趙生貴,龔志愚,胡尚軍,唐 卓

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北武漢 430034)

武當(dāng)巖群形成機(jī)制淺析

趙生貴,龔志愚,胡尚軍,唐 卓

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北武漢 430034)

在青白口紀(jì)之前,揚(yáng)子板塊與華北板塊之間為古中國(guó)洋相隔,經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的匯集,最終完成拼合,其間三大地塊相互作用,形成一套中淺變質(zhì)沉積火山巖系——武當(dāng)巖群。其形成過(guò)程經(jīng)歷了碎屑巖沉積、雙峰山火山噴發(fā)沉積和變形變質(zhì)改造三大階段。

武當(dāng)巖群;形成機(jī)制;揚(yáng)子板塊;古中國(guó)洋

0 引言

武當(dāng)巖群的形成演化機(jī)制,是湖北省倍受關(guān)注而又十分重要的地質(zhì)課題之一。幾乎省內(nèi)每一個(gè)地質(zhì)工作者心中,都有一個(gè)自己的武當(dāng)巖群。

武當(dāng)巖群分布于華北板塊與揚(yáng)子板塊之間的秦嶺造山帶南側(cè)。在南華紀(jì)之前,華北板塊與揚(yáng)子板塊分屬中朝板塊和揚(yáng)子板塊,且二者相距遙遠(yuǎn),被廣袤的海洋(暫稱古中國(guó)洋)相隔。在二者匯集過(guò)程中,古中國(guó)洋殼南北兩側(cè)分別向兩大板塊下插,逐步消減,最終殘余古中國(guó)洋殼消失,華北板塊與揚(yáng)子板塊完全拼合。武當(dāng)巖群正是在這一系列的漫長(zhǎng)地質(zhì)演化過(guò)程中形成的。

根據(jù)武當(dāng)巖群呈現(xiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象,其形成演化過(guò)程大致可分為三個(gè)階段:揚(yáng)子板塊北緣隆升與內(nèi)側(cè)沉陷—武當(dāng)巖群碎屑巖沉積階段,古中國(guó)洋向揚(yáng)子板塊北部邊緣下插消減—武當(dāng)巖群雙峰式火山噴發(fā)沉積階段,揚(yáng)子板塊與華北板塊焊接—武當(dāng)巖群變質(zhì)變形階段。

1 北緣隆升與內(nèi)側(cè)沉陷階段—武當(dāng)巖群碎屑巖沉積階段

青白口紀(jì),揚(yáng)子板塊與華北板塊匯集[1]。在匯集過(guò)程中,古中國(guó)洋殼持續(xù)北移,受古中國(guó)洋殼的頂托和推擠作用,其北緣開(kāi)始緩慢隆升,古老的花崗質(zhì)結(jié)晶基底遭受風(fēng)化剝蝕,在其內(nèi)側(cè)武當(dāng)巖群沉積區(qū)則發(fā)生沉陷,并接受武當(dāng)巖群下部以陸源碎屑巖為主沉積巖組的沉積:其巖性組合為灰白色塊狀中—細(xì)粒變長(zhǎng)石石英砂巖—灰白色白云鈉長(zhǎng)石英片巖—深灰色含S、P、C含榴白云石英片巖—灰黑色絹云母片巖—灰綠色含榴綠泥白云鈉長(zhǎng)變粒巖夾大理巖透鏡體。原巖恢復(fù)主要為中—細(xì)粒長(zhǎng)石雜砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖、粘土巖和灰質(zhì)白云巖、少量中酸性凝灰?guī)r。據(jù)1∶5萬(wàn)青峰、王家灣幅區(qū)調(diào)資料分析,該套沉積建造厚3 389 m,為變沉積巖組。

該套沉積建造的特點(diǎn)是韻律特點(diǎn)明顯。韻律層下部為厚層—塊狀中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖、細(xì)粒長(zhǎng)石雜砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖、(含硫、磷、碳)粘土巖,局部可見(jiàn)灰?guī)r、大理巖透鏡體。由上述巖層反復(fù)疊置,形成一套厚度巨大的、韻律特點(diǎn)鮮明的復(fù)理石建造。該套沉積形成過(guò)程中持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),具有周期性演進(jìn)的特點(diǎn)。

其次是該套巖性組合物質(zhì)成分中含有較多的不穩(wěn)定成分:砂巖中含有大量的長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定砂質(zhì)成分,但其中的礫石具有一定的磨圓,表明板塊邊緣隆升蝕源區(qū)與內(nèi)側(cè)武當(dāng)巖群沉積區(qū)不遠(yuǎn),碎屑物經(jīng)過(guò)了短距離的搬運(yùn),大致在100～500 km之間。

該套沉積組合的另一重要特點(diǎn)是沉積厚度巨大,顯示武當(dāng)巖群分布區(qū)處于持續(xù)的下沉,不斷接受蝕源區(qū)物質(zhì),而在北緣則相應(yīng)表現(xiàn)為不斷地隆升、剝蝕。

據(jù)房縣青峰鎮(zhèn)王家灣一帶硅酸鹽巖化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示,見(jiàn)表1[2],SiO288.59%～69.08%、Al2O34.57%～14.02%、Fe2O3+FeO 3.87%～1.78%、K2O+Na2O 7.97%～3.09%、CaO+MgO 3.17%～0.59%,化學(xué)成分與中酸性巖相近;副礦物組合為磁鐵礦、石榴石、磷灰石、黃鐵礦、含鈦礦物(榍石、鈦鐵礦)和鋯石等,呈現(xiàn)酸性巖組合特點(diǎn),在西蒙南圖解中,除一個(gè)樣品落在火山巖區(qū)外,其余均落在沉積巖區(qū);稀土元素測(cè)試結(jié)果顯示,輕稀土總量ΣLREE在69.9～92.5μg/g之間,重稀土總量ΣHREE在19.9～78.0μg/g之間,與酸性侵入巖類似。

表1 武當(dāng)巖群各類巖石化學(xué)成分一覽表Table 1 Schedule of chemical composition of every rock inWudang rock group

同位素年齡資料顯示,該套物質(zhì)成分的U-P年齡為22億～24億年,表明其物質(zhì)來(lái)源為北緣隆起的古老花崗質(zhì)結(jié)晶基底。

上述沉積組合,忠實(shí)的記錄了這一地質(zhì)演化時(shí)期武當(dāng)巖群具體形成過(guò)程。

2 古中國(guó)洋殼向揚(yáng)子板塊下插消減—武當(dāng)巖群雙峰式火山噴發(fā)沉積階段

青白口紀(jì),揚(yáng)子板塊與華北板塊匯集過(guò)程中古中國(guó)洋殼南移,一方面中國(guó)洋殼受揚(yáng)子板塊推擠向地幔下插,與地幔物質(zhì)熔融;另一方面揚(yáng)子板塊受古中國(guó)洋殼頂托,板塊北緣發(fā)生褶皺斷裂、板塊下部部分重熔,在此過(guò)程中形成的中酸性熔漿和地幔基性熔漿分別沿?cái)鄬悠扑閹У葮?gòu)造軟弱面上升,形成大規(guī)模雙峰式火山噴發(fā),為武當(dāng)巖群的形成提供了與前期截然不同的物質(zhì)來(lái)源。至此,武當(dāng)巖群沉積進(jìn)入一個(gè)新的階段——雙峰火山噴發(fā)沉積階段,形成一套以火山碎屑為主的物質(zhì)組合——武當(dāng)巖群沉積—火山巖組。其巖性組合為:淺灰色絹(白)云鈉長(zhǎng)石英片巖、絹(白)云鈉長(zhǎng)變粒巖、灰白色鈉長(zhǎng)淺粒巖、淺肉紅色二長(zhǎng)淺粒巖、淺灰—灰白色綠簾白云鈉長(zhǎng)變粒巖夾灰綠色綠簾陽(yáng)起鈉長(zhǎng)片巖、灰色綠簾綠泥片巖、透閃陽(yáng)起片巖、含榴黑硬綠泥綠簾鈉長(zhǎng)變粒巖。原巖恢復(fù)主要為中酸性晶屑凝灰?guī)r、晶屑巖屑凝灰?guī)r、石英角斑巖、基性熔巖、基性火山碎屑巖和少量長(zhǎng)石石英雜砂巖、粘土質(zhì)粉砂巖。據(jù)1∶5萬(wàn)青峰、王家灣幅區(qū)調(diào)資料,該套沉積建造厚>4 231 m,為變火山—沉積巖組。

上述武當(dāng)巖群火山—沉積巖組有以下特點(diǎn):①武當(dāng)巖群火山沉積巖組的物質(zhì)特征,既有中酸性火山碎屑沉積,又有基性火山碎屑沉積,并混雜少量正常陸源碎屑物質(zhì);②碎屑顆粒存在一定程度的磨圓,但在沉積區(qū)范圍及周邊未見(jiàn)火山機(jī)構(gòu)和火山集塊巖等粗碎屑;③其沉積特征總體上按照下部中酸性與陸源粗碎屑,上部基性火山碎屑與陸源細(xì)碎屑沉積。

上述特征表明,當(dāng)時(shí)構(gòu)造環(huán)境具有弧型雙峰式火山噴發(fā)特點(diǎn)。幔源型基性巖漿和板塊碰撞形成的重熔性巖漿沿構(gòu)造破裂面上升,形成具雙峰式火山噴發(fā)特征。噴發(fā)地點(diǎn)與火山碎屑沉積處于不同地區(qū),是經(jīng)過(guò)一段距離搬運(yùn)后沉積,噴發(fā)過(guò)程是猛烈中酸性火山噴發(fā)與相對(duì)寧?kù)o基性火山噴發(fā)交替進(jìn)行。

據(jù)房縣青峰鎮(zhèn)王家灣一帶硅酸鹽巖化學(xué)測(cè)試結(jié)果,見(jiàn)表1,變沉積—火山巖組中SiO2的含量一般在67.93%～79.99%之間,Al2O3與地殼克拉克值相近,一般在10.53%～16.43%之間;CaO、MgO的含量分別在0.18%～4.11%和0.19%～4.45%之間,低于地殼克拉克值;Na2O一般在1.37%～2.63%之間,K2O一般在1.22%～2.82%之間,與地殼克拉克值相近。其中變酸性火山碎屑巖和變火山熔巖SiO2含量一般達(dá)70%～80%,K2O+Na2O含量高者可達(dá)8%,低者3.78%左右,K2O/Na2O<1,總體表現(xiàn)為高鈉、鉀,低鐵、鎂的化學(xué)成分特點(diǎn),絕大部分樣品Al2O3>CaO+K2O+Na2O(分子數(shù)),為鋁過(guò)飽和類型,因此該區(qū)變火山碎屑巖屬高鋁玄武巖系列,具有火山島弧噴發(fā)特征,其形成環(huán)境與現(xiàn)今太平洋洋殼向日本島鏈俯沖形成的弧后盆地構(gòu)造環(huán)境相近。

房縣青峰鎮(zhèn)王家灣一帶測(cè)試結(jié)果顯示,武當(dāng)巖群稀土元素總體表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損和銪負(fù)異常,但在各巖組中具有不同的表現(xiàn)特征。在變沉積巖組中,特別是變砂巖中稀土總量ΣREE明顯偏低,一般在125.0μg/g左右,其中輕稀土總量ΣLREE在69.9～92.5μg/g之間,重稀土總量ΣHREE在19.9～78.0 μg/g之間,表現(xiàn)出物質(zhì)來(lái)源為地殼淺表;在變沉積—火山巖組中稀土總量ΣLREE相對(duì)較高,含量一般在106.39～198.79μg/g之間,其中輕稀土總量ΣREE在73.4～157.3μg/g之間,重稀土總量ΣHREE在26.3～51.2μg/g之間,其中變火山巖稀土分配曲線為向右傾斜的曲線,顯示為輕稀土富集型,δEu為0.61～0.95,平均0.78,具較明顯的銪負(fù)異常;LREE/HREE、La/Yb分別為1.71～3.52及3.10～13.43,表明輕重稀土分餾明顯,表現(xiàn)出物質(zhì)來(lái)源為地殼深部或幔源的特點(diǎn)。稀土元素特征亦印證了上述中酸性火山碎屑來(lái)自地殼下部重熔巖漿、基性火山碎屑地幔和洋殼熔融巖漿的認(rèn)識(shí)。

對(duì)于這套沉積建造形成時(shí)代,前人曾運(yùn)用不同的測(cè)試手段做了大量的同位素測(cè)試工作,得取了從222～2 417 Ma多組年齡值,年齡值主要集中在800～1 000Ma之間[3]。雖然這些測(cè)年結(jié)果受干擾的地質(zhì)因素較多、測(cè)試手段差異較大,但仍較清晰地表明上述地質(zhì)演化階段大致的發(fā)生年代為新元古代青白口紀(jì),武當(dāng)巖群既是這一地質(zhì)歷史時(shí)期的產(chǎn)物,也是這一段地質(zhì)歷史的記錄。

3 揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞焊接階段—武當(dāng)巖群強(qiáng)烈變質(zhì)變形階段

隨后,殘余的古中國(guó)洋殼消失,揚(yáng)子板塊與華北板塊陸—陸碰撞。武當(dāng)巖群進(jìn)入改造期,轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛而強(qiáng)烈的區(qū)域變形變質(zhì)作用,主要表現(xiàn)為綠片巖相區(qū)域變質(zhì)作用和隨后強(qiáng)烈擠壓褶皺變形,形成低角度的脆韌性逆沖推覆斷層和大型緊閉平臥褶皺[4],致使武當(dāng)巖群面貌發(fā)生根本性的改變,武當(dāng)巖群的基本面貌初步形成。

此后,武當(dāng)巖群分布區(qū)經(jīng)歷了南華紀(jì)裂陷,在武當(dāng)巖群上部形成一套以灰黑色板巖、千枚巖為主的滯留盆地相碎屑沉積和耀嶺河群基性火山碎屑沉積。1∶25萬(wàn)十堰幅區(qū)調(diào)總結(jié)將武當(dāng)巖群上部細(xì)碎屑沉積命名為攔魚(yú)河組。筆者認(rèn)為該套沉積無(wú)論在巖性組合、變質(zhì)程度上均與武當(dāng)巖群有較大的區(qū)別,前人在該套地層中曾采集到微古化石,其形成時(shí)代顯示屬南華紀(jì)或更晚時(shí)期,本文認(rèn)為應(yīng)將其從武當(dāng)巖群分出,與耀嶺河群一起置于南華紀(jì)。之后,轉(zhuǎn)為相對(duì)寧?kù)o的被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。

印支期,華北板塊再次由北向南移動(dòng),揚(yáng)子板塊北部被動(dòng)大陸邊緣褶皺回返,與華北板塊完全焊接。武當(dāng)巖群分布區(qū)發(fā)生低綠片巖相退變質(zhì)作用,形成不對(duì)稱斜歪褶皺和大規(guī)模的由北向南疊瓦狀逆沖推覆斷層,武當(dāng)巖群逐步隆升,遭受風(fēng)化剝蝕至地表,武當(dāng)巖群最終形成。

4 結(jié)束語(yǔ)

武當(dāng)巖群的形成演化是一個(gè)極其漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程,本文的上述淺見(jiàn),存在不少疏漏和不當(dāng)?shù)牡胤?敬請(qǐng)各位專家、同仁斧正。

[1] 任紀(jì)舜,姜春發(fā),張正坤,秦德余.中國(guó)大地構(gòu)造及其演化[M].北京:科學(xué)出版社,1980.

[2] 詹東金,趙生貴,劉早學(xué).1∶5萬(wàn)王家灣幅、青峰鎮(zhèn)幅區(qū)調(diào)報(bào)告[R].武漢:湖北省地質(zhì)調(diào)查院,2004.

[3] 陳晉鑣,秦正永,王壽瓊,萬(wàn)義文.武當(dāng)群地質(zhì)特征[M].天津:天津科技翻譯出版公司,1991.

[4] 許志琴.揚(yáng)子板塊北緣大型深層滑脫構(gòu)造及動(dòng)力分析[J].中國(guó)區(qū)域地質(zhì),1987(4):289-300.

(責(zé)任編輯:李 雯)

Discussion on Formation Mechan ism of Wudang Rock Group

ZHAO Shenggui,GONG Zhiyu,HU Shangjun,TANG Zuo
(Hubei Institute of Geological Survey,Wuhan,Hubei430034)

Yangtze plate and North China plateswere separated by the ancient Chinese ocean before Nanhuan Period.In the long collection interaction between the three plots for med a set of shallow metamorphic sedimentary volcanic rocks-Wudang rock group in the final completion.Its formation process experienced clastic sediments,twin mountain volcanic eruptive sed iment and metamorphic transformation of three phase distortion.

Wudang rock group;formation mechanism;Yangtze plate;ancient China Ocean

P542;P512.2

A

1671-1211(2010)03-0259-03

2010-03-24;改回日期:2010-06-04

趙生貴(1963-),男,工程師,地質(zhì)專業(yè),從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。E-mail:51564071@qq.com