湘鄂西花岗岩体磷灰石裂变径迹年龄硕士学位论文 精品Word格式文档下载.docx
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其中,
(1)古生物-古气候法适用的前提是气候条件随高程而变化,不同高程有其相适应的气候条件及与该气候条件相适应的生物组合;
(2)古地理法是利用能确定古高程的岩相古地理标志来确定隆升的幅度和过程;
(3)地质压力计法是通过对某一时代形成的矿物的压力估算或流体包裹体的压力测定,判断其形成深度,进而分析其隆升历史;
(4)热年代学方法的核心理论是封闭温度理论(Doddson,M.H.,1973),理论的核心是认为造山带中深成岩矿物或变质矿物给出的年龄并不是原始结晶年龄,而是反映了它的冷却年龄,如果冷却年龄是由于正常地温梯度下地质体隆升或剥蚀作用所引起,那么冷却史就是隆升史的反映。
利用冷却史探讨隆升史的方法可概括为以下三个方面:
矿物对封闭温度年龄法、单矿物封闭温度年龄法、多重扩散域的40Ar/39Ar年龄谱法;
(5)变质作用P-T-t轨迹法是地质压力计法与热年代学方法的综合,主要通过研究P-T-t轨迹中的抬升段(减压过程)的P-T变化,进而估算抬升速率。
可以看出,以上5种估算山脉隆升剥露速率的方法中,热年代学方法是研究冷却速率的,其他几种是研究隆升速率的。
基于地表效应的影响,目前讨论的隆升程度实际上是指剥露程度,我们所称的隆升即与剥露相当。
综合这几种方法的适用条件,并针对区内基底变质岩变质程度低和破坏事件主要发生在印支期以来的特点,本文将采用地质压力计方法和热年代学方法来研究岩体的隆升剥露速率,热年代学方法采用多重扩散域的40Ar/39Ar年龄谱法和磷灰石裂变径迹年龄-高程法。
三、技术路线
1.选择采样剖面
以往研究资料表明,海拔高并且绝对高程大的山体,用于年龄—高程法测定隆升速率时,其数据效果更为理想,因此,我们通过分析盆地周缘岩体的图形资料后,最终选择了位于盆地东缘的鄂西黄陵岩体和湘西白马山岩体和近怀化市中华山岩体进行研究(图0-1)。
图0-1湘鄂西研究区岩体分布图
2.采样要求
用GPS和1:
5万地形图作为参考,按每100米高程差间隔一个岩样的要求进行采取岩石新鲜样和风化样,风化样用于挑选磷灰石,新鲜样作探针分析。
3.样品分离
样品人工粉碎和淘洗后,自然风干,用双目镜挑出磷灰石、锆石和钾长石。
4.送样
磷灰石、锆石和钾长石样品送到国家地震局地质研究所进行处理。
5.数据处理
对测出的数据进行分析,作出年龄-高程的隆升曲线和温度-年龄的冷却曲线,计算隆升速率和冷却速率。
6.结论解释
根据岩体隆升速率和冷却速率的快慢解释油气藏可能受到的破坏影响,主要提供地质上的参考依据。
四、工作安排与工作量
1.开展野外工作
开展野外工作8次,共计46天,考察点包括陕西安康(2002/7/17~7/23)、湖南新化(2002/7/25~7/31,2002/11/1~11/6,2003/10/11~10/15)、湖北宜昌(2002/8/10~8/15,2002/10/11~10/17,2002/10/24~10/27,2003/10/18~10/22)等地区,主要涉及鄂西渝东区东部的湘西白马山岩体、中华山岩体和鄂西黄陵岩体,对上述岩体进行详细的野外调查,共采集样品100余件。
2.室内工作主要包括:
磨制岩石薄片、探针片共20片,分选锆石、磷灰石29件,完成18个磷灰石裂变径迹年龄和长度测定,3个磷灰石年龄-高程图示,3个样品的钾长石Ar-Ar年龄测定。
表0-1学位论文期间主要完成的工作量简表
工作内容
工作量
野外考察
46天
矿物电子探针分析
10点
路线剖面
6条
磷灰石、锆石裂变径迹年龄测定
18件
采集标本
100件
裂变径迹长度测定
样品预处理
40天
钾长石Ar-Ar年龄
3个
薄片鉴定
20片
磷灰石年龄-高程图示
矿物分选
29件
野外照片
20张
五、取得的主要认识
1.矿物地质压力计法揭示湘西白马山岩体和鄂西黄陵岩体自侵位结晶至第一次剥露出地表的平均古剥露速率均为0.23mm/a。
2.黄陵岩体和白马山岩体的磷灰石裂变径迹同位素热年代计揭示鄂西渝东盆地东缘在80-60Ma间存在较慢速的构造抬升过程,剥露速率≥0.025mm/a,而80Ma和60Ma左右可能分别是该过程中的两个快速隆升幕。
中华山岩体钾长石MDD模拟结果则揭示在130-140Ma存在一次快速的构造抬升或剥露。
3.据唐俊红等(2003)对川西南震旦系储集层不同期次充填矿物中的有机包裹体的研究,表明在220Ma、135Ma和70Ma分别存在三个重要的油气运移期,其中以70Ma时的运移规模最大。
后两期的时间与本研究揭示的140-130Ma和60Ma的两个快速构造隆升期一致。
由此看来,构造抬升既可能对储油层产生破坏作用,也可以使上覆生烃层形成可观的微裂隙,从而成为油气运移的重要通道。
第一章区域地质
鄂西渝东区地处重庆、湖北两省市交界之处,东起湖北建始——重庆彭水、西至长江、乌江,面积20200km2,构造上处于四川盆地川东褶皱带与湘鄂西褶皱带的结合部位。
鄂西渝东区自雪峰运动形成统一的变质基底之后,先后经历了澄江——加里东、海西——印支、燕山——喜山期三大沉积构造旋回。
雪峰古陆在加里东形成之后,印支期发生自南东向北西的逆冲,东部由于逆冲抬升而缺失中三叠统,西部下降接受连续沉积(中三叠统巴东组)。
因此,印支期的强烈构造运动发生在中三叠世(235-220Ma),在雪峰山中南部有大量的印支期花岗岩岩体(240-189Ma)。
燕山期雪峰山继续由南东向北西挤压逆冲,变形强度加大。
强烈活动发生在晚侏罗世(150-130Ma),一直延续至早白垩世(100Ma)。
图1-1研究区地质简图(改自李献华,2003)
本研究区地处湘鄂西边区,从构造位置上看,主要位于华南板块的大陆区扬子地块之上,包括湘鄂褶断带的大部分、东北部跨黄陵隆起带和江南中生代基底拆离隆起区的一部分(图1-1)。
鄂西黄陵地区以发育黄陵断穹为重要的地质特征(图1-2)。
黄陵断穹南北长73km,东西宽36km,呈北北东向卵形产出;
具有地台型双层结构及后地台型上叠构造层特征,皆以明显的区域性角度不整合分界。
湘西白马山地区在大地构造位置上处于扬子准地台与华南褶皱带接壤部位的雪峰山弧性构造带的东南缘,而雪峰山弧性构造带又位于“江南古陆”的西南段,处于华南两个Ⅰ级大地构造单元的分界线附近(图1-3)。
§
1.1黄陵地区
图1-2黄陵地区地质简图
1.1.1地层
横贯东西的青峰-襄广断裂将全省划分成南、北两个地层区:
南部为扬子区,元古界及古生界总厚约30000m,下-中元古界为地槽型沉积,上元古界-古生界为地台型沉积;
北部为秦岭区,元古界及古生界总厚约60000m,全属地槽型沉积。
本工作区在扬子区内。
全省中-新生界总厚约27000m,三叠系与侏罗系仅分布于扬子区,白垩系-第四系则在两区均有分布,尤以扬子区发育最好。
省内上三叠统-第四系及扬子区的上元古界下部与下震旦统为陆相地层,其余均为海相地层。
扬子区的崆岭群、杨坡群是湖北省内最古老的地层,共同构成湖北陆壳最早的结晶基底。
综合地层资料可知,本区存在Pt1-Z、S2-D2、T3-K1三个角度不整合接触面,O3-S1之间为平行不整合接触关系(表1-1)。
表1-1鄂西区地层简表
地 层
接触关系
年代界限
(Ma)
地层特征
中
生
界
白垩系
上统
角度不整合
~142
下统底下部为类磨拉石建造,下统上部以及上统为内陆河湖相红色建造及内陆盐湖含盐建造,夹少量火山岩。
下统
三叠系
中统
巴东组
整合接触
~250
早期以碳酸盐岩沉积为主,中晚期逐渐过渡以碎屑岩为主夹碳酸盐岩的沉积,厚1100-3300m,主要含有双壳类、菊石、植物、牙形石和少量爬行动物、鱼类、轮藻、叶肢介等化石。
嘉陵江组
大冶组
古
二叠系
大隆组
~292
赋存煤、铝、锰、铁、硫、稀土及粘土矿、石灰岩等矿产,以浅海陆棚碳酸盐岩为主要沉积特征,全系厚度为300-580m。
龙潭组
茅口组
栖霞组
石炭系
船山组
~354
以碎屑岩、灰岩沉积为主,主要含有珊瑚、腕足类、植物及少量牙形石等。
厚度为6-156m。
黄龙组
和州组
高骊山组
金陵组
长阳组
泥盆系
写经寺组
不整合接触
~417
以碎岩夹灰岩为特征,厚度1-160m。
主要化石有腕足、珊瑚、牙形石、介形类、植物及少量双壳、鱼类等。
黄家磴组
云台观组
志留系
纱帽组
平行不整合
~440
复理石建造,厚910-1500m,化石丰富,主要含有笔石、腕足类、三叶虫、珊瑚、层孔虫以及少量头足类等。
罗惹坪组
龙马溪组
奥陶系
五峰组
~495
由灰岩、泥灰岩及页岩组成,厚度一般为300-500m,各门类化石都十分丰富,其组合以介壳相与笔石相混合交替为特征。
临湘组
宝塔组
大田坝组
庙坡组
牯牛潭组
大湾组
红花园组
分乡组
南津关组
西陵峡组
寒武系
雾渡河组
~545
发育完全,是我国标准剖面之一,早寒武世主要为浅海相黑色页岩、砂岩及石灰岩,最底部为含磷白云岩沉积,生物丰富,其中以较多的古盘古类、原油栉虫科三叶虫及古杯类为特征。
中、晚寒武世的沉积主要是浅海和浅海近岸的白云岩和灰岩,化石较为稀少。
新坪组
覃家庙组
石龙洞组
天河板组
石牌组
水井坨组
天柱山组
前寒武
系
震旦系
灯影组
~760
由一套碎屑岩、冰绩岩、泥质岩及硅质碳酸盐、碳酸盐岩等组成,其中陡山沱组的磷矿已构成大型工业矿床。
陡山沱组
南坨组
大塘坡组
古城组
莲坨组
崆岭群
低压区域动力热流变质岩系,未见底,顶被震旦系不整合覆盖。
1.1.2岩浆岩
本省岩浆岩形成时代有早元古代大别期、中元古代扬子期、早古生代加里东期和中新生代燕山-喜马拉雅四个主要时期。
大别期基性、超基性侵入岩主要出露于大别山和黄陵两个地区。
扬子期岩浆岩在扬子地台区仅出露于神农架、大洪山和黄陵三个地区,其中神农架、大洪山地区以基性火山岩为主,局部有酸性火山岩产出,并有相应的浅成辉绿岩相伴生,分布也很局限。
黄陵地区则发育有中酸性侵入岩,其成因类型可能属构造重熔型花岗岩,并可能形成于扬子末期。
本省加里东期岩浆活动不很发育,本区没见分布。
燕山-喜马拉雅期是我省岩浆活动最发育的一个时期,并以中酸性岩浆的侵入和喷发为主要特征,岩体多集中在鄂东地区。
1.2白马山地区
图1-3白马山地区地质简图
1.2.1地层
湖南省地层分布广泛,约占全省面积的91.7%;
发育较全,从中元古界至第四系均有存在。
省内各系大部分层序完整、出露良好、化石丰富,加之地跨古生代扬子和华南两个海域的交界处,横向变化明显,沉积类型较多,是研究中国南方古生代地层不可缺少的地区。
综合地层资料可知,湘西区存在S1-D1、T1-J1、J2-K1三个不整合接触面(表1-2)。
1.2.2岩浆岩
本区岩浆活动频繁,时代上从雪峰期到燕山期都有相应的岩浆岩,岩性上包括了从超基性到中酸性的岩类。
其中超基性、基性、煌斑岩类多以岩脉、岩墙产状出露在雪峰山弧性构造带带中。
中酸性岩体一般规模较大,呈串珠状出露于天龙山—白马山东西向隆起带内。
一、雪峰期
岩性上表现为超基性、基性岩。
岩体一般呈群带分布,呈北东向展布,大小不一,单个岩体出露面积较小,一般在0.1km2以下。
岩石蚀变强烈,通过原岩恢复为辉绿岩、橄榄岩类。
表1-2湘西区地层简表
沉积特征
高村组
142
陆相沉积,主要为滨湖、浅湖相砂泥岩,局部夹盐湖相膏泥岩,其次为山麓相砾岩、砂岩。
总厚227-2983m。
锦江组
小洞组
洞下场组
侏罗系
阳路口组
205
为陆相沉积,一般含可采煤层,总厚701-1210m。
下伏地层为下三叠统大冶组,上覆地层为白垩系。
跃龙组
高家田组
石康组
250
为碳酸盐岩及砂、页岩等,化石丰富,以双壳类、菊石为主,厚度为30-958m。
下伏地层为上二叠统大隆组,上覆地层为下侏罗统石康组。
292
自底至顶基本都是连续沉积,底部无含煤碎屑岩,下统上部主要是含铁锰质底硅质岩和页岩,上统为很厚的含煤碎屑岩和硅质泥质岩,总厚260-1900m。
354
上统一般为灰岩夹白云岩,中统为浅海碳酸盐岩沉积,下统以滨海泥砂碎屑岩为主,夹碳酸盐岩和硅质岩,厚168-1332m。
大塘组
岩关组
锡矿山组
417
岩性以碳酸盐岩为主,总厚605-2028m,与下伏地层呈角度不整合接触,与上覆地层呈整合接触。
佘田桥组
沙河组
棋子桥组
跳马涧组
半山组
源口组
周家溪群上组
440
岩性为一套灰、灰绿、黄褐等浅变质底巨厚底泥砂质复理石沉积,总厚723-4000m左右。
与下伏上奥陶统五峰组整合接触,与上覆中泥盆统跳马涧组和半山组呈角度不整合接触。
周家溪群下组
495
区内沉积物以碎屑岩为主,间夹碳酸盐岩。
生物群以笔石为主,三叶虫、腕足类次之,属混合相。
厚500-1000m,顶底与志留系、寒武系均为整合接触。
南石冲组
磨刀溪组
烟溪组
乔亭子组
白水溪组
田家坪组
545
本区沉积物颗粒极细,硅质、炭质含量较高。
生物群以球接子类和营飘游生活地三叶虫为主,在中统开始繁盛,上统则极为丰富。
下统极少有化石发现。
全系总厚577-4000m。
米粮坡组
探溪组
小烟溪组
前寒武系
留茶坡组
下统主要为冰渍岩建造,夹少量间冰期板岩、含锰碳酸盐岩;
上统主要为一套硅质岩建造和碳酸盐岩建造。
全系总厚77.3-5064m。
金家洞组
洪江组
湘锰组
江口组
二、加里东期—印支期
本区两期岩石多为侵入岩,形成多期次的复式岩体,岩性主要呈中酸性。
加里东期岩体为第二阶段第一次侵入体,岩体侵入下志留统,并与上覆中泥盆统呈沉积接触。
接触面一般倾向围岩,围岩主要是下古生界或元古界浅变质砂、泥质碎屑岩。
外接触带变质作用较强,其宽度多受接触面产状制约。
岩体相带发育较好,可划分出边缘和过渡两个相带。
岩石蚀变作用不强。
印支期第二阶段的三次侵入体均有出露,第一次侵入体的西段侵入到加里东期岩体中,东段侵入最新地层为泥盆系。
第二、第三次侵入体侵入到早期岩体中形成同心复式岩体,为突变侵入接触关系。
三、燕山期
燕山期岩体在本区岩浆活动的表现形式不强,仅在印支期第二阶段第一次侵入体中有小规模产出,岩性为花岗岩类。
第二章黄陵岩体、白马山岩体和中华山岩体的岩石学特征
前已述及,本研究主要选择了鄂西地区的黄陵岩体和湘西地区的白马山及中华山岩体为对象,以前人的基础地质工作为基础,在典型露头上对岩体的局部地段岩性和相互关系进行了观察,并通过岩石薄片上观察,对岩体的地球化学特征进行研究,从地球化学角度对岩体的侵入环境进行了分析和约束。
以下分别介绍黄陵岩体、白马山杂岩体和中华山岩体的岩体地质、岩相学特征、地球化学特征,然后分析有关岩体形成的构造环境。
2.1岩体地质
2.1.1黄陵岩体
黄陵岩体位于黄陵背斜核部,构造上处于扬子地台北缘,面积约970km2,其北部和西部与崆岭群呈侵入接触,东部及南部为震旦系莲沱组不整合覆盖(图2-1),岩体与新太古代-古元古代的崆岭群中深变质岩系构成扬子地台北缘前震旦纪基底。
马大铨等(2002)把黄陵岩体解体为4个岩套,即三斗坪石英闪长岩-英云闪长岩、黄陵庙奥长花岗岩-花岗闪长岩和大老岭石英二长闪长岩-二长花岗岩以及晓峰脉岩。
岩体的主体为三斗坪和黄陵庙两个岩套。
三斗坪岩套位于岩体南部,总出露面积192km2,约占全岩体1/5;
黄陵庙岩套是岩体的主要组成部分,出露面积占全岩体3/5以上。
在黄陵庙附近可见奥长花岗岩侵入英云闪长岩中,而奥长花岗岩向东与花岗闪长岩之间呈渐变过渡关系。
黄陵岩体已有的的测年数据有:
三斗坪岩套锆石U-Pb一致曲线法年龄(832±
10)Ma(冯定犹、李志昌,1991)、黄陵庙岩套乐天溪单元锆石U-Pb一致曲线年龄(819±
7)Ma(马国干等,1984)、黄陵庙岩套下堡坪单元全岩的Rb-Sr等时线年龄(808±
35)Ma(马大铨等,2002)。
2.1.2白马山岩体
白马山复式岩体位于雪峰山断隆带与天龙山-白马山东西向隆起带交汇部位,总面积1185km2(图2-2)。
岩体出露于湘西新化县小沙江镇西南侧,为加里东期第二阶段侵入岩,其中心部位后又被印支期第二阶段侵入体侵入,两期岩体构成同心相似形复式岩体。
岩体的形态与被其侵入的加里东期隆起构造形态协调一致,除了与北北东向的隆起构造形态相吻合外,其串珠状的排列也显示了东西向构造控制的特征。
岩体侵入于前泥盆纪地层中,接触面一般倾向围岩,倾角各地变化较大,围岩主要是下古生界泥质碎屑岩。
外接触带变质作用较强,变质宽度150-3000m不等,多受接触面产状的制约。
本岩体主要岩性为黑云母二长花岗岩。
已有的白马山岩体的年龄资料来源于湖南省地质志,加里东期侵入体的锆石U-Pb年龄有416Ma和355Ma,印支期侵入体的锆石年龄为207Ma,黑云母K-Ar年龄为189Ma(《湖南省地质志》,1982)。
2.1.3中华山岩体
中华山岩体位于白马山岩体西北缘,呈岩株状,岩体侵位于前泥盆纪地层中,为印支期第一阶段侵入体,岩体的外接触变质带以角岩化为主,部分具大理岩化。
岩体主要岩性为中粒黑云母花岗岩。
已有的岩体的黑云母K-Ar年龄240Ma。
图2-2白马山岩体地质简图
2.2岩相学
2.2.1黄陵花岗岩的主要岩石及特征
根据野外地质工作并结合前人资料表明,黄陵花岗岩以奥长花岗岩-花岗闪长岩系列为主,次有英云闪长岩和二长花岗岩。
奥长花岗岩呈灰白色,中粒花岗结构,块状构造。
主要矿物为石英(~20%),斜长石(50%-60%),钾长石(~10%),次要矿物为黑云母(~5%),角闪石(~4%)。
副矿物主要为
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