河南省竹沟地区变基性岩特征及其归属

李连涛

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院,河南信阳 464000)

河南省竹沟地区变基性岩特征及其归属

李连涛

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院,河南信阳 464000)

本文通过岩石地球化学特征及构造背景分析，对分布在竹沟盆地南北两翼的变基性岩体进行了研究，认为竹沟盆地南侧的马大庄和西王楼变基性岩石具富铝镁钙、贫钾钠特点，显示出拉张环境下玄武岩特征，源岩来自于基性岩浆的结晶分异，原岩为辉长岩，为新元古代基性侵入岩系；竹沟盆地北侧的肖庄变基性岩石具富铝铁，富钾钠特点，属高钾钙碱性系列岩石，形成于大陆边缘或岛弧活动的构造环境，原岩为玄武安山岩，与熊耳群火山岩系具有相似的特征，应归属于熊耳群。

竹沟地区；变基性岩；地球化学特征；辉长岩；玄武安山岩；熊耳群

河南省竹沟地区变基性岩处于华北地台与秦岭褶皱带接合部位的华北地台南缘、竹沟盆地南北两翼，总体走向北西—南东向，由马大庄、西王楼和肖庄三个变基性岩体组成，其中马大庄、西王楼变基性岩体出露于竹沟盆地南翼，肖庄变基性岩体出露于竹沟盆地北翼，出露面积共约10余km2，前人均将它们统一划归于区域周庄变基性岩体❶❷。经研究发现竹沟盆地南北两翼的变基性岩体，其区域变质后的岩性特征虽有相似之处，但其物质组成、地球化学特征、原岩和生成的环境和时代均有较大差别，不属于一套岩系。该区变基性岩特征及其归属研究可以为华北地台以及华北地台与秦岭褶皱带、华北地台与杨子地台的地质演化、构造发展提供了新的证据；对变基性岩研究以及与基性岩相关的金属矿产研究亦具有一定的实际意义。

1 区域地质概况

研究区位于华北地台与秦岭褶皱带的接合部位（图1）。以区域羊册—明港断裂为界，南侧为北秦岭地层区，出露地层为中元古界毛集岩群回龙寺组；北侧为华北地台南缘地层区，出露地层为中元古界熊耳群和新元古界栾川群。侵入岩分布广泛，以酸性为主，主要为新元古代黑石岭序列弱片麻状黑云母二长花岗岩以及晚白垩世铜山正长花岗岩、午云坡—半拉山石英斑岩体。

褶皱构造主体显示轴面近直立或略向北东倾斜，枢纽倾向为北西西或南东东，倾伏角较小，具有枢纽向东西两端翘起的特征，主要有邓庄铺复式背斜（B1）、石滚河复式向斜（X1）等。断裂构造以早期北西向、近东西向韧性深大断裂为主，大多被晚期北东向、近南北向脆性断裂错断。

图1 竹沟地区区域地质略图Fig.1 Regional geological map ofZhugou area

2 马大庄和西王楼变基性岩体

马大庄和西王楼变基性岩体分布在羊册-明港断裂以北、盆庄断裂以南，邓庄铺复式背斜（B1）和石滚河复式向斜（X1）的转折部位，顺层侵位于栾川群大红口组与煤窑沟组之间，与大红口组碱性火山岩构成双峰式岩浆岩带❸，是区域上周庄变基性岩（辉长岩）在区内的延伸。

2.1岩石类型及岩性特征

岩体内部岩性分带不明显，但在岩体中心部位多呈团块状，具变余辉长结构，块状构造；而边缘部位具明显的平行－片状构造。受后期变形变质作用的影响，岩石普遍发育透入性面理和高绿片岩相变质，岩石类型主要为次闪石岩、斜长角闪（片）岩。

（1）次闪石岩：呈团块状零星分布于岩体中心膨大部位。灰绿-蓝绿色，花岗纤状变晶结构、变余辉长结构，块状－平行构造。主要由次闪石（80%）、斜长石（15%）组成；少量绿泥石、绿帘石；副矿物有榍石、金红石、磷灰石等。次闪石多呈4～8 mm的短柱状，具辉石假象；斜长石普遍具绿帘石化，边部闪石化。

（2）斜长角闪（片）岩：为主体组成岩石。暗绿色，变余斑状结构，基质具粒状纤柱状变晶结构，块状或片状构造。主要矿物为普通角闪石55%～70%，更钠长石30%～45%；副矿物有榍石、磁铁矿、磷灰石等。岩石中有近40%的普通角闪石呈3～6毫米大小的斑状变晶产出，由绿色纤柱状角闪石聚集体组成，也有一些为单个晶体，呈短柱状或等轴状外形，其可能为辉石的退变质产物。

2.2岩石地球化学特征

2.2.1 常量元素特征

岩石化学成分及有关特征参数如表1所示。从表中可以看出，Al2O3=13.67%～14.67%，MgO= 7.29%～9.80%，CaO=8.72%～11.78%，与中国辉长岩相比[1]，岩石富Al2O3、MgO、CaO，贫Na2O、K2O；与大陆拉斑玄武岩成分相近，显示拉张环境下玄武岩特征，原岩为辉长岩。

2.2.2 稀土和微量元素特征

稀土元素含量及特征参数见表2。稀土总量ΣREE 33.87×10-6～63.55×10-6，轻稀土略富集(La/Yb)N=1.2～1.66，无铕异常至正异常δEu 0.99～1.12。具稀土含量高、轻重稀土分馏程度弱的特点。图2所示分布模式均为向右微倾近于平坦型，LREE略富集，LREE比HREE略微富集。类似于高原拉斑玄武岩特征，代表了地幔柱形成的高原玄武岩的残余。

微量元素含量及特征参数见表3，与维氏基性岩平均值相比，Pb、W、Ni、Sr、Be、Y元素偏高，Zn、Cu、Mo、Cr、P、Mn、V、Nb元素偏低。图3所示原始地幔标准化图解也具有平坦的分布模式，Th、Zr、Ti负异常。

表1 马大庄和西王楼变基性岩体主量元素含量（×10-2）Table 1 Chemical composition of the metamorphic rock mass in Madazhuang and Xiwanglou(×10-2)

表2 马大庄和西王楼变基性岩体稀土元素含量及特征参数表（×10-6）Table 2 Rare earth element content of the metamorphic rock mass in Madazhuang and Xiwanglou(×10-6)

图2 马大庄和西王楼变基性岩体稀土元素球粒陨石标准化曲线图Fig.2 Chondrite normalized ofrare earth element ofmetasomatic rock mass in Madazhuangand Xiwanglou

图3 马大庄和西王楼变基性岩体微量元素对原始地幔标准化“蛛网图”Fig.3 Primitive mantle normalized oftrace elements in metasomatic rock mass ofMadazhuangand Xiwanglou

2.3形成时代及构造背景分析

马大庄和西王楼变基性岩侵位于新元古界栾川群大红口组和煤窑沟组，该岩体全岩Rb-Sr等时线年龄559 Ma、角闪石K-Ar年龄560 Ma❶，锆石U-Pb年龄784±18 Ma[2]，表明其侵位时限应早于560 Ma，即新元古代末期。

马大庄和西王楼变基性岩与大红口组碱性火山岩相伴，呈岩墙、岩脉带状产出，并与大红口组碱性火山岩构成双峰式火山岩。大红口组碱性火山岩具富TiO2、Na2O+K2O、ΣREE和大离子亲石元素，为钾质碱性、过碱性岩系[3]，而马大庄和西王楼变基性岩的岩石地球化学特征均显示其具有大陆拉斑玄武岩的特征，表明该岩体形成的构造背景应为大陆裂谷的拉张环境，标志着华北陆块南缘在新元古代末期经历了一次强烈的拉张事件。

3 肖庄变基性岩体

肖庄变基性岩体分布在盆庄断裂北侧熊耳群中，与熊耳群中基性—酸性火山岩呈渐变接触，前人将其作为周庄变基性岩体的一部分。

3.1岩石类型及岩性特征

（1）斜长角闪（片）岩：为主要组成岩石。灰绿-绿色，变余斑状结构，块状或片状构造，暗绿角闪石与白色长石和石英相间形成明显的条带状。主要矿物为普通角闪石（45%），呈柱状、长柱状，呈定向排列；斜长石（25%），见有少量聚片双晶，部分斜长石表面带混浊，少量斜长石晶体有绢云母化、碳酸盐化；石英（15%），分布在普通角闪石间隙中；钾长石（5%），偶见有格子双晶，由于蚀变（绢云母化），部分钾长石晶体呈混浊，可能是粘土化，分布在普通角闪石间隙中；其它矿物有黑云母、金红石、绿泥石、绢云母、绿帘石、石榴子石等，副矿物有榍石、锆石、磷灰石等。岩石蚀变强烈，主要为硅化和绿泥石化，其次是绢云母化、碳酸盐化。

（2）阳起石片岩：呈团块状零星分布。灰绿-绿色，针柱粒状显微鳞片变晶结构，片状构造。主要矿物为阳起石（30%），呈柱状定向排列；绿泥石（30%），可能由闪石和黑云母蚀变形成的；石英（15%），粒状，他形粒状，分布在阳起石和绿泥石之间；斜长石（15%），板柱状，见有聚片双晶，部分斜长石（中长石）由于蚀变表面带混浊，部分斜长石晶体有绢云母化，碳酸盐化；钾长石（2%），短柱状或短板状，少数为不规则粒状，偶见有格子双晶，由于蚀变（绢云母化），部分钾长石晶体可能粘土化呈混浊；金红石（3%），短柱状、粒状，分布于角闪石间隙中。其它矿物有碳酸盐、黑云母、绢云母、绿帘石等，副矿物有榍石、磷灰石。岩石中针状阳起石、片状绿泥石呈定向排列，并与粒状的石英、半自形板状长石相间排列而成，各自较集中，形成较明显的条带状，并作定向排列。

3.2岩石地球化学特征

3.2.1 常量元素特征

岩石化学成分及有关特征参数见表4。从表中可以看出，岩石富铝、铁、钾、钠，Na2O＞K2O，K2O/ Na2O平均0.84。从Si-K图解上（图4），样品均落入高钾玄武安山岩区。从岩石地球化学图解中（图5），可以看出肖庄变基性岩属高钾钙碱性系列岩石，原岩为基性火山岩。

表3 马大庄和西王楼变基性岩体微量元素含量及特征参数表（×10-6）Table 3 Trace element content of the metamorphic rock mass in Madazhuang and Xiwanglou(×10-6)

表4 肖庄变基性岩岩石主量元素含量（×10-2）Table 4 Chemical composition of the metamorphic rock mass in Xiaozhaung(×10-2)

图4 肖庄变基性岩Si—K关系图解Fig.4 Si-Krelationshipdiagramofmetamorphic rocks in Xiaozhuang

图5 肖庄变基性岩岩石地球化学分类图解[4]Fig.5 Geochemical classification diagramofmetamorphic rocks in Xiaozhuang

图6 肖庄变基性岩稀土元素球粒陨石标准化曲线图Fig.6 Chondrite Normalized ofrare earth element in metasomatic rock mass in Xiaozhuang

3.2.2 稀土和微量元素特征

稀土元素及有关特征参数见表5。稀土总量ΣREE为（325.23～332.17）×10-6，平均329.08× 10-6，轻重稀土比值LREE/HREE为8.69～8.83，平均8.78，表明轻稀土相对富集；(La/Yb)N在（8.78～8.98）×10-6，平均8.85×10-6，同样表明轻稀土富集型。δEu平均0.77，表明具中等负铕异常。图6所示稀土元素分布模式均为向右微倾近于平坦型，LREE略富集，LREE比HREE富集。与地幔岩、堆晶岩模式相似[4]。

微量元素及有关特征参数见表6。图7所示原始地幔标准化图解具有右倾的分布模式，具K、La、Ba富集，Nb、Ta、Th、Sr、Ti亏损特征。

表5 肖庄变基性岩稀土元素含量及有关特征参数表（×10-6）Table 5 Rare earth element content of the metamorphicrock mass in Xiaozhuang(×10-6)

表6 肖庄变基性岩微量元素含量及有关特征参数表（×10-6）Table 6 Trace element content of the metamorphic rock mass in Xiaozhuang(×10-6)

图7 肖庄变基性岩微量元素对原始地幔标准化“蛛网图”Fig.7 Primitive mantle normalized oftrace elements in metasomatic rock mass ofXiaozhuang

3.3形成时代及构造地质背景分析

肖庄变基性岩体分布熊耳群中，其原岩为一套基性火山岩，与熊耳群中的基性—酸性火山岩呈渐变接触，岩性和岩石化学参数特征与熊耳群火山岩系具有相似的特征[5]，该变基性岩体应归属熊耳群较为合理。熊耳群形成时代在华北地台南缘各地稍有差别，豫南地区偏低，豫西地区偏高，其中在确山—泌阳地区变基性岩全岩Rb-Sr等时年龄为1420 Ma❷，舞阳地区安山岩全岩Rb-Sr等时年龄为1675 Ma，晶屑凝灰岩全岩Rb-Sr等时年龄为1780±25 Ma[3]，豫西卢氏地区锆石U-Pb年龄上限为1650～1700 Ma，下限年龄小于2400为Ma[6]。以此推断熊耳群形成于中元古代早期。

不同岩区、不同时代的火山岩及其岩石化学性质在时空分布上所表现出来的规律变化，无疑与它们形成时的大地构造背景有关[7]。乔秀夫等研究后认为，华北地台中元古界盆地在不同时期，其构造性质完全不同，1800～1700 Ma为裂陷期，1600～1400 Ma发展成陆表海，1400～1300 Ma转化为弧后盆地[8]，肖庄变变基性火山岩系在KO-KA比值图解中，均落入岛弧或大陆玄武岩附近，表明区内该套火山岩系形成于大陆边缘或岛弧活动的构造环境。

4 结论

（1）马大庄和西王楼变基性岩，富Al2O3、MgO、CaO，贫Na2O、K2O，原岩为辉长岩，为一套基性侵入岩，其岩石地球化学特征与大陆拉斑玄武岩成分相近，形成时代为新元古代末期，形成的构造背景应为大陆裂谷的拉张环境，标志着华北陆块南缘在新元古代末期的一次强烈的拉张事件。

（2）肖庄变基性岩，富铝、铁，富钾、钠，Na2O＞K2O，K2O/Na2O平均0.84，属高钾钙碱性系列岩石，原岩为一套基性火山岩，形成于大陆边缘或岛弧活动的构造环境，形成时代为中元古代早期。

（3）竹沟盆地两侧的变基性岩具有不同的岩石地球化学特征、不同的形成时代，形成于不同的构造环境。马大庄和西王楼变基性岩为区域周庄变基性岩体的一部分，而肖庄变基性岩应从区域周庄变基性岩体中解体，归属于中元古熊耳群。

本文在撰写过程中，得到我院何孝良地质矿产教授级高级工程师的指导，谨致谢忱。

注释：

❶张杰,张以熔,陈曾武,等.1∶5万竹沟幅(I-49-120-丙)区域地质调查报告[R].河南省地矿局第三地质调查队.1981.

❷张宗恒,杨英山,刘炳学等.1∶5万瓦岗幅(I-49-120-D)、任店幅(I-49-132-B)区域地质调查报告[R].河南省地矿局第三地质调查队.1987.

❸曾宪友,武太安,裴中朝,等.1∶25万枣阳市幅(I49C004004)区域地质调查报告(R).河南省地质调查院.2007.

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[5]谢良鲜,司荣军,王世炎,马瑞申.嵩山地区熊耳群火山岩岩石学、地球化学及成因探讨[J].地质找矿论丛,2014,29(3): 408-416.

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[8]乔秀夫,王炎斌.华北克拉通中元古界地界年龄与盆地性质讨论[J].地质学报,2014,88(9):1623-1637.

LI Lian-Tao

(The Third Institute of Geology and Mineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Xinyang 464000,Henan,China)

Li L T.Characteristics and Attribution of Metamorphic Rocks in Zhugou Area,Henan Province.

Based on the analysis of petrologic geochemical characteristics and tectonic setting, this paper studies thedistribution ofmetamorphic rock mass in the north and south wings of Zhugou basin. It is believed that the majesticrocks ofMadazhuangandXiwanglou on the south side ofZhugou basin are rich in aluminum,magnesiumand calcium,but poor in sodiumand potassium, showingthe characteristics ofbasalt in tensile environment. The original rock fromthe crystallization differentiation of basic magma, is gabbro, belonging to the Neoproterozoic basement intrusive rocksystem. The Xiaozhuangmetamorphic rocks on the north side of Zhugou basin are characterized by rich Al- Fe andK- Na, belonging to the series of high- Kcalc- alkaline rocks. They are formed on the continentalmargin or island arcactive tectonic setting. The original rocks are basaltic andesites, and have similar characteristics with the Xiong'ergroup volcanic rocks,which should be attributed totheXiong'er group.

Zhugou area; metamorphic rocks; geochemical characteristics; gabbro; basaltic andesite; Xiong'ergroup

P588

A

1007-3701（2016）04-325-08

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.04.001

2016-9-14；

2016-10-20.

河南省地勘基金项目“河南省竹沟—瓦岗地区1∶5万矿产调查（06ZB-29）”资助.

李连涛（1966—），男，地质矿产高级工程师，长期从事区域地质调查评价和矿产勘查工作.E-mail：495858682@qq.com.

Ge-ology and Mineral Resources of South China,2016,32(4):325-332.