辽北地区新太古代花岗质岩石广泛出露，且以TTG系列为主。主要分布于清原浑河以北和抚顺以南大片地区。根据地质特征和同位素年龄测定，清原以南的花岗质岩石以中太古代为主，但其中一些可能也属新太古代，图4—1中作了示意性的表示。TTG花岗质岩石一般呈大面积分布，部分以小的岩株产出。对于大面积分布的TTG花岗质岩石，可进一步划分为英云闪长岩、奥长花岗岩或花岗闪长岩，但要在图上把它们分别表示出来则十分困难，故未作进一步区分。二长花岗岩出露不多，主要分布于该区北部。根据岩相学和地球化学研究，这些二长花岗岩与TTG岩石有成因上的联系，构成同一演化系列。较大规模的钾质花岗岩主要分布于该区南部（图4—1），呈现出一定的分带现象。清原以北较为重要的钾质花岗岩是红石砬子岩体，但规模不大，成因上也与南部的钾质花岗岩不同。
一、TTG系列花岗质岩石
1．地质地球化学特征
TTG系列岩石一般呈灰-深灰色，中-中粗粒，具强弱不等的片麻状构造。浑河断裂以北片麻理走向多为北东东，抚顺以南则以北北西为主。TTG系列花岗质岩石侵入新太古代表壳岩系，岩体中大都包裹有规模不等的斜长角闪岩、片麻岩、变粒岩等岩石包体，多呈条带状、似层状和透镜状产出。在北三家，见斜长角闪岩包体被强烈改造，角闪石转变成为黑云母、绿泥石、帘石构成的后成合晶冠状体。
图4—1 辽北地区新太古代地质略图 （据l∶50万地质图，赵宗溥等（1993），沈保丰等（1994）及其他人，略有增减和修改）
1—新太古代表壳岩系；2—（石英）闪长岩（?）；3—英云闪长岩；4—TTG花岗质岩石未分；5—花岗闪长岩；6—二长花岗岩；7—钾质花岗岩；8—剪切带；9—断层
TTG系列岩石中，英云闪长岩几乎都含有角闪石，含量一般少于10%。花岗闪长岩可含也可不含角闪石。抚顺南部郑家堡子的奥长花岗岩中无角闪石。TTG系列花岗质岩石虽大都有斜长角闪岩包体存在，但多数情况下角闪石是岩浆成因的，而不是斜长角闪岩分解的结果。角闪石具蓝绿（Ng）—黄绿（Nm）—浅黄（Np）多色性，晶形良好，粒度较大，可见简单双晶，这通常是岩浆成因角闪石的标志，在变质成因的角闪石中难以见到。特别重要的是，它们的稀土元素分配系数大于1（为2～10），而斜长角闪岩中角闪石的分配系数小于1，两者有很大的区别（沈保丰等，1994）。黑云母普遍可见，含量一般为5%～10%，它们与角闪石共生或单独存在。部分岩石中它们聚集成斑点状不均匀分布，可能为角闪石退变形成。浅色矿物主要为斜长石（50%～65%）、石英（10%～30%）和少量微斜长石。斜长石常有绢云母化。在演化程度较高的柏家二长花岗岩中含有较多的微斜长石。副矿物主要为锆石、磷灰石、榍石等。
岩石化学分析数据见表4—1a,b,c。TTG系列花岗质岩石以相对低SiO2、K2O，高MgO、TFeO、CaO,Na2O＞K2O为特征。从英云闪长岩到二长花岗岩，岩石SiO2、K2O不断增高，MgO、TFeO、CaO不断降低，与岩石中角闪石含量不断降低的趋势相吻合。在Ab—An—Or图上（图4—2），柏家岩体分布于靠近TGG点的花岗岩区内，郑家堡子奥长花岗岩分布于远离TTG演化趋势的奥长花岗岩区，它们各自的分异产物细粒花岗岩向富钾方向演化，图中用连线说明了它们的关系。
表4—1a 辽北地区太古宙花岗质岩石及表壳岩的常量元素组成（%）
表4—1b 辽北太古宙花岗质岩石及表壳岩的微量元素组成（10-6）
注：序号同表4—1a。
图4—2 辽北地区新太古代花岗质岩石的Ab—An—Or图
（个别数据引自沈保丰等，1994）
三角—TTG花岗质岩石；充填圆圈—花岗闪长岩；未充填圆圈—钾质花岗岩；图中下部用连线相连的三角和充填圆圈的右下侧样品分别是郑家堡子奥长花岗岩和柏家花岗闪长岩的演化产物；个别数据引自沈保丰等，1994
TTG系列花岗质岩石的稀土总量虽有变化，但一般都不太高。根据稀土组成特征，可划分出三种不同类型的稀土模式。
1）轻重稀土强烈分离，重稀土强烈亏损，出现明显的正铕异常（图4—3A）。
表4—1c 辽北太古宙花岗质岩石及表壳岩的稀土元素组成（10-6）
注：序号同表4—1a。
2）与第一种的类似，但铕异常不明显（图4—3C）。
3）轻重稀土分离相对较弱，具一定的负铕异常（图4—3E）。
岩石的稀土模式与其矿物组合之间存在明显的相关关系。具明显正铕异常的岩石一般不含有角闪石，岩性上为花岗闪长岩；不具明显正铕异常的岩石一般都含有较多的角闪石，岩性上主要为英云闪长岩。我们未作分析的摩里红岩体为英云闪长岩，含有角闪石，也不具有明显的正铕异常（沈保丰等，1994）。郑家堡子奥长花岗岩不具有正铕异常，不含角闪石。取自清原南部古城岩体的岩石样品具第三种类型的稀土模式，可能并不反映整个岩体的真实情况，而是表壳岩斜长角闪岩混染的结果。
图4—3 辽北新太古代TTG花岗质岩石的地球化学图解
采样位置：A和B—永陵北（LX9201），柏家（LF9209-1（中粗粒）和LF9209-2（细粒）），台沟（LF9208），北三家（LQ9202-1）；C和D—郑家堡子（LF9207-1（中粗粒）和LF9207-2（细粒）），大苏河（LQ9208-1），黑虎山（LF9204和LF9205），狍子沟（FQ9203-1）；E和F—古城（清原南，LQ9207-1）
在Pearce图上，所有岩石都表现出高场强元素Nb、Ta的相对亏损。郑家堡子奥长花岗岩（LF9207-1和2）和柏家花岗闪长岩（LF9209-1和2）的Ba相对于Rb、Th出现较明显的富集，与其它花岗质岩石有较大区别。所有岩石样品都不存在Ba相对于Rb、Th明显亏损的现象。值得注意的是，除郑家堡子奥长花岗岩外，其它花岗质岩石不活动性的高场强及轻稀土元素间存在不同程度的线性关系（图4—4）。这种现象在一些未受陆壳物质混合混染的玄武质岩石中可以见到，但在花岗质岩石，特别是成熟度较高的花岗质岩石中很少存在。
图4—4 辽北新太古代TTG花岗质岩石的元素相关图解
箭头指示了花岗质母岩和其演化产物细粒花岗岩之间的成分关系。异常成分点给出了岩石样品编号。图中方框为郑家堡子奥长花岗岩，表现出不同的演化趋势
2．成因讨论
英云闪长岩中通常存在数量不等的角闪石，但如前所述，它们大都是岩浆成因的。地球化学上，辽北地区新太古代斜长角闪岩一般具有平坦型的稀土模式，部分岩石轻稀土富集。重稀土部分的球粒陨石标准化值一般在10左右（沈保丰等，1994）。成熟度高的富铝质片麻岩重稀土亏损也相对较弱，并出现一定的负铕异常。而TTG系列岩石轻重稀土强烈分离，重稀土明显亏损与之有很大的区别。所以，轻重稀土强烈分离，重稀土强烈亏损应代表TTG花岗质岩石的固有特征，因此认为本区TTG花岗质岩石的稀土组成特征与斜长角闪岩和富铝质沉积变质岩包体的存在关系不大。
TTG系列岩石中，英云闪长岩演化程度最低，最能反映其原始岩浆的组成特征。由于高MgO、TFeO、CaO、Cr、Ni，低SiO2、K2O，稀土含量一般也低，它们难以由成熟度较高的陆壳物质如片麻岩类部分熔融形成，而很可能为玄武质岩石部分熔融的产物。如是这样，要熔出重稀土强烈亏损的英云闪长质岩浆，源区应有重稀土强烈富集的石榴石矿物相残余。另一方面，由于岩石中常有岩浆成因的角闪石存在，它们也应是源区稳定矿物相之一，这与岩石的稀土组成不矛盾。岩石中Al2O3含量普遍较高，不具有明显的负铕异常，表明斜长石在源区已被完全熔融或残余很少。可以认为，英云闪长质岩浆的熔融母岩为石榴斜长角闪岩类，残余相矿物主要为石榴石和角闪石。根据实验研究（Wyllie，1979；Rapp，1991），此种岩浆形成的压力条件大约是0.16～0.22Gpa，相应深度为55～70km之间。
如前所述，岩石的稀土模式与其组成矿物及岩性关系密切。英云闪长岩一般含有较多的角闪石，不具有明显的正铕异常。花岗闪长岩不含或只含有很少的角闪石，一般具有明显的正铕异常。另外，后者轻重稀土分离通常更强，重稀土更为亏损。根据花岗质岩石中岩浆成因角闪石重稀土相对富集，出现明显负铕异常的稀土组成特征（沈保丰等，1994），可以推知，角闪石的结晶分异对岩石稀土组成的变化起了重要的作用。但是，角闪石的SiO2含量较低，变化于40%～49%范围内（沈保丰等，1994），它们的结晶分异将增加岩石SiO2的含量，所以单用角闪石的结晶分异看来还不能完全解释岩石中La与SiO2之间虽不明显但却存在的负相关现象（图4—4F）。其原因还需作进一步的研究。
矿物组成对岩石稀土模式的影响也可从同一岩体演化产物的成分对比反映出来。抚顺的柏家岩体，含有少量的角闪石，具不明显的正铕异常。其分异产物，穿插在柏家岩体中细粒花岗岩不含有角闪石，出现较为明显的正铕异常，同时轻重稀土发生更为强烈的分离（图4—3）。与母岩相比，细粒花岗岩的轻稀土La,Ce更为富集，表明它们的总分配系数小于1。
TTG系列花岗岩中，不活动性元素La、Zr、P、Nb、Y等相互间存在不同程度的相关关系，亦表明它们之间具成因联系。其源区为未受外生作用影响或影响不大的火成岩源区，这些元素在源区主要不以副矿物形式存在。这与源区岩石为玄武质岩石的认识一致。元素间的相关性还表明花岗质岩石在形成演化过程中未受陆壳物质的强烈混染，锆石、磷灰石等副矿物未发生明显分离。花岗质岩石中虽普遍存在锆石、磷灰石等副矿物，但它们的晶出是在岩体定位之后的冷凝阶段，迁移范围一般未超过手标本大小。上述元素的变化关系可根据它们在角闪石中的分配系数得到合理的解释。岩石稀土组成及变化关系受造岩矿物而不是副矿物的明显制约，这与演化程度高的年青的花岗质岩石（吴澄宇等，1992）形成了鲜明的对比，显然与TTG系列花岗岩演化程度低有关。在这种情况下，应用分配系数进行模拟计算是可行的。
辽北地区TTG系列岩石中奥长花岗岩较少。郑家堡子奥长花岗岩的轻重稀土虽也强烈分离，但在多方面与其它TTG岩石存在大的差异。它们可能形成于成熟度更高的陆壳物质的部分熔融。由于岩体不含角闪石，穿插其中的分异产物细粒花岗岩稀土总量增高，稀土曲线大致平行上升，还出现一定的负铕异常。其演化趋势与柏家岩体中的细粒花岗岩完全不同。看来斜长石和黑云母的结晶分异起了重要作用。这与细粒花岗岩MgO、TFeO、Cr、CaO、Na2O含量降低是一致的，显示出分离矿物相不同对岩石成分演化影响的差异存在。
清原北部的狍子沟英云闪长岩体较为特殊，某些方面与（石英）闪长岩相似，在图4—1中把它作了单独表示。该岩体岩石中，存在较多的自形环带斜长石。样品（LQ9203-1）的Ba相对于Rb、Th表现出明显的相对亏损，与其它TTG系列岩石有很大区别，而与包裹于该岩体中的暗色角闪质包体（LQ9203-2）却十分类似（图4—5A）。角闪质包体大小不等，细粒，圆形或椭圆形，岩石外貌与表壳岩系岩石有很大区别。包体已发生强烈变质变形，主要由角闪石、斜长石组成。可以见到细粒包体与英云闪长岩之间的相互反应。一个样品分析给出：SiO2:52.57%，MgO:3.92%，TFeO:8.56%，CaO:7.30%，Na2O:4.67%，K2O:1.27%，总稀土含量不高，轻稀土弱富集（图4—5B），具有玄武质安山岩的成分特征。由于岩体和包体都有Ba相对于Rb、Th的亏损，它们之间有可能具有成因上的联系。
图4—5 辽北狍子沟岩体中角闪质包体的地球化学图解
A—稀土模式，B—Pearce图解
图4—6 辽北钾质花岗岩的地球化学图解
A和B—边牛钾质花岗岩的稀土和Pearce图解；C和D—红石砬子钾质花岗岩的稀土模式和Pearce图解（样品BH3数据引自沈保丰等，1994）
二、钾质花岗岩
辽北地区钾质花岗岩出露相对较少。较大的钾质花岗岩体分布于南部如新宾南部四花顶子、抚顺南部边牛等地，与鞍本地区齐大山、弓长岭钾质花岗岩体等组成北东东向展布的钾质花岗岩带，断续向北东延伸至吉林南部夹皮沟、和龙等地。岩石呈肉红色，中粒-中粗粒，块状，组成矿物微斜长石、石英、斜长石，只有少量暗色矿物黑云母。微斜长石可以斑晶形式存在。取自边牛岩体的一个岩石样品，高SiO2、K2O，低MgO、TFeO、CaO,K2O>Na2O，在Ab—An—Or图上位于十分靠近Ab—Or线的位置（图4—2）。出现明显的负铕异常，高场强元素，特别是Nb、Ta强烈的相对亏损（图4—6A和B）。与鞍本等地的钾质花岗岩十分类似，只是重稀土部分亏损更强。北部出露的钾质花岗岩主要为清原的红石砬子岩体。明显侵入新太古代表壳岩系。岩石外貌、结构构造、矿物组合和常量元素组成与南部同类花岗岩无明显区别，但存在具斜长石出熔条纹的钾长石，斜长石常具环带结构。岩石稀土总量相对较低，负铕异常不明显（图4—6C），在Pearce图上，Nb、Ta亏损不明显，Ba对于Rb、Th也无亏损（图4—6D），与南部钾质花岗岩有较大的区别。根据沈保丰等（1994）的研究，红石砬子岩体虽主体为钾质花岗岩，但其东部出露的是白色钠质花岗岩。