略阳白雀寺杂岩体以西隐伏深大断裂的推断依据及其意义

doi:10.11720/wtyht.2021.1163

略阳白雀寺杂岩体以西隐伏深大断裂的推断依据及其意义

游军^,¹, 张小明¹, 罗乾周¹, 史朝洋¹, 杨运军¹, 陈剑祥², 袁攀²

1.陕西省矿产地质调查中心,陕西西安 710068

2.陕西地矿汉中地质大队有限公司,陕西汉中 723000

The inferential basis and significance of the deep fault to the west of the Baiquesi complex in Lueyan

YOU Jun^,¹, ZHANG Xiao-Ming¹, LOU Qian-Zhou¹, SHI Zhao-Yang¹, YANG Yun-Jun¹, CHEN Jian-Xiang², YUAN Pan²

1. Shaanxi Center of Mineral Geological Survey, Xi’an 710068, China

2. Hanzhong Geological Party Co., Ltd., Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Exploration, Hanzhong 723000, China

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2020-04-9 修回日期: 2020-09-17

基金资助:

陕西省地质勘查基金项目.  61202009347
陕西省公益性地质调查项目.  202105
陕西省公益性地质调查项目.  20180304

Received: 2020-04-9 Revised: 2020-09-17

作者简介 About authors

游军(1985-),男,博士,高级工程师,从事矿床学与地球化学研究工作。Email: 351851028@qq.com

摘要

勉略宁地区是扬子板块周缘地质构造最为复杂的地区之一。通过对勉略宁西部白雀寺基性杂岩体以西的高磁异常带与区域重力异常梯度带及Fe、V、Ti等元素化探异常的对比研究,结合沿异常带分布的溢流相玄武岩的岩石地球化学特征,推测地表遥感解译出的NNE向浅层断裂深部可能存在规模更大的隐伏断裂。这一隐伏深大断裂可能为新元古代勉略宁地区弧后裂解背景下的幔源岩浆活动提供了重要通道:一方面由深成岩浆侵入形成白雀寺基性杂岩体与火成碳酸岩;另一方面,由裂隙式火山喷发形成带状展布的富含磁铁矿的溢流相玄武岩。这一隐伏深大断裂的推断对于勉略宁地区新元古代的地质构造背景与幔源岩浆成矿作用研究具有重要意义。

关键词： 重力 ; 地面高精度磁测 ; 岩石地球化学 ; 隐伏深大断裂 ; 白雀寺杂岩体

Abstract

Mianluening area is one of the most complex areas of geological structure around the Yangtze plate. Based on the comparative study of the high magnetic anomaly zone to the west of Baiquesi basic complex, the regional gravity anomaly gradient zone and the geochemical anomalies of Fe, V, Ti and other elements, combined with the geochemical characteristics of the overflow phase basalts distributed along the anomaly zone, it is inferred that there may be a larger hidden fault in the deep part of the NNE-trending shallow faults interpreted by surface remote sensing. This hidden deep fault may have provide an important channel for the mantle-derived magmatic activity in the context of post arc cracking in Mianluening area in the Neoproterozoic. On the one hand, the Baiquesi basic complex and igneous carbonatite were formed by the intrusion of the plutonic magma; on the other hand, the belt like overflow phase basalt rich in magnetite was formed by the fissure type volcanic eruption. This finding is of great significance for the study of Neoproterozoic tectonic setting and mantle-derived magmatic mineralization in Mianluening area.

Keywords： gravity ; ground high precision magnetic survey ; petrogeochemistry ; hidden deep fault ; Baiquesi complex

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本文引用格式

游军, 张小明, 罗乾周, 史朝洋, 杨运军, 陈剑祥, 袁攀. 略阳白雀寺杂岩体以西隐伏深大断裂的推断依据及其意义. 物探与化探[J], 2021, 45(3): 645-652 doi:10.11720/wtyht.2021.1163

YOU Jun, ZHANG Xiao-Ming, LOU Qian-Zhou, SHI Zhao-Yang, YANG Yun-Jun, CHEN Jian-Xiang, YUAN Pan. The inferential basis and significance of the deep fault to the west of the Baiquesi complex in Lueyan. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(3): 645-652 doi:10.11720/wtyht.2021.1163

0 引言

位于碧口地块东段的勉(县)—略(阳)—宁(强)三角区地质构造背景独特而复杂,历来是扬子北缘地质研究的热点地区之一^[1,2]。关于勉略宁三角区南北边界断裂,无论从展布形态、重磁异常还是遥感特征均显示其为深达岩石圈的区域性深大断裂,沿断裂两侧的地质构造背景、变质变形与沉积作用迥异。区内广泛分布的新元古代双峰式玄武岩^[3,4,5]、双峰式侵入岩^[6]与火成碳酸岩^[7],均证实了这一地区在新元古代总体处于扬子北缘陆缘裂解的构造背景^[8],以及幔源岩浆事件的存在^[9]。在勉略宁西部,幔源岩浆活动形成了具有双峰式特征的新元古界碧口岩群阳坝岩组与白雀寺杂岩体,关于其岩浆活动通道是否存在及位置一直存疑。在区内白雀寺杂岩体以西遥感解译出的NNE向断裂范围内,高磁异常、重力异常梯度带与Fe、V、Ti等元素异常线性特征明显,且空间位置与展布形态高度吻合的现象,难以被解释为浅层断裂。笔者通过对沿断裂展布地物化异常的地质解释,与已知的勉略宁南北边界断裂对比研究,结合对沿异常带分布的溢流相玄武岩的岩石地球化学研究,推断这一浅层断裂深部存在规模更大的隐伏断裂。

1 区域地质背景

勉略宁三角区总体夹持于勉略构造带、青川—阳平关断裂带、岷山—虎牙断裂带之间并呈楔形向东尖灭(图1a)^[10]。勉略宁西部出露地层主体为新元古界碧口岩群(Pt₃Bk)浅变质双峰式火山岩系,包括阳坝岩组(Pt₃y)、巨亭岩组(Pt₃j)与秧田坝岩组(Pt₃yt)。其中阳坝岩组(Pt₃y)岩性为变玄武岩、玄武质凝灰岩;巨亭岩组(Pt₃j)岩性为变玄武岩、玄武质凝灰岩、变流纹岩夹少量安山岩;秧田坝岩组(Pt₃yt)岩性为变凝灰质砂岩、凝灰质千枚岩夹互变 (长石)岩屑砂岩、变杂砂岩、粉砂质板岩^[11]。另在南北两缘出露震旦系灯影组(Z₂dn)碳酸盐岩沉积及下泥盆统踏坡组(D₁t)浅变质碎屑岩系,构成区内沉积盖层。区内构造发育,变形强烈。主构造为NE向和近EW向,包括区域性深大断裂(近EW向的略阳—勉县断裂和NE向青川—阳平关断裂)、在区内的次级断裂以及NE向韧性变形带。区内侵入岩较发育,主要为晋宁期基性侵入岩,包括白雀寺—石瓮子双峰式杂岩体与西南部的关口垭辉长岩体,以及东部的圆坝子石英闪长岩,另在太阳岭—苍社一带发育碳酸岩脉体群(图1b)。

图1

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图1 碧口地体东段(b)与勉略宁西部地质构造略图(a)(据文献[11,12]修改)

Fig.1 Geological-tectonic maps of eastern Bikou block (b)and western Mian-Lue-Ning area(a) (modified after Reference 11 and 12)

2 隐伏深大断裂存在的证据

从构成勉略构造带与勉略宁三角区边界的3条区域性深大断裂来看(F₁为两河口—状元碑断裂,F₂为略阳—勉县断裂,F₄为青川—阳平关断裂),无论是遥感影像特征、高磁异常、布格重力异常梯度带,还是地球化学元素异常,均呈现明显的线性特征。因此,仍需从地质、物探、化探异常解释及遥感解译入手,寻找判别白雀寺杂岩体以西存在隐伏深大断裂证据。

2.1 地质证据

2.1.1 断裂的地表特征

对推测深大断裂展布区域的地表调查研究发现,浅表表现为NNE向断裂,断裂规模不大,宽约30 m,呈张性,表现为再活化的特征。阳坝岩组(Pt₃y)浅变质溢流相玄武岩沿断裂两盘呈带状展布,向西逐渐过渡为变玄武质凝灰岩。溢流相玄武岩具有细碧岩的岩石学特征,富含磁铁矿,在靠近断裂的位置受后期构造作用变形较强,表现为变玄武岩中磁铁矿条带扭曲变形(图2a)。另在断裂南端,太阳岭—苍社一带,沿断裂出露多个碳酸岩脉体群与透镜体,碳酸岩与围岩玄武岩界线清晰,侵入接触关系特征明显,为火成碳酸岩^[7](图2b)。

图2

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图2 推测深大断裂展布区域富含磁铁矿变玄武岩(a)与侵位变玄武岩中火成碳酸岩透镜体(b)

Fig.2 The basalts rich of magnetite (a) and intrusive igneous carbonatite lens (b) in the area where the inferred hidden deep fault stretch

2.1.2 火山岩岩石地球化学特征

对采自断裂展布区域变玄武岩的主微量元素分析结果显示(表1):变玄武岩SiO₂含量介于45.72%~52.05%,平均值为47.66%。Al₂O₃含量较高(12.93%~16.27%,平均为14.12%)。全碱含量介于3.18%~6.16%,平均值为4.83%,整体表现出w(Na₂O)>w(K₂O),富Na贫K,为亚碱性玄武岩。该套变玄武岩MgO(5.11%~8.02%,平均值为6.98)与Mg^#(44.54~60.58,平均值为52.28)含量变化较大,表明该变玄武岩是经历了不同程度的岩浆作用形成。TiO₂含量介于1.67%~2.78%,主体接近于板内火山岩相应值。在微量元素蛛网图解上,表现出接近大陆溢流玄武岩(CFB)的地球化学属性(图3a);在Zr-Zr/Y图解中,变玄武岩样品均落入板内玄武岩环境(图3b),可能形成于弧内裂解的构造环境。

表1 变玄武岩主量(10^-2)、微量元素(10^-6)分析结果

Table 1 Major and mirco-elements content in baslts

分析项目	样品编号					分析项目	样品编号
分析项目	S1028-5	S1028-6	S1028-7	L1028-1	L1028-3	分析项目	S1028-5	S1028-6	S1028-7	L1028-1	L1028-3
SiO₂	47.43	47.22	52.05	45.86	45.72	Th	0.76	0.70	5.23	1.96	1.78
Al₂O₃	12.93	16.27	13.57	14.18	13.65	Nb	4.95	5.85	17.6	11.0	20.2
TFe₂O₃	12.63	10.44	12.73	12.83	14.36	Ta	0.44	0.56	1.30	1.31	1.55
MgO	7.72	8.02	5.11	6.12	7.91	La	8.48	7.55	30.2	11.3	18.3
CaO	8.50	8.25	5.21	10.01	7.48	Ce	17.8	18.1	68.8	25.5	42.8
Na₂O	3.94	3.63	3.00	2.49	3.07	Sr	121	152	271	308	114
K₂O	2.22	1.37	1.88	2.45	0.11	Nd	14.2	13.6	41.5	15.2	26.1
P₂O₅	0.13	0.14	0.56	0.12	0.26	P	654	699	2380	555	1050
MnO	0.22	0.15	0.17	0.20	0.23	Zr	99.5	107	363	102	189
TiO₂	1.73	1.67	2.21	1.71	2.78	Hf	2.34	1.09	5.05	1.74	3.84
LOI	1.99	2.83	3.03	3.63	3.56	Eu	1.75	1.56	3.68	1.60	2.23
Totel	99.44	99.99	99.52	99.60	99.13	Ti	10380	10020	13260	10260	16680
Na₂O+K₂O	6.16	5.00	4.88	4.94	3.18	Y	30.1	25.6	68.6	25.2	32.6
Mg^#	55.01	60.58	44.54	48.83	52.42	Yb	2.77	2.23	6.29	1.87	2.52
Rb	53.0	45.1	29.4	34.2	38.0	Lu	0.45	0.36	1.06	0.28	0.33

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图3

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图3 推测深大断裂展布区域变玄武岩微量元素蛛网(a)与Zr-Zr/Y图解(b)

Fig.3 Spider (a) and Zr-Zr/Y (b) diagrams of basalt in the area where the inferred hidden deep fault stretch

2.2 地球物理证据

2.2.1 高磁异常特征

勉略宁西部地面高精度磁测ΔT等值线平面上,勉略宁三角区北界断裂(F₂)和南界断裂(F₄)均显示明显的串珠状带状磁异常。在白雀寺杂岩体西侧,冯家院—苍社北一带的NE—SW向磁异常呈串珠状、带状,线性展布特征明显,局部异常的中心极大值陡在1 000 nT以上,其西侧伴有强负异常带,绵延26 km,且向南西有继续延伸出图的趋势(图4a);在上沿500 m后,该线性磁异常带依然清晰(图4b)。在对地面高精度磁测,综合运用ΔT化极、求ΔT 0°方向水平一阶导数和垂向一阶导数后,对区域性深大断裂和一般断裂进行综合解释推断(图4c~f),依旧推断出白雀寺杂岩体以西存在区域性深大断裂;推测出的其他一般断裂,对比勉略宁地区地质构造纲要图(图1b)后发现,除部分一般断裂经地面调查后证实为韧性、脆韧性断裂外,其他断裂位置及其性质与实际情况基本符合。

图4

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图4 勉略宁西部高精度磁测与断裂构造推断解释

a—ΔT等值线;b—ΔT上延500 m等值线;c—ΔT化极推断断裂构造;d—ΔT化极0°方向水平一阶导数断裂构造;e—ΔT化极垂向一阶导数断裂构造;f—磁法综合推断断裂构造位置

Fig.4 Maps of ground high precision magnetic survey and inferential interpretation for faults in western Mian-Lue-Ning area

a—ΔT isoline; b—500 m upward ΔT isoline;c—reduction to the pole of ΔT and inferred faults; d—reduction to the pole in 0° direction of horizontal first order ΔT and inferred faults; e—reduction to the pole in vertical first order ΔT and inferred faults;f—location of inferred faults by combined magnetic methods

而从横跨这一线性磁异常带和白雀寺杂岩体的P14磁剖面特征来看(图5),磁异常由变玄武岩的高值异常向西呈锯齿状变化,主要由火山凝灰岩的不稳定磁性引起;由东平缓过渡至低磁异常主要由白雀寺基性杂岩体引起。地表调查发现这一带状高磁异常由富含磁铁矿的变玄武岩引起。幔源岩浆活动产物的出现,表明了该带状强磁异常带所处位置可能为新元古代裂隙式火山喷发的通道。

图5

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图5 P14地面高精度磁测ΔT剖面

Fig.5 The No.P14 Δ T section map of ground high precision magnetic survey

2.2.2 区域重力异常特征

勉略宁西部1:50万布格重力异常图(图6)上显示:白雀寺基性杂岩体位于中北部EW向局部重力高异常,在该重力高异常西侧为大型重力梯度带,长36 km,宽约20 km,走向NE20°,规模宏大,在甘肃阳坝镇—托河乡发生转折变为NE向45°,平行于青川—阳平关断裂并沿其北侧向西南进入碧口镇,并有继续向西延伸的趋势。在该重力梯度带水平梯度变化最大的位置(4 mGal/km),前人推断出了深大断裂,认为其可能是隐伏深大断裂的地表投影位置。对比青川—阳平关断裂所处的大型重力梯度带,认为勉略宁西部由NNE向逐渐转为NE向的重力梯度带很可能是深大断裂的反映。这一巨型重力梯度带与上述强磁异常(图4)走向严格一致且位置吻合,说明巨型重力梯度带与碧口地块自西向东挤出引起的地幔隆升有关,从而导致深大断裂形成并为幔源岩浆活动提供通道。

图6

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图6 碧口东部1:50万区域重力等值线(据文献[13]修改)

Fig.6 1:500 000 contour map of regional gravity in eastern Bikou (modified after reference [13])

2.3 地球化学证据

国内外学者积极探索研究利用化探资料解决基础地质问题^{[14,15,16,17,18,19,20,21,22]}。断裂性质和形态控制了地球化学异常的规模和形态,表现为简单断裂中异常多呈窄的线状、串珠状异常,断裂破碎带使异常呈规模大的宽带状,在两组断裂交汇处,异常呈不规则状出现。断裂的作用使得具有不同化学属性和特征的地质体拼接在一起,地球化学分区的接触界线往往指示断层的存在。由此可见,断裂构造不仅是形成地球化学异常的诱发因素,同时控制了异常的形成和规模。基于此,白国典等在青海巴颜喀拉山区运用区域化探成果成功推测、识别出隐伏断裂^[23],表明区域化探特征元素线性异常可作为识别、推断隐伏断裂的重要参考。

在勉略宁西部选择1:5万区域化探Ti、Fe、V元素异常作为辅助识别隐伏深大断裂的重要证据,主要基于以下考虑:一是在勉略宁三角区北界断裂(F₂—略阳—勉县断裂)和南界断裂(F₄—青川—阳平关断裂)作为南秦岭、碧口地块东部、扬子北缘3个构造单元和地球化学分区的边界,Ti、Fe、V元素呈现出清晰的线性异常;二是勉略宁三角区新元古代火山作用强烈, 古火山作用形成区内大面积展布的碧口岩群双峰式火山岩,作为活动性较差的Ti、Fe、V元素,在地球化学图上其主要指示异常源区的特征,即富含磁铁矿浅变质溢流相玄武岩。因此,在勉略宁西部1:5万区域化探Ti、Fe、V元素地球化学图上(图7a~c),白雀寺杂岩体西侧显著的Ti、Fe、V线性异常主要反映了可能的隐伏深大断裂或裂隙通道的位置。

图7

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图7 勉略宁西部Ti(a)、Fe₂O₃(b)、V(c)地球化学异常

Fig.7 Geochemical maps of Ti(a), Fe₂O₃(b) and V(c) in western Mian-Lue-Ning area

2.4 遥感证据

通过勉略宁西部遥感影像,清晰地解译出了区内已知的区域性深大断裂及其次级断裂与韧性变形带等线性构造(图8)。不同于已知的区域性深大断裂呈现出的规模大以及由于多期活动产生次级断裂特征,白雀寺杂岩体西部线性NNE—NE向线性构造显示出断裂层次低、不连续等特征。尽管如此,这一浅层断裂不可能引起上述诸如重力、高磁与地球化学元素的显著且高度吻合带状异常。遥感解译出的这一断裂很可能是深部隐伏深大断裂的浅表再活化的断裂。

图8

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图8 勉略宁西部遥感解译

Fig.8 Map of remote sensing interpretation in western Mian-Lue-Ning area

3 结论及意义

1) 勉略宁西部白雀寺基性杂岩体以西的显著的线性高磁异常带与区域重力异常梯度带及Fe、V、Ti等元素化探异常形态上的高度吻合,与沿带分布的具有弧后裂解特征的大陆溢流相玄武岩,以及遥感影像上清晰的后期再活化断裂特征,均显示该异常带深部可能存在规模更大的隐伏断裂。

2) 这一隐伏深大断裂可能为新元古代勉略宁地区弧后裂解背景下的幔源岩浆活动提供了重要通道:一方面由深成岩浆侵入形成白雀寺基性杂岩体与火成碳酸岩;另一方面,为裂隙式火山喷发提供了通道,形成带状展布的富含磁铁矿的溢流相玄武岩。这一隐伏深大断裂的推断对于勉略宁地区新元古代的地质构造背景与幔源岩浆成矿作用研究具有重要意义。

致谢:

论文相关野外研究工作得到“陕西省勉略宁西部铜镍多金属矿深部地质调查”项目组全体成员的大力协助,桂林理工大学罗先熔教授、陕西省地质调查院田民民教授、唐永忠教授在论文撰写过程中提出诸多修改建议,编辑老师与审稿专家认真审阅本文并提出中肯意见,在此一并表示感谢!

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

张国伟, 张本仁, 袁学诚, 等. 秦岭造山带及其大陆动力学[M]. 北京: 科学出版社, 2001:1-89.