甘肃两当县解板沟一带舒家坝群的解体

2019-10-16何世平温志亮段忠志

岩石矿物学杂志 2019年5期

田绒，何世平，温志亮，时超，段忠志

(1. 中国地质科学院，北京 100037； 2. 中国地质大学(北京)，北京 100083； 3. 中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054)

舒家坝群广泛分布于西秦岭北带，主要出露于甘肃省高桥—麻沿河—崖城一线以北和舒家坝—娘娘坝—固城镇一线以南区域(王元元等， 2014)，呈西宽东窄的北西西-南东东向楔形展布。该群由陕西区测队(1968)(1)陕西区测队. 1968. 1∶20万天水幅地质图及说明书.进行 1∶20万天水幅区测时创立的舒家坝组演化而来，包括上、下两个亚组共8个层段，属于叶连俊等(1944)所称“西汉水系”、黄振辉(1962)所称“西汉水统”、王钰等(1964)所称“西汉水群”的一部分。舒家坝群形成于半深海-深海环境，为一套浅变质的具类复理石沉积特征的细碎屑岩夹少量碳酸盐岩(晋慧娟等， 1996)。

陕西区测队(1968)(2)陕西区测队. 1968. 1∶20万天水幅地质图及说明书.创名的舒家坝组分为上、下两个亚组。陕西区测队(1974)(3)陕西区测队. 1974. 1∶50万西秦岭地质图.将舒家坝组上亚组中的变质火山岩及片岩、片麻岩、混合岩置于寒武-奥陶系，其余部分与下亚组一起改称为舒家坝群，并分为上、中、下3个组，但并未对其进行具体命名。舒家坝群主要岩性包括千枚岩、变钙质泥岩、变粉砂质泥岩、变粉砂岩、砂岩及板岩，夹少量灰岩、泥灰岩，产珊瑚、腕足类、植物、古孢子及疑源类动植物化石，局部可见其与上覆上泥盆统大草滩群呈平行不整合接触，未见底，与周缘下古生界太阳寺岩组和泥盆系西汉水群均呈断层接触关系。甘肃省地矿局第一地质队(1996)(4)甘肃省地矿局第一地质队. 1996. 1∶5万太白幅地质图及说明书.将舒家坝群分为黑沟组和何家店组,杨明岭等(2014)沿用了该划分方案，本文亦沿用此方案。舒家坝群何家店组包括4个岩性段：第1岩性段为灰-深灰色板岩(绢云千枚岩)、钙质粉砂岩夹石英杂砂岩及粉砂质灰岩，上部为一套灰白色薄-中层状碎屑灰岩；第2岩性段为灰白-灰绿色板岩、绢云千枚岩夹细砂岩及灰岩条带；第3岩性段为灰-灰绿色薄-中层状变石英砂岩夹粉砂质板岩及薄层灰岩，发育C-D-E层鲍马序列；第4岩性段为灰绿-黄绿色粉砂质板岩夹薄层状微晶灰岩，偶夹薄层状粉砂岩。舒家坝群黑沟组包括2个岩性段：第1岩性段为灰色石英砂岩、长石石英砂岩与粉砂岩、灰绿-暗紫红色板岩；第2岩性段为灰色薄层状石英砂岩、粉砂岩与暗紫红色板岩互层。长安大学地质调查研究院(2004)(5)长安大学地质调查研究院. 2004. 天水市幅1∶25万区域地质调查成果报告.将两当县北侧太阳寺断裂以南的原划舒家坝群重新命名为龙潭组，断裂北侧为从奥陶系李子园群、中泥盆统舒家坝群和上泥盆统大草滩群中解体出来的一套浅变质碎屑沉积地层，并将其命名为太阳寺岩组。太阳寺岩组中锆石U-Pb年龄为426～420 Ma，其形成时代为晚志留世(刘图杰等， 2014；陈伟男等， 2014)。

以往的研究将舒家坝群的形成时代总体划为泥盆纪，但对其具体的形成时限长期存在争议，包括： ① 早泥盆世，叶晓荣(1986)对甘肃天水舒家坝群中发现的孢子化石进行了研究，将舒家坝群划归早泥盆世； ② 中泥盆世，陕西区测队(1968)(6)陕西区测队. 1968. 1∶20万天水幅地质图及说明书.根据区测在母家峡采到少量珊瑚及腕足化石，将舒家坝群划归为中泥盆世晚期；陕西区测队(1974)(7)陕西区测队. 1974. 1∶50万西秦岭地质图.依据区域对比，将舒家坝群划归中泥盆世；甘肃区调队(1989)(8)甘肃区调队. 1989. 1∶20万天水幅、岷县幅修测成果报告.在扎固一带采到大量珊瑚、腕足化石，将舒家坝群划归中泥盆世；长安大学地质调查研究院(2004(9)长安大学地质调查研究院. 2004. 天水市幅1∶25万区域地质调查成果报告.)根据珊瑚、腕足化石和区域对比，认为舒家坝群时代划归中泥盆世较合适；王元元等(2014)对舒家坝群进行了碎屑锆石U-Pb同位素年代学研究，所测样品最小锆石年龄组的加权平均年龄为413 Ma，代表了舒家坝群的沉积下限，结合前人研究的古生物资料将其形成时代限定为中泥盆世。③ 中晚泥盆世，甘肃区调队(1969)(10)甘肃区调队. 1969. 1∶20万岷县幅地质图及说明书.采获珊瑚、腕足类化石，将舒家坝群划归中晚泥盆世；甘肃省地矿局第一地质队(1996)(11)甘肃省地矿局第一地质队. 1996. 1∶5万太白幅地质图及说明书.采获大量腕足类化石，将舒家坝群划归中晚泥盆世；苏建平等(2000)通过1∶5万麻沿河幅、高桥幅区调，在西秦岭舒家坝群中发现了丰富的古孢子化石，认为其形成时代属中晚泥盆世；徐学义等(2014)编制的1∶50万秦岭及邻区地质图，将舒家坝群划归中晚泥盆世。

总之，前人多数将舒家坝群的形成时代总体划为泥盆纪，但其形成的具体时限尚未精确限定，岩石组合为一套半深海-深海相浅变质的细碎屑岩夹少量碳酸盐岩。此外，尽管前人将舒家坝群岩石地层单元进行了划分，但其在不同地区岩石组合仍存在较大差异，并且差别较大的岩性组合均以断层接触，就是相同的岩性组合，其间亦为断层和平行不整合等接触。因此，前人所划舒家坝群中化石采集的位置不同，形成时代就可能变化，不排除存在其他时代的岩石组合的可能。

笔者在1∶5万太阳寺幅地质矿产调查过程中，从甘肃省两当县解板沟一带原划舒家坝群中填绘出一套被断裂围限并与铁(金)矿成矿密切相关的火山岩-火山碎屑岩系，该岩系岩石组合与舒家坝群迥然不同。为精确限定该套火山岩-火山碎屑岩系的形成时代，笔者采集了其中流纹质凝灰岩和英安斑岩2件样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，结果表明其形成时代为晚三叠世。依据岩石组合和形成时代，将其从舒家坝群中解体出来，暂划归华日组。原舒家坝群的解体，对西秦岭岩石地层格架的进一步厘定和该区铁(金)矿形成地质背景的深入研究均具有重要意义。

1 区域地质背景

1.1 区域地层

研究区位于甘肃省两当县境内，大地构造位置属于商丹结合带之南(图1)的中秦岭构造带。研究区岩石地层由老到新有：

(1) 太阳寺岩组(S3t.)，分为3个岩性段：第1岩性段(S3t.1)为灰绿色角闪绿泥片岩、绢云绿泥片岩夹斜长角闪片岩；第2岩性段(S3t.2)为灰色石英片岩、变砂岩夹绢云石英片岩、二云石英片岩，偶夹大理岩；第3岩性段(S3t.3)为灰绿色二云石英片岩、绢云绿泥石英片岩夹石英片岩及硅质条带，偶夹薄层大理岩。其与南侧舒家坝群何家店组(D2-3h)呈断层接触。

(2) 舒家坝群(D2-3S)，在研究区仅出露何家店组(D2-3h)第1、第2、第3共3个岩性段。第1岩性段(D2-3h1)为灰色-灰白色细砂岩、粉砂岩夹粉砂质板岩及灰岩，顶部为一套灰色砂质灰岩；第2岩性段(D2-3h2)为灰色粉砂质板岩、绢云母千枚岩夹灰白色薄层钙质细砂岩；第3岩性段(D2-3h3)为灰色-灰绿色中细粒石英砂岩、粉砂岩夹粉砂质板岩。其与太阳寺岩组(S3t.)、西汉水群黄家沟组第2岩性段(D2h2)及华日组(T3hr)均呈断层接触。

(3) 西汉水群(DX)，研究区仅在西南角出露黄家沟组第2岩性段(D2h2)。岩性以灰-灰绿色钙质粉砂质板岩、钙质板岩为主，夹薄层灰岩、钙质千枚岩、粉砂质板岩及细砂岩。其与舒家坝群何家店组(D2-3h)呈断层接触。

(4) 华日组(T3hr)，为本次地质矿产调查从舒家坝群中解体出来的地层单位，也是本文研究的重点。新解体出来的华日组分布于研究区中部，东西长约18 km，南北最宽约4.5 km，周缘被舒家坝群围限，两者为断层接触，北部和南部分别为自北向南逆冲的太阳寺-石马池断层和栗子坪-左家断层。

研究区华日组主要岩石类型包括安山质凝灰岩夹英安斑岩、流纹岩、玄武岩及中酸性凝灰岩(图2)，局部出露英安质火山角砾岩和流纹质火山角砾岩(图3a)，为近火山口的产物，呈近东西向链状展布。火山岩-火山碎屑岩系被后期二长花岗岩岩株及花岗闪长岩、花岗岩、花岗斑岩岩脉侵入。华日组火山岩-火山碎屑岩系表现出明显的火山-沉积韵律，总体为：安山质凝灰岩、玄武岩→英安斑岩、流纹岩、中酸性火山角砾岩，反映了火山喷发作用以爆发相火山碎屑岩开始，以喷溢相中酸性熔岩结束，主要为爆发相，次为喷溢相。铁矿和金矿产于火山旋回上部层位的中酸性火山岩和火山角砾岩中，铁矿石具有特征的层状构造(图3b)，显示火山-沉积成因。

1.2 侵入岩

研究区主要为中酸性侵入岩，除了西邻太白二长花岗岩体和东邻何家庄二长花岗岩体少部分延入区内外，多为二长花岗岩、花岗闪长岩及花岗(斑)岩岩枝，呈北西西向展布，与区域构造方向基本一致，侵入于太阳寺岩组、舒家坝群何家店组以及新解体出的华日组中。

甘肃省地矿局第一地质队(1996)(12)甘肃省地矿局第一地质队. 1996. 1∶5万太白幅地质图及说明书.获得研究区西邻太白二长花岗岩体Rb-Sr等时线年龄为347.9 Ma，将其时代厘定为石炭纪。前人获得太白二长花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为221.8±1.5 Ma，认为其形成时代为晚三叠世(任厚洲等， 2014；王顺安等， 2016)。前人资料显示，研究区几乎没有石炭纪岩浆活动的证据，因而将太白二长花岗岩体时代划为三叠纪更为妥当。陕西省地质调查院(2003)(13)陕西省地质调查院. 2003. 宝鸡市幅1∶25万区域地质调查成果报告.将何家庄二长花岗岩体的时代也厘定为三叠纪。研究区侵入太阳寺岩组、舒家坝群何家店组的二长花岗岩、花岗闪长岩岩枝应属于与太白和何家庄二长花岗岩相关的侵入体，时代为三叠纪，是秦岭地区印支期碰撞造山的地质记录。

图 1 甘肃省两当县解板沟一带地质矿产简图

图 2 甘肃省两当县解板沟地质剖面

图 3 甘肃两当解板沟地区火山岩野外和镜下显微特征

1.3 区域构造

研究区断裂构造发育，主要为近东西向或北西西向断裂和北东向断裂两组。早期为近东西向或北西西向断裂，属于自北向南的逆冲推覆断裂系，也是新解体出华日组火山岩-火山碎屑岩系与外围舒家坝群的边界断裂。晚期为北东向断裂，具有左行走滑性质，切割早期近东西向或北西西向断裂。

2 样品特征

本次用于同位素测年的样品有2件(18HG-1、18HG-2)，均采自甘肃省两当县北解板沟铁矿区(图1、图2)，采样点地理坐标为E106°26′43.05″，N34°1′11.97″。

样品18HG-1，野外观察呈灰白色，块状构造(图3c)，局部可见条带状构造。镜下表现为凝灰结构，由晶屑和基质两部分组成(图3d)。晶屑主要为酸性斜长石(约3%)和石英(约4%)；基质为微细粒长英质(约40%)和隐晶质(约53%)，具弱绢云母化。镜下定名为流纹质晶屑凝灰岩。

样品18HG-2，野外观察呈灰白-浅褐色，块状构造(图3e)。镜下具明显的斑状结构，由斑晶和基质两部分组成(图3f)。斑晶主要为绢云母化斜长石(约15%)和石英(约12%)，石英斑晶边部遭受熔蚀后呈港湾状或浑圆状；基质由微细粒和隐晶质长英质(约73%)组成，发育强烈绢云母化。镜下定名为英安斑岩。

3 测试方法

锆石单矿物挑选在西安瑞石地质科技有限公司实验室完成，将流纹质晶屑凝灰岩(18HG-1)和英安斑岩(18HG-2)样品破碎至30～50目，通过常规浮选和电磁选方法挑出单颗粒锆石。

在国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成锆石的透射光、反射光和阴极发光(CL)图像分析。挑选出表面平整、色泽度和透明度好的锆石单矿物，将其贴在双面胶上，用无色透明的环氧树脂固定在测试样品靶上。采用JSM-6510A钨灯丝扫描电镜和GatanChromal阴极发光仪进行锆石内部结构显微照相。

LA-ICP-MS锆石微区U-Pb年龄测定在国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成，优选表面平整、无包裹体或裂隙的锆石作为LA-ICP-MS的测试点。分析仪器采用德国Coherent公司生产Geolas Pro型ArF准分子激光剥蚀系统(LA)和美国生产的Agilent7700x型四级杆等离子质谱仪(ICP-MS)组合而成。LA-ICP-MS基本原理是将激光微束聚焦于样品表面使之熔蚀气化，激光剥蚀束斑直径约为30 μm，激光剥蚀深度为20～40 μm。再由He气将样品微粒送入等离子体中电离经质谱系统过滤，最后用接收器检测不同荷质比的离子(袁洪林等， 2003；徐庆胜等， 2014；李艳广等， 2015)。

锆石的同位素比值及元素含量计算采用Glitter(ver4.0， Macquarie University)程序。按照Andersen(2002)的方法进行普通铅校正，采用Isoplot完成206Pb/238U年龄计算以及谐和图的绘制(Ludwig， 2003)。

4 测年结果

流纹晶屑质凝灰岩(18HG-1)样品中的锆石颗粒较大，粒径达130 μm×80 μm ～230 μm×120 μm，呈自形-半自形柱状、短柱状，锆石CL图像显示具明显的振荡环带结构(图4a)，Th/U值为0.23～0.78，主体介于0.31～0.63之间(表1)，属典型的岩浆成因锆石。经普通铅校正后锆石U-Pb同位素有效测试点共24个。锆石U-Pb谐和图中，所有测点集中分布于谐和线上或其附近(图4b)，206Pb/238U表面年龄为208±4～200±4 Ma，谐和年龄为206±5 Ma(MSWD=0.02)，加权平均年龄为204±2 Ma(MSWD =0.22)(图4b)。谐和年龄和加权平均年龄在误差范围内基本一致，206Pb/238U加权平均年龄204±2 Ma代表了流纹质晶屑凝灰岩的原岩形成年龄，表明其形成于晚三叠世。

英安斑岩(18HG-2)样品中的锆石粒径为90 μm×60 μm ～150 μm×80 μm，以自形-半自形柱状为主(部分残缺为锆石挑选中机械破碎所致)，锆石CL图像显示具明显的振荡环带结构(图5a)，Th/U值为0.30～0.78(表1)，具有典型岩浆成因锆石特征。锆石U-Pb同位素测试数据经普通铅校正后，共17个有效测试点。锆石U-Pb谐和图中，所有测点成群分布于谐和线上或其附近(图5b)，206Pb/238U表面年龄为214±4 ～204±7 Ma，谐和年龄为208±12 Ma(MSWD = 0.01)，206Pb/238U加权平均年龄为209±3 Ma(MSWD=0.22)(图5b)。谐和年龄和加权平均年龄在误差范围内基本一致，206Pb/238U加权平均年龄209±3 Ma代表英安斑岩原岩形成年龄，也属于晚三叠世。

图 4 甘肃两当县解板沟一带流纹质晶屑凝灰岩(18HG-1)CL图像(a)和锆石U-Pb年龄谐和图(b)

图 5 甘肃两当县解板沟一带英安斑岩(18HG-2)CL图像(a)和锆石U-Pb年龄谐和图(b)

5 讨论

长期以来，甘肃省两当县北分布于太阳寺-石马池断裂(区域上相当于舒家坝-娘娘坝-固城镇断裂)与栗子坪-左家断裂(区域上相当于高桥-麻沿河-崖城断裂)之间、以浅变质细碎屑岩为主的地层被划为舒家坝群或舒家坝群的何家店组(甘肃省地矿局第一地质队，1996(14)甘肃省地矿局第一地质队. 1996. 1∶5万太白幅地质图及说明书.；长安大学地质调查研究院， 2004(15)长安大学地质调查研究院. 2004. 天水市幅1∶25万区域地质调查成果报告.；徐学义等， 2014)，时代为中晚泥盆世。本次研究在甘肃省两当县解板沟一带原划舒家坝群中填绘出一套被断裂围限的火山岩-火山碎屑岩系，岩石组合主要为中酸性凝灰岩夹中酸性火山岩及少量中酸性火山角砾岩，LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明其形成时代为晚三叠世(209～204 Ma)。从其岩石组合和形成时代来看，显然有别于舒家坝群，应该从原划舒家坝群中解体。

在区域上，西秦岭地区晚三叠世火山岩-火山碎屑岩系包括日脑热组(T3r)和华日组(T3hr)两个组级岩石地层单位，两者为整合接触(青海省地质矿产局， 1997；甘肃省地质矿产局， 1997)。日脑热组主要为中基性火山岩夹碎屑岩，少量中酸性火山岩夹碎屑岩；而华日组上部以英安质火山熔岩、角砾岩、英安岩、英安质凝灰岩、集块岩为主，下部为碎屑岩、火山碎屑岩。结合区域上华日组的岩石组合特征划分，如李注苍等(2016)、李注苍( 2018)将西秦岭合作市德乌鲁东形成时代为226.3±1.1 Ma和231.7±2.1 Ma、岩性总体为一套中酸性火山熔岩和火山角砾岩的地层划归华日组，认为甘肃省两当县北解板沟一带新解体出的火山岩-火山碎屑岩系在岩石组合方面与华日组更为接近，因此暂将其划归华日组。

原舒家坝群的解体，对西秦岭地区岩石地层格架的进一步厘定提供了重要的基础资料。区域上广泛分布的舒家坝群，由于其内部断裂构造复杂，不排除还存在其他时代岩石组合的可能，值得今后进一步工作。区域上合作市德乌鲁东新划分出晚三叠世华日组，显示印支晚期火山活动在西秦岭的分布范围可从青海东部断续延伸至甘肃东部一带，与西秦岭广泛分布的印支末期中酸性侵入岩类共同成为秦岭造山带印支期构造运动的重要标志，二者相伴而生，是拉张与挤压一对矛盾的统一体，互为并存(霍福臣等， 1996)。这一认识对探讨秦岭造山带地质构造演化史提供了新信息。

研究区分布有众多铁矿，如解板沟铁矿、平梁铁矿点、红庙子铁矿点等，以往被认为是产于舒家坝群中的沉积型铁矿。舒家坝群的解体改变了这一传统认识，认为该区铁矿与华日组火山-沉积作用关系密切，主体形成于中酸性火山作用晚期，矿石矿物以磁铁矿、磁赤铁矿为主，次为镜铁矿、赤铁矿，或产于火山韵律上部溢流相中酸性火山岩中，呈似层状、透镜状矿体(图2)，具层状构造(图3b)；或产于近火山口爆发相中酸性火山角砾岩中，铁矿石充填于火山角砾空隙中(图3a)，为爆发相火山作用期后火山热液作用的产物。此外，还有部分金矿(化)体产于火山韵律上部溢流相中酸性火山岩中，为中酸性火山-沉积作用期后热液活动型金矿，并受到后期左行剪切作用的改造(辛存林等， 2003；张作衡等， 2004；刘涛等， 2017)。总之，舒家坝群的解体对重新认识和深入研究该区铁(金)矿形成地质背景具有重要意义，并可结合本次1∶5万地质矿产调查圈定的磁异常开展成矿潜力评价和找矿预测。