辽南庄河地区栗子房变质核杂岩的发现及意义

仲米山，张国仁，吴子杰,3，高福亮，马宁宁，潘玉啟，高永钊

(1.吉林大学地球科学学院，长春 130061；2.辽宁省地质勘查院有限责任公司，大连 116100；3.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，青岛 266580；4.山东省地质测绘院，济南 250000)

0 引言

辽南地区作为华北克拉通中生代岩石圈减薄最为强烈和典型的地区，是华北克拉通中生代区域构造演化的缩影，而变质核杂岩是伸展构造的重要表现形式，是研究克拉通破坏的重要线索。自辽南金州变质核杂岩发现以来[1]，便受到构造地质学专家们的广泛关注[2-3]。随后，有关学者在金州变质核杂岩东部发现了万福变质核杂岩，位于辽东半岛的金州—盖县一线以东，与辽南金州变质核杂岩共用同一个下盘，构成变质核杂岩对[4-6]。尽管近年来针对辽南中生代伸展构造的研究较多，进行了较深入的探索[7-15]，但都是在原有资料基础上的深入讨论和总结, 并未发现新的变质核杂岩。作为华北中生代破坏最强烈的地区，是否有其他变质核杂岩的存在，一直是人们比较关心的问题。本文在“辽宁变质核杂岩及控矿规律研究”项目开展过程中[16], 采集了大量野外基础地质资料，根据宏观与微观构造测量，并结合区域岩浆活动性及其测年资料等[17-18]，揭示了在辽宁南部庄河市栗子房镇NE方向存在另一个变质核杂岩构造，即栗子房变质核杂岩。系统论述了该变质核杂岩的组成特征、形成时代、形成模式及动力学机制等，为深入研究华北克拉通东部中生代岩石圈减薄过程与机理以及中生代构造演化提供了依据。同时，变质核杂岩与金矿床成因关系密切，可为下一步金矿勘查提供新思路。

1 区域地质概况

研究区位于燕山板内造山带东部，辽东半岛南部(图1(a))，辽南金州变质核杂岩东北部(图1(b))。辽南地区的基底岩系主体为新太古代变质深成岩和表壳岩包体，盖层包括了从古元古代到中生代的火山-沉积地层。古元古界主要由辽河群片岩组成。新元古界主要由南华系桥头组长石石英砂岩和含长石石英杂砂岩及页岩组成。中生界分布局限于小型断陷盆地内部，以陆相沉积岩为主，局部地区发育有中-酸性或碱性火山岩(图1(b))。

1.白垩系；2.拆离断层带；3.白垩系小岭组；4.南华系桥头组；5.古元古界和古元古代中酸性侵入岩未分；6.早白垩世二长花岗岩；7.晚侏罗世二长花岗岩；8.晚侏罗世花岗闪长岩；9.晚三叠世二长花岗岩；10.晚三叠世闪长岩；11.新太古代变质深成岩；12.地质界线；13.角度不整合界线；14.拆离断层及编号；15.韧性剪切带；16.逆断层；17.后期脆性断裂；18.拉伸线理及产状；19.糜棱面理及产状；20.岩层产状；21.片理产状; 22.片麻理产状; 23.上盘相对下盘运动方向；24.同位素取样位置；25.同位素年龄及测定方法；26.二长花岗岩；27.片麻岩；28.正断层；29.地质剖面

在辽南地区的主体构造格架中，除后期郯庐断裂活动中发育的一些NE-NNE向脆性断裂表现极其显著外，区域性拆离断层和变质核杂岩及大面积分布的花岗质杂岩也具有重要地位。巨量中生代花岗质岩石在辽南地区大面积分布[16-18]，主体由闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗岩及斑岩组成，LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年结果获得的最大年龄为(224.9±8.5)Ma[16]，最小年龄为(124±2)Ma[19-20]。岩石主体就位于变质核杂岩下盘，其就位和演化与栗子房变质核杂岩的发育与剥露有密切的成因联系。

2 栗子房变质核杂岩的厘定

栗子房变质核杂岩构造具有3层结构，即上盘岩石、下盘岩石及中部拆离断层带；由5部分组成，即下盘的新太古代变质深成岩和中生代花岗岩侵入体、中部的拆离断层带、上盘的前寒武纪沉积盖层和白垩纪伸展盆地(图1(c))。

2.1 下盘岩石

栗子房变质核杂岩下盘岩石主要由大面积出露的新太古代变质深成岩和中生代花岗岩侵入体(包括晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世岩体等)构成。

2.1.1 新太古代变质深成岩

新太古代变质深成岩在空间展布上呈椭圆形穹状隆起，长轴约40 km，呈NNE向展布。变质深成岩岩性主要为黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、二长片麻岩和黑云二长片麻岩。新太古代变质深成岩遭受了角闪岩相至绿片岩相条件下的变形与变质作用的影响，被改造为相应的构造片麻岩和糜棱岩系列岩石。岩石剪切变形组构极其发育，以NE-SW向展布的片麻理为主要面状构造。由核部杂岩向着拆离断层带岩石组构表现出一定的变化，尤以叶理组构表现最为显著。在主体岩石中发育一组由矿物重结晶生长构成的片麻理构造，沿拆离断层带逐渐被糜棱叶理所取代。

2.1.2 中生代花岗岩侵入体

栗子房变质核杂岩核部中生代侵入岩由晚三叠世—早白垩世花岗岩体组成，岩石类型为灰—深灰色细粒黑云母角闪石闪长岩(δT3)、灰白色中细粒二长花岗岩(ηγT3)、灰白色中细粒角闪石黑云母花岗闪长岩(γδJ3)、灰白色中粗粒似斑状二长花岗岩(ηγJ3)和灰白色中细粒黑云母二长花岗岩(ηγK1)。岩石总体出露于变质核杂岩西北部，在靠近拆离断层带东部的栗子房南和小甸子北的晚侏罗世岩体中可见明显的糜棱状花岗岩，在岩体边部受韧性变形作用，原岩已改造为花岗质糜棱岩和初糜棱岩，岩石具糜棱结构，条带状及眼球状构造。斜长石多呈碎斑，双晶弯曲，发育机械双晶，部分具半自形板状残留。钾长石呈细小粒状碎斑，交代斜长石，呈蠕虫构造、港湾及缝合线构造，有些保留半自形板状晶形。石英集合体呈条带状、拔丝状。黑云母平行分布，具绿泥石化。白云母交代黑云母，有些呈“鱼”形。岩体内矿物线理由自形或半自形长石、石英及黑云母等矿物颗粒平行定向排列构成。岩石的变形特点为固态流变特征，表明晚侏罗世岩体是构造前侵位的。

早白垩世灰白色中细粒黑云母二长花岗岩(ηγK1)出露于鞍子山一带，沿吴炉—郑家山—上腰岭断裂带呈NE向分布，可称鞍子山岩体。岩体由外向内环带状分布明显，由2种岩性组成，空间上呈NE向套叠式半环形展布，由外向内岩性为灰白色中细粒黑云母二长花岗岩和灰白色似斑状黑云母二长花岗岩。岩石为中细粒花岗结构、似斑状结构，块状构造、片麻状构造，暗色矿物含量偏高，早期结构略细，晚期含大量斑晶。主矿物成分有斜长石、钾长石、石英、黑云母及角闪石。岩体内部发育就位叶理，叶理构造发育程度由边部到内部逐渐减弱，矿物变形及包体压扁程度依次降低。强侵位变形带矿物具明显挤压及剪切流动变形(具塑性变形的糜棱岩化现象)。矿物清晰显示优先方位，叶理构造极为发育，粒状、柱状及板状矿物多呈长透镜状、眼球状、豆荚状，集合体呈条带状，与片状矿物黑云母等组成相间条带定向分布，构成叶理构造。岩石及矿物受力明显，反映岩浆在就位过程中受强应力作用经过了塑性流动。岩石的变形特点表明该岩体为同构造侵入体。该岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为(124±2)Ma[19-20]。

上述岩体为该区伸展作用过程和变质核杂岩的剥露历史提供了部分年代学约束。

2.2 拆离断层带

栗子房变质核杂岩的拆离断层带出露于栗子房镇以东、新立屯以西，呈NNE向展布，延长约50 km，倾向SEE，倾角20°～30°(图1(c))。它控制着栗子房变质核杂岩的剥露和上盘伸展断陷盆地的形成及空间展布，同时也是鞍子山隆起与东侧中生代盆地的界线。断层带水平宽度50～100 m不等，断层带内岩石变形强烈，主要发育脆性、脆-韧性和韧性变形组构，普遍形成断层泥、构造角砾岩、绿泥石微角砾岩、碎裂岩化糜棱岩和糜棱岩等构造岩。同时伴随各种流体活动，形成硅化角砾岩。拆离断层带延伸较远，由于被其切割的岩石岩性不同，不同部位发育的构造岩组合也不尽相同，有的部位没有发育断层泥，有的部位没有发育微角砾岩，有的部位则没有发生硅化。断层多处被第四纪沉积物所覆盖，出露不连续。

拆离断层带底部糜棱岩面理发育，产状较稳定，倾向SE-SEE(盖层一侧)，产状(105°～150°)∠(15°～30°)(图2(a))，仅局部地段可能受后期构造叠加影响产状变化较大。除发育糜棱面理外，普遍可见矿物拉伸(生长)线理。糜棱面理上的新生矿物绢云母、绿泥石等呈纤维状集合体定向排列。大颗粒的长石、石英集合定向拉长或旋转显示，线理方位为SE-SEE向，产状(100°～140°)∠(10°～30°)(图2(b))。糜棱岩带中S-C组构、旋转碎斑系、剪切褶皱、眼球状构造及残斑拖尾等构造发育，这些构造清楚地指明了上盘相对下盘由NWW向SEE方向运动的特征(图3(a)，(b)，(c)，(d))。

(a)糜棱面理产状(b)拉伸线理产状

接近拆离断层面的岩石主要由构造角砾岩、碎裂岩、碎粉岩、碎裂岩化糜棱岩等脆性构造岩组成，是在递进变形早期阶段形成的糜棱岩基础上发育起来的。这套岩石还常常因伴随的流体活动而发生绿泥石化、绿帘石化作用，形成绿泥石化绿帘石化角砾岩(图 3(e)，(f))。

(a)糜棱岩中发育S-C组构和长英质脉剪切褶皱，指示上盘由NW向SE下滑(b)糜棱岩中花岗质细脉受剪切发育S-C组构

2.3 上盘岩石

栗子房变质核杂岩的上盘岩石包括前寒武纪沉积盖层及白垩纪伸展盆地，两者都经历了拆离断层同期的次生正断层的改造作用。

2.3.1 前寒武纪沉积盖层

栗子房变质核杂岩上部盖层主要由古元古代辽河群和少量南华系桥头组构成。主体出露于变质核杂岩东部大孤山一带，岩性主要为片岩、千枚岩、板岩等。受拆离断层伴生的剪切作用与伸展期后变形作用的改造，部分地层遭受了不同程度的变形改造，以脆性-韧性变形为主。在靠近拆离界面及附近，岩石韧性变形强烈，尤其是能干性较弱的岩层，均遭受糜棱岩化作用，形成糜棱岩及构造片岩，发育顺层流变褶皱及线理等。远离拆离界面，变形减弱，过渡为正常沉积，保留原始沉积层理。此外，在上述盖层岩石中还发育多条正断层，这是由于沿主滑脱面拆离作用的结果(图1(d))。

2.3.2 白垩纪伸展盆地

白垩纪伸展盆地是栗子房变质核杂岩的一个重要组成部分，分布于拆离断层上盘，为白垩系小岭组，呈NE向展布。西侧的北部以拆离断层为边界，南部则以伴随拆离断层发育的次级高角度正断层为边界，东部由小甸子—大孤山—栗子房构成其盆地边界，角度不整合于辽河群盖县岩组绢云片岩之上(图1(c)，(d))，盆地面积88 km2。由陆相火山岩及沉积碎屑岩组成，厚度>2 173.13 m。小岭组为一套爆发兼溢流为主的中性-酸性火山岩系，其主要岩性为：下部以沉凝灰岩、凝灰质粉砂岩为主，夹粉砂质页岩和泥晶灰岩扁豆体，在该岩性段内含腹足类化石和植物化石碎片；中部为安山质角砾凝灰岩、安山质角砾熔岩、安山岩、安山质沉角砾凝灰岩、安山质沉火山角砾岩、凝灰质砾岩、凝灰质粉砂岩，夹页岩、黏土岩和泥晶灰岩扁豆体；上部以英安质火山角砾和流纹岩为主，夹石英安山岩和凝灰质砾岩，自下而上岩浆由中性向酸性演化。

3 栗子房变质核杂岩的形成

3.1 变质核杂岩形成时限及演化过程

栗子房南部和小甸子北部晚侏罗世岩体的固态流变及碎裂岩化现象，说明栗子房变质核杂岩拆离断层的发育在其成岩之后。而鞍子山岩体的强侵位变形带矿物具明显挤压及剪切塑性流动变形，表明其为同构造岩体。测得鞍子山岩体(ηγK1)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为(124±2)Ma[19]，即早白垩世。由此,可以得出栗子房变质核杂岩形成于早白垩世。据构造前、同构造花岗岩年龄及上盘伸展断陷盆地火山岩时代可探讨栗子房变质核杂岩的演化过程[4]。

(1)晚侏罗世前，该区开始发生区域伸展活动，切过中、下部地壳的拆离断层诱发岩浆上涌而发生中酸性岩浆侵位，从而形成一系列中酸性侵入岩(图4(a))。

(2)晚侏罗世—早白垩世，大规模的拆离断层活动使断层切过中、上部地壳，同时改造早期三叠纪和侏罗纪岩体，使得岩体边部遭受固态流变剪切变形。当拆离断层伸展剥离至地表时，又使得白垩纪火山-沉积岩发生掀斜(图4(b))。

(3)早白垩世，鞍子山岩体在较浅层次侵位，岩体边部靠近拆离断层带附近发生塑性流变剪切变形，栗子房变质核杂岩经历了总体隆升和冷却过程(图4(c))。

(a)晚侏罗世前，区域伸展活动开始，中酸性岩浆侵位

3.2 变质核杂岩形成机制

刘俊来等[5]指出，早白垩世华北克拉通乃至东亚地区伸展构造广泛发育并具有共性与统一性，都具有运动学极性、几何不对称性、形成时间近等时性与跨越性、遍布但分布不均匀性且规模上具有级序性等。具有上述统一性特点的金州变质核杂岩、万福变质核杂岩和栗子房变质核杂岩即发育于相似的深部岩石圈结构背景环境中，东亚岩石圈的区域性NW-SE向均匀伸展是华北克拉通乃至东亚地区区域伸展构造发育的动力学背景环境的解释[5]。早白垩世，本区处于板内拉张的构造背景，此时地幔上涌，热流值增高，加热并逐渐软化了下地壳，使其部分熔融，形成大规模岩浆侵位，引发地壳伸展减薄，同时由于岩浆的大规模强力底辟侵入，加速了伸展作用的进行。对于早白垩世区域伸展作用的动力来源，自侏罗纪以来开始发生N向(NWW向)俯冲的古太平洋板块与欧亚板块之间的交互作用是最为重要的因素，古太平洋板块俯冲作用的转向、回退、变速以及挤压后地壳松弛等综合作用是导致华北克拉通东部岩石圈减薄，引起欧亚板块边缘及东部岩石圈遭受强烈的伸展作用改造的主要原因[21-30]。

栗子房变质核杂岩构造是在辽东半岛南部地区新厘定的一个白垩纪变质核杂岩构造，是一个科迪勒拉型(Cordillera)变质核杂岩构造，也是华北克拉通东部晚中生代变质核杂岩群最东部的一个变质核杂岩构造[5]，其形成与剥露是晚中生代时期华北克拉通东部岩石圈减薄的结果，与其他变质核杂岩一起为深入研究华北克拉通东部晚中生代岩石圈减薄过程与机理提供了有力证据。

3.3 变质核杂岩与成矿关系

本研究主要对金矿与变质核杂岩的关系进行了初步研究，一般太古宙基底Au元素含量高于陆壳正常克拉克值的2～3倍[31]，便可成为金矿的主要成矿物质来源，变质核杂岩在伸展过程中形成的拆离断层和一系列张裂隙可为成矿热液提供通道和储存空间，上部巨厚的沉积盖层可为成矿热液聚集形成良好的封闭条件，因此变质核杂岩的韧性拆离断层带是寻找金矿床的有利部位，如胶东“焦家式”金矿[32]、辽西阜新排山楼金矿[33]、大连金州的董家沟金矿和普兰店的孙家沟金矿[1]以及近年新发现的辽南庄河新房大型金矿[16，34]都是形成于变质核杂岩的拆离断层带附近。由此，栗子房变质核杂岩的拆离断层带也将是下一步金矿勘查的主要靶区。

4 结论

(1)辽东半岛南部栗子房地区存在一个科迪勒拉型变质核杂岩，即栗子房变质核杂岩。该核杂岩具有3层结构和5个部分，即由新太古代变质深成岩及中生代花岗岩侵入体构成的下盘、由不同层次的构造岩组成的中部拆离断层带以及由前寒武纪沉积盖层和白垩纪伸展盆地构成的上盘。

(2)拆离断层带糜棱岩S-C组构、旋转碎斑系、剪切褶皱、眼球状构造及残斑拖尾等宏观与微观构造学特征显示，栗子房变质核杂岩运动学特征为上盘相对下盘由NWW向SEE方向运动。

(3)利用区内构造前和同构造侵入岩时代，将栗子房变质核杂岩形成时代限定为早白垩世，其经历了区域伸展、岩浆上侵、整体隆升、岩浆冷却和上叠构造盆地发育等演化过程。区域伸展动力主要来源于古太平洋板块与欧亚板块的交互作用。栗子房变质核杂岩的发现可为阐明华北克拉通东部晚中生代岩石圈减薄过程及岩石圈的力学和流变学属性提供依据。

(4)变质核杂岩与金矿床成矿关系密切，栗子房变质核杂岩的拆离断层带可作为下一步金矿勘查的重点靶区，成矿潜力较大。

致谢：感谢项目组其他同事在项目前期野外工作和资料收集方面给予帮助，感谢李显东正高级工程师和王海鹏正高级工程师在成文过程中的悉心指导，感谢审稿专家对论文提出的建设性修改意见！