興城臺里地區含石榴子石結晶巖系的成因和特征

周銘軒　于新智　劉鋮樸

摘要：興城臺里地區主要出露經過變質作用的結晶巖系，前人主要對該地區結晶巖脈侵入的新老關系做了研究，但對于含石榴子石結晶巖的形成和特征沒有嚴格的闡述與定論，作者通過對遼寧興城臺里地區含石榴子石的結晶巖系地區進行實測填圖、野外采樣、標本分析和薄片觀察等研究工作，來研究該地區含石榴子石的結晶巖系的成因和特征。結合相關資料綜合分析，得出該地區含石榴子石的結晶巖系為早期侵入的花崗細晶巖通過巖漿期后局部變質的結論，石榴子石的規則排列是由于殘漿溢出時冷凝和交代作用形成的，同時驗證了該地區石榴子石的主要類型為紅色的鎂鋁榴石的結論。

關鍵詞：興城臺里地區；花崗細晶巖；石榴子石；淺粒巖

The causes and characteristics of crystalline rock series containing garnet in Taili，Xingcheng

ZHOU Ming-xuan YU Xin-zhi LIU Cheng-pu

China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083 China；

Abstract： The author through the study of the measured mapping， field sampling， The specimen analysis， thin section observation on Taili Xingcheng Liaoning which has the garnet crystalline rock series. To research the garnet crystalline rock series ， causes and characteristics of garnet. Comprehensive analysis combined with related information， come to the conclusion that the garnet crystalline rock series are the early invasion of aplite granite by regional metamorphism magmatic period， the regular array of garnet residual come from the magmatic condensation when overflow and metasomatism. And it is verified that the main types of garnet is red pyrope.

Key words：xingcheng taili area； Aplitic granite； Garnet； Leptite

遼寧興城臺里地區的結晶巖主要出露花崗偉晶巖、輝綠巖、黑云角閃斜長片麻巖、眼球狀花崗片麻巖以及含石榴子石的結晶巖系[1-3]。石榴子石在該結晶巖系中主要分布在結晶巖的中部，為肉眼可見的紅色顆粒。由于石榴子石是一種高溫高壓的特征變質礦物，所以其產出于該結晶巖中說明該巖系后期經過了強烈的高溫高壓變質作用，而其他老于該結晶巖的巖脈沒有發生變質現象，說明其變質作用發生在巖漿結晶完成之后的巖體內部的變質作用。該巖系在地表都呈條帶狀或脈狀產出，通過地表穿插關系可以顯示出侵入的新老關系，其相互之間的切割穿插關系在吉林大學論文《遼寧興城臺里地區結晶巖系的演化特征》已經有了很充分的理論結果，但是對于含石榴子石結晶巖的形成和特征沒有很詳細的說明，對于石榴子石這一特征變質礦物的結晶產出沒有做嚴格的闡述，對于變質現象的發生也沒有過多的定論。

本次研究的主要內容是臺里地區含石榴子石的結晶巖的巖性分析，以及對石榴子石的成因進行預測和礦物學特征方面來闡述，得出該區域含石榴子石結晶巖的成因和特征。

1. 地質概況

1.1 區域地質背景

興城境內的地勢總體上與華北地臺一致，西北較高而東南較低，屬于松嶺山脈延續分布的丘陵地帶。最高山峰為海拔701.8m的黃頂山，渤海沿岸的沿海平原溝通關內外。興城市內較大的河流有興城河、六股河、煙臺河等[4]。

1.2 研究區構造背景

興城臺里地處遼寧省西南部，所處大地構造位置為華北地臺北部燕山臺褶帶東段，東南為渤海灣盆地，北臨內蒙地軸，如圖1。興城地區是中、新生代時期中國東部大陸邊緣活動帶的組成部分，屬太平洋構造域（任紀舜等，1980），兩大構造域交接復合（內蒙地軸和燕山臺褶帶），區域地質構造復雜[1-4，7]。

圖1 遼西南部綜合地質圖

華北地臺在早元古代末呂梁運動以后長期以來（尤其是古生代階段）表現為相對穩定的地區。但是在地臺發展階段中，地臺內部地質構造發育及發展歷史是不均一的，根據其內部的差異可將華北地臺進一步劃分為十個二級構造單位，它們是：內蒙地軸、魯東地盾、遼東臺背斜、山西臺背斜、魯西臺背斜、鄂爾多斯臺向斜、遼冀臺向斜、燕山臺褶帶、豫淮臺褶帶、賀蘭—六盤山褶帶。興城地區位于燕山臺褶帶東段。

華北地臺在進入中、新生代時期，尤其是燕山構造旋回，地臺的構造運動和巖漿活動都加強了，顯示出相當強的活動性。

2. 興城臺里地區含石榴子石結晶巖系相關特征

2.1 礦物分析

石榴子石的相關種類主要有這些[9]：

（1） 鎂鋁榴石：紅色、紫色、黃紅色；

（2） 鐵鋁榴石：褐色、暗紅色、紫紅色；

（3） 錳鋁榴石：黃橙色、橙紅色；

（4） 鈣鋁榴石：褐黃色、黃色、黃綠色、綠色；

（5） 鈣鐵榴石：黃綠色、翠綠色、黑色；

（6） 鈣鉻榴石：綠色。

在臺里地區產出的石榴子石為紅色系，在結晶巖系中呈細小顆粒狀產出，石榴石結晶巖在臺里地區以脈狀形式出現在早期形成的花崗閃長質片麻巖、眼球狀花崗質變晶片麻巖中，并被后期的基性巖脈切穿。

結晶巖的礦物分析：根據礦物的定名法則，含石榴子石的結晶巖主要礦物以堿性長石40%～60%、斜長石20%～30%、石英30%～35%為主要礦物網，黑云母為次要礦物以及石榴子石為副礦物，初步定名為含石榴子石二長花崗巖，但是石榴子石為一種高溫高壓特征變質礦物，該結晶巖也可定位淺粒巖或者白粒巖。

淺粒巖：淺粒巖又稱白粒巖，含暗色礦物很少，色白具細粒變晶結構，由酸性火山巖或長石砂巖經區域變質形成[9]。

能作為礦體的淺粒巖，要求其中長石和石英的含量大于90%（長石含量大于25%）。因為該種結晶巖長石和石英為含量在90%以上，而暗色礦物也很少，在礦物分析中有細晶結構，也可以說是粒狀變晶結構，但是由于石榴子石是一種高溫高壓變質礦物，其主要產于變質巖中，含有石榴子石的結晶巖應為變質巖的一種。在闡述淺粒巖時，其由酸性火山巖或長石砂巖經過區域變質形成，而大量的石英和長石也正好論證了這一點。

2.2 成因分析

興城臺里地區主要出露的脈巖體有對于本區出露的較大規模巖石類型主要為黑云角閃斜長片麻巖、花崗質片麻巖、塊狀淺色花崗巖；對于脈巖類以眼球狀花崗質片麻巖侵入規模較大，其它脈巖則以小規模的脈體形式產出，如偉晶花崗巖、石榴石結晶巖。根據其穿插關系大致知道其新老關系和產出先后[2-3]。

含石榴子石結晶巖在巖脈體出露中為較晚的，其出露過程中由于交代圍巖產生高溫環境，同時由于出露結晶巖的結晶作用或者是變質結晶作用明顯，使得巖體顆粒大小相近，用巖漿巖的成因分析，應該是在結晶中心緩慢生長而繞結晶中心快速生長的過冷度環境生成的，如果用變質巖形成的原理，巖石形成條件在與圍巖交代過程中就必須是有大量流體參與變質反應，而在巖漿期后變質結晶過程中繞早先形成的結晶中心緩慢變質結晶形成花崗變晶結構。在結晶巖與圍巖接觸帶上有變質現象，這不能說明該巖石就是變質巖，因為在邊部高溫環境的變質不代表整體就是變質巖。但是石榴子石在結晶巖體中的中部條帶狀產出，分析是由于脈體在產出時受到擠壓，可能產生了接觸變質或者是動力變質作用，但是考慮到巖石沒有明顯的碎裂現象，應該不會是動力變質作用。

在對含石榴子石結晶巖成因分析中，推斷有兩種可能性：一、該種結晶巖為花崗細晶巖或者就是花崗巖，根據巖石礦物組成可以詳細定名為石榴子石黑云母二長花崗巖；二、該種巖石為變質巖，同樣符合這種礦物組合的淺粒巖（白粒巖），詳細定名為花崗變晶結構石榴石白粒巖，單從礦物組成來看，這兩種分析都是有存在的可能性的。如果認為該種巖石為變質巖也就是淺粒巖時，原巖是巖漿巖系脈巖產出，有可能是在脈體產出過程中同時發生變質，在高溫高壓條件通過區域變質或者接觸交代變質形成石榴石，使得石榴石的分布在脈體的中部，如果是花崗巖體，石榴石集中在中部的可能性是由于巖體在產出地表時由于溫度降低，巖體收縮而導致石榴子石集中在巖體中部。

如果把該種巖石認定為花崗巖類，對于巖石的成因目前有兩種假說，一種是巖漿成因的，另一張是花崗巖化的。巖漿成因認為花崗巖類巖石是由花崗質的中性巖漿在溫度降低巖漿冷凝過程中形成的；花崗巖化作用認為花崗巖石由于水熱熔液、透巖漿熔液等以不同方式交代先成的固態巖石形成的，也就是先成的巖石在原地發生了花崗巖化作用，也叫作原地花崗巖[10-12]。當然通過分析可知，該種含石榴子石的結晶巖在原巖的脈體形成之后再發生花崗巖化作用的可能性要小得多，因為在臺里這片區域還含有花崗片麻巖、輝綠巖等脈體，而且根據相互的穿插關系，如果該種結晶巖是由于原巖形成之后再發生交代作用，相對該種巖脈老的脈體就更應該會發生花崗巖化作用。如果該種巖石是由于花崗質熔體溢出地表在溫壓降低時巖漿冷凝收縮形成花崗巖是有說服力的，當然前提是該種結晶巖中沒有出現石榴子石這種特征變質礦物。

再把該種巖石認定為變粒巖，變粒巖是屬于區域變質巖的一種，在長英質巖類的區域變質巖中麻粒巖相主要礦物組合，有石英—正長石—斜長石—夕線石（藍晶石）—石榴子石的礦物組合，同時由于區域變質巖一般呈大規模分布，而在臺里地區的含石榴子石結晶巖只是局部一個小脈體，在礦物組合和區域概況上并不符合。所以在大的方向上該種巖石應該是巖漿成因的花崗巖脈，但是在局部空間上是由變質現象的反應，集中表現在巖體大量分布的石榴子石這種特征變質礦物，同時在該區域上還存在花崗片麻巖脈體，也就是該區域上是可以將原巖變質形成變質巖，只是由于時間和物化條件在空間上的差異，或者花崗巖體在形成之后發生兩次變質作用，但是在前一次高強度變質作用發生之后才發生另一次花崗巖體也就是現在的含石榴子石結晶巖產出，之后再發生第二次較前一次變質作用淺的變質，該次變質發生在第二次巖體出露地表的冷凝收縮時候。

3. 興城臺里結晶巖系中石榴子石成因和特征

3.1 石榴子石特征

野外觀察：石榴石在巖體分布主要在脈體的中部，顆粒狀，新鮮面紅色，風化面為淺紅色的白色，花崗變晶結構或者細晶結構，條帶狀構造或者塊狀構造，主要礦物成分為石英、長石等，可見細小顆粒的石榴石。

鏡下特征：粒狀變晶結構或者花崗變晶結構、細晶結構，在接觸帶上有蝕變現象，主要礦物有堿性長石30%左右，微斜長石約20%，斜長石25%左右，石英30%，黑云母約3%，石榴石0～5%。其中，微斜長石在巖體中呈格子狀雙晶，斜長石多為卡式雙晶，在微斜長石和斜長石組成的空隙中殘留有圓度較好的和港灣狀的石英顆粒，石英有反應邊，反應巖漿期后的變質結晶現象。長石類礦物呈多期次性，在長石邊部有明顯蝕變現象，堿性長石與斜長石接觸界限平直；石榴石含量較少，但是粒徑較大，單偏光西正高突起，表面裂紋發育，蝕變現象明顯，正交偏光下全消光，黑云母含量很少，部分已發生綠泥石化和綠簾石化。

根據石榴子石種類和環境分析，該石榴子石應為鐵鋁榴石。

3.2 石榴子石成因環境分析

石榴子石是一種高溫高壓的特征變質礦物，其存在的環境也就是在高溫高壓下，其在空間上的產出為分布在巖體中部，總體呈條帶狀，單晶呈顆粒狀沒有發生碎裂變形，石榴子石的存在反應的是高溫高壓的區域變質環境，但由于石榴子石是所在脈體只是小規模產出，沒有形成區域上的大范圍，則石榴子石的變質有可能是在滿足于區域變質巖形成條件的小范圍的環境之中[5-8]。

將石榴子石所在脈體認定為花崗巖類，則巖體的形成是在巖漿成因方式，也就是在地下巖漿上涌到地表時由于溫壓降低達到巖漿結晶的過冷度以下環境時固結成巖，在此過程中由于巖漿瞬間噴出地表時溫度升高而發生局部變質，達到區域變質巖形成條件的局部變質狀態，產生石榴子石該類特征變質礦物，同時由于溫度的降低，以及巖漿在結晶固結時溫度降低使得巖漿冷凝收縮，使得產生的石榴子石集中在脈體中部。該類花崗巖在結構上呈現細晶結構，而大多數細晶巖的形成機制是在侵入的花崗巖脈體結晶固結之后剩余殘漿沿著花崗巖脈體及周圍圍巖中的裂隙充填形成。富水的剩余殘漿貫入裂隙中，就從高壓環境進入相對低壓環境，殘漿中的水分子快速氣化溢出，體系處于無水和少水的固相線溫度以下，導致剩余殘漿快速成核并且繞核結晶，形成細粒的細晶結構。但是，在細晶巖成巖過程中還有一些形成機制，就是巖漿在溢出時交代圍巖或者是通過巖漿與圍巖的同化混染作用形成。

4. 臺里地區含石榴子石結晶巖系與石榴子石結晶演化機制

臺里地區結晶巖系出露很多，多以脈狀產出，主要出露的巖脈一巖漿脈體和變質的巖漿脈體為主，含石榴子石的結晶巖的年齡在該區域是比較老的，故其形成之后有一定的變質。其形成演化的過程基本如下：

1、更老的脈體從地表溢出，這些脈體巖性主要是現在的花崗質片麻巖、眼球狀花崗質糜棱巖等；

2、含石榴子石結晶巖產出，穿切原有的脈體，在巖漿熱液噴出地表時壓力減小、溫度升高，使得巖漿快速形成大量核并在溫度降低到過冷度以下時結晶固結，同時由于溫度升高，含水殘漿中的水分子逃逸而形成一個局部無水的狀態，在固相線以下結晶形成細晶結構；

3、后期形成的其他侵入脈體產出切割先成脈體，同時在局部形成區域變質條件，在巖漿期后熱液活動中發生局部變質，或者是在巖漿溢出地表時局部變質，產生滿足于鐵鋁榴石形成條件和場所，由于巖漿冷凝收縮使得鐵鋁榴石主要集中在脈體巖石中部；

4、形成的各種結晶巖在漫長地質年代發生局部變質，使得該結晶巖中的云母部分綠簾石化和綠泥石化。

5. 結論

（1） 臺里地區結晶巖中產出的紅色顆粒狀礦物質為石榴子石類的鐵鋁榴石；

（2） 鐵鋁榴石這種高溫高壓的特征變質礦物的出現標志著原巖脈體在形成中有區域變質的條件；

（3） 含石榴子石的結晶巖在巖性上為花崗細晶巖類，在種屬上屬于巖漿巖類，但是在局部是有變質現象的發生；

（4） 石榴子石在結晶巖中的產出狀態為集中在脈體中部，是巖漿殘漿在冷凝過程收縮和交代變質的結果。

參考文獻：

[1] 李才.遼寧興城臺里地區結晶巖系演化特征（碩士研究生學位論文）[D].吉林：吉林大學研究生院2007，1-2.

[2] 李健. 遼西臺里地區花崗質巖石特征及其地質意義（碩士研究生學位論文）[D]. 吉林： 吉林大學研究生院 2009，1-2.

[3] 王慶龍. 遼西興城地區新太古代花崗質雜巖特征與成因（碩士研究生學位論文）[D]. 吉林： 吉林大學研究生院 2012，1-2.

[4] 陳道公，Etienne，DELOULE，夏群科，等. 大別山雙河超高壓榴輝巖中變質鋯石：離子探針和微區結構研究[J]. 巖石學報，2002：18（3）：369-377.

[5] 陳道公，C.Isachsen，支臣霞，等. 安徽潛山片麻巖鋯石U—Pb年齡[J]. 科學通報，2000，45（1）：214-217.

[6] 徐光禹，應鳳江. 遼寧省區域地質志[M]. 北京：地質出版社，1989：8-9.

[7] 孫得育. 遼北撫順東部地區前寒武紀地質與構造演化[M]. 北京：地質出版社，1993.

[8] 李昌年.火成巖微量元素巖石學[M]. 武漢：中國地質大學出版社，1992：87-120.

[9] 路鳳香，桑隆康.巖石學[M].北京：地質出版社，2002.

[10] 白瑾，戴鳳巖，顏耀陽.中條山前寒武紀地殼演化[J].地學前緣，1997，4（3-4）.

[11] 畢明波.新疆新源賽肯都魯—拉斯臺一帶花崗巖類地球化學特征（碩士研究生學位論文）[D]. 長安：長安大學研究生院，2006：21-29.

[12] 金成偉，王英蘭.喜馬拉雅結晶巖系中的石榴子石[J]. 地質科學，1981：1-5.

[13] 柳永正， 盧貴生， 要彩燕. 內蒙古自治區化德縣大興牧村一帶古元古界寶音圖巖群中紅柱石的晶體形態、顯微變形構造特征[J]. 西部資源， 2013（5）.

[14] 郭廣飛， 孫鳳霞， 王曉嬌，等. 克什克騰旗同興鄉紅眼溝鉛鋅礦點地質特征及其成礦條件討論[J]. 西部資源， 2016（3）：5-7.