黔南独山地区早泥盆世事件沉积记录及地质意义

韩 雪, 刘凌云*, 陈 仁, 唐佐其,叶太平, 代雅然, 陈建书

1)贵州省地质调查院, 贵州贵阳 550081;2)贵州省地质矿产中心实验室, 贵州贵阳 550018

《Cyclic and Event Stratification》(Einsele and Seilacher, 1982)的出版, 给沉积学研究注入了新的思想。事件沉积是各种地质事件的记录, 事件沉积特征的多样化是地质事件的种类和规模的大小差异所导致; 对它们的研究手段也随之不同。白垩纪末期的陨石冲击事件是一种极为罕见的地质事件, 它在第三系/白垩系的界限沉积层中留下了痕迹。事件沉积学对这些沉积层进行了稀土元素及氧、碳同位素研究, 为该罕见事件地质诠释做出了重要贡献。

分布于独山地区的锑、铅、锌、铁、金矿化均赋存于泥盆系地层之中(图 1a; 金中国和戴塔根,2007; 贵州省地质调查院, 待刊), 且具有显著的层控特点; 乃至贵定半边街地区锌矿化(陈国勇等,2006)、赫章天桥铅锌矿化(周家喜等, 2010)同样如此。对这类矿床的成矿地质背景、与构造演化的关系目前尚未取得广泛共识, 对这些问题的回答尚需要多种研究手段和方法予以有效制约。

图1 研究区地质图(a)及大地位置构造略图(b)（据贵州省地质调查院, 2008, 待刊; 戴传固等, 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 )

为了诠释黔南独山地区赋存于泥盆系地层的锑、铅、锌、铁矿化的成矿地质背景, 我们选取夹缝岩地区和利山地区下泥盆统的事件沉积记录作为研究对象, 通过资料收集、路线调查、剖面实测、岩相解析、实验测试等技术方法, 查明事件沉积的成因及形成背景, 为深入认识该地区成矿地质背景做出贡献。

1 区域地质概况

独山地区位于江南造山带西南段。江南造山带北以师宗—松桃—慈利—九江一线为界, 其西北为扬子陆块; 南以北海—萍乡—绍兴为界, 南东为华夏陆块(图1b; 戴传固等, 2010)。江南造山带的形成最早可能始于中元古代末期而终于新元古代早期(丁炳华等, 2008; 高志林等, 2008; 陈志洪等, 2009;柏道远等, 2010; 徐先兵等, 2015; 王敏等, 2016),其焊接华夏陆块与扬子陆块(王孝磊等, 2017), 从而形成完整的南中国板块。晚元古代造山作用结束后,发生了造山带的垮塌、伸展(Wang et al., 2008, 2012),形成一个夭折的裂谷(Li, 1999), 其内发育边缘海沉积, 并于古生代早—中期再次褶皱造山, 随后进入前陆盆地演化阶段(尹福光等, 2001)。加里东运动在黔东及邻区表现为上、下古生界之间的明显间断,在独山地区则表现为下泥盆统丹林组低角度不整合上覆于下志留统高寨田组之上; 且研究区在该时期尚未有岩浆活动的地质记录。而在湘西、桂北地区,发育早古生代碰撞型岩浆岩组合(柏道远等, 2014,2015; 杨振等, 2014; 张文兰等, 2015; 魏春夏,2016), 泥盆系高角度不整合于寒武系之上(如通道—龙胜地区、黔东九阡)。

2 早泥盆世地层中的事件沉积记录

2.1 夹缝岩地区丹林组事件沉积特征

夹缝岩地区大面积出露丹林组石英砂岩。该石英砂岩未见顶、底, 出露厚度大于200 m; 产状平缓,倾角在 5°～10°之间; 岩性包括白色、灰白色、浅灰色、灰色、深灰色细粒石英砂岩、细中粒石英砂岩等(贵州省地质调查院, 2017)。

丹林组下部主要由灰白色细粒石英砂岩和深灰色细中粒石英砂岩组成。灰白色细粒石英砂岩包含较多泥质粉砂质条带, 深灰色细中粒石英砂岩中含有极少量暗色矿物屑, 如电气石及榍石。灰白色细粒石英砂岩发育(准)同生变形层理, 且向上(准)同生变形逐渐减弱至消失。

深灰色细中粒石英砂岩中夹有脉状灰白色细粒石英砂岩(图 2a, b), 其沿走向厚度变化很大(2～150 mm), 并常见尖灭再现现象。灰白色细粒石英砂岩明显可见(准)同生变形层理, 如火焰状构造(图2b, d, e)、环状变形层理(图2c), 同时也可见滑移、滑塌现象(图2e, f)。在灰白色细粒石英砂岩底部与下伏的深灰色细中粒石英砂岩接触面平整, 仅局部也发育滑移、滑塌现象; 反之, 在灰白色细粒石英砂岩顶部往往发育2～35 mm长的火焰状细脉,这些细脉向上尖灭。在部分灰白色石英砂岩中发育环状层理。这种现象表明, 灰白色细粒石英砂岩发生了液化作用, 当液化细粒石英砂岩喷出地表, 形成与下伏沉积物整合的砂质层; 若未喷出地表, 则发生侧向迁移, 形成火焰状构造。

图2 夹缝岩地区丹林组野外露头特征Fig.2 Field photographs of the rocks of the Danlin Formation exposed in the Jiafengyan area

2.2 利山剖面丹林组事件沉积特征

利山地区一带, 下志留统高寨田组与下泥盆统丹林组之间缺失中、上志留统, 但两者地层产状基本一致。区域上丹林组地层上覆于不同时代(寒武系、志留系)岩石地层之上, 因而, 两者之间应属低角度不整合接触。

就丹林组各岩层间接触界面而言, 当泥质粉砂岩上覆石英砂岩时, 接触界面多不平整呈负荷构造,如图3a。间歇性可见薄层泥质粉砂岩夹于中厚层石英砂岩中时, 发育准同生滑塌现象(图3b)。

图3 利山剖面野外露头、手标本及显微照片Fig.3 Field photographs of outcrops and hand specimens microphotographs of different rocks from the Lishan section

2.2.1 丹林组底部沉积特征

利山实测剖面如下, 柱状图及采样位置如图4。

图4 利山剖面下泥盆统丹林组底部地层柱状图及采样位置Fig.4 A short stratigraphic column of the Dalin Formation from the Lishan section, indicating the sampling location

丹林组

4层, 中厚层灰白色细粒石英砂岩。未见顶。

3层, 薄层灰绿色泥质粉砂岩。风化较严重。与下伏石英砂岩接触界面平整。厚6 cm。

2层, 中厚层细粒石英砂岩。分为上、下亚层。上亚层为浅灰黑色细粒石英砂岩。下亚层为灰黑色具1～8 mm孔径不一具孔洞细粒含黄铁矿质石英砂岩(图 3d, e); 其中黄铁矿呈半自形粒状团块状分布。厚57 cm。

1层, 薄层泥质粉砂岩。分为上、下亚层。上亚层为灰绿色泥质粉砂岩。下亚层为风化色为褐色?的含黄铁矿质泥质粉砂岩(图 3c), 其中黄铁矿呈自形粒状星点状散布。厚8 cm。

～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 角度不整合 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～

高寨田组

0层, 中薄层灰白色砂质粉砂岩。向上粒度逐渐减小。单层厚度减薄。未见底。

2.2.2 显微结构特征及物质组成

针对丹林组底部层位的样品开展了详细的显微结构观察, 丹林组底部由下至上岩相特征如下:

(1)DSJC-2采自于 1层下部。含黄铁矿质泥质粉砂岩由粉粒石英矿物屑、泥质基质及黄铁矿晶粒组成。粉粒石英矿物屑呈次圆状、次棱角状, 分选性好而磨圆度一般(图3f, f’);

局部可见团块状分布的半自形黄铁矿晶粒集合体(已氧化)包裹粉粒石英矿物屑及少量黏土矿物聚集形成长约7 mm的褐色瘤状体(图3g); 经粉晶X射线衍射测定, 黏土矿物为高岭石及伊利石(图5)。泥质基质对粉粒石英矿物屑起基底式胶结作用。放大镜下可见星点状散布的自形程度好的立方体黄铁矿晶粒, 黄铁矿具不同程度的褐铁矿化现象。

图5 泥质粉砂岩粉晶X射线衍射图谱Fig.5 X-ray power diffraction of argillaceous siltstone

(2)DSJC-3采自于 2层下部。细粒含黄铁矿质石英砂岩由细粒石英矿物屑、黄铁矿晶粒及少量泥质基质组成。细粒石英矿物屑呈次圆状、次棱角状,分选性好而磨圆度一般(图3h, i, i’)。泥质基质对细粒石英矿物屑起接触式胶结作用。团块状分布的半自形黄铁矿晶粒集合体包裹大量细粒石英矿物屑(图 3d, e); 这种结构表明, 黄铁矿形成于富含低价硫的还原环境, 砂岩为快速沉淀的产物。

通过双束扫描电镜测试发现: (1)面扫描元素含量分析显示, 细粒含黄铁矿质石英砂岩中发现有锑的异常(图6)。(2)细粒含黄铁矿质石英砂岩中, 除石英矿物屑及黄铁矿晶粒之外, 还可见少量自形—半自形的金红石及独居石(图 7); 独居石中存在微量的 Ne(氖)及 Dy(镝)。

图6 利山剖面细粒含黄铁矿质石英砂岩(DSJC-3)背散射照片及半定量元素扫描结果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

图7 利山剖面细粒含黄铁矿质石英砂岩(DSJC-3)背散射照片及能谱Fig.7 Backscatter electron image and related energy spectrum of fine-grained pyrite-bearing quartz sandstone (DSJC-3) from the Lishan section

上述结构、矿物组合、成分变化显示, 丹林组底部沉积时热液流体活动强烈、流体成分颇为复杂。

3 讨论

3.1 砂岩液化与潜火山活动

饱水沉积物在稳定状态下不会发生液化。剪切震动是饱水沉积体发生液化的主因(乔秀夫和李海兵, 2009)。火山引发的地震强度一般较小, 不会发生大规模的液化事件。局限于夹缝岩地区的下泥盆统丹林组记录了不少较小规模砂体液化事件; 而且液化作用主要发育于热水沉积层含黄铁矿质泥质粉砂岩、细粒含黄铁矿质石英砂岩内及上、下相邻层位; 这与独山地区下泥盆统丹林组中的液化现象极为吻合。

目前没有在独山地区发现早泥盆世火成岩。但在江南造山带其他地区, 这期火成岩则十分常见,包括桂北苗儿山—越城岭花岗岩(415～382 Ma,Zhang et al., 2012; Zhao et al., 2013), 越城岭花岗岩(435～417 Ma, Zhao et al., 2013)等。暗示该地区不排除存在潜火山作用的可能性。

3.2 热水沉积与潜火山活动

利山剖面的细粒含黄铁矿质石英砂岩(DSJC-3)中发现了自形程度较好的具Ne(氖)、Dy(镝)异常的独居石及金红石(图7)。独居石常产于与酸性岩浆岩或与其有关的高温热液矿床中(王濮等, 1982), 且其中含有Ne及CO2; 在Ne的同位素中,20Ne通常存在于火山气体中, 且通常与地幔息息相关(王叶剑,2012)。而 Ti元素在常温环境下往往难以迁移, 半自形金红石的存在, 暗示着沉积期热水的温度还不会太低; 这类含钛高温热液很可能来自于下地壳或上地幔(万方等, 2009)。在利山剖面丹林组底部的含黄铁矿质泥质粉砂岩及细粒含黄铁矿质石英砂岩中,均发现了被黄铁矿包裹的石英矿物屑具有溶蚀边的现象, 表明沉积时期热液温度较高。上述现象暗示了该地区附近存在潜火山作用, 与之相关, 在本地区发育了海底喷流沉积系统, 因而造就了本区的热水沉积环境。

团块状黄铁矿集合体直接成为细粒石英矿物屑的胶结物(图 3h, i)。这些现象表明, 利山剖面中丹林组底部细粒含黄铁矿质石英砂岩沉积于还原性热水环境。另含黄铁矿质泥质粉砂岩、细粒含黄铁矿质石英砂岩中的黄铁矿韵律性产出也显示了热水间歇性供给的特点, 热水来源尚值得探讨。

细粒含黄铁矿质石英砂岩具锑(Sb)异常及部分细粒石英矿物屑有溶蚀边的特征。且独山下令当地区铅锌矿床铅同位素测试年龄(Φ值年龄)为392 Ma,与含矿地层年代基本一致, 属“准同生沉积型铅锌矿床”, 认为是喷流沉积的结果(陈国勇等, 2006)。裘愉卓等(1997)的研究成果也指出, 此泥盆纪地层显示为锑、锡、铅、锌等地球化学异常层。所以我们推测独山地区可能存在早泥盆世潜火山活动; 自早泥盆世初期开始, 脉动式岩浆热液间歇性排入前陆盆地, 形成还原性热水沉积环境; 因火成岩与多种战略性关键矿产相关(曾普胜等, 2021), 此类现象的存在, 为独山地区广泛存在的锑、铅、锌、铁、金矿化成因机理解析提供了新的思路。

4 结论

(1)独山地区下泥盆统丹林组下部砂岩层为近源快速沉积, 发育地震液化构造。

(2)独山地区早泥盆世丹林组沉积时期发育热水沉积, 主要表现为存在 Ne(氖)、Dy(镝)异常的独居石、黄铁矿胶结的细粒石英砂岩、锑(Sb)异常的细粒石英砂岩。

(3)地震液化及同时期热水沉积可能由早泥盆世潜火山活动引发, 这期潜火山活动为独山地区的锑、铅、锌、铁、金等多金属热液矿化提供了矿源。

(4)独山地区的多金属矿化很可能与华南板块海西早期的构造—岩浆活动热事件启动密切相关。

致谢: 衷心感谢贵州省地质调查院戴传固研究员团队、王敏研究员团队的大力支持和贵州省地质调查院刘爱民高级工程师对野外工作的大力协助, 感谢审稿专家的建设性修改意见并表示衷心感谢。

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).