辽东半岛四堡旋回地质作用及其构造意义<br/>——以辽东榆树砬子组为例

辽东半岛四堡旋回地质作用及其构造意义
——以辽东榆树砬子组为例

2010-10-10于海峰董万德何振清郝永利谭文刚

地质与资源 2010年3期

关键词：砬子永宁岩组

于海峰，董万德，何振清，郝永利，谭文刚

（辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100）

辽东半岛四堡旋回地质作用及其构造意义
——以辽东榆树砬子组为例

于海峰，董万德，何振清，郝永利，谭文刚

（辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100）

建立在岩石组合、变质、变形和同位素年代学基础上的研究成果表明，辽东半岛榆树砬子组是经历了绿片岩相浅变质的滨浅海相单陆屑碎屑岩含铁建造，其时代应归属中元古代.在下伏辽河群褶皱回返之后上覆永宁组堆积之前其经历了四堡旋回构造变形，并与四堡旋回末期快速堆积的永宁组共同构成中间构造层，使得辽东地区地壳具多元化的三层式结构.

榆树砬子组；四堡旋回；中间构造层；中元古代；辽东半岛

榆树砬子组系长春地质学院辽东区测大队（1960年）创名，创名地在庄河市蓉花山镇榆树砬子（现称蓉花山）.当时认为其与下伏盖县岩组呈整合接触，与上覆永宁组（划属步云山群）呈角度不整合接触，将其划属上辽河群，时代为太古代❶长春地质学院辽东区测大队新金分队.1∶20万“新金县”幅区域地质测量报告书.1960..自建组以来，随着地质资料的不断丰富，其命名和划分方案存在多种意见：1973年姜春潮、金中奎仍将榆树砬子组放在辽河群内，但认为其时代属元古代❷姜春潮，等.辽宁省东部前震旦纪地层的划分对比问题.东北地质科技情报，1973（2）.❸金中奎，等.对辽东半岛前震旦纪地层的划分与对比的初步认识.东北地质科技情报，1973（2）.；同年沈字714部队和辽宁冶金勘探公司等单位，发现榆树砬子组与盖县（岩）组为角度不整合接触；1973～1975年辽宁省地质局第一区域地质测量队进一步确认榆树砬子组与盖县（岩）组之间角度不整合的存在，并认为其时代属中元古代❹辽宁省地质局第一区域地质调查队三分队.1∶20万“庄河”幅区域地质调查报告.1973.❺辽宁省地质局第一区域地质调查队三分队.1∶20万“归州”幅“营口县”幅区域地质调查报告.1975.；1974年东北地质科学研究情报组明确提出榆树砬子组不能划入辽河群，并将其置于新元古界震旦系底部❻东北地质科学研究所情报组.东北地区磷矿的分布概况及含磷地层.东北地质科技情报，1974（增刊）.❼东北地质科学研究所前寒武纪组.辽东前震旦纪地层划分与对比.见：华北区前寒武纪地层专题会议地质资料汇编.1975.；1974～1975年段清春、迟维生提出将榆树砬子组改称为榆树砬子群，自下而上划分为下部组和上部组，隶属元古界❽迟维生，等.关于榆树砬子组隶属问题的商讨.中国人民解放军建字810部队科技情报资料，1975（2）.；1975年，王东方认为其属震旦纪❾王东方，等.辽东前寒武系研究中的若干问题.东北地质科技情报，1975（3）.；1976年辽宁省地质局1∶20万区域地质总结、1981年姜春潮、1982年辽宁省区域地质志编写组均改组为群，时称榆树砬子群，时代为早元古代❿辽宁省地质局.辽宁省地质矿产概况第一分册（地层）.1976.［1-2］；1986年张秋生等修改原步云山群含义，将榆树砬子群与庄河-三架山地区的永宁组合称为“步云山群”，改榆树砬子群为榆树砬子岩组，时代归属早元古代，但沉积时间晚于18～19亿年［3］；1992年辽宁省地矿局区调队在1∶5万“傍式堡幅”等四幅区调联测报告中仍沿用“榆树砬子群”，并据同位素测年资料将其划归新元古代青白口纪⓫辽宁地矿局区调队.1∶5万“傍式堡幅”等四幅区调联测报告.1992.；1998年辽南片区总结项目认为榆树砬子组时代为中元古代.

1996～2001年，笔者承担了1∶5万“庄河市幅”等四幅区调联测项目，工作区为辽东半岛榆树砬子组出露较完整的地区.在结合前人资料的基础上，通过对其岩性岩相、上下接触关系、变质变形及同位素年代学等方面的详细调查研究，将其时代最终厘定为中元古代.

1 岩性岩相及上下接触关系

榆树砬子组主要出露于辽东庄河市蓉花山、三架山及盖州市太平庄一带（图1）.岩石虽经受绿片岩相浅变质作用的改造，但其宏观层序性、原生层理及沉积构造均清晰可辨.笔者依岩石组合将其划分为2个非正式段：一段以厚层石英岩为主，底部层位由铁矿层、含铁石英岩质角砾岩（仰山式铁矿）、厚层状石英岩及铁质绢云板岩组成；二段以石英岩夹片岩为特征，绢云石英片岩的出现为其主要标志，局部见大理岩扁豆体.区域范围内厚度为215～4084 m［2］.

图1 辽东榆树砬子组出露区地质略图Fig.1 Geologic sketch map of the Yushulazi in Eastern Liaoning

一段下部具向上变细、变薄的旋回性基本层序，水平层理、交错层理、斜层理发育；上部具向上变粗、变厚的旋回性基本层序，斜层理、水平层理发育，二者均为前滨相.二段中既具向上变细、变薄的旋回性基本层序，又具向上变粗、变厚的旋回性基本层序，还可见韵律性基本层序，可见水平层理、斜层理、波痕等原生沉积构造，沉积环境由前滨亚相→浅海相→前滨亚相.总体反映了其主要形成于中等能量的砂质海岸沉积环境.榆树砬子组横向岩性及地层厚度变化明显，从东向西地层减薄，西部仅零星出露下部层位.区域上太平庄、步云山、许屯一带其厚度自东向西由3462.35 m减薄至215.39 m❶辽宁省地质局第一区域地质调查队三分队.1∶20万“归州”幅、“营口县”幅区域地质调查报告.1975.，上下部层位有不同程度的缺失，且以上部层位缺失为主.

榆树砬子组沉积时的古地貌变化和其底部的韧脆性滑脱构造导致了其下部层位的缺失；而永宁组沉积前榆树砬子组抬升接受剥蚀则是其上部层位缺失的主因.

从区域上看，前人资料已证实在盖州阎道西沟和香磨等地，榆树砬子组与下伏盖县岩组为角度不整合接触❶.而在多数地段，二者之间的直接接触关系被韧-脆性剪切带或脆性断裂改造.上覆地质体永宁组则对榆树砬子组从东向西角度不整合超覆，在东部蓉花山一带与其二段较高层位接触，在西部砬子山一带则与其一段底部层位接触.笔者于砬子山一带确已查明二者在露头尺度呈微角度不整合接触关系（图2）.其特征如下：①永宁组与榆树砬子组接触面为凸凹不平的剥蚀面；②永宁组长石石英砂岩向下有灌浆现象；③永宁组下部见底砾岩，平行界面断续出露，砾石棱角—次棱角状，无分选，排列无序，成分与榆树砬子组岩性相当；④上下岩层产状呈微角度相顶.

2 变质特征

榆树砬子组浅变质岩系主要岩石类型有石英岩类、云母片岩类和板岩类.其中石英岩类包括石英岩和绢云石英岩；片岩类可进一步划分为白云母片岩、黑云绢云片岩、绢云石英片岩和二云石英片岩；板岩类包括绢云板岩和砂质板岩.微量元素中Sr显著偏低，稀土元素中轻稀土强烈富集，配分模式曲线强烈右倾，轻重稀土分镏明显，并具弱负Eu异常.依各岩类氧化物成分（Al2O3+TiO2）－（SiO2+K2O）－Σ其余组分图解，榆树砬子组中石英岩落入石英砂岩、石英岩区，白云母片岩落入弱分异的泥质粉砂岩区，其与辽河群亲缘性和继承性明显，辽河群是其沉积作用的主要物源.而变质矿物组合则为白云母+黑云母+石英和绢云母+黑云母+石英，系绿片岩相单相变质作用，局部具区域热动力变质特征.

3 构造变形特征

根据榆树砬子组中的构造形迹组合，利用构造解析的方法，查明其至少经历了2次构造变形.

3.1 第一期变形

第一期变形为近水平的剪切机制，主要构造形迹为多级组合的韧－脆性顺层滑脱剪切带，伴生的次级构造形迹包括顺层韧－脆性连续劈理（S1－1）、斜交应变滑劈理（S1－2）、拉伸线理（L1）、交面线理（L2）、顺层剪切微褶（f1）等.

主剪切带沿榆树砬子组与盖县岩组之间原不整合界面发育，榆树砬子组为滑脱系统，盖县岩组为原地系统.宏观呈弧形展布，原始位态近水平，但因后期构造改造，其产状变化较大.宽度10～20 m，自下而上分别发育石英绢云构造片岩（由盖县岩组被改造形成）、绢云石英构造片岩和糜棱岩化石英岩（由榆树砬子组改造形成）.其中绢云石英构造片岩底部可见构造分异的石英脉体递进变形过程中形成的褶皱形布丁体（图3A）；糜棱岩化石英岩中应变滑劈理与顺层连续劈理斜交构成S－C构造组合（图3B），显微尺度亦可见到二者构成的S－C组构（图3C），均具运动学指向意义.主滑脱剪切带在一定程度上造成了榆树砬子组底部层位的缺失，是榆树砬子组构造流失的主因.

次级滑脱带沿榆树砬子组内部石英岩与片岩接触带发育，继承了不同原始成分层的界面，具一定的拆离性和分划性，因规模较小，未破坏榆树砬子组大套层序，带内可见顺层连续劈理和拉伸线理.其中拉伸线理由拉长的砾石、暗色泥质沉积结核平行排列显示.对泥质沉积结核作三维有限应变测量结果为K=1.88，即1＜K＜∞，属长椭球体型的拉伸式应变.

笔者依据S－C构造、拉伸线理等指向标志判断，剪切带上盘相对下盘自南西向北东运动，这与1∶5万“傍式堡幅”等四幅区调项目的研究成果（上盘由205～220°向25～40°方向运动）是相吻合的❶辽宁省地质矿产局区调队.1∶5万“傍式堡幅”等四幅区调联测报告.1992..

3.2 第二期变形

第二期变形的区域应力场为NW－SE向的水平收缩，主要构造形迹为NE向开阔直立等厚褶皱（f2）.该期褶皱导致榆树砬子组原始层理及其底部剪切带改变了最初近水平的位态，是榆树砬子组在永宁组堆积之前经历的一次重要的水平收缩作用.伴生层间不对称揉褶皱、褶劈理（S2）及褶纹线理（L3）等次级构造形迹，形成机制为弯滑褶皱作用.其中褶劈理由顺层连续劈理形成的揉褶发展而来，显微尺度可见其与S0//S1－1大角度相交现象（图3D）；褶纹线理则由层间不对称揉褶的枢纽平行排列形成，出现于顺层片理面上.

上述两期变形均属四堡构造旋回（关于四堡旋回可详见后文），后期该组受中生代构造活动影响，又发生了构造变形的叠加，在此不一一赘述.

4 同位素年代学特征

笔者在榆树砬子组二段的云母片岩中采取分层采样的方法，采得一组9件Rb-Sr全岩等时线样品，样品的化学分离和质谱测定由原长春科技大学（现吉林大学）分析测试中心同位素室完成，最终选择了6个全岩样品参与划线.测定数据及等时线见表1、图4.从图4中可以看出，6个云母片岩样品相关性很好，等时线年龄t=1025±28 Ma；87Sr/86Sr的初始值a=0.76258，斜率b=0.01466，相关系数r=0.9989.9个样品中存在相关性较差的3个样品，可能与下列因素有关：①这3个样品中碎屑含量相对较高，在浅变质过程中Rb、Sr组分易于迁移；②原岩变质过程中，因87Sr/86Sr初始值均一化范围较小而使得系统没有达到完全均一化；③原生低温矿物在变质时再造并有物质迁移.

表1 榆树砬子组同位素（Rb-Sr）测试结果Table1 Rb-Sr isotopic result of Yushulazi formation

因地幔对流圈的主要转换时间发生在26亿、18亿、10亿和2亿年前（S.K.Runcorn），由此不难判断榆树砬子组岩石中的Sr有相当一部分来自上地幔.但样品反映的初始Sr同位素比值远高于原始地壳初始Sr比值（0.702～0.704）❶申浩澈，等.同位素地球化学.长春地质学院内部出版，1992.、BABI值（0.698990±0.000047）及上地幔初始Sr比值，因此其岩石中应有地壳Sr的存在，并进一步说明榆树砬子组泥质岩石不仅有陆源继承性，而且其经历浅变质作用所导致的初始Sr比值均一化程度很高.

总之，高的相关系数及相对较低的年龄值与87Sr/86Sr初始值误差表明全岩等时线年龄应代表区域变质作用导致Rb-Sr体系重新均一化的时间，其代表榆树砬子组主期变质年龄，说明榆树砬子组在中元古代末经历了一次较为强烈的区域动热变质作用.

5 地层时代和四堡构造旋回

榆树砬子组时代应归属中元古代，具体依据有以下几个方面.

（1）榆树砬子组与辽河群沉积建造不一致.辽河群为复陆屑建造、火山复陆屑建造及具有次稳定型蒸发岩建造（SS型）某些特点的灰岩、白云岩组合；而榆树砬子组则为单陆屑铁质建造.前者为大陆裂谷系沉积建造类型，后者则具有克拉通盆地或陆表海的建造特点.表明二者是地壳不同发展阶段的产物.

（2）区域范围内榆树砬子组与辽河群盖县岩组、大石桥岩组不同层位接触；在盖州香磨等地榆树砬子组与盖县岩组呈角度不整合接触；笔者在榆树砬子组建组地发现其与盖县岩组之间为韧-脆性滑脱剪切带，上下岩系构造平行化，二者无整合接触的证据.

（3）榆树砬子组与永宁组之间为微角度不整合接触，其与永宁组之上稳定陆表海沉积盖层不是同一沉积作用过程.

（4）榆树砬子组仅遭受轻微绿片岩相单相变质作用，而盖县岩组二云片岩中局部有红柱石、石榴石、蓝晶石变斑晶出现，表明其变质作用在主幕达到中压低角闪岩相；同时，盖县岩组中线性紧闭平卧褶皱的构造样式也是榆树砬子组中所没有的，二者存在明显的变质变形上的不连续.

（5）榆树砬子组二段泥质岩石中获得的1025±28Ma的全岩Rb-Sr等时线变质年龄值与辽河群主期变质年龄值（2000 Ma左右）不一致，同时也说明榆树砬子组的沉积时间应早于1000 Ma.

依据上述理由，笔者将榆树砬子组的时代厘定为中元古代.而由榆树砬子组的时代问题自然引申到变形序列和构造旋回划分问题.洪作民认为其属吕梁造山旋回，并以盖县岩组与榆树砬子组间的不整合-微角度不整合表达其第一幕，而以榆树砬子组与永宁组间的不整合-平行不整合表达其第二幕［4］；刘永达等认为榆树砬子组是辽东早元古宙沉降部位的尾声建造，是沉降辽河群的大陆裂谷隆起阶段的产物［5］；1∶5万“傍式堡幅”等四幅区调项目则认为榆树砬子组沉积于燕辽旋回早期，而在印支—燕山期遭受变形改造❷辽宁地质局区调队.1∶5万“傍式堡幅”等四幅区调联测报告.1992..

笔者基于对榆树砬子组时代的厘定以及榆树砬子组的沉积、变质、变形特点，认为辽东地区发生在辽河群与太古宙界面之上、钓鱼台组之下的地质作用很难用吕梁旋回和燕辽旋回加以概括.

辽河群与榆树砬子组沉积建造是2个构造阶段的产物，辽河群与榆树砬子组之间的不整合与榆树砬子组沉积之后至中生代沉积之前的其他地层接触关系相比，应为吕梁期地壳褶皱回返的主界面，它限定在18亿～19亿年之间［2］.同时，榆树砬子组变质年龄是四堡期顶界年龄，不应为吕梁期的变质事件.

近年来在辽东地区获得了较多的中元古代的侵入岩年龄，一些年龄接近10亿年，与榆树砬子组变质年龄相当.如安波地区庙岭单元石英闪长岩U-Pb年龄值1361±12.03 Ma❶辽宁地矿局区调队.1:5万“万家岭幅”等两幅区调联测报告.1999.，甜水、青城子一带马家堡子单元斜长花岗岩年龄1040～1070 Ma❷辽宁省地质调查院大连分院.1∶5“甜水幅”等四幅区调联测报告.2001.，它们分别侵入于大石桥岩组和盖县岩组，代表了四堡期的岩浆事件.

笔者认为在辽河群褶皱回返之后永宁组堆积之前，榆树砬子组经历了沉降—隆起—褶皱这一完整的造山旋回——四堡旋回.区域范围内永宁组对榆树砬子组的明显超覆以及二者之间的微角度不整合是该旋回构造运动的直观表达.该旋回先是使榆树砬子组沿底面向北东方向滑脱，岩石发生绿片岩相浅变质，之后则在逐渐隆起过程中形成北东向宽缓褶皱.接着在造山后的山间盆地中快速堆积了永宁组类磨拉石建造.可以认为，永宁组的类磨拉石堆积是四堡旋回造山作用的响应，二者之间有继承性，因此，从构造属性出发，永宁组与榆树砬子组一起，构成了结晶基底向沉积盖层发展演化过程中的过渡构造层，是沉降辽河群的大陆裂谷隆起之后向稳定克拉通转变的过渡岩系，笔者将其命名为中间构造层.其下为太古宙变质杂岩、古元古代辽河群和侵入岩构成的结晶基底，其上则为钓鱼台组以来的沉积岩系构成的沉积盖层.

6 结论

（1）辽东半岛榆树砬子组是经历了绿片岩相浅变质的滨浅海相单陆屑碎屑岩含铁建造，其时代归属中元古代.

（2）榆树砬子组在下伏辽河群褶皱回返之后上覆永宁组堆积之前经历了四堡旋回构造变形.

（3）四堡旋回在辽东半岛是以沉积作用、岩浆作用及变质变形作用为特点的地壳活动，榆树砬子组与四堡旋回末期快速堆积的永宁组共同构成基底形成阶段向盖层发展阶段过渡的中间构造层，从而使得辽东地壳具多元化的三层式结构特点.

致谢：成文过程中承蒙陈荣度教授级高级工程师审阅全文并提出宝贵意见，在此表示深深的谢意！

［1］姜春潮，等.论辽东前寒武系［J］.沈阳地质矿产研究所所刊，1981，2（1）.

［2］辽宁省地质矿产局.辽宁省地质矿产志［M］.北京:地质出版社，1989.

［3］张秋生，等.辽东半岛早期地壳与矿床［M］.北京:地质出版社，1986.

［4］洪作民.试论辽宁地壳运动［J］.辽宁地质，1984，1（1）.

［5］刘永达，等.辽东早元古宙构造环境及岩石圈结构［M］.辽宁地质，1992，9（3）.

［6］辽宁地质学会.辽宁地层典［J］.辽宁地质学报，1985（特刊1号）.

［7］单文琅，宋鸿林，傅昭仁，等.构造变形分析的理论方法和实践［M］.武汉:中国地质大学出版社，1991.

Abstract：The study on the rock association,metamorphism,deformation and isotopic geochronology shows that the Yushulazi Formation in Eastern Liaoning is a single terrigenous clastic iron formation with metamorphism of greenschist facies.Its age belongs to Mesoproterozoic.The Yushulazi Formation underwent the tectonic deformation of Sibao Cycle during the period between the folding of the underlying Liaohe group and the sedimentation of overlying Yongning formation.The Yushulazi Formation,together with Yongning Formation,which quickly accumulated in the end of Sibao Cycle,formed the middle structural layer,making the three-layered structure of the crust in Eastern Liaoning region.

Key words：Yushulazi Formation;Sibao Cycle;middle structural layer;Mesoproterozoic;Eastern Liaoning

GEOLOGIC PROCESS OF THE SIBAO CYCLE IN THE LIAODONG PENINSULA AND ITS TECTONIC SIGNIFICANCE:A case study of the Yushulazi Formation in Eastern Liaoning Province

YU Hai-feng,DONG Wan-de,HE Zhen-qing,HAO Yong-li,TAN Wen-gang
（Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning Province,China）