遼寧丹東黃旗地區遼河群變質巖地球化學特征及成因探討

楊仲杰，張，劉長純，楊新宇，王成龍，姜春宇

1.遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽 110031；2.中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽 110034

遼寧丹東黃旗地區遼河群變質巖地球化學特征及成因探討

楊仲杰1，張2，劉長純1，楊新宇1，王成龍1，姜春宇1

1.遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽 110031；2.中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽 110034

黃旗地區處于中朝準地臺東部、膠遼臺隆之營口-寬甸臺拱南東端.研究區為遼東早前寒武紀地質構造分區東部，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育.主要變質巖類型可劃分為：片巖、變粒巖、淺粒巖、長石石英巖、鈣硅酸巖及大理巖.研究區遼河群變質巖巖石化學特征為：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.遼河群各類變質巖微量元素含量相似度較高，F、Rb含量高，濃度克拉克值較大.遼河群變質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，具負銪和弱負鈰異常.結合區域內遼河群原巖建造特點，可推斷在古元古代時期研究區屬地槽型大地構造環境，反映了遼河群地層整體上構成了一個較完整的火山-沉積建造序列.

遼河群變質巖；地球化學特征；原巖恢復；成因探討；遼寧省丹東黃旗地區

0 引言

本論文所研究內容為“遼寧省丹東黃白旗1∶5萬區域礦產調查”項目工作中需要解決的一個專題?遼寧省地質礦產調查院.遼寧省黃白旗1∶5萬礦調報告.2014.，是對本次工作中需要解決的遼河群變質巖巖石基本特征、原巖恢復以及成因的一個完整的總結，為以后的找礦工作、基礎地質研究、區域對比等提供一手資料.本文研究遼河群變質巖石的地球化學特征、原巖恢復及成因可以說明在整個遼吉裂谷中的遼河群變質巖在地球化學特征、原巖類型和成因上屬于整體上類似、局部不同的特征，同時可以加強區域上的對比.

1 區域地質背景

遼寧省丹東黃旗地區處于中朝準地臺東部、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巖系及新生界第四系組成.太古宇表殼巖不發育，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層狀巖系在區域上構成了地臺結晶基底，主要分布在研究區南部.結合前人資料和本次工作，依據變質巖石組合、原巖建造、層序關系及變質作用等方面特征分析，將研究區內遼河群變質巖劃分為里爾峪（巖）組、高家峪（巖）組Pt1g和蓋縣（巖）組Pt1gx 3個巖組，研究區內出露不全，受北東向構造控制呈帶狀展布，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.

研究區侵入巖廣泛發育，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、銀等礦產關系密切.

由于區內經歷了多期構造運動，其地質構造十分復雜，基底與蓋層構造具有不同的構造特征，基底構造表現為深層次的塑性變形為主，蓋層構造表現為淺層次的脆性變形為主，它們各自形成不同的構造形跡與樣式.依區內沉積、巖漿、變質變形作用特征，本區構造演化可劃分鞍山、呂梁、印支、燕山、喜馬拉雅期5個構造旋回.遼河群中—淺變質巖系受呂梁運動影響，經歷過多期次變質變形改造，所形成的構造形跡以不同規模的褶皺和各種面狀、線狀構造為主，構成了區域主要基底構造格架.印支、燕山、喜馬拉雅運動經歷了多期次的構造運動，所形成的構造形跡以不同性質的斷裂為主，構成了區域蓋層構造格架.同時也嚴重影響了基底構造的發展與演化.研究區內地質構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.二者共同對區內金屬和非金屬礦產的形成起到了控制作用.

圖1 研究區大地構造位置示意圖Fig.1 Tectonic location of the study area

研究區內金屬、非金屬礦床（點）多處.金屬礦產有金、硫化鐵、稀有金屬.非金屬礦產有滑石、大理石、花崗巖等.研究區東部大型礦床——五龍金礦是典型的與區內構造巖漿活動有關的巖漿熱液型金礦床?遼寧省地質礦產調查院.遼寧省1∶25萬丹東東港區調修測.2003..

2 遼河群變質巖巖石地球化學特征

2.1 主要元素特征

研究區內古元古界遼河群廣泛發育.主要變質巖類型可劃分為：片巖、變粒巖、淺粒巖、長石石英巖、鈣硅酸巖及大理巖.根據主要元素（氧化物）含量將變質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 變質碳酸鹽類巖石化學特征

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碳酸鹽類巖的沉積成因.

表1 遼河群變質碳酸鹽巖化學分析及原巖恢復一覽表Table 1 Chem ical analysis and protolith restoration of the metamorphic carbonatite in Liaohe Group

表2 遼河群變質硅酸鹽巖分析、尼格里值計算及原巖恢復一覽表Table 2 Chem ical analysis,Nigri calculation and protolith restoration of the metamorphic carbonatite in Liaohe Group

2.1.2 變質硅酸鹽類巖石化學特征

從表2及圖2中可見，區內古元古界變質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.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，Fe2O3平均含量0.57%～7.81%，FeO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 遼河群變質巖平均化學成分對比圖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，說明該類變質巖原巖主要為正常沉積巖的化學特征.個別樣品原巖類型屬于火山巖的化學特征.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過程相對保持穩定.因此，變質巖中微量元素含量與組合規律性能夠反映變質巖原巖的巖漿演化過程和源區的組成及來源［6］.將研究區內遼河群變質巖21個原巖光譜定量分析結果，按不同巖類進行統計及與遼寧省變質巖石微量元素豐度、地殼的化學平均值泰勒（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

研究區遼河群變質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準化分布型式圖如圖3所示.

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

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

圖3 稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns

變質巖的稀土元素特征：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準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，具負銪和弱負鈰異常.總體上顯示原巖物質的一致物質.

3 原巖恢復及成因探討

對變質巖原巖類型恢復方法很多，各種方法都可以提供變質巖成因的一定信息.對于一個地區或一套變質地層，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巖巖石的巖石特征、巖石化學特征以及原巖恢復圖解進行分析研究.前面已對巖石特征及地球化學特征作出了總結，顯示遼河群變質巖從成因上原巖物質大體上的一致性，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境的原巖物質.在尼格里四面體圖解（圖4）中，樣品大部分落入黏土質沉積巖區，少數落入火成巖區和化學沉積巖區.在變質巖的Si-（al+fm）-（c+alk）圖（圖5）中，樣品大部分落在泥質沉積巖區和砂質沉積巖區，少數落在鈣質沉積巖區，部分落在火山成巖與鈣質沉積巖區的重疊界線附近.在變質巖的（al-alk）-c圖解（圖6）中，大部分樣品落在黏土巖和鈣質泥灰巖區，少數落在火成巖區；在變質巖的c-mg圖解（圖7）中，樣品大部分落在典型的半泥質巖和泥質巖區；在變質巖的k-mg圖解（圖8）中，樣品大部分落在黏土巖區，少數落在富鉀火山巖區及其附近.通過野外地質調查、室內鏡下鑒定以及巖石化學計算等，結合原巖恢復圖解可以得出：里爾峪巖組其原巖為似細碧巖-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，地殼處于強烈活動狀態，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砂巖、黏土巖、鈣質泥灰巖、白云質黏土巖和白云質泥灰巖的原巖建造.顯示了地殼活動減弱，火山活動不強烈，出現正常沉積巖，地殼處于相對穩定的發展階段.蓋縣巖組原巖為一套海陸相黏土巖、泥質巖以及黏土質砂巖的陸源碎屑巖建造.顯示了當時地殼處于相對穩定的發展階段，局部存在弱的火山活動，火山活動不強烈［10］.

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

4 結論

（1）研究區遼河群變質巖主要元素特征為：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.該類變質巖原巖具有正常沉積巖的化學特征，個別樣品原巖類型屬于火山巖的化學特征.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碳酸鹽類巖的沉積成因.

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

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

（2）遼河群各類變質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圖表明，大多數樣品的分配形式大體上相似，表明它們具有相同的源區.

圖7 變質巖的C-Mg圖解Fig.7 C-Mg diagram of metamorphic rocks

圖8 變質巖的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準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，具負銪和弱負鈰異常.總體上顯示原巖物質的一致性，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境的原巖物質.

（4）通過對區內遼河群各單元變質巖地球化學特征、原巖恢復及原巖建造特征的分析，結合區域內遼河群原巖建造特點，可推斷在古元古代時期研究區屬地槽型大地構造環境，反映了遼河群地層整體上構成了一個較完整的火山-沉積建造序列.

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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．

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

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