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湖北1:5万火烧坪、贺家坪、资丘、都镇湾幅区调成果——中国地质调查局武汉地质调查中心基础室成果之一

2014-04-25

由中国地质调查局武汉地质调查中心承担的“湖北1:5万火烧坪、贺家坪、资丘、都镇湾幅区域地质调查”系国土资源大调查项目。获2013 年度中国地质调查成果奖一等奖。调查区地处江汉盆地与云贵高原的过渡带,全部为沉积岩,生物化石丰富,南华系–三叠系地层序列完整,是扬子陆块台地相区地层古生物学研究的最有利地区之一。由于调查区跨及长江中游最大支流清江两岸,地形高差大、切割深,加上川气东输管线、清江梯级电站、沪蓉(西)高速、宜万铁路等诸多国家重大工程的建设施工,岩崩、滑坡和泥石流等地质灾害频繁,地质灾害形成的基础地质背景亦是本次调查研究的目标任务之一。项目组历时四年,在沉积学、古生物学、地层学、沉积地球化学、成矿地质背景和地质灾害背景方面获得了大量第一手资料,在综合研究的基础上,编写了成果报告,取得了一些创新性认识。

一、以国际地层表(2008)和中国地层表为指南,重新厘定了调查区地层序列,建立完善了调查区多重地层划分与对比系统,并充分运用“非正式”填图单位对特殊岩性层、含矿层、事件层等进行了表达,丰富了地质图图面信息和内容。值得强调的是,寒武系按照最新的410阶的年代地层格架进行了重新厘定;依据新发现的牙形石化石和野外岩性组合特征,对前人争议较大的晚泥盆世至早石炭世岩石地层进行了修订,将写经寺组定义为以泥灰岩、灰岩夹钙质泥岩为主的地层单位,其上覆的碎屑岩地层以修订后的梯子口组称之(相当于原梯子口组与长阳组,地质时代为晚泥盆–早石炭世早期);将调查区三叠系殷坑阶与巢湖阶(印度阶与奥伦尼克阶)的界线划在大冶组一段与二段间,而非前人所划分的大冶组四段与三段间。

二、围绕调查区中/下奥陶统界线,进行了岩石地层、层序地层、牙形石生物地层研究,自下而上建立Oepikodus evae带、Oepikodus intermedius带、Retterodus andinus带、Baltoniodus triangularis带和Paroistodus originalis带等5个牙形石带(图1),以牙形石Baltoniodus triangularis的首现作为中奥陶统大坪阶的底界标志,其首现层位为大湾组下段上部紫红色薄层状含泥灰岩透镜体的钙质泥岩中,无论是岩性组合、基本层序,还是生物地层,完全可与宜昌黄花场中/下奥陶统GSSP对比,故而实现了金钉子对比标志作用的区域拓展。

三、从生物地层、岩石地层、事件地层角度,对奥陶系/志留系界线进行了研究,并与王家湾奥陶纪赫南特阶GSSP进行了对比。发现调查区五峰组上部以灰黑色中厚层含炭质粉砂岩为主,而非硅质岩,产丰富的笔石,与上覆灰绿色薄中层状粉砂质泥岩界清晰,两者间缺失Dicellograptus complexus带至Demirastrites triangulatus 带之间的笔石带,亦未见赫南特贝动物群的分子,同时在界线处(即Dicellograptus complexus 带与Demirastrites triangulatus 带之间的层位)发现多层火山成因的白色伊利石粘土岩层,表明调查区内的奥陶系与志留系应为平行不整合接触,这对研究晚奥陶世大地构造背景有重要意义。

四、以剖面研究为基础,开展了部分地层和重要界线上下的化学地层研究。如利用南华系细碎屑岩的化学蚀变指数,结合主量元素的比值、粒度分析的结果,探讨了南华纪的气候变化;建立了震旦纪顶部–中寒武世下部主量元素、微量元素、碳同位素变化曲线,对震旦–寒武之交的环境变化进行了探讨;对二叠系/三叠系界线附近层位的地球化学研究表明:常量元素在吴家坪期近顶部出现低谷值后迅速增加,P/T界线附近,各常量元素表现为急剧的变化。大隆组及大冶组底部层位稀土元素的北美页岩配分模式相似,显示出相互平行的特点,δCe变化于-0.0036-0.1081,表明一种缺氧的沉积背景。U/ ThV / (V +Ni)V /Cr Ni / Co微量元素比值来看,大冶组总体处于氧化–贫氧环境,且二段含氧量较一段明显提高。δ13C值在二叠系与三叠系界线之上显示出较强烈的波动,幅度达4.09‰

五、调查区早三叠世大冶组、嘉陵江组中发育的特殊沉积及相关构造,即“错时相”沉积进行了详细调查与深入研究。调查区最为典型的“错时相”沉积是蠕虫状灰岩,其在野外露头上的表现特征复杂多样,大致可分为层状或似层状、粒状、短柱状和椭球状四种类型,且四种类型在垂向序列上的分布具有明显规律:首现类型为层状、似层状或粒径较小的不规则粒状,短柱状类型直至Spathian中期(对应于岩石地层大冶组三段中上部)才出现,经历一段多种类型共存之后,最终短柱状类型成为主导。蠕虫状灰岩在三峡地区不同剖面上的首现层位基本等时,相当于牙形石Neospathodus waageni 带中下部,即Smithian早中期,对应于岩石地层大冶组二段、三段之交的层位。蠕虫状灰岩自Smithian早中期出现以后,频繁分布于下三叠统不同层位中,直至中三叠世初才完全退出地质历史记录。

选择P/T界线至蠕虫状灰岩首现层位,分别对泥晶灰岩、蠕虫状灰岩的“蠕体”与“基质”进行了主量元素、微量元素、稀土元素、碳同位素及生物标志物的分析,结果表明:泥晶灰岩形成时陆源污染、火山活动等突发性灾难事件相对强烈,而蠕虫状灰岩形成时的海洋环境相对较好,不过与正常的海洋物理化学状况之间依然差距甚远。更为重要的是,同期沉积的“蠕体”与“基质”之间也存在明显差异,“基质”与泥晶灰岩的各项指征相近,代表了一种不利复苏的环境条件,这可能与生物对环境的改造有关。也就是说在生物复苏的过程中,环境修复极为重要,生物对环境的改造也不可忽视,生物与环境的协同演化才构成了生态系演化的主旋律。

六、通过资料收集和实地调查,确定调查区内存在滑坡179处、崩塌25处、不稳定斜坡5处,危岩体11处,泥石流4处,各类地质灾害点共计224处。系统总结了调查区地质灾害类型、空间分布及形成条件,研究了其与地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体结构、降雨、地震、河流侵蚀、人类活动等因素的关系,对代表性灾害点的形成因素和稳定性进行了评价。对调查区活动断裂与滑坡的关系进行重点调查研究,通过调查区及外围活动断裂及滑坡同位素测试年龄的系统统计,编制了断裂活动的年龄分布直方图,与滑坡年代分布对比发现,断裂活跃峰期与滑坡活跃峰期相间分布,且后者与前者相比具有明显的滞后性,表明断裂活动除直接导致滑坡等地质灾害外,更主要的是为地质灾害的发生创造了先决条件。

七、新确定调查区内两个铅锌矿矿源层,一是寒武纪牛蹄塘组底部,二是寒武纪天河板组下部。因黄陵周缘已有铅锌矿(化)点都赋存在震旦纪陡山沱组和灯影组中,故寒武系含矿层位的发现为黄陵周缘地区“扬子型”铅锌矿的找矿提供了新的方向和思路,近几年这一找矿方向和思路在湘西凤凰、花垣、鄂西宣恩等地区得到非常好的验证。

项目负责人简介

赵小明,男,研究员,1970912日出生于湖北松滋,1992年毕业于长春地质学院,20067月、20107月于中国地质大学(武汉)分别获地层学与古生物学硕士、博士学位。长期从事基础地质调查和研究工作,作为项目负责或技术骨干主持和参加1/5万项目5项、1/25万区调项目2项、基础地质综合研究项目3项,其中获中国地质调查局优秀图幅奖一等奖1项、三等奖2项,优秀成果奖1项。以第一作者发表学术论文18篇、专著1部,非第一作者合作发表学术论文30余篇、专著2部,共同撰写各类科研报告30余份。获湖北省自然科学优秀学术论文二等奖1项,获湖北省地质学会优秀学术论文一等奖2项、二等奖1项。