华南“马槽园群”年代及其地层学意义

邱艳生，胡正祥，杨青雄，周世卿，田望学，李雄伟

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

0 引言

华南扬子北缘前寒武系“马槽园群”自创名以来约40年。由于地处“野人”出没、山高路险的湖北神农架林区，露头较差，交通不便，对它的研究很少。此前仅有三次系统研究，而且认识迥异，争议焦点在形成年代、与下伏地层接触关系和形成环境。

“马槽园群”所在研究区大地构造位置属秦岭—大别山造山带与扬子陆块北缘间的过渡地带(图1)，横跨西倾山—南秦岭陆缘裂谷带、米仓山—大巴山基底逆推带、武当陆缘裂谷、鄂中碳酸盐岩台地等大地构造单元。

“马槽园群”是从马槽园组升级而来［1－3］。湖北省区测队(后改名湖北省区调所)在上世纪70年代进行1∶20万神农架幅地质矿产调查时，将位于神农架林区与兴山县交界处的大约50 km2的一套砂砾岩为主，粉砂岩、碳酸盐岩为辅，夹少量火山岩的地层命名为马槽园组，时代归属于新元古代震旦纪，不整合于神农架群之上，也与其上覆地层不整合接触。上世纪80年代，天津地质矿产研究所和湖北省区调所将马槽园组升级为“马槽园群”，年代大致定为新元古代青白口纪(1 000 ～800 Ma)，接触关系不变［2］。21 世纪初，1∶25万神农架林区幅区调将“马槽园群”取消，将其降为神农架群石槽河组非正式填图单位“大岩坪岩楔”［4］。

关于“马槽园群”的沉积环境，也是意见不一。有些人认为是前陆(磨拉石)盆地［5，6］，有些人认为是“浅海磨拉石”，有些人认为是坡向自东向西的斜坡崩塌沉积物。

因此，对研究区“马槽园群”进行年代学研究与沉积环境的研究(特别是前者)，是一项迫在眉睫的工作。本院马槽园群研究项目为中国地质调查局成都地质调查中心“华南扬子古大陆演化及其资源效应”计划项目的工作项目之一。在该计划项目和国家自然科学基金重点项目“华南新元古代楔状地层沉积充填序列及其大地构造属性研究”专家指导下，通过2011年至今的研究，基本摸清了“马槽园群”的形成年代和沉积环境。这对扬子北缘中新元古代地层的正确划分对比、重建古构造格局、开展华南中新元古代地层划分对比、完善中国地层表进而完善国际地层表，具有非常重要的意义。

1 剖面简介与沉积环境概述

“马槽园群”属上扬子地层区黄陵—大洪山地层分区神农架地层小区，该区主要出露中元古代神农架群地层，构成“马槽园群”所在地的基底，新元古代—早古生代志留纪地层绕其分布。神农架群是一套以白云岩为主的岩石组合;其次含有砂岩、粉砂岩、砾岩、火山岩、铁矿层等。岩石经轻微区域动力变质。底部没有出露，顶与上覆“马槽园群”呈不整合接触，时代为中元古代。《湖北省岩石地层》将其自下而上划分为鹰窝洞组、大岩坪组、乱石沟组、大窝坑组、矿石山组、台子组、野马河组、温水河组、石槽河组、送子园组、瓦钢溪组等11个组。该群主要为碳酸盐岩类，碳酸盐岩包括白云岩类、灰岩类及二者间的过渡岩石类型，这类岩石广泛分布于神农架群各岩石地层单位中;碎屑岩类主要见于大岩坪组、乱石沟组、矿石山组、台子组、送子园组等，尤以上部各组产出较多;火山岩类主要分布于乱石沟组(粗面岩)、温水河组(玄武岩)、送子园组(安山岩)。顶部白云岩与上覆南华纪南沱组冰碛岩或莲沱组紫红色砂砾岩，或与青白口纪“马槽园群”砾岩均呈不整合。全群总厚＞12 680 m。

“马槽园群”出露于神农架林区与兴山县交界处。地层划分采用李铨、冷坚等的地层划分方案，共测制两条“马槽园群”剖面，主干剖面在马槽园，辅助剖面在大岩坪(图1)。现选取主干剖面简介如下。

该剖面位于神农架林区与兴山县交界火烧尖—庄屋垭，剖面自北西往南东测制。“马槽园群”(下部“八里垭组”，上部“火烧尖组”)为一套主要为硅质岩白云岩砾岩，次为粉砂岩与白云岩、含多层火山岩的岩石组合。下部“八里垭组”以复成分砾岩为主，砾石成分有白云岩、硅质岩、砂岩、粘土岩等，有多个自下而上粒度粗—中—细的韵律，夹四层火山岩;上部“火烧尖组”以复成分砾岩为主，夹一层火山岩、多层白云岩和粉砂岩;“火烧尖组”顶部为含叠层石白云岩。该群地层厚度约为2．2 km。与下伏神农架群为冲刷充填沉积接触(冲刷面由八里垭组底部斜坡水道砂砾岩强烈侵蚀下伏地层神农架群大岩坪组纹层状含粉砂白云岩形成，平面上接触面起伏不等)(图2)，与上覆南华纪莲沱组为角度不整合接触，该不整合为晋宁运动形成。其简化地层柱状图见图3。

图 1 湖北神农架地区简化地质图(据李铨和冷坚，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)研究区在扬子地块中的构造位置 (据 Wang and Li，2003修改［8］)

图2 神农架群(Pt2 sh，下)和上覆“马槽园群”(Pt2 m，上)冲刷接触关系Fig.2 The scour surface between Shennongjia Group(Pt2 SH，bottom)and Macaoyuan Group(Pt2 M，top)．

下部“八里垭组”与上部“火烧尖组”的硅质岩白云岩砂砾岩部分层位含海绿石(Glt)(图4)，自下而上常见由粗变细的正粒序层理，砾岩中砾石多为次圆状，硅质岩砾石的磨圆度较高，主要为圆状、次圆状，比“马槽园群”中其他类型砾石的磨圆度要高许多，表明它们为较老的岩石剥蚀、长途搬运后再沉积的产物。

图3 “马槽园群”地层柱状略图Fig.3 Simplified lithological column of the section of Macaoyuan Group1．白云质角砾岩;2．砾岩;3．冰碛岩;4．石英砂岩;5．含海绿石岩屑石英砂岩;6．长石石英砂岩;7．含凝灰长石岩屑砂岩;8．岩屑石英砂岩;9．白云质砂岩;10．白云质粉砂岩;11．叠层石灰岩;12．白云岩;13．火山角砾岩;14．玄武质火山角砾岩;15．凝灰岩;16．水平层理;17．平行层理;18．粒序层理;19．滑动构造;20．采样层位或相当层位。

海绿石为自生矿物，是海洋环境沉积指相矿物。“马槽园群”下部“八里垭组”和上部“火烧尖组”均发现海绿石，表示“马槽园群”形成于海洋环境。

“马槽园群”沉积构造的突出特征是含有重力流沉积构造——粒序层理(图5)和滑动构造(图6)。同时，缺乏大陆环境下的交错层理和波纹层理，也是海洋事件沉积的一个间接证据。

根据上述特征，推断该群形成于台缘斜坡—混积陆棚环境。

图4 “马槽园群”下部八里垭组砂岩中的海绿石(正交偏光)Fig.4 The glauconite(Glt)found in the sandstone，Baliya Formation，Macaoyuan Group(cross-polarized light)．

图5 “马槽园群”下部的粒序层理Fig.5 Graded bedding in lower Macaoyuan Group

图6 “马槽园群”下部的滑塌构造Fig.6 Slump structure in lower Macaoyuan Group

2 样品描述

用于测年的岩石样品RPHP5采集自神农架林区大岩坪附近的人坪河，相当于“马槽园群”中部地层。采样点地理坐标:东经 110°35'45″，北纬 31°27'49″。该岩石为变玄武岩，具变余少斑状结构，基质具变余间粒结构，块状构造。岩石由变余斑晶(3%)和变余基质(80%)及含钛矿物(17%)三部分组成。其矿物成分如下:变余斑晶3%，其中基性斜长石(碳酸盐化)0．5%，粒度1．2 mm ×0．8 mm ～0．4 mm ×0．2 mm，呈残余板柱状;辉石(碳酸盐化绿泥石化)2．5%，粒度0．8 mm ×0．5 mm ～0．4 mm ×0．3 mm，呈残余短柱状。变余基质，80%，其中基性斜长石(碳酸盐化)，45%，粒度0．36 mm ×0．04 mm ～0．1 mm ×0．02 mm，呈自形小板条状;辉石(碳酸盐化绿泥石化)35%，粒度0．1～0．36 mm，呈残余微粒状。含钛矿物17%，其中榍石7%，粒度 0．08 ～0．35 mm，呈柱粒状、楔形;钛铁矿(白钛矿)10%，粒度0．03～0．26 mm，呈粒状或四边形。

变余斑晶主要是辉石，含微量的基性斜长石，辉石被碳酸盐矿物、绿泥石取代残余短柱状假像，而基性斜长石却被碳酸盐矿物取代残余板柱状假像(图7)。变余基质由自形小板条状并伴有碳酸盐化的斜长石杂乱分布所构成三角形空隙格架内充填着辉石(具碳酸盐化和绿泥石化并残余微粒状)而形成间粒结构。

含钛矿物有榍石和钛铁矿两种，两者较均匀分布，其中榍石外形多数呈柱粒状，少数呈楔形，具高级白干涉色。钛铁矿外形多数呈四边形，少数呈粒状，已次变为白钛矿(反射光下显乳白色)。

图7 年龄样品RPHP5显微照片(正交偏光)Fig.7 A micro photo for the sample RPHP5(cross-polarized light)基质具变余间粒结构，辉石斑晶(Px，左上角)被绿泥石取代;基性斜长石斑晶(Pl，右下角)被碳酸盐矿物取代。

3 锆石U-Pb年龄测定

用于锆石U-Pb年龄测定的样品RPHP5为变玄武岩。其中挑选的锆石通过标准重力和磁力分选技术选出。它们被固定在环氧树脂上，用透射光、反射光和阴极发光(CL)显微照相记录下来，以指导同位素分析的测点选择。锆石长约50～110μm，长宽比为1∶2。完整的锆石晶体比较少见，锆石大多数为次棱角状(图8)。其中不少锆石相对来说具有暗核亮边(如颗粒RPHP5-03)，指示后期变质作用对先前岩浆锆石的改造。它们大多数呈半自形，并具有比较模糊的震荡环带结构(图8)，指示原为岩浆成因，经后期改造，预示年龄测试结果不太理想。

LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪)锆石U-Pb同位素组成的分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同 Liu，et al．，2008［9］，Liu et al．，2010［10］和 Liu et al．，2010［11］。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流(Ar+He)中加入了少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度［12］。由 Agilent 7500a采集的每个时间分辨分析数据包括大约20～30 s的空白信号和50 s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)，采用刘勇胜教授的软件 ICPMSDataCal完成［9，10］)。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3完成［13］。单个测点数据误差采用1σ，年龄结果采用206Pb/238U加权平均值(95%置信度)。锆石U-Pb测年数据见表1。

图8 “马槽园群”样品RPHP5典型锆石阴极发光(CL)图像Fig.8 The cathode luminescence(CL)images of typical zircon grains for sample RPHP5

我们对玄武岩样品RPHP5测试了18颗锆石共21个测点的U-Pb同位素年龄。样品RPHP5的Th和U含量呈现正相关(Th=60．4 ×10－6～4 804 ×10－6，U=96．5 ×10－6～11 963×10－6)，同时具有分散的 Th/U比值(Th/U=0．06 ～2．03)，绝大多数在 0．4 以上，显示出岩浆成因，部分遭受后期变质改造。结果显示年龄值大致分两组(一组老，一组新)，许多数值位于谐和线以下(图9)。测试出的非常小的年龄，可能是放射性成因铅丢失(或铀获得)，或样品粉碎或单矿物分选过程中混入的锆石造成的。一些锆石三组年龄不一致，可能部分原因是不同成因锆石的混合，更主要的应该是反映放射性成因铅丢失或叠加了铅丢失区域或者铀获得。导致锆石中放射性成因铅(铀)发生不同程度丢失或获得的主要机制包括以下几个方面:锆石的蜕晶化作用、重结晶作用、扩散作用和增生作用。由于自然界地质情况极复杂，所获得的三组年龄在大多数情况下往往不一致。可能存在这样的情况:虽然不同锆石颗粒的三组年龄之间存在不一致，但其中有一个或者几个锆石颗粒的三组年龄是一致的;在这种情况下，应该取其中谐和的一组年龄代表锆石的形成时间。本次测试的年龄结果显示，经过后来长时期的改造，特别是晋宁运动的改造，锆石封闭体系被不同程度破坏，可能导致一些锆石测试的年龄显得偏轻。本次有三颗锆石RPHP5-04、RPHP5-16、RPHP5-18的三组年龄值比较接近(206Pb/238U年龄分别为(1 057±19)Ma、(1 134±19)Ma、(1 146 ±23)Ma)，加权平均值误差较大，可信度较低。但是，其中有两颗锆石(RPHP5-16、RPHP5-18)年龄非常接近，故取其206Pb/238U加权平均值(1 139±29)Ma(MSWD=0．15，95%置信度)作为“马槽园群”中部火山岩的形成年龄。

图9 样品RPHP5锆石U-Pb年龄谐和图Fig.9 U-Pb concordia diagrams of the sample RPHP5

表1 “马槽园群”样品RPHP5 LA-ICP-MSU-Pb年龄数据Table 1 LA-ICP-MSU-Pb data of sample RPHP5 from the Macaoyuan Group

4 讨论

前人对扬子地块前寒武系的研究多集中于扬子西缘和东南缘［7，14，15］，对扬子北缘前寒武系研究相对较少［2，4，16］。

Qiu et al．于2011年提出，1∶25万神农架林区幅区调命名的神农架群“郑家垭组”(相当于1∶20万神农架幅大岩坪组和乱石沟组部分地层)玄武岩形成于(1 103±8)Ma。李怀坤等2013年指出，神农架群大岩坪组碎屑岩碎屑锆石年龄谱中最小的峰值年龄为(1 398±20)Ma，野马河组凝灰岩的年龄为(1 215．8±2．4)Ma，侵入到神农架群的基性岩墙群的年龄(1 115±9)Ma 与(1 083．2 ±4．6)Ma［17］。后者与 Qiu et al．提出的神农架群顶部郑家垭组形成于(1 103±8)Ma相当。一般来说，基性岩墙群和基性火山岩伴随出现，应该反映拉张环境。

邓奇等2011年夏天采自神农架群石槽河组凝灰岩的SHRIMP(高精度离子探针)U-Pb年龄为(1 180±14)Ma(邓奇等，待刊数据)，晚于李怀坤等2013年发表的神农架群野马河组的年龄(1 215．8±2．4)Ma，但早于侵入到神农架群的基性岩墙群的年龄(1 115±9)Ma与(1 083．2±4．6)Ma。因此，神农架群形成于大约1．4～1．1 Ga，相当于中国地层表的中元古代待建系。

邓奇等2011年夏天采自“马槽园群”八里垭组凝灰岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为(1 165±14)Ma(邓奇等，待刊数据)，与本文玄武岩的锆石U-Pb年龄(1 139±29)Ma在误差范围内基本一致，相当于神农架群近顶部地层。神农架群和“马槽园群”为整合接触，前者早于后者。“马槽园群”与上覆南华纪地层仍然为不整合接触。前人将神农架群与湖北京山打鼓石群对比，将“马槽园群”与不整合于打鼓石群之上的花山群对比。因此，再将“马槽园群”和新元古代花山群对比［1，3］，就出现了问题。

张传恒等2007年发表了云南昆阳群黑山头组凝灰岩锆石 SHRIMP U-Pb 年龄(1 032 ±9)Ma［18］，略晚于Qiu et al．发表的神农架群郑家垭组玄武岩年龄(1 103±8)Ma。孙志明等2009年发表了云南东川地区昆阳群黑山组凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(1 503 ±17)Ma［19］。故昆阳群年龄约在 1．5 ～ 1．0 Ga之间。所以，神农架群、“马槽园群”可与打鼓石群、昆阳群对比。

分析数据(略)的相关性投点采用长江大学路远发教授的GeoKit软件完成［20］。我们利用相关性投点来判别火山岩的大地构造背景。结果显示，火山活动处在大陆拉张(裂解)初期、大洋即将开始形成之时。结合沉积学特征，判断扬子北缘中元古代“马槽园群”形成的构造背景应该属于夭折裂谷。

先前、张国伟等［21］、陆松年等［22］认为，扬子北缘在中元古代存在一个拉张期。可以说，“马槽园群”沉积是哥伦比亚超大陆裂解晚期、罗迪尼亚超大陆即将汇聚时期的独特表现。

5 结论

(1)“马槽园群”中部地层形成于约(1 139±29)Ma。地质时代属于中元古代，而不是前人所认为的新元古代。与下伏地层神农架群整合接触，可以归为其中一个组，即将“马槽园群”降为“马槽园组”，置于其近顶部，对“马槽园组”含义需要重新定义。

(2)“马槽园群”形成于台缘斜坡—混积陆棚环境。

(3)“马槽园群”基本上可以和云南昆阳群对比。

致谢：邓奇博士在野外和室内工作中予以协助，邱玲高工对岩石薄片进行鉴定，中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室胡兆初博士在年代测试中给予很大帮助，王剑研究员、江新胜研究员，吴传荣、李金平、刘早学、毛新武、刘成新等教授级高级工程师对本研究给予指导和帮助，吴传荣、李金平、刘早学、毛新武等教授级高级工程师审阅文稿。特此一并致谢!

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