奥陶纪和志留纪钾质斑脱岩研究评述

与欧洲与北美相比,国内对钾质斑脱岩的研究较少。为了更好的认识这类岩石,本文从其定义、判别、研究进展等方面,对已发表的钾质斑脱岩资料特别是奥陶纪和志留纪钾质斑脱岩资料进行了研究评述,并在此基础上对华南奥陶纪钾质斑脱岩研究进行了介绍,并提出了华南钾质斑脱岩研究中三个可能的突破方向,即钾质斑脱岩所代表的火山喷发活动与晚奥陶世生物大绝灭的关系、斑脱岩内斑晶矿物熔体包裹体与世界其他地区对比研究、奥陶纪不同层位斑脱岩高精度同位素年代学研究是华南奥陶纪钾质斑脱岩三个有前途的研究方向。钾质斑脱岩作为一类特殊的事件标志层,在年代地层、事件地层、古大陆再造、地层对比研究中具有重要的价值,并将在古环境、古构造和古地理研究等方面发挥不可替代的作用。     

湖南桃源郝坪奥陶系五峰组顶部斑脱岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

为了认识奥陶纪-志留纪之交的火山活动及事件年龄,对湖南桃源郝坪剖面的斑脱岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年.结果表明,五峰组顶部斑脱岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为442.2±8.1 Ma,该年龄反映了扬子地区奥陶纪-志留纪之交火山活动的时代,与国际地层委员会公布的奥陶系-志留系界线年龄(443.7±1.5Ma)相一致,同属晚奥陶世.奥陶纪-志留纪之交的火山活动对于探讨晚奥陶世生物绝灭、沉积环境变化与年代地层对比具有重要的意义.     

云南大关新地2井奥陶—志留纪之交钾质斑脱岩岩石地球化学特征分析

扬子地台内晚奥陶世末—早志留世初五峰—龙马溪组内沉积了多层钾质斑脱岩,但对于该时期扬子地台西缘钾质斑脱岩的研究报道相对较少。本文旨在通过对云南大关地区新地2井五峰—龙马溪组内沉积的钾质斑脱岩进行矿物学及地球化学分析,进一步确定扬子西缘该时期钾质斑脱岩原始岩浆类型及其所产生的构造环境。矿物学特征表明,钾质斑脱岩主要由黏土矿物和非黏土矿物组成,其中黏土矿物由伊利石和伊蒙混层组成,非黏土矿物以石英、长石、方解石、白云石和黄铁矿等为主。钾质斑脱岩主量元素以高K_2O,低TiO_2为特征,微量元素特征表现为富集Rb、Ba、Th、U等元素,Ti、P元素相对亏损,Ti/Th值指示了酸性火山灰的性质;ΣREE在(49.86～209.43)×10~(-6);与球粒陨石相比,轻稀土轻微富集、具Eu负异常,无Ce异常;在Nb/Y-Zr/TiO_2图解中,数据点主要落在安山岩和粗面英安岩之间,表明钾质斑脱岩源岩浆性质为中酸性岩浆;依据微量元素特征和构造环境判别结果,初步认为原始岩浆可能形成于岛弧环境,其火山灰来源可能与扬子北缘早古生代秦岭洋闭合过程中的板块碰撞有关。     

华南埃迪卡拉系底部钾质斑脱岩的岩石地球化学特征及其地质意义

我国华南扬子地台不同地区（湖北宜昌、安徽休宁）埃迪卡拉系底部的盖帽碳酸盐岩中均保存有浅色粘土岩层。岩石薄片和扫描电镜观察,以及X射线衍射分析表明,这些粘土岩层以伊利石和伊/蒙混层矿物为主,同时含有港湾状熔蚀石英、高温透长石及岩浆锆石等斑晶矿物。X荧光光谱仪和ICP-MS等离子质谱仪等地球化学元素分析表明,这些粘土岩层具有相似的元素组成和配分模式,以高K₂O、低TiO₂,富含Nb、Ta、Zr、Hf、Th、Y等亲石元素为特征,Al₂O₃/TiO₂、Zr/Hf 和Ti/Th 值均指示了酸性火山灰的性质,同时稀土元素配分模式与花岗岩较为相似。岩石学和地球化学特征表明,这些浅色粘土岩层是火山喷发事件形成的钾质斑脱岩。通过两处剖面的对比,可以将安徽休宁地区的钾质斑脱岩年龄限制在大约635Ma左右。岩浆判别图指示了这些钾质斑脱岩的原始岩浆为高钾亚碱性流纹英安岩;依据微量元素特征和构造环境判别图,初步认为原始岩浆形成于大陆弧环境。这些钾质斑脱岩在区域上的分布,表明我国扬子地台埃迪卡拉纪早期发生了广泛的火山活动,“雪球地球”事件的结束可能是导致这期以钾质斑脱岩为代表的火山喷发事件的诱因。     

华南五峰组—龙马溪组与华北下马岭组的钾质斑脱岩及黑色岩系——两个地史转折期板块构造运动的沉积响应

华南奥陶—志留纪之交的五峰组—龙马溪组及华北新元古界下马岭组发现的钾质斑脱岩,都产自类似的黑色硅质-碳质页岩/板岩岩系。这两套黑色岩系与上、下地层的接触关系、岩性组成以及垂向序列所揭示的地质过程,具有良好的可对比性,都符合Ettensohn总结的黑色页岩与板块构造运动之间的成因关系模式。岩石元素地球化学研究表明,这两组不同时代的钾质斑脱岩具有相似的源岩岩浆背景,为中酸性的粗安岩-英安岩-流纹岩系列,源于同碰撞岛弧(synCOL-VA)背景的火山喷发活动,与板块边缘的俯冲碰撞密切相关。由于华南五峰组—龙马溪组内斑脱岩及黑色页岩沉积的形成与此间华夏地块与扬子地块的汇聚相关,华北下马岭组的黑色岩系与钾质斑脱岩的形成可能也和华北地块与相邻地块的碰撞相关。推测后者很可能为Rodinia超大陆或Pangea850Ma汇聚时的沉积-地层学响应。     

钾质斑脱岩的研究进展

从矿物学、地球化学两个方面对钾质斑脱岩的研究进展进行综合评述.矿物学研究表明,钾质斑脱岩为岩浆成因,由粘土矿物与非粘土矿物组成,粘土矿物以伊-蒙混层矿物和伊利石为主,非粘土矿物包括原生斑晶矿物和次生矿物.钾质斑脱岩的矿物学研究有助于地层对比难题的解决,亦将促进古大陆再造研究.钾质斑脱岩及斑脱岩的主量元素数据统计结果显示,钾质斑脱岩以相对富钾为特征,K2O含量一般大于3.5%.微量元素数据统计表明,钾质斑脱岩的微量元素以Th、U的明显富集为特征,同时均具有负Eu异常并缺乏负Ce异常.通过对早寒武世、奥陶纪及志留纪的钾质斑脱岩的微量元素特征进行对比研究,认为不同时期钾质斑脱岩的微量元素与REE的配分模式表现出不同的特征,尤其是Nb/Y、Th/U等微量元素比值及(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N、δEu和δCe等稀土元素参数的差异明显.经对比,初步判定滇东石岩头组底部钾质斑脱岩与遵义石岩头组钾质斑脱岩可能不属于同一期火山活动的产物.     

扬子板块西缘下志留统龙马溪组底部斑脱岩研究——锆石U-Pb测年、微量元素特征及地质意义

奥陶系—志留系之交斑脱岩分布广泛,且发育数层,是研究该时期地层年代学、地层对比、事件地层及生物大灭绝的良好载体.通过对扬子板块西缘永善地区上奥陶统—下志留统龙马溪组底部地层中的斑脱岩进行锆石U-Pb测年,获得年龄加权平均值443.5±1.7 Ma,限定了地层的沉积年龄,为扬子板块西缘奥陶系—志留系火山喷发事件及地层年代学研究提供了较可靠的依据,也为扬子板块周缘奥陶系—志留系高分辨率地层格架的建立提供基础信息.锆石微量元素特征显示其具有I型花岗岩类特征,形成于岩浆弧或造山带.晚奥陶世—早志留世多期次、高频率的火山活动可能是造成生物大灭绝的主导因素.     

钾质斑脱岩的研究进展

从矿物学、地球化学两个方面对钾质斑脱岩的研究进展进行综合评述。矿物学研究表明，钾质斑脱岩为岩浆成因，由粘土矿物与非粘土矿物组成，粘土矿物以伊．蒙混层矿物和伊利石为主，非粘土矿物包括原生斑晶矿物和次生矿物。钾质斑脱岩的矿物学研究有助于地层对比难题的解决，亦将促进古大陆再造研究。钾质斑脱岩及斑脱岩的主量元素数据统计结果显示，钾质斑脱岩以相对富钾为特征，K2O含量一般大于3．5％。微量元素数据统计表明，钾质斑脱岩的微量元素以，Th、U的明显富集为特征，同时均具有负Eu异常并缺乏负Ce异常。通过对早寒武世、奥陶纪及志留纪的钾质斑脱岩的微量元素特征进行对比研究，认为不同时期钾质斑脱岩的微量元素与REE的配分模式表现出不同的特征，尤其是Nb／Y、Th／U等微量元素比值及（Ia/Yb）N、（Ia／Sm）N、（G/Yb）N、δEu和δCe等稀土元素参数的差异明显。经对比，初步判定滇东石岩头组底部钾质斑脱岩与遵义石岩头组钾质斑脱岩可能不属于同一期火山活动的产物。     

南大巴山东段上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组钾质斑脱岩锆石U- Pb年龄及其构造意义

奥陶系-志留系之交的钾质斑脱岩分布范围广,发育层位多,是研究该时期地层年代学、事件地层对比、生物大灭绝和冰期事件及源区构造背景分析的理想对象。本文对南大巴山东段鄂渝交界上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组地层中的斑脱岩开展了锆石U-Pb测年,栗子坪剖面(LZP)黑色泥岩中钾质斑脱岩获得了447.9±2.9Ma年龄,燕子剖面(YZ)黑色硅质岩中钾质斑脱岩年龄为450.9±1.6Ma,间接地限定和约束了地层的沉积年龄。岩石地球化学特征显示,燕子剖面斑脱岩SiO_2为53.61%～56.34%,而栗子坪剖面SiO_2为35.56%～43.81%,其低值可能与高铁含量和高烧失量有关;K_2O含量为5.61%～5.47%,且K_2ONa_2O,属钾质斑脱岩。燕子剖面和栗子坪剖面钾质斑脱岩稀土元素含量变化较大,前者ΣREE为46.48×10~(-6)～73.70×10~(-6),平均值63.08×10~(-6),后者ΣREE介于113.34×10~(-6)～356.98×10~(-6)之间,平均值164.08×10~(-6),LREE/HREE和La_N/Yb_N均显示轻、重稀土元素分异不太明显,轻稀土轻微富集的特点;两者均具有明显的Eu负异常,Ba、U、Nb和Ti微量元素分异明显,前者微量元素明显亏损Nb、Ta和Ti(TNT异常)。原岩恢复结果表明LZP钾质斑脱岩的原始岩浆为过碱性粗面安山岩,YZ钾质斑脱岩为高钾碱性流纹岩,表明两者可能属不同期次或不同来源的岩浆岩。构造背景判别图解显示,LZP样品主要落入板内花岗岩内;YZ样品落在火山弧花岗岩/同碰撞花岗岩内。结合大巴山区域地质构造背景,笔者认为～450.9Ma钾质斑脱岩可能与古秦岭洋壳向北的俯冲有关,其火山凝灰质可能源自沿古秦岭洋盆北缘的火山弧喷发;～447.9Ma钾质斑脱岩与板内拉张有关,火山物质可能主要以板内火山喷发为主。     

鄂尔多斯盆地西南缘奥陶纪火山活动记录:来自陕甘地区平凉组钾质斑脱岩地球化学和锆石年代学的信息

鄂尔多斯盆地西南缘多个奥陶系剖面中出露多层粘土岩。研究表明,这些粘土岩层多为钾质斑脱岩,是火山喷发的凝灰质物质在海相环境下沉积、蚀变的产物,其研究对鄂尔多斯盆地奥陶系年代地层格架的重新厘定和周缘火山-岩浆活动事件的确定具有重要意义。本文报道了鄂尔多斯盆地西南缘陕西泾阳西陵沟剖面和甘肃平凉银洞官庄剖面奥陶系平凉组钾质斑脱岩的地球化学特征和锆石U-Pb年龄。主量元素表明其源岩为中酸性岩浆,且所有样品K2O含量大于Na2O含量,显示了富钾质特征;Nb-Zr图解中样品大多落在高钾、亚碱性岩浆范围内。利用在风化过程中不活动元素对钾质斑脱岩的原岩进行了恢复,结果表明其原始岩浆为高钾亚碱性流纹英安岩和粗面安山岩。微量元素特征显示多数样品具有典型的岛弧火山岩的特征。分别对上述二个剖面的4个和2个钾质斑脱岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得了变化于449±3Ma~457±3Ma范围的6组谐和年龄,据此将平凉组的沉积时代厘定为晚奥陶世桑比期-凯迪期(Sandbian-Katian)。根据钾质斑脱岩区域分布判断其源于南部北秦岭地区或/和西南部北祁连地区的火山喷发。     

云县-景谷火山弧带大中河晚志留世火山岩的发现及其地质意义

云县-景谷火山弧带大中河地区新识别出一套晚志留世中基性-中酸性火山岩组合,其LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为421.2±1.2Ma和417.6±5.1Ma。该套火山岩具有富铝(12.73%～16.63%)、富钠(K₂O/Na₂O=0.56～0.99)和高Mg^#(46.0～50.0)的特征,属于钙碱性系列岩石;同时富集轻稀土,Eu具有不同程度的弱亏损,亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti),具有正ε_Nd(t)值(3.86～4.39)和较高的Th/Ta比值(15～17),显示与活动大陆边缘岛弧型火山岩相似的地球化学性质。大中河晚志留世火山岩很可能是俯冲沉积物流体交代地幔楔物质部分熔融的产物,并在岩浆上升过程中经历了一定的分离结晶作用和浅部地壳物质的同化混染;结合区域同期(410～420Ma)岩浆活动及相关的高压变质事件分析,应为原-古特提斯洋在早古生代末期向东俯冲消减作用的产物,从而为扬子陆块西部边缘晚古生代"三江"多岛弧盆系的形成演化提供了前锋弧发育的岩石学证据及其动力学机制。     

黑龙江北部多宝山矿区奥陶系的岩石特征和构造意义

黑龙江北部多宝山矿区广泛发育奥陶系,因含有铜、钼矿源层而受到地质界的注意.本文概述了其生物地层和沉积特征,重点探讨了其火山岩的岩石化学特征.该套火山岩总体上属钙碱性系列,部分（主要是酸性岩）可能属拉斑玄武岩系.下旋回（窝里河组）火山岩以相对低K、La和Eu负异常为特征,总体属大陆边缘岛弧,局部显示出大洋岛弧安山岩的性质.上旋回（多宝山组）的弧则属大陆边缘岛弧与安第斯型山弧的过渡类型,部分地区可能有安第斯型山弧发育.分5个阶段重塑了该区奥陶纪大地构造演化,早古代洋壳向东偏北消减于布列亚一佳木斯地块之下,因后退式的消减而火山弧向西偏南迁移,构造线方向为北北西向.     

K-bentonite,black-shale and flysch successions at the Ordovician–Silurian transition,South China: Possible sedimentary responses to the accretion of Cathaysia to the Yangtze Block and its implications for the evolution of Gondwana

The K-bentonite, black shale and flysch successions at the Ordovician–Silurian transition in South China have been the subject of comprehensive investigations relative to the probable accretion of the Yangtze Block and the questionable Cathaysia Block. First, the geochemical analyses of K-bentonites show that the parent magma originated in syn-collisional, volcanic-arc and within-plate tectonic settings, which produced mainly intermediate-to-felsic series magmas, associated with continuous collision and subduction of paleo-continental blocks/arcs. Further, the regional distribution of K-bentonite thickness indicates that voluminous explosive volcanism was located in the present southeastern shoreline provinces of China. Secondly, northwestwardly migrating, Ordovician–Silurian, transitional flysch successions, and the accompanying diachronous K-bentonite-bearing black-shale interval, as well as the related, overlying, shallowing-upward succession at the interior of the Yangtze Block, developed as an unconformity-bound sequence that mirrors foreland-basin tectophase cycles in the Appalachian basin. The above features suggest that the sequence accumulated in a similar foreland basin, which formed in response to adjacent deformational loading in a northwesterly migrating orogen located to the southeast. Geochemical and paleocurrent data from the turbiditic flyschoid sandstones also support these depositional settings. Accordingly, it seems that all criteria strongly support the presence of an Ordovician–Silurian, subduction-related orogen resulting from collision with a block to the southeast that must have been the original “Cathaysia Block” of Grabau and later workers. The K-bentonite, black-shale and flysch successions can be regarded as distal, foreland responses to the continuous northwestward collision and accretion of the Cathaysia Block to the Yangtze Block. Hence, we prefer to suggest that the suture zone with the sensu stricto Cathaysia Block probably developed along previously identified late Early Paleozoic suture relicts in the shoreline provinces of southeast China. On the other hand, although accretion of fragments with Cathaysian affinities to the Yangtze Block may have begun as early as Middle to Late Proterozoic time, the Ordovician–Silurian orogeny described above probably reflects the final phase of accretion between the two blocks. Moreover, when combined with similar peri-Iapetan orogenic events in other areas during the same period, this accretion event may have been part of a major stage of global tectonic reconstruction in the evolution of Gondwana.     

西昆仑塔什库尔干混杂岩的地质特征及其大地构造意义

西昆仑塔什库尔干构造混杂岩带由古元古代基底岩片、震旦纪大陆板内裂谷玄武岩岩片、奥陶纪-志留纪复理石岩片、石炭纪-二叠纪火山弧岩片及高压变质岩片组成.根据高压变质、残余洋盆及岩浆孤的形成时闯进行综合判断,混杂岩带形成于早古生代.该混杂岩带的发现对于确立康西瓦断裂带的性质和认识西昆仑地区的大地构造演化历史具有重要意义.进一步表明西昆仑地区在早古生代曾发生过板块俯冲和碰撞,并暗示麻扎-康西瓦断裂可能代表了原特提斯洋-古特提斯洋俯冲消减并最终闭合的界线.     

北澜沧江带的性质——是冈瓦纳板块与扬子板块的界线吗?

藏东地区冈瓦纳板块与扬子板块的界线是不能回避的关键问题。借助前人已有的区域地质资料和研究成果,对北澜沧江带两侧的基底岩系、古生代沉积建造、地层古生物、火山岩浆弧、变质岩、变质作用、高压变质带、吉塘岩群、酉西群、构造运动分期等进行剖析,并与邻区进行了简单对比。在此基础上初步得出北澜沧江带是藏东地区连接滇西澜沧江缝合带与龙木错－双湖缝合带的纽带,是藏东地区冈瓦纳板块与扬子板块界线的倾向性意见,还有待于深入研究的验证。     

Geological and Geochemical Characteristics of the Hydrothermal Clay Alteration in South Korea

Abstract: Hydrothermally altered areas forming pyrophyllite‐kaolin‐sericite‐alunite deposits are distributed in Chonnam and Kyongsang areas, Cretaceous volcanic field of the Yuchon Group. The Chonnam alteration area is located within depression zone which is composed of volcanic and granitic rocks of late Cretaceous age. The clay deposits of this area show the genetic relationship with silicic lava domes. The Kyongsang alteration area is mainly distributed within Kyongsang Basin comprising volcanic, sedimentary and granitic rocks of Cretaceous and Tertiary age. Most of the clay deposits of this area are closely related to cauldrons. Paleozoic clay deposit occurs in the contact zone between Precambrian Hongjesa granite gneiss and Paleozoic Jangsan quartzite of Choson Supergroup. Cretaceous igneous rocks of the both alteration areas belong to high K calc‐alkaline series formed in the volcanic arc of continental margin by subduction‐related magmatism. Chonnam igneous rocks show more enrichment of crustal components such as K, La, Ce, Sm, Nd and Ba, higher (La/Yb)cn ratio, and higher initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio (0. 708 to 0. 712) than those of Kyongsang igneous rocks. This might be due to the difference of degree of crustal contamination during Cretaceous magmatism. The most characteristic alteration minerals of Chonnam clay deposits are alunite, kaolin, quartz, pyrophyllite and diaspore which were formed by acidic solution. Those of Kyongsang clay deposits are sericite, quartz and pyrophyllite which were formed by weak acid and neutral solution. The formation ages of the clay deposits of two alteration areas range from 70. 1 to 81. 4 Ma and 39. 7 to 79. 4 Ma, respectively. The Daehyun clay deposit in Ponghwa area of Kyongsang province shows the alteration age range from 290 to 336 Ma. This result shows the different alteration episode from the hydrothermal alteration of Cretaceous to early Tertiary in the Kyongsang and Chonnam alteration areas. These data indicate, at least, three hydrothermal activities of Tertiary (middle to late Eocene), late Cretaceous (Santonian to Maastrichtian) and Paleozoic Carboniferous Periods in South Korea.