周铭轩　于新智　刘铖朴

摘要：兴城台里地区主要出露经过变质作用的结晶岩系，前人主要对该地区结晶岩脉侵入的新老关系做了研究，但对于含石榴子石结晶岩的形成和特征没有严格的阐述与定论，作者通过对辽宁兴城台里地区含石榴子石的结晶岩系地区进行实测填图、野外采样、标本分析和薄片观察等研究工作，来研究该地区含石榴子石的结晶岩系的成因和特征。结合相关资料综合分析，得出该地区含石榴子石的结晶岩系为早期侵入的花岗细晶岩通过岩浆期后局部变质的结论，石榴子石的规则排列是由于残浆溢出时冷凝和交代作用形成的，同时验证了该地区石榴子石的主要类型为红色的镁铝榴石的结论。

关键词：兴城台里地区；花岗细晶岩；石榴子石；浅粒岩

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

辽宁兴城台里地区的结晶岩主要出露花岗伟晶岩、辉绿岩、黑云角闪斜长片麻岩、眼球状花岗片麻岩以及含石榴子石的结晶岩系[1-3]。石榴子石在该结晶岩系中主要分布在结晶岩的中部，为肉眼可见的红色颗粒。由于石榴子石是一种高温高压的特征变质矿物，所以其产出于该结晶岩中说明该岩系后期经过了强烈的高温高压变质作用，而其他老于该结晶岩的岩脉没有发生变质现象，说明其变质作用发生在岩浆结晶完成之后的岩体内部的变质作用。该岩系在地表都呈条带状或脉状产出，通过地表穿插关系可以显示出侵入的新老关系，其相互之间的切割穿插关系在吉林大学论文《辽宁兴城台里地区结晶岩系的演化特征》已经有了很充分的理论结果，但是对于含石榴子石结晶岩的形成和特征没有很详细的说明，对于石榴子石这一特征变质矿物的结晶产出没有做严格的阐述，对于变质现象的发生也没有过多的定论。

本次研究的主要内容是台里地区含石榴子石的结晶岩的岩性分析，以及对石榴子石的成因进行预测和矿物学特征方面来阐述，得出该区域含石榴子石结晶岩的成因和特征。

1. 地质概况

1.1 区域地质背景

兴城境内的地势总体上与华北地台一致，西北较高而东南较低，属于松岭山脉延续分布的丘陵地带。最高山峰为海拔701.8m的黄顶山，渤海沿岸的沿海平原沟通关内外。兴城市内较大的河流有兴城河、六股河、烟台河等[4]。

1.2 研究区构造背景

兴城台里地处辽宁省西南部，所处大地构造位置为华北地台北部燕山台褶带东段，东南为渤海湾盆地，北临内蒙地轴，如图1。兴城地区是中、新生代时期中国东部大陆边缘活动带的组成部分，属太平洋构造域（任纪舜等，1980），两大构造域交接复合（内蒙地轴和燕山台褶带），区域地质构造复杂[1-4，7]。

图1 辽西南部综合地质图

华北地台在早元古代末吕梁运动以后长期以来（尤其是古生代阶段）表现为相对稳定的地区。但是在地台发展阶段中，地台内部地质构造发育及发展历史是不均一的，根据其内部的差异可将华北地台进一步划分为十个二级构造单位，它们是：内蒙地轴、鲁东地盾、辽东台背斜、山西台背斜、鲁西台背斜、鄂尔多斯台向斜、辽冀台向斜、燕山台褶带、豫淮台褶带、贺兰—六盘山褶带。兴城地区位于燕山台褶带东段。

华北地台在进入中、新生代时期，尤其是燕山构造旋回，地台的构造运动和岩浆活动都加强了，显示出相当强的活动性。

2. 兴城台里地区含石榴子石结晶岩系相关特征

2.1 礦物分析

石榴子石的相关种类主要有这些[9]：

（1） 镁铝榴石：红色、紫色、黄红色；

（2） 铁铝榴石：褐色、暗红色、紫红色；

（3） 锰铝榴石：黄橙色、橙红色；

（4） 钙铝榴石：褐黄色、黄色、黄绿色、绿色；

（5） 钙铁榴石：黄绿色、翠绿色、黑色；

（6） 钙铬榴石：绿色。

在台里地区产出的石榴子石为红色系，在结晶岩系中呈细小颗粒状产出，石榴石结晶岩在台里地区以脉状形式出现在早期形成的花岗闪长质片麻岩、眼球状花岗质变晶片麻岩中，并被后期的基性岩脉切穿。

结晶岩的矿物分析：根据矿物的定名法则，含石榴子石的结晶岩主要矿物以碱性长石40%～60%、斜长石20%～30%、石英30%～35%为主要矿物网，黑云母为次要矿物以及石榴子石为副矿物，初步定名为含石榴子石二长花岗岩，但是石榴子石为一种高温高压特征变质矿物，该结晶岩也可定位浅粒岩或者白粒岩。

浅粒岩：浅粒岩又称白粒岩，含暗色矿物很少，色白具细粒变晶结构，由酸性火山岩或长石砂岩经区域变质形成[9]。

能作为矿体的浅粒岩，要求其中长石和石英的含量大于90%（长石含量大于25%）。因为该种结晶岩长石和石英为含量在90%以上，而暗色矿物也很少，在矿物分析中有细晶结构，也可以说是粒状变晶结构，但是由于石榴子石是一种高温高压变质矿物，其主要产于变质岩中，含有石榴子石的结晶岩应为变质岩的一种。在阐述浅粒岩时，其由酸性火山岩或长石砂岩经过区域变质形成，而大量的石英和长石也正好论证了这一点。

2.2 成因分析

兴城台里地区主要出露的脉岩体有对于本区出露的较大规模岩石类型主要为黑云角闪斜长片麻岩、花岗质片麻岩、块状浅色花岗岩；对于脉岩类以眼球状花岗质片麻岩侵入规模较大，其它脉岩则以小规模的脉体形式产出，如伟晶花岗岩、石榴石结晶岩。根据其穿插关系大致知道其新老关系和产出先后[2-3]。

含石榴子石结晶岩在岩脉体出露中为较晚的，其出露过程中由于交代围岩产生高温环境，同时由于出露结晶岩的结晶作用或者是变质结晶作用明显，使得岩体颗粒大小相近，用岩浆岩的成因分析，应该是在结晶中心缓慢生长而绕结晶中心快速生长的过冷度环境生成的，如果用变质岩形成的原理，岩石形成条件在与围岩交代过程中就必须是有大量流体参与变质反应，而在岩浆期后变质结晶过程中绕早先形成的结晶中心缓慢变质结晶形成花岗变晶结构。在结晶岩与围岩接触带上有变质现象，这不能说明该岩石就是变质岩，因为在边部高温环境的变质不代表整体就是变质岩。但是石榴子石在结晶岩体中的中部条带状产出，分析是由于脉体在产出时受到挤压，可能产生了接触变质或者是动力变质作用，但是考虑到岩石没有明显的碎裂现象，应该不会是动力变质作用。

在对含石榴子石结晶岩成因分析中，推断有两种可能性：一、该种结晶岩为花岗细晶岩或者就是花岗岩，根据岩石矿物组成可以详细定名为石榴子石黑云母二长花岗岩；二、该种岩石为变质岩，同样符合这种矿物组合的浅粒岩（白粒岩），详细定名为花岗变晶结构石榴石白粒岩，单从矿物组成来看，这两种分析都是有存在的可能性的。如果认为该种岩石为变质岩也就是浅粒岩时，原岩是岩浆岩系脉岩产出，有可能是在脉体产出过程中同时发生变质，在高温高压条件通过区域变质或者接触交代变质形成石榴石，使得石榴石的分布在脉体的中部，如果是花岗岩体，石榴石集中在中部的可能性是由于岩体在产出地表时由于温度降低，岩体收缩而导致石榴子石集中在岩体中部。

如果把该种岩石认定为花岗岩类，对于岩石的成因目前有两种假说，一种是岩浆成因的，另一张是花岗岩化的。岩浆成因认为花岗岩类岩石是由花岗质的中性岩浆在温度降低岩浆冷凝过程中形成的；花岗岩化作用认为花岗岩石由于水热熔液、透岩浆熔液等以不同方式交代先成的固态岩石形成的，也就是先成的岩石在原地发生了花岗岩化作用，也叫作原地花岗岩[10-12]。当然通过分析可知，该种含石榴子石的结晶岩在原岩的脉体形成之后再发生花岗岩化作用的可能性要小得多，因为在台里这片区域还含有花岗片麻岩、辉绿岩等脉体，而且根据相互的穿插关系，如果该种结晶岩是由于原岩形成之后再发生交代作用，相对该种岩脉老的脉体就更应该会发生花岗岩化作用。如果该种岩石是由于花岗质熔体溢出地表在温压降低时岩浆冷凝收缩形成花岗岩是有说服力的，当然前提是该种结晶岩中没有出现石榴子石这种特征变质矿物。

再把该种岩石认定为变粒岩，变粒岩是属于区域变质岩的一种，在长英质岩类的区域变质岩中麻粒岩相主要矿物组合，有石英—正长石—斜长石—夕线石（蓝晶石）—石榴子石的矿物组合，同时由于区域变质岩一般呈大规模分布，而在台里地区的含石榴子石结晶岩只是局部一个小脉体，在矿物组合和区域概况上并不符合。所以在大的方向上该种岩石应该是岩浆成因的花岗岩脉，但是在局部空间上是由变质现象的反应，集中表现在岩体大量分布的石榴子石这种特征变质矿物，同时在该区域上还存在花岗片麻岩脉体，也就是该区域上是可以将原岩变质形成变质岩，只是由于时间和物化条件在空间上的差异，或者花岗岩体在形成之后发生两次变质作用，但是在前一次高强度变质作用发生之后才发生另一次花岗岩体也就是现在的含石榴子石结晶岩产出，之后再发生第二次较前一次变质作用浅的变质，该次变质发生在第二次岩体出露地表的冷凝收缩时候。

3. 兴城台里结晶岩系中石榴子石成因和特征

3.1 石榴子石特征

野外观察：石榴石在岩体分布主要在脉体的中部，颗粒状，新鲜面红色，风化面为浅红色的白色，花岗变晶结构或者细晶结构，条带状构造或者块状构造，主要矿物成分为石英、长石等，可见细小颗粒的石榴石。

镜下特征：粒状变晶结构或者花岗变晶结构、细晶结构，在接触带上有蚀变现象，主要矿物有碱性长石30%左右，微斜长石约20%，斜长石25%左右，石英30%，黑云母约3%，石榴石0～5%。其中，微斜长石在岩体中呈格子状双晶，斜长石多为卡式双晶，在微斜长石和斜长石组成的空隙中残留有圆度较好的和港湾状的石英颗粒，石英有反应边，反应岩浆期后的变质结晶现象。长石类矿物呈多期次性，在長石边部有明显蚀变现象，碱性长石与斜长石接触界限平直；石榴石含量较少，但是粒径较大，单偏光西正高突起，表面裂纹发育，蚀变现象明显，正交偏光下全消光，黑云母含量很少，部分已发生绿泥石化和绿帘石化。

根据石榴子石种类和环境分析，该石榴子石应为铁铝榴石。

3.2 石榴子石成因环境分析

石榴子石是一种高温高压的特征变质矿物，其存在的环境也就是在高温高压下，其在空间上的产出为分布在岩体中部，总体呈条带状，单晶呈颗粒状没有发生碎裂变形，石榴子石的存在反应的是高温高压的区域变质环境，但由于石榴子石是所在脉体只是小规模产出，没有形成区域上的大范围，则石榴子石的变质有可能是在满足于区域变质岩形成条件的小范围的环境之中[5-8]。

将石榴子石所在脉体认定为花岗岩类，则岩体的形成是在岩浆成因方式，也就是在地下岩浆上涌到地表时由于温压降低达到岩浆结晶的过冷度以下环境时固结成岩，在此过程中由于岩浆瞬间喷出地表时温度升高而发生局部变质，达到区域变质岩形成条件的局部变质状态，产生石榴子石该类特征变质矿物，同时由于温度的降低，以及岩浆在结晶固结时温度降低使得岩浆冷凝收缩，使得产生的石榴子石集中在脉体中部。该类花岗岩在结构上呈现细晶结构，而大多数细晶岩的形成机制是在侵入的花岗岩脉体结晶固结之后剩余残浆沿着花岗岩脉体及周围围岩中的裂隙充填形成。富水的剩余残浆贯入裂隙中，就从高压环境进入相对低压环境，残浆中的水分子快速气化溢出，体系处于无水和少水的固相线温度以下，导致剩余残浆快速成核并且绕核结晶，形成细粒的细晶结构。但是，在细晶岩成岩过程中还有一些形成机制，就是岩浆在溢出时交代围岩或者是通过岩浆与围岩的同化混染作用形成。

4. 台里地区含石榴子石结晶岩系与石榴子石结晶演化机制

台里地区结晶岩系出露很多，多以脉状产出，主要出露的岩脉一岩浆脉体和变质的岩浆脉体为主，含石榴子石的结晶岩的年龄在该区域是比较老的，故其形成之后有一定的变质。其形成演化的过程基本如下：

1、更老的脉体从地表溢出，这些脉体岩性主要是现在的花岗质片麻岩、眼球状花岗质糜棱岩等；

2、含石榴子石结晶岩产出，穿切原有的脉体，在岩浆热液喷出地表时压力减小、温度升高，使得岩浆快速形成大量核并在温度降低到过冷度以下时结晶固结，同时由于温度升高，含水残浆中的水分子逃逸而形成一个局部无水的状态，在固相线以下结晶形成细晶结构；

3、后期形成的其他侵入脉体产出切割先成脉体，同时在局部形成区域变质条件，在岩浆期后热液活动中发生局部变质，或者是在岩浆溢出地表时局部变质，产生满足于铁铝榴石形成条件和场所，由于岩浆冷凝收缩使得铁铝榴石主要集中在脉体岩石中部；

4、形成的各种结晶岩在漫长地质年代发生局部变质，使得该结晶岩中的云母部分绿帘石化和绿泥石化。

5. 结论

（1） 台里地区结晶岩中产出的红色颗粒状矿物质为石榴子石类的铁铝榴石；

（2） 铁铝榴石这种高温高压的特征变质矿物的出现标志着原岩脉体在形成中有区域变质的条件；

（3） 含石榴子石的结晶岩在岩性上为花岗细晶岩类，在种属上属于岩浆岩类，但是在局部是有变质现象的发生；

（4） 石榴子石在结晶岩中的产出状态为集中在脉体中部，是岩浆残浆在冷凝过程收缩和交代变质的结果。

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