辽宁丹东黄旗地区辽河群变质岩地球化学特征及成因探讨

杨仲杰，张，刘长纯，杨新宇，王成龙，姜春宇

1.辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 110031；2.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳 110034

辽宁丹东黄旗地区辽河群变质岩地球化学特征及成因探讨

杨仲杰1，张2，刘长纯1，杨新宇1，王成龙1，姜春宇1

1.辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳 110031；2.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳 110034

黄旗地区处于中朝准地台东部、胶辽台隆之营口-宽甸台拱南东端.研究区为辽东早前寒武纪地质构造分区东部，主要出露中生代岩浆杂岩和古元古代岩浆岩及地层，古元古代辽河群广泛发育.主要变质岩类型可划分为：片岩、变粒岩、浅粒岩、长石石英岩、钙硅酸岩及大理岩.研究区辽河群变质岩岩石化学特征为：1）硅酸盐类岩石SiO2平均含量为47.32%～78.6%，总体K2O＞Na2O；2）碳酸盐类岩石总体CaO＞MgO，总的特征是富钙、镁.辽河群各类变质岩微量元素含量相似度较高，F、Rb含量高，浓度克拉克值较大.辽河群变质岩的稀土元素特征为：ΣREE平均值为205.9×10-6，LREE/HREE平均值为12.8，δEu平均值为0.56；稀土分布图谱属右缓倾斜型，轻稀土分异较重稀土分异好，属于轻稀土富集型，具负铕和弱负铈异常.结合区域内辽河群原岩建造特点，可推断在古元古代时期研究区属地槽型大地构造环境，反映了辽河群地层整体上构成了一个较完整的火山-沉积建造序列.

辽河群变质岩；地球化学特征；原岩恢复；成因探讨；辽宁省丹东黄旗地区

0 引言

本论文所研究内容为“辽宁省丹东黄白旗1∶5万区域矿产调查”项目工作中需要解决的一个专题❶辽宁省地质矿产调查院.辽宁省黄白旗1∶5万矿调报告.2014.，是对本次工作中需要解决的辽河群变质岩岩石基本特征、原岩恢复以及成因的一个完整的总结，为以后的找矿工作、基础地质研究、区域对比等提供一手资料.本文研究辽河群变质岩石的地球化学特征、原岩恢复及成因可以说明在整个辽吉裂谷中的辽河群变质岩在地球化学特征、原岩类型和成因上属于整体上类似、局部不同的特征，同时可以加强区域上的对比.

1 区域地质背景

辽宁省丹东黄旗地区处于中朝准地台东部、胶辽台隆之营口-宽甸台拱南东端（图1）.出露地层由太古宇表壳岩、古元古界辽河群层状变质岩系及新生界第四系组成.太古宇表壳岩不发育，分布范围局限，岩性主要为黑云斜长片麻岩、条带状斜长片麻岩等［1-5］.古元古界辽河群变质层状岩系在区域上构成了地台结晶基底，主要分布在研究区南部.结合前人资料和本次工作，依据变质岩石组合、原岩建造、层序关系及变质作用等方面特征分析，将研究区内辽河群变质岩划分为里尔峪（岩）组、高家峪（岩）组Pt1g和盖县（岩）组Pt1gx 3个岩组，研究区内出露不全，受北东向构造控制呈带状展布，出露面积较大.第四系地层有碧流河组和大孤山组，主要分布在河流及山间沟谷等处.

研究区侵入岩广泛发育，岩浆侵入活动以古元古代时期为主，印支期侵入岩零星出露.岩石类型主要为二长花岗岩.其次分布中性闪长岩、花岗闪长岩等.并与金矿，铜、铅、锌、银等矿产关系密切.

由于区内经历了多期构造运动，其地质构造十分复杂，基底与盖层构造具有不同的构造特征，基底构造表现为深层次的塑性变形为主，盖层构造表现为浅层次的脆性变形为主，它们各自形成不同的构造形迹与样式.依区内沉积、岩浆、变质变形作用特征，本区构造演化可划分鞍山、吕梁、印支、燕山、喜马拉雅期5个构造旋回.辽河群中—浅变质岩系受吕梁运动影响，经历过多期次变质变形改造，所形成的构造形迹以不同规模的褶皱和各种面状、线状构造为主，构成了区域主要基底构造格架.印支、燕山、喜马拉雅运动经历了多期次的构造运动，所形成的构造形迹以不同性质的断裂为主，构成了区域盖层构造格架.同时也严重影响了基底构造的发展与演化.研究区内地质构造形迹主要有北东向褶皱，北东—北北东、北西断裂和次级东西向、北北东向共轭断裂.二者共同对区内金属和非金属矿产的形成起到了控制作用.

图1 研究区大地构造位置示意图Fig.1 Tectonic location of the study area

研究区内金属、非金属矿床（点）多处.金属矿产有金、硫化铁、稀有金属.非金属矿产有滑石、大理石、花岗岩等.研究区东部大型矿床——五龙金矿是典型的与区内构造岩浆活动有关的岩浆热液型金矿床❷辽宁省地质矿产调查院.辽宁省1∶25万丹东东港区调修测.2003..

2 辽河群变质岩岩石地球化学特征

2.1 主要元素特征

研究区内古元古界辽河群广泛发育.主要变质岩类型可划分为：片岩、变粒岩、浅粒岩、长石石英岩、钙硅酸岩及大理岩.根据主要元素（氧化物）含量将变质岩分为碳酸盐类与硅酸盐类，各类岩石氧化物含量及特征值分别见表1、2.

2.1.1 变质碳酸盐类岩石化学特征

碳酸盐类岩石在里尔峪岩组、高家峪岩组和盖县岩组均有分布.多呈薄层扁豆体状.其化学成分见表1.该类岩石SiO2平均含量为16.12%～22.86%，仅透闪石岩SiO2平均含量为49.24%，富硅.CaO、MgO平均含量分别为20.39%～28.5%、19.6%～20.9%，总体显示CaO＞MgO，CaO/MgO为0.99～1.44，个别样品CaO＜MgO. MnO、Al2O3、Fe2O3、Na2O、TiO2、P2O5平均含量依次分别为0.033%～0.046%、0.23%～0.35%、0.17%～0.43%、0.035%～0.045%、0.026%、0.053%～0.088%.总的特征是富钙、镁.岩石中锰、铝、铁、钠、钛、磷、硅含量较低，仅个别富硅.以上特征反映了研究区碳酸盐类岩的沉积成因.

表1 辽河群变质碳酸盐岩化学分析及原岩恢复一览表Table 1 Chem ical analysis and protolith restoration of the metamorphic carbonatite in Liaohe Group

表2 辽河群变质硅酸盐岩分析、尼格里值计算及原岩恢复一览表Table 2 Chem ical analysis,Nigri calculation and protolith restoration of the metamorphic carbonatite in Liaohe Group

2.1.2 变质硅酸盐类岩石化学特征

从表2及图2中可见，区内古元古界变质岩石中的氧化物含量变化无异同性，片岩类、变粒岩类、钙、镁、铝硅酸盐类和铁、镁、钙铝硅酸盐类各具有自己的变化曲线形态.硅酸盐类岩石SiO2平均含量为47.32%～78.6%，Al2O3平均含量为9.5%～28.66%，K2O平均含量0.52%～10.24%，Na2O平均含量0.053%～2.75%，总体K2O＞Na2O，个别岩类K2O＜Na2O，Fe2O3平均含量0.57%～7.81%，FeO平均含量0.34%～10.37%，总体Fe2O3＞FeO，个别岩类Fe2O3＜FeO，MgO平均含量0.65%～12.24%，CaO平均含量0.1%～12.14%.

图2 辽河群变质岩平均化学成分对比图Fig.2 Correlation of major elements from metamorphic rocks of Liaohe group

综合上述，大部分样品具有富铝特征，个别样品具有富铝、富钾、硅不饱和的特征，说明该类变质岩原岩主要为正常沉积岩的化学特征.个别样品原岩类型属于火山岩的化学特征.说明该岩类原岩类型具有明显的不同成因特征.

2.2 微量元素特征

大量研究表明，微量元素是地壳形成与演化的灵敏指示剂，主要是因为它们在后期的变质过程相对保持稳定.因此，变质岩中微量元素含量与组合规律性能够反映变质岩原岩的岩浆演化过程和源区的组成及来源［6］.将研究区内辽河群变质岩21个原岩光谱定量分析结果，按不同岩类进行统计及与辽宁省变质岩石微量元素丰度、地壳的化学平均值泰勒（1964）和陆壳丰度黎彤（1964）对比，见表3.从表中可以看出，各类变质岩的微量元素含量非常相似，个别样品存在一定的差异，F、Rb含量高，浓度克拉克值较大，W、Pb、As含量略高于克拉克值，其余元素含量一般均明显低于克拉克值.

2.3 稀土元素特征

研究区辽河群变质岩石稀土元素及特征列于表4.各岩类稀土元素球粒陨石标准化分布型式图如图3所示.

表3 辽河群变质岩石微量元素平均含量统计表Table 3 Trace element average content of metamorphic rocks of Liaohe Group

表4 辽河群变质岩石稀土元素平均含量及参数表Table 4 REE average content and parameters of metamorphic rocks of Liaohe Group

图3 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns

变质岩的稀土元素特征：ΣREE为5.02×10-6～393.18×10-6，平均值为205.9×10-6，LREE/HREE为7.93～32.76，平均值为12.8，LaN/YbN为4.69～105.67，平均值为17.6，δEu为0.47～1.03，平均值为0.56，δCe为0.33～1.69，平均值为0.94.各类岩石稀土元素球粒陨石标准化分布型式图基本相似，稀土分布图谱均呈向右缓倾斜，轻稀土分异比重稀土分异性好，属于轻稀土富集型，具负铕和弱负铈异常.总体上显示原岩物质的一致物质.

3 原岩恢复及成因探讨

对变质岩原岩类型恢复方法很多，各种方法都可以提供变质岩成因的一定信息.对于一个地区或一套变质地层，不是采用一两种就可以奏效，通常各种方法综合研究［7-9］.

本次研究主要是通过变质岩岩石的岩石特征、岩石化学特征以及原岩恢复图解进行分析研究.前面已对岩石特征及地球化学特征作出了总结，显示辽河群变质岩从成因上原岩物质大体上的一致性，仅有个别样品存在一定的差异，说明局部存在不同成因类型或环境的原岩物质.在尼格里四面体图解（图4）中，样品大部分落入黏土质沉积岩区，少数落入火成岩区和化学沉积岩区.在变质岩的Si-（al+fm）-（c+alk）图（图5）中，样品大部分落在泥质沉积岩区和砂质沉积岩区，少数落在钙质沉积岩区，部分落在火山成岩与钙质沉积岩区的重叠界线附近.在变质岩的（al-alk）-c图解（图6）中，大部分样品落在黏土岩和钙质泥灰岩区，少数落在火成岩区；在变质岩的c-mg图解（图7）中，样品大部分落在典型的半泥质岩和泥质岩区；在变质岩的k-mg图解（图8）中，样品大部分落在黏土岩区，少数落在富钾火山岩区及其附近.通过野外地质调查、室内镜下鉴定以及岩石化学计算等，结合原岩恢复图解可以得出：里尔峪岩组其原岩为似细碧岩-角斑岩为主的火山-沉积建造.由此反映出里尔峪岩组沉积时期火山活动频繁，地壳处于强烈活动状态，沉积了以火山堆积物为主夹有少量正常沉积岩的火山沉积建造.高家峪岩组主要为一套陆源黏土质砂岩、黏土岩、钙质泥灰岩、白云质黏土岩和白云质泥灰岩的原岩建造.显示了地壳活动减弱，火山活动不强烈，出现正常沉积岩，地壳处于相对稳定的发展阶段.盖县岩组原岩为一套海陆相黏土岩、泥质岩以及黏土质砂岩的陆源碎屑岩建造.显示了当时地壳处于相对稳定的发展阶段，局部存在弱的火山活动，火山活动不强烈［10］.

图4 尼格里四面体图解Fig.4 Nigri tetrahedron diagram

4 结论

（1）研究区辽河群变质岩主要元素特征为：①硅酸盐类岩石SiO2平均含量为47.32%～78.6%，K2O平均含量0.52%～10.24%，Na2O平均含量0.053%～2.75%，总体K2O＞Na2O，个别岩类K2O＜Na2O.该类变质岩原岩具有正常沉积岩的化学特征，个别样品原岩类型属于火山岩的化学特征.说明该岩类原岩类型具有明显的不同成因特征.②碳酸盐类岩石SiO2平均含量为16.12%～22.86%，仅透闪石岩SiO2平均含量为49.24%，富硅. CaO、MgO平均含量分别为20.39%～28.5%和19.6%～20.9%，总体显示CaO＞MgO，CaO/MgO为0.99～1.44，个别样品CaO＜MgO.以上特征反映了研究区碳酸盐类岩的沉积成因.

图5 变质岩的Si-（al+fm）-（c+alk）图Fig.5 The Si-（al+fm）-（c+alk）diagram of metamorphic rocks

图6 变质岩的（al-alk）-c图Fig.6 The（al-alk）-c diagram of metamorphic rocks

（2）辽河群各类变质岩的微量元素含量非常相似，个别样品存在一定的差异.F、Rb含量高，浓度克拉克值较大；W、Pb、As含量略高与克拉克值；其余元素含量一般均明显低于克拉克值.同时，微量元素球粒陨石蛛网图表明，大多数样品的分配形式大体上相似，表明它们具有相同的源区.

图7 变质岩的C-Mg图解Fig.7 C-Mg diagram of metamorphic rocks

图8 变质岩的k-mg图解Fig.8 The k-mg diagram of metamorphic rocks

（3）各类岩石稀土元素球粒陨石标准化分布型式图基本相似，均为稀土分布图谱呈向右缓倾斜，轻稀土分异比重稀土分异性较好，属于轻稀土富集型，具负铕和弱负铈异常.总体上显示原岩物质的一致性，仅有个别样品存在一定的差异，说明局部存在不同成因类型或环境的原岩物质.

（4）通过对区内辽河群各单元变质岩地球化学特征、原岩恢复及原岩建造特征的分析，结合区域内辽河群原岩建造特点，可推断在古元古代时期研究区属地槽型大地构造环境，反映了辽河群地层整体上构成了一个较完整的火山-沉积建造序列.

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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.编辑：李兰英．

辽宁省基础性公益性地质调查项目“辽宁省白旗（K51E023016）幅、黄旗堡（K51E024016）幅矿调”（辽国土资项发［2008］78号）.

杨仲杰（1987—），男，从事区域地质调查与固体矿产勘查工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区宁山中路42号羽丰大厦B座2511，E-mail// 147018374@qq.com