湘鄂西花崗巖體磷灰石裂變徑跡年齡碩士學(xué)位論文.doc

2004.05 中國地質(zhì)大學(xué)碩士學(xué)位論文 49 前 言一、選題依據(jù)1.研究現(xiàn)狀裂變徑跡是指含鈾礦物中的鈾裂變產(chǎn)生的高能量碎片使礦物晶格產(chǎn)生輻射損傷，從而留下裂變的痕跡。1965年，美國通用電氣研究發(fā)展中心的fleischer等（1964）通過研究徑跡的蝕刻特性，發(fā)現(xiàn)自發(fā)裂變徑跡數(shù)與徑跡積累的時(shí)間和礦物中鈾的含量成正比，基于這一原理，他們測定了礦物的年齡，并提出了裂變徑跡定年法（fleischer et al.,1964）。裂變徑跡定年法是利用統(tǒng)計(jì)礦物（鋯石、磷灰石）238u裂變產(chǎn)物裂變徑跡數(shù)來測定礦物年齡的。由于磷灰石的裂變徑跡具有較低的封閉溫度70-120（gleadow et al.,1987），1980年代以來廣泛應(yīng)用于揭示山脈地區(qū)晚近地質(zhì)時(shí)期的隆升剝露史。國外最早運(yùn)用裂變徑跡定年法研究造山帶構(gòu)造隆升史始于1978年，當(dāng)時(shí)wagner（1978）用這種方法對中阿爾卑斯山進(jìn)行了系統(tǒng)研究，所測得的磷灰石的ft年齡為2.2-17.4m.y.,并發(fā)現(xiàn)這些年齡隨海拔高度的增高而增大。gleadow et al.（1984）利用磷灰石裂變徑跡分析技術(shù)對南極的transantartic mountains(tam)地區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，作出年齡-高程圖。近年來，隨著對磷灰石裂變徑跡退火特征的進(jìn)一步研究，有關(guān)磷灰石裂變徑跡定年法在山脈隆升剝露史方面的應(yīng)用又有新的進(jìn)展。wagner（1988）建立了新的投影裂變徑跡長度分布溫度時(shí)間之間的聯(lián)系，使之對抬升剝露冷卻歷史的制約更為精確。運(yùn)用此方法，wagner et al.（1989）對南極橫斷山北維多利亞地區(qū)、fitzgerald et al.（1988）和fitzgerald（1992）對南極的tam地區(qū)進(jìn)行了研究，均取得了一些新的非常有意義的成果。thomson等（2000）利用ruhla結(jié)晶雜巖體的裂變徑跡熱年代學(xué)證據(jù)對歐洲大陸的saxo-bohemian地塊的熱演化史進(jìn)行了新的限制。mitchell等（2002）利用磷灰石裂變徑跡分析方法對澳大利亞南部的mt painter 區(qū)的剝露史進(jìn)行了分析，得出重要結(jié)論。國內(nèi)早期利用磷灰石裂變徑跡法研究隆升速率多集中在青藏高原及其鄰近地區(qū)。劉順生等（1987）對西藏的拉薩、康馬和告烏3個(gè)巖體利用年齡-高差法進(jìn)行了隆升速率的計(jì)算，得到了較好的線形關(guān)系；丁林等（1995）通過磷灰石裂變徑跡分析方法給出了東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)上新世以來快速隆升的證據(jù)；江萬等（1998）在研究青藏高原的隆升速率時(shí)，利用測出的裂變徑跡數(shù)據(jù)直接計(jì)算地質(zhì)體的平均隆升速率。近年來，應(yīng)用磷灰石裂變徑跡年齡分析，b.l. chen等（2001）對秦嶺造山帶、王國燦等（2002，2003）對東昆侖東段、萬景林等（2002）對西昆侖北部山前普魯?shù)貐^(qū)、吳塹虹等（2002）對東大別地區(qū)巖體的隆升剝露史和構(gòu)造意義進(jìn)行了深入的分析，取得重要成果，同時(shí)，他們對裂變徑跡分析技術(shù)也進(jìn)行了有益的探討，為今后我們應(yīng)用裂變徑跡定年法進(jìn)行研究提供了參考。綜上，隨著裂變徑跡分析技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用磷灰石裂變徑跡法研究造山帶隆升剝露機(jī)制已取得重大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在通過裂變徑跡分析可以為研究造山帶隆升提供隆升時(shí)間、隆升幅度、隆升速率、隆升方式以及地溫?zé)釟v史等比較全面的山脈隆升史資料。2.研究目標(biāo)近年來，隨著對磷灰石礦物的退火規(guī)律的深入研究（fleischer et al.,1975,康鐵笙，1991），發(fā)現(xiàn)磷灰石裂變徑跡的退火與油氣生成密切相關(guān)。磷灰石裂變徑跡發(fā)生退火的溫度范圍（退火帶）為70-120，而烴成熟度與溫度的關(guān)系表明，石油大量生成所需要的溫度范圍與上述退火帶剛好重合（gleadow et al.,1983）。據(jù)此，我們認(rèn)為可以通過磷灰石裂變徑跡分析反映含油氣盆地經(jīng)歷的地質(zhì)背景，進(jìn)而對含油氣盆地的構(gòu)造破壞條件作出評價(jià)。本課題屬于夏文臣教授主持的中石化重大基礎(chǔ)項(xiàng)目“鄂西渝東海相油氣的構(gòu)造控制與保存條件研究（2002-2004）”的下屬子項(xiàng)目“揚(yáng)子板塊東北緣晚古生代以來隆升過程的精細(xì)同位素冷卻速率響應(yīng)與儲油層穩(wěn)定性研究”，主要通過對湘鄂西一帶近南北向分布的花崗巖體自印支期以來的冷卻抬升剝露史進(jìn)行研究，以查明構(gòu)造非平穩(wěn)運(yùn)動的期次和作用時(shí)間，為鄂西渝東盆地石炭系及其稍晚以來成烴層的可能的破壞事件分析提供一個(gè)方面的約束。二、研究內(nèi)容和研究方法1.主要的研究內(nèi)容：（1）湘鄂西地區(qū)存在的重要構(gòu)造活動期厘定（2）湘鄂西地區(qū)典型侵入體的巖石學(xué)特征和構(gòu)造環(huán)境分析（3）典型巖體的平均古剝露速率研究（4）印支期以來的冷卻速率和剝露速率研究（5）基底剝露速率與盆地油氣藏保存條件和破壞條件分析2.研究方法目前，研究山脈隆升剝露速率的研究方法主要有古生物-古氣候法、古地理法、地質(zhì)壓力計(jì)法、熱年代學(xué)方法及變質(zhì)作用p-t-t軌跡法（王國燦，1995）。其中，（1）古生物-古氣候法適用的前提是氣候條件隨高程而變化，不同高程有其相適應(yīng)的氣候條件及與該氣候條件相適應(yīng)的生物組合；（2）古地理法是利用能確定古高程的巖相古地理標(biāo)志來確定隆升的幅度和過程；（3）地質(zhì)壓力計(jì)法是通過對某一時(shí)代形成的礦物的壓力估算或流體包裹體的壓力測定，判斷其形成深度，進(jìn)而分析其隆升歷史；（4）熱年代學(xué)方法的核心理論是封閉溫度理論（doddson,m.h.,1973），理論的核心是認(rèn)為造山帶中深成巖礦物或變質(zhì)礦物給出的年齡并不是原始結(jié)晶年齡，而是反映了它的冷卻年齡，如果冷卻年齡是由于正常地溫梯度下地質(zhì)體隆升或剝蝕作用所引起，那么冷卻史就是隆升史的反映。利用冷卻史探討隆升史的方法可概括為以下三個(gè)方面：礦物對封閉溫度年齡法、單礦物封閉溫度年齡法、多重?cái)U(kuò)散域的40ar/39ar年齡譜法；（5）變質(zhì)作用p-t-t軌跡法是地質(zhì)壓力計(jì)法與熱年代學(xué)方法的綜合，主要通過研究p-t-t軌跡中的抬升段（減壓過程）的p-t變化，進(jìn)而估算抬升速率?？梢钥闯?，以上5種估算山脈隆升剝露速率的方法中，熱年代學(xué)方法是研究冷卻速率的，其他幾種是研究隆升速率的。基于地表效應(yīng)的影響，目前討論的隆升程度實(shí)際上是指剝露程度，我們所稱的隆升即與剝露相當(dāng)。綜合這幾種方法的適用條件，并針對區(qū)內(nèi)基底變質(zhì)巖變質(zhì)程度低和破壞事件主要發(fā)生在印支期以來的特點(diǎn)，本文將采用地質(zhì)壓力計(jì)方法和熱年代學(xué)方法來研究巖體的隆升剝露速率，熱年代學(xué)方法采用多重?cái)U(kuò)散域的40ar/39ar年齡譜法和磷灰石裂變徑跡年齡高程法。 三、技術(shù)路線1.選擇采樣剖面以往研究資料表明，海拔高并且絕對高程大的山體，用于年齡高程法測定隆升速率時(shí)，其數(shù)據(jù)效果更為理想，因此，我們通過分析盆地周緣巖體的圖形資料后，最終選擇了位于盆地東緣的鄂西黃陵巖體和湘西白馬山巖體和近懷化市中華山巖體進(jìn)行研究（圖0-1）。圖0-1 湘鄂西研究區(qū)巖體分布圖2.采樣要求用gps和1:5萬地形圖作為參考，按每100米高程差間隔一個(gè)巖樣的要求進(jìn)行采取巖石新鮮樣和風(fēng)化樣，風(fēng)化樣用于挑選磷灰石，新鮮樣作探針分析。3.樣品分離樣品人工粉碎和淘洗后，自然風(fēng)干，用雙目鏡挑出磷灰石、鋯石和鉀長石。4.送樣磷灰石、鋯石和鉀長石樣品送到國家地震局地質(zhì)研究所進(jìn)行處理。5.數(shù)據(jù)處理對測出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，作出年齡-高程的隆升曲線和溫度-年齡的冷卻曲線，計(jì)算隆升速率和冷卻速率。6.結(jié)論解釋根據(jù)巖體隆升速率和冷卻速率的快慢解釋油氣藏可能受到的破壞影響，主要提供地質(zhì)上的參考依據(jù)。四、工作安排與工作量1.開展野外工作開展野外工作8次，共計(jì)46天，考察點(diǎn)包括陜西安康（2002/7/177/23）、湖南新化（2002/7/257/31，2002/11/111/6，2003/10/1110/15）、湖北宜昌（2002/8/108/15，2002/10/1110/17，2002/10/2410/27，2003/10/1810/22）等地區(qū)，主要涉及鄂西渝東區(qū)東部的湘西白馬山巖體、中華山巖體和鄂西黃陵巖體，對上述巖體進(jìn)行詳細(xì)的野外調(diào)查，共采集樣品100余件。2.室內(nèi)工作主要包括：磨制巖石薄片、探針片共20片，分選鋯石、磷灰石29件，完成18個(gè)磷灰石裂變徑跡年齡和長度測定，3個(gè)磷灰石年齡-高程圖示，3個(gè)樣品的鉀長石ar-ar年齡測定。表0-1 學(xué)位論文期間主要完成的工作量簡表工作內(nèi)容工作量工作內(nèi)容工作量野外考察46天礦物電子探針分析10點(diǎn)路線剖面6條磷灰石、鋯石裂變徑跡年齡測定18件采集標(biāo)本100件裂變徑跡長度測定18件樣品預(yù)處理40天鉀長石ar-ar年齡3個(gè)薄片鑒定20片磷灰石年齡-高程圖示3個(gè)礦物分選29件野外照片20張五、取得的主要認(rèn)識1.礦物地質(zhì)壓力計(jì)法揭示湘西白馬山巖體和鄂西黃陵巖體自侵位結(jié)晶至第一次剝露出地表的平均古剝露速率均為0.23mm/a。2.黃陵巖體和白馬山巖體的磷灰石裂變徑跡同位素?zé)崮甏?jì)揭示鄂西渝東盆地東緣在80-60ma間存在較慢速的構(gòu)造抬升過程，剝露速率0.025mm/a，而80ma和60ma左右可能分別是該過程中的兩個(gè)快速隆升幕。中華山巖體鉀長石mdd模擬結(jié)果則揭示在130-140ma存在一次快速的構(gòu)造抬升或剝露。 3.據(jù)唐俊紅等（2003）對川西南震旦系儲集層不同期次充填礦物中的有機(jī)包裹體的研究，表明在220ma、135ma和70ma分別存在三個(gè)重要的油氣運(yùn)移期，其中以70ma時(shí)的運(yùn)移規(guī)模最大。后兩期的時(shí)間與本研究揭示的140-130ma和60ma的兩個(gè)快速構(gòu)造隆升期一致。由此看來，構(gòu)造抬升既可能對儲油層產(chǎn)生破壞作用，也可以使上覆生烴層形成可觀的微裂隙，從而成為油氣運(yùn)移的重要通道。第一章 區(qū)域地質(zhì)鄂西渝東區(qū)地處重慶、湖北兩省市交界之處，東起湖北建始重慶彭水、西至長江、烏江，面積20200km2，構(gòu)造上處于四川盆地川東褶皺帶與湘鄂西褶皺帶的結(jié)合部位。鄂西渝東區(qū)自雪峰運(yùn)動形成統(tǒng)一的變質(zhì)基底之后，先后經(jīng)歷了澄江加里東、海西印支、燕山喜山期三大沉積構(gòu)造旋回。雪峰古陸在加里東形成之后，印支期發(fā)生自南東向北西的逆沖，東部由于逆沖抬升而缺失中三疊統(tǒng)，西部下降接受連續(xù)沉積（中三疊統(tǒng)巴東組）。因此，印支期的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動發(fā)生在中三疊世（235220ma）,在雪峰山中南部有大量的印支期花崗巖巖體（240189ma）。燕山期雪峰山繼續(xù)由南東向北西擠壓逆沖，變形強(qiáng)度加大。強(qiáng)烈活動發(fā)生在晚侏羅世（150130ma），一直延續(xù)至早白堊世（100ma）。圖1-1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖（改自李獻(xiàn)華，2003）本研究區(qū)地處湘鄂西邊區(qū)，從構(gòu)造位置上看，主要位于華南板塊的大陸區(qū)揚(yáng)子地塊之上，包括湘鄂褶斷帶的大部分、東北部跨黃陵隆起帶和江南中生代基底拆離隆起區(qū)的一部分（圖1-1）。鄂西黃陵地區(qū)以發(fā)育黃陵斷穹為重要的地質(zhì)特征（圖1-2）。黃陵斷穹南北長73km，東西寬36km，呈北北東向卵形產(chǎn)出；具有地臺型雙層結(jié)構(gòu)及后地臺型上疊構(gòu)造層特征，皆以明顯的區(qū)域性角度不整合分界。湘西白馬山地區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺與華南褶皺帶接壤部位的雪峰山弧性構(gòu)造帶的東南緣，而雪峰山弧性構(gòu)造帶又位于“江南古陸”的西南段，處于華南兩個(gè)級大地構(gòu)造單元的分界線附近（圖1-3）。1.1 黃陵地區(qū)圖1-2 黃陵地區(qū)地質(zhì)簡圖1.1.1 地層橫貫東西的青峰-襄廣斷裂將全省劃分成南、北兩個(gè)地層區(qū)：南部為揚(yáng)子區(qū)，元古界及古生界總厚約30000m，下-中元古界為地槽型沉積，上元古界-古生界為地臺型沉積；北部為秦嶺區(qū)，元古界及古生界總厚約60000m，全屬地槽型沉積。本工作區(qū)在揚(yáng)子區(qū)內(nèi)。全省中-新生界總厚約27000m，三疊系與侏羅系僅分布于揚(yáng)子區(qū)，白堊系-第四系則在兩區(qū)均有分布，尤以揚(yáng)子區(qū)發(fā)育最好。省內(nèi)上三疊統(tǒng)-第四系及揚(yáng)子區(qū)的上元古界下部與下震旦統(tǒng)為陸相地層，其余均為海相地層。揚(yáng)子區(qū)的崆嶺群、楊坡群是湖北省內(nèi)最古老的地層，共同構(gòu)成湖北陸殼最早的結(jié)晶基底。綜合地層資料可知，本區(qū)存在pt1-z、s2-d2、t3-k1三個(gè)角度不整合接觸面，o3-s1之間為平行不整合接觸關(guān)系(表1-1)。表1-1 鄂西區(qū)地層簡表地層接觸關(guān)系年代界限(ma)地層特征中生界白堊系上統(tǒng)角度不整合142下統(tǒng)底下部為類磨拉石建造，下統(tǒng)上部以及上統(tǒng)為內(nèi)陸河湖相紅色建造及內(nèi)陸鹽湖含鹽建造，夾少量火山巖。下統(tǒng)三疊系中統(tǒng)巴東組整合接觸250早期以碳酸鹽巖沉積為主，中晚期逐漸過渡以碎屑巖為主夾碳酸鹽巖的沉積，厚1100-3300m，主要含有雙殼類、菊石、植物、牙形石和少量爬行動物、魚類、輪藻、葉肢介等化石。下統(tǒng)嘉陵江組大冶組古生界二疊系上統(tǒng)大隆組整合接觸292賦存煤、鋁、錳、鐵、硫、稀土及粘土礦、石灰?guī)r等礦產(chǎn)，以淺海陸棚碳酸鹽巖為主要沉積特征，全系厚度為300-580m。龍?zhí)督M下統(tǒng)茅口組棲霞組石炭系上統(tǒng)船山組整合接觸354以碎屑巖、灰?guī)r沉積為主，主要含有珊瑚、腕足類、植物及少量牙形石等。厚度為6-156m 。黃龍組下統(tǒng)和州組高驪山組金陵組長陽組泥盆系上統(tǒng)寫經(jīng)寺組不整合接觸417以碎巖夾灰?guī)r為特征，厚度1-160m。主要化石有腕足、珊瑚、牙形石、介形類、植物及少量雙殼、魚類等。黃家磴組中統(tǒng)云臺觀組志留系中統(tǒng)紗帽組平行不整合440復(fù)理石建造，厚910-1500m，化石豐富，主要含有筆石、腕足類、三葉蟲、珊瑚、層孔蟲以及少量頭足類等。下統(tǒng)羅惹坪組龍馬溪組奧陶系上統(tǒng)五峰組整合接觸495由灰?guī)r、泥灰?guī)r及頁巖組成，厚度一般為300-500m，各門類化石都十分豐富，其組合以介殼相與筆石相混合交替為特征。臨湘組中統(tǒng)寶塔組大田壩組廟坡組下統(tǒng)牯牛潭組大灣組紅花園組分鄉(xiāng)組南津關(guān)組西陵峽組寒武系上統(tǒng)霧渡河組整合接觸545發(fā)育完全，是我國標(biāo)準(zhǔn)剖面之一，早寒武世主要為淺海相黑色頁巖、砂巖及石灰?guī)r，最底部為含磷白云巖沉積，生物豐富，其中以較多的古盤古類、原油櫛蟲科三葉蟲及古杯類為特征。中、晚寒武世的沉積主要是淺海和淺海近岸的白云巖和灰?guī)r，化石較為稀少。中統(tǒng)新坪組覃家廟組下統(tǒng)石龍洞組天河板組石牌組水井坨組天柱山組前寒武系震旦系上統(tǒng)燈影組不整合接觸760由一套碎屑巖、冰績巖、泥質(zhì)巖及硅質(zhì)碳酸鹽、碳酸鹽巖等組成，其中陡山沱組的磷礦已構(gòu)成大型工業(yè)礦床。陡山沱組下統(tǒng)南坨組大塘坡組古城組蓮坨組崆嶺群低壓區(qū)域動力熱流變質(zhì)巖系，未見底，頂被震旦系不整合覆蓋。1.1.2巖漿巖本省巖漿巖形成時(shí)代有早元古代大別期、中元古代揚(yáng)子期、早古生代加里東期和中新生代燕山-喜馬拉雅四個(gè)主要時(shí)期。大別期基性、超基性侵入巖主要出露于大別山和黃陵兩個(gè)地區(qū)。揚(yáng)子期巖漿巖在揚(yáng)子地臺區(qū)僅出露于神農(nóng)架、大洪山和黃陵三個(gè)地區(qū)，其中神農(nóng)架、大洪山地區(qū)以基性火山巖為主，局部有酸性火山巖產(chǎn)出，并有相應(yīng)的淺成輝綠巖相伴生，分布也很局限。黃陵地區(qū)則發(fā)育有中酸性侵入巖，其成因類型可能屬構(gòu)造重熔型花崗巖，并可能形成于揚(yáng)子末期。本省加里東期巖漿活動不很發(fā)育，本區(qū)沒見分布。燕山-喜馬拉雅期是我省巖漿活動最發(fā)育的一個(gè)時(shí)期，并以中酸性巖漿的侵入和噴發(fā)為主要特征，巖體多集中在鄂東地區(qū)。1.2白馬山地區(qū)圖1-3 白馬山地區(qū)地質(zhì)簡圖1.2.1地層湖南省地層分布廣泛，約占全省面積的91.7%；發(fā)育較全，從中元古界至第四系均有存在。省內(nèi)各系大部分層序完整、出露良好、化石豐富，加之地跨古生代揚(yáng)子和華南兩個(gè)海域的交界處，橫向變化明顯，沉積類型較多，是研究中國南方古生代地層不可缺少的地區(qū)。綜合地層資料可知，湘西區(qū)存在s1-d1、t1-j1、j2-k1三個(gè)不整合接觸面（表1-2）。1.2.2巖漿巖本區(qū)巖漿活動頻繁，時(shí)代上從雪峰期到燕山期都有相應(yīng)的巖漿巖，巖性上包括了從超基性到中酸性的巖類。其中超基性、基性、煌斑巖類多以巖脈、巖墻產(chǎn)狀出露在雪峰山弧性構(gòu)造帶帶中。中酸性巖體一般規(guī)模較大，呈串珠狀出露于天龍山白馬山東西向隆起帶內(nèi)。一、雪峰期巖性上表現(xiàn)為超基性、基性巖。巖體一般呈群帶分布，呈北東向展布，大小不一，單個(gè)巖體出露面積較小，一般在0.1km2以下。巖石蝕變強(qiáng)烈，通過原巖恢復(fù)為輝綠巖、橄欖巖類。表1-2 湘西區(qū)地層簡表地層接觸關(guān)系年代界限沉積特征中生界白堊系上統(tǒng)高村組不整合接觸142陸相沉積，主要為濱湖、淺湖相砂泥巖，局部夾鹽湖相膏泥巖，其次為山麓相礫巖、砂巖。總厚227-2983m。錦江組小洞組下統(tǒng)洞下場組侏羅系中統(tǒng)陽路口組不整合接觸205為陸相沉積，一般含可采煤層，總厚701-1210m。下伏地層為下三疊統(tǒng)大冶組，上覆地層為白堊系。躍龍組下統(tǒng)高家田組石康組三疊系下統(tǒng)嘉陵江組整合接觸250為碳酸鹽巖及砂、頁巖等，化石豐富，以雙殼類、菊石為主，厚度為30-958m。下伏地層為上二疊統(tǒng)大隆組，上覆地層為下侏羅統(tǒng)石康組。大冶組古生界二疊系上統(tǒng)大隆組整合接觸292自底至頂基本都是連續(xù)沉積，底部無含煤碎屑巖，下統(tǒng)上部主要是含鐵錳質(zhì)底硅質(zhì)巖和頁巖，上統(tǒng)為很厚的含煤碎屑巖和硅質(zhì)泥質(zhì)巖，總厚260-1900m。龍?zhí)督M下統(tǒng)茅口組棲霞組石炭系上統(tǒng)船山組整合接觸354上統(tǒng)一般為灰?guī)r夾白云巖，中統(tǒng)為淺海碳酸鹽巖沉積，下統(tǒng)以濱海泥砂碎屑巖為主，夾碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖，厚168-1332m。中統(tǒng)黃龍組下統(tǒng)大塘組巖關(guān)組泥盆系上統(tǒng)錫礦山組不整合接觸417巖性以碳酸鹽巖為主，總厚605-2028m，與下伏地層呈角度不整合接觸，與上覆地層呈整合接觸。佘田橋組中統(tǒng)沙河組棋子橋組跳馬澗組半山組下統(tǒng)源口組志留系下統(tǒng)周家溪群上組整合接觸440巖性為一套灰、灰綠、黃褐等淺變質(zhì)底巨厚底泥砂質(zhì)復(fù)理石沉積，總厚723-4000m左右。與下伏上奧陶統(tǒng)五峰組整合接觸，與上覆中泥盆統(tǒng)跳馬澗組和半山組呈角度不整合接觸。周家溪群下組奧陶系上統(tǒng)五峰組整合接觸495區(qū)內(nèi)沉積物以碎屑巖為主，間夾碳酸鹽巖。生物群以筆石為主，三葉蟲、腕足類次之，屬混合相。厚500-1000m，頂?shù)着c志留系、寒武系均為整合接觸。中統(tǒng)南石沖組磨刀溪組煙溪組下統(tǒng)喬亭子組白水溪組寒武系上統(tǒng)田家坪組整合接觸545本區(qū)沉積物顆粒極細(xì)，硅質(zhì)、炭質(zhì)含量較高。生物群以球接子類和營飄游生活地三葉蟲為主，在中統(tǒng)開始繁盛，上統(tǒng)則極為豐富。下統(tǒng)極少有化石發(fā)現(xiàn)。全系總厚577-4000m。米糧坡組中統(tǒng)探溪組下統(tǒng)小煙溪組前寒武系震旦系上統(tǒng)留茶坡組下統(tǒng)主要為冰漬巖建造，夾少量間冰期板巖、含錳碳酸鹽巖；上統(tǒng)主要為一套硅質(zhì)巖建造和碳酸鹽巖建造。全系總厚77.3-5064m。金家洞組下統(tǒng)洪江組湘錳組江口組二、加里東期印支期本區(qū)兩期巖石多為侵入巖，形成多期次的復(fù)式巖體，巖性主要呈中酸性。加里東期巖體為第二階段第一次侵入體，巖體侵入下志留統(tǒng)，并與上覆中泥盆統(tǒng)呈沉積接觸。接觸面一般傾向圍巖，圍巖主要是下古生界或元古界淺變質(zhì)砂、泥質(zhì)碎屑巖。外接觸帶變質(zhì)作用較強(qiáng)，其寬度多受接觸面產(chǎn)狀制約。巖體相帶發(fā)育較好，可劃分出邊緣和過渡兩個(gè)相帶。巖石蝕變作用不強(qiáng)。印支期第二階段的三次侵入體均有出露，第一次侵入體的西段侵入到加里東期巖體中，東段侵入最新地層為泥盆系。第二、第三次侵入體侵入到早期巖體中形成同心復(fù)式巖體，為突變侵入接觸關(guān)系。三、燕山期 燕山期巖體在本區(qū)巖漿活動的表現(xiàn)形式不強(qiáng)，僅在印支期第二階段第一次侵入體中有小規(guī)模產(chǎn)出，巖性為花崗巖類。第二章 黃陵巖體、白馬山巖體 和中華山巖體的巖石學(xué)特征前已述及，本研究主要選擇了鄂西地區(qū)的黃陵巖體和湘西地區(qū)的白馬山及中華山巖體為對象，以前人的基礎(chǔ)地質(zhì)工作為基礎(chǔ)，在典型露頭上對巖體的局部地段巖性和相互關(guān)系進(jìn)行了觀察，并通過巖石薄片上觀察，對巖體的地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，從地球化學(xué)角度對巖體的侵入環(huán)境進(jìn)行了分析和約束。以下分別介紹黃陵巖體、白馬山雜巖體和中華山巖體的巖體地質(zhì)、巖相學(xué)特征、地球化學(xué)特征，然后分析有關(guān)巖體形成的構(gòu)造環(huán)境。2.1 巖體地質(zhì)2.1.1黃陵巖體圖2-1 黃陵巖體地質(zhì)簡圖黃陵巖體位于黃陵背斜核部，構(gòu)造上處于揚(yáng)子地臺北緣，面積約970km2，其北部和西部與崆嶺群呈侵入接觸，東部及南部為震旦系蓮沱組不整合覆蓋（圖2-1），巖體與新太古代-古元古代的崆嶺群中深變質(zhì)巖系構(gòu)成揚(yáng)子地臺北緣前震旦紀(jì)基底。馬大銓等（2002）把黃陵巖體解體為4個(gè)巖套，即三斗坪石英閃長巖-英云閃長巖、黃陵廟奧長花崗巖-花崗閃長巖和大老嶺石英二長閃長巖-二長花崗巖以及曉峰脈巖。巖體的主體為三斗坪和黃陵廟兩個(gè)巖套。三斗坪巖套位于巖體南部，總出露面積192km2，約占全巖體1/5；黃陵廟巖套是巖體的主要組成部分，出露面積占全巖體3/5以上。在黃陵廟附近可見奧長花崗巖侵入英云閃長巖中，而奧長花崗巖向東與花崗閃長巖之間呈漸變過渡關(guān)系。黃陵巖體已有的的測年數(shù)據(jù)有：三斗坪巖套鋯石u-pb一致曲線法年齡（83210）ma（馮定猶、李志昌，1991）、黃陵廟巖套樂天溪單元鋯石u-pb一致曲線年齡（8197）ma（馬國干等，1984）、黃陵廟巖套下堡坪單元全巖的rb-sr等時(shí)線年齡（80835）ma（馬大銓等，2002）。2.1.2白馬山巖體白馬山復(fù)式巖體位于雪峰山斷隆帶與天龍山白馬山東西向隆起帶交匯部位，總面積1185km2（圖2-2）。巖體出露于湘西新化縣小沙江鎮(zhèn)西南側(cè)，為加里東期第二階段侵入巖，其中心部位后又被印支期第二階段侵入體侵入，兩期巖體構(gòu)成同心相似形復(fù)式巖體。巖體的形態(tài)與被其侵入的加里東期隆起構(gòu)造形態(tài)協(xié)調(diào)一致，除了與北北東向的隆起構(gòu)造形態(tài)相吻合外，其串珠狀的排列也顯示了東西向構(gòu)造控制的特征。巖體侵入于前泥盆紀(jì)地層中，接觸面一般傾向圍巖，傾角各地變化較大，圍巖主要是下古生界泥質(zhì)碎屑巖。外接觸帶變質(zhì)作用較強(qiáng)，變質(zhì)寬度150-3000m不等，多受接觸面產(chǎn)狀的制約。本巖體主要巖性為黑云母二長花崗巖。已有的白馬山巖體的年齡資料來源于湖南省地質(zhì)志，加里東期侵入體的鋯石u-pb年齡有416ma和355ma，印支期侵入體的鋯石年齡為207ma，黑云母k-ar年齡為189ma（湖南省地質(zhì)志，1982）。2.1.3中華山巖體中華山巖體位于白馬山巖體西北緣，呈巖株?duì)?，巖體侵位于前泥盆紀(jì)地層中，為印支期第一階段侵入體，巖體的外接觸變質(zhì)帶以角巖化為主，部分具大理巖化。巖體主要巖性為中粒黑云母花崗巖。已有的巖體的黑云母k-ar年齡240ma。圖2-2 白馬山巖體地質(zhì)簡圖2.2 巖相學(xué)2.2.1 黃陵花崗巖的主要巖石及特征根據(jù)野外地質(zhì)工作并結(jié)合前人資料表明，黃陵花崗巖以奧長花崗巖-花崗閃長巖系列為主，次有英云閃長巖和二長花崗巖。奧長花崗巖呈灰白色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為石英（20%），斜長石（50%-60%），鉀長石（10%），次要礦物為黑云母（5%），角閃石（4%）。副礦物主要為磷灰石、鋯石，有少量電氣石。據(jù)薄片觀察，斜長石為奧-中長石，環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育?；◢忛W長巖呈灰白色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為石英（25%），斜長石（50%），堿性長石（15%），次要礦物為角閃石（5%）、黑云母（5%），副礦物可見鋯石、磷灰石和磁鐵礦等。斜長石較少發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，多見聚片雙晶；堿性長石多呈斑晶，內(nèi)有細(xì)小石英、斜長石包體或殘留；黑云母部分綠泥石化。英云閃長巖呈淺灰白色，由斜長石（50-60%）、石英（20-25%）、角閃石（5-15%），黑云母（1-10%）組成。角閃石呈長柱狀；斜長石多呈半自形板柱狀，可見聚片雙晶和鈉長石雙晶，環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育。二長花崗巖呈灰白色，細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為石英（25%-30%），堿性長石（40%-45%），斜長石（25%-30%），黑云母（5%-8%）。據(jù)薄片觀察，斜長石半自形，中粒，普遍發(fā)育聚片雙晶及復(fù)合雙晶。2.2.2 白馬山花崗巖的主要巖石及特征圖2-4 白馬山印支期侵入體斑晶圖2-3 白馬山加里東期侵入體野外工作及室內(nèi)薄片研究表明，白馬山花崗巖巖性較為單一，均屬角閃石黑云母二長花崗巖。其中加里東期侵入體巖石為中細(xì)粒斑狀結(jié)構(gòu)（圖2-3）；印支期侵入體鉀長石斑晶較大，且數(shù)量多，巖石為粗中粒似斑狀結(jié)構(gòu)（圖2-4）。黑云母二長花崗巖呈灰-淺灰色。中心帶為粗中粒似斑狀花崗結(jié)構(gòu)，邊緣帶為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，一般為塊狀構(gòu)造。似斑狀結(jié)構(gòu)者，斑晶大多為鉀長石，少量為斜長石，分布不均勻，大小不一，介于1.5-6cm之間。主要礦物石英30-35，鉀長石30-35，斜長石25-30，黑云母6-8，角閃石2-4。副礦物主要為鋯石、磷灰石，見少量電氣石。鉀長石：呈他形-半自形板狀晶體，主要是微斜長石，條紋長石少量；卡斯巴雙晶發(fā)育（圖2-5）。較大的顆粒內(nèi)常見有斜長石、黑云母等嵌晶。斜長石：呈自形-半自形粒狀，常見卡鈉雙晶、聚片雙晶，利用卡鈉復(fù)合雙晶消光角法測其牌號，加里東期斜長石牌號在36-41左右，印支期牌號在33-35左右，屬于中長石系列。環(huán)帶發(fā)育，屬正環(huán)帶。黑云母：常含細(xì)小顆粒的鋯石、磷灰石嵌晶。棕褐色淺棕黃色多色性，黑云母晶形多遭受擠壓破碎，部分成長條狀（圖2-6），從加里東期到印支期逐漸減少。圖2-5 條紋長石的卡斯巴雙晶圖2-6 斜長石的環(huán)帶結(jié)構(gòu)角閃石圖2-7 普通角閃石雙晶圖2-8 角閃石的重結(jié)晶細(xì)粒集合體角閃石：自形半自形柱狀，綠色，可見有角閃石雙晶（圖2-7）和角閃石的重結(jié)晶細(xì)粒集合體（圖2-8）。2.2.3 中華山花崗巖的主要巖石及特征中華山巖體巖性單一，為淺灰色中粒黑云母花崗巖。中粒似板狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶礦物主要為鉀長石、石英及少量斜長石，一般長1-2.5cm?；|(zhì)粒徑約1-4mm。暗色礦物主要為黑云母。副礦物主要為電氣石。礦物含量分別為石英30，鉀長石36，斜長石25，黑云母5。主要造巖礦物特征：鉀長石：以微斜長石為主，條紋長石少，格狀雙晶一般明顯，條紋構(gòu)造不發(fā)育至中等發(fā)育，多為不規(guī)則細(xì)紋狀。斜長石：主要是更中長石，聚片雙晶發(fā)育。黑云母：多呈半自性片狀，多色性為褐色-黃褐色。2.3 巖體地球化學(xué)特征2.3.1 主量元素特征1.黃陵巖體黃陵侵入巖體巖石主量元素分析結(jié)果見表2-1（數(shù)據(jù)來源于李獻(xiàn)華，2003）。sio2的含量為61.1774.44%，且三斗坪、黃陵廟基本依次升高；na2o/k2o的比值為1.223.09；al2o3/（cao +na2o+k2o）即acnk的比值為0.931.05，但大部分是大于1的，顯示出花崗巖表2-1 黃陵花崗巖的巖石主量元素 (wb%)分析結(jié)果三 斗 坪黃 陵 廟sio261.1770.7372.0272.7965.0374.44tio20.650.310.190.220.390.13al2o317.2915.7314.8213.9316.7113.65fe2o36.032.522.212.74.521.88mno0.110.060.050.050.10.06mgo2.780.660.390.51.850.38cao5.733.222.632.554.451.76na2o4.024.664.134.064.434.01k2o1.481.512.291.931.683.29p2o50.20.10.070.060.080.04總量100.39100.5499.8599.83100.21100.66na2o/k2o2.723.091.802.102.641.22na2ok2o5.506.176.425.996.117.3a/cnk0.931.041.051.040.971.021.661.371.421.201.691.69是屬于過鋁質(zhì)或偏鋁質(zhì)的；里特曼指數(shù)（k2ona2o）2/（sio2-43），其值為1.201.69，屬于鈣堿性系列的花崗巖。在haker 圖解（圖2-9）中，主要氧化物之間相關(guān)性較好，顯示巖體基本是屬同一巖漿演化而成。圖2-9 黃陵花崗巖主要氧化物haker圖解2.白馬山巖體白馬山雜巖體巖石主量元素分析結(jié)果見表2-2（數(shù)據(jù)來源于湖南省地質(zhì)志,1982）從表中可以看出，加里東期侵入體與印支期侵入體主要氧化物含量有些差異。w(sio2)在64.773.6之間，其中加里東期侵入體的含量相對印支期較低。過al2o3， w(al2o3)在14.215.8之間，acnk的值在0.991.26之間，顯示出花崗巖是屬于過鋁質(zhì)或偏鋁質(zhì)的。里特曼指數(shù)在1.5左右，屬于鈣堿性系列。巖石的全堿w(na2o+k2o)含量在6.46.7之表2-2 湘西白馬山巖體主量元素分析（wb）期次加里東期印支期編號1234567891011sio269.9369.2467.7366.2164.766.568.568.972.972.273.6tio20.380.440.460.610.660.560.440.370.100.210.19al2o314.7514.9315.7715.3015.7815.315.114.714.414.614.2fe2o33.093.033.694.940.922.13.00.410.771.151.68feo2.342.222.82.794.443.312.342.561.221.381.34mno0.060.050.060.080.090.080.050.060.050.040.06mgo1.331.331.451.972.661.951.461.30.170.630.48cao2.542.993.393.423.673.372.922.990.711.481.41na2o2.812.942.942.642.722.943.083.213.402.662.88k2o3.623.643.363.263.313.553.423.734.264.704.02p2o5-0.1360.135-0.110.120.10-總量101.4100.72101.88101.499.599.7100.399.798.999.999.6注：數(shù)據(jù)來源于湖南省地質(zhì)志間變化，巖石的含堿度w(na2o+k2o)及w(k2o)從加里東期到印支期總體上有增加的趨勢，并且逐漸貧ca、mg，這與一般的巖漿演化方向是一致的。在haker圖解（圖2-10）中，巖體中tio2、al2o3、mgo、cao與sio2的相關(guān)性較好，而na2o、k2o與sio2的相關(guān)性較差，顯示巖體可能是由同源巖漿分異后多次侵入形成的。圖2-10 白馬山花崗巖主要氧化物haker圖解2.3.2微量元素及稀土元素特征1.黃陵巖體黃陵花崗巖微量元素和稀土元素的分析結(jié)果見表2-3。表2-3 黃陵花崗巖微量元素、稀土元素分析(10-6)元素三 斗 坪黃 陵 廟ba5606301153766608910rb37.626.817.857.434.263.1sr465376297294445334y22.512.56.588.189.357.49zr1191241129148.382.6nb8.287.625.68.597.979.3th24.78.345.048.724.234.56ga18.71715.216.116.114.7ni21322131v952010.911.353.88.26cr26546227hf2.83.192.962.541.072.44續(xù)表2-3cs1.410.740.391.711.190.64ta0.520.650.3410.871.17co16.33.281.883.049.332.5u1.170.520.451.270.450.99rbn/ srn0.2530.2230.1880.6110.2400.591la90.733.12631.429.120.9ce18155.247.357.749.237.5pr18.56.885.036.144.993.81nd60.124.316.821.817.413.6sm7.053.892.333.292.562.35eu1.540.90.70.870.790.54gd4.62.861.491.911.71.53tb0.730.430.230.330.320.28dy3.62.161.141.541.711.36ho0.710.40.220.280.330.25er1.941.060.570.760.880.66tm0.30.170.090.130.160.13yb1.991.150.610.790.890.73lu0.310.180.10.120.140.11總量373.07132.68102.61127.06110.1783.75eu0.7760.7891.0740.9741.0890.817cen/ ybn25.26513.33321.53920.28815.35614.269lree/hree25.20114.66921.90120.53416.84315.477 圖2-12 黃陵巖體稀土元素配分曲線圖2-11 黃陵巖體微量元素蛛網(wǎng)圖微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示（圖2-11），黃陵花崗巖親石大離子元素（lil）sr、ba、放射性生熱元素th及非活動性元素ta較明顯富集，高場強(qiáng)元素y、大離子親石元素rb具有不同程度的虧損。其rb/sr的比值為0.1880.611。稀土配分曲線見圖2-12。有著強(qiáng)分餾的稀土分配模式，其ree為83.75373.07ug/g，分布曲線明顯右傾，輕重稀土元素分餾明顯，輕稀土富積（lan=20.990.7），重稀土（ybn= 0.611.99）虧損，lree/hree比值在14.6725.20之間，cen/ybn比值在13.3326.26之間。銪異常較弱，其值為0.781.09。2.白馬山巖體白馬山花崗巖微量元素分析結(jié)果見表2-4。微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示（圖2-13），白馬山花崗巖放射性生熱元素th及非活動性元素ta較明顯富集，親石大離子元素（lil）rb、sr、ba具有不同程度的虧損。其rb/sr的比值為1.52412.297。表2-4 白馬山花崗巖微量元素分析(10-6)元素白 馬 山rb149208224279214sr30615010471119zr170115267171193th3018302020ga716161310ni8199108v2639184639cr637781816co65655cs918151917ta8318510u940102020li43215010672nb1210151514rbn/ srn1.5244.3396.74012.2975.627圖2-13 白馬山巖體微量元素蛛網(wǎng)圖2.3.3構(gòu)造環(huán)境判別近年來，人們長英質(zhì)巖漿巖提出了一系列構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)判別圖解，較常用的為maniar & piccoli（1998）設(shè)計(jì)的四組構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖2-14，圖2-17），即tfeo/(tfeo+mgo)-sio2,al2o3-sio2,tfeo-mgo,(tfeo+mgo)-cao圖解。根據(jù)圖解將花崗巖類形成的構(gòu)造環(huán)境分為造山花崗巖類和非造山花崗類兩類。造山花崗巖類又分為以下四種:島弧花崗巖類（iag）；大陸弧花崗巖類（cag）；大陸碰撞花崗巖類（ccg）；后造山花崗巖類（pog）。非造山花崗巖類又可分為以下三種: 與裂谷有關(guān)的花崗巖類（rrg）；大陸的造陸抬升花崗巖類（ceug）；大洋斜長花崗巖類（op）。 1. 黃陵巖體陶洪祥(1986)曾論述揚(yáng)子地臺北緣的中晚元古代溝弧盆系，指出黃陵漢南地區(qū)在晉寧期時(shí)為成熟島弧或弧后盆地；楊巍然(1987)也認(rèn)為本區(qū)當(dāng)時(shí)為島弧或陸緣弧，是板塊俯沖機(jī)制導(dǎo)致的陸殼改造區(qū)； li, z.x. 等(1999)認(rèn)為黃陵巖體的形成與rodinia超大陸裂解有關(guān)；馬大銓等（2002）認(rèn)為黃陵巖體形成于晉寧晚期揚(yáng)子地臺北側(cè)的“秦嶺洋”殼向南俯沖導(dǎo)致的大陸邊緣造山運(yùn)動過程中。本文通過黃陵巖體主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖2-14），推斷黃陵巖體的構(gòu)造環(huán)境可為島弧環(huán)境或大陸弧環(huán)境。圖2-14 黃陵巖體構(gòu)造環(huán)境判別(maniar.p.d & piccoli.p.m)微量元素方面根據(jù)（pearce et al.,1984）的微量元素構(gòu)造判別圖解，利用微量元素nb-y和rb-（y+nb）的數(shù)據(jù)做出圖解（圖2-15）。不考慮微量元素的活動性及其受污染的程度，推斷巖體形成的構(gòu)造環(huán)境可能為同碰撞、島弧兩種構(gòu)造環(huán)境。圖2-15 黃陵花崗巖nb-y與rb-y+nb判別圖（pearce et al.1984）綜上，本文認(rèn)為黃陵巖體形成的構(gòu)造環(huán)境可能為大陸弧環(huán)境，與馬大銓等（2002）的觀點(diǎn)是一致。2.白馬山巖體圖2-16 r1-r2與板塊構(gòu)造關(guān)系圖（據(jù)bachelor等,1985）丘元禧等(1999)通過對雪峰山東南緣加里東期桃江綏寧一帶花崗巖系統(tǒng)的微量元素、稀土元素等特征的研究，認(rèn)為白馬山巖體是華夏板塊和揚(yáng)子板塊碰撞形成的碰撞性花崗巖類，但由于長期以來對華夏板塊與揚(yáng)子板塊拼接時(shí)代的認(rèn)識還有很大的差異，所以這一結(jié)論的可靠性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。本節(jié)將從r1-r2圖解(bachelor 等，1985)、主量元素的角度來進(jìn)一步分析白馬山巖體各期次侵入體形成的構(gòu)造背景。在花崗巖r1-r2與構(gòu)造環(huán)境圖解（圖2-16）中，加里東期侵入巖投點(diǎn)基本落在板塊碰撞前構(gòu)造環(huán)境中，少數(shù)落在同碰撞期，說明加里東巖體為碰撞前-同碰撞花崗巖。印支期侵入體的投點(diǎn)基本落在造山后的構(gòu)造環(huán)境中，為造山后花崗巖。主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖2-17）中，加里東期侵入體和印支期侵入體的投點(diǎn)基本投在后造山花崗巖類區(qū)，少部分顯示巖體為大陸碰撞或大陸弧、島弧環(huán)境。 圖2-17 白馬山巖體構(gòu)造環(huán)境判別(據(jù)maniarp.d & piccolip.m)綜上，本文認(rèn)為加里東侵入體為碰撞前-同碰撞花崗巖，印支期侵入體為造山后花崗巖。這與丘元禧等(1999)的觀點(diǎn)是一致的。第三章 礦物化學(xué)分析礦物電子探針分