湖南岳阳－湖北通城地区1∶5 万区域地质调查成果与主要进展

2020-12-23李乐广柯贤忠龙文国

华南地质 2020年3期

王晶，金巍，田洋，李乐广，柯贤忠，龙文国

WANG Jing1， JIN Wei1， TIAN Yang1， LI Le-Guang2， KE Xian-Zhong1， LONG Wen-Guo1

（1.中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心），武汉430205；2.中国地质大学（武汉）地球科学学院，武汉430074）

（1. WuhanCenter of China Geological Survey （Central South China Innovation Center for Geosciences）， Wuhan 430205， Hubei， China；2. School of Earth Sciences， China University of Geosciences， Wuhan 430074， Hubei， China）

岳阳－通城地区位于湖南省东北部与湖北省东南部交界处，地势东高西低，东部属幕阜山隆起，主要为山地，最高峰为幕阜山主峰，海拔1528 m；西部为洞庭湖平原区。

研究区大地构造位置处于江南造山带中段北缘（图1a），地层区划属于江南地层分区[1]，出露青白口系、南华系、震旦系、寒武系、白垩系、古近系、第四系及青白口纪、侏罗纪、白垩纪岩浆岩（图1b）。项目组在前人开展的 1∶20 万与 1∶25 万区域地质矿产调查工作基础上[2－3]，经过三年多的野外调查与室内研究，在区域地层、岩浆岩及矿产等方面取得了如下新发现和重要进展。

图1 研究区地质简图Fig. 1 Simplified geological map of study area

1 地层

（1）以国际年代地层表（2018）[4]为指南，重新厘定了研究区地层序列，将区内的前第四纪地层划分为10 个组级岩石地层单位，2 个非正式填图单位（特殊岩性段），新建了4 个段级岩石地层单位，完善了研究区多重地层划分与对比系统[5]。

（2）于岳阳刘家庄一带，在原富禄组中上部首次发现一平行不整合面（图2a）。界面之下整体为一由粗变细的沉积序列，下部以砂岩为主（底部含砾），板状交错层理、楔状交错层级、平行层理十分发育，该岩性及沉积特征可与五强溪组对比，最年轻碎屑锆石年龄为763 Ma，上部为纹层状板岩（图2b）、条带状变质粉砂岩夹长石石英砂岩，水平层理（图2b）和透镜状层理（图2b）十分发育，与多益塘组相似，于板岩中获得了疑源类化石Trachyhystrichosphaera － Cymatiosphaeroides － Goniosphaeridium 组合（图3），该组合可与澳大利亚Officer 盆地中拉伸系 Alinya 组（811 ～ 717 Ma）中的疑源类对比[6-7]，于砂岩中获得最年轻碎屑锆石年龄为731 Ma。不整合面之上为浅变质中粗粒长石石英砂岩，最年轻碎屑锆石年龄为690 Ma。据此将原富禄组修正为五强溪组、多益塘组与富禄组[5]，并将不整合面形成时限限定在730 ～690 Ma 之间，为雪峰运动的沉积响应[5，8]。

图2 多益塘组与富禄组不整合面及多益塘组板岩中发育的层理构造Fig. 2 The unconformity surface of Duoyitang Formation and Fulu Formation and the bedding structure developed in the slate of Duoyitang Formation

图3 多益塘组板岩中疑源类化石照片Fig. 3 Microphotographs of acritarch fossils in slate of Duoyitang Formation

（3）对岳阳胡家坳与三荷机场采集的2 件黄浒洞组（沉）凝灰岩样品进行锆石LA-ICP-MS U-Pb测年，锆石CL 图像均显示典型岩浆生长振荡环带与单一的韵律结构，指示了岩浆成因，沉凝灰岩锆石加权平均年龄为 824±5.4 Ma（n＝18，MSWD＝1.5），凝灰岩锆石加权平均年龄为 824±3.1 Ma （n＝36，MSWD＝0.56），表明黄浒洞组形于青白口纪早期。

2 沉积学与沉积地球化学

（1）首次于富禄组中识别出冰水沉积。岳阳刘家庄、张辉山、小源冲等地的富禄组中部为浅灰色块状浅变质含（冰碛）砾砂岩（图 4a）、含（冰碛）砾砂质板岩（图 4b），砾石主要由砂岩（65%）、石英（5%）、板岩（30%）及少量花岗岩组成，大小混杂，不成层，最大可达8 cm×10 cm，具有典型的冰水沉积特征，与区域上湘黔桂交界地区的富禄组岩性组合相似[9]，但与上述地区相距不足10 km 的新开镇一带，本组未见冰水沉积，岩性为一套土黄色厚层－块状浅变质粗中粒长石石英砂岩（图4c、d），区域上富禄组顶底均分别与多益塘组、大塘坡组接触，这为研究华南南华纪古地理格局及冰期沉积提供了新材料。

（2）对17 件黄浒洞组杂砂岩开展了岩石学、沉积学与地球化学研究，黄浒洞组杂砂岩杂基含量高（常＞25%），碎屑颗粒贫石英（25% － 40%）、富含长石（15% － 25%）与岩屑（15% － 30%），分选差，磨圆差－中等。样品具有中等ICV 值与CIA 值，指示物源包含再循环的古老沉积物与第一次循环物质，且源区经历了中等化学风化作用[10－11]。全岩地球化学特征最接近大陆岛弧环境形成杂砂岩的特征值（图5）。结合北东东－南东向的古水流、物源与构造环境地球化学判别图解综合表明，研究区冷家溪群沉积背景为弧后盆地，接受来自北侧构造相对稳定、物源成熟度较高的扬子陆块内部与南侧构造活动较强烈、物源成熟度较低的大陆岛弧的双向物源供给。

3 岩浆岩

（1）重新划分了研究区岩浆岩的岩石谱系单位。根据岩性、野外接触关系及同位素年龄值等特征将区内岩浆作用划分为新元古代、晚侏罗世与早白垩世三期构造－岩浆事件。划分出2 个岩体，建立了8 个填图单元，其中幕阜山岩体为燕山期多期次侵入叠加形成的复式岩体，包含了7 个填图单元（表 1）。

图4 富禄组野外岩性及镜下照片Fig. 4 Field lithologic and photomicrographs of Fulu Formation

图5 黄浒洞组杂砂岩微量元素平均值与不同构造环境杂砂岩元素对比图[12－14]Fig. 5 Log－log plots for multi trace elements and their ratios， with reference to （a） oceanic island arc （OIA），（b） continental island arc （CIA），（c） active continental margin （ACM）， and （d） passive margin （PM）

（2）通过 LA－ICP－MS 锆石 U－Pb 定年获得了研究区各岩体的高精度测年数据，确定了岩浆岩年龄格架（表1）。新元古代张邦源岩体的形成年龄为800±3.9 Ma，与马铁球等[15]获得的年龄相一致（816±4.6 Ma）。燕山期幕阜山复式岩体辉长闪长岩的年龄为 154 Ma；晚侏罗世花岗闪长岩细粒黑云母花岗闪长岩和含斑黑云母二长花岗岩形成年龄为 153 - 151 Ma，近乎一致；早白垩世细粒二云母二长花岗岩含斑二云母二长花岗岩和细粒二云母二长花岗岩锆石 U-Pb 年龄分别为 144 Ma、134 Ma和130 Ma。

表1 研究区花岗岩填图单位划分一览表Table 1 Division of granite mapping units in the study area

（3）初步探讨了研究区各类岩浆岩源区性质与大地构造背景。辉长闪长岩为富含角闪石的钙碱性系列，其弧型岩浆岩的地球化学特征和富集的同位素组成指示其源区为被流体、熔体交代的岩石圈地幔。晚侏罗世中粒花岗闪长岩细粒花岗闪长岩与含斑黑云母二长花岗岩具有相似的地球化学特征，具有高硅（＞68%）、铝（绝大部分＞15 wt%）与 Sr（绝大部分＞300 μg／g）含量，低 Y（＜10 μg／g）、Yb（＜1 μg／g）以及高场强元素（如：Nb＝2.59-8.70 μg／g 和 Ta＝0.21-0.86 μg／g）含量，较高的 Sr／Y （绝大部分＞30）和La／Yb（绝大部分＞27）比值，其埃达克质的地球化学特征与富集的全岩Sr-Nd-Pb 同位素、锆石Hf 同位素组成，指示它们可能形成于加厚下地壳的部分熔融，而现今成分差异是由岩浆分离结晶造成的。早白垩世细粒二云母二长花岗岩具有高SiO2（70.91-73.89 wt%）、Al2O3（14.94-15.55 wt%）含量，A／CNK 介于 1.08 ～ 1.26 之间，富集大离子亲石（如：Rb、Pb）和轻稀土元素，亏损高场强（如：Nb、Ta、Ti）和重稀土元素，富集全岩 Sr-Nd-Pb 与锆石Hf 同位素，为富含白云母的强过铝质S 型花岗岩，形成于古老沉积物的脱水熔融。含斑二云母二长花岗岩和细粒二云母二长花岗岩是包含角闪岩以及少量沉积岩的古老地壳部分熔融形成的高钾花岗岩类。结合前人研究成果[16-18]，认为幕阜山西北缘晚中生代岩浆活动可能与古太平洋板块的俯冲作用有关，155-130 Ma 幕阜山为远离俯冲带的板内环境，由于受到平板俯冲板片的断离、软流圈物质上涌等作用，造成富集的大陆岩石圈地幔、加厚的下地壳、古老沉积物等不同组分相继发生部分熔融，形成复式岩体。

4 稀有金属成矿规律研究

通过对幕阜山北缘断峰山地区[19]和南缘仁里地区伟晶岩的对比研究，得出以下认识：

（1）幕阜山地区伟晶岩脉多达数千条，形态以网脉状、透镜状、囊状为主，常见多期次伟晶岩脉互相穿插现象。按特征矿物的发育程度划分为：电气石伟晶岩、电气石-绿柱石伟晶岩、绿柱石伟晶岩、绿柱石-铌钽铁矿和铌钽铁矿-锂电气石-锂云母伟晶岩五类（表2）。

（2）通过对不同类型伟晶岩脉主要矿物及特征矿物（长石、云母、电气石、石榴石、绿柱石、铌钽铁矿）的微区原位EPMA 和LA-ICP-MS 元素地球化学的对比分析，重建了幕阜山伟晶岩脉稀有元素的富集过程（图6）：①花岗质岩浆演化后期的伟晶质熔体首先结晶出不含矿的电气石伟晶岩；②随后Be 元素逐渐富集，绿柱石析出，形成电气石-绿柱石伟晶岩，③接着形成绿柱石伟晶岩；④随着Nb、Ta 元素开始富集，铌钽铁矿结晶，形成绿柱石-铌钽铁矿伟晶岩；⑤随着岩浆继续演化，Li 逐渐富集，形成含锂矿物的伟晶岩脉。幕阜山南缘仁里地区伟晶岩演化程度较高，达到富 Be、Nb、Ta、Li 的第五阶段，故形成超大型铌钽矿，而北缘断峰山地区伟晶岩演化程度稍低，至富集Be、Nb、Ta 第四阶段。

（3）断峰山地区第二阶段的电气石-绿柱石伟晶岩中发育色带电气石，自核部至边部发育五层色带，依次出现浅蓝灰色－蓝灰色－深蓝灰色－浅蓝白色－灰白色的色带，色带变化特征记录了岩脉演化中的结晶分异过程。色带电气石边部Li 含量达到8124 μg／g，接近仁里矿区内锂电气石中 Li 含量12318 μg／g[20]。该阶段尚处于伟晶岩演化程度较低的第二阶段，部分岩脉Li 元素已有明显富集，推测断峰山地区演化程度较高的第四阶段伟晶岩具有较大锂矿找矿潜力。