扬子古大陆新元古代扬子东南缘中段裂谷盆地形成演化与资源效应

2016-06-23

“扬子古大陆新元古代扬子东南缘中段裂谷盆地形成演化与资源效应”项目为“华南扬子古大陆演化及其资源效应”子项目之一，是中国地质调查局2011年下达的基础科研项目。项目于2011年启动，历时3年，系统收集分析了扬子陆块东南缘江南造山带中段新元古代区域地质矿产资料和第二代区域地质志资料以及涉及该区域的最新研究成果，采用岩石地层、事件地层、年代地层、旋回与层序地层和沉积相分析方法，重点分析新元古代早中期沉积充填序列、岩相古地理特征，重新修订了该区域新元古代“南华系”区域地层格架，在此基础上编制了岩相古地理系列图件，并利用地球化学资料分析探讨了盆地形成演化的大地构造环境，综合分析了陆缘裂谷盆地形成的动力学机制，建立了盆地演化模式，总结了盆地演化与矿产资源效应。

“扬子古大陆新元古代扬子东南缘中段裂谷盆地形成演化与资源效应”项目对研究区新元古代“南华纪”岩石地层、事件地层、层序地层、年代地层、岩相古地理、盆地构造及其演化、矿产资源等进行了全面总结和深入的研究，取得大量创新性认识和突破性进展。项目共发表论文9篇；专题报告附图102幅，附表47个，照片14幅。该项目由中国地质调查局科技外事部、西南项目办归口管理，成都地质调查中心负责实施，湖南省地质调查院承担。成果报告由孙海清、罗来、陈俊、马铁球、张晓阳、任光明等编写，孙海清统稿，黄建中审定，资料整理、数理统计、插图拟编主要由贺良、刘南、郭乐群、苏晓燕、沈桂昌等完成。

一、将研究区划分为三个地层区，为扬子东南缘“南华系”的研究提供了原始资料

通过对研究区所有1:5万、1:20万和1:25万区域地层资料的收集与综合，合理地划分了“南华系”岩石地层，依据沉积充填序列结构和分布以及成因特点，将其划分为北、中、南三个地层区，分别建立了岩石地层系统并与区域相当层位进行了综合对比，为扬子东南缘“南华系”的研究提供了原始资料。

二、进行了扬子陆块东南缘层序地层研究，提出南华冰期的底界划分新认识

依据扬子陆块东南缘已确认的两次重要的构造运动（武陵运动、雪峰运动）所形成的、两个不整合界面所限定的一级沉积旋回特征，将“南华系”板溪期沉积划分为陆架沉积序列、海盆沉积序列，各自包含两个向上变细但各具特色的次级旋回。将南华冰期沉积划分为中下部、上部两个沉积旋回。依据沉积旋回特点，应用层序地层理论分析方法，对露头层序进行了概略研究、划分，在板溪期陆架沉积序列中初步识别出4个I型层序界面、5个Ⅱ型层序界面；海盆沉积序列内含有3个I型层序界面、8个Ⅱ型层序界面。南华冰期地层据其岩性组合特征，初步识别出5个Ⅰ型层序界面、2个Ⅱ型层序界面。通过层序地层的研究，认为南华冰期的底界应划在长安组之底，而不是以往曾认为的富禄组（渫水河组）之底，湘中北的富禄组是盆地沉积超覆所致。

三、确认了研究区“南华系”底界沉积时限，构建了“南华系”年代地层格架

通过对相关层位中可供进行高精度同位素年龄测定的凝灰岩，或侵入其中的火山岩、花岗岩的样品采集，采用锆石U-Pb LA-ICP-MS、SHRIMP法对比分析，确认研究区“南华系”底界沉积时限介于828～814 Ma之间，盆地由汇聚转换为伸展裂解的时间点推定在830Ma左右，这与前人研究认为武陵运动结束于835Ma的结果相匹配，也符合盆地由南东往北西沉积依次超覆、时代变新的“楔状地层”模式。尤其是针对南华冰期的起点时间获得了751～764 Ma的数据，认为与澳大利亚南部新元古代Sturtian冰期的时限基本一致，可以对比。同时，依据此次所获数据及对前人资料的分析综合，合理地划分了内部年代界线，构建了“南华系”年代地层格架。

1．扬子地块东南缘高涧群底界年龄的确认。板溪群与高涧群底界的时限及对应关系，亦即扬子东南缘裂谷盆地的初始裂解时间以及不同区段接受沉积的时间，至今并未得到最终确认，大多数对底界时间的推定都是通过间接的手段获得。项目通过对高涧群旋回层序和岩相的综合分析，利用高精度同位素测年技术，获得高涧群底部石桥铺组玄武-安山质火山角砾岩的锆石²⁰⁶Pb/²³⁸Pb SHRIMP加权平均年龄828.8±9.6 Ma的数据。结合沉积学研究资料，认为裂谷盆地启动时间可能在830 Ma左右，接受沉积的时间在825～820 Ma，这与鄂西花山群底部玄武岩825Ma的年龄基本一致。这一认识有可能成为已有裂谷盆地演化模式的补充。

2．扬子地块东南缘长安冰期起点时限的确认与对比。长安组为扬子地块东南缘确认的一套冰源相碎屑沉积，其精确沉积时限对于了解华南新元古代冰期的起点时间和演化历程具有重要意义。以往限于定年技术的精度和测试对象的稀缺，长安组的年龄一直少有报道。项目在新化县碧溪地区发现长安组下部存在沉凝灰岩夹层，获得了大量岩浆型锆石，对其进行了高精度锆石LA-ICP-MS与SHRIMP U-Pb同位素年代学对比研究。结果表明，其锆石²⁰⁶Pb/²³⁸Pb加权平均年龄分别为751±5Ma、764±10Ma。综合分析相关地层的最新年龄数据确定，长安组可与中国西北地区同期沉积以及澳大利亚Sturtian冰期地层进行比较。沉积旋回分析表明，长安组底部沉积物具有典型的重力流特征，沉积速率较大。结合相关地质证据分析认为，长安组的底界年龄置于760Ma较为合适。这一成果为正确认识和确认南华系的底界（冰期下限）提供了关键性证据，为区域对比和华南南华系层型剖面的选择提供了参考依据（表1）。

3．系统地总结了陆缘裂谷发育期间的热事件。初步查明研究区地表出露的岩浆岩主要有三类：一是以英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩组成的侵入岩体；二是以玄武岩、变玄武岩、斜长角闪岩等组成的火山岩类；三是由基性-超基性岩组成的次火山岩类。裂谷盆地基底岩浆活动的时限为862～751Ma，但年龄集中值在820～830Ma之间。岩石组合类似于太古代的TTG组合，属典型的I型花岗岩。显示岛弧火山岩系地球化学特征应为武陵运动弧陆碰撞形成，属于汇聚板块边缘俯冲带岩浆作用的产物；“南华纪”板溪期初始裂谷基性火山岩形成于碰撞后伸展环境，裂谷充填期的酸性熔岩至南华冰期火山岩形成于陆内拉张环境，基性-超基性的次火山岩脉则代表火山活动接近尾声，均是大陆裂谷火山事件的产物。

四、编制了分时段岩相古地理系列图件

项目依据岩石组合和岩相标志，合理划分了盆地结构，归纳了盆地发展演化的构造模型，反演了沉积盆地古地理概貌，划分了岩相古地理单元。依据对沉积地层空间分布规律的分析，建立了盆地板溪期、南华冰期的沉积充填序列模型，编制了分时段的岩相古地理系列图件，为古大陆演化与矿产资源效应研究提供了基础资料。其中对南沱亚冰期进行了沉积相带划分，自北而南分为四个相带（冰内相、冰前内带、冰前外带、冰外），建立了相模式。

五、建立了盆地演化模式

在多重地层划分、岩石地球化学分析、构造演化阶段划分等研究成果基础上，提出扬子东南缘陆缘裂谷盆地形成的动力学机制，认为由于古大陆深部地质作用（地幔柱）导致了前期弧陆汇聚力减小、撤除，致使古大陆边缘伸展形成断阶式陆缘裂谷盆地。据此建立了盆地演化模式。

六、进行了矿产资源效应分析

初步分析了“南华系”沉积盆地演化与含矿沉积建造关系，总结分析了各含矿建造的特征，综合分析认为其含锰建造、含铁建造、含铜建造中赋存有工业意义矿体，具有找矿潜力，为区域矿产资源预测提供了基础资料。依据典型矿床特征，系统归纳了沉积型铁、锰、铜以及层控型钨锑金矿等成矿规律与找矿标志。尝试搭建了简单的锰矿成矿模式，认为地球深部丰富的锰的储库为锰成矿最主要的矿源，在离散的拉张环境下，通过热卤水或海底火山等热事件，沿先存深大断裂上涌，使古海水成为富锰的环境。岩相古地理营造的成锰沉积盆地创造了相对滞流、稳定平静、还原的环境。成锰沉积盆地水体垂直向上，至氧化还原界面，其上为氧较充足的环境，锰会以氧化物形式沉淀保存下来；其下锰大量地以锰碳酸盐形式沉淀保存。海平面不断升降，氧化锰也随之不断的溶解沉淀，氧化锰矿溶解不完全，导致氧化锰矿与锰碳酸盐岩混合存在。同时指出，在控盆构造作用下，沿构造活动区域特定岩性组合中多赋存热液叠加改造型铅锌矿，是中新生代成矿过程中不可忽视的成矿背景地质条件。