湖北省麻陽寨地區(qū)晚奧陶—早志留世龍馬溪組斑脫巖地球化學特征及其地質(zhì)意義

羅 華, 潘龍克, 何仁亮

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

湖北省麻陽寨地區(qū)晚奧陶—早志留世龍馬溪組斑脫巖地球化學特征及其地質(zhì)意義

羅 華, 潘龍克, 何仁亮

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

揚子地臺及周緣晚奧陶—早志留世龍馬溪組中下部發(fā)育多個鉀質(zhì)斑脫巖粘土層。利用在風化、低級變質(zhì)過程中不活潑的元素對該斑脫巖源巖進行恢復(fù),結(jié)果表明其為中酸性火山巖,類似流紋英安巖類;通過Nb-Y、Rb-(Y+Nb)等判別圖解分析,其源巖形成于島弧區(qū)域附近,且具有典型的島弧火山巖特征,判斷可能與南面早古生代“華夏”地塊與“揚子”地塊的碰撞擠壓有關(guān)。

斑脫巖;地球化學;火山活動;宣恩縣

在加里東期,華夏板塊和揚子板塊之間發(fā)生了一次劇烈的地殼運動,在湖南、廣東一帶隨之生成了大量的加里東期花崗巖類[1-2],但湖北地區(qū)鮮有該時期火成巖的記錄。近年來,隨著國內(nèi)外學者對奧陶紀—志留紀之交的火山活動與晚奧陶世生物滅絕之間關(guān)系的討論[3-4],對這些廣泛分布于揚子地臺周緣的粘土巖的研究尤為關(guān)切,其是火山凝灰物質(zhì)在海相環(huán)境經(jīng)沉積成巖及蝕變作用形成的粘土巖,它保存有源巖即當初噴發(fā)物質(zhì)的一些信息[5-6]。前人研究表明該類粘土巖為鉀質(zhì)斑脫巖,現(xiàn)階段,通過該類斑脫巖地球化學特征恢復(fù)其源巖特征及推斷其所產(chǎn)生的構(gòu)造環(huán)境是研究鉀質(zhì)斑脫巖的一個重要內(nèi)容。

本文對采自湖北宣恩縣麻陽寨地區(qū)晚奧陶—早志留紀龍馬溪組中斑脫巖樣品進行了鋯石U-Pb定年(另文發(fā)表)和元素地球化學分析,利用在風化、低級變質(zhì)過程中不活潑的元素對該套斑脫巖進行了源巖恢復(fù)以及構(gòu)造環(huán)境的判別；同時,通過獲取殘存巖漿鋯石年齡,并對其微量、稀土元素進行判別對比推斷其火山物質(zhì)來源方向,以豐富揚子地臺區(qū)奧陶紀—志留紀鉀質(zhì)斑脫巖的研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

龍馬溪組系由李四光、趙亞曾(1924)創(chuàng)建、演變而來,是指整合于奧陶紀寶塔組泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r之上,志留紀新灘組黃綠色頁巖之下的一套富含筆石的黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖[7],文中定義的龍馬溪組包括了湖北省20世紀50—90年代初俗稱的“五峰組”及“龍馬溪組”。研究區(qū)位于揚子地臺中部,受奧陶紀晚期華夏板塊向北俯沖運動影響,該時期處于構(gòu)造隆升階段,處于深水陸棚的構(gòu)造—沉積環(huán)境[8]。

筆者采集了位于湖北省宣恩縣麻陽寨地區(qū)的兩組斑脫巖樣品,其中B002樣品GPS坐標為N29°47′50″,E109°26′11″(圖1),B001采集于B002南東部約3 km處,采集層位相同。

以下為B002樣品采集剖面龍馬溪組分層簡述(室內(nèi)有合并)。

上覆地層:志留紀新灘組

------------整合------------

7. 灰黑色炭硅質(zhì)頁巖,頁理發(fā)育,向上炭質(zhì)成分減少。

6.7 m

6. 灰色粉砂質(zhì)頁巖夾薄層狀含碳粉砂巖,頁巖∶粉砂巖≈5∶1。

2.8 m

5. 灰—灰黑色薄層狀炭硅質(zhì)泥巖,層理不發(fā)育,偶見發(fā)育筆石化石。本層見發(fā)育灰白色—乳黃色含鈣質(zhì)含粉砂質(zhì)粘土層,共計發(fā)育5層,單層厚度1～5 cm,實為鉀質(zhì)斑脫巖(采集樣品B002)。

3.9 m

4. 灰色—灰黑色泥質(zhì)粉砂巖夾炭硅質(zhì)泥巖,見水平層理,以粉砂巖—炭硅質(zhì)泥巖組成退積型基本層序特征。

2.2 m

3. 灰黑色薄層狀含碳泥質(zhì)硅質(zhì)巖,水平層理較為發(fā)育,偶見黃鐵礦集合體順層發(fā)育,發(fā)育大量筆石化石。

2.4 m

2. 灰黑色薄層狀硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖,向上硅質(zhì)巖層具有減薄的趨勢,炭質(zhì)頁巖增多,呈退積型基本層序特征；見筆石化

石。

4.2 m

1. 灰黑色薄層狀硅質(zhì)巖,層理不發(fā)育,偶見厚約1～2 cm泥巖夾層。

3.3 m

------------整合------------

下伏地層:奧陶紀寶塔組

該剖面龍馬溪組整體上可分為兩個巖性段:下段相當于第1～5層,以黑色含碳硅質(zhì)巖為主體,富含筆石化石；上段相當于第6和第7層,以深灰色—灰黑色含粉砂質(zhì)頁巖、含碳硅粉砂質(zhì)頁巖為主體。

圖1 華南構(gòu)造簡圖(a)和研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)

Fig.1 Tectonic map of South China (a) and geological sketch map of study area (b)

1.寒武紀地層;2.志留紀地層;3.地名;4.地質(zhì)代號;5.奧陶紀地層;6.泥盆—三疊紀地層;7.采樣點;8.斷層。

圖2 采樣點位置及巖性柱狀圖

2 樣品采集與分析方法

本文樣品采自龍馬溪組下段上部,為灰黃色凝灰?guī)r,近觀似黃泥,手感較為細膩,厚約5 cm(圖2)。

在對斑脫巖進行野外識別基礎(chǔ)上,將已風化的部分和明顯不屬于斑脫巖的雜質(zhì)剝除,以保證樣品的新鮮、純凈。后將采集的樣品放在室內(nèi)風干,挑除明顯不屬于斑脫巖的雜質(zhì)后裝袋送樣以進行主微量元素、稀土元素測試。B001和B002樣品的測試均在國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(武漢綜合巖礦測試中心)完成,主量元素分析儀器是日本理學公司生產(chǎn)的X熒光光譜儀(XRF-1800),微量元素的分析儀器為美國熱電公司生產(chǎn)的電感耦合等離子質(zhì)譜儀(X7)、等離子發(fā)射光譜儀(ICAP6300),檢測溫度為25 ℃,濕度為50%RH,檢測依據(jù)參照DZG 20.01-91。主量元素分析精度優(yōu)于5%,微量元素的分析精度優(yōu)于10%。

3 斑脫巖主微量元素特征

樣品的主微量元素分析結(jié)果見表1。

由表可見,測區(qū)B001和B002斑脫巖樣品均表現(xiàn)出K2O>Na2O,顯示出富鉀質(zhì)特征；樣品中SiO2含量分別為70.63%和48.91%；鋁鐵質(zhì)含量較高,平均含量為19.59%,Fe2O3平均含量為6.73%。但Al2O3含量較宜昌黃花場一帶斑脫巖樣品要低,Fe2O3含量則高,微量元素變化亦較為明顯,除了與元素自身活動性有關(guān)外,還可能與斑脫巖的源巖不同有關(guān)。

調(diào)查區(qū)斑脫巖(B002)∑REE為103.40×10-6,LREE為82.09×10-6；(La/Yb)N值為2.21,顯示出輕稀土明顯富集的特征。

在稀土元素球粒隕石標準化模式圖上(圖3),兩組樣品均表現(xiàn)為輕稀土相對富集的右傾式,輕重稀土分異明顯,Eu呈明顯的負異常特征,δEu為0.35。

該Eu異常形成的原因可能具有多解性,一種是由母巖巖漿繼承而來,另一種為后期成巖過程中形成。同時,通過圖3可以看出:調(diào)查區(qū)斑脫巖稀土元素特征與北部宜昌黃花場一帶斑脫巖差異明顯,而與南東部韶關(guān)上洞地區(qū)英安巖類巖石稀土元素分布型式一致。

表1 鉀質(zhì)斑脫巖主量元素(wt%)、微量元素(×10-6)分析結(jié)果

注:“—”表示未測數(shù)據(jù)；黃花場數(shù)據(jù)來自胡艷華等,2009；上洞數(shù)據(jù)來自易立文等,2014。

在微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖4),樣品富集Th、Ce、Nd、Zr、Hf等高場強元素,相對虧損U、Nb、La、Sr、P、Ti等元素,尤以大離子親石元素Sr虧損最為嚴重,Zr和Hf異常不顯著,具有弧巖漿的地球化學特征[9],且與易立文等發(fā)現(xiàn)于韶關(guān)上洞一帶的晚奧陶世次火山巖稀土、微量元素地球化學特征相似[10]。這些事實說明調(diào)查區(qū)奧陶系—志留系邊界附近的灰白色—乳黃色斑脫巖極有可能為島弧火山灰海相沉積蝕變的產(chǎn)物。

圖3 稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

Fig.3 Chondrite-normalized distribution patterns of rare earth

圖4 微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖

Fig.4 Primitive mantle normalized trace element spider diagram

4 斑脫巖源巖恢復(fù)及形成構(gòu)造環(huán)境分析

對鉀質(zhì)斑脫巖的研究,利用在成巖作用和低級變質(zhì)過程中不活潑的元素來討論、指示其源巖形成的構(gòu)造環(huán)境背景[11]是較為普遍的,另外,大量學者將不活潑微量元素和稀土元素用于鉀質(zhì)斑脫巖母巖火山灰的物質(zhì)組成和火山活動形成的構(gòu)造背景[12-15]。

本文運用Winchester and Floyd(1977)Zr/TiO2-Nb/Y圖解對斑脫巖及參照樣品進行源巖恢復(fù),結(jié)果表明調(diào)查區(qū)斑脫巖樣品源巖為流紋英安巖、粗面安山巖類(圖5),與韶關(guān)上洞一帶次火山巖源巖類別較為一致,與北部宜昌黃花場龍馬溪組斑脫巖源巖區(qū)別明顯。結(jié)合微量、稀土元素特征也可以知道,調(diào)查區(qū)內(nèi)斑脫巖源巖為中性—弱酸性火山巖。

▲B001、B002 ■YC0710、YC0711 ●09GD47、09GD18、09GD19、09GD20

圖5 鉀質(zhì)斑脫巖Zr/TiO2-Nb/Y源巖判別圖解

Fig.5 The Zr/TiO2 vs Nb/Y diagram of K-bentonite

Huffet al.(1997)借助Pearce關(guān)于花崗巖的構(gòu)造環(huán)境判別圖解運用于斑脫巖形成的構(gòu)造環(huán)境判別上,并認為其原始巖漿噴發(fā)環(huán)境多與板塊俯沖相關(guān)的火山弧環(huán)境相關(guān)。本文利用該圖進行樣品投圖,結(jié)果見圖6。從Nb-Y圖解上看,調(diào)查區(qū)樣品均落在島弧花崗巖、同碰撞型花崗巖附近,B001樣品略偏向板類型花崗巖區(qū),整體上與蘇文博等(2006)結(jié)果較為相似,其樣品均落在島弧及碰撞環(huán)境中；從對比角度看,區(qū)內(nèi)斑脫巖源巖構(gòu)造環(huán)境與南東部韶關(guān)一帶次火山巖構(gòu)造環(huán)境一致,與北部宜昌黃花場地區(qū)斑脫巖原因構(gòu)造環(huán)境區(qū)別較為明顯。在Y-(Nb+Rb)圖解中,調(diào)查區(qū)樣品與韶關(guān)地區(qū)次火山巖樣品落點較為一致,均落入島弧型花崗巖和同碰撞型花崗巖范圍,以島弧型為主,區(qū)別于落入板類型花崗巖的宜昌黃花場的兩個樣品。對于出現(xiàn)此類情況,本文認為最大的可能性為三組樣品本身即產(chǎn)生于不同的構(gòu)造背景中。

5 結(jié)論

通過對調(diào)查區(qū)內(nèi)龍馬溪組斑脫巖源巖恢復(fù)及Nb-Y、Y-(Nb+Rb)圖解,發(fā)現(xiàn)這些海相沉積的火山灰源巖所處構(gòu)造背景為碰撞島弧環(huán)境。同時,文中B002樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(450.0±3.6)Ma(另文發(fā)表),與易立文等(2014)總結(jié)的華南早古生代巖漿巖年齡進行對比,發(fā)現(xiàn)其更靠近華夏地塊附近區(qū)域巖漿巖活動年齡(450 Ma±),與韶關(guān)地區(qū)次火山巖年齡吻合,且調(diào)查區(qū)斑脫巖和韶關(guān)地區(qū)次火山巖的稀土、微量元素地球化學特征亦具有極大的相似性,說明兩者可能具有同源性,與揚子地塊和華夏地塊的碰撞作用有關(guān)。因此判斷調(diào)查區(qū)內(nèi)龍馬溪組中上部斑脫巖源巖火山灰可能來源于南東面,與晚奧陶世火山噴發(fā)活動有關(guān)。

△B001、B002 □YC0710、YC0711 ○09GD47、09GD18、09GD19、09GD20

圖6 鉀質(zhì)斑脫巖Nb-Y(上圖)和Rb-(Y+Nb)(下圖)構(gòu)造背景判別圖解

Fig.6 Nb-Y and Rb-(Y+Nb)tectonic setting diagram of K-bentonite

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(責任編輯：于繼紅)

Geochemical Characteristics and Geological Significance of Longmaxi Formation ofLate Ordovician-Early Silurian in Mayangzhai Area,Hubei Province

LUO Hua, PAN Longke, HE Renliang

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

There are several clay beds recognized from in the lower part of the Longmaxi Formation,the Late Ordovician-Early Silurianin,locate in Yangtze platform and the peripheral edge.The authors use the chemical elements which not easy to decay and loss in the weathering,low-grade metamorphism to recovery the source rock of bentonite,the results show that it is acidic volcanic rocks,similar to rhyolite dacite.By Nb-Y,Rb-(Y+Nb)and other discrimination diagram analysis,its original rock formed near the island arc area,and has a typical island arc volcanic rocks,analyzing that it is possible collision with the south early Paleozoic “Chinese” block and “Yangtze” land squeeze related.

bentonite; geochemistry; volcanic activity; Xuan’en county

2016-04-20;改回日期:2016-08-30

中國地質(zhì)調(diào)查局大調(diào)查項目(No.12120113062000);中國地質(zhì)調(diào)查局揚子工程湘西—鄂西成礦帶神農(nóng)架—花垣地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查二級項目(No.DD20160029)。

羅華(1987-),男,工程師,成礦規(guī)律與成礦預(yù)測專業(yè),從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作。E-mail:luohua_p@163.com

P59

A

1671-1211(2017)01-0001-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.001

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161228.1522.002.html 數(shù)字出版日期:2016-12-28 15:22