武当岩群形成机制浅析

赵生贵,龚志愚,胡尚军,唐 卓

(湖北省地质调查院,湖北武汉 430034)

武当岩群形成机制浅析

赵生贵,龚志愚,胡尚军,唐 卓

(湖北省地质调查院,湖北武汉 430034)

在青白口纪之前,扬子板块与华北板块之间为古中国洋相隔,经过漫长的汇集,最终完成拼合,其间三大地块相互作用,形成一套中浅变质沉积火山岩系——武当岩群。其形成过程经历了碎屑岩沉积、双峰山火山喷发沉积和变形变质改造三大阶段。

武当岩群;形成机制;扬子板块;古中国洋

0 引言

武当岩群的形成演化机制,是湖北省倍受关注而又十分重要的地质课题之一。几乎省内每一个地质工作者心中,都有一个自己的武当岩群。

武当岩群分布于华北板块与扬子板块之间的秦岭造山带南侧。在南华纪之前,华北板块与扬子板块分属中朝板块和扬子板块,且二者相距遥远,被广袤的海洋(暂称古中国洋)相隔。在二者汇集过程中,古中国洋壳南北两侧分别向两大板块下插,逐步消减,最终残余古中国洋壳消失,华北板块与扬子板块完全拼合。武当岩群正是在这一系列的漫长地质演化过程中形成的。

根据武当岩群呈现的地质现象,其形成演化过程大致可分为三个阶段:扬子板块北缘隆升与内侧沉陷—武当岩群碎屑岩沉积阶段,古中国洋向扬子板块北部边缘下插消减—武当岩群双峰式火山喷发沉积阶段,扬子板块与华北板块焊接—武当岩群变质变形阶段。

1 北缘隆升与内侧沉陷阶段—武当岩群碎屑岩沉积阶段

青白口纪,扬子板块与华北板块汇集[1]。在汇集过程中,古中国洋壳持续北移,受古中国洋壳的顶托和推挤作用,其北缘开始缓慢隆升,古老的花岗质结晶基底遭受风化剥蚀,在其内侧武当岩群沉积区则发生沉陷,并接受武当岩群下部以陆源碎屑岩为主沉积岩组的沉积:其岩性组合为灰白色块状中—细粒变长石石英砂岩—灰白色白云钠长石英片岩—深灰色含S、P、C含榴白云石英片岩—灰黑色绢云母片岩—灰绿色含榴绿泥白云钠长变粒岩夹大理岩透镜体。原岩恢复主要为中—细粒长石杂砂岩、长石石英砂岩、粉砂质粘土岩、粘土岩和灰质白云岩、少量中酸性凝灰岩。据1∶5万青峰、王家湾幅区调资料分析,该套沉积建造厚3 389 m,为变沉积岩组。

该套沉积建造的特点是韵律特点明显。韵律层下部为厚层—块状中粗粒长石石英砂岩、细粒长石杂砂岩、粉砂质粘土岩、(含硫、磷、碳)粘土岩,局部可见灰岩、大理岩透镜体。由上述岩层反复叠置,形成一套厚度巨大的、韵律特点鲜明的复理石建造。该套沉积形成过程中持续时间较长,具有周期性演进的特点。

其次是该套岩性组合物质成分中含有较多的不稳定成分:砂岩中含有大量的长石、岩屑等不稳定砂质成分,但其中的砾石具有一定的磨圆,表明板块边缘隆升蚀源区与内侧武当岩群沉积区不远,碎屑物经过了短距离的搬运,大致在100～500 km之间。

该套沉积组合的另一重要特点是沉积厚度巨大,显示武当岩群分布区处于持续的下沉,不断接受蚀源区物质,而在北缘则相应表现为不断地隆升、剥蚀。

据房县青峰镇王家湾一带硅酸盐岩化学测试结果显示,见表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%,化学成分与中酸性岩相近;副矿物组合为磁铁矿、石榴石、磷灰石、黄铁矿、含钛矿物(榍石、钛铁矿)和锆石等,呈现酸性岩组合特点,在西蒙南图解中,除一个样品落在火山岩区外,其余均落在沉积岩区;稀土元素测试结果显示,轻稀土总量ΣLREE在69.9～92.5μg/g之间,重稀土总量ΣHREE在19.9～78.0μg/g之间,与酸性侵入岩类似。

表1 武当岩群各类岩石化学成分一览表Table 1 Schedule of chemical composition of every rock inWudang rock group

同位素年龄资料显示,该套物质成分的U-P年龄为22亿～24亿年,表明其物质来源为北缘隆起的古老花岗质结晶基底。

上述沉积组合,忠实的记录了这一地质演化时期武当岩群具体形成过程。

2 古中国洋壳向扬子板块下插消减—武当岩群双峰式火山喷发沉积阶段

青白口纪,扬子板块与华北板块汇集过程中古中国洋壳南移,一方面中国洋壳受扬子板块推挤向地幔下插,与地幔物质熔融;另一方面扬子板块受古中国洋壳顶托,板块北缘发生褶皱断裂、板块下部部分重熔,在此过程中形成的中酸性熔浆和地幔基性熔浆分别沿断层破碎带等构造软弱面上升,形成大规模双峰式火山喷发,为武当岩群的形成提供了与前期截然不同的物质来源。至此,武当岩群沉积进入一个新的阶段——双峰火山喷发沉积阶段,形成一套以火山碎屑为主的物质组合——武当岩群沉积—火山岩组。其岩性组合为:浅灰色绢(白)云钠长石英片岩、绢(白)云钠长变粒岩、灰白色钠长浅粒岩、浅肉红色二长浅粒岩、浅灰—灰白色绿帘白云钠长变粒岩夹灰绿色绿帘阳起钠长片岩、灰色绿帘绿泥片岩、透闪阳起片岩、含榴黑硬绿泥绿帘钠长变粒岩。原岩恢复主要为中酸性晶屑凝灰岩、晶屑岩屑凝灰岩、石英角斑岩、基性熔岩、基性火山碎屑岩和少量长石石英杂砂岩、粘土质粉砂岩。据1∶5万青峰、王家湾幅区调资料,该套沉积建造厚>4 231 m,为变火山—沉积岩组。

上述武当岩群火山—沉积岩组有以下特点:①武当岩群火山沉积岩组的物质特征,既有中酸性火山碎屑沉积,又有基性火山碎屑沉积,并混杂少量正常陆源碎屑物质;②碎屑颗粒存在一定程度的磨圆,但在沉积区范围及周边未见火山机构和火山集块岩等粗碎屑;③其沉积特征总体上按照下部中酸性与陆源粗碎屑,上部基性火山碎屑与陆源细碎屑沉积。

上述特征表明,当时构造环境具有弧型双峰式火山喷发特点。幔源型基性岩浆和板块碰撞形成的重熔性岩浆沿构造破裂面上升,形成具双峰式火山喷发特征。喷发地点与火山碎屑沉积处于不同地区,是经过一段距离搬运后沉积,喷发过程是猛烈中酸性火山喷发与相对宁静基性火山喷发交替进行。

据房县青峰镇王家湾一带硅酸盐岩化学测试结果,见表1,变沉积—火山岩组中SiO2的含量一般在67.93%～79.99%之间,Al2O3与地壳克拉克值相近,一般在10.53%～16.43%之间;CaO、MgO的含量分别在0.18%～4.11%和0.19%～4.45%之间,低于地壳克拉克值;Na2O一般在1.37%～2.63%之间,K2O一般在1.22%～2.82%之间,与地壳克拉克值相近。其中变酸性火山碎屑岩和变火山熔岩SiO2含量一般达70%～80%,K2O+Na2O含量高者可达8%,低者3.78%左右,K2O/Na2O<1,总体表现为高钠、钾,低铁、镁的化学成分特点,绝大部分样品Al2O3>CaO+K2O+Na2O(分子数),为铝过饱和类型,因此该区变火山碎屑岩属高铝玄武岩系列,具有火山岛弧喷发特征,其形成环境与现今太平洋洋壳向日本岛链俯冲形成的弧后盆地构造环境相近。

房县青峰镇王家湾一带测试结果显示,武当岩群稀土元素总体表现为轻稀土富集、重稀土亏损和铕负异常,但在各岩组中具有不同的表现特征。在变沉积岩组中,特别是变砂岩中稀土总量ΣREE明显偏低,一般在125.0μg/g左右,其中轻稀土总量ΣLREE在69.9～92.5μg/g之间,重稀土总量ΣHREE在19.9～78.0 μg/g之间,表现出物质来源为地壳浅表;在变沉积—火山岩组中稀土总量ΣLREE相对较高,含量一般在106.39～198.79μg/g之间,其中轻稀土总量ΣREE在73.4～157.3μg/g之间,重稀土总量ΣHREE在26.3～51.2μg/g之间,其中变火山岩稀土分配曲线为向右倾斜的曲线,显示为轻稀土富集型,δEu为0.61～0.95,平均0.78,具较明显的铕负异常;LREE/HREE、La/Yb分别为1.71～3.52及3.10～13.43,表明轻重稀土分馏明显,表现出物质来源为地壳深部或幔源的特点。稀土元素特征亦印证了上述中酸性火山碎屑来自地壳下部重熔岩浆、基性火山碎屑地幔和洋壳熔融岩浆的认识。

对于这套沉积建造形成时代,前人曾运用不同的测试手段做了大量的同位素测试工作,得取了从222～2 417 Ma多组年龄值,年龄值主要集中在800～1 000Ma之间[3]。虽然这些测年结果受干扰的地质因素较多、测试手段差异较大,但仍较清晰地表明上述地质演化阶段大致的发生年代为新元古代青白口纪,武当岩群既是这一地质历史时期的产物,也是这一段地质历史的记录。

3 扬子板块与华北板块碰撞焊接阶段—武当岩群强烈变质变形阶段

随后,残余的古中国洋壳消失,扬子板块与华北板块陆—陆碰撞。武当岩群进入改造期,转变为广泛而强烈的区域变形变质作用,主要表现为绿片岩相区域变质作用和随后强烈挤压褶皱变形,形成低角度的脆韧性逆冲推覆断层和大型紧闭平卧褶皱[4],致使武当岩群面貌发生根本性的改变,武当岩群的基本面貌初步形成。

此后,武当岩群分布区经历了南华纪裂陷,在武当岩群上部形成一套以灰黑色板岩、千枚岩为主的滞留盆地相碎屑沉积和耀岭河群基性火山碎屑沉积。1∶25万十堰幅区调总结将武当岩群上部细碎屑沉积命名为拦鱼河组。笔者认为该套沉积无论在岩性组合、变质程度上均与武当岩群有较大的区别,前人在该套地层中曾采集到微古化石,其形成时代显示属南华纪或更晚时期,本文认为应将其从武当岩群分出,与耀岭河群一起置于南华纪。之后,转为相对宁静的被动大陆边缘环境。

印支期,华北板块再次由北向南移动,扬子板块北部被动大陆边缘褶皱回返,与华北板块完全焊接。武当岩群分布区发生低绿片岩相退变质作用,形成不对称斜歪褶皱和大规模的由北向南叠瓦状逆冲推覆断层,武当岩群逐步隆升,遭受风化剥蚀至地表,武当岩群最终形成。

4 结束语

武当岩群的形成演化是一个极其漫长而复杂的过程,本文的上述浅见,存在不少疏漏和不当的地方,敬请各位专家、同仁斧正。

[1] 任纪舜,姜春发,张正坤,秦德余.中国大地构造及其演化[M].北京:科学出版社,1980.

[2] 詹东金,赵生贵,刘早学.1∶5万王家湾幅、青峰镇幅区调报告[R].武汉:湖北省地质调查院,2004.

[3] 陈晋镳,秦正永,王寿琼,万义文.武当群地质特征[M].天津:天津科技翻译出版公司,1991.

[4] 许志琴.扬子板块北缘大型深层滑脱构造及动力分析[J].中国区域地质,1987(4):289-300.

(责任编辑: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

赵生贵(1963-),男,工程师,地质专业,从事地质矿产勘查工作。E-mail:51564071@qq.com