華南“馬槽園群”年代及其地層學意義

邱艷生，胡正祥，楊青雄，周世卿，田望學，李雄偉

(湖北省地質調查院，湖北武漢 430034)

0 引言

華南揚子北緣前寒武系“馬槽園群”自創名以來約40年。由于地處“野人”出沒、山高路險的湖北神農架林區，露頭較差，交通不便，對它的研究很少。此前僅有三次系統研究，而且認識迥異，爭議焦點在形成年代、與下伏地層接觸關系和形成環境。

“馬槽園群”所在研究區大地構造位置屬秦嶺—大別山造山帶與揚子陸塊北緣間的過渡地帶(圖1)，橫跨西傾山—南秦嶺陸緣裂谷帶、米倉山—大巴山基底逆推帶、武當陸緣裂谷、鄂中碳酸鹽巖臺地等大地構造單元。

“馬槽園群”是從馬槽園組升級而來［1－3］。湖北省區測隊(后改名湖北省區調所)在上世紀70年代進行1∶20萬神農架幅地質礦產調查時，將位于神農架林區與興山縣交界處的大約50 km2的一套砂礫巖為主，粉砂巖、碳酸鹽巖為輔，夾少量火山巖的地層命名為馬槽園組，時代歸屬于新元古代震旦紀，不整合于神農架群之上，也與其上覆地層不整合接觸。上世紀80年代，天津地質礦產研究所和湖北省區調所將馬槽園組升級為“馬槽園群”，年代大致定為新元古代青白口紀(1 000 ～800 Ma)，接觸關系不變［2］。21 世紀初，1∶25萬神農架林區幅區調將“馬槽園群”取消，將其降為神農架群石槽河組非正式填圖單位“大巖坪巖楔”［4］。

關于“馬槽園群”的沉積環境，也是意見不一。有些人認為是前陸(磨拉石)盆地［5，6］，有些人認為是“淺海磨拉石”，有些人認為是坡向自東向西的斜坡崩塌沉積物。

因此，對研究區“馬槽園群”進行年代學研究與沉積環境的研究(特別是前者)，是一項迫在眉睫的工作。本院馬槽園群研究項目為中國地質調查局成都地質調查中心“華南揚子古大陸演化及其資源效應”計劃項目的工作項目之一。在該計劃項目和國家自然科學基金重點項目“華南新元古代楔狀地層沉積充填序列及其大地構造屬性研究”專家指導下，通過2011年至今的研究，基本摸清了“馬槽園群”的形成年代和沉積環境。這對揚子北緣中新元古代地層的正確劃分對比、重建古構造格局、開展華南中新元古代地層劃分對比、完善中國地層表進而完善國際地層表，具有非常重要的意義。

1 剖面簡介與沉積環境概述

“馬槽園群”屬上揚子地層區黃陵—大洪山地層分區神農架地層小區，該區主要出露中元古代神農架群地層，構成“馬槽園群”所在地的基底，新元古代—早古生代志留紀地層繞其分布。神農架群是一套以白云巖為主的巖石組合;其次含有砂巖、粉砂巖、礫巖、火山巖、鐵礦層等。巖石經輕微區域動力變質。底部沒有出露，頂與上覆“馬槽園群”呈不整合接觸，時代為中元古代。《湖北省巖石地層》將其自下而上劃分為鷹窩洞組、大巖坪組、亂石溝組、大窩坑組、礦石山組、臺子組、野馬河組、溫水河組、石槽河組、送子園組、瓦鋼溪組等11個組。該群主要為碳酸鹽巖類，碳酸鹽巖包括白云巖類、灰巖類及二者間的過渡巖石類型，這類巖石廣泛分布于神農架群各巖石地層單位中;碎屑巖類主要見于大巖坪組、亂石溝組、礦石山組、臺子組、送子園組等，尤以上部各組產出較多;火山巖類主要分布于亂石溝組(粗面巖)、溫水河組(玄武巖)、送子園組(安山巖)。頂部白云巖與上覆南華紀南沱組冰磧巖或蓮沱組紫紅色砂礫巖，或與青白口紀“馬槽園群”礫巖均呈不整合。全群總厚＞12 680 m。

“馬槽園群”出露于神農架林區與興山縣交界處。地層劃分采用李銓、冷堅等的地層劃分方案，共測制兩條“馬槽園群”剖面，主干剖面在馬槽園，輔助剖面在大巖坪(圖1)。現選取主干剖面簡介如下。

該剖面位于神農架林區與興山縣交界火燒尖—莊屋埡，剖面自北西往南東測制。“馬槽園群”(下部“八里埡組”，上部“火燒尖組”)為一套主要為硅質巖白云巖礫巖，次為粉砂巖與白云巖、含多層火山巖的巖石組合。下部“八里埡組”以復成分礫巖為主，礫石成分有白云巖、硅質巖、砂巖、粘土巖等，有多個自下而上粒度粗—中—細的韻律，夾四層火山巖;上部“火燒尖組”以復成分礫巖為主，夾一層火山巖、多層白云巖和粉砂巖;“火燒尖組”頂部為含疊層石白云巖。該群地層厚度約為2．2 km。與下伏神農架群為沖刷充填沉積接觸(沖刷面由八里埡組底部斜坡水道砂礫巖強烈侵蝕下伏地層神農架群大巖坪組紋層狀含粉砂白云巖形成，平面上接觸面起伏不等)(圖2)，與上覆南華紀蓮沱組為角度不整合接觸，該不整合為晉寧運動形成。其簡化地層柱狀圖見圖3。

圖 1 湖北神農架地區簡化地質圖(據李銓和冷堅，1991［2］;Qiu et al．，2011［7］修改)Fig.1 Simplified geological map of Shennongjia region，Hubei(Modified after Li and Leng，1991;Qiu et al．，2011)(a)研究區在揚子地塊中的構造位置 (據 Wang and Li，2003修改［8］)

圖2 神農架群(Pt2 sh，下)和上覆“馬槽園群”(Pt2 m，上)沖刷接觸關系Fig.2 The scour surface between Shennongjia Group(Pt2 SH，bottom)and Macaoyuan Group(Pt2 M，top)．

下部“八里埡組”與上部“火燒尖組”的硅質巖白云巖砂礫巖部分層位含海綠石(Glt)(圖4)，自下而上常見由粗變細的正粒序層理，礫巖中礫石多為次圓狀，硅質巖礫石的磨圓度較高，主要為圓狀、次圓狀，比“馬槽園群”中其他類型礫石的磨圓度要高許多，表明它們為較老的巖石剝蝕、長途搬運后再沉積的產物。

圖3 “馬槽園群”地層柱狀略圖Fig.3 Simplified lithological column of the section of Macaoyuan Group1．白云質角礫巖;2．礫巖;3．冰磧巖;4．石英砂巖;5．含海綠石巖屑石英砂巖;6．長石石英砂巖;7．含凝灰長石巖屑砂巖;8．巖屑石英砂巖;9．白云質砂巖;10．白云質粉砂巖;11．疊層石灰巖;12．白云巖;13．火山角礫巖;14．玄武質火山角礫巖;15．凝灰巖;16．水平層理;17．平行層理;18．粒序層理;19．滑動構造;20．采樣層位或相當層位。

海綠石為自生礦物，是海洋環境沉積指相礦物。“馬槽園群”下部“八里埡組”和上部“火燒尖組”均發現海綠石，表示“馬槽園群”形成于海洋環境。

“馬槽園群”沉積構造的突出特征是含有重力流沉積構造——粒序層理(圖5)和滑動構造(圖6)。同時，缺乏大陸環境下的交錯層理和波紋層理，也是海洋事件沉積的一個間接證據。

根據上述特征，推斷該群形成于臺緣斜坡—混積陸棚環境。

圖4 “馬槽園群”下部八里埡組砂巖中的海綠石(正交偏光)Fig.4 The glauconite(Glt)found in the sandstone，Baliya Formation，Macaoyuan Group(cross-polarized light)．

圖5 “馬槽園群”下部的粒序層理Fig.5 Graded bedding in lower Macaoyuan Group

圖6 “馬槽園群”下部的滑塌構造Fig.6 Slump structure in lower Macaoyuan Group

2 樣品描述

用于測年的巖石樣品RPHP5采集自神農架林區大巖坪附近的人坪河，相當于“馬槽園群”中部地層。采樣點地理坐標:東經 110°35'45″，北緯 31°27'49″。該巖石為變玄武巖，具變余少斑狀結構，基質具變余間粒結構，塊狀構造。巖石由變余斑晶(3%)和變余基質(80%)及含鈦礦物(17%)三部分組成。其礦物成分如下:變余斑晶3%，其中基性斜長石(碳酸鹽化)0．5%，粒度1．2 mm ×0．8 mm ～0．4 mm ×0．2 mm，呈殘余板柱狀;輝石(碳酸鹽化綠泥石化)2．5%，粒度0．8 mm ×0．5 mm ～0．4 mm ×0．3 mm，呈殘余短柱狀。變余基質，80%，其中基性斜長石(碳酸鹽化)，45%，粒度0．36 mm ×0．04 mm ～0．1 mm ×0．02 mm，呈自形小板條狀;輝石(碳酸鹽化綠泥石化)35%，粒度0．1～0．36 mm，呈殘余微粒狀。含鈦礦物17%，其中榍石7%，粒度 0．08 ～0．35 mm，呈柱粒狀、楔形;鈦鐵礦(白鈦礦)10%，粒度0．03～0．26 mm，呈粒狀或四邊形。

變余斑晶主要是輝石，含微量的基性斜長石，輝石被碳酸鹽礦物、綠泥石取代殘余短柱狀假像，而基性斜長石卻被碳酸鹽礦物取代殘余板柱狀假像(圖7)。變余基質由自形小板條狀并伴有碳酸鹽化的斜長石雜亂分布所構成三角形空隙格架內充填著輝石(具碳酸鹽化和綠泥石化并殘余微粒狀)而形成間粒結構。

含鈦礦物有榍石和鈦鐵礦兩種，兩者較均勻分布，其中榍石外形多數呈柱粒狀，少數呈楔形，具高級白干涉色。鈦鐵礦外形多數呈四邊形，少數呈粒狀，已次變為白鈦礦(反射光下顯乳白色)。

圖7 年齡樣品RPHP5顯微照片(正交偏光)Fig.7 A micro photo for the sample RPHP5(cross-polarized light)基質具變余間粒結構，輝石斑晶(Px，左上角)被綠泥石取代;基性斜長石斑晶(Pl，右下角)被碳酸鹽礦物取代。

3 鋯石U-Pb年齡測定

用于鋯石U-Pb年齡測定的樣品RPHP5為變玄武巖。其中挑選的鋯石通過標準重力和磁力分選技術選出。它們被固定在環氧樹脂上，用透射光、反射光和陰極發光(CL)顯微照相記錄下來，以指導同位素分析的測點選擇。鋯石長約50～110μm，長寬比為1∶2。完整的鋯石晶體比較少見，鋯石大多數為次棱角狀(圖8)。其中不少鋯石相對來說具有暗核亮邊(如顆粒RPHP5-03)，指示后期變質作用對先前巖漿鋯石的改造。它們大多數呈半自形，并具有比較模糊的震蕩環帶結構(圖8)，指示原為巖漿成因，經后期改造，預示年齡測試結果不太理想。

LA-ICP-MS(激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀)鋯石U-Pb同位素組成的分析在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。詳細的儀器操作條件和數據處理方法同 Liu，et al．，2008［9］，Liu et al．，2010［10］和 Liu et al．，2010［11］。激光剝蝕系統為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7500a。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調節靈敏度，二者在進入ICP之前通過一個T型接頭混合。在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入了少量氮氣，以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度［12］。由 Agilent 7500a采集的每個時間分辨分析數據包括大約20～30 s的空白信號和50 s的樣品信號。對分析數據的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)，采用劉勇勝教授的軟件 ICPMSDataCal完成［9，10］)。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3完成［13］。單個測點數據誤差采用1σ，年齡結果采用206Pb/238U加權平均值(95%置信度)。鋯石U-Pb測年數據見表1。

圖8 “馬槽園群”樣品RPHP5典型鋯石陰極發光(CL)圖像Fig.8 The cathode luminescence(CL)images of typical zircon grains for sample RPHP5

我們對玄武巖樣品RPHP5測試了18顆鋯石共21個測點的U-Pb同位素年齡。樣品RPHP5的Th和U含量呈現正相關(Th=60．4 ×10－6～4 804 ×10－6，U=96．5 ×10－6～11 963×10－6)，同時具有分散的 Th/U比值(Th/U=0．06 ～2．03)，絕大多數在 0．4 以上，顯示出巖漿成因，部分遭受后期變質改造。結果顯示年齡值大致分兩組(一組老，一組新)，許多數值位于諧和線以下(圖9)。測試出的非常小的年齡，可能是放射性成因鉛丟失(或鈾獲得)，或樣品粉碎或單礦物分選過程中混入的鋯石造成的。一些鋯石三組年齡不一致，可能部分原因是不同成因鋯石的混合，更主要的應該是反映放射性成因鉛丟失或疊加了鉛丟失區域或者鈾獲得。導致鋯石中放射性成因鉛(鈾)發生不同程度丟失或獲得的主要機制包括以下幾個方面:鋯石的蛻晶化作用、重結晶作用、擴散作用和增生作用。由于自然界地質情況極復雜，所獲得的三組年齡在大多數情況下往往不一致。可能存在這樣的情況:雖然不同鋯石顆粒的三組年齡之間存在不一致，但其中有一個或者幾個鋯石顆粒的三組年齡是一致的;在這種情況下，應該取其中諧和的一組年齡代表鋯石的形成時間。本次測試的年齡結果顯示，經過后來長時期的改造，特別是晉寧運動的改造，鋯石封閉體系被不同程度破壞，可能導致一些鋯石測試的年齡顯得偏輕。本次有三顆鋯石RPHP5-04、RPHP5-16、RPHP5-18的三組年齡值比較接近(206Pb/238U年齡分別為(1 057±19)Ma、(1 134±19)Ma、(1 146 ±23)Ma)，加權平均值誤差較大，可信度較低。但是，其中有兩顆鋯石(RPHP5-16、RPHP5-18)年齡非常接近，故取其206Pb/238U加權平均值(1 139±29)Ma(MSWD=0．15，95%置信度)作為“馬槽園群”中部火山巖的形成年齡。

圖9 樣品RPHP5鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.9 U-Pb concordia diagrams of the sample RPHP5

表1 “馬槽園群”樣品RPHP5 LA-ICP-MSU-Pb年齡數據Table 1 LA-ICP-MSU-Pb data of sample RPHP5 from the Macaoyuan Group

4 討論

前人對揚子地塊前寒武系的研究多集中于揚子西緣和東南緣［7，14，15］，對揚子北緣前寒武系研究相對較少［2，4，16］。

Qiu et al．于2011年提出，1∶25萬神農架林區幅區調命名的神農架群“鄭家埡組”(相當于1∶20萬神農架幅大巖坪組和亂石溝組部分地層)玄武巖形成于(1 103±8)Ma。李懷坤等2013年指出，神農架群大巖坪組碎屑巖碎屑鋯石年齡譜中最小的峰值年齡為(1 398±20)Ma，野馬河組凝灰巖的年齡為(1 215．8±2．4)Ma，侵入到神農架群的基性巖墻群的年齡(1 115±9)Ma 與(1 083．2 ±4．6)Ma［17］。后者與 Qiu et al．提出的神農架群頂部鄭家埡組形成于(1 103±8)Ma相當。一般來說，基性巖墻群和基性火山巖伴隨出現，應該反映拉張環境。

鄧奇等2011年夏天采自神農架群石槽河組凝灰巖的SHRIMP(高精度離子探針)U-Pb年齡為(1 180±14)Ma(鄧奇等，待刊數據)，晚于李懷坤等2013年發表的神農架群野馬河組的年齡(1 215．8±2．4)Ma，但早于侵入到神農架群的基性巖墻群的年齡(1 115±9)Ma與(1 083．2±4．6)Ma。因此，神農架群形成于大約1．4～1．1 Ga，相當于中國地層表的中元古代待建系。

鄧奇等2011年夏天采自“馬槽園群”八里埡組凝灰巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(1 165±14)Ma(鄧奇等，待刊數據)，與本文玄武巖的鋯石U-Pb年齡(1 139±29)Ma在誤差范圍內基本一致，相當于神農架群近頂部地層。神農架群和“馬槽園群”為整合接觸，前者早于后者。“馬槽園群”與上覆南華紀地層仍然為不整合接觸。前人將神農架群與湖北京山打鼓石群對比，將“馬槽園群”與不整合于打鼓石群之上的花山群對比。因此，再將“馬槽園群”和新元古代花山群對比［1，3］，就出現了問題。

張傳恒等2007年發表了云南昆陽群黑山頭組凝灰巖鋯石 SHRIMP U-Pb 年齡(1 032 ±9)Ma［18］，略晚于Qiu et al．發表的神農架群鄭家埡組玄武巖年齡(1 103±8)Ma。孫志明等2009年發表了云南東川地區昆陽群黑山組凝灰巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(1 503 ±17)Ma［19］。故昆陽群年齡約在 1．5 ～ 1．0 Ga之間。所以，神農架群、“馬槽園群”可與打鼓石群、昆陽群對比。

分析數據(略)的相關性投點采用長江大學路遠發教授的GeoKit軟件完成［20］。我們利用相關性投點來判別火山巖的大地構造背景。結果顯示，火山活動處在大陸拉張(裂解)初期、大洋即將開始形成之時。結合沉積學特征，判斷揚子北緣中元古代“馬槽園群”形成的構造背景應該屬于夭折裂谷。

先前、張國偉等［21］、陸松年等［22］認為，揚子北緣在中元古代存在一個拉張期。可以說，“馬槽園群”沉積是哥倫比亞超大陸裂解晚期、羅迪尼亞超大陸即將匯聚時期的獨特表現。

5 結論

(1)“馬槽園群”中部地層形成于約(1 139±29)Ma。地質時代屬于中元古代，而不是前人所認為的新元古代。與下伏地層神農架群整合接觸，可以歸為其中一個組，即將“馬槽園群”降為“馬槽園組”，置于其近頂部，對“馬槽園組”含義需要重新定義。

(2)“馬槽園群”形成于臺緣斜坡—混積陸棚環境。

(3)“馬槽園群”基本上可以和云南昆陽群對比。

致謝：鄧奇博士在野外和室內工作中予以協助，邱玲高工對巖石薄片進行鑒定，中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室胡兆初博士在年代測試中給予很大幫助，王劍研究員、江新勝研究員，吳傳榮、李金平、劉早學、毛新武、劉成新等教授級高級工程師對本研究給予指導和幫助，吳傳榮、李金平、劉早學、毛新武等教授級高級工程師審閱文稿。特此一并致謝!

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