湖北武当—随枣地区中—晚南华世岩石地层序列与年代学研究

邓乾忠, 杨青雄, 毛新武, 孔令耀

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

湖北武当—随枣地区中—晚南华世岩石地层序列与年代学研究

邓乾忠, 杨青雄, 毛新武, 孔令耀

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

通过对武当—随枣地区原耀岭河群地层剖面考察、验证与修测,新厘定了这一地区中—晚南华世岩石地层序列,将其自下而上划分为高庙组、木渣沟组、前院组三个岩石地层单位。并根据该地层属区域浅变质沉积—火山岩系夹冰成岩构成,而缺乏古生物定年这一特点,有针对性地进行了变质火山岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb测年研究工作,获得了下伏武当群双台组变酸性火山碎屑岩年龄(746.2±11)Ma,属早南华世;高庙组、前院组火山岩年龄分别为(645.2±9.0)—(636.1±6.1)Ma,属晚南华世。首次系统建立了秦岭—大别地区(大巴山—大别山地层区)变质岩系中—晚南华世岩石地层序列及与扬子地层区相应地层的对比关系。

南华系;耀岭河群;地层序列;LA-ICP-MS同位素年代学

本文中—晚南华纪地层系指区域性襄广断裂以北,新城—大悟断裂以南武当—随枣地区广泛出露的原耀岭河群(图1)。

耀岭河群的地层划分对比研究工作,一直是地学界争议较大的基础地质问题,缘于这套地层的物质组成在不同地区,其纵向物质堆积结构序列及横向变化差别较大,厚度变化亦大。因此不同地区、不同单位学者等对该地层划分都存在不同的认识,至今亦是各抒己见。自秦岭区测队(1959)于陕西省商南县耀岭河地区创立耀岭河群以来,至今仍保留众多划分意见。本次湖北省区域地质调查与片区总结,在充分分析研究前人资料基础上,选择郧县高庙地区修测了耀岭河群剖面,重新认识了该地层结构序列,将其自下而上划分为高庙组、木渣沟组、前院组三个岩石地层单位,并对下伏地层双台组,以及本文的高庙组、前院组采集的4组火山岩样品进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄测定,获得下伏地层双台组时代为早南华世,高庙组、木渣沟组、前院组成岩时代属中—晚南华世,故认为该剖面岩石地层单位划分及成岩时代可与扬子地层区长江三峡地区的中—晚南华世的古城组、大塘坡组、南沱组进行对比。并将武当群、原耀岭河群共同构成武当—随枣地区中浅变质岩系(湖北省大巴山—大别山地层区)南华系岩石地层序列。

图1 湖北省鄂西北武当地区区域地质简图Fig.1 Regional generalized geologic map of Wudang area in Hubei1.武当群;2.耀岭河群;3.震旦系—下寒武统;4.中寒武统—奥陶系;5.白垩系—第四系;6.基性岩席;7.剖面位置。

1 耀岭河群划分沿革

耀岭河群地层划分与时代归属方案众多(表1),耀岭河群一名最早由陕西省地质局秦岭区测队[1]于陕西省商南县耀岭河地区创名,原始定义为一套变质的喷发岩—绿色片岩系。下部为绿泥石钠长正片岩,钠长碱性角闪石绿泥石正片岩等绿色片岩与矽化绢云母片岩的互层,厚约1 000 m;上部主要为矽化阳起石绿帘石片岩、钠长绿泥石正片岩等绿色片岩夹薄层大理岩、炭质片岩,偶夹砾岩,厚约500 m。底部未出露,其上与灯影组为不整合,时代归属于早震旦世;陕西省区测队[2]完成的1∶20万郧县幅区调,将耀岭河群引入湖北省境两郧、两竹地区,并建立了鄂西北地区北部震旦系的层序:下统郧西群、耀岭河群,上统陡山沱组、灯影组;河南省区测队[3]将省境丹江北侧淅川—内乡地区这一地层系统创名为马头山组;徐志扬等*徐志扬,湖北省郧县北部地区震旦系下统耀岭河群变质火山岩地层划分与对比,1979。又将耀岭河群由下往上划分为老庄沟组、石门沟组和吴家梁组;刘兴义等*郝用威、刘兴义,湖北武当地区前寒武系变质岩构造变形特征及变质岩地层划分的初步探讨,1984。将郧县北部耀岭河群由下往上划分为高庙组、石门沟组和吴家梁组,时代归属早震旦世;湖北省区调所[4]将耀岭河群划分为上、下两段,时代为早震旦世;湖北省区调所[5]将枣阳—随州地区的这一地层创名为“过路湾组”;湖北省区域地质志[6]将出露于郧西—均县、竹山—竹溪、枣阳—应山等地区,分布面积约2 250 km2的一套中高压区域变质岩系归为耀岭河群,由绿色片岩、浅色片岩、云母石英片岩、变质砂岩及大理岩组成,具铁、铜矿化。平行不整合于武当山群或随县群之上,顶部被上震旦统覆盖;湖北省岩石地层[7]将该地层改称耀岭河组,并定义为:与下伏杨坪(岩)组(省境已改称武当群变沉积岩组或变火山岩组)呈平行不整合接触,与上覆陡山沱组呈断层(或整合)接触,时代为早震旦世,岩性为一套变基性熔岩和火山碎屑岩;湖北省地质调查院[8]又将耀岭河组归为晚南华世;陕西省区域地质志将耀岭河组分为上下段，时代归属青白口系。

本文经对前人资料与成果的充分收集、整理与研究,修测了郧县高庙地区耀岭河群剖面,重新修订耀岭河群层序与定义,为以构造面理平行接触覆盖于武当群双台组之上、震旦系陡山沱组之下的一套裂谷系双峰式火山喷发岩与冰碛岩建造。并自下而上划分为中统高庙组、木渣沟组、上统前院组三个岩石地层单位。将武当群杨坪组、双台组划归南华系下统,共同构成湖北省大巴山—大别山地层区南华系岩石地层序列。

2 剖面介绍

剖面位于湖北省郧县高庙村西北部,该地区出露地层主要为南华系武当群和耀岭河群,山顶零星出露震旦系,现将湖北省郧县高庙中—上南华统耀岭河群高庙组、木渣沟组、前院组实测剖面(图2)介绍如下。

上覆地层:下震旦统陡山沱组(Z1d)

24层 灰绿色厚层状粉砂岩,浅灰、灰白色厚层状变石英砂岩夹灰色绢云钠长片岩。

>5 m

—·—·—·—·— 构造剪切面理接触—·—·—·—·—

前院组(Nh3q)

385.4 m

23层 灰、灰绿色薄—中层状绿泥钠长片岩(变基性火山岩),风化为黄褐色,岩层主要呈中—薄层状产出,单层厚15 cm左右,片状构造。

218.3 m

22层 灰白色、乳白色中—厚层状绢(白)云石英钠长变粒岩(变酸性熔岩)。

149.2 m

21层 灰色、浅灰白色厚层—块状含砾含岩屑绢云钠长变粒岩(变含砾含岩屑晶屑凝灰岩、变酸性凝灰岩、变含砾泥质粉砂岩“冰碛岩？”)。砾石为次棱角状,大小不等,大者达2 cm×1 cm,小者为3 mm×5 mm,个别最大粒径2.5～3 cm;砾石成分有基性岩、酸性火山岩(浅粒岩)、石英砂岩等,砾石稀疏分布;砾石含量约占8%左右,大小混杂,无分选,具微压扁状。17.9 m

---------------- 构造面理平行接触 ----------------

表1 湖北省大巴山—大别山地层区南华系主要划分沿革表

图2 湖北省郧县高庙南华系中—上统高庙组、木渣沟组、前院组实测剖面图Fig.2 Measured section of Gaomiao Formation,Muzhagou Formation and Qianyuan Formation

木渣沟组(Nh2m)

405.40 m

20层 灰绿色厚层具气孔杏仁构造发育的玄武岩(变拉斑玄武岩)。岩石风化为灰黄色、褐黄色。气孔或杏仁体大小不等,一般为0.5 cm×1 cm,小者0.1 cm×0.3 cm,椭圆状、扁平状,略具定向排列。

17.9 m

19层 灰绿色块状绿泥钠长变粒岩(变酸性晶屑凝灰岩)夹乳白色块状斑脱岩。

22.2 m

18层 灰绿色块状具气孔杏仁构造玄武岩,岩石风化为灰黄色、褐黄色,气孔大小不等,一般为2 mm×3 mm。

25.5 m

17层 灰绿色厚层—块状绿泥钠长变粒岩(变凝灰质杂砂岩)。

8.0 m

16层 灰绿色块状基性岩(变辉长岩)。

15层 灰绿色块状含绿帘石团块基性火山熔岩夹少量基性火山碎屑岩。岩石片理不发育,绿帘石团块呈角砾稀疏分布于基性熔岩中,绿帘石团块含量<1%,大小不等,大者5 cm×15 cm,小者2 cm×5 cm,个别棱角状,大小5 cm×7 cm。

36.3 m

14层 灰白色块状石英钠长浅粒岩(变酸性凝灰岩),岩石坚硬、性脆,厚层块状产出。

22.1 m

13层 灰绿色块状含气孔、杏仁状构造玄武岩(变拉斑玄武岩)。气孔大小不等,一般为1 mm×1 mm,大者达2 mm×7 mm。岩石表面风化为灰黄色、褐黄色。

57.4 m

12层 灰色、灰白色、深灰色块状变酸性晶屑岩屑凝灰岩。

8.1 m

11层 灰绿色气孔杏仁构造玄武岩,杏仁体为椭圆状,大小约2 mm×3 mm,气孔构造发育,均具压扁变形现象。玄武岩中夹厚15～20 cm变中酸性凝灰岩,岩石风化为灰黄色。

82.8 m

10层 浅肉红色、灰黄色块状绢云钾化变粒岩与灰白色块状钠长浅粒岩(变酸性凝灰岩)呈不等厚互层。岩石风化强烈,风化面为红褐色。

17.6 m

9层 灰绿色、褐黄色块状气孔杏仁构造玄武岩(变基性凝灰岩),气孔大小不等,一般为0.5 cm×1 cm,杏仁体主要为铁锰质充填物。玄武岩中夹灰白色钠长浅粒岩透镜体。

107.5 m

---------------- 构造面理平行接触 ----------------

高庙组(Nh2g)

443 m

8层 灰白、褐红等杂色绢云石英钠长浅粒岩与灰绿色中层状变杏仁玄武岩不等厚互层。浅粒岩厚度较基性火山岩薄,以基性火山岩为主导,两种岩石形成颜色深浅相间出现。

28.4 m

7层 下部为黄绿色薄层状含砾含岩屑凝灰质粉砂岩(变含砾沉凝灰岩),砾石一般为2 cm×1 cm,以次棱角状为主,砾石成分为酸性火山岩、砂岩等。岩屑为片状,成分以浅粒岩为主,大小不等,一般为3 cm×2 cm,具铁锰质结核或透镜状分布于灰绿色薄层含黄铁矿基性火山碎屑岩中。

55.6 m

6层 灰绿色块状变杏仁玄武岩,气孔或杏仁体大小不等,大者达12 mm×3 mm,小者为1 mm×1 mm。风化强烈,风化后为灰黄色、黄绿色。

65.4 m

5层 灰色条纹状—薄层状绢云千枚岩夹灰绿色绢云钠长绿泥变粒岩及黄褐色薄层铁锰质层。变粒岩岩层单层厚约2 cm,发育纹层状构造。铁锰质层单层厚约3 cm。

42.1 m

4层 灰绿色厚层—块状含黄铁矿绢云钠长绿泥变粒岩(变基性凝灰岩),风化为黄绿色,单层厚普遍>50 cm。

53.6 m

3层 黄绿色、灰黄色薄层状含砾含岩屑绿泥绢云片岩。单层厚约3 cm。砾石较小,一般为2 mm×3 mm,以次棱角状为主,砾石成分为酸性火山岩、砂岩等。岩屑为片状,成分以浅粒岩为主,大小不等,一般为3 cm×1 cm。

106.1 m

2层 灰绿色块状绢云钠长片岩夹灰白色石英钠长浅粒岩。风化为褐色、灰褐色。

23.6 m

1层 浅灰绿色中—厚层状含砾含岩屑绢云钠长片岩。风化为黄灰色。片理化较为发育,单层厚约35～50 cm。砾石呈次棱角状,大小不等,大多呈扁平状分布,长轴一般为5 mm,短轴为2 mm,砾石成分以酸性火山岩为主,有少量基性火山岩。

68.2 m

---------------- 构造面理平行接触 ----------------

下伏地层:武当群双台组(Nh1s)

0层 灰白色块状绢云绿泥石英角斑质凝灰岩(变酸性晶屑凝灰岩)。

3 岩石地层特征及区域变化

3.1 高庙组(Nh2g)

高庙组地层主要分布于鄂西北地区郧县高庙—丹江口市凉水河一带,呈北西—南东向窄带状展布,区域延展性不稳定,出露范围局限,东南地区(随枣—新洲)大多缺失。总体岩性为一套黄绿色变含砾含岩屑基性火山岩、火山熔岩(玄武岩)与泥砂质岩建造。岩性组合郧县地区下部为浅灰绿色中—厚层状含砾含岩屑绢云钠长片岩,黄绿色、灰黄色薄层状含砾含岩屑绿泥绢云片岩,夹灰绿色块状绢云钠长片岩、石英钠长浅粒岩等。含砾岩石中的砾石成分主要为酸性火山岩、砂岩,少量基性火山岩等,砾石以次棱角状、次圆形,大小不等,呈扁平状产出,一般粒径3 cm×1 cm。前人曾发现花岗岩砾石[9-10];中部为灰绿色厚层—块状含黄铁矿绢云钠长绿泥变粒岩(变基性火山岩)、灰绿色块状含气孔杏仁构造玄武岩夹灰色条纹状—薄层状绢云千枚岩、灰绿色绢云钠长绿泥变粒岩及黄褐色薄层铁锰质层。其中玄武岩中气孔或杏仁构造发育,但大小不等,大者达12 mm×3 mm,小者为1 mm×1 mm;上部黄绿色薄层状含砾含岩屑凝灰质粉砂岩,灰白、褐红色等杂色绢云石英钠长浅粒岩与灰绿色中层状基性火山岩不等厚互层。其中含砾含岩屑凝灰质粉砂岩中砾石一般为2 cm×1 cm,以次棱角状为主,砾石成分为酸性火山岩、砂岩等,岩屑为扁平状,成分以浅粒岩为主,具透镜状铁锰质结核。本组与下伏双台组中酸性火山岩呈构造面理平行接触,双台组中缺失了上部含炭泥质沉积岩段;与上覆木渣沟组变气孔状玄武岩呈构造面理平行接触。构造地层厚度443 m。

本组在区域上可对应武当山西部的白河县黄龙洞、郧县泰山庙、蒿坪、房县界牌垭、郧西天河口、泥河口、丹江口凉水河等砾岩组合,该含砾岩系厚数十至百余米,含砾岩系在区域上岩性及厚度变化较大,但常具有不同程度地缺失。关于含砾岩系原岩性质及沉积环境,王寿琼、周俊华等[9]提出:“特别是耀岭河群下部含砾层,系大陆冰盖运移向海洋并在海面上浮的冰筏携带的冰碛物成为落石与海底火山喷发物及其它海水沉积物混生而成的冰海相沉积。其岩石成分既非全是火山岩,又非单纯冰碛岩,而是一套火山沉积外加异源冰碛物的混合沉积岩”;夏竹等[10]认为该岩系“具海相‘坠石’特征,坠石呈孤立状分布,压弯及切割纹理多处可见,偶见‘丁字’形擦痕近平行排布,应为冰筏—海相火山沉积物——冰成岩”;1984年7月刘鸿允等到郧县高庙现场考察,认为耀岭河群底部砾岩具有冰成岩包括“落石”构造特征,当属冰海相沉积层。

本组总体岩石组合特征显示中部变基性火山岩代表了海相裂谷系火山喷溢的产物,而上下含砾岩系可能代表冰冷环境下冰筏作用的冰成岩。

3.2 木渣沟组(Nh2m)

木渣沟组地层主要分布于鄂西北地区的郧县高庙—丹江口市凉水河一带,呈北西—南东向展布,伴随高庙组产出,区域延展性不稳定,出露范围局限,东南地区(随枣—新洲)大多尖灭或缺失。主要岩性为灰绿、黄绿色厚层块状,具气孔杏仁状玄武岩、变拉斑玄武岩、变基性凝灰岩夹浅肉红色、灰黄色块状绢云钾化变粒岩、灰白色块状钠长浅粒岩、绿泥钠长变粒岩等(原岩为变酸性凝灰岩、变酸性晶屑岩屑凝灰岩)组成。其喷发(喷溢)沉积序列呈旋回性叠置,熔岩沉积厚度多为碎屑岩厚度的2～5倍,显示中酸性火山活动较微弱,以气孔杏仁状玄武岩为主导。本组玄武岩以发育气孔—杏仁构造为特征,气孔或杏仁体呈椭圆状、扁平状,略具定向排列,杏仁体主要为铁锰质充填。中部具翠绿色绿帘石岩团块或角砾分布,含量<1%,大小不等,大者5 cm×15 cm,小者2 cm×5 cm,个别棱角状呈5 cm×7 cm,构造地层厚度405.40 m。其岩石地层序列结构总体反映为深—半深海裂隙式双峰式火山活动的沉积环境。

3.3 前院组(Nh3q)

本组分布较为广泛,是湖北地区原耀岭河群(组)的主体地层。从西北(两郧、两竹)至东南(黄陂、新洲)贯穿整个省境大巴山—大别山地层区,伴随木渣沟组或双台组呈窄带状产出。于武当山周缘的竹山、竹溪、郧西、郧县南部、谷城县西北部、随枣、广水、黄陂、新洲等地区的震旦系陡山沱组之下广泛发育。主要岩性在郧县高庙地区有三个部分组成:下部灰色、浅灰白色厚层—块状含砾含岩屑绢云钠长变粒岩(变含砾岩屑晶屑凝灰岩、变酸性凝灰岩),砾石为次棱角状,大小不等,大者达2 cm×1 cm,小者为3 mm×5 mm,个别最大粒径2.5～3 cm;砾石成分有基性岩、浅粒岩、石英砂岩等,砾石稀疏分布,含量约占5%～8%左右,大小混杂,无分选,具微压扁状;中部灰白色、乳白色中—厚层状绢(白)云钠长浅粒岩(变中酸性熔岩);上部灰绿色,风化为黄褐色薄—中层状绿泥钠长片岩(变基性火山岩)构成,构造地层厚度385.4 m。

本组岩性组合及厚度在区域上变化极大,陕西省白河地区主要岩性为灰绿—深灰绿色绿帘钠长阳起片岩、绿泥钠长阳起片岩、绿泥方解绿帘片岩、含黑硬绿泥石绿泥片岩及含黑硬绿泥黑云钠长片岩,含石榴石钠长绿泥阳起片岩构成,地层叠覆厚度279 m;郧西县上津地区主要岩性为含黑硬绿泥石绿泥钠长片岩、绢(白)云绿泥钠长片岩、钠长绿帘黑云片岩等组成,原岩为变基性熔岩及变基性凝灰岩,局部常发育有铜矿化,地层叠覆厚度479.5 m;郧西县南部地区为一套绿帘石化的钠长绿泥片岩组成,上部多夹绿泥绢云片岩、含铁绢云绿泥片岩、砂质薄层及大理岩透镜体,区域上往往具不同程度地缺失,顶部夹泥质碳酸岩,地层叠覆厚度679.5 m;郧县北部的南化塘—袁山地区,本组岩性主要为灰绿色含晶屑岩屑钠长绿帘绿泥片岩、绿泥绿帘钠长阳起片岩、绿泥绿帘片岩、绢云绿泥片岩、方解石(钠长)绿泥片岩夹变基性熔岩等,常见变余气孔、杏仁构造、枕状构造,地层叠覆厚度381.2 m;丹江口市凉水河地区,本组主要由钢灰色磁铁绢云石英片岩、灰绿色绿泥钠长片岩夹钠长黑云片岩组成,原岩为泥质粉砂岩、玄武岩,以含较多磁铁矿为特征,玄武岩中常见气孔、杏仁构造,地层叠覆厚度294～540 m;在白河向斜南翼地区,厚度明显变薄,郧县鲜鱼寺—青岩寨一带主要为绿泥透闪—阳起钠长片岩、绿泥钠长片岩夹变基性晶屑凝灰岩,厚仅几米;在十堰市小花果则为绿泥钠长片岩、绿泥阳起钠长片岩夹方解石大理岩透镜体,厚约60 m,向东构造转折部位下三岔一带为绿泥钠长片岩夹中厚层状大理岩,地层厚度12 m;再向东至随枣—黄陂—蕲春地区本组普遍发育,在枣阳县平林,岩性主要为含集块和角砾的绿色片岩及绿色片岩组成,顶部夹含赤铁磁铁石英岩与变质磁铁角斑岩产出,地层叠覆厚度435～1 340 m;随县的塘镇地区岩性下部岩石主要为绿帘黑云阳起片岩、钠长绿帘黑云阳起片岩、钠长阳起片岩、钠长黑云片岩。其中常见呈透镜状产出的阳起绿帘石岩,并见有变余火山结构构造如变余气孔杏仁构造、变余火山碎屑结构、变余火山玻屑。上部为含磁铁钠长阳起片岩、黑云绿泥钠长片岩、白云钠长片岩夹条带状含白云母、绿泥石大理岩、含磁铁二云钠长片岩、含磁铁钠长二云片岩构成,以含磁铁矿的二云片岩、条带状大理岩为特征。原岩主要为基性火山岩及基性火山碎屑岩夹粘土岩、泥砂质灰岩。地层叠覆厚度428 m;广水市余店—韩家湾一带,岩性下部为黑云绿帘绿泥阳起钠长片岩,具气孔状、杏仁状构造,并夹有大量石英绿帘石岩团块,夹绢云片岩、绿泥片岩和大理岩组成;上部由含绿帘石和钠长石的黑云片岩、磁铁钠长绢云片岩、含钛磁铁矿的绢云绿泥钠长片岩、钠长黑云片岩、钠长绿泥片岩、蓝闪钠长黑云片岩夹蓝闪大理岩与白云滑石片岩等组成,地层叠覆厚度1 656 m,本组普遍具铜矿化,局部具磁铁矿纹带或夹薄层磁铁矿、蓝闪钠长绿泥片岩为特征;随县东南部地区,岩性较简单,主要为含岩屑黑云绿帘钠长片岩,含杏仁体钠长黑云绿帘片岩,绿帘透闪—阳起黑云片岩夹大理岩透镜体。地层叠覆厚度126.4 m;黄陂八里湾地区,主要岩性为钠长绿帘阳起片岩、阳起绿泥片岩,中部夹薄层白云钠长石英片岩及含少量绿帘石岩团块,常含蓝闪石、黑硬绿泥石特征矿物,原岩为一套基性火山碎屑岩间歇接受陆源碎屑沉积,地层叠覆厚度为178.9 m。区域上与下伏前院组或双台组,与上覆震旦系陡山沱组均呈构造面理平行接触。原始接触关系,前者应为整合关系,后者属区域性平行不整合接触关系。

本组岩石普遍含磁铁矿,并于郧县北部—丹江口市凉水河一带局部构成贫磁铁矿层。鄂北及新洲地区局部亦有贫磁铁矿层发育。

本组总体岩石组合以下部含砾火山岩的出现开始,可能代表了晚南华世时期最后一次强烈火山作用的开始,并逐步由酸性—基性火山作用结束晚南华世沉积。本组岩性组合特征,众多研究认为是形成于板内拉张(裂谷)构造环境的产物[11-16]。

4 同位素年代学研究及地层的区域对比

本次野外调查验证与剖面修测中,选择十堰市郧县高庙剖面进行同位素年代学研究,共采集了4组火山岩进行LA-ICP-MS锆石原位U-Pb同位素测年,其中下伏地层双台组(剖面0层)、高庙组(剖面2层、5层)及前院组(剖面22层)的变酸性火山碎屑岩样品,送中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行测试,测试结果见表2。

表2 高庙组(Y0001-2、Y0001-5)和前院组(Y0001-22)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果

续表2

LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年即利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱进行测试,该方法主要是利用等离子体质谱计(ICP-MS)进行U-Th-Pb同位素分析。样品的锆石均是首先利用大约5～10 kg样品通过常规的人工破碎、研磨、重砂和电磁分选手段进行粗选。然后将分选出来的锆石依据锆石颗粒的大小和形貌在双目镜下再进行细致筛选。之后将筛选出来用于测试的锆石颗粒置于环氧树脂浇铸的样品靶上,进行磨蚀、抛光和镀金,并对制成的锆石靶进行透射光、反射光图像和阴极发光图像的拍摄。并参照锆石的阴极发光图像及透、反射光图像,随机挑选出合适的锆石颗粒,同时应注意避免锆石内部包裹体和裂痕等区域进行锆石U-Pb定年测试。

样品测试采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent7500a,激光剥蚀系统为德国Lamda Physik公司生产的GeoLas2005深紫外(DUV)193 nm UArF准分子激光剥蚀系统。测试过程中采用He作为剥蚀物质的载气,用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器最佳化。锆石年龄测定采用哈佛大学标准锆石91500作为外标。实验中采用的激光束斑直径为32 μm。仪器参数和详细的分析流程参见Liu et al[17],以及同位素比值数据处理采用ICPMSDataCal软件,年龄计算和谐和图的绘制采用Ludwig[18]的Isoplot程序完成,所获得的测试数据与地质客观事实吻合较好。下伏地层双台组获得锆石U-Pb年龄(746.2±11)Ma,为早南华世,确认高庙组时代为中南华世,且其底界应晚于725 Ma。

4.1 高庙组(Nh2g)

高庙组为一套火山岩与冰成岩建造,前人未获得古生物化石,本次于郧县高庙剖面第2层(样号Y0001-2)和第5层(样号Y0001-5)分别采集了2套火山岩锆石U-Pb同位素样品。其中,第2层含砾石英钠长浅粒岩样品测试结果显示锆石多呈长柱状、粒状,四方双锥,多半自形—自形,部分较大颗粒的锆石在碎样过程中被机械破碎,但是仍表现出较好的原始自形形态(图3-a),锆石粒径多在100～200 μm左右,长宽比多在1∶1～3∶1之间。CL图像显示,锆石多由核部和幔部组成。锆石阴极发光图像显示,锆石均具有较窄的振荡环带,Th/U值均>0.4(0.49～2.20之间),说明锆石均为岩浆成因锆石[19-20],可以较好的代表样品的形成年龄。将LA-ICP-MS定年结果数据除去谐和度低于90%的测试点,剩余15个测试点的年龄分布在(622±4.8)—(673±5.4)Ma之间(表3),该组年龄的206Pb/238U加权平均年龄为(645.2±9.0)Ma,在206Pb/238U对207Pb/235U谐和图上,所有测试点均落在谐和曲线的交点附近(图4-a),可以较好的代表火山岩的形成年龄,其中有4颗高谐和度的单颗粒锆石年龄>660 Ma,属中南华世,可能暗示该组地层时代为中南华世。

在第5层绿泥钠长变粒岩(变酸性晶屑凝灰岩)中采获的样品Y0001-5的锆石多呈长柱状,多为自形,四方双锥,锆石的长宽比多在2∶1左右,粒径多在100～200 μm左右,CL图像显示锆石均具有较窄的振荡环带,个别锆石颗粒呈现出扇状分带特征,说明锆石为在岩浆中结晶形成,锆石Th/U值仅一个为0.31,其余均>0.4(0.43～1.61之间),基本可以确定为岩浆成因锆石(图3-b)。将LA-ICP-MS定年结果数据除去谐和度低于95%的测试点,剩余的27个测试点的年龄分布在(612±4.1)—(670±6.4)Ma之间,取206Pb/238U的加权平均年龄为(636.1±6.1)Ma,在206Pb/238U对207Pb/235U谐和图上,所有测试点均落在谐和曲线的交点附近(图4-b),可以较好的代表火山岩的形成年龄。同时,在该剖面第0层石英角斑质凝灰岩中采获的锆石U-Pb同位素测年结果显示其年龄为(746±11)Ma,属早南华世。结合该数据结果,以及高庙组与上下地层接触关系和区域地质特征,将其时代归属为中南华世是可行的,其形成时代可以与扬子地层区古城组进行对比。

图3 样品Y0001-2(a)和Y0001-5(b)部分典型锆石阴极发光图像Fig.3 Some typical cathodoluminescence images of zircons of Y0001-2(a)、Y0001-5(b)

图4 样品Y0001-2和Y0001-5锆石206Pb/238U对207Pb/235U的谐和年龄图和加权平均年龄图Fig.4 Weighted average map and harmonious map of Y0001-2(a)、Y0001-5(b)

4.2 木渣沟组(Nh2m)

木渣沟组是介于两套火山碎屑岩之间的一套拉斑玄武岩,前人尚未进行同位素年代学测试,也未发现可靠的化石依据,本组在地层位态上处于区域上前人划分的高庙组和吴家梁组之间,对应于王寿琼等[21]划分的石门沟组。本次研究,该组位于高庙组之上、前院组之下,上下均为平行面理接触,结合上下地层的最新测年数据,将其时代置于中南华世。

4.3 前院组(Nh3q)

前院组在地质时空关系上,是一套介于震旦纪陡山沱组之下、木渣沟组或双台组之上的双峰式火山岩构成的岩石地层单位。其上被震旦纪陡山沱组粉砂质或粘土质变质的片岩直接覆盖,底部以变含砾的中酸性火山碎屑岩或变绿帘绿泥钠长片岩与下伏木渣沟组变玄武岩或双台组凝灰质片岩接触,接触面均为构造面理平行接触,剖面上反映为连续沉积特征。

从区域延伸情况看,省境大部分地段在前院组与双台组之间缺失了木渣沟组和高庙组这一特征,位态上与扬子地层区南华系南沱组一致。

微古植物组合特征显示,湖北省区调所(1987)于本组郧县蒿坪剖面上所获Lignumsp.(植物碎屑,未定种),TrematosphaeridiumminutumSinetLiu(小型穴面球形藻,未定种),Lophosphaeridiumsp.(瘤面球形藻,未定种),Asperatopsophosphaerasp.(糙面球形藻,未定种),以及在郧县黑滩垭剖面本组上部深灰色二云片岩中所获Lignumsp.(植物碎屑,未定种),LaminaritesantiguissimusTim(古片藻?),Laminariles? sp.(片藻? 未定种)等等。很明显,上列的微古植物面貌及组合特征与上覆早震旦世的微古植物组合有很大的一致性,主要是表面具有瘤的细胞和较多的植物碎屑占主导,如Lophosphaeridiumsp.,Lignumsp.,Dictyosphaerasp.二者都有,其中Asperatopsophosphaerasp.,Laminarites?antiguissimusTim,是震旦纪的常见分子。

同位素年代学研究方面,许多地学科研单位和个人,在相当于本组变基性火山岩采获的同位素测年数据亦支持了本组时代为晚南华世。蔡志勇等[22]于原耀岭河组火山岩中获得13颗锆石进行U-Pb法年龄测定为(632±1)Ma,接近震旦纪底界年龄;徐江嬿[23]应用美国伯克利地质年代中心(Berkeley Geoehronogy Center)K.R.Ludwing提供的Isoplot程序对上世纪90年代王寿琼等发表的同位素年龄数据重新计算,认为蔡志勇所获数据可信度较高,并能得到许多地质依据支持;李怀坤等[24]运用TIMS法锆石U-Pb获得耀岭河群火山岩年龄属南华纪,并认为该套火山岩是裂谷环境的产物。

图5 样品Y0001-22部分典型锆石阴极发光图像Fig.5 Some typical cathodoluminescence images of zircons of Y0001-22

本次于郧县高庙剖面第22层中酸性火山岩采获的一组锆石样品(样号Y0001-22)测试结果见表3。锆石形态多呈长柱状、粒状,四方双锥,多半自形—自形,部分较大颗粒的锆石在碎样过程中被机械破碎,但是整体仍表现出较好的原始自形形态(图5),粒径多在100～300 μm左右,锆石的长宽比多在2∶1～3∶1之间。CL图像显示,锆石多由核部和幔部组成;锆石阴极发光图像显示,锆石均具有较窄的振荡环带,锆石Th/U值均>0.4(0.46～0.95之间),说明锆石均为岩浆成因锆石,可以较好的代表该套火山岩的形成年龄。将LA-ICP-MS定年结果数据除去谐和度低于95%的测试点,剩余19个测试点的年龄分布在(618±7.4)—(663±6.3)Ma之间,取206Pb/238U的加权平均年龄为(636.1±5.9)Ma,在206Pb/238U对207Pb/235U谐和图上,所有测试点均落在谐和曲线的交点附近(图6),可以较好的代表其形成年龄。该组年龄与前人的研究资料高度一致,可以确定本组地层的时代属于晚南华世。

图6 样品Y0001-22锆石206Pb/238U对207Pb/235U的谐和年龄图和加权平均年龄图Fig.6 Weighted average map and hamonious map of Y0001-22

5 结论

(1) 武当—随枣地区原耀岭河群是一套裂谷系双峰式火山岩系与冰成岩组合的岩石地层系统,岩性组合具三分特点,显示出下部具含砾的碎屑岩、火山岩或加入有冰成岩、基性火山岩的特征,中部为变拉斑玄武岩夹酸性火山岩,上部为双峰式火山碎屑岩特征,自下而上将其划分为高庙组、木渣沟组、前院组三个岩石地层单位,划分标志清楚,具区域可填图性。

(2) 本次获得的火山岩高精度LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年显示,下伏双台组地层形成时代(746±11)Ma为早南华世,揭示了其上覆的高庙组时代应≤725 Ma界限的中南华世。而在本组第2层浅粒岩获得(645.2±9.0)Ma,15个测试点的年龄分布在(622±4.8)—(673±5.4)Ma之间;第22层变粒岩锆石U-Pb同位素年龄为(636.1±5.9)Ma,27个测试点的年龄分布在(612±4.1)—(670±6.4)Ma之间,结合上下地层时代,指示高庙组成岩时代应为中南华世;前院组变粒岩的锆石U-Pb同位素年龄为(636.1±6.1)Ma,与前人的研究资料高度一致,时代属晚南华世;木渣沟组处于高庙组与前院组之间,将其置于中南华世。三个组空间位置可分别对应于扬子地层区古城组、大塘坡组、南沱组。

(3) 本文根据剖面划分的三个组与下伏武当群杨坪组、双台组共同构成武当—随枣地区(大巴山—大别山地层区)南华系地层序列,基本能与扬子地层区南华系进行对比,即杨坪组、双台组对应扬子地层区下南华统莲沱组;高庙组、木渣沟组对应中统古城组、大塘坡组;前院组对应上统南沱组。无论从微古植物组合特征和同位素年代学依据,大巴山—大别山地层区南华系地层序列与扬子地层区南华系地层序列在时空上基本对应,岩性组合及沉积环境显示为不同构造背景下的异同特征。

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(责任编辑：于继红)

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

“湖北省区域地质调查与片区总结”项目研究成果之一,项目编号为121201130112800。

邓乾忠(1955-),男,教授级高级工程师,地质力学专业,从事区域地质矿产调查研究工作。E-mail:605811258@qq.com

P539.2

A

1671-1211(2016)02-0132-11

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.003

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1057.022.html 数字出版日期:2016-03-03 10:57