鄧乾忠, 楊青雄, 毛新武, 孔令耀

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

湖北武當—隨棗地區(qū)中—晚南華世巖石地層序列與年代學研究

鄧乾忠, 楊青雄, 毛新武, 孔令耀

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

通過對武當—隨棗地區(qū)原耀嶺河群地層剖面考察、驗證與修測,新厘定了這一地區(qū)中—晚南華世巖石地層序列,將其自下而上劃分為高廟組、木渣溝組、前院組三個巖石地層單位。并根據(jù)該地層屬區(qū)域淺變質沉積—火山巖系夾冰成巖構成,而缺乏古生物定年這一特點,有針對性地進行了變質火山巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年研究工作,獲得了下伏武當群雙臺組變酸性火山碎屑巖年齡(746.2±11)Ma,屬早南華世;高廟組、前院組火山巖年齡分別為(645.2±9.0)—(636.1±6.1)Ma,屬晚南華世。首次系統(tǒng)建立了秦嶺—大別地區(qū)(大巴山—大別山地層區(qū))變質巖系中—晚南華世巖石地層序列及與揚子地層區(qū)相應地層的對比關系。

南華系;耀嶺河群;地層序列;LA-ICP-MS同位素年代學

本文中—晚南華紀地層系指區(qū)域性襄廣斷裂以北,新城—大悟斷裂以南武當—隨棗地區(qū)廣泛出露的原耀嶺河群(圖1)。

耀嶺河群的地層劃分對比研究工作,一直是地學界爭議較大的基礎地質問題,緣于這套地層的物質組成在不同地區(qū),其縱向物質堆積結構序列及橫向變化差別較大,厚度變化亦大。因此不同地區(qū)、不同單位學者等對該地層劃分都存在不同的認識,至今亦是各抒己見。自秦嶺區(qū)測隊(1959)于陜西省商南縣耀嶺河地區(qū)創(chuàng)立耀嶺河群以來,至今仍保留眾多劃分意見。本次湖北省區(qū)域地質調查與片區(qū)總結,在充分分析研究前人資料基礎上,選擇鄖縣高廟地區(qū)修測了耀嶺河群剖面,重新認識了該地層結構序列,將其自下而上劃分為高廟組、木渣溝組、前院組三個巖石地層單位,并對下伏地層雙臺組,以及本文的高廟組、前院組采集的4組火山巖樣品進行了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡測定,獲得下伏地層雙臺組時代為早南華世,高廟組、木渣溝組、前院組成巖時代屬中—晚南華世,故認為該剖面巖石地層單位劃分及成巖時代可與揚子地層區(qū)長江三峽地區(qū)的中—晚南華世的古城組、大塘坡組、南沱組進行對比。并將武當群、原耀嶺河群共同構成武當—隨棗地區(qū)中淺變質巖系(湖北省大巴山—大別山地層區(qū))南華系巖石地層序列。

圖1 湖北省鄂西北武當?shù)貐^(qū)區(qū)域地質簡圖Fig.1 Regional generalized geologic map of Wudang area in Hubei1.武當群;2.耀嶺河群;3.震旦系—下寒武統(tǒng);4.中寒武統(tǒng)—奧陶系;5.白堊系—第四系;6.基性巖席;7.剖面位置。

1 耀嶺河群劃分沿革

耀嶺河群地層劃分與時代歸屬方案眾多(表1),耀嶺河群一名最早由陜西省地質局秦嶺區(qū)測隊[1]于陜西省商南縣耀嶺河地區(qū)創(chuàng)名,原始定義為一套變質的噴發(fā)巖—綠色片巖系。下部為綠泥石鈉長正片巖,鈉長堿性角閃石綠泥石正片巖等綠色片巖與矽化絹云母片巖的互層,厚約1 000 m;上部主要為矽化陽起石綠簾石片巖、鈉長綠泥石正片巖等綠色片巖夾薄層大理巖、炭質片巖,偶夾礫巖,厚約500 m。底部未出露,其上與燈影組為不整合,時代歸屬于早震旦世;陜西省區(qū)測隊[2]完成的1∶20萬鄖縣幅區(qū)調,將耀嶺河群引入湖北省境兩鄖、兩竹地區(qū),并建立了鄂西北地區(qū)北部震旦系的層序:下統(tǒng)鄖西群、耀嶺河群,上統(tǒng)陡山沱組、燈影組;河南省區(qū)測隊[3]將省境丹江北側淅川—內鄉(xiāng)地區(qū)這一地層系統(tǒng)創(chuàng)名為馬頭山組;徐志揚等*徐志揚,湖北省鄖縣北部地區(qū)震旦系下統(tǒng)耀嶺河群變質火山巖地層劃分與對比,1979。又將耀嶺河群由下往上劃分為老莊溝組、石門溝組和吳家梁組;劉興義等*郝用威、劉興義,湖北武當?shù)貐^(qū)前寒武系變質巖構造變形特征及變質巖地層劃分的初步探討,1984。將鄖縣北部耀嶺河群由下往上劃分為高廟組、石門溝組和吳家梁組,時代歸屬早震旦世;湖北省區(qū)調所[4]將耀嶺河群劃分為上、下兩段,時代為早震旦世;湖北省區(qū)調所[5]將棗陽—隨州地區(qū)的這一地層創(chuàng)名為“過路灣組”;湖北省區(qū)域地質志[6]將出露于鄖西—均縣、竹山—竹溪、棗陽—應山等地區(qū),分布面積約2 250 km2的一套中高壓區(qū)域變質巖系歸為耀嶺河群,由綠色片巖、淺色片巖、云母石英片巖、變質砂巖及大理巖組成,具鐵、銅礦化。平行不整合于武當山群或隨縣群之上,頂部被上震旦統(tǒng)覆蓋;湖北省巖石地層[7]將該地層改稱耀嶺河組,并定義為:與下伏楊坪(巖)組(省境已改稱武當群變沉積巖組或變火山巖組)呈平行不整合接觸,與上覆陡山沱組呈斷層(或整合)接觸,時代為早震旦世,巖性為一套變基性熔巖和火山碎屑巖;湖北省地質調查院[8]又將耀嶺河組歸為晚南華世;陜西省區(qū)域地質志將耀嶺河組分為上下段，時代歸屬青白口系。

本文經(jīng)對前人資料與成果的充分收集、整理與研究,修測了鄖縣高廟地區(qū)耀嶺河群剖面,重新修訂耀嶺河群層序與定義,為以構造面理平行接觸覆蓋于武當群雙臺組之上、震旦系陡山沱組之下的一套裂谷系雙峰式火山噴發(fā)巖與冰磧巖建造。并自下而上劃分為中統(tǒng)高廟組、木渣溝組、上統(tǒng)前院組三個巖石地層單位。將武當群楊坪組、雙臺組劃歸南華系下統(tǒng),共同構成湖北省大巴山—大別山地層區(qū)南華系巖石地層序列。

2 剖面介紹

剖面位于湖北省鄖縣高廟村西北部,該地區(qū)出露地層主要為南華系武當群和耀嶺河群,山頂零星出露震旦系,現(xiàn)將湖北省鄖縣高廟中—上南華統(tǒng)耀嶺河群高廟組、木渣溝組、前院組實測剖面(圖2)介紹如下。

上覆地層:下震旦統(tǒng)陡山沱組(Z1d)

24層 灰綠色厚層狀粉砂巖,淺灰、灰白色厚層狀變石英砂巖夾灰色絹云鈉長片巖。

>5 m

—·—·—·—·— 構造剪切面理接觸—·—·—·—·—

前院組(Nh3q)

385.4 m

23層 灰、灰綠色薄—中層狀綠泥鈉長片巖(變基性火山巖),風化為黃褐色,巖層主要呈中—薄層狀產出,單層厚15 cm左右,片狀構造。

218.3 m

22層 灰白色、乳白色中—厚層狀絹(白)云石英鈉長變粒巖(變酸性熔巖)。

149.2 m

21層 灰色、淺灰白色厚層—塊狀含礫含巖屑絹云鈉長變粒巖(變含礫含巖屑晶屑凝灰?guī)r、變酸性凝灰?guī)r、變含礫泥質粉砂巖“冰磧巖？”)。礫石為次棱角狀,大小不等,大者達2 cm×1 cm,小者為3 mm×5 mm,個別最大粒徑2.5～3 cm;礫石成分有基性巖、酸性火山巖(淺粒巖)、石英砂巖等,礫石稀疏分布;礫石含量約占8%左右,大小混雜,無分選,具微壓扁狀。17.9 m

---------------- 構造面理平行接觸 ----------------

表1 湖北省大巴山—大別山地層區(qū)南華系主要劃分沿革表

圖2 湖北省鄖縣高廟南華系中—上統(tǒng)高廟組、木渣溝組、前院組實測剖面圖Fig.2 Measured section of Gaomiao Formation,Muzhagou Formation and Qianyuan Formation

木渣溝組(Nh2m)

405.40 m

20層 灰綠色厚層具氣孔杏仁構造發(fā)育的玄武巖(變拉斑玄武巖)。巖石風化為灰黃色、褐黃色。氣孔或杏仁體大小不等,一般為0.5 cm×1 cm,小者0.1 cm×0.3 cm,橢圓狀、扁平狀,略具定向排列。

17.9 m

19層 灰綠色塊狀綠泥鈉長變粒巖(變酸性晶屑凝灰?guī)r)夾乳白色塊狀斑脫巖。

22.2 m

18層 灰綠色塊狀具氣孔杏仁構造玄武巖,巖石風化為灰黃色、褐黃色,氣孔大小不等,一般為2 mm×3 mm。

25.5 m

17層 灰綠色厚層—塊狀綠泥鈉長變粒巖(變凝灰質雜砂巖)。

8.0 m

16層 灰綠色塊狀基性巖(變輝長巖)。

15層 灰綠色塊狀含綠簾石團塊基性火山熔巖夾少量基性火山碎屑巖。巖石片理不發(fā)育,綠簾石團塊呈角礫稀疏分布于基性熔巖中,綠簾石團塊含量<1%,大小不等,大者5 cm×15 cm,小者2 cm×5 cm,個別棱角狀,大小5 cm×7 cm。

36.3 m

14層 灰白色塊狀石英鈉長淺粒巖(變酸性凝灰?guī)r),巖石堅硬、性脆,厚層塊狀產出。

22.1 m

13層 灰綠色塊狀含氣孔、杏仁狀構造玄武巖(變拉斑玄武巖)。氣孔大小不等,一般為1 mm×1 mm,大者達2 mm×7 mm。巖石表面風化為灰黃色、褐黃色。

57.4 m

12層 灰色、灰白色、深灰色塊狀變酸性晶屑巖屑凝灰?guī)r。

8.1 m

11層 灰綠色氣孔杏仁構造玄武巖,杏仁體為橢圓狀,大小約2 mm×3 mm,氣孔構造發(fā)育,均具壓扁變形現(xiàn)象。玄武巖中夾厚15～20 cm變中酸性凝灰?guī)r,巖石風化為灰黃色。

82.8 m

10層 淺肉紅色、灰黃色塊狀絹云鉀化變粒巖與灰白色塊狀鈉長淺粒巖(變酸性凝灰?guī)r)呈不等厚互層。巖石風化強烈,風化面為紅褐色。

17.6 m

9層 灰綠色、褐黃色塊狀氣孔杏仁構造玄武巖(變基性凝灰?guī)r),氣孔大小不等,一般為0.5 cm×1 cm,杏仁體主要為鐵錳質充填物。玄武巖中夾灰白色鈉長淺粒巖透鏡體。

107.5 m

---------------- 構造面理平行接觸 ----------------

高廟組(Nh2g)

443 m

8層 灰白、褐紅等雜色絹云石英鈉長淺粒巖與灰綠色中層狀變杏仁玄武巖不等厚互層。淺粒巖厚度較基性火山巖薄,以基性火山巖為主導,兩種巖石形成顏色深淺相間出現(xiàn)。

28.4 m

7層 下部為黃綠色薄層狀含礫含巖屑凝灰質粉砂巖(變含礫沉凝灰?guī)r),礫石一般為2 cm×1 cm,以次棱角狀為主,礫石成分為酸性火山巖、砂巖等。巖屑為片狀,成分以淺粒巖為主,大小不等,一般為3 cm×2 cm,具鐵錳質結核或透鏡狀分布于灰綠色薄層含黃鐵礦基性火山碎屑巖中。

55.6 m

6層 灰綠色塊狀變杏仁玄武巖,氣孔或杏仁體大小不等,大者達12 mm×3 mm,小者為1 mm×1 mm。風化強烈,風化后為灰黃色、黃綠色。

65.4 m

5層 灰色條紋狀—薄層狀絹云千枚巖夾灰綠色絹云鈉長綠泥變粒巖及黃褐色薄層鐵錳質層。變粒巖巖層單層厚約2 cm,發(fā)育紋層狀構造。鐵錳質層單層厚約3 cm。

42.1 m

4層 灰綠色厚層—塊狀含黃鐵礦絹云鈉長綠泥變粒巖(變基性凝灰?guī)r),風化為黃綠色,單層厚普遍>50 cm。

53.6 m

3層 黃綠色、灰黃色薄層狀含礫含巖屑綠泥絹云片巖。單層厚約3 cm。礫石較小,一般為2 mm×3 mm,以次棱角狀為主,礫石成分為酸性火山巖、砂巖等。巖屑為片狀,成分以淺粒巖為主,大小不等,一般為3 cm×1 cm。

106.1 m

2層 灰綠色塊狀絹云鈉長片巖夾灰白色石英鈉長淺粒巖。風化為褐色、灰褐色。

23.6 m

1層 淺灰綠色中—厚層狀含礫含巖屑絹云鈉長片巖。風化為黃灰色。片理化較為發(fā)育,單層厚約35～50 cm。礫石呈次棱角狀,大小不等,大多呈扁平狀分布,長軸一般為5 mm,短軸為2 mm,礫石成分以酸性火山巖為主,有少量基性火山巖。

68.2 m

---------------- 構造面理平行接觸 ----------------

下伏地層:武當群雙臺組(Nh1s)

0層 灰白色塊狀絹云綠泥石英角斑質凝灰?guī)r(變酸性晶屑凝灰?guī)r)。

3 巖石地層特征及區(qū)域變化

3.1 高廟組(Nh2g)

高廟組地層主要分布于鄂西北地區(qū)鄖縣高廟—丹江口市涼水河一帶,呈北西—南東向窄帶狀展布,區(qū)域延展性不穩(wěn)定,出露范圍局限,東南地區(qū)(隨棗—新洲)大多缺失?？傮w巖性為一套黃綠色變含礫含巖屑基性火山巖、火山熔巖(玄武巖)與泥砂質巖建造。巖性組合鄖縣地區(qū)下部為淺灰綠色中—厚層狀含礫含巖屑絹云鈉長片巖,黃綠色、灰黃色薄層狀含礫含巖屑綠泥絹云片巖,夾灰綠色塊狀絹云鈉長片巖、石英鈉長淺粒巖等。含礫巖石中的礫石成分主要為酸性火山巖、砂巖,少量基性火山巖等,礫石以次棱角狀、次圓形,大小不等,呈扁平狀產出,一般粒徑3 cm×1 cm。前人曾發(fā)現(xiàn)花崗巖礫石[9-10];中部為灰綠色厚層—塊狀含黃鐵礦絹云鈉長綠泥變粒巖(變基性火山巖)、灰綠色塊狀含氣孔杏仁構造玄武巖夾灰色條紋狀—薄層狀絹云千枚巖、灰綠色絹云鈉長綠泥變粒巖及黃褐色薄層鐵錳質層。其中玄武巖中氣孔或杏仁構造發(fā)育,但大小不等,大者達12 mm×3 mm,小者為1 mm×1 mm;上部黃綠色薄層狀含礫含巖屑凝灰質粉砂巖,灰白、褐紅色等雜色絹云石英鈉長淺粒巖與灰綠色中層狀基性火山巖不等厚互層。其中含礫含巖屑凝灰質粉砂巖中礫石一般為2 cm×1 cm,以次棱角狀為主,礫石成分為酸性火山巖、砂巖等,巖屑為扁平狀,成分以淺粒巖為主,具透鏡狀鐵錳質結核。本組與下伏雙臺組中酸性火山巖呈構造面理平行接觸,雙臺組中缺失了上部含炭泥質沉積巖段;與上覆木渣溝組變氣孔狀玄武巖呈構造面理平行接觸。構造地層厚度443 m。

本組在區(qū)域上可對應武當山西部的白河縣黃龍洞、鄖縣泰山廟、蒿坪、房縣界牌埡、鄖西天河口、泥河口、丹江口涼水河等礫巖組合,該含礫巖系厚數(shù)十至百余米,含礫巖系在區(qū)域上巖性及厚度變化較大,但常具有不同程度地缺失。關于含礫巖系原巖性質及沉積環(huán)境,王壽瓊、周俊華等[9]提出:“特別是耀嶺河群下部含礫層,系大陸冰蓋運移向海洋并在海面上浮的冰筏攜帶的冰磧物成為落石與海底火山噴發(fā)物及其它海水沉積物混生而成的冰海相沉積。其巖石成分既非全是火山巖,又非單純冰磧巖,而是一套火山沉積外加異源冰磧物的混合沉積巖”;夏竹等[10]認為該巖系“具海相‘墜石’特征,墜石呈孤立狀分布,壓彎及切割紋理多處可見,偶見‘丁字’形擦痕近平行排布,應為冰筏—海相火山沉積物——冰成巖”;1984年7月劉鴻允等到鄖縣高廟現(xiàn)場考察,認為耀嶺河群底部礫巖具有冰成巖包括“落石”構造特征,當屬冰海相沉積層。

本組總體巖石組合特征顯示中部變基性火山巖代表了海相裂谷系火山噴溢的產物,而上下含礫巖系可能代表冰冷環(huán)境下冰筏作用的冰成巖。

3.2 木渣溝組(Nh2m)

木渣溝組地層主要分布于鄂西北地區(qū)的鄖縣高廟—丹江口市涼水河一帶,呈北西—南東向展布,伴隨高廟組產出,區(qū)域延展性不穩(wěn)定,出露范圍局限,東南地區(qū)(隨棗—新洲)大多尖滅或缺失。主要巖性為灰綠、黃綠色厚層塊狀,具氣孔杏仁狀玄武巖、變拉斑玄武巖、變基性凝灰?guī)r夾淺肉紅色、灰黃色塊狀絹云鉀化變粒巖、灰白色塊狀鈉長淺粒巖、綠泥鈉長變粒巖等(原巖為變酸性凝灰?guī)r、變酸性晶屑巖屑凝灰?guī)r)組成。其噴發(fā)(噴溢)沉積序列呈旋回性疊置,熔巖沉積厚度多為碎屑巖厚度的2～5倍,顯示中酸性火山活動較微弱,以氣孔杏仁狀玄武巖為主導。本組玄武巖以發(fā)育氣孔—杏仁構造為特征,氣孔或杏仁體呈橢圓狀、扁平狀,略具定向排列,杏仁體主要為鐵錳質充填。中部具翠綠色綠簾石巖團塊或角礫分布,含量<1%,大小不等,大者5 cm×15 cm,小者2 cm×5 cm,個別棱角狀呈5 cm×7 cm,構造地層厚度405.40 m。其巖石地層序列結構總體反映為深—半深海裂隙式雙峰式火山活動的沉積環(huán)境。

3.3 前院組(Nh3q)

本組分布較為廣泛,是湖北地區(qū)原耀嶺河群(組)的主體地層。從西北(兩鄖、兩竹)至東南(黃陂、新洲)貫穿整個省境大巴山—大別山地層區(qū),伴隨木渣溝組或雙臺組呈窄帶狀產出。于武當山周緣的竹山、竹溪、鄖西、鄖縣南部、谷城縣西北部、隨棗、廣水、黃陂、新洲等地區(qū)的震旦系陡山沱組之下廣泛發(fā)育。主要巖性在鄖縣高廟地區(qū)有三個部分組成:下部灰色、淺灰白色厚層—塊狀含礫含巖屑絹云鈉長變粒巖(變含礫巖屑晶屑凝灰?guī)r、變酸性凝灰?guī)r),礫石為次棱角狀,大小不等,大者達2 cm×1 cm,小者為3 mm×5 mm,個別最大粒徑2.5～3 cm;礫石成分有基性巖、淺粒巖、石英砂巖等,礫石稀疏分布,含量約占5%～8%左右,大小混雜,無分選,具微壓扁狀;中部灰白色、乳白色中—厚層狀絹(白)云鈉長淺粒巖(變中酸性熔巖);上部灰綠色,風化為黃褐色薄—中層狀綠泥鈉長片巖(變基性火山巖)構成,構造地層厚度385.4 m。

本組巖性組合及厚度在區(qū)域上變化極大,陜西省白河地區(qū)主要巖性為灰綠—深灰綠色綠簾鈉長陽起片巖、綠泥鈉長陽起片巖、綠泥方解綠簾片巖、含黑硬綠泥石綠泥片巖及含黑硬綠泥黑云鈉長片巖,含石榴石鈉長綠泥陽起片巖構成,地層疊覆厚度279 m;鄖西縣上津地區(qū)主要巖性為含黑硬綠泥石綠泥鈉長片巖、絹(白)云綠泥鈉長片巖、鈉長綠簾黑云片巖等組成,原巖為變基性熔巖及變基性凝灰?guī)r,局部常發(fā)育有銅礦化,地層疊覆厚度479.5 m;鄖西縣南部地區(qū)為一套綠簾石化的鈉長綠泥片巖組成,上部多夾綠泥絹云片巖、含鐵絹云綠泥片巖、砂質薄層及大理巖透鏡體,區(qū)域上往往具不同程度地缺失,頂部夾泥質碳酸巖,地層疊覆厚度679.5 m;鄖縣北部的南化塘—袁山地區(qū),本組巖性主要為灰綠色含晶屑巖屑鈉長綠簾綠泥片巖、綠泥綠簾鈉長陽起片巖、綠泥綠簾片巖、絹云綠泥片巖、方解石(鈉長)綠泥片巖夾變基性熔巖等,常見變余氣孔、杏仁構造、枕狀構造,地層疊覆厚度381.2 m;丹江口市涼水河地區(qū),本組主要由鋼灰色磁鐵絹云石英片巖、灰綠色綠泥鈉長片巖夾鈉長黑云片巖組成,原巖為泥質粉砂巖、玄武巖,以含較多磁鐵礦為特征,玄武巖中常見氣孔、杏仁構造,地層疊覆厚度294～540 m;在白河向斜南翼地區(qū),厚度明顯變薄,鄖縣鮮魚寺—青巖寨一帶主要為綠泥透閃—陽起鈉長片巖、綠泥鈉長片巖夾變基性晶屑凝灰?guī)r,厚僅幾米;在十堰市小花果則為綠泥鈉長片巖、綠泥陽起鈉長片巖夾方解石大理巖透鏡體,厚約60 m,向東構造轉折部位下三岔一帶為綠泥鈉長片巖夾中厚層狀大理巖,地層厚度12 m;再向東至隨棗—黃陂—蘄春地區(qū)本組普遍發(fā)育,在棗陽縣平林,巖性主要為含集塊和角礫的綠色片巖及綠色片巖組成,頂部夾含赤鐵磁鐵石英巖與變質磁鐵角斑巖產出,地層疊覆厚度435～1 340 m;隨縣的塘鎮(zhèn)地區(qū)巖性下部巖石主要為綠簾黑云陽起片巖、鈉長綠簾黑云陽起片巖、鈉長陽起片巖、鈉長黑云片巖。其中常見呈透鏡狀產出的陽起綠簾石巖,并見有變余火山結構構造如變余氣孔杏仁構造、變余火山碎屑結構、變余火山玻屑。上部為含磁鐵鈉長陽起片巖、黑云綠泥鈉長片巖、白云鈉長片巖夾條帶狀含白云母、綠泥石大理巖、含磁鐵二云鈉長片巖、含磁鐵鈉長二云片巖構成,以含磁鐵礦的二云片巖、條帶狀大理巖為特征。原巖主要為基性火山巖及基性火山碎屑巖夾粘土巖、泥砂質灰?guī)r。地層疊覆厚度428 m;廣水市余店—韓家灣一帶,巖性下部為黑云綠簾綠泥陽起鈉長片巖,具氣孔狀、杏仁狀構造,并夾有大量石英綠簾石巖團塊,夾絹云片巖、綠泥片巖和大理巖組成;上部由含綠簾石和鈉長石的黑云片巖、磁鐵鈉長絹云片巖、含鈦磁鐵礦的絹云綠泥鈉長片巖、鈉長黑云片巖、鈉長綠泥片巖、藍閃鈉長黑云片巖夾藍閃大理巖與白云滑石片巖等組成,地層疊覆厚度1 656 m,本組普遍具銅礦化,局部具磁鐵礦紋帶或夾薄層磁鐵礦、藍閃鈉長綠泥片巖為特征;隨縣東南部地區(qū),巖性較簡單,主要為含巖屑黑云綠簾鈉長片巖,含杏仁體鈉長黑云綠簾片巖,綠簾透閃—陽起黑云片巖夾大理巖透鏡體。地層疊覆厚度126.4 m;黃陂八里灣地區(qū),主要巖性為鈉長綠簾陽起片巖、陽起綠泥片巖,中部夾薄層白云鈉長石英片巖及含少量綠簾石巖團塊,常含藍閃石、黑硬綠泥石特征礦物,原巖為一套基性火山碎屑巖間歇接受陸源碎屑沉積,地層疊覆厚度為178.9 m。區(qū)域上與下伏前院組或雙臺組,與上覆震旦系陡山沱組均呈構造面理平行接觸。原始接觸關系,前者應為整合關系,后者屬區(qū)域性平行不整合接觸關系。

本組巖石普遍含磁鐵礦,并于鄖縣北部—丹江口市涼水河一帶局部構成貧磁鐵礦層。鄂北及新洲地區(qū)局部亦有貧磁鐵礦層發(fā)育。

本組總體巖石組合以下部含礫火山巖的出現(xiàn)開始,可能代表了晚南華世時期最后一次強烈火山作用的開始,并逐步由酸性—基性火山作用結束晚南華世沉積。本組巖性組合特征,眾多研究認為是形成于板內拉張(裂谷)構造環(huán)境的產物[11-16]。

4 同位素年代學研究及地層的區(qū)域對比

本次野外調查驗證與剖面修測中,選擇十堰市鄖縣高廟剖面進行同位素年代學研究,共采集了4組火山巖進行LA-ICP-MS鋯石原位U-Pb同位素測年,其中下伏地層雙臺組(剖面0層)、高廟組(剖面2層、5層)及前院組(剖面22層)的變酸性火山碎屑巖樣品,送中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室進行測試,測試結果見表2。

表2 高廟組(Y0001-2、Y0001-5)和前院組(Y0001-22)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果

續(xù)表2

LA-ICP-MS鋯石原位U-Pb定年即利用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜進行測試,該方法主要是利用等離子體質譜計(ICP-MS)進行U-Th-Pb同位素分析。樣品的鋯石均是首先利用大約5～10 kg樣品通過常規(guī)的人工破碎、研磨、重砂和電磁分選手段進行粗選。然后將分選出來的鋯石依據(jù)鋯石顆粒的大小和形貌在雙目鏡下再進行細致篩選。之后將篩選出來用于測試的鋯石顆粒置于環(huán)氧樹脂澆鑄的樣品靶上,進行磨蝕、拋光和鍍金,并對制成的鋯石靶進行透射光、反射光圖像和陰極發(fā)光圖像的拍攝。并參照鋯石的陰極發(fā)光圖像及透、反射光圖像,隨機挑選出合適的鋯石顆粒,同時應注意避免鋯石內部包裹體和裂痕等區(qū)域進行鋯石U-Pb定年測試。

樣品測試采用的ICP-MS為美國Agilent公司生產的Agilent7500a,激光剝蝕系統(tǒng)為德國Lamda Physik公司生產的GeoLas2005深紫外(DUV)193 nm UArF準分子激光剝蝕系統(tǒng)。測試過程中采用He作為剝蝕物質的載氣,用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST610進行儀器最佳化。鋯石年齡測定采用哈佛大學標準鋯石91500作為外標。實驗中采用的激光束斑直徑為32 μm。儀器參數(shù)和詳細的分析流程參見Liu et al[17],以及同位素比值數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal軟件,年齡計算和諧和圖的繪制采用Ludwig[18]的Isoplot程序完成,所獲得的測試數(shù)據(jù)與地質客觀事實吻合較好。下伏地層雙臺組獲得鋯石U-Pb年齡(746.2±11)Ma,為早南華世,確認高廟組時代為中南華世,且其底界應晚于725 Ma。

4.1 高廟組(Nh2g)

高廟組為一套火山巖與冰成巖建造,前人未獲得古生物化石,本次于鄖縣高廟剖面第2層(樣號Y0001-2)和第5層(樣號Y0001-5)分別采集了2套火山巖鋯石U-Pb同位素樣品。其中,第2層含礫石英鈉長淺粒巖樣品測試結果顯示鋯石多呈長柱狀、粒狀,四方雙錐,多半自形—自形,部分較大顆粒的鋯石在碎樣過程中被機械破碎,但是仍表現(xiàn)出較好的原始自形形態(tài)(圖3-a),鋯石粒徑多在100～200 μm左右,長寬比多在1∶1～3∶1之間。CL圖像顯示,鋯石多由核部和幔部組成。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示,鋯石均具有較窄的振蕩環(huán)帶,Th/U值均>0.4(0.49～2.20之間),說明鋯石均為巖漿成因鋯石[19-20],可以較好的代表樣品的形成年齡。將LA-ICP-MS定年結果數(shù)據(jù)除去諧和度低于90%的測試點,剩余15個測試點的年齡分布在(622±4.8)—(673±5.4)Ma之間(表3),該組年齡的206Pb/238U加權平均年齡為(645.2±9.0)Ma,在206Pb/238U對207Pb/235U諧和圖上,所有測試點均落在諧和曲線的交點附近(圖4-a),可以較好的代表火山巖的形成年齡,其中有4顆高諧和度的單顆粒鋯石年齡>660 Ma,屬中南華世,可能暗示該組地層時代為中南華世。

在第5層綠泥鈉長變粒巖(變酸性晶屑凝灰?guī)r)中采獲的樣品Y0001-5的鋯石多呈長柱狀,多為自形,四方雙錐,鋯石的長寬比多在2∶1左右,粒徑多在100～200 μm左右,CL圖像顯示鋯石均具有較窄的振蕩環(huán)帶,個別鋯石顆粒呈現(xiàn)出扇狀分帶特征,說明鋯石為在巖漿中結晶形成,鋯石Th/U值僅一個為0.31,其余均>0.4(0.43～1.61之間),基本可以確定為巖漿成因鋯石(圖3-b)。將LA-ICP-MS定年結果數(shù)據(jù)除去諧和度低于95%的測試點,剩余的27個測試點的年齡分布在(612±4.1)—(670±6.4)Ma之間,取206Pb/238U的加權平均年齡為(636.1±6.1)Ma,在206Pb/238U對207Pb/235U諧和圖上,所有測試點均落在諧和曲線的交點附近(圖4-b),可以較好的代表火山巖的形成年齡。同時,在該剖面第0層石英角斑質凝灰?guī)r中采獲的鋯石U-Pb同位素測年結果顯示其年齡為(746±11)Ma,屬早南華世。結合該數(shù)據(jù)結果,以及高廟組與上下地層接觸關系和區(qū)域地質特征,將其時代歸屬為中南華世是可行的,其形成時代可以與揚子地層區(qū)古城組進行對比。

圖3 樣品Y0001-2(a)和Y0001-5(b)部分典型鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 Some typical cathodoluminescence images of zircons of Y0001-2(a)、Y0001-5(b)

圖4 樣品Y0001-2和Y0001-5鋯石206Pb/238U對207Pb/235U的諧和年齡圖和加權平均年齡圖Fig.4 Weighted average map and harmonious map of Y0001-2(a)、Y0001-5(b)

4.2 木渣溝組(Nh2m)

木渣溝組是介于兩套火山碎屑巖之間的一套拉斑玄武巖,前人尚未進行同位素年代學測試,也未發(fā)現(xiàn)可靠的化石依據(jù),本組在地層位態(tài)上處于區(qū)域上前人劃分的高廟組和吳家梁組之間,對應于王壽瓊等[21]劃分的石門溝組。本次研究,該組位于高廟組之上、前院組之下,上下均為平行面理接觸,結合上下地層的最新測年數(shù)據(jù),將其時代置于中南華世。

4.3 前院組(Nh3q)

前院組在地質時空關系上,是一套介于震旦紀陡山沱組之下、木渣溝組或雙臺組之上的雙峰式火山巖構成的巖石地層單位。其上被震旦紀陡山沱組粉砂質或粘土質變質的片巖直接覆蓋,底部以變含礫的中酸性火山碎屑巖或變綠簾綠泥鈉長片巖與下伏木渣溝組變玄武巖或雙臺組凝灰質片巖接觸,接觸面均為構造面理平行接觸,剖面上反映為連續(xù)沉積特征。

從區(qū)域延伸情況看,省境大部分地段在前院組與雙臺組之間缺失了木渣溝組和高廟組這一特征,位態(tài)上與揚子地層區(qū)南華系南沱組一致。

微古植物組合特征顯示,湖北省區(qū)調所(1987)于本組鄖縣蒿坪剖面上所獲Lignumsp.(植物碎屑,未定種),TrematosphaeridiumminutumSinetLiu(小型穴面球形藻,未定種),Lophosphaeridiumsp.(瘤面球形藻,未定種),Asperatopsophosphaerasp.(糙面球形藻,未定種),以及在鄖縣黑灘埡剖面本組上部深灰色二云片巖中所獲Lignumsp.(植物碎屑,未定種),LaminaritesantiguissimusTim(古片藻?),Laminariles? sp.(片藻? 未定種)等等。很明顯,上列的微古植物面貌及組合特征與上覆早震旦世的微古植物組合有很大的一致性,主要是表面具有瘤的細胞和較多的植物碎屑占主導,如Lophosphaeridiumsp.,Lignumsp.,Dictyosphaerasp.二者都有,其中Asperatopsophosphaerasp.,Laminarites?antiguissimusTim,是震旦紀的常見分子。

同位素年代學研究方面,許多地學科研單位和個人,在相當于本組變基性火山巖采獲的同位素測年數(shù)據(jù)亦支持了本組時代為晚南華世。蔡志勇等[22]于原耀嶺河組火山巖中獲得13顆鋯石進行U-Pb法年齡測定為(632±1)Ma,接近震旦紀底界年齡;徐江嬿[23]應用美國伯克利地質年代中心(Berkeley Geoehronogy Center)K.R.Ludwing提供的Isoplot程序對上世紀90年代王壽瓊等發(fā)表的同位素年齡數(shù)據(jù)重新計算,認為蔡志勇所獲數(shù)據(jù)可信度較高,并能得到許多地質依據(jù)支持;李懷坤等[24]運用TIMS法鋯石U-Pb獲得耀嶺河群火山巖年齡屬南華紀,并認為該套火山巖是裂谷環(huán)境的產物。

圖5 樣品Y0001-22部分典型鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 Some typical cathodoluminescence images of zircons of Y0001-22

本次于鄖縣高廟剖面第22層中酸性火山巖采獲的一組鋯石樣品(樣號Y0001-22)測試結果見表3。鋯石形態(tài)多呈長柱狀、粒狀,四方雙錐,多半自形—自形,部分較大顆粒的鋯石在碎樣過程中被機械破碎,但是整體仍表現(xiàn)出較好的原始自形形態(tài)(圖5),粒徑多在100～300 μm左右,鋯石的長寬比多在2∶1～3∶1之間。CL圖像顯示,鋯石多由核部和幔部組成;鋯石陰極發(fā)光圖像顯示,鋯石均具有較窄的振蕩環(huán)帶,鋯石Th/U值均>0.4(0.46～0.95之間),說明鋯石均為巖漿成因鋯石,可以較好的代表該套火山巖的形成年齡。將LA-ICP-MS定年結果數(shù)據(jù)除去諧和度低于95%的測試點,剩余19個測試點的年齡分布在(618±7.4)—(663±6.3)Ma之間,取206Pb/238U的加權平均年齡為(636.1±5.9)Ma,在206Pb/238U對207Pb/235U諧和圖上,所有測試點均落在諧和曲線的交點附近(圖6),可以較好的代表其形成年齡。該組年齡與前人的研究資料高度一致,可以確定本組地層的時代屬于晚南華世。

圖6 樣品Y0001-22鋯石206Pb/238U對207Pb/235U的諧和年齡圖和加權平均年齡圖Fig.6 Weighted average map and hamonious map of Y0001-22

5 結論

(1) 武當—隨棗地區(qū)原耀嶺河群是一套裂谷系雙峰式火山巖系與冰成巖組合的巖石地層系統(tǒng),巖性組合具三分特點,顯示出下部具含礫的碎屑巖、火山巖或加入有冰成巖、基性火山巖的特征,中部為變拉斑玄武巖夾酸性火山巖,上部為雙峰式火山碎屑巖特征,自下而上將其劃分為高廟組、木渣溝組、前院組三個巖石地層單位,劃分標志清楚,具區(qū)域可填圖性。

(2) 本次獲得的火山巖高精度LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年顯示,下伏雙臺組地層形成時代(746±11)Ma為早南華世,揭示了其上覆的高廟組時代應≤725 Ma界限的中南華世。而在本組第2層淺粒巖獲得(645.2±9.0)Ma,15個測試點的年齡分布在(622±4.8)—(673±5.4)Ma之間;第22層變粒巖鋯石U-Pb同位素年齡為(636.1±5.9)Ma,27個測試點的年齡分布在(612±4.1)—(670±6.4)Ma之間,結合上下地層時代,指示高廟組成巖時代應為中南華世;前院組變粒巖的鋯石U-Pb同位素年齡為(636.1±6.1)Ma,與前人的研究資料高度一致,時代屬晚南華世;木渣溝組處于高廟組與前院組之間,將其置于中南華世。三個組空間位置可分別對應于揚子地層區(qū)古城組、大塘坡組、南沱組。

(3) 本文根據(jù)剖面劃分的三個組與下伏武當群楊坪組、雙臺組共同構成武當—隨棗地區(qū)(大巴山—大別山地層區(qū))南華系地層序列,基本能與揚子地層區(qū)南華系進行對比,即楊坪組、雙臺組對應揚子地層區(qū)下南華統(tǒng)蓮沱組;高廟組、木渣溝組對應中統(tǒng)古城組、大塘坡組;前院組對應上統(tǒng)南沱組。無論從微古植物組合特征和同位素年代學依據(jù),大巴山—大別山地層區(qū)南華系地層序列與揚子地層區(qū)南華系地層序列在時空上基本對應,巖性組合及沉積環(huán)境顯示為不同構造背景下的異同特征。

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(責任編輯：于繼紅)

Study of Lithostratigraphic Sequences and Chronology ofMiddle-late Nanhua in Wudang-Suizhou Area

DENG Qianzhong, YANG Qingxiong, MAO Xinwu, KONG Lingyao

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Based on the original Yaolinghe group stratigraphic sectioninvestigation,verification and revision in Wudang-Suizhou area,middle-late Nanhua lithostratigraphic sequence is divided into three formations including Gaomiao formation,Muzagou and Qianyuan formation with the new theory. According to the stratigraphic area of shallow metamorphic sedimentary rocks with ice volcano rocks, and the lack of characteristics of paleontological dating, LA-ICP-MS zircon U-Pb dating research work of meta-volcanic rocks,the paper obtains acidic volcano clastic rock age of Shuangtai Formation in the underlying Wudang group is (746.2+11)Ma, belongs to Early Nanhua.Volcano rock age of Gaomiao Formation, Qianyuan formation is (645.2±9.0)Ma-(636.1±6.1)Ma, belongs to late Nanhua. Qinling Mountains-Dabie area in late Nanhua lithostratigraphic sequence and corresponding Yangtze stratigraphic region formation are established for the first time.

Nanhuaan system; Yaolinhe group; LA-ICP-MS isotopic geochronology

2015-08-26;改回日期:2015-11-18

“湖北省區(qū)域地質調查與片區(qū)總結”項目研究成果之一,項目編號為121201130112800。

鄧乾忠(1955-),男,教授級高級工程師,地質力學專業(yè),從事區(qū)域地質礦產調查研究工作。E-mail:605811258@qq.com

P539.2

A

1671-1211(2016)02-0132-11

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.003

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1057.022.html 數(shù)字出版日期:2016-03-03 10:57