊構(gòu)造可能會(huì)再次發(fā)生[10]。這意味著板塊構(gòu)造理論上可以是間歇性的，而可持續(xù)發(fā)生的板塊構(gòu)造要求地球處于產(chǎn)—放熱平衡

綜上，認(rèn)為遼東青城子地區(qū)古元古代奧長花崗巖是由新生玄武質(zhì)洋殼俯沖消減過程中在含水條件下部分熔融形成的，是俯沖板塊熔融的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

通過上述對(duì)遼東青城子地區(qū)奧長花崗巖進(jìn)行探討，得出以下結(jié)論：

圖 11 形成 TTG 巖套的巨厚洋殼平板俯沖環(huán)境卡通示意圖(據(jù) Smithies et al.，2003，修改)Fig.11 Cartoon diagram of the subduction environment of huge oceanic crust plate forming TTG suite

（1）遼東青城子地區(qū)奧長花崗巖是產(chǎn)于古遠(yuǎn)古代，具高硅、富鈉，高鋁，低鉀、鈣、鎂的特點(diǎn)。

（2）稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解呈右傾，輕稀土富集，具正銪異常特征，微量元素蛛網(wǎng)圖顯示富集Rb、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素，Sr/Y值為86.54～299.48，(La/Yb)N為7.54～11.92，地球化學(xué)特征顯示其具有島弧花崗巖特征，高Sr低Y的特征指示其形成壓力相對(duì)較大。

（3）遼東青城子地區(qū)奧長花崗巖鋯石LA-MCICP-MS年齡2 176±14Ma，時(shí)代為古元古代，為遼東地區(qū)古元古代侵入巖的研究提供了準(zhǔn)確的年代依據(jù)。

（4）推測(cè)遼東青城子地區(qū)古元古代奧長花崗巖是由新生玄武質(zhì)洋殼俯沖消減過程中在含水條件下部分熔融形成的，是俯沖板塊熔融的產(chǎn)物。

致謝：本文在選題及完成過程中得到遼寧省地質(zhì)勘查院董萬德教授級(jí)高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)，論文所用主要資料來源于遼東-吉南成礦帶永吉-鳳城地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查1∶5萬上麻屯等六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果資料，在此一并表達(dá)謝意。