辽西杨家杖子向斜构造下部隐伏花岗岩接触变质作用

郑常青，崔一兵，胡鹏月，徐学纯，刘云虎，黄明国

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061;2.自然资源部 东北亚矿产资源评价重点实验室，长春 130061

0 引言

辽宁杨家杖子钼矿区地处华北地台北缘，燕辽沉降带东端，北西为辽西凹陷，南东为山海关—北镇古隆起。在上述两构造单元之间有一条过渡带，这条过渡带北西以要路沟—女儿河断裂为界；南东以小孤山—影壁山断裂(青龙—锦西断裂北东段)为界，其间发育有中酸性--酸性的闪长岩--花岗岩--花岗斑岩侵入体—虹螺山大岩基；在山海关—北镇古隆起的沿海地带，发育有一条NE向的韧性剪切带，即排山楼—后三角山—台里韧性剪切带,以上3条构造带构成了辽宁杨家杖子钼矿区主要构造格局[1]。区内多金属矿产资源丰富，以杨家杖子钼矿、兰家沟钼矿、松北钼矿、新台门钼矿和八家子铅锌矿等为代表，使该区已然成为以钼多金属成矿带[2--5]，在此被简称为兴城钼多金属成矿带或杨家杖子—八家子钼多金属成矿带，属华北成矿省(Ⅱ)北缘东段Fe-Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Mn-Au-磷-煤-膨润土成矿带(Ⅲ)[6]，在这3个成矿带中，杨家杖子—八家子岩浆热液成矿带规模最大，找矿潜力最大。因此，需要进一步查明虹螺山花岗岩岩基与杨家杖子钼矿区向斜构造下部是否联通，地层接触变质、矿化蚀变发育如何？这对杨家杖子矿区外围找矿，具有重要的指示作用。笔者进行了大地电磁测深、地震和钻探等一系列验证，为杨家杖子矿区再找矿提供新的科学依据。

1 地质背景

杨家杖子矿区总体呈现以新太古代花岗质片麻岩为基底、元古代—古生代—中生代早期地层组成的厢状向斜构造(图1)为特征，其中元古代地层主要有杨庄组、雾迷山组、长龙山组和景儿峪组；早古生代地层主要有寒武纪的昌平组、馒头组、张夏组、崮山组和炒米店组，奥陶纪主要发育有冶里组、亮甲山组和马家沟组；晚古生代地层比较齐全，发育了华北比较典型的石炭系、二叠系以及中下三叠统。杨家杖子向斜构造核部最新地层是早三叠世红砬组(图1)，显示早三叠世之后杨家杖子地区发育强烈的褶皱构造变形，并伴随有早中侏罗世岩浆作用，晚侏罗—早白垩世火山--沉积上叠盆地的形成。中生代构造--岩浆活动与成矿关系密切，NE--NNE向几条大断裂发育，女儿河—金岭寺—羊山盆地东缘断裂、白庙子断裂，与EW向杨家杖子—黑鱼沟断裂、上富儿沟断裂等控制了喜鹊沟、黑鱼沟及白杨等Au、Cu、Pb、Zn多金属矿床，以及松北、杨家杖子和新台门等矽卡岩--斑岩型钼矿等[7--10]。

图1 杨家杖子向斜及其附近地质简图Fig.1 Geological map of Yangjiazhangzi syncline and its surrounding area

2 杨家杖子隐伏花岗岩

2.1 大地电磁测深TE、TM剖面验证

大地电磁测深验证剖面起点在辽宁省兴城市海滨 ，剖面沿SE--NW方向经过白塔镇、杨家杖子镇、新台门，至建昌县的娘娘庙乡，全长约100 km[11](图2)。

F1. 青龙—锦西断裂北东段(小孤山—影壁山断裂)；F2. 上富儿沟断裂；F3. 女儿河断裂；F4 .羊山断裂；F5.单家店—八家子断裂；Jk--1 、Jk--2、 Jk--5为吉科验证探井；K-J.白垩纪—侏罗纪火山上叠盆地地层； T. 三叠纪沉积地层；P-Z.晚古代—元古生代沉积地层；O-Z.早古生代—元古代沉积地层；Mzγ.中生代虹螺山花岗岩基；Ar.新太古代花岗质片麻岩。图2 兴城—娘娘庙剖面TE、TM模式测量联合反演地质解释结果简图Fig.2 Sketch of geological interpretation results from TE and TM model surveys in Xingcheng--Niangniangmiao section

大地电磁测深验证剖面跨越的岩石构造单元有新太古代结晶基底、元古代沉积盆地、古生代沉积盆地、中生代火山沉积上叠盆地、不同级别的断裂和褶皱构造，以华山镇为界，北西与南东揭示的地壳结构明显不同，南东部分：总体结构是新太古宇古老结晶基底+中元古盖层沉积+少量中生代上叠盆地残存，发育花岗岩侵入体，以块状结晶岩--基底型地壳结构为主；北西部分：主要为中元古沉积盖层+中生代上叠盆地，发育花岗质脉岩或小岩株侵入体，以层状沉积岩--盖层型地壳结构为主，矿产丰富(杨家杖子钼矿为代表)。各个地质构造单元之间以北东向大断裂带分隔，即穿越了古老结晶基底，又跨越了隆升的山地和中元古界海相沉积、中生界火山沉积盆地(金岭寺—羊山盆地)。大地电磁测量结果TE、TM呈现电阻异常特征如下：①岩石的电阻率分布具有较大的变化特点，电阻率较高的岩石主要为燕山期花岗岩、晚元古代和早古生代的海相碳酸盐建造。电阻率最低的岩石包括晚古生代海陆交互相--陆相碎屑沉积建造和中生代侏罗系、白垩系火山--沉积岩建造。其他岩石的电阻率处于中等水平。②兴城附近的高阻体和杨家杖子附近的高阻体反映了燕山期侵入岩的岩基分布区域，横向异常显示岩体侵位受控于沿青龙—锦西深大断裂(图2，F1)、女儿河深大断裂(图2，F3)。前者侵入到新太古代花岗质片麻岩之下，而后者侵入到前寒武地层之下，侵入规模较大，并部分在后期构造活动中出露地表。③大地电磁测深TE、TM异常揭示杨家杖子向斜构造下部1 500 m±为大面积高阻异常体，反映存在隐伏花岗岩侵入体，即中生代虹螺山大岩基在杨家杖子厢状向斜下部是联通的。

2.2 钻探验证

针对杨家杖子向斜构造及其找矿远景进行的全取芯钻探验证中有3口井钻遇到花岗岩地质体[11]，分别是上富儿沟JK--1井于1 727 m、杨家杖子岭前矿南沟JK-2井于1 514.79 m和喜鹊沟JK--5井于1 159.92 m钻遇到花岗岩地质体，其中JK--1基底花岗岩 740～748回次，总长21.74 m，JK--2 基底花岗岩 740～748回次，总长22.34 m，JK--5 基底花岗岩 353～384回次，总长102.97 m。并在JK--5井深715 m处钻遇矽卡岩中发现辉钼矿，陆续在井深1 084 m、1 123 m、1 140 m发现有辉钼矿化，并在1 160 m处开始持续出现，同时伴有黄铁矿化，断断续续持续500 m，直至基底花岗岩(表1)；JK--5井于1 159.92 m钻遇到花岗岩地质体之后又向下钻进花岗岩102.97 m(图3)，均显示不同程度的辉钼矿化，可见辉钼矿晶体(图4)。

以JK--5井为例，从1 159.92 m向下钻进102.97 m仍然是花岗岩地质体(图3、图4、表1)，主体岩石为含有黑云母二长花岗岩(图3-5)，浅粉红色，矿物组成为石英25%～35%、酸性斜长石30%±、碱性长石(微斜条纹长石)45%±，含有少量萤石、锆石、磷灰石及黄铁矿等副矿物。接触带附近花岗岩呈现斑状细粒结晶结构，含有萤石副矿物，岩石类型为含萤石斑状二长花岗岩(图5a、5b)， 随着钻进深度增加， 30 m±花岗岩的矿物粒度逐渐变粗， 由中细粒结晶结构向中粒结晶结构过度， 具体岩石类型由中细粒黑云母二长花岗岩过渡为中粒黑云母二长花岗岩(图5c、 5d)。

图3 JK--5井钻遇的花岗岩岩芯Fig.3 Photographs of cores for granite in borehole JK--5

图4 JK--5井含有辉钼矿花岗岩(353回次，1 164 m)Fig.4 Photographs of cores for molybdenite-bearing granite in borehole JK--5 (Round 353，1 164 m)

JK--5井钻遇到的花岗岩主要为斑状二长花岗岩、中粒--中粗粒二长花岗岩，其岩石地球化学特征显示SiO2含量为74.56%～76.51%，Al2O3含量为12.53%～13.26%，Na2O含量为3.64%～3.87%，K2O含量为5.04%～5.34%。岩石化学成分类型属于花岗岩类；JK-5井钻遇黑云母二长花岗岩获得锆石U--Pb年龄为(183.7±2.2)～(186.1±2.6)Ma；JK--5井钻遇的花岗岩与虹螺山大岩基的花岗岩形成时代、岩石化学成分类型完全相似[12--18]。因此，钻探验证也同样表明虹螺山大岩基在杨家杖子向斜下部是联通的。

3 热接触变质特征

3.1 强度分带

喜鹊沟JK--5井钻遇主体岩性表可以看出(表1)：JK--5井钻遇的地层从上到下依次是中奥陶世马家沟组(O2m)，早奥陶世亮甲山组(O1l)、冶里组(O1y)，晚寒武世炒米店组(∈3c)、崮山组(∈3g)，早--中寒武世张夏组(∈2z)和馒头组(∈1-2m)，直至1 159.92 m钻遇到花岗岩。馒头组显示有陆源碎屑岩(泥质粉砂岩、泥质岩)夹碳酸盐岩建造接触变质，其他地层组主要是碳酸盐岩建造的接触变质和热液蚀变。依据泥质岩和碳酸盐岩在不同PT条件下形成的特征性变质矿物共生组合、流体热液蚀变等特征，从花岗岩体向上依次划分出热接触变质角岩--热液交代矽卡岩内带、热接触变质中带和热接触变质外带。

3.1.1 接触变质外带

详细的岩相学研究发现，JK--5井在钻进379.02 m处，钻遇岩性是早奥陶世亮甲山组石灰岩，开始出现了受下部花岗岩体侵入影响产生的热接触变质岩石，首先是石灰岩中发生变质重结晶现象，形成微晶方解石(图6a)，偶见针状透闪石出现(图6b)，称为含透闪石微晶大理岩带，当钻进558.41 m，开始出现透辉石，形成中粒透辉石大理岩，透闪石微晶大理岩带持续厚度大约180 m。

过失杀人的理由也是不存在的。苔丝在杀人后，对克莱尔坦白“我太生气了，就杀了他”。这就表明，苔丝杀人行为是故意的，并非是无故意的误杀。这点，学者吴笛已经关注到了。他在《哈代新论》中也惋惜地写道“苔丝的行为已经说明过失杀人或是防卫过当的行为都是不存在的”。

3.1.2 接触变质中带

在钻进558.41 m钻遇到中粒透辉石大理岩之下，以含有透辉石、钙铝榴石等变质矿物的大理岩为特征(图6c、d)，称为透辉石大理岩带，在钻进692.21 m后，出现了热液交代矽卡岩，该带大致厚度100 m。

3.1.3 接触变质内带

在井深692.21 m后，可能是由于岩浆侵位带上来的热液流体与碳酸盐岩发生水岩作用，在碳酸盐岩岩性段出现了大量热液交代矽卡岩矿物，如钙铝榴石、透辉石和金云母等，还见有辉钼矿，岩石开始以钙铝榴石透辉石岩、透辉石岩和金云母透辉石岩为主(图6e、f)；大理岩次之。在馒头组泥质粉砂岩、泥质岩岩性段显示的热液蚀变比较弱，主要出现堇青石角岩、红柱石--堇青石角岩(图6g、h)，断续见有黄铁矿化、辉钼矿化，在1 159.2 m钻遇至花岗岩(图3、4)。从出现矽卡岩、辉钼矿到钻遇至花岗岩，厚度约500 m，将这一段热接触变质内带称为角岩--矽卡岩带。

从花岗岩体向上依次发育热接触变质内带，角岩--矽卡岩带，厚度500 m±；热接触变质中带，透辉石大理岩带，厚度100 m±；热接触变质外带，含透闪石微晶大理岩带，厚度180 m±(表1)。从花岗岩体接触带开始直至基本没有变质，大致影响厚度为780 m。

a．微晶大理岩，正交偏光； b．含透闪石微晶大理岩，斑状变晶结构，变斑晶为针状透闪石，正交偏光； c．透辉石大理岩，单偏光； d．钙铝榴石透辉石大理岩，斑状变晶结构，变斑晶为钙铝榴石，单偏光； e．透辉石钙铝榴石岩，单偏光；f．金云母透辉石岩，单偏光；g．堇青石黑云母角岩，斑状变晶结构，变斑晶为堇青石，单偏光；h．红柱石堇青石黑云母角岩，斑状变晶结构，变斑晶为红柱石，单偏光。图6 JK--5井热接触变质岩--矽卡岩显微岩相学特征Fig.6 Microscopic textures of contact metamorphic rock-skarn in borehole JK--5

系组代号主体岩性取样位置/m鉴定名称强度分带温压条件奥陶系寒武系马家沟组O2m上部:深灰色灰岩夹砾屑状灰岩、深灰色花纹状灰岩,层理状灰岩、白色微晶灰岩、灰色含燧石条带灰岩,顶部有3m宽的闪长玢岩;中部:灰白色大理岩与灰色灰岩互层;灰色砂屑状灰岩、泥晶灰岩;下部:含碎石条带状灰岩,局部夹有少量墨绿色闪长玢岩。40.5850.24159.20214.87328.75339.62闪长玢岩微晶灰岩微晶灰岩微晶灰岩微晶灰岩闪长玢岩亮甲山组O1l上部:深灰色花纹状--砾屑状灰岩、灰色花纹状、条带状灰岩;中部:灰色条带状微晶大理岩夹砂屑灰岩、灰色条带状微晶大理岩;下部:灰色条纹状大理岩。372.46379.02395.02405.31441.46461.15467.59碎裂灰岩含透闪石微晶大理岩微晶大理岩透闪石条带状大理岩重结晶灰岩重结晶灰岩条带状微晶大理岩冶里组O1y上部:墨绿色、灰色大理岩;中部:条带状矽卡岩夹大理岩、条带状大理岩;下部:条带状矽卡岩化大理岩。536.44549.56558.41572.54微晶大理岩微晶大理岩透辉石大理岩钙铝榴石透辉石大理岩炒米店组∈3c上部:墨绿色闪长玢岩;中部:灰绿色透辉石石榴石矽卡岩、矽卡岩化大理岩;下部:绿--红色透辉石石榴石条带--竹叶状矽卡岩。621.71624.00625.00628.26631.54657.19黑云阳起透辉大理岩花岗斑岩阳起石大理岩闪斜煌斑岩透辉石大理岩透辉石大理岩崮山组∈3g矽卡岩夹矽卡岩化大理岩、灰色条纹--泥质条带大理岩700.00720.15石榴石透辉石岩∗大理岩张夏组∈2z上部:灰色变余鲕状大理岩夹少量条带状暗色泥岩(角岩)、变余鲕状大理岩夹少量条带状矽卡岩;中部:白色大理岩;下部:灰色变余鲕状大理岩。776.00阳起石黑云母角岩馒头组∈1-2m上部:矽卡岩化大理岩夹石榴石矽卡岩、大理岩、矽卡岩、大理岩、灰绿--浅红色矽卡岩;中部:矽卡岩、大理岩、灰色角砾状大理岩;下部:黑色斑点角岩、角岩、黑色角岩化泥质粉砂岩、黑--绿色角岩。907.22917.05926.80989.27999.111084.441085.441104.121156.63堇青石黑云母角岩黄铁矿化角砾状大理岩黄铁矿化角砾状大理岩大理岩透辉石大理岩金云母透辉石岩∗透辉石岩∗红柱石堇青石黑云母角岩∗榍石角岩未受影响灰岩带沉积成岩含透闪石微晶大理岩带(热接触变质外带)(180m)300℃～450℃低压透辉石大理岩带(热接触变质中带)(100m)450℃～650℃低压角岩--矽卡岩带(热接触变质内带)(500m)650℃～750℃低压侏罗|白垩系虹螺山岩基ηγ(J-K)肉红色中细粒花岗岩、肉红色中粒含黑云母二长花岗岩1163.201176.331196.011205.861218.981255.07含萤石斑状二长花岗岩∗碎裂状二长花岗岩∗黑云母二长花岗岩∗绢云母化--碳酸盐化花岗岩∗含黑云母二长花岗岩∗中粗粒花岗岩∗花岗岩侵入体

注：*表示样品有辉钼矿化。

3.2 接触变质作用PT条件

杨家杖子隐伏花岗岩体引起的热接触变质地层主要是早中寒武统馒头组，直至早奥陶统冶里组，稍远岩体的中奥陶统马家沟组碳酸盐建造基本没有变质。接近岩体是早中寒武统馒头组陆源碎屑岩夹碳酸盐建造，因此，出现热接触变质岩主要是透辉石大理岩、透辉石中粗粒大理岩和金云母透辉石岩等矽卡岩，少量堇青石角岩、红柱石--堇青石角岩类。参考热接触变质带矿物组合特征及其温压条件划分原则[19]，其变质相特征应为辉石角岩相--角闪角岩相--钠长石--绿帘角岩相。

其中含透闪石微晶大理岩带，矿物组合：透闪石+微晶方解石，相当于钠长--绿帘角岩相，变质温度为300℃～450℃，低压，分布在接触变质晕影响的外带，逐渐过渡为未变质的马家沟组灰岩。

透辉石大理岩带，矿物组合：透辉石+钙铝榴石+方解石±黑云母±黄铁矿±辉钼矿，相当于角闪角岩相，变质温度为450℃～650℃，低压，稍远离岩体，处于接触变质晕影响的中带。

角岩--矽卡岩带，碳酸盐原岩矿物组合：透辉石+钙铝榴石+金云母，泥质岩原岩矿物组合：红柱石+堇青石+黑云母+石英，由于在含有石英的碳酸盐中没有发现硅灰石，角岩中没有发现矽线石与堇青石、钾长石等共生，反映变质程度虽然属于辉石角岩相，但是，相当于辉石角岩相的低温部分，变质温度没有超过750℃[20--23]，因此该带变质温度应在650℃～750℃。

4 讨论

大地电磁测深TE、TM模式反演结果显示杨家杖子向斜构造下部大致在1 500 m±存在花岗岩体，实际钻探验证在杨家杖子向斜构造不同部位分别在1 159.92 m、1 514.79 m、1 727 m不同深度上钻遇到花岗岩地质体，钻探与大地电磁测深探测技术方法相互验证，很好地揭示了杨家杖子向斜构造下部虹螺山大岩基是联通的地质事实；另外JK--5全取芯充分证明了早侏罗世岩浆侵入引起的热接触接触变质带存在，同时发育矽卡岩型辉钼矿化。从岩体接触带到出现矽卡岩辉钼矿化大约500 m厚，在钻进百余米的花岗岩中仍然有辉钼矿化，表明杨家杖子钼矿的主要矿体均产于碳酸盐岩与花岗岩接触带的矽卡岩和斑状花岗岩中，属于矽卡岩--斑岩型钼矿床[2]，表明杨家杖子向斜构造下部依然有巨大的找矿潜力。

5 结论

(1)杨家杖子钼矿区向斜构造下部1 160 ～1 750 m存在隐伏花岗岩地质体，虹螺山大岩基与杨家杖子向斜构造下部花岗岩是联通的。

(2)隐伏花岗岩接触变质影响厚度780 m±，以JK--5井为例，接触变质内带，角岩--矽卡岩带，变质程度为辉石角岩相，影响厚度大约500 m，发育辉钼矿化；接触变质中带，透辉石大理岩带，角闪角岩相，影响厚度大约100 m±，发育含有透辉石大理岩；接触变质外带，为含透闪石微晶大理岩，钠长石--绿帘角岩相，宽度180 m，180 m以上过渡到未变质石灰岩。

(3)杨家杖子钼矿的主要矿体均产于石灰岩与花岗岩接触带的矽卡岩和斑状花岗岩中，属于矽卡岩--斑岩型钼矿床。

致谢：“深部探测关键仪器装备野外实验与示范”项目在大地电磁测深、地震、钻探等一系列验证给予了大量的资料支撑；吉林大学地球科学学院、自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室在实验测试过程中给予了重要帮助；匿名审稿人对本文给予了良好的修改建议，受益匪浅，在此一并致谢。