Question

岩相古地理

Answer 1

古元古代里尔峪组早期是硼矿形成的早期。在辽东裂谷海槽（一级盆地）中存在有营口、凤城、宽甸与吉林的集安4个次级火山-沉积断陷盆地（二级盆地）（图3-5）。古火山活动为成矿盆地带来巨量成矿物质。盆地下陷较深并受同沉积断裂控制。沿成矿盆地中的断裂，分布有与火山活动有关的热泉和喷气孔群（冯本智等，1998）。

岩石中变价铁计算结果，Fe₂O₃/FeO比率较大，表明含硼岩系沉积于氧化环境，Eh值应大于1，同时反映水体很浅（Barley M.E.et al.，1979）。镁质碳酸盐大都形成于1～3 m浅水潮间带或潮上带，反映碳酸盐岩沉积期时为浅水条件。含硼岩系底部磁铁矿-微斜长石岩具有高K₂O和Fe₂O₃/FeO比值，从岩石矿物学和地球化学特征推测它们可能是红层变质的产物（Peng Q.M.and Palmer M.R.，1995）。因此古沉积环境可能为裂谷早期干旱气候下的红层沉积向滨浅海泻湖相沉积转化的环境（彭齐鸣等，1994，1999；Gresens R.L.，1978；Higgins M.D.and Shaw D.M.，1984；Hutchison R.W.and Engels S.G.，1970）。该地广泛发育的层状电气石岩显示了蒸发环境（Slack J.F.et al.，1993，1996）

图3-5 里尔峪期沉积期岩相古地理略图

（据姜春潮等，1987，修改）

1—里尔峪组沉积；2—深断裂带及硼矿床分布带；3—太古宙基底；4—含硼二级盆地。硼矿床及编号：1—营口大台沟；2—辽阳诸葛岭；3—营口后仙峪；4—辽阳生铁岭；5—凤城翁泉沟；6—凤城二台子；7—凤城边沟；8—宽甸红石砬子；9—宽甸砖庙；10—宽甸杨木杆；11—宽甸五道岭；12—集安高台沟

含硼岩系中富镁碳酸盐岩层、透镜体的存在，以及矿层中白云石、菱镁矿的大量出现，指示海水一度为碱性，pH值达9，说明盆地中保持碱性介质环境是形成镁硼酸盐有利的条件（黄镇福，1992）。此外，由矿石的成分来看，成矿盆地海水中富含 B、Fe、Mg、Si、K、Na以及CO₂、

、F^-、Cl^-等组分，表明盆地沉积期海水的盐度较正常者为高，是一种成分相当硫酸盐-硼酸盐型的热卤水盆地。据含硼岩系中容矿镁质大理岩的氧同位素δ¹⁸O_（SMOW）为＋9.1‰～＋21.5‰，估算含硼成矿盆地的古海水温度约在60℃以上（冯本智等，1999）。硼同位素分析结果表明其为非海相的海相蒸发岩系（Harder.H，1970；肖荣阁等，1999）。

综上所述，认为里尔峪组含硼岩系沉积期属裂谷早期构造环境，为干旱气候下的红层沉积，随着裂谷的打开，火山活动比较频繁，初期以碱性玄武岩喷溢为主，中后期则以中酸性火山岩和流纹质岩石为主的双峰式火山岩，并携带大量的硼镁质。由于当时气候干旱，在海相浅水的环境下，蒸发使海水浓缩，盐度增高。在此蒸发环境中，富硼热水补给，沉积富镁碳酸盐和硼酸盐。

古元古代大石桥期，菱镁矿沉积成矿作用受岩相古地理控制。古元古代时，辽东裂谷盆地东西长300km，南北宽100km（陈荣度等，1984，1994）。古地磁研究（姜春潮等，1987），表明大石桥组处于古纬度较低（北纬17°～28°）的干旱的热带或亚热带环境。盆地沉降中心分布于主断裂北侧的虎皮峪—红石砬子一带。其北侧为斜坡带，向南逐渐加深。根据岩石类型、矿物组合、CaO、MgO等地球化学指标，将大石桥期含矿建造沉积相由北而南划分为滨岸碎屑岩相→闭塞台地相→沿岸滩坝相→半闭塞台地相→开阔台地相（董清水等，1996）（图3-6）。其中，菱镁矿产于闭塞台地相-泻湖相，形成于平均低潮线以下的沉积区，其沉积环境可能代表古陆边缘的泻湖，为蒸发环境。

图3-6 辽东古元古代大石桥期岩相古地理分布略图

（据董清水等，1996）

1—滨岩碎屑岩相；2—泻湖相；3—沿岩滩坝相；4—闭塞台地相；5—浅海槽盆相；6—古陆

前人已发现菱镁矿矿层中有大量变余的沉积组构，如变余的层理、层纹、斜层理、豆状、结核状、波痕、雹痕、滑塌构造等（冯本智等，1995）。作者最近在野外工作中，除观察到上述地质现象外，还在大石桥附近的大岭菱镁矿采场发现菱镁矿矿层附近所夹的灰黄绿色泥质碳酸盐岩共生有40～50 cm厚的透镜状石膏夹层。其中石膏和硬石膏均为结晶矿物，含量可达60%以上。矿石裂隙中还有2～5 cm厚的白色纤维石膏（图3-7）。采样后分析，石膏硫同位素δ³⁴S_VCDT（‰）为23.9～26.5。石膏产状、矿物组合和硫同位素等特征说明这种石膏不是火山热液成因的石膏，而是海相沉积蒸发岩系的标志。

大石桥菱镁矿大理岩中发现有大量叠层石（图3-8），这说明菱镁矿沉积时有生物的参与。另一方面也说明当时气候温暖，海水干净。现代叠层石研究认为，藻类一般形成方解石和白云石，很难形成菱镁矿；但是现代沉积环境与古代是有差别的。元古宙全球海水富镁和大气缺氧并富集CO₂（涂光炽，1996），有利于形成菱镁矿。当初海水中Mg^2＋普遍较高，起初叠层石吸收Ca^2＋、Mg^2＋形成白云石，海水中Ca^2＋减少，而Mg^2＋相对增高，这时叠层石也可吸收Mg^2＋积聚形成菱镁矿。

图3-7 辽东古元古代大石桥组菱镁矿共生石膏标本及显微镜下矿物组合特征

左—石膏标本；右—显微镜下石膏矿物与白云石共生

图3-8 辽东古元古代大石桥组菱镁矿大理岩中叠层石