登封-许昌变质地体

　豫皖陆块中花岗质杂岩的时空分布和地球化学特征~

一、时空分布
花岗质杂岩是豫皖陆块的重要组成；在太华-鲁山-霍丘变质地体出露广泛，约占整个出露面积的80%，而在登封-许昌变质地体中，约占岩石整个出露面积的70%。
花岗质杂岩大都以底辟方式侵入表壳岩和原先存在的长英质片麻岩中，少部分呈逆冲断层与围岩接触。杂岩体大都形成穹隆构造，但由于多期变形作用的改造，大多数底辟穹隆构造已残缺不全。在太华-鲁山-霍丘变质地体的鲁山斗沟-黄土坡一带，霍丘、颖上一带以及蚌埠东北一带，穹隆构造较比完整。在霍丘、颖上一带大致呈近南北（微偏北东）的卵形，而在蚌埠东北的则呈近东西向的卵形。在登封-许昌变质地体中的登封城西、君召甄窑、伊川三尖山-拉马店、箕山凤穴寺-瓦窑和夏店，穹形构造较完整，在平面上呈卵圆形，长轴近东西，在区域上呈东西向的串珠状分布（张国伟，1982），这些穹隆构造在太古末期曾受南北向挤压形成小型东西向紧闭褶皱，元古时期的构造变形，导致穹隆形成轴向近南北的宽缓褶皱以及片理带、面理和线状构造。在太华-鲁山-霍丘变质地体西段的太华鲁山一带的太古宙花岗质杂岩以TTG岩系为主，以往大都称为混合岩和混合花岗岩。东段的霍丘和蚌埠地区往往均称为混合岩和混合花岗岩。对东段研究的新资料很少。
在登封-许昌变质地体中所见的花岗质杂岩是多期侵入的复合岩体，它们包括了奥长花岗质片麻岩、英云闪长岩和“变闪长岩”，奥长花岗质片麻岩（黑云斜长片麻岩）形成最早；淡色钠质花岗片麻岩次之，它基本上沿穹隆或背斜部侵入奥长花岗质片麻岩和表壳岩中，露头形态为长轴状，轴向近东西，边部具有纵横交错的许多脉和岩枝，机械注入和切割围岩。“变质闪长岩”形成最晚，它分别侵入于登封岩群的下部地层和奥长花岗质片麻岩中，但末见直接接触，岩体边部具较弱的边缘混合岩化带。
上述花岗杂岩曾被2300～2350Ma的钾质花岗岩（原称花岗岩）和有关伟晶岩穿入。根据现有花岗杂岩的年龄资料（详见第五节）主要属新太古代。
二、地球化学特征
在太华-鲁山-霍丘变质地体中，目前只有鲁山地区有少量花岗质岩石地球化学资料，霍丘地区有两个岩石地球化学资料。在登封-许昌变质地体中，只在登封地区有较完整的数据，前人研究也较详细（张国伟、郭安林，1985；王泽九、沈其韩等，1987；郭安林、张国伟，1989；游振东，1986）。
现将两个变质地体中花岗质杂岩的主要元素和微量元素等资料分别列于表7—6和表7—7。
根据Barker（1979）提出的典型英云闪长岩和奥长花岗岩的定义（CaO占1.5%～3.0%,Na2O占4.0%～5.5%,K2O＜2.5%和Na2O/K2O＞2）和O’connor（1965）的An—Ab—Or图解，太华-鲁山-霍丘变质地体，据郭安林研究（1989），鲁山和霍丘新出露的花岗质岩石在An—Ab—Or上分别位于英云闪长岩和奥长花岗岩区，而以后者为主。据作者等收集到的少数资料在An—Ab—Or图上投点，均位于奥长花岗岩区（图7—17），登封-许昌变质地体中登封地区的原称黑云斜长片麻岩和钠质花岗质片麻岩主要属奥长花岗岩，“变质闪长岩主体属花岗岩（图7—19）”，郭安林（1988），郭安林、张国伟（1989）统称之为TTG岩套或灰色片麻岩。
根据AFM和K2O—Na2O—CaO图解，这些花岗质岩石均可归属奥长花岗岩系列。两个变质地体中的大部分花岗质片麻岩样品的Al2O3含量均大于或接近于15%，再根据Al2O3—Yb图解，相当于高铝型。据AFM图解（据郭安林等，1989），这些高铝型TTG岩套的投点密集区与西格棱兰阿米索克片麻岩的基本一致。登封-许昌变质地体中登封地区的TTG与太华-鲁山-霍丘变质地体中的同类岩石相比较，既有许多相似性也有一些重要的差别。
在相似性方面，主元素含量十分相近，FeO+MgO,N2O/K2O比值稍高，Ba高，Sr低，Cr、Ni、Co含量十分一致，在稀土地球化学配分方面，均为轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，铕为正异常，呈向右倾斜较大的曲线（图7—18，图7—20）。
差别方面主要是，登封地区的奥长花岗质—英云闪质片麻岩的REE总丰度，LREE、HREE和（Ce/Yb）N含量均低于太华地区。相对球粒陨石而言，太华变质地体中鲁山的奥长花岗质-英云闪长质片麻岩的分异较强，其轻重稀土的分镏程度也较大，上述差别可能显示两地岩系具有不同的源岩成分、岩浆形成深度和分异程度。
“变质闪长岩”仅见于登封地区，按岩相划分相当于石英二长岩、花岗闪长岩和闪长岩（王泽九，沈其韩，1987）而以花岗闪长岩为主，但在An—Ab—Or上（图7—19）均位于花岗岩区，其FeO+MgO＞7%,CaO为4.7%,K2O为4.15%，含量均较高，Na2O/K2O比值稍低（1.14），微量元素Sr、Ba、Cr、Ni、Co等含量均高，稀土总量较大（378.43×10-6～498.6×10-6），Eu/Eu*0.77～0.88，主要的岩类稀土配分为轻稀土富集，重稀土亏损，呈一向右陡倾的曲线，不同的岩类，曲线十分一致，表明是岩相不同的同一岩类。但在登封地区（表7—7之2）和霍丘地区（表7—6之3）的奥长花岗片麻岩的稀土配分曲线与前述很不相同，前者Eu异常明显，重稀土更加亏损，而后者正Eu异常更为明显，可能代表另一种岩类（图7—18,7—20）。
关于奥长花岗质-英云闪长质片麻岩成因，郭安林等（1989）已作过详细研究，认为登封灰色片麻岩（TTG）是由石英榴辉岩的10%～35%部分熔融形成，而石英榴辉岩系登封火山沉积岩系（绿岩）中（斜长角闪岩、拉斑玄武岩）的转变产物。同时推断太华地区的同类岩石可能由富REE的母岩部分熔融而成。

表7—6　太华-鲁山-霍丘变质地体中鲁山和霍丘地区花岗岩石化学成分（%）和微量元素分析


表7—7　登封-许昌变质地体中登封地区奥长花岗质岩石和“变闪长岩”的岩石化学成分（%）和微量元素数据

注：1～6，14据郭安林、张国伟（1989），7～10据游振东（1986）；11～13据王泽九、沈其韩等（1987）。
作者等同意郭安林等（1989）的意见：TTG岩系的形成与演化是本区新太古代陆壳增生-分异过程中的重要岩浆事件，对中朝古陆南缘新太古代的最终克拉通化起到重要作用。

图7—17　鲁山、霍丘地区花岗质岩石的An—Ab—Or图


图7—18　鲁山、霍丘地区花岗质岩石的稀土配分曲线（详见表7—6数据）


图7—19　登封地区花岗质岩石的An—Ab—Or图解


图7—20　登封地区花岗质岩石的稀土配分曲线（数据见表7—7）

登封市属于河南省郑州市，是县级市。
登封市位于河南省中西部，中岳嵩山南麓。市境东西长56千米，南北宽35.5千米，总面积1220平方千米；登封市辖3个街道、8个镇、4个乡、1个工业区和1个矿区。
郑州，河南省省会，是中国中部地区重要的中心城市、国家重要的综合交通枢纽、中原经济区核心城市，地处华北平原南部、黄河下游，居河南省中部偏北，东接开封市，西依洛阳市，南与许昌市、平顶山市接壤，北隔黄河与新乡市、焦作市相望。

拓展资料：登封市位于河南省北中部，地理座标为：北纬34°35’～34°15’，东经112°49’～113°19’。东临新密，西接伊川，南与禹州、汝州交界，北与偃师、巩义毗连。全市东西长58公里，南北宽36公里，总面积1219平方公里。
参考资料：百度百科 河南省

一、分布

出露于河南嵩山和箕山一带的地质体大致呈近东西向分布，向东至许昌一带渐转为北西—南东向，东南部多据钻孔资料，地表出露不多。该变质地体全长约180km，宽约40～50km。

二、岩石组合和层序

如前所述，登封-许昌变质地体由变质表壳岩和花岗质杂岩所组成，花岗质杂岩将于第四节中详述，这里主要介绍变质表壳岩。

本区变质表壳岩主要以登封岩群为代表，主要分布于河南中部的登封、伊川、临汝和许昌等地，而以登封最有代表性。登封岩群岩层层序和岩组划分，各家很不一致。现将较重要的简述如下：1965年1∶20万临汝幅地质图将该岩群自下而上分为何家沟组、石牌河组和郭家窑组，1976年湖北省地质矿产研究所将其分为郭家窑组、金家

组和草庙沟组，1979年西北大学将其自下而上分为郭家窑组、金家

组和老羊沟组，并认为临汝安沟地区的岩石与登封地区的明显不同，另行分出安沟群，属下元古界。1988年胡受奚等认为河南登封君召地区原登封群内存在不整合，不整合面以下的石牌河组命名为石牌河群，属新太古代，而将其上的郭家窑组、金家

组和老羊沟组命名为君召群，属下元古界下部。1989年河南省区域地质志将该岩群自下而上划分为石牌河组、郭家窑组、常窑组和石梯子沟组。

本文采用西北大学（1979）和张国伟等（1982）的划分方案，即自下而上分为郭家窑组、金家

组和老羊沟组。其各组的岩石组合系参考了各家描述作综合性的归纳：

郭家窑组，为下部岩组，主要岩石组合为斜长角闪（片）岩、角闪变粒岩和斜长角闪片麻岩（角闪质岩石主要为拉斑玄武岩），底部为黑云变粒岩、浅粒岩夹少量二云石英片岩，原岩以基性火山熔岩为主，形成拉斑玄武岩和少量中酸性火山沉积岩，还有少量沉积岩的岩石组合。

金家

组，为中部岩组，下部以黑云变粒岩、斜长角闪（片）岩，云母类石英片岩为主夹少量铁英岩和阳起铁英岩透镜体，原岩以中酸火山岩，拉斑玄武岩，泥砂质岩和铁硅质岩为主。上部为云母类石英片岩、云母片岩夹少量斜长角闪片岩，原岩以泥砂质岩、粘土岩和层凝灰岩为主。早期以火山喷发为主，晚期以海相沉积为主。

老羊沟组，为上部岩组，以云母类石英片岩为主，云母片岩、绿泥片岩和绿泥石英片岩次之，夹少量变质砾岩透镜体，岩石普遍含砾石，原岩主要为粗碎屑岩和少量细碎屑岩，相当于快速堆积的磨拉石建造（张国伟，1982）。

整个登封岩群可以分为两大部分，下、中部以基-中酸性火山建造为主，上部以沉积建造为主。总体上属变质火山-沉积岩系。

许多地质工作者认为，登封岩群的三个岩组可分别与鲁山地区太华岩群的荡泽河组、铁山岭组和水底沟组进行对比。

三、地球化学特征

登封岩群和太华岩群等一样，组成的岩类较多，但地球化学资料很不齐全，本文着重论述其中的变基性火山岩的地球化学特征，中酸性火山岩本应论述，但由于缺乏岩石化学和地球化学资料，只能以后进行，现将登封岩群中变基性火山岩——斜长角闪岩的岩石化学数据和国外同类岩石地球化学数据列于表7—5中。

表7—5中所列的斜长角闪（片）岩的常量元素的平均数，既有全区的，也有两个分区的，但主要的问题是微量元素数据没有或很少，稀土元素数据稍多一些，但大多没有与常量元素数据配套，难以充分利用，极大地影响了地球化学特征的分析。

登封岩群斜长角闪（片）岩常量元素的总的特点是Fe₂O₃+FeO含量较高（12.34%），但比太华岩群同类岩石稍低。TiO₂含量高（＞1.0%）,MgO含量稳定在6.71%～6.88%之间。CaO含量为9.9%，稍大于太华岩群的同类岩石。K₂O含量为0.68%，低于太华岩群和霍丘岩群的同类岩石，与大陆拉斑玄武岩的含量一致，与岛弧拉斑玄武岩也较接近，郭安林（1987）提供的8个样品的K₂O平均含量只有0.14%，查遍35个样品中，相当这一数字的极少，郭氏的数据可能有误。

微量元素：8个样品的Cr、Ni和Co的平均值分别为316×10^-6,105×10^-6和50×10^-6,Sr为175×10^-6,Ba为416×10^-6，郭安林（1987）所称安沟群斜长角闪（片）岩的Cr含量较低，Ni和Co的含量与上述基本一致，Sr为193×10^-6,Ba为186×10^-6，比登封岩群中的同类岩石低2.2倍。

如将登封岩群中35个岩石化学数据投于FeO^*-Na₂O+K₂O—MgO三角图中，除个别样品点位于钙碱性玄武岩区外，多位于拉斑玄武岩区（图7—10），表7—5中1～5的样品也无例外地落于拉斑玄武岩区（图7—11）。在FeO^*+TiO₂—Al₂O₃-MgO图上，都位于富铁拉斑玄武岩区（图7—12）。

登封岩群上部斜长角闪岩（张国伟等1982、郭安林1987称为安沟群斜长角闪片岩）（表7—5之5）的稀土配分曲线与大陆拉斑玄武岩的稀土配分曲线的形态很一致，均为轻稀土富集，重稀土呈平坦的直线，稍不同的是稀土总量较低，呈平行状曲线位于典型大陆拉斑玄武岩曲线之下。Eu异常不明显或微显正值（图7—13）。它们与Condie（1981）的洋脊－岛弧玄武岩的曲线也相近似。

表7—5　登封岩群中斜长角闪岩的岩石化学成分（%）并与国外同类岩石比较

说明：1．河南嵩箕地区登封岩群中斜长角闪（片）岩共35个样品的主化学成分的平均值，原始数据据涂绍雄（1981），孙勇（1982）和胡受奚等（1989）；2．河南登封君召地区登封岩群中斜长角闪岩18个样品的平均值，据胡受奚等（1989）；3．河南箕山地区登封岩群中斜长角闪岩共5个样品的平均值，原始数据据胡受奚等（1989）；4．登封岩群斜长角闪（片）岩8个样品的平均值，据孙勇（1982）；5．登封岩群上部斜长角闪（片）岩（张国伟，1992，郭安林1987称为安沟群）五个样品的平均值，据郭安林（1987）；6～8．据K.Condie（1981）。

图7—10　登封岩群斜长角闪岩的FeO^*—Na₂O+K₂O—MgO图

图7—11　登封岩群斜长角闪岩平均值FeO^*—Na₂O+K₂O—MgO图

图7—12　登封岩群斜长角闪岩的FeO^*+TiO₂—Al₂O₃—MgO图

图7—13　登封岩群斜长角闪岩稀土配分曲线与典型岩类的比较（4～8顺序名称详见表7—5）

登封岩群主体的斜长角闪岩（表7—4之4）的稀土配分曲线是轻稀土轻微富集，显负Eu异常，重稀土呈平坦直线（图7—13），与典型的大陆拉斑玄武岩和岛弧拉斑玄武岩均有一些差别，可能因受到陆壳混染所致，其形态特征仍在Condie（1981）的钙碱性-岛弧拉斑玄武岩的分布范围内。在TiO₂—Al₂O₃/TiO₂图上（图7—14），大部分样品位于岛弧拉斑玄武岩趋势线上，在TiO₂—K₂O—P₂O₅三角图上（图7—15），少部分（5个样品）位于大洋拉斑玄武岩区，大部分位于非大洋拉斑玄武岩区。而在MnO×10—TiO₂—P₂O₅×10三角图上（图7—16），除一个样品位于大洋岛弧拉斑玄武岩区外，均投入岛弧拉斑玄武岩区。

综合比较后认为登封岩群斜长角闪岩主体可能是岛弧拉斑玄武岩。

据孙勇（1982）和郭安林（1987,1989）研究，登封岩群基性火山岩与中酸性火山岩以及稍后侵入的TTG岩系常组成双峰式岩套。

四、变质与变形

登封-许昌变质地体的变质作用，前人已有研究，如丛柏林等（1978）在许昌，游振东（1981）在登封的研究，后者除着重嵩山登封岩群的区域变质作用的研究外，还对变质与变形的关系进行了探讨，张国伟等（1982）则从变形的角度，探讨了变形与变质的关系。

（一）区域变质作用

1．变质岩的变质矿物共生组合

登封岩群是登封-许昌变质地体的主要组成，其主要的变质岩类为粘土质-长英质变质岩和基性变质岩类，其代表性的变质矿物共生组合主要有：

十字石＋石榴石＋石英

黑云母＋白云母＋更长石＋石英（有时还含有少量钾长石）

斜长石＋普通角闪石

2．变质作用的温压条件

根据登封岩群变质岩共生矿物组合所确定的温压范围，白云母片岩中白云母b₀=9.0243和斜长角闪岩中普通角闪石成分投于Al^Ⅳ—Si和AlN-Al^Ⅵ图等实际资料，综合考虑后，游振东认为本区早期区域变质温压范围为T＝550～600℃，p=0.45～0.75GPa。变质相达角闪岩相。他又根据老羊沟地区出露的石榴云母石英片岩中石榴石—黑云母地质温度计所计算出的温度为477～503C，认为是区域变质晚期的温度，这一温度已属高绿片岩相。

图7—14　TiO₂—Al₂O₃/TiO₂图解

1—登封岩群斜长角闪岩；2—太华岩群下亚群斜长角闪岩；3—太华岩群上亚群斜长角闪岩；4—岛弧拉斑玄武岩

图7—15　嵩箕地区登封岩群斜长角闪岩的TiO₂—K₂O—P₂O₅图解

图7—16　嵩箕地区登封岩群斜长角闪岩的TiO₂—MnO×10—P₂O₅×10图解

IAT—岛弧拉斑玄武岩；OIT—大洋岛拉斑玄武岩；OIA—大洋岛钙碱性玄武岩；MORB—洋中脊玄武岩；CAB—岛弧钙碱性玄武岩

（二）变形

登封岩群的变形，熊成云等（1980），张国伟等（1982），游振东（1981）都做过详细研究。他们一致认为该岩群既遭受新太古期的强烈变形，又经受了古元古代不同期次的变形叠加，因此十分复杂。

前人均把新太古代变形归为嵩阳期，游振东划分为三幕，熊成云等称早期和晚期，张国伟等分为两幕。

据张国伟等的研究（1982），嵩阳期第一幕形成近东西向串珠状分布的穹隆构造及其间向斜、小褶皱、区域顺层片理、小褶皱褶轴线理等，此期有基性和奥长花岗质—英云闪长质片麻岩（原称混合岩）岩系侵位。第二幕形成近东西向紧闭倒转的线状褶皱、轴面片理、窗棱、香肠和矿物线理，角闪岩相区域变质作用基本形成于第二幕。古元古代变形以两期近南北向构造叠加为主。第一期以南北向紧闭倒转褶皱与挤压性断裂构造带为特征，第二期可分两幕：第一幕主幕形成北北东向至近南北向紧闭褶皱和断裂，第二幕以北北东-北东向折劈构造和宽缓褶皱构造为特色，强烈改造了登封岩群的嵩阳期构造。

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