黔南獨山地區早泥盆世事件沉積記錄及地質意義

韓 雪, 劉凌云*, 陳 仁, 唐佐其,葉太平, 代雅然, 陳建書

1)貴州省地質調查院, 貴州貴陽 550081;2)貴州省地質礦產中心實驗室, 貴州貴陽 550018

《Cyclic and Event Stratification》(Einsele and Seilacher, 1982)的出版, 給沉積學研究注入了新的思想。事件沉積是各種地質事件的記錄, 事件沉積特征的多樣化是地質事件的種類和規模的大小差異所導致; 對它們的研究手段也隨之不同。白堊紀末期的隕石沖擊事件是一種極為罕見的地質事件, 它在第三系/白堊系的界限沉積層中留下了痕跡。事件沉積學對這些沉積層進行了稀土元素及氧、碳同位素研究, 為該罕見事件地質詮釋做出了重要貢獻。

分布于獨山地區的銻、鉛、鋅、鐵、金礦化均賦存于泥盆系地層之中(圖 1a; 金中國和戴塔根,2007; 貴州省地質調查院, 待刊), 且具有顯著的層控特點; 乃至貴定半邊街地區鋅礦化(陳國勇等,2006)、赫章天橋鉛鋅礦化(周家喜等, 2010)同樣如此。對這類礦床的成礦地質背景、與構造演化的關系目前尚未取得廣泛共識, 對這些問題的回答尚需要多種研究手段和方法予以有效制約。

圖1 研究區地質圖(a)及大地位置構造略圖(b)（據貴州省地質調查院, 2008, 待刊; 戴傳固等, 2010修改）Fig.1 Geological map of the study area (a) and sketch tectonic map of the southern China Block (b)(modified after Guizhou Geological Survey, 2008, in press; DAI et al., 2010 )

為了詮釋黔南獨山地區賦存于泥盆系地層的銻、鉛、鋅、鐵礦化的成礦地質背景, 我們選取夾縫巖地區和利山地區下泥盆統的事件沉積記錄作為研究對象, 通過資料收集、路線調查、剖面實測、巖相解析、實驗測試等技術方法, 查明事件沉積的成因及形成背景, 為深入認識該地區成礦地質背景做出貢獻。

1 區域地質概況

獨山地區位于江南造山帶西南段。江南造山帶北以師宗—松桃—慈利—九江一線為界, 其西北為揚子陸塊; 南以北海—萍鄉—紹興為界, 南東為華夏陸塊(圖1b; 戴傳固等, 2010)。江南造山帶的形成最早可能始于中元古代末期而終于新元古代早期(丁炳華等, 2008; 高志林等, 2008; 陳志洪等, 2009;柏道遠等, 2010; 徐先兵等, 2015; 王敏等, 2016),其焊接華夏陸塊與揚子陸塊(王孝磊等, 2017), 從而形成完整的南中國板塊。晚元古代造山作用結束后,發生了造山帶的垮塌、伸展(Wang et al., 2008, 2012),形成一個夭折的裂谷(Li, 1999), 其內發育邊緣海沉積, 并于古生代早—中期再次褶皺造山, 隨后進入前陸盆地演化階段(尹福光等, 2001)。加里東運動在黔東及鄰區表現為上、下古生界之間的明顯間斷,在獨山地區則表現為下泥盆統丹林組低角度不整合上覆于下志留統高寨田組之上; 且研究區在該時期尚未有巖漿活動的地質記錄。而在湘西、桂北地區,發育早古生代碰撞型巖漿巖組合(柏道遠等, 2014,2015; 楊振等, 2014; 張文蘭等, 2015; 魏春夏,2016), 泥盆系高角度不整合于寒武系之上(如通道—龍勝地區、黔東九阡)。

2 早泥盆世地層中的事件沉積記錄

2.1 夾縫巖地區丹林組事件沉積特征

夾縫巖地區大面積出露丹林組石英砂巖。該石英砂巖未見頂、底, 出露厚度大于200 m; 產狀平緩,傾角在 5°～10°之間; 巖性包括白色、灰白色、淺灰色、灰色、深灰色細粒石英砂巖、細中粒石英砂巖等(貴州省地質調查院, 2017)。

丹林組下部主要由灰白色細粒石英砂巖和深灰色細中粒石英砂巖組成。灰白色細粒石英砂巖包含較多泥質粉砂質條帶, 深灰色細中粒石英砂巖中含有極少量暗色礦物屑, 如電氣石及榍石。灰白色細粒石英砂巖發育(準)同生變形層理, 且向上(準)同生變形逐漸減弱至消失。

深灰色細中粒石英砂巖中夾有脈狀灰白色細粒石英砂巖(圖 2a, b), 其沿走向厚度變化很大(2～150 mm), 并常見尖滅再現現象。灰白色細粒石英砂巖明顯可見(準)同生變形層理, 如火焰狀構造(圖2b, d, e)、環狀變形層理(圖2c), 同時也可見滑移、滑塌現象(圖2e, f)。在灰白色細粒石英砂巖底部與下伏的深灰色細中粒石英砂巖接觸面平整, 僅局部也發育滑移、滑塌現象; 反之, 在灰白色細粒石英砂巖頂部往往發育2～35 mm長的火焰狀細脈,這些細脈向上尖滅。在部分灰白色石英砂巖中發育環狀層理。這種現象表明, 灰白色細粒石英砂巖發生了液化作用, 當液化細粒石英砂巖噴出地表, 形成與下伏沉積物整合的砂質層; 若未噴出地表, 則發生側向遷移, 形成火焰狀構造。

圖2 夾縫巖地區丹林組野外露頭特征Fig.2 Field photographs of the rocks of the Danlin Formation exposed in the Jiafengyan area

2.2 利山剖面丹林組事件沉積特征

利山地區一帶, 下志留統高寨田組與下泥盆統丹林組之間缺失中、上志留統, 但兩者地層產狀基本一致。區域上丹林組地層上覆于不同時代(寒武系、志留系)巖石地層之上, 因而, 兩者之間應屬低角度不整合接觸。

就丹林組各巖層間接觸界面而言, 當泥質粉砂巖上覆石英砂巖時, 接觸界面多不平整呈負荷構造,如圖3a。間歇性可見薄層泥質粉砂巖夾于中厚層石英砂巖中時, 發育準同生滑塌現象(圖3b)。

圖3 利山剖面野外露頭、手標本及顯微照片Fig.3 Field photographs of outcrops and hand specimens microphotographs of different rocks from the Lishan section

2.2.1 丹林組底部沉積特征

利山實測剖面如下, 柱狀圖及采樣位置如圖4。

圖4 利山剖面下泥盆統丹林組底部地層柱狀圖及采樣位置Fig.4 A short stratigraphic column of the Dalin Formation from the Lishan section, indicating the sampling location

丹林組

4層, 中厚層灰白色細粒石英砂巖。未見頂。

3層, 薄層灰綠色泥質粉砂巖。風化較嚴重。與下伏石英砂巖接觸界面平整。厚6 cm。

2層, 中厚層細粒石英砂巖。分為上、下亞層。上亞層為淺灰黑色細粒石英砂巖。下亞層為灰黑色具1～8 mm孔徑不一具孔洞細粒含黃鐵礦質石英砂巖(圖 3d, e); 其中黃鐵礦呈半自形粒狀團塊狀分布。厚57 cm。

1層, 薄層泥質粉砂巖。分為上、下亞層。上亞層為灰綠色泥質粉砂巖。下亞層為風化色為褐色?的含黃鐵礦質泥質粉砂巖(圖 3c), 其中黃鐵礦呈自形粒狀星點狀散布。厚8 cm。

～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 角度不整合 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～

高寨田組

0層, 中薄層灰白色砂質粉砂巖。向上粒度逐漸減小。單層厚度減薄。未見底。

2.2.2 顯微結構特征及物質組成

針對丹林組底部層位的樣品開展了詳細的顯微結構觀察, 丹林組底部由下至上巖相特征如下:

(1)DSJC-2采自于 1層下部。含黃鐵礦質泥質粉砂巖由粉粒石英礦物屑、泥質基質及黃鐵礦晶粒組成。粉粒石英礦物屑呈次圓狀、次棱角狀, 分選性好而磨圓度一般(圖3f, f’);

局部可見團塊狀分布的半自形黃鐵礦晶粒集合體(已氧化)包裹粉粒石英礦物屑及少量黏土礦物聚集形成長約7 mm的褐色瘤狀體(圖3g); 經粉晶X射線衍射測定, 黏土礦物為高嶺石及伊利石(圖5)。泥質基質對粉粒石英礦物屑起基底式膠結作用。放大鏡下可見星點狀散布的自形程度好的立方體黃鐵礦晶粒, 黃鐵礦具不同程度的褐鐵礦化現象。

圖5 泥質粉砂巖粉晶X射線衍射圖譜Fig.5 X-ray power diffraction of argillaceous siltstone

(2)DSJC-3采自于 2層下部。細粒含黃鐵礦質石英砂巖由細粒石英礦物屑、黃鐵礦晶粒及少量泥質基質組成。細粒石英礦物屑呈次圓狀、次棱角狀,分選性好而磨圓度一般(圖3h, i, i’)。泥質基質對細粒石英礦物屑起接觸式膠結作用。團塊狀分布的半自形黃鐵礦晶粒集合體包裹大量細粒石英礦物屑(圖 3d, e); 這種結構表明, 黃鐵礦形成于富含低價硫的還原環境, 砂巖為快速沉淀的產物。

通過雙束掃描電鏡測試發現: (1)面掃描元素含量分析顯示, 細粒含黃鐵礦質石英砂巖中發現有銻的異常(圖6)。(2)細粒含黃鐵礦質石英砂巖中, 除石英礦物屑及黃鐵礦晶粒之外, 還可見少量自形—半自形的金紅石及獨居石(圖 7); 獨居石中存在微量的 Ne(氖)及 Dy(鏑)。

圖6 利山剖面細粒含黃鐵礦質石英砂巖(DSJC-3)背散射照片及半定量元素掃描結果Fig.6 Backscatter electron (BSE) image and semi-quantitative element scanning map of the fine-grained pyrite-bearing quartz sandstone (DSJC-3) from the Lishan section

圖7 利山剖面細粒含黃鐵礦質石英砂巖(DSJC-3)背散射照片及能譜Fig.7 Backscatter electron image and related energy spectrum of fine-grained pyrite-bearing quartz sandstone (DSJC-3) from the Lishan section

上述結構、礦物組合、成分變化顯示, 丹林組底部沉積時熱液流體活動強烈、流體成分頗為復雜。

3 討論

3.1 砂巖液化與潛火山活動

飽水沉積物在穩定狀態下不會發生液化。剪切震動是飽水沉積體發生液化的主因(喬秀夫和李海兵, 2009)。火山引發的地震強度一般較小, 不會發生大規模的液化事件。局限于夾縫巖地區的下泥盆統丹林組記錄了不少較小規模砂體液化事件; 而且液化作用主要發育于熱水沉積層含黃鐵礦質泥質粉砂巖、細粒含黃鐵礦質石英砂巖內及上、下相鄰層位; 這與獨山地區下泥盆統丹林組中的液化現象極為吻合。

目前沒有在獨山地區發現早泥盆世火成巖。但在江南造山帶其他地區, 這期火成巖則十分常見,包括桂北苗兒山—越城嶺花崗巖(415～382 Ma,Zhang et al., 2012; Zhao et al., 2013), 越城嶺花崗巖(435～417 Ma, Zhao et al., 2013)等。暗示該地區不排除存在潛火山作用的可能性。

3.2 熱水沉積與潛火山活動

利山剖面的細粒含黃鐵礦質石英砂巖(DSJC-3)中發現了自形程度較好的具Ne(氖)、Dy(鏑)異常的獨居石及金紅石(圖7)。獨居石常產于與酸性巖漿巖或與其有關的高溫熱液礦床中(王濮等, 1982), 且其中含有Ne及CO2; 在Ne的同位素中,20Ne通常存在于火山氣體中, 且通常與地幔息息相關(王葉劍,2012)。而 Ti元素在常溫環境下往往難以遷移, 半自形金紅石的存在, 暗示著沉積期熱水的溫度還不會太低; 這類含鈦高溫熱液很可能來自于下地殼或上地幔(萬方等, 2009)。在利山剖面丹林組底部的含黃鐵礦質泥質粉砂巖及細粒含黃鐵礦質石英砂巖中,均發現了被黃鐵礦包裹的石英礦物屑具有溶蝕邊的現象, 表明沉積時期熱液溫度較高。上述現象暗示了該地區附近存在潛火山作用, 與之相關, 在本地區發育了海底噴流沉積系統, 因而造就了本區的熱水沉積環境。

團塊狀黃鐵礦集合體直接成為細粒石英礦物屑的膠結物(圖 3h, i)。這些現象表明, 利山剖面中丹林組底部細粒含黃鐵礦質石英砂巖沉積于還原性熱水環境。另含黃鐵礦質泥質粉砂巖、細粒含黃鐵礦質石英砂巖中的黃鐵礦韻律性產出也顯示了熱水間歇性供給的特點, 熱水來源尚值得探討。

細粒含黃鐵礦質石英砂巖具銻(Sb)異常及部分細粒石英礦物屑有溶蝕邊的特征。且獨山下令當地區鉛鋅礦床鉛同位素測試年齡(Φ值年齡)為392 Ma,與含礦地層年代基本一致, 屬“準同生沉積型鉛鋅礦床”, 認為是噴流沉積的結果(陳國勇等, 2006)。裘愉卓等(1997)的研究成果也指出, 此泥盆紀地層顯示為銻、錫、鉛、鋅等地球化學異常層。所以我們推測獨山地區可能存在早泥盆世潛火山活動; 自早泥盆世初期開始, 脈動式巖漿熱液間歇性排入前陸盆地, 形成還原性熱水沉積環境; 因火成巖與多種戰略性關鍵礦產相關(曾普勝等, 2021), 此類現象的存在, 為獨山地區廣泛存在的銻、鉛、鋅、鐵、金礦化成因機理解析提供了新的思路。

4 結論

(1)獨山地區下泥盆統丹林組下部砂巖層為近源快速沉積, 發育地震液化構造。

(2)獨山地區早泥盆世丹林組沉積時期發育熱水沉積, 主要表現為存在 Ne(氖)、Dy(鏑)異常的獨居石、黃鐵礦膠結的細粒石英砂巖、銻(Sb)異常的細粒石英砂巖。

(3)地震液化及同時期熱水沉積可能由早泥盆世潛火山活動引發, 這期潛火山活動為獨山地區的銻、鉛、鋅、鐵、金等多金屬熱液礦化提供了礦源。

(4)獨山地區的多金屬礦化很可能與華南板塊海西早期的構造—巖漿活動熱事件啟動密切相關。

致謝: 衷心感謝貴州省地質調查院戴傳固研究員團隊、王敏研究員團隊的大力支持和貴州省地質調查院劉愛民高級工程師對野外工作的大力協助, 感謝審稿專家的建設性修改意見并表示衷心感謝。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.DD20190370-34), Science and Technology Support Program of Guizhou Province (No.〔2020〕4Y034), and Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province(Nos.〔2017〕29 and 〔2018〕29).