（构造地质学专业论文）冀北赤城红旗营子群的构造属性.pdf

摘要 冀北赤城红旗营子群的构造属性 作者简介：严刚，男，2 5 岁，师从成都理工大学倪志耀教授，2 0 0 5 年7 月 毕业于成都理工大学地质学专业，获理学学士学位。 摘要 冀北赤城红旗营子群位于崇礼赤城断裂带的北侧，基本上是一套以形成于 大陆边缘的陆源碎屑沉积岩为原岩的黑云斜长片麻岩类，其内部分布有退变榴辉 岩和变质橄榄岩等构造块体。红旗营子群黑云斜长片麻岩的锆石s h r i m p 年代 学研究表明，其原岩碎屑物质年龄介于3 6 9 1 8 5 5m a 之间，且主要为时限在 4 1 4 4 8 2m a 之间的岩浆岩，成岩时代不会晚于3 6 9m a 。至3 2 2m a 左右，上述 碎屑沉积岩发生角闪岩相区域变质作用而形成黑云斜长片麻岩。这样，赤城红旗 营子群应为一套形成于晚古生代的沉积变质岩系，这与崇礼及承德平泉等地的 红旗营子群有着本质的区别，后者形成于晚元古宙( 2 0 0 0 2 4 5 0m a ) ，原岩主要 为火山沉积岩系。因此，不应再将赤城红旗营子群作为古元古宙的地层系统来 加以对待。 冀北赤城红旗营子群作为整体外来的构造块体，其形成演化经历了原岩形成 一沉积、玄武岩俯冲及变质橄榄岩块体构造侵位、榴辉岩折返与红旗营子群变质 以及红旗营子群整体由北至南推覆等四个阶段。赤城红旗营子群在岩性组合方面 与其“围岩”不相一致，其形成时代又不同于崇礼和承德等地的红旗营子群，它 们分属不同的构造块体。因此，冀北的红旗营子群应当解体。这一成果的获得对 于华北克拉通北缘中段大地构造演化研究具有十分重要的意义。 本文主要采用了地球化学特征分析恢复研究区红旗营子群的原岩类型并结 合锆石s h r i m p 测年的手段得出黑云斜长片麻岩以及构造侵位于其中的退变榴 辉岩和变质橄榄岩的原岩特征、形成时代、变质时代及他们所经历的构造演化历 史。综合以上研究资料我们分析出赤城红旗营子群的四个演化阶段，并得出其构 造属性。 关键词：黑云斜长片麻岩锆石s h r i m p 年龄构造属性红旗营子群冀北 成都理工大学硕士学位论文 g e o t e c t o n i cj m p c a t i o n so ft h eh o n g q i y i n g z ic o m p l e xf h m w i t h i nt h ec h i c h e n g ，n o r t hh e b e ip i o v i n c e ，c h i n a s ) ，l l o p s i so ft h ea u t h o r ：1 y a ng a n g ，2 5y e a r so l d ，ap o s t 伊a d u a t es u p e i v i s e db y p r o f c s s o rn jz h i y a o ；o b t a j n e db a c h e l o rd e g r e eo fg e o l o g yi nt h ec h e n 鲥uu n j y e r s j t y 0 ft e c h n o l o g yi nj u l y0 f2 0 0 5 a b st r a c t n eh 0 n g q i y i n 乎ic 0 m p l e xo c c u 丌e dt 0t h en o n hs j d eo ft h ec l l o n 班- c 址c h e n g f a u l tb e l t 柚dc 彻s i s t e d0 fb j o t i t ep l a g i o c l 弱e 印e j s sd 喇v e d 劬mt 1 1 e 谢g i l l a l t e 币g c n o u s c l a s t i cr o c k si l lt l l ec o n t i n e n t a lm a r 舀n r e t i d g r e s s i v ee c l o 舀t e 卸d m e t 锄。叩h o s e dp e r i d o t i t eo ft e c t o i l i co r i 百nd e v e l 叩e dw i t h i i l t h eg n e i s s 2 缸c o n s h r i m pd a t i i l gf 如mt h eg n e i s sr e v e a l e dt h a tt h ea g eo ft h eo r i 舀n a ld a s s i cr o c k 砌g e d 舶m3 6 9t 01 8 5 5m a 卸dt h ei 盟e o u sr o c ki nt h eg l l e i s s 缸i m4 1 4t 04 8 2 m a l a t e r ，t h e s e d i i i l e n t a r yd a s t i cr o c k sw e r em e t 锄。巾h o s e di n t ob i o t i t ep l a 舀o c l a s eg n e i s sw i t ha n 觚n p m b o l i t ef a c i e si nt h el a t ep a l e o z o i cp e r i o d t h e f e f o f e ，h o n g q i y i n g z ic o m p l e x i i lt h e a h i c h e n ga r e ab e l o n g e dt ot l i es e d i l l l e n t a 巧- m e t 锄o i p l l i c c ks e i j e sf 0 珊e di i lt l l el a t e p a j e o z o i c ，w l l i c hi sd i f f e r e n t 丘0 mt h eh 0 n g q i y j n g z ic o m p l e xi i lt h ec h o n 百i - p i l l g q u 柚 a r e aw h i c hc o n s i s t e do fv o l c 卸i c - m e t a i n o r p h i cr o c ks e r i e sf o n n e di nt h el a t e p r o t e r o z o i cp e r i o d ( 2 0 0 m 2 4 5 0m a ) a sa i la l l o c h t h n o u st e c t o i l i cb l o c k ，f o u rt e c t o n i ce v o l u t i 如a ls t a g e sh a v eb e e n r e c 0 酆此e dw i t h i nt h eh o n g q i y i n 弘ic o m p l e xi nt h ec h i c h e n ga r e a f i 】隅ti s t h e f o m a t i o no fs e d i m e n t a r yc l a s t i cr o c l 【s t h es e c o n ds t a g ew 硒c h a r a c t e r i z e db yt h e d i v j n go ft h eb a s a l t 卸dt h ei n t m s i o no fp e r i d o t i t ef o l l o w e db ym e t 锄0 叩h i s m0 f o r i g i i l a ld a s t i c 柚di 印e o u sr o c l 【si n t ob i o t i t ep l a 百o d a s e 印e j s s w h e nt ot h et h i r d s t a g e ，t h eb a s a l tt r a n s f 0 册e di n t 0e d o 百t e su i l r d et h eh i g l lp r e s s u r em e t 锄。叩h i s ma n d r e t u mi n t 0t h e t h eh o n g q i y i n g z i c o m p l e x ，锄ds e d i m e n t a d rr o c k i n t ob i o t i t e p l a 酉o c l a s eg n e i s s f i n a l l y ，t h e r ew a sat e c t o n i ce v e n tc h a r a c r i s t i co f o v e r t h r i l s t0 f h o n g q i y i n g z ic o m p l c x 舶mt h en o n ht ot h es o u t h n r o u g l lt h ed i f f e r e n c co ft h e l i t h o l o g ) rc 0 哪b i n a t i o nb e 咐e 即t h ew a l lr 0 c k 孤dt h eh 0 n 鹊i y i n g z ic o m p l e x 卸dt h e d i 虢r c n c eo ft h es h a p i n ga g c ，i tw 勰r e c o 印i z e dt h a tt h eo d 百n a lh 0 n g q i y i n g z i c o m p l e xi nt h ec h o n 酉i ，c h i c h e n ga n dc h e n g d e a r e a ss h o u l d b ed i s m e m b e r e di l l t o3 a b s t i 鼍c t d i 饿r e n tt e c t o n i cb l o c k s n i sr e c 0 鲥t i o np l a y e d 锄i m p o n 柚tr o l ei nt 1 1 es t u d yo f t e c t o n i ce v o l u t i o ni nt h en o n h e mm a r g i i lo fn o n hc h i n ac r a t o n w eu s et h eg e o c h e m i s t r ) rc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i st or c s t o r et h e 删百n a lc l a s t i c r o c k st y p e s 锄dw ea d o p tt h ez i r c o ns h r l m p d a t i n gt o o b t a i nt h eo r i 百n a lr o c k s c h a r a c t e r i s t i c ，s h a p i n ga g e ，m e t a m o r p h o s i n ga g e 彻dt h et e c t o n i ce v 0 l u t i 伽l l i s t o r y 伽la b o v ea l l，w e c 柚r e c o 印i z ef o u re v o l v i n gs t a g ca n dj u d g et h eg e o t e c t o n i c i i i l p l i c a t i o n so ft h eh o n g q i y i n g z ic o m p l e xf 如mw i t h i nt h ec h i c h e n g ，n o n hh e b e i p r 0 i n c e c l l i n a 1 岫r w o r d s ： b i o t i t e p l a 舀o c l a s eg i l e i s s z i 哟ns h r i m pd a t i n gt e c t o n i c i l n p l i c a t i o n sh o n 鹊i y i n g z ig r o u p n o n hh e b e ip r 0 v i n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理工太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名孚目1 咿。g 年0 旯1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解麈都理王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛都理工态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：箜 学位论文作者导师签名： 矿厂年莎月 f 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 研究现状及论文的选题依据 冀北红旗营子群最早由河北省地质局区测队于1 9 5 9 年建立，命名于冀西北 的崇礼县红旗营子村的一套变质地层，时代隶属太古宙。1 9 6 4 年，张家口综合 地质大队在赤城地区将这套地层自下而上分为红旗营子组、白花沟组。1 9 7 0 年 河北区调队认为“崇礼群 与“红旗营子群”之间的不整合关系，实为一大断裂 接触，遂将红旗营子群改称为红旗营子组。1 9 8 9 年，河北省地矿局区调队在“红 旗营子群时代归属及含矿性研究”中沿用1 9 5 9 年命名的红旗营子群一名，但将 3 个组废弃，自下而上新划分为大同营组和庙子沟组，归属古元古界。河北省地 矿局区调队( 1 9 9 0 ) 在1 ：2 0 万赤城幅区调报告中认为赤城地区的红旗营子群实际 上是由变质地层和变质花岗岩组成，不同于其他地区的相应地层，并命名为“云 州群 。 1 9 9 6 年，河北省地矿局区调所的胡学文等人通过区域对比，认为冀北承德一 平泉一带的原单塔子群上部凤凰嘴组、刘营组的变质岩与红旗营子群相当，都为 一套中低级的火山沉积岩系，并将其一并归入红旗营子科。这样，红旗营子 群的分布包括崇礼赤城大庙平泉断裂带北侧的冀西北的崇礼、中部的赤城以及 东部承德平泉一带，并沿用至今。由于红旗营子群具有独特的原岩建造和变形 特点，尤其是赋存有丰富的金属矿产资源，一直受到地质高等院校和科研、生产 单位的高度重视。目前，在大地构造环境、时代归属、成矿规律，以及岩性组合 等方面取得了一定的研究成果，普遍认为红旗营子群是一套呈近东西向展布于华 北克拉通北缘中段的火山沉积岩系，变质程度达角闪岩相，同位素年龄介于 2 0 0 0 2 4 5 0m a 之间。 2 0 0 4 年，在赤城崇礼断裂带北侧的红旗营子群黑云斜长片麻岩中首次发现 有晚古生代退变榴辉岩的存在【2 l 【3 1 。这一重要发现表明冀北地区曾有晚古生代榴 辉岩相高压变质作用的记录。由于这些退变榴辉岩的原岩性质及构造属性对于明 确华北古陆块北缘大地构造的演化特征及华北古陆块与古亚洲洋构造域之间的 关系都是至关重要的，而且在崇礼和承德一带的红旗营子群中则没有发现有退变 榴辉岩的存在，这可能表明赤城和崇礼、承德两地区的红旗营子群的大地构造属 性可能不太一样。因此，为了进一步搞清楚赤城一带红旗营子群的大地构造属性， 本论文选择此研究对象作为论文的题目。 成都理工大学硕士学位论文 1 2 论文的技术路线、研究思路及主要成果 本论文是在阅读前人资料的基础上，以大地构造岩石学理论为指导，重点对 冀北赤城地区红旗营子群的构造属性进行系统研究。在研究中，特别注意将定性 研究与定量分析相结合，微观与宏观相结合，并运用了锆石s h r i m p 定年等现代 测试技术。论文的技术路线及研究思路见图1 1 。 图卜1 研冤思路圉 论文的完成主要经历了以下五个阶段：1 ) 2 0 0 6 年1 月7 月，为论文准备阶 段。在此阶段，收集和阅读了研究区的基础地质资料和前人的研究成果，对该区 的大地构造背景、岩石类型，构造特征以及红旗营子群的相关信息有了初步的了 解，在此基础上初步拟定了野外工作计划及论文题目；2 ) 2 0 0 6 年7 月一2 0 0 6 年 8 月，为第一次野外调查阶段。在本次的野外研究工作中，对红旗营子群的岩石 2 第1 章引言 组合及其构造特征进行了详细观察并采集了具有代表性的岩石、构造标本，收集 了大量的第一手资料；3 ) 2 0 0 6 年9 月一2 0 0 7 年5 月，为室内的野外资料整理阶 段及分析测试阶段。该阶段主要对野外收集的第一手资料，在结合前人工作成果 基础上，进行综合整理分析；对各种岩石、构造标本进行了制片并系统鉴定，同 时进行了地球化学分析、锆石s h r i m p 测年。对获得各种测试数据进行处理、分 析及计算机成图；4 ) 2 0 0 7 年6 月一2 0 0 6 年7 月，为第二次野外调查阶段。主要 根据已经取得的各种成果进行野外资料的补充收集；5 ) 2 0 0 7 年8 月一2 0 0 8 年5 月，室内资料的进一步整理，并完成论文的编写、答辩。具体完成工作量见表 1 1 。 表l l 完成工作量表 论文的主要成果包括如下几点： 1 ) 冀北赤城红旗营子群基本上是一套以形成于大陆边缘的陆缘碎屑沉积岩 为原岩的黑云斜长片麻岩，内部夹有大量“冷侵位”的、以洋壳岩石为原岩的变 质岩石，包括退变榴辉岩、斜长角闪岩及变质橄榄岩等。其中，斜长角闪岩是退 变榴辉岩进一步退变的产物。 2 ) 红旗营子群中黑云斜长片麻岩的原岩形成于晚古生代，且碎屑物质主要 为形成于4 1 8 2m a 之间的岩浆岩。其变质成因锆石的年龄分别为3 2 2m a 和 3 4 0m a ，但以前者为主。这两组数据与退变榴辉岩的锆石年龄数据( 3 2 2 3 2 7m a 和3 4 1m a ) 相对应，说明红旗营子群黑云斜长片麻岩的原岩经历了两期变质事 件，但与榴辉岩折返有关的麻粒岩相退变作用对其影响较小，而区域角闪岩相变 成都理工大学硕士学位论文 质作用促使其同退变榴辉岩岩块一起经历角闪岩相变质作用。因此，红旗营子群 无疑属于晚古生代的沉积变质岩系，而不应再将其作为古元古宙的地层系统来 对待。 3 ) 冀北赤城红旗营子群作为整体外来的构造块体，其形成演化经历了原岩 形成沉积、玄武岩的俯冲及变质橄榄岩块体的构造侵位、榴辉岩的折返与红旗 营子群的变质和红旗营子群整体由北至南推覆等四个阶段。这一成果对于华北克 拉通北缘中段大地构造演化研究具有十分重要的意义。 4 第2 章区域地质概况 第2 章区域地质概况 研究区位于华北克拉通北缘中段( 图2 1 a ) 。华北克拉通北缘中段北以镶黄 旗多伦赤峰断裂带为界与古亚洲洋构造域相接，南以尚义崇礼赤城大庙平泉 断裂带为界与华北太古宙古陆块相连( 图2 1 b ) 。其中，尚义崇礼一赤城大庙平泉 断裂带南侧传统意义上称为“燕山台褶带”，主要为高级变质岩分布区，是大约 于2 5 0 0m a 克拉通化的太古宙地块，麻粒岩相占主导地位，以发育绿岩带、孔兹 岩系、基性岩墙群和高压麻粒岩带为特征。而北侧传统意义上称为“内蒙地轴”， 是基本上以红旗营子群为主的构造块体，变质程度大多未超过角闪岩相。 图2 1 ：( a ) 华北克拉通显生宙主要造山带( t l m d ；天山一内蒙一大兴安岭造山带q l s ：祁连山造山带q d ： 秦岭一大别造山带s l ：苏一鲁造山带) ( b ) 华北克拉通北缘中段构造格架：( c ) 华北克拉通北缘中段( 冀 北) 区域地质简图1 显生宙：2 红旗营子群：3 太古宙变质基底：4 海西期花岗岩碱性岩：5 燕山期花岗岩 似斑状花岗岩：6 斜长岩：7 高压麻粒岩角闪石岩：8 断裂带 崇礼赤城大庙平泉断裂带作为区域性大断裂，不仅是传统意义上的“内蒙 地轴 与“燕山台褶带”的分界线，而且也控制了研究区的大地构造演化。断裂 带雏形于太古宙末期，与基底东西向主构造期褶皱相伴生，以塑性变形为主，形 成了上千米宽的韧性变形带，因而它是一个巨型韧性剪切带。带内发育大量的糜 棱岩( 图版一1 ) 、千糜岩( 图版一2 ) 、糜棱岩化斜长角闪岩、糜棱岩化片麻岩和程度 不同的混合岩等，构成了东西向规模宏大的构造软弱带。如：赤城二堡子发育 的糜棱岩就与混合岩化花岗片麻岩相伴，两者组合形成的韧性剪切带宽度可达 2 0 0 3 0 0 米；滦平凤山六道沟则发育有千糜岩，产状较陡( 图版一3 ) ，倾角一般在 6 5 7 5 。左右，局部地段近于直立。 成都理工大学硕士学位论文 分布在断裂带北侧的红旗营子群，系大陆边缘活动带的产物( 白瑾等，1 9 9 6 ) ， 属陆缘增生带。其呈近东西向带状广布于“内蒙地轴”中，在冀西北的赤城崇礼 一带，岩性出露较全，剖面较完整，建群命名为红旗营子群。胡学文( 1 9 8 9 ) 等认 为原单塔子群上部的凤凰嘴组和刘营组与下部的燕窝铺组和白庙组在变质岩原 岩建造、变质程度、混合岩化作用、构造样式及同位素年龄等方面有明显的不同， 建议将上部的凤凰嘴组和刘营组解体出去，归属为下元古宙红旗营子群【4 】。王启 超( 1 9 9 2 ) 通过对红旗营子群中部大理岩系标志层的追索，发现其可以同冀北单塔 子群上亚群中部的相同标志层相连接垆j ，因而认为红旗营子群完全相当于单塔子 群上亚群( 凤凰嘴组和刘营组) ，但时代归属为晚太古宙晚期。在上述研究的基础 上，胡学文等( 1 9 9 6 ) 在滦平蔡家沟门发现原单子塔群上部的凤凰嘴组呈角度不整 合盖在单塔子群下部的燕窝铺组之上，进一步证实了凤凰嘴组及刘营组的性质和 形成时代与红旗营子群相当，可以将它们划归为红旗营子群。但承德滦平地区 的红旗营子群与赤城崇礼一带有所不同，它没有后者那样出露完整，大多呈残 块状零星出露。区内红旗营子群主要为一套变质程度达角闪岩相的火山一沉积变 质岩系，岩石类型主要为( 石榴或角闪) 黑云斜长片麻岩和( 黑云) 斜长角闪岩，另 有少量磁铁石英岩及钙质或泥质大理岩，呈明显的变余层状构造。其中，斜长角 闪岩的岩石化学和稀土元素特征与钙碱性系列火山岩相当( 赵宗溥等，1 9 9 3 ) 。有 关红旗营子群的时代归属问题，近年来已有不少的研究成果。由于研究方法、所 用资料及认识上的不同，早先曾有新太古宙( 董申保等，1 9 8 6 ；胡学文等，1 9 8 9 ) 与古 元古宙( 王启超，1 9 9 2 ) 之争，但目前普遍看法是红旗营子群属于古元古宙，形成 时限大体在2 4 5 0 2 0 0 0m a 之间。当然，还有一种非主流意见认为红旗营子群 形成于新元古宙早古生代早期【6 j 。 在红旗营子群内部分布有性质不同的构造块体，它们多沿崇礼一赤城一大庙一 平泉断裂带分布。它们的形成方式各不相同，有的是构造侵位的结果，如赤城吕 和堡、镇宁堡和七旱墩等地的蛇纹岩岩块，下哈叭沁、白旗和三道沟的异剥钙榴 岩岩块，等；有的则是典型的岩浆岩体，如大庙斜长岩体，高寺台和小张家口超 基性岩体以及铁马含钒钛磁铁矿辉石岩体等；有的岩块则难以确定其构造属性， 如沿断裂带分布的一些角闪石岩岩块。这些不同构造属性的岩块集中分布在同一 断裂带附近，决不是一种偶然现象，更不是一种巧合，而是崇礼一赤城一大庙一平 泉断裂带长期演化发展的结果。 另外，研究区海西晚期花岗岩出露也较广泛，它们有的侵位于红旗营子群的 黑云斜长片麻岩之中，有的则侵位于显生宙地层之中。部分岩体的上部为侏罗系 火山岩所覆盖。此期的花岗岩主要为碱性花岗岩。还有，燕山期花岗岩在断裂带 北部出露的范围要比在断裂带南部出露的要广，主要侵位于显生宙地层之中。出 露的块体大小明显比海西期花岗岩要小，主要以似斑状花岗岩为主。 6 第3 章赤城红旗营子群的岩石组合特征 第3 章赤城红旗营子群的岩石组合特征 3 1赤城红旗营子群分布特征 赤城红旗营子群主要分布在在赤城一崇礼深大断裂带以北的镇宁堡、吕和堡、 云洲、马营和三山村一带，在独石口也有零星出露( 图3 1 ) ，总体呈北西向带状 分布。由于后期构造变动以及岩浆侵位的影响，使得该区红旗营子群被分割成大 小不等的构造块体。 图3 1 冀北赤城地区地质简图 通过对红旗营子群空间展布方式的研究，我们发现云州乡以南的红旗营子群 较完整，岩石类型较单一，主要为黑云斜长片麻岩，另有少量角闪斜长片麻岩和 大理岩，退变榴辉岩也主要出露在这套岩石中；而云州乡以北的红旗营子群出露 不完整，多呈残留体形式存在。另外，红旗营子群的“围岩”，除侏罗系地层外， 原多定为片麻岩类，有样墩片麻岩、白花沟片麻岩、镇安堡片麻岩和西栅子片麻 成都理工大学硕士学位论文 岩等，但据我们的野外观察和室内的初步工作，红旗营子群的“围岩”其实多为 早先形成的花岗岩类，现在主要表现为碎裂花岗岩、花岗碎裂岩、糜棱岩和混合 花岗片麻岩等，这些岩石的形成并不是区域变质作用的产物，更不是t t g 岩套， 而可能是红旗营子群整体构造侵位造成的，也就是说研究区红旗营子群就是一个 外来的构造块体，其所保留的角闪石变质作用也不是“原地”的而是“异地”的。 黑云斜长片麻岩的单面状构造发育，总体走向稳定，呈北西向，北东倾，倾 角一般在5 0 度左右，沿北东向倾角逐渐变缓，在靠近断裂带处倾角最陡，局部 近于直立。岩石呈一定的层状构造，地貌上呈单面山，宏观上表现为北东倾的单 斜构造( 图3 2 ) 。岩石变形强烈，带状韧性变形发育，走向与区域片麻理一致。 j o o 秽网瓣嘤霹p | 矗矗删槲 目l 圈2 目3 田4 图3 2 红旗营子群中黑云斜长片麻岩的产状 1 糜棱岩；2 花岗岩片麻岩；3 黑云斜长片麻岩；4 斜长角闪岩 3 2 赤城红旗营子群岩石组合 3 2 1 黑云斜长片麻岩 该岩石在研究区分布最为广泛，表面风化强烈，岩石一般为灰色，细粒鳞片 粒状变晶结构( 图版4 ) ，局部保留有变余砂状结构，片麻状构造。局部混合岩化 强烈( 图版5 ) ，其内所含矿物有两个世代，但以第一世代的矿物为主，主要有： 1 ) 斜长石，多呈不规则粒状，粒度大小不等，可见大于2m m 的变余斜长石， 其特点是边界圆滑，内部裂纹发育，变质作用形成的黑云母绕其分布，在裂纹处 有黑云母穿入，反映其为变质前的产物；2 ) 石英，常被压扁拉长，波状消光；3 ) 黑云母，棕褐色，片状。此外，常有石榴石，角闪石，石墨等。第二世代矿物有 绢云母，方解石及绿帘石等。副矿物为榍石，锆石，磁铁矿，磷灰石等。 黑云斜长片麻岩的总体矿物成分基本一致，均为斜长石( a n = 3 7 3 9 ) 、石英和 黑云母。其中，七早墩一带的片麻岩中含有石榴石变斑晶( 1 0 15 ) ，粒状，大小不 等，大者可达2 5 1 5m m ，小者仅o 2 5 o 4 0m m ，颗粒内部往往包含有石英、斜 长石、黑云母和磁铁矿等矿物包体；吕和堡一带的片麻岩中则有绿色普通角闪石 存在。 第3 章赤城红旗营子群的岩石组合特征 3 2 2 黑云斜长片麻岩中构造块体 区内红旗营子群黑云斜长片麻岩中分布有退变榴辉岩和变质橄榄岩等构造 块体，它们均为无根岩块，呈透镜状或团块状产出，与黑云斜长片麻岩之间呈断 层接触，界线清楚。退变榴辉岩岩块大多成群出现，在空间上往往与含铬铁矿的 蛇纹岩化方辉橄榄岩( 变质橄榄岩) 岩块紧密相伴。退变榴辉岩岩块大小不等，大 者可达4 0 5 0m ，小者仅4 5c m ，以吕和堡、七里墩和镇宁堡等地的退变榴辉 岩分布最广、数量最多。而变质橄榄岩岩块相对较大，规模不等，一般大者长几 百米至一千多米，小者仅长十几米、宽数米，个别小者则仅为4 5 锄( 图3 3 ) 。 钻孔揭露均为无根岩块。变质橄榄岩岩块的岩性较为单一，不具有分异和分带现 象，可能为后期构造肢解的产物。 a k 慝薹萎霎茎薹萎 二 、 譬：! 、 匿差誊差蓦 雾一 _ 退变榴辉粤、r 0i 囊： 囫俐搅岩、叉心、：妻差 口黑云辩长片麻岩、：礤；：； 囵片席理产状、八 o - 当m 、：曩囊需黑 图3 - 3 吕和堡( 左) 和七里墩( 右) 退变榴辉岩和变质橄榄岩产状 1 、退变榴辉岩( 斜长角闪岩) 从研究区二堡子一北沙沟测得的剖面图( 图3 2 ) 上可见，斜长角闪岩与黑云 斜长片麻岩呈互层状产出，但是沿着斜长角闪岩的走向追索，该类岩石却延伸不 远而尖灭消失，较小的斜长角闪岩完全是与退变榴辉岩一样呈透镜体分布于黑云 斜长片麻岩中( 图版6 ) ，斜长角闪岩在分布上是不均匀的，与黑云斜长片麻岩 并不能构成真工f 的互层关系。另外，从区域地质特征来看，本区的岩石曾经经过 了多次性质不同的变质作用，这种变质作用是不均一的。因此，退变榴辉岩完全 可以退变质为斜长角闪岩，而且也可以仍保留一部分的退变榴辉岩。还有，退变 榴辉岩的退变质程度是不太一样的，这表明退变榴辉岩与斜长角闪岩在成因上具 9 成都理工大学硕士学位论文 有一致性。 区内黑云斜长片麻岩为退变榴辉岩的直接围岩，片麻岩中的退变榴辉岩均为 无根岩块，呈透镜状或团块状产出，两者之间断层接触，界线清楚。退变榴辉岩， 灰绿色，中一细粒粒状变晶结构，块状构造。矿物成分主要为石榴石、角闪石、 斜长石和单斜辉石等。另外，尚有石英、金红石、钛铁矿和榍石等。其中，石榴 石( o 4 5 ) 属铁铝榴石一钙铝榴石一镁铝榴石系列，大小不等，在颗粒边部常发 育有由斜长石和角闪石组成的、反映退变质特征的“白眼圈结构”( 图版7 ) ： 单斜辉石( o 3 0 ) 主要为粒度细小的钠质透辉石，常与斜长石组成保留绿辉石 假象的蠕虫状后生合晶，次为石榴石颗粒中的绿辉石，局部已退变成钠质透辉石 或角闪石；角闪石( 5 0 6 0 ) 和斜长石( 1 0 4 0 ) 均为主要的退变质矿物， 常常紧密共生。 根据退变榴辉岩的岩相学特征及矿物之间的反应关系，可划分出三期变质阶 段：峰值榴辉岩相阶段以及与减压分解有关的麻粒岩相阶段和角闪岩相阶段。 1 )峰值榴辉岩相阶段：该变质阶段矿物组合为g r t + o m p + r t q t z ，以富 钙石榴石和其内部绿辉石颗粒的存在为特征。该阶段估算得到的温压条件为 7 7 0 7 8 2 ，1 5 5 1 6 0g p a 。榴辉岩形成的实际压力应大于1 5 5 1 6 0 g p a 。 2 ) 高压麻粒岩相阶段：该变质阶段矿物组合为d i + g r t + p l + s p n q t z ，以钠 质透辉石和斜长石蠕虫状后生合晶的存在为特征。该种蠕虫状后生合晶为退变榴 辉岩的普遍特征( b a k 1 9 8 6 ；m e s s i g ae ta 1 ，1 9 9 0 ) ，在世界其它地区的退变榴辉岩中 广泛存在。如：南极( v i n c e n z oa n dp a l m e r i ，2 0 0 1 ) 、东格陵兰( m e s s i g ae ta 1 ，1 9 9 0 ) 、 哈萨克斯坦( s h a t s k ya n ds o b o l e v ，1 9 8 5 ) 、挪威( 1 ( 湘曲，1 9 8 0 ) ，德国( o b r i e i l ，1 9 8 9 ) 、 法国( l i e g e d i sa n dd u c h e s n e ，1 9 8 1 ) 以及我国的阿尔金( 张建新等，2 0 0 1 ) 、苏北东海 ( 杨天南，2 0 0 1 ) 和大别( 徐树桐等，1 9 9 9 ) 等地的退变榴辉中均发育有这种结构，可以 解释为与富钙石榴石共生的绿辉石退变质分解的结果( s m e l o va n d b e r y o z k i n ，1 9 9 3 ) 。也就是说，绿辉石被钠质透辉石及相对富钠的斜长石所取代。 d u l l l l 和m e d a s ( 1 9 8 9 ) 曾把榴辉岩中绿辉石分解成c p x p l 后生合晶而形成的 g n c p x p l 组合称之为石榴麻粒岩；o b r i e n 等( 1 9 9 2 ) 在研究b e h e m i 锄地块的榴 辉岩时，也提出榴辉岩中绿辉石在高压麻粒岩相条件下首先形成c p x p l 蠕虫状 后生合晶，然后在角闪岩相条件下再进一步形成相应的a m p p l 后生合晶。研究 区退变榴辉岩构造透镜体的中部保留有弱角c j j 岩化的退变榴辉岩，其中就存在有 c p x p l 蠕虫状后生合晶。因此，本文认为：榴辉岩后期退变过程中，在进入角闪 岩相之前，经历了麻粒岩相的退变质作用，形成g r t c p x + p l 的矿物组合。该阶 段的温压条件，由于没有合适的温度计和压力计而无法估算。该阶段退变质作用 与榴辉岩的折返有关。 l o 第3 章赤城红旗营子群的岩石组合特征 3 ) 角闪岩相阶段：该变质阶段以石榴石颗粒边部的次变边、保留辉石假 象的6 岬+ p l 蠕虫状后生合晶、保留石榴石假象的a m p + p l 粒状后生合晶、保留 辉石假象的角闪石以及角闪石与斜长石变质重结晶而形成的粒状变晶结构为特 征，矿物组合为a m p + p l g r t r t s p n 。其中，石榴石颗粒边部a m p + p l g 次变 边的形成可能与下列两种变质反应有关： ( 1 ) g n + o n l p + h 2 c ) = a m p + p l ( l i e g e d i sa n dd u c h e s n e ，19 81 ) ， ( 2 ) g 卅c p x + q t z + h 2 0 = a m p + p l ( h a r l e y ，19 8 9 ) 至于a m p + p l 的蠕虫状后生合晶则是其取代c p x + p l 后生合晶的结果；a m p + p l 粒状后生合晶是其逐渐取代石榴石的结果，有的石榴石已全部转变成a m p + p 1 9 ， 但保留了石榴石的假象；该阶段岩石退变质作用是与区域角闪岩相变质作用相适 应，其最终结果是出现近等轴粒状的平衡矿物组合( a m p + p 1 ) 而形成斜长角闪岩， 形成的温压条件为：t = 5 3 0 6 1 0 ，p = o 6 7 o 7 5 g p a 。 总之，退变榴辉岩的退变质作用是榴辉岩相变质之后，早期表现为麻粒岩相 变质作用，晚期则为角闪石相变质作用，但对不同的退变榴辉岩块体来说，由于其 所处的具体构造部位不同，上述不同变质阶段的发育和存留程度各不相同。 2 、变质橄榄岩 又称地幔橄榄岩，分布范围东起夏家村，经吕和堡、七里墩和欧阳村，西至 镇宁堡附近，总体呈北西向带状分布，已发生强烈的蛇纹石化而形成蛇纹岩。赤 城红旗营子群中蛇纹岩岩性单一，块体众多，极象经过构造强烈肢解的地幔橄榄 岩( 变质橄榄岩) 。岩块多呈透镜状或团块状产出( 图3 3 ) 。钻孔揭露均为无根岩 块，每个岩块内岩性较为单一，不具有分异和分带现象，因而是在后期构造侵位 过程中被肢解开的地幔橄榄岩。变质橄榄岩在空间上往往与退变榴辉岩岩块紧密 相伴，其展布方向基本上与黑云斜长片麻岩的片麻理方向相一致，围岩的片麻理 遇其岩块时往往绕其通过。其中有些变质橄榄岩岩块具有不同程度的片理化现 象，片理产状也大体与区域主构造线方向相一致。 变质橄榄岩具粒状变晶结构，块状构造。深黑色，已发生强烈的蛇纹石化而 成为蛇纹岩( 图版8 ) 。岩石中矿物成分以叶蛇纹石为主，单偏光下为无色，最 高干涉色为一级灰，约占8 5 ，保留橄榄石粒状变晶的假象而成近等六边形； 次要矿物为保留斜方辉石假象的绢石和滑石，约占1 0 ；副矿物为铬铁矿，自 形一半自形，粒状，分布在蛇纹石颗粒之间，约占5 。在变质橄榄岩中尚存在 有没有蚀变的橄榄石和斜方辉石，残留的橄榄石颗粒粒度不等，大者多为1 0 1 2 m m ，小者则为0 1 0 2m m ，个别小者仅为0 0 4 o 0 5m m ，或分布在斜方辉石颗 粒之中：或单独产出、呈残晶状分布在蛇纹石颗粒之中。分布在斜方辉石颗粒中 的橄榄石有的显示长条状，可能反映了地幔流变特征。而斜方辉石粒度相对较大， 大小多在3 o 3 5m m 之间，粒度较小者则为1 2 1 5m m 左右，大多已变成绢石 成都理工大学硕士学位论文 但具斜方辉石的假象，个别则蚀变成滑石。从残留的矿物成分及其蚀变特征来看， 该类变质橄榄岩应为方辉橄榄岩。此外，尚有铬云母存在，也分布在蛇纹石颗粒 之间，可能属于地幔交代作用的产物。变质橄榄岩与退变榴辉岩在空间上紧密共 生，它们都呈构造岩块的形式存在于红旗营子群黑云斜长片麻岩之中，具有一定 的成因联系。 3 、大理岩 分布在镇宁堡一二堡子地区，呈透镜状产出，蛇纹石化较强烈。岩石为白色一 乳白色、浅绿色，粒状变晶结构，方解石颗粒粒径为o 5 1 5m m ，块状构造。矿 物成分有方解石( 4 0 8 0 ) 、斜长石( 6 ) 、钾长石( 4 ) 、黑云母( 3 ) 、白云石( 5 ) 和蛇纹石( 2 0 4 0 ) 等。 3 3黑云斜长片麻岩地球化学特征及原岩恢复 研究区黑云斜长片麻岩变质程度相对较深，在镜下难以见到各种变余组构， 所以为了确定其原岩成因类型，我们采用岩石地球化学方法进行分析。 3 3 1 主元素分析 黑云斜长片麻岩的主元素分析结果见表3 2 。从表3 2 中可以看出，黑云斜 长片麻岩的化学成分具有富铝、富硅的特点，s i 0 2 均大于6 8 ，最高可达7 9 9 2 ；a 1 2 0 3 均大于l o ，最高可达1 2 8 1 。另外，贫钙也是其一个重要特征。 表3 2 黑云斜长片麻岩的岩石化学成分 77 1 9 4 0 5 11 2 7 42 3 33 6 10 0 61 - 3 6 第3 章赤城红旗营子群的岩石组合特征 在s i 0 2 对主要氧化物相关图( 图3 4 ) 中可以看出，a 1 2 0 3 、m g o 、c a o 与 s i 0 2 之间显示负相关，n a 2 0 、k 2 0 与s i 0 2 的相关性则不明显，反映了黑云斜长 片麻岩化学成分的演化规律。在西蒙面的( a 1 + f l t l ) 一( c + a l k ) 对s i 图解上( 图3 5 ) ，其 成分投影点全部落入泥质沉积物与砂质沉积物之间并偏向砂质沉积区；另外，在 a 1 2 0 3 和n a 2 0 + k 2 0 分子数比值投影图上，其落点位于沉积岩区( 图3 6 ) 或长石 砂岩区( 图3 7 ) 。综合以上分析可知黑云斜长片麻岩的原岩可能属于沉积岩。 图3 4 黑云斜长片麻岩s i 0 2 对主要氧化物相关图 s i 圈3 - 5 黑云斜长片麻岩( a l + h ) ( c + a i k ) 对s i 图解 1 3 成都理工大学硕士学位论文 n a 2 0 叶k l d 图3 - 6 黑云斜长片麻岩a 1 2 q 对n a 2 0 + k 2 0 相关图 ( 白瑾等，1 9 8 6 ) ( 1 )泥质岩区：( 2 ) 石英砂岩；( 3 ) 长石石英砂岩；( 4 ) 长石砂岩； n a 2 0 + k d 图3 - 7 黑云斜长片麻岩a 1 2 0 3 对n 8 2 0 + k 2 0 相关图 ( 普列多人斯基，l9 8 0 ) 1 4 第3 章赤城红旗营子群的岩石组合特征 3 3 2 黑云斜长片麻岩的稀土元素特征 黑云斜长片麻岩的稀土元素分析结果见表3 3 ，相应的岩石球粒陨石或岩石 海水的稀土元素分配模式见图3 8 。从表3 3 及球粒陨石标准化的稀土配分模式 中可知，黑云斜长片麻岩的稀士配分模式具明显的轻稀土富集、重稀土变化平缓 的特点，这与t a y l o r ( 1 9 7 9 ) 所引用的澳大利亚新元古界沉积变质岩系的稀土配 分模式( 图中黑粗线) 十分一致，也表明黑云斜长片麻岩的原岩是沉积岩。黑云 斜长片麻岩的l a n 厂y h 含量介于4 8 9 1 1 3 5p p m 之间，稀土总量为1 0 9 3 7 2 9 0 4 0 p p m ，( e u e u 木) n 介于0 5 4 0 6 5p p m 之间，( c e c e 木) n 为0 9 3 o 9 7p p m 。 表3 - 3 黑云斜长片麻岩的稀土元素成分( u g ) 说明：序号1 4 为黑云斜长片麻岩；序号5 为球粒陨石标准化值，引自b o ”t o n ( 1 9 8 4 ) ；序号6 为海水标准 化值，引白r i c h a r d 的m i n p e t 2 0 2 软件； 不同大地构造背景的沉积岩的铈与铕异常不太相同。由于铈在海水中的大量 迁移多发生在开阔大洋的较深水域，而在靠近大陆边缘浅海区铈的迁移能力则相 对较弱。因此，从大洋中脊经大洋翁地到大陆边缘，硅质岩及页岩中的铈亏损逐 渐减弱，( c e c e 木) n 变化依次为o 9 2 o 5 5 o 9 0 1 3 0 。这样，沉积岩中的铈异 常特征可以指示沉积岩形成是的大地构造环境。研究区黑云斜长片麻岩的 ( c e c e 宰) n 变化在o 9 3 o 9 7 之间( 表3 3 ) ，据此可以判断黑云斜长片麻岩的原岩 形成于大陆边缘环境。另外，从岩石海水的稀土元素分配模式( 图3 8 ) 中可以看 出，铈表现为明显的j 下异常，明显不同于海水，这也表明黑云斜长片麻岩的原岩 可能形成于非正常的海洋环境。 成都理工大学硕士学位论文 图3 - 8 黑云斜长片麻岩的稀士配分模式 同铈异常特征一样，形成于不同大地构造背景的沉积岩，它们的铕异常也是 不同的。形成于大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘及被动大陆边缘的杂砂岩和 泥岩，它们的( e 可e u 木) n 依次为1 0 4 士o 1 1 、o 7 9 土o 1 3 、o 6 0 和o 5 6 ( 表3 4 ) 。 赵振华( 1 9 9 3 )