“ 湖南1:25万怀化市幅区域地质调查” 项目系中国地质调查局所属计划项目“ 湘西-鄂西成矿带地质矿产调查” 的一个工作项目。项目由2010年开始实施, 历时3 a, 通过调查研究对区内构造形态、地层展布、岩浆活动有了全新的认识。区内20世纪60、70年代主要完成了1:20万分幅区域地质、矿产、水文地质调查, 80、90年代主要完成更为详细的1:5万区域地质、矿产调查以及小比例尺物化探测量, 基础地质资料较为充足。随着社会的进步和科学理论知识系统的形成, 以往的调查成果和资料无法满足现有需求, 存在的问题和研究漏洞较多, 如: 不同时期、不同单位所划分的地层不尽统一, 前寒武纪地层研究程度偏低, 填图单位同物异名较多, 不能准确、科学地建立起测区内各时代地层的层序地层格架; 岩浆岩缺乏时代依据和同位素年龄、稀土、微量元素等资料, 岩石样品的各种测试分析结果、精度达不到要求; 区内构造格架、构造单元划分以及构造变形机制、序列在现有研究程度上没有一个统一的认识和了解^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]}。本次工作主要按照现有填图要求及规范, 采用数字填图方法, 结合物化遥资料, 进行较为详细的地质调查修测: 重新厘定调查区的地层系统, 建立地层序列; 对岩浆岩的就位机制、岩浆演化序列、岩浆活动的构造环境与动力学机制等与成矿的关系进行研究; 查明区内构造特征及活动期次, 建立构造变形格架, 重点研究了雪峰造山带、沅麻盆地的结构与形成演化^[8]。

测区位于湖南省中西部、扬子陆块东南缘江南地块中段, 属扬子板块和华南板块之间前中生代多期复合造山带, 工作区自西往东可分为江南造山带(雪峰造山带)和湘中坳陷(涟邵盆地)2个构造单元。雪峰造山带和湘中坳陷之间以城步— 新化— 桃江断裂为界。雪峰造山带西部为沅麻盆地叠加覆盖。不同构造单元具有不同的构造变形特征。区内地层出露较为完全, 自中元古代至新生代古近纪地层均有分布。区内火山岩不发育, 仅在怀化石宝— 隘口— 安江一带见有分布, 地表呈岩脉、岩墙状出露。岩性为基性— 超基性辉石岩、辉绿岩、辉石橄榄岩与杏仁状玄武岩、玄武质角砾岩等, 产出于新元古代板溪群中, 其时代为青白口纪, 另在白马山岩体内见辉长岩-辉绿岩呈小岩珠状出露, 其时代为中三叠世。区内侵入岩发育, 出露总面积约2 850 km², 占图区面积的11.2%, 主要有白马山— 龙山复式岩体, 沩山、紫云山、歇马、关帝庙、崇阳坪、中华山等岩体。其时代可分为志留纪、三叠纪和侏罗纪(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 区域地质简图 1.白垩系— 新近系; 2.上三叠统— 侏罗系; 3.泥盆系— 中三叠统; 4.南华系— 志留系; 5.新元古代板溪群; 6.新元古代冷家溪群; 7.三叠纪花岗岩; 8.志留纪花岗岩; 9.新元古代花岗岩; 10.地质界线; 11.断裂; 12.逆冲推覆断裂; 13.构造单元划分Fig.1 Regional geological map

(1)基本查明图区西北部青白口纪板溪群(红板溪)与高涧群(黑板溪)的界线。

图区新元古代板溪群与高涧群主要分布于雪峰山地区, 以芷江— 怀化— 火马冲一带为界^{[9, 10]}(图2), 北西为板溪群(红板溪), 南东为高涧群(黑板溪)。板溪群以一套河流冲积相砾岩、砂砾岩(图3)高角度不整合于冷家溪群之上, 自下而上划分为横路冲组、马底驿组、通塔湾组、五强溪组、多益塘组、百合垅组及牛牯坪组等地层单位; 而高涧群底部为一套火山碎屑岩(图4)与下伏冷家溪群低角度不整合接触, 自下而上划分为石桥铺组、黄狮洞组、砖墙湾组、架枧田组、岩门寨组等地层单位, 西南部洪江托口一带岩门寨组上部相变为百合垅组、牛牯坪组(表1)。

图2

Fig.2

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	图2 1:25万怀化幅构造简图 1.晚燕山构造层; 2.早燕山构造层; 3.海西-印支构造层; 4.雪峰-加里东构造层; 5.武陵构造层; 6.侏罗纪花岗岩; 7.三叠纪花岗岩; 8.志留纪花岗岩; 9.断裂; 10.地质界线; 11.角度不整合地质界线; 12.构造分区界线; 13.板溪群/高涧群界线Fig.2 Tectonic map of 1:250 000 Huaihua sheet

图3

Fig.3

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	图3 横路冲组河流相砾岩Fig.3 Fluvial conglomerate of Hengluchong Formation

图4

Fig.4

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	图4 石桥铺组底部火山角砾岩Fig.4 Volcanic breccia at the bottom of Shiqiaopu Formation

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 板溪群与高涧群划分对比 Tab.1 Stratigraphic division and correlation of Banxi Group and Gaojian Group 图北西区 图南东区 板溪群 牛牯坪组 岩门寨组 高涧群 百合垅组 多益塘组 五强溪组 架枧田组 通塔湾组 砖墙湾组 马底驿组 黄狮洞组 横路冲组 石桥铺组 冷家溪群 小木坪组 黄浒洞组

表1 板溪群与高涧群划分对比 Tab.1 Stratigraphic division and correlation of Banxi Group and Gaojian Group

板溪群横路冲组主要出露于图区西部芷江鱼溪口一带, 角度不整合于冷家溪群黄浒洞组之上, 为一套河流三角洲— 滨岸碎屑沉积。底部为紫灰色块状浅变质复成分砾岩, 代表了造山后近源快速堆积产物, 自下而上砾石含量逐渐减少, 夹粗砂岩屑砂岩及砂质板岩, 砂岩中发育小型交错层理, 属山麓前缘冲积扇沉积。中上部逐渐过渡至三角洲并向浅海环境过渡沉积, 以浅变质石英杂砂岩、粉砂质板岩为主(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 横路冲组与黄浒洞组接触关系 ①带状板岩夹岩屑杂砂岩; ②砾岩; ③石英砂岩Fig.5 Contact relationship between Hengluchong Formation and Huanghudong Formation

高涧群底部为一套三角洲相碎屑夹火山碎屑沉积, 出露于图区东部隆回县石桥铺电站以及中部洪江市沈家溪、柏木冲等地。洪江一带火山物质少见, 属受潮汐作用影响的三角洲沉积, 为浅变质细中粒石英杂砂岩与板岩、条带状粉砂质板岩互层, 底部砂岩中含泥砾。向东至隆回县石桥铺一带为浅变质砾岩夹浅变质岩屑石英杂砂岩, 砾石成分主要为中酸性— 中基性岩石, 认为该套砾岩是沉积成因的, 其角砾主要来自火山岩区经沉积改造而成, 沉积环境属冲积扇至水下三角洲。

(2)查明了南华纪长安期沿雪峰山与涟邵盆地的结合带存在%凹陷槽。

结合1:25万邵阳幅区调资料, 南华纪长安期的沉积中心为大乘山复背斜, 为一套浅海陆棚— 滨海浮冰带含冰碛砾陆源碎屑夹火山碎屑沉积, 周围厚逾3 000 m, 向西、向东厚度变薄, 而图区主要包含凹陷西侧(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 长安期凹陷槽分布格局图 1.白垩纪— 古近纪地层; 2.晚三叠世— 中侏罗世地层; 3.泥盆纪— 早三叠世地层; 4.南华纪— 志留纪地层; 5.板溪群地层; 6.冷家溪群地层; 7.侏罗纪花岗岩; 8.三叠纪花岗岩; 9.志留纪花岗岩; 10.断层; 11.地质界线/角度不整合地质界线; 12.地名Fig.6 Distribution pattern of depression formed in Chang’ an stage

往西至溆浦— 洪江断裂与青溪山断裂之间约10 km宽度范围内, 厚度急剧变小, 厚约200 m; 青溪山断裂以西长安组大多缺失, 仅局部可见0~5 m的含砾板岩, 且极不稳定, 多呈透镜状尖灭; 往东至新宁— 灰汤断裂以东厚90~150 m。显示长安期古地理主要受溆浦— 洪江断裂、新宁— 灰汤断裂的控制^[10]。

通过对区内岩浆岩的野外地质调查和室内综合分析、整理, 依据同位素年龄学、岩石学、岩石化学等特征, 以及同源岩浆演化规律, 查明了岩浆岩在图区的地质特征及其与成矿作用的关系。

3.1 构造-岩浆期序列

图区岩浆活动始自武陵期, 历经了加里东期、印支期, 延续至燕山期。岩体主要分布于图区东南部, 主要有白马山复式岩体的中西部, 崇阳坪、中华山等中酸性— 酸性花岗岩体, 以及洪江山石洞火山岩系和中方隘口、隆回石桥铺基性、超基性岩体; 其他地区岩浆活动很微弱。岩浆岩地表出露面积约1 355 km², 占图区总面积的8.5%左右。岩石类型以花岗岩类为主, 基性、超基性岩分布面积很小; 以侵入岩占绝大部分, 火山岩出露面积小。

依据岩体与围岩和各侵入期次间的接触关系, 以及岩石学和岩石化学等特征, 在已有和新获同位素年龄资料基础上, 较为系统地对白马山— 龙山复式岩基带及其周边的中酸性— 酸性花岗岩体侵入时代、火山岩系的喷发时代进行了统一厘定, 火山岩系的喷发时代为武陵期; 花岗岩体可归并为志留纪、中三叠世、晚三叠世和中侏罗世4个侵入时代, 进一步划分为12个侵入次^{[3, 11, 12, 13, 14, 15, 16]}。并建立了岩浆岩构造-岩浆期序列(表2)。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 构造-岩浆期综合划分表 Tab.2 Comprehensive division of tectonic-magmatic period 构造-岩浆期 时代(或岩类) 侵入次 代号 岩性 同位素年龄/Ma 所在岩体(或地区) 燕 山 期 中 侏 罗 世 第四次 η γ J2d 更长环斑花岗伟晶岩 RS-w 175 白马山复式 第三次 η γ J2c 细粒电气石二云母二长花岗岩 KA-b 189 第二次 η γ J2b 中粒电气石二云母二长花岗岩 RS-w 196 第一次 η γ J2a 细中粒电气石二云母二长花岗岩 UP-z 210 印 支 期 晚三 叠世 第二次 η γ T3b 粗中粒少斑状黑云母二长花岗岩 UP-z 213 崇阳坪、瓦屋塘 岩体北角部分 第一次 η γ T3a 细中粒黑云母二长花岗岩 KA-b 207 中三 叠世 第二次 η γ T2b 细中粒(少)斑状黑云母二长花岗岩 KA-b 240 SH-z 214 白马山复式、 中华山 第一次 γ δ T2a 细中粒斑状角闪石黑云母花岗闪长岩 KA-b 227、RS-w 232 SH-z 224、220 加 里 东 期 志 留 纪 第四次 η γ Sd 中细粒二云母二长花岗岩 白马山复式 第三次 η γ Sc 中-粗中粒斑状黑云母二长花岗岩 UP-z 343、371、355 第二次 γ δ Sb 细中粒斑状角闪石黑云母花岗闪长岩 UP-z 575、350、416 SH-z 411 第一次 γ δ ο Sa 细粒黑云母英云闪长岩 武 陵 期 β μ 变辉长岩、变辉绿岩 隆回石桥铺 基性— 超基性岩 ν -β ν β μ 辉长岩、辉长辉绿岩 辉绿岩 SN-w 855 中方隘口 火山岩系 Qb2β 角砾状玄武岩 SN-w 868 洪江山石洞 注: KA-b为黑云母钾-氩法, RS-w为铷-锶全岩法, UP-z为锆石铀-铅法, SN-w为钐-铷全岩法, SH-z为锆石SHRIMP铀-铅法。

表2 构造-岩浆期综合划分表 Tab.2 Comprehensive division of tectonic-magmatic period

区内玄武岩已获比较好的全岩Sm-Nd法测定数据, 对应等时线见图7。据此计算出的等时线年龄值分别为(868± 30)Ma, 和地质上所确定的先后关系一致, 属新元古代时限, 相当于武陵运动期形成物; 等时线初始值为0.511 568, ε _Nd(t)=1, 单个样品的ε _Nd值离散于0.98~0.99之间, 总体显示出源岩物质以幔源物质为主。TDM值为1 496~1 611 Ma、TDMⅡ 值为1 446~1 447 Ma之间, 一阶段和二阶段计算的TDM值相近, 表明源岩物质存留时间为中元古代中期, 大于成岩时间。

图7

Fig.7

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	图7 玄武岩钐-钕等时线图Fig.7 Sm-Nd isochron of basalt

3.2 火山岩、侵入岩地质特征

区内火山岩出露面积小, 主要出露于洪江山石洞— 黄山坪一带, 呈岩流、岩筒喷发于新元古代地层中。岩石类型有玄武岩、杏仁状玄武岩、角砾状玄武岩、玄武质角砾岩。不同岩石类型间的界线多为突变关系, 表现出玄武岩浆在短时间内的多次喷溢和喷发结果。在岩石化学成分SiO₂-(K₂O+Na₂O)图解(图8)上, 玄武岩的特点均位于碱性玄武岩区内, 但靠近分界线处, 在P₂O₅-(K₂O+Na₂O)图解(图9)上, 样点也都位于碱性玄武岩区中; 在R₁-R₂图解(图10)上, 除一个样点外, 其余4个点也都在偏碱性线之左侧。由此看出, 玄武岩碱性程度均较高, 总体应属碱性至偏碱性玄武岩类岩石, 且相对富钠。结合玄武岩化学成分硅-铝-碱、Th/Hf-Ta/Hf、Zr-Zr/Y、Nb× 2-Zr/4-Y等图解综合分析^[8], 玄武岩可能形成于裂谷环境, 较偏碱性的岩石可能是形成于裂谷初始拉张地壳厚度较大阶段。

图8

Fig.8

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	图8 玄武岩SiO2-(K2O+Na2O)图解Fig.8 SiO2-(K2O+Na2O) diagram of basalt

图9

Fig.9

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	图9 玄武岩P2O5-(K2O+Na2O)图解Fig.9 P2O5-(K2O+Na2O) diagram of basalt

图10

Fig.10

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	图10 玄武岩化学成分R1-R2图解Fig.10 R1-R2 diagram for chemical composition of basalt

通过对区内镁铁质— 超镁铁质侵入岩墙(脉)的岩石学、岩石化学及岩石微量元素等特征的研究^[8], 基本查明了镁铁质— 超镁铁质侵入岩总体仍属基性岩类, 形成环境为岛弧(造山带)玄武岩区及岛弧拉斑玄武岩区。

(1)查明了雪峰造山带的构造变形特征及构造样式。雪峰造山带北段构造线呈NE— NEE向, 南段构造线呈NNE向, 从而区域上构成向北西突出的弧形构造带。带内逆冲断裂(后期常反转为正向下滑)与褶皱极为发育, 且基底和盖层一起卷入, 其推(滑)覆构造样式主要表现为叠瓦式断片。造山带西侧断裂面主要倾向南东, 而东侧断裂面主要倾向北西, 形成向两侧背冲的正扇形构造样式^{[21, 22, 23, 24]}。

通过黄茅园— 渔家冲构造剖面揭示雪峰造山带以倾向南东的NNE向的溆浦— 靖州断裂为界分为西带和东带。东带实际属雪峰推覆构造的根带, 变形受控于较浅层次的滑脱; 西带属雪峰推覆构造的中带, 变形和抬升与更深层次的拆离、逆冲叠覆相关。由西往东, 呈现递进变形的规律性, 变形由弱到强, 由简单到复杂, 反映出雪峰山构造带由西往东构造层的力学性质具递变关系^{[19, 22, 23, 24, 25, 26]}。雪峰造山带西带宽200 km左右, 变形相对较弱。其东部主要出露板溪群, 发育NE向直立开阔— 平缓褶皱以及同走向逆断裂与正断裂, 地层层位总体自东向西渐低; 其西部主要出露南华系— 下古生界, 构造线为NNE向— 近SN向。雪峰造山带东带宽 50~100 km, 构造变形强烈, 加里东期挤压及剪切劈理极为发育, 带内主要出露南华系— 下古生界, 南部少量板溪群; 主要发育NNE向(局部NE向)褶皱和同走向逆断裂与走滑断裂, 褶皱多为中常-开阔褶皱, 部分为紧闭倒转褶皱; 东带总体呈一背冲构造样式, 西部和东部分别向西、向东逆冲(图11)。

图11

Fig.11

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	图11 湖南省溆浦县黄茅园— 石宝— 渔家冲构造剖面 1.奥陶系白水溪组+桥亭子组; 2.寒武系探溪组; 3.寒武系牛蹄塘组; 4.震旦系金家洞组+留茶坡组; 5.南华系南沱组; 6.南华系长安组; 7.青白口系岩门寨组; 8.青白口系架枧田组; 9.青白口系砖墙湾组; 10.中侏罗世第三次细粒电气石二云母二长花岗岩; 11.中侏罗世第二次中粒电气石二云母二长花岗岩; 12.中侏罗世第一次细中粒电气石二云母二长花岗岩; 13.中三叠世第二次细中粒(少)斑状黑云母二长花岗岩; 14.中三叠世第一次细中粒斑状角闪石黑云母花岗闪长岩; 15.断层; 16.平行不整合Fig.11 Huangmaoyuan-Shibao-Yujiachong tectonic profile in Xupu county of Hunan province

(2)厘定了区内构造变形序列。主要根据卷入变形的地质体时代、构造岩形成时代, 以及不同期次构造形迹的叠加、改造和限制关系, 同时结合区域角度不整合、构造运动相关的岩浆与变质事件及大地构造演化背景等因素, 综合厘定了区内构造变形序列^{[26, 27, 28]}。初步划分为7个构造期, 11个变形期次(表3)。对区内构造变形特征、演化过程、构造类型及其地质意义有了一个系统、客观的了解。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 图区综合地质事件 Tab.3 Comprehensive geological events in the study area 时代 变形期次 构造类型及其他有关地质作用 构造体制 演化阶段 地壳运动 岩浆活动 变质作用 E2-E3 D11 沅麻盆地东侧盆缘NNE向逆断裂、近南北向逆断裂、 NE向右行走滑断裂; NW向左行平移断裂 近EW向挤压 喜马拉雅 K-E1 D10 雪峰冲断带NNE向右行平移断裂; 沅麻盆地内白 垩系— 古近系中NW向褶皱; 邵阳坳褶带和雪峰冲 断带内EW向左行平移断裂 区域NNE向 右行走滑 晚燕山 D9 NE— NNE向(右行平移)正断裂, 沅麻断陷盆地形成 NE向挤压、NWW— SEE向伸展 陆相 盆地 及差 异隆 升阶 段 J2-J3 D8 黑岩现背斜东翼滑动断裂 重力伸展 早燕山 花岗闪长岩 二长花岗岩 D7 邵阳坳褶带和雪峰冲断带内NE— NNE向 褶皱(叠加)及逆断裂、EW向右行平移断裂 NWW向挤压 T3-J1 D6 白马山EW向隆起; 雪峰构造带 NNE向断裂左行走滑 近SN向挤压 D-T2 D5 NE向褶皱和逆断裂 NWW— SEE挤压 陆表海盆 地阶段 印支 花岗闪长岩 二长花岗岩 D4 洪江西面肖家背斜东翼上南华统— 寒武系中向 东的伸展滑脱断裂与褶皱变形 重力伸展 Qb2-S D3 雪峰冲断带内NE向褶皱, 局部发育轴面板劈理, 北东向逆断层。随着递进变形发展, 受近东西向 刚性基底的限制, 雪峰山弧形构造带形成 NW— SE挤压 裂谷— 被动陆 缘— 前 陆盆地 阶段 加里东 英云闪长岩 花岗闪长岩 二长花岗岩 极低级 变质作用 D2 青溪山断裂与大源溪断裂伸展活动并 控制长安期构造古地理与沉积厚度 区域伸展 Qb1 D1 冷家溪群中紧闭线性褶皱与走向逆断裂, 强烈发育的轴面劈理 近SN向挤压 活动陆缘 盆地阶段 武陵 山石洞 角砾状 玄武岩 低绿片岩相 区域浅变质 作用

表3 图区综合地质事件 Tab.3 Comprehensive geological events in the study area

(3)对沅麻盆地形成演化的认识。查明了沅麻盆地(东缘)晚三叠世— 中侏罗世为类前陆盆地, 白垩纪沅麻盆地转化为断陷盆地。沅麻盆地及其两侧雪峰山、武陵山构成区内盆岭构造格局, 其形成应与早燕山运动的挤压作用、晚燕山运动的伸展作用及后期晚燕山— 喜马拉雅期的挤压作用有关^{[7, 22, 29, 30, 31, 32]}。

印支运动后形成NE向凹陷初始轮廓; 晚三叠世至早侏罗世湖相沉积; 中侏罗世早燕山运动使NE向凹陷与隆起更显著, 盆缘断裂活化; 早白垩世类磨拉石山麓洪积扇沉积; 晚燕山运动的伸展作用, 使盆缘及基底断裂再次趋于活化, 形成一系列垒堑相间的正断层组合; 始新世末— 渐新世发生喜马拉雅运动, 使沅麻盆地再次遭受SE— NW向的强大挤压而隆升成陆。从沅麻红色盆地的形成到最后隆升成陆, 反映了燕山运动、喜马拉雅运动之间挤压— 伸展— 挤压的间歇式活动。

通过对1:25万怀化幅图区综合调查研究取得了以下认识: 明确了区内板溪群与高涧群的界限为芷江— 怀化— 火马冲一线, 为区域上两者的界限划分提供了佐证和资料; 南华纪长安期由于受溆浦— 洪江断裂、新宁— 灰汤断裂的影响和控制, 在雪峰山与涟邵盆地过渡地带存在一凹陷槽, 区内长安组沉积厚度由西向东变化较大; 结合新获锆石SHRIMP U-Pb同位素年龄数据, 将区内花岗岩体划分为4个侵入时代、12个侵入期次, 建立了完整的岩浆演化序列, 在此基础上重点对白马山— 龙山复式岩基带及周边中酸性— 酸性花岗岩体进行了解体, 查明了镁铁质— 超镁铁质侵入岩总体仍属基性岩类, 形成环境为岛弧(造山带)玄武岩区及岛弧拉斑玄武岩区, 而玄武岩碱性程度均较高, 总体应属碱性至偏碱性玄武岩类岩石, 可能形成于裂谷环境; 对区内构造变形、演化特征、构造类型有了系统的分析总结, 划分为7个构造期, 11个变形期次; 查明雪峰山构造带区域上为北西突出的弧形构造带, 以溆浦— 洪江断裂为界划分东、西两带, 西侧断裂面主要倾向南东, 东侧倾向北西, 构造带形成两侧背冲的正花状构造; 提出了沅麻盆地(东缘)晚三叠世— 中侏罗世为类前陆盆地, 白垩纪转化为断陷盆地, 其形成与早燕山运动的挤压作用、晚燕山运动的伸展作用及后期晚燕山— 喜马拉雅期的挤压作用有关。对区内地层、岩浆岩、构造等有了全面、系统、客观的认识和了解, 有利于今后的地质勘查、研究工作。