邱艷生,胡正祥,楊青雄,周世卿,田望學(xué),李雄偉
(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北武漢 430034)
華南揚(yáng)子北緣前寒武系“馬槽園群”自創(chuàng)名以來(lái)約40年。由于地處“野人”出沒(méi)、山高路險(xiǎn)的湖北神農(nóng)架林區(qū),露頭較差,交通不便,對(duì)它的研究很少。此前僅有三次系統(tǒng)研究,而且認(rèn)識(shí)迥異,爭(zhēng)議焦點(diǎn)在形成年代、與下伏地層接觸關(guān)系和形成環(huán)境。
“馬槽園群”所在研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬秦嶺—大別山造山帶與揚(yáng)子陸塊北緣間的過(guò)渡地帶(圖1),橫跨西傾山—南秦嶺陸緣裂谷帶、米倉(cāng)山—大巴山基底逆推帶、武當(dāng)陸緣裂谷、鄂中碳酸鹽巖臺(tái)地等大地構(gòu)造單元。
“馬槽園群”是從馬槽園組升級(jí)而來(lái)[1-3]。湖北省區(qū)測(cè)隊(duì)(后改名湖北省區(qū)調(diào)所)在上世紀(jì)70年代進(jìn)行1∶20萬(wàn)神農(nóng)架幅地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時(shí),將位于神農(nóng)架林區(qū)與興山縣交界處的大約50 km2的一套砂礫巖為主,粉砂巖、碳酸鹽巖為輔,夾少量火山巖的地層命名為馬槽園組,時(shí)代歸屬于新元古代震旦紀(jì),不整合于神農(nóng)架群之上,也與其上覆地層不整合接觸。上世紀(jì)80年代,天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所和湖北省區(qū)調(diào)所將馬槽園組升級(jí)為“馬槽園群”,年代大致定為新元古代青白口紀(jì)(1 000 ~800 Ma),接觸關(guān)系不變[2]。21 世紀(jì)初,1∶25萬(wàn)神農(nóng)架林區(qū)幅區(qū)調(diào)將“馬槽園群”取消,將其降為神農(nóng)架群石槽河組非正式填圖單位“大巖坪巖楔”[4]。
關(guān)于“馬槽園群”的沉積環(huán)境,也是意見(jiàn)不一。有些人認(rèn)為是前陸(磨拉石)盆地[5,6],有些人認(rèn)為是“淺海磨拉石”,有些人認(rèn)為是坡向自東向西的斜坡崩塌沉積物。
因此,對(duì)研究區(qū)“馬槽園群”進(jìn)行年代學(xué)研究與沉積環(huán)境的研究(特別是前者),是一項(xiàng)迫在眉睫的工作。本院馬槽園群研究項(xiàng)目為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心“華南揚(yáng)子古大陸演化及其資源效應(yīng)”計(jì)劃項(xiàng)目的工作項(xiàng)目之一。在該計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“華南新元古代楔狀地層沉積充填序列及其大地構(gòu)造屬性研究”專家指導(dǎo)下,通過(guò)2011年至今的研究,基本摸清了“馬槽園群”的形成年代和沉積環(huán)境。這對(duì)揚(yáng)子北緣中新元古代地層的正確劃分對(duì)比、重建古構(gòu)造格局、開(kāi)展華南中新元古代地層劃分對(duì)比、完善中國(guó)地層表進(jìn)而完善國(guó)際地層表,具有非常重要的意義。
“馬槽園群”屬上揚(yáng)子地層區(qū)黃陵—大洪山地層分區(qū)神農(nóng)架地層小區(qū),該區(qū)主要出露中元古代神農(nóng)架群地層,構(gòu)成“馬槽園群”所在地的基底,新元古代—早古生代志留紀(jì)地層繞其分布。神農(nóng)架群是一套以白云巖為主的巖石組合;其次含有砂巖、粉砂巖、礫巖、火山巖、鐵礦層等。巖石經(jīng)輕微區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)。底部沒(méi)有出露,頂與上覆“馬槽園群”呈不整合接觸,時(shí)代為中元古代。《湖北省巖石地層》將其自下而上劃分為鷹窩洞組、大巖坪組、亂石溝組、大窩坑組、礦石山組、臺(tái)子組、野馬河組、溫水河組、石槽河組、送子園組、瓦鋼溪組等11個(gè)組。該群主要為碳酸鹽巖類,碳酸鹽巖包括白云巖類、灰?guī)r類及二者間的過(guò)渡巖石類型,這類巖石廣泛分布于神農(nóng)架群各巖石地層單位中;碎屑巖類主要見(jiàn)于大巖坪組、亂石溝組、礦石山組、臺(tái)子組、送子園組等,尤以上部各組產(chǎn)出較多;火山巖類主要分布于亂石溝組(粗面巖)、溫水河組(玄武巖)、送子園組(安山巖)。頂部白云巖與上覆南華紀(jì)南沱組冰磧巖或蓮沱組紫紅色砂礫巖,或與青白口紀(jì)“馬槽園群”礫巖均呈不整合。全群總厚>12 680 m。
“馬槽園群”出露于神農(nóng)架林區(qū)與興山縣交界處。地層劃分采用李銓、冷堅(jiān)等的地層劃分方案,共測(cè)制兩條“馬槽園群”剖面,主干剖面在馬槽園,輔助剖面在大巖坪(圖1)?,F(xiàn)選取主干剖面簡(jiǎn)介如下。
該剖面位于神農(nóng)架林區(qū)與興山縣交界火燒尖—莊屋埡,剖面自北西往南東測(cè)制。“馬槽園群”(下部“八里埡組”,上部“火燒尖組”)為一套主要為硅質(zhì)巖白云巖礫巖,次為粉砂巖與白云巖、含多層火山巖的巖石組合。下部“八里埡組”以復(fù)成分礫巖為主,礫石成分有白云巖、硅質(zhì)巖、砂巖、粘土巖等,有多個(gè)自下而上粒度粗—中—細(xì)的韻律,夾四層火山巖;上部“火燒尖組”以復(fù)成分礫巖為主,夾一層火山巖、多層白云巖和粉砂巖;“火燒尖組”頂部為含疊層石白云巖。該群地層厚度約為2.2 km。與下伏神農(nóng)架群為沖刷充填沉積接觸(沖刷面由八里埡組底部斜坡水道砂礫巖強(qiáng)烈侵蝕下伏地層神農(nóng)架群大巖坪組紋層狀含粉砂白云巖形成,平面上接觸面起伏不等)(圖2),與上覆南華紀(jì)蓮沱組為角度不整合接觸,該不整合為晉寧運(yùn)動(dòng)形成。其簡(jiǎn)化地層柱狀圖見(jiàn)圖3。
圖 1 湖北神農(nóng)架地區(qū)簡(jiǎn)化地質(zhì)圖(據(jù)李銓和冷堅(jiān),1991[2];Qiu et al.,2011[7]修改)Fig.1 Simplified geological map of Shennongjia region,Hubei(Modified after Li and Leng,1991;Qiu et al.,2011)(a)研究區(qū)在揚(yáng)子地塊中的構(gòu)造位置 (據(jù) Wang and Li,2003修改[8])
圖2 神農(nóng)架群(Pt2 sh,下)和上覆“馬槽園群”(Pt2 m,上)沖刷接觸關(guān)系Fig.2 The scour surface between Shennongjia Group(Pt2 SH,bottom)and Macaoyuan Group(Pt2 M,top).
下部“八里埡組”與上部“火燒尖組”的硅質(zhì)巖白云巖砂礫巖部分層位含海綠石(Glt)(圖4),自下而上常見(jiàn)由粗變細(xì)的正粒序?qū)永?,礫巖中礫石多為次圓狀,硅質(zhì)巖礫石的磨圓度較高,主要為圓狀、次圓狀,比“馬槽園群”中其他類型礫石的磨圓度要高許多,表明它們?yōu)檩^老的巖石剝蝕、長(zhǎng)途搬運(yùn)后再沉積的產(chǎn)物。
圖3 “馬槽園群”地層柱狀略圖Fig.3 Simplified lithological column of the section of Macaoyuan Group1.白云質(zhì)角礫巖;2.礫巖;3.冰磧巖;4.石英砂巖;5.含海綠石巖屑石英砂巖;6.長(zhǎng)石石英砂巖;7.含凝灰長(zhǎng)石巖屑砂巖;8.巖屑石英砂巖;9.白云質(zhì)砂巖;10.白云質(zhì)粉砂巖;11.疊層石灰?guī)r;12.白云巖;13.火山角礫巖;14.玄武質(zhì)火山角礫巖;15.凝灰?guī)r;16.水平層理;17.平行層理;18.粒序?qū)永?19.滑動(dòng)構(gòu)造;20.采樣層位或相當(dāng)層位。
海綠石為自生礦物,是海洋環(huán)境沉積指相礦物。“馬槽園群”下部“八里埡組”和上部“火燒尖組”均發(fā)現(xiàn)海綠石,表示“馬槽園群”形成于海洋環(huán)境。
“馬槽園群”沉積構(gòu)造的突出特征是含有重力流沉積構(gòu)造——粒序?qū)永?圖5)和滑動(dòng)構(gòu)造(圖6)。同時(shí),缺乏大陸環(huán)境下的交錯(cuò)層理和波紋層理,也是海洋事件沉積的一個(gè)間接證據(jù)。
根據(jù)上述特征,推斷該群形成于臺(tái)緣斜坡—混積陸棚環(huán)境。
圖4 “馬槽園群”下部八里埡組砂巖中的海綠石(正交偏光)Fig.4 The glauconite(Glt)found in the sandstone,Baliya Formation,Macaoyuan Group(cross-polarized light).
圖5 “馬槽園群”下部的粒序?qū)永鞦ig.5 Graded bedding in lower Macaoyuan Group
圖6 “馬槽園群”下部的滑塌構(gòu)造Fig.6 Slump structure in lower Macaoyuan Group
用于測(cè)年的巖石樣品RPHP5采集自神農(nóng)架林區(qū)大巖坪附近的人坪河,相當(dāng)于“馬槽園群”中部地層。采樣點(diǎn)地理坐標(biāo):東經(jīng) 110°35'45″,北緯 31°27'49″。該巖石為變玄武巖,具變余少斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)具變余間粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石由變余斑晶(3%)和變余基質(zhì)(80%)及含鈦礦物(17%)三部分組成。其礦物成分如下:變余斑晶3%,其中基性斜長(zhǎng)石(碳酸鹽化)0.5%,粒度1.2 mm ×0.8 mm ~0.4 mm ×0.2 mm,呈殘余板柱狀;輝石(碳酸鹽化綠泥石化)2.5%,粒度0.8 mm ×0.5 mm ~0.4 mm ×0.3 mm,呈殘余短柱狀。變余基質(zhì),80%,其中基性斜長(zhǎng)石(碳酸鹽化),45%,粒度0.36 mm ×0.04 mm ~0.1 mm ×0.02 mm,呈自形小板條狀;輝石(碳酸鹽化綠泥石化)35%,粒度0.1~0.36 mm,呈殘余微粒狀。含鈦礦物17%,其中榍石7%,粒度 0.08 ~0.35 mm,呈柱粒狀、楔形;鈦鐵礦(白鈦礦)10%,粒度0.03~0.26 mm,呈粒狀或四邊形。
變余斑晶主要是輝石,含微量的基性斜長(zhǎng)石,輝石被碳酸鹽礦物、綠泥石取代殘余短柱狀假像,而基性斜長(zhǎng)石卻被碳酸鹽礦物取代殘余板柱狀假像(圖7)。變余基質(zhì)由自形小板條狀并伴有碳酸鹽化的斜長(zhǎng)石雜亂分布所構(gòu)成三角形空隙格架內(nèi)充填著輝石(具碳酸鹽化和綠泥石化并殘余微粒狀)而形成間粒結(jié)構(gòu)。
含鈦礦物有榍石和鈦鐵礦兩種,兩者較均勻分布,其中榍石外形多數(shù)呈柱粒狀,少數(shù)呈楔形,具高級(jí)白干涉色。鈦鐵礦外形多數(shù)呈四邊形,少數(shù)呈粒狀,已次變?yōu)榘租伒V(反射光下顯乳白色)。
圖7 年齡樣品RPHP5顯微照片(正交偏光)Fig.7 A micro photo for the sample RPHP5(cross-polarized light)基質(zhì)具變余間粒結(jié)構(gòu),輝石斑晶(Px,左上角)被綠泥石取代;基性斜長(zhǎng)石斑晶(Pl,右下角)被碳酸鹽礦物取代。
用于鋯石U-Pb年齡測(cè)定的樣品RPHP5為變玄武巖。其中挑選的鋯石通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)重力和磁力分選技術(shù)選出。它們被固定在環(huán)氧樹(shù)脂上,用透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)顯微照相記錄下來(lái),以指導(dǎo)同位素分析的測(cè)點(diǎn)選擇。鋯石長(zhǎng)約50~110μm,長(zhǎng)寬比為1∶2。完整的鋯石晶體比較少見(jiàn),鋯石大多數(shù)為次棱角狀(圖8)。其中不少鋯石相對(duì)來(lái)說(shuō)具有暗核亮邊(如顆粒RPHP5-03),指示后期變質(zhì)作用對(duì)先前巖漿鋯石的改造。它們大多數(shù)呈半自形,并具有比較模糊的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖8),指示原為巖漿成因,經(jīng)后期改造,預(yù)示年齡測(cè)試結(jié)果不太理想。
LA-ICP-MS(激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀)鋯石U-Pb同位素組成的分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同 Liu,et al.,2008[9],Liu et al.,2010[10]和 Liu et al.,2010[11]。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005,ICP-MS為Agilent 7500a。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度,二者在進(jìn)入ICP之前通過(guò)一個(gè)T型接頭混合。在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入了少量氮?dú)?,以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度[12]。由 Agilent 7500a采集的每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20~30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào)。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算),采用劉勇勝教授的軟件 ICPMSDataCal完成[9,10])。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均計(jì)算均采用Isoplot/Ex_ver3完成[13]。單個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)誤差采用1σ,年齡結(jié)果采用206Pb/238U加權(quán)平均值(95%置信度)。鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
圖8 “馬槽園群”樣品RPHP5典型鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像Fig.8 The cathode luminescence(CL)images of typical zircon grains for sample RPHP5
我們對(duì)玄武巖樣品RPHP5測(cè)試了18顆鋯石共21個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb同位素年齡。樣品RPHP5的Th和U含量呈現(xiàn)正相關(guān)(Th=60.4 ×10-6~4 804 ×10-6,U=96.5 ×10-6~11 963×10-6),同時(shí)具有分散的 Th/U比值(Th/U=0.06 ~2.03),絕大多數(shù)在 0.4 以上,顯示出巖漿成因,部分遭受后期變質(zhì)改造。結(jié)果顯示年齡值大致分兩組(一組老,一組新),許多數(shù)值位于諧和線以下(圖9)。測(cè)試出的非常小的年齡,可能是放射性成因鉛丟失(或鈾獲得),或樣品粉碎或單礦物分選過(guò)程中混入的鋯石造成的。一些鋯石三組年齡不一致,可能部分原因是不同成因鋯石的混合,更主要的應(yīng)該是反映放射性成因鉛丟失或疊加了鉛丟失區(qū)域或者鈾獲得。導(dǎo)致鋯石中放射性成因鉛(鈾)發(fā)生不同程度丟失或獲得的主要機(jī)制包括以下幾個(gè)方面:鋯石的蛻晶化作用、重結(jié)晶作用、擴(kuò)散作用和增生作用。由于自然界地質(zhì)情況極復(fù)雜,所獲得的三組年齡在大多數(shù)情況下往往不一致??赡艽嬖谶@樣的情況:雖然不同鋯石顆粒的三組年齡之間存在不一致,但其中有一個(gè)或者幾個(gè)鋯石顆粒的三組年齡是一致的;在這種情況下,應(yīng)該取其中諧和的一組年齡代表鋯石的形成時(shí)間。本次測(cè)試的年齡結(jié)果顯示,經(jīng)過(guò)后來(lái)長(zhǎng)時(shí)期的改造,特別是晉寧運(yùn)動(dòng)的改造,鋯石封閉體系被不同程度破壞,可能導(dǎo)致一些鋯石測(cè)試的年齡顯得偏輕。本次有三顆鋯石RPHP5-04、RPHP5-16、RPHP5-18的三組年齡值比較接近(206Pb/238U年齡分別為(1 057±19)Ma、(1 134±19)Ma、(1 146 ±23)Ma),加權(quán)平均值誤差較大,可信度較低。但是,其中有兩顆鋯石(RPHP5-16、RPHP5-18)年齡非常接近,故取其206Pb/238U加權(quán)平均值(1 139±29)Ma(MSWD=0.15,95%置信度)作為“馬槽園群”中部火山巖的形成年齡。
圖9 樣品RPHP5鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.9 U-Pb concordia diagrams of the sample RPHP5
表1 “馬槽園群”樣品RPHP5 LA-ICP-MSU-Pb年齡數(shù)據(jù)Table 1 LA-ICP-MSU-Pb data of sample RPHP5 from the Macaoyuan Group
前人對(duì)揚(yáng)子地塊前寒武系的研究多集中于揚(yáng)子西緣和東南緣[7,14,15],對(duì)揚(yáng)子北緣前寒武系研究相對(duì)較少[2,4,16]。
Qiu et al.于2011年提出,1∶25萬(wàn)神農(nóng)架林區(qū)幅區(qū)調(diào)命名的神農(nóng)架群“鄭家埡組”(相當(dāng)于1∶20萬(wàn)神農(nóng)架幅大巖坪組和亂石溝組部分地層)玄武巖形成于(1 103±8)Ma。李懷坤等2013年指出,神農(nóng)架群大巖坪組碎屑巖碎屑鋯石年齡譜中最小的峰值年齡為(1 398±20)Ma,野馬河組凝灰?guī)r的年齡為(1 215.8±2.4)Ma,侵入到神農(nóng)架群的基性巖墻群的年齡(1 115±9)Ma 與(1 083.2 ±4.6)Ma[17]。后者與 Qiu et al.提出的神農(nóng)架群頂部鄭家埡組形成于(1 103±8)Ma相當(dāng)。一般來(lái)說(shuō),基性巖墻群和基性火山巖伴隨出現(xiàn),應(yīng)該反映拉張環(huán)境。
鄧奇等2011年夏天采自神農(nóng)架群石槽河組凝灰?guī)r的SHRIMP(高精度離子探針)U-Pb年齡為(1 180±14)Ma(鄧奇等,待刊數(shù)據(jù)),晚于李懷坤等2013年發(fā)表的神農(nóng)架群野馬河組的年齡(1 215.8±2.4)Ma,但早于侵入到神農(nóng)架群的基性巖墻群的年齡(1 115±9)Ma與(1 083.2±4.6)Ma。因此,神農(nóng)架群形成于大約1.4~1.1 Ga,相當(dāng)于中國(guó)地層表的中元古代待建系。
鄧奇等2011年夏天采自“馬槽園群”八里埡組凝灰?guī)r的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(1 165±14)Ma(鄧奇等,待刊數(shù)據(jù)),與本文玄武巖的鋯石U-Pb年齡(1 139±29)Ma在誤差范圍內(nèi)基本一致,相當(dāng)于神農(nóng)架群近頂部地層。神農(nóng)架群和“馬槽園群”為整合接觸,前者早于后者?!榜R槽園群”與上覆南華紀(jì)地層仍然為不整合接觸。前人將神農(nóng)架群與湖北京山打鼓石群對(duì)比,將“馬槽園群”與不整合于打鼓石群之上的花山群對(duì)比。因此,再將“馬槽園群”和新元古代花山群對(duì)比[1,3],就出現(xiàn)了問(wèn)題。
張傳恒等2007年發(fā)表了云南昆陽(yáng)群黑山頭組凝灰?guī)r鋯石 SHRIMP U-Pb 年齡(1 032 ±9)Ma[18],略晚于Qiu et al.發(fā)表的神農(nóng)架群鄭家埡組玄武巖年齡(1 103±8)Ma。孫志明等2009年發(fā)表了云南東川地區(qū)昆陽(yáng)群黑山組凝灰?guī)r鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(1 503 ±17)Ma[19]。故昆陽(yáng)群年齡約在 1.5 ~ 1.0 Ga之間。所以,神農(nóng)架群、“馬槽園群”可與打鼓石群、昆陽(yáng)群對(duì)比。
分析數(shù)據(jù)(略)的相關(guān)性投點(diǎn)采用長(zhǎng)江大學(xué)路遠(yuǎn)發(fā)教授的GeoKit軟件完成[20]。我們利用相關(guān)性投點(diǎn)來(lái)判別火山巖的大地構(gòu)造背景。結(jié)果顯示,火山活動(dòng)處在大陸拉張(裂解)初期、大洋即將開(kāi)始形成之時(shí)。結(jié)合沉積學(xué)特征,判斷揚(yáng)子北緣中元古代“馬槽園群”形成的構(gòu)造背景應(yīng)該屬于夭折裂谷。
先前、張國(guó)偉等[21]、陸松年等[22]認(rèn)為,揚(yáng)子北緣在中元古代存在一個(gè)拉張期。可以說(shuō),“馬槽園群”沉積是哥倫比亞超大陸裂解晚期、羅迪尼亞超大陸即將匯聚時(shí)期的獨(dú)特表現(xiàn)。
(1)“馬槽園群”中部地層形成于約(1 139±29)Ma。地質(zhì)時(shí)代屬于中元古代,而不是前人所認(rèn)為的新元古代。與下伏地層神農(nóng)架群整合接觸,可以歸為其中一個(gè)組,即將“馬槽園群”降為“馬槽園組”,置于其近頂部,對(duì)“馬槽園組”含義需要重新定義。
(2)“馬槽園群”形成于臺(tái)緣斜坡—混積陸棚環(huán)境。
(3)“馬槽園群”基本上可以和云南昆陽(yáng)群對(duì)比。
致謝:鄧奇博士在野外和室內(nèi)工作中予以協(xié)助,邱玲高工對(duì)巖石薄片進(jìn)行鑒定,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡兆初博士在年代測(cè)試中給予很大幫助,王劍研究員、江新勝研究員,吳傳榮、李金平、劉早學(xué)、毛新武、劉成新等教授級(jí)高級(jí)工程師對(duì)本研究給予指導(dǎo)和幫助,吳傳榮、李金平、劉早學(xué)、毛新武等教授級(jí)高級(jí)工程師審閱文稿。特此一并致謝!
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