關于遼東青城子地區古元古代奧長花崗巖的新認識

宋劍飛

遼寧省地質勘查院，遼寧 大連 116100

0 引言

遼寧省東部青城子地區發育的一套片麻狀中細粒奧長花崗巖，前人資料將其命名為中細粒斜長花崗巖，認為其成巖于造山后，是區域構造處于拉張環境初期的產物，在馬家堡子一帶測得K-Ar同位素年齡值為1565.6Ma[1]，時代為中元古代，前人對該套巖石研究較少，對該套巖石進行進一步研究具有重要意義。

本文對遼寧省東部青城子地區奧長花崗巖進行詳細研究（圖1），在 1：5萬區域地質調查基礎上，結合前人資料對其從野外特征、巖石地球化學、年代學等方面進行認真調查研究，并探討其成因及構造環境的意義[2-6]。

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

1 地質背景及巖石學特征

1.1 基本地質特征

本文以青城子地區灰白色片麻狀中細粒奧長花崗巖為研究對象，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，時代為古元古代。

1.2 巖石學及礦物學特征

巖石呈灰白色，中細粒變余花崗結構，弱片麻狀構造，測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%。計算斜長石牌號為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）組構特征：花崗結構，弱片麻狀構造。巖石遭輕度的變質作用，更長石部分為不規則粒狀，部分為半自形的特點，更長石聚片雙晶較發育，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；石英為不規則粒狀，有的石英有畢母紋發育，石英集合體有呈條帶定向分布的趨勢，石英粒徑為0.1～3.0 mm之間；黑云母為細片狀分布，多數遭脫鐵作用，并有鐵質析出，絹云母為顯顯微細鱗片狀定向分布。

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，部分可見錐柱不對稱的歪晶。

2 分析結果

2.1 主量元素

從古元古代片麻狀中細粒奧長花崗巖樣品分析結果（表1）巖石化學成分具高硅、鋁、鈉，低鈦、鉀、鈣的特點。對表中巖石樣品分析結果進行了標準礦物計算（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。

根據巖石樣品標準化計算結果（表2），將其投影在An-Ab-Or分類圖解中，投影點全部落入奧長花崗巖區（圖3）。

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

2.2 微量元素

由表4:古元古代片麻狀中細粒奧長花崗巖巖石微量元素含量與黎彤陸殼豐度對比，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圖可以看出（圖4），巖石相對富集大離子親石元素Rb、Ba，虧損高場強元素Nb、Ta。

圖 3 An～Ab～Or分類圖解(據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，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粒奧長花崗巖巖石化學成分含量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粒奧長花崗巖CIPW標準礦物成分及巖石化學參數Table 2 CIPW standard mineral composition and petrochemistry parameters of fi ne grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

表 3 青城子地區奧長花崗巖與標準奧長花崗巖對比表Table 3 Comparison table of trondhjemite in Qingchengzi area and standard trondhjemite

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

圖 5 古元古代片麻狀中細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粒奧長花崗巖微量元素含量及有關參數Table 4 Contents of trace elements and related parameters of fi ne grain trondhjemite in Palaeoproterozoic schistose

3 年代學特征

3.1 采樣及樣品特征

本次工作選擇在遼東青城子地區黃家堡子附的新鮮片麻狀中細粒奧長花崗巖巖石（1個），進行了La-ICP-MS鋯石U-Pb測年，其采樣坐標為（E123° 41.25′，N40° 41.916′）。

樣品（P32TW2-1）呈灰白色，中細粒花崗結構，弱片麻狀(塊狀)構造。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成弱片麻狀構造。

3.2 鋯石U-Pb分析方法

鋯石U-Pb定年測試在中國地質科學院礦產資源研究所MC-ICP-MS實驗室完成，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。從重約5 kg新鮮巖石樣品中分選出鋯石，并與標樣（TEM）一起制靶，在電子顯微鏡下進行光學照相，并進行陰極發光照相，最后鍍金，完成測試前的準備。測試樣品年齡計算均采用206Pb/238U年齡，為了測試巖體的侵入年齡，首先根據鋯石電子顯微鏡圖像選擇結晶程度好的顆粒，再在陰極發光圖像上選擇不同晶體位置和相對較高U含量的部位進行測試。過程中，采樣采用單點剝蝕的方式，數據分析

表 5 古元古代片麻狀中細粒奧長花崗巖稀土元素含量及有關參數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，U、Th含量以鋯石M127（U：923 μg/g；Th：439 μg/g；Th/U：0.475） 為外標進行校正。在每測定10個樣品前后重復測定2個鋯石標準GJ1對樣品進行校正，并測量1個Plesovice鋯石標準，觀察儀器的狀態以保證測試的精確度。數據處理采用ICPMS DataCal 程序,測量過程中絕大多數分析點206Pb/204Pb＞10 000，未進行普通鉛校正，204Pb由離子計數器檢測，204Pb含量異常高的分析點可能受包體等普通Pb的影響，對204Pb含量異常高的分析點在計算時剔除，鋯石年齡諧和圖用Isoplot3.0程序獲得。

3.3 年齡測試結果

本次工作對片麻狀中細粒奧長花崗巖樣品（P32TW2-1）共測試分析了30 粒鋯石進行30個點的LA-MC-ICP-MS分析，有效點結果列于表6，U-Pb年齡諧和圖示于圖6，從鋯石陰極發光圖像（圖 6）可以看出，鋯石發光性較好，可見明顯的巖漿振蕩環帶，顯示其巖漿結晶特征。鋯石呈柱狀，橢圓狀、不規則狀，部分鋯石邊部具有熔蝕結構，呈港灣狀、月牙狀。鋯石具有扇形分帶、不規則狀分帶以及無分帶的特征。分析結果表明，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[11-13]。在鋯石 U-Pb 協和圖解（圖 6）中，多數分析數據點均位于諧和線上及其附近，加權平均值為2 176±15Ma，顯示時代屬于古元古代。

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

4 成因及構造環境分析

古元古代片麻狀中細粒奧長花崗巖：CIPW標準礦物計算參數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]，其物質來源主要為幔源。在黑云母的Mg-Fe/（Fe+Mg）圖解中（圖7），投點落入殼源區。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，青城子地區古元古代奧長花崗巖巖漿為殼幔混源。

認為 TTG 熔體來自變質到榴輝巖相或石榴角閃巖相的含水玄武質巖石的部分熔融[7-13]。Martin(1993)在此基礎上提出 TTG 巖套的三階段成因模型(圖8)被認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巖石;第二階段:變質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:母巖漿分離結晶形成 TTG巖套，堆晶為角閃石+鈦鐵礦±斜長石）。

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

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

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

Smithies 等 (2003) 認為在俯沖式板塊構造發生之前，TTG 巖套的產出環境為“巨厚洋殼平板俯沖環境”(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，然而相對熱的洋殼具有更小的密度，不能產生反向浮力并發生俯沖，因此新生洋殼對古老洋殼進行長時間水平方向擠壓，并伴隨著底部流變發生大規模熔融，這一模型與現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 巖套表現出的低Mg#(組分中沒有地幔楔的貢獻)特征與 TTG 巖套大規模產出的地質事實相符。因此可能是 TTG 巖套早期產出環境的真實反映。

圖 9 古元古代奧長花崗巖R1-R2圖解(據 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

俯沖式板塊構造本質上是地球的一種特殊的散熱方式，之后的地球會通過殼—幔循環而不斷降溫。地幔的不斷降溫會導致洋中脊的噴溢速度減慢，當新生的玄武質巖漿在其噴口處固結后，洋中脊就會發生閉合，并導致板塊構造運動的停滯，地球會進入靜止蓋層階段(Sleep，2000)。但是這樣的狀態可能不是永久性的，因為地幔中的放射性元素 ( U、Th、40K 等) 會通過衰變產生大量的熱，并導致地球不斷升溫，板塊構造可能會再次發生[10]。這意味著板塊構造理論上可以是間歇性的，而可持續發生的板塊構造要求地球處于產—放熱平衡

綜上，認為遼東青城子地區古元古代奧長花崗巖是由新生玄武質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物。

5 結論

通過上述對遼東青城子地區奧長花崗巖進行探討，得出以下結論：

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

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

（2）稀土元素球粒隕石標準化圖解呈右傾，輕稀土富集，具正銪異常特征，微量元素蛛網圖顯示富集Rb、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Ta等高場強元素，Sr/Y值為86.54～299.48，(La/Yb)N為7.54～11.92，地球化學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較大。

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

（4）推測遼東青城子地區古元古代奧長花崗巖是由新生玄武質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物。

致謝：本文在選題及完成過程中得到遼寧省地質勘查院董萬德教授級高級工程師的悉心指導，論文所用主要資料來源于遼東-吉南成礦帶永吉-鳳城地區地質礦產調查1∶5萬上麻屯等六幅區域地質調查成果資料，在此一并表達謝意。