甘肅兩當縣解板溝一帶舒家壩群的解體

田 絨，何世平，溫志亮，時 超，段忠志

(1. 中國地質科學院， 北京 100037； 2. 中國地質大學(北京)， 北京 100083； 3. 中國地質調查局西安地質調查中心， 陜西 西安 710054)

舒家壩群廣泛分布于西秦嶺北帶，主要出露于甘肅省高橋—麻沿河—崖城一線以北和舒家壩—娘娘壩—固城鎮一線以南區域(王元元等， 2014)，呈西寬東窄的北西西-南東東向楔形展布。該群由陜西區測隊(1968)(1)陜西區測隊. 1968. 1∶20萬天水幅地質圖及說明書.進行 1∶20萬天水幅區測時創立的舒家壩組演化而來，包括上、下兩個亞組共8個層段，屬于葉連俊等(1944)所稱“西漢水系”、黃振輝(1962)所稱“西漢水統”、王鈺等(1964)所稱“西漢水群”的一部分。舒家壩群形成于半深海-深海環境，為一套淺變質的具類復理石沉積特征的細碎屑巖夾少量碳酸鹽巖(晉慧娟等， 1996)。

陜西區測隊(1968)(2)陜西區測隊. 1968. 1∶20萬天水幅地質圖及說明書.創名的舒家壩組分為上、下兩個亞組。陜西區測隊(1974)(3)陜西區測隊. 1974. 1∶50萬西秦嶺地質圖.將舒家壩組上亞組中的變質火山巖及片巖、片麻巖、混合巖置于寒武-奧陶系，其余部分與下亞組一起改稱為舒家壩群，并分為上、中、下3個組，但并未對其進行具體命名。舒家壩群主要巖性包括千枚巖、變鈣質泥巖、變粉砂質泥巖、變粉砂巖、砂巖及板巖，夾少量灰巖、泥灰巖，產珊瑚、腕足類、植物、古孢子及疑源類動植物化石，局部可見其與上覆上泥盆統大草灘群呈平行不整合接觸，未見底，與周緣下古生界太陽寺巖組和泥盆系西漢水群均呈斷層接觸關系。甘肅省地礦局第一地質隊(1996)(4)甘肅省地礦局第一地質隊. 1996. 1∶5萬太白幅地質圖及說明書.將舒家壩群分為黑溝組和何家店組,楊明嶺等(2014)沿用了該劃分方案，本文亦沿用此方案。舒家壩群何家店組包括4個巖性段：第1巖性段為灰-深灰色板巖(絹云千枚巖)、鈣質粉砂巖夾石英雜砂巖及粉砂質灰巖，上部為一套灰白色薄-中層狀碎屑灰巖；第2巖性段為灰白-灰綠色板巖、絹云千枚巖夾細砂巖及灰巖條帶；第3巖性段為灰-灰綠色薄-中層狀變石英砂巖夾粉砂質板巖及薄層灰巖，發育C-D-E層鮑馬序列；第4巖性段為灰綠-黃綠色粉砂質板巖夾薄層狀微晶灰巖，偶夾薄層狀粉砂巖。舒家壩群黑溝組包括2個巖性段：第1巖性段為灰色石英砂巖、長石石英砂巖與粉砂巖、灰綠-暗紫紅色板巖；第2巖性段為灰色薄層狀石英砂巖、粉砂巖與暗紫紅色板巖互層。長安大學地質調查研究院(2004)(5)長安大學地質調查研究院. 2004. 天水市幅1∶25萬區域地質調查成果報告.將兩當縣北側太陽寺斷裂以南的原劃舒家壩群重新命名為龍潭組，斷裂北側為從奧陶系李子園群、中泥盆統舒家壩群和上泥盆統大草灘群中解體出來的一套淺變質碎屑沉積地層，并將其命名為太陽寺巖組。太陽寺巖組中鋯石U-Pb年齡為426～420 Ma，其形成時代為晚志留世(劉圖杰等， 2014； 陳偉男等， 2014)。

以往的研究將舒家壩群的形成時代總體劃為泥盆紀，但對其具體的形成時限長期存在爭議，包括： ① 早泥盆世，葉曉榮(1986)對甘肅天水舒家壩群中發現的孢子化石進行了研究，將舒家壩群劃歸早泥盆世； ② 中泥盆世，陜西區測隊(1968)(6)陜西區測隊. 1968. 1∶20萬天水幅地質圖及說明書.根據區測在母家峽采到少量珊瑚及腕足化石，將舒家壩群劃歸為中泥盆世晚期；陜西區測隊(1974)(7)陜西區測隊. 1974. 1∶50萬西秦嶺地質圖.依據區域對比，將舒家壩群劃歸中泥盆世；甘肅區調隊(1989)(8)甘肅區調隊. 1989. 1∶20萬天水幅、岷縣幅修測成果報告.在扎固一帶采到大量珊瑚、腕足化石，將舒家壩群劃歸中泥盆世；長安大學地質調查研究院(2004(9)長安大學地質調查研究院. 2004. 天水市幅1∶25萬區域地質調查成果報告.)根據珊瑚、腕足化石和區域對比，認為舒家壩群時代劃歸中泥盆世較合適；王元元等(2014)對舒家壩群進行了碎屑鋯石U-Pb同位素年代學研究，所測樣品最小鋯石年齡組的加權平均年齡為413 Ma，代表了舒家壩群的沉積下限，結合前人研究的古生物資料將其形成時代限定為中泥盆世。③ 中晚泥盆世，甘肅區調隊(1969)(10)甘肅區調隊. 1969. 1∶20萬岷縣幅地質圖及說明書.采獲珊瑚、腕足類化石，將舒家壩群劃歸中晚泥盆世；甘肅省地礦局第一地質隊(1996)(11)甘肅省地礦局第一地質隊. 1996. 1∶5萬太白幅地質圖及說明書.采獲大量腕足類化石，將舒家壩群劃歸中晚泥盆世；蘇建平等(2000)通過1∶5萬麻沿河幅、高橋幅區調，在西秦嶺舒家壩群中發現了豐富的古孢子化石，認為其形成時代屬中晚泥盆世；徐學義等(2014)編制的1∶50萬秦嶺及鄰區地質圖，將舒家壩群劃歸中晚泥盆世。

總之，前人多數將舒家壩群的形成時代總體劃為泥盆紀，但其形成的具體時限尚未精確限定，巖石組合為一套半深海-深海相淺變質的細碎屑巖夾少量碳酸鹽巖。此外，盡管前人將舒家壩群巖石地層單元進行了劃分，但其在不同地區巖石組合仍存在較大差異，并且差別較大的巖性組合均以斷層接觸，就是相同的巖性組合，其間亦為斷層和平行不整合等接觸。因此，前人所劃舒家壩群中化石采集的位置不同，形成時代就可能變化，不排除存在其他時代的巖石組合的可能。

筆者在1∶5萬太陽寺幅地質礦產調查過程中，從甘肅省兩當縣解板溝一帶原劃舒家壩群中填繪出一套被斷裂圍限并與鐵(金)礦成礦密切相關的火山巖-火山碎屑巖系，該巖系巖石組合與舒家壩群迥然不同。為精確限定該套火山巖-火山碎屑巖系的形成時代，筆者采集了其中流紋質凝灰巖和英安斑巖2件樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年，結果表明其形成時代為晚三疊世。依據巖石組合和形成時代，將其從舒家壩群中解體出來，暫劃歸華日組。原舒家壩群的解體，對西秦嶺巖石地層格架的進一步厘定和該區鐵(金)礦形成地質背景的深入研究均具有重要意義。

1 區域地質背景

1.1 區域地層

研究區位于甘肅省兩當縣境內，大地構造位置屬于商丹結合帶之南(圖1)的中秦嶺構造帶。研究區巖石地層由老到新有：

(1) 太陽寺巖組(S3t.)，分為3個巖性段：第1巖性段(S3t.1)為灰綠色角閃綠泥片巖、絹云綠泥片巖夾斜長角閃片巖；第2巖性段(S3t.2)為灰色石英片巖、變砂巖夾絹云石英片巖、二云石英片巖，偶夾大理巖；第3巖性段(S3t.3)為灰綠色二云石英片巖、絹云綠泥石英片巖夾石英片巖及硅質條帶，偶夾薄層大理巖。其與南側舒家壩群何家店組(D2-3h)呈斷層接觸。

(2) 舒家壩群(D2-3S)，在研究區僅出露何家店組(D2-3h)第1、第2、第3共3個巖性段。第1巖性段(D2-3h1)為灰色-灰白色細砂巖、粉砂巖夾粉砂質板巖及灰巖，頂部為一套灰色砂質灰巖；第2巖性段(D2-3h2)為灰色粉砂質板巖、絹云母千枚巖夾灰白色薄層鈣質細砂巖；第3巖性段(D2-3h3)為灰色-灰綠色中細粒石英砂巖、粉砂巖夾粉砂質板巖。其與太陽寺巖組(S3t.)、西漢水群黃家溝組第2巖性段(D2h2)及華日組(T3hr)均呈斷層接觸。

(3) 西漢水群(DX)，研究區僅在西南角出露黃家溝組第2巖性段(D2h2)。巖性以灰-灰綠色鈣質粉砂質板巖、鈣質板巖為主，夾薄層灰巖、鈣質千枚巖、粉砂質板巖及細砂巖。其與舒家壩群何家店組(D2-3h)呈斷層接觸。

(4) 華日組(T3hr)，為本次地質礦產調查從舒家壩群中解體出來的地層單位，也是本文研究的重點。新解體出來的華日組分布于研究區中部，東西長約18 km，南北最寬約4.5 km，周緣被舒家壩群圍限，兩者為斷層接觸，北部和南部分別為自北向南逆沖的太陽寺-石馬池斷層和栗子坪-左家斷層。

研究區華日組主要巖石類型包括安山質凝灰巖夾英安斑巖、流紋巖、玄武巖及中酸性凝灰巖(圖2)，局部出露英安質火山角礫巖和流紋質火山角礫巖(圖3a)，為近火山口的產物，呈近東西向鏈狀展布。火山巖-火山碎屑巖系被后期二長花崗巖巖株及花崗閃長巖、花崗巖、花崗斑巖巖脈侵入。華日組火山巖-火山碎屑巖系表現出明顯的火山-沉積韻律，總體為：安山質凝灰巖、玄武巖→英安斑巖、流紋巖、中酸性火山角礫巖，反映了火山噴發作用以爆發相火山碎屑巖開始，以噴溢相中酸性熔巖結束，主要為爆發相，次為噴溢相。鐵礦和金礦產于火山旋回上部層位的中酸性火山巖和火山角礫巖中，鐵礦石具有特征的層狀構造(圖3b)，顯示火山-沉積成因。

1.2 侵入巖

研究區主要為中酸性侵入巖，除了西鄰太白二長花崗巖體和東鄰何家莊二長花崗巖體少部分延入區內外，多為二長花崗巖、花崗閃長巖及花崗(斑)巖巖枝，呈北西西向展布，與區域構造方向基本一致，侵入于太陽寺巖組、舒家壩群何家店組以及新解體出的華日組中。

甘肅省地礦局第一地質隊(1996)(12)甘肅省地礦局第一地質隊. 1996. 1∶5萬太白幅地質圖及說明書.獲得研究區西鄰太白二長花崗巖體Rb-Sr等時線年齡為347.9 Ma，將其時代厘定為石炭紀。前人獲得太白二長花崗巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡為221.8±1.5 Ma，認為其形成時代為晚三疊世(任厚洲等， 2014； 王順安等， 2016)。前人資料顯示，研究區幾乎沒有石炭紀巖漿活動的證據，因而將太白二長花崗巖體時代劃為三疊紀更為妥當。陜西省地質調查院(2003)(13)陜西省地質調查院. 2003. 寶雞市幅1∶25萬區域地質調查成果報告.將何家莊二長花崗巖體的時代也厘定為三疊紀。研究區侵入太陽寺巖組、舒家壩群何家店組的二長花崗巖、花崗閃長巖巖枝應屬于與太白和何家莊二長花崗巖相關的侵入體，時代為三疊紀，是秦嶺地區印支期碰撞造山的地質記錄。

圖 1 甘肅省兩當縣解板溝一帶地質礦產簡圖

圖 2 甘肅省兩當縣解板溝地質剖面

圖 3 甘肅兩當解板溝地區火山巖野外和鏡下顯微特征

1.3 區域構造

研究區斷裂構造發育，主要為近東西向或北西西向斷裂和北東向斷裂兩組。早期為近東西向或北西西向斷裂，屬于自北向南的逆沖推覆斷裂系，也是新解體出華日組火山巖-火山碎屑巖系與外圍舒家壩群的邊界斷裂。晚期為北東向斷裂，具有左行走滑性質，切割早期近東西向或北西西向斷裂。

2 樣品特征

本次用于同位素測年的樣品有2件(18HG-1、18HG-2)，均采自甘肅省兩當縣北解板溝鐵礦區(圖1、圖2)，采樣點地理坐標為E106°26′43.05″，N34°1′11.97″。

樣品18HG-1，野外觀察呈灰白色，塊狀構造(圖3c)，局部可見條帶狀構造。鏡下表現為凝灰結構，由晶屑和基質兩部分組成(圖3d)。晶屑主要為酸性斜長石(約3%)和石英(約4%)；基質為微細粒長英質(約40%)和隱晶質(約53%)，具弱絹云母化。鏡下定名為流紋質晶屑凝灰巖。

樣品18HG-2，野外觀察呈灰白-淺褐色，塊狀構造(圖3e)。鏡下具明顯的斑狀結構，由斑晶和基質兩部分組成(圖3f)。斑晶主要為絹云母化斜長石(約15%)和石英(約12%)，石英斑晶邊部遭受熔蝕后呈港灣狀或渾圓狀；基質由微細粒和隱晶質長英質(約73%)組成，發育強烈絹云母化。鏡下定名為英安斑巖。

3 測試方法

鋯石單礦物挑選在西安瑞石地質科技有限公司實驗室完成，將流紋質晶屑凝灰巖(18HG-1)和英安斑巖(18HG-2)樣品破碎至30～50目，通過常規浮選和電磁選方法挑出單顆粒鋯石。

在國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室完成鋯石的透射光、反射光和陰極發光(CL)圖像分析。挑選出表面平整、色澤度和透明度好的鋯石單礦物，將其貼在雙面膠上，用無色透明的環氧樹脂固定在測試樣品靶上。采用JSM-6510A鎢燈絲掃描電鏡和GatanChromal陰極發光儀進行鋯石內部結構顯微照相。

LA-ICP-MS鋯石微區U-Pb年齡測定在國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室完成，優選表面平整、無包裹體或裂隙的鋯石作為LA-ICP-MS的測試點。分析儀器采用德國Coherent公司生產Geolas Pro型ArF準分子激光剝蝕系統(LA)和美國生產的Agilent7700x型四級桿等離子質譜儀(ICP-MS)組合而成。LA-ICP-MS基本原理是將激光微束聚焦于樣品表面使之熔蝕氣化，激光剝蝕束斑直徑約為30 μm，激光剝蝕深度為20～40 μm。再由He氣將樣品微粒送入等離子體中電離經質譜系統過濾，最后用接收器檢測不同荷質比的離子(袁洪林等， 2003； 徐慶勝等， 2014； 李艷廣等， 2015)。

鋯石的同位素比值及元素含量計算采用Glitter(ver4.0， Macquarie University)程序。按照Andersen(2002)的方法進行普通鉛校正，采用Isoplot完成206Pb/238U年齡計算以及諧和圖的繪制(Ludwig， 2003)。

4 測年結果

流紋晶屑質凝灰巖(18HG-1)樣品中的鋯石顆粒較大，粒徑達130 μm×80 μm ～230 μm×120 μm，呈自形-半自形柱狀、短柱狀，鋯石CL圖像顯示具明顯的振蕩環帶結構(圖4a)，Th/U值為0.23～0.78，主體介于0.31～0.63之間(表1)，屬典型的巖漿成因鋯石。經普通鉛校正后鋯石U-Pb同位素有效測試點共24個。鋯石U-Pb諧和圖中，所有測點集中分布于諧和線上或其附近(圖4b)，206Pb/238U表面年齡為208±4～200±4 Ma，諧和年齡為206±5 Ma(MSWD=0.02)，加權平均年齡為204±2 Ma(MSWD =0.22)(圖4b)。諧和年齡和加權平均年齡在誤差范圍內基本一致，206Pb/238U加權平均年齡204±2 Ma代表了流紋質晶屑凝灰巖的原巖形成年齡，表明其形成于晚三疊世。

英安斑巖(18HG-2)樣品中的鋯石粒徑為90 μm×60 μm ～150 μm×80 μm，以自形-半自形柱狀為主(部分殘缺為鋯石挑選中機械破碎所致)，鋯石CL圖像顯示具明顯的振蕩環帶結構(圖5a)，Th/U值為0.30～0.78(表1)，具有典型巖漿成因鋯石特征。鋯石U-Pb同位素測試數據經普通鉛校正后，共17個有效測試點。鋯石U-Pb諧和圖中，所有測點成群分布于諧和線上或其附近(圖5b)，206Pb/238U表面年齡為214±4 ～204±7 Ma，諧和年齡為208±12 Ma(MSWD = 0.01)，206Pb/238U加權平均年齡為209±3 Ma(MSWD=0.22)(圖5b)。諧和年齡和加權平均年齡在誤差范圍內基本一致，206Pb/238U加權平均年齡209±3 Ma代表英安斑巖原巖形成年齡，也屬于晚三疊世。

圖 4 甘肅兩當縣解板溝一帶流紋質晶屑凝灰巖(18HG-1)CL圖像(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)

圖 5 甘肅兩當縣解板溝一帶英安斑巖(18HG-2)CL圖像(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)

5 討論

長期以來，甘肅省兩當縣北分布于太陽寺-石馬池斷裂(區域上相當于舒家壩-娘娘壩-固城鎮斷裂)與栗子坪-左家斷裂(區域上相當于高橋-麻沿河-崖城斷裂)之間、以淺變質細碎屑巖為主的地層被劃為舒家壩群或舒家壩群的何家店組(甘肅省地礦局第一地質隊，1996(14)甘肅省地礦局第一地質隊. 1996. 1∶5萬太白幅地質圖及說明書.； 長安大學地質調查研究院， 2004(15)長安大學地質調查研究院. 2004. 天水市幅1∶25萬區域地質調查成果報告.； 徐學義等， 2014)，時代為中晚泥盆世。本次研究在甘肅省兩當縣解板溝一帶原劃舒家壩群中填繪出一套被斷裂圍限的火山巖-火山碎屑巖系，巖石組合主要為中酸性凝灰巖夾中酸性火山巖及少量中酸性火山角礫巖，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果表明其形成時代為晚三疊世(209～204 Ma)。從其巖石組合和形成時代來看，顯然有別于舒家壩群，應該從原劃舒家壩群中解體。

在區域上，西秦嶺地區晚三疊世火山巖-火山碎屑巖系包括日腦熱組(T3r)和華日組(T3hr)兩個組級巖石地層單位，兩者為整合接觸(青海省地質礦產局， 1997； 甘肅省地質礦產局， 1997)。日腦熱組主要為中基性火山巖夾碎屑巖，少量中酸性火山巖夾碎屑巖；而華日組上部以英安質火山熔巖、角礫巖、英安巖、英安質凝灰巖、集塊巖為主，下部為碎屑巖、火山碎屑巖。結合區域上華日組的巖石組合特征劃分，如李注蒼等(2016)、李注蒼( 2018)將西秦嶺合作市德烏魯東形成時代為226.3±1.1 Ma和231.7±2.1 Ma、巖性總體為一套中酸性火山熔巖和火山角礫巖的地層劃歸華日組，認為甘肅省兩當縣北解板溝一帶新解體出的火山巖-火山碎屑巖系在巖石組合方面與華日組更為接近，因此暫將其劃歸華日組。

原舒家壩群的解體，對西秦嶺地區巖石地層格架的進一步厘定提供了重要的基礎資料。區域上廣泛分布的舒家壩群，由于其內部斷裂構造復雜，不排除還存在其他時代巖石組合的可能，值得今后進一步工作。區域上合作市德烏魯東新劃分出晚三疊世華日組，顯示印支晚期火山活動在西秦嶺的分布范圍可從青海東部斷續延伸至甘肅東部一帶，與西秦嶺廣泛分布的印支末期中酸性侵入巖類共同成為秦嶺造山帶印支期構造運動的重要標志，二者相伴而生，是拉張與擠壓一對矛盾的統一體，互為并存(霍福臣等， 1996)。這一認識對探討秦嶺造山帶地質構造演化史提供了新信息。

研究區分布有眾多鐵礦，如解板溝鐵礦、平梁鐵礦點、紅廟子鐵礦點等，以往被認為是產于舒家壩群中的沉積型鐵礦。舒家壩群的解體改變了這一傳統認識，認為該區鐵礦與華日組火山-沉積作用關系密切，主體形成于中酸性火山作用晚期，礦石礦物以磁鐵礦、磁赤鐵礦為主，次為鏡鐵礦、赤鐵礦，或產于火山韻律上部溢流相中酸性火山巖中，呈似層狀、透鏡狀礦體(圖2)，具層狀構造(圖3b)；或產于近火山口爆發相中酸性火山角礫巖中，鐵礦石充填于火山角礫空隙中(圖3a)，為爆發相火山作用期后火山熱液作用的產物。此外，還有部分金礦(化)體產于火山韻律上部溢流相中酸性火山巖中，為中酸性火山-沉積作用期后熱液活動型金礦，并受到后期左行剪切作用的改造(辛存林等， 2003； 張作衡等， 2004； 劉濤等， 2017)。總之，舒家壩群的解體對重新認識和深入研究該區鐵(金)礦形成地質背景具有重要意義，并可結合本次1∶5萬地質礦產調查圈定的磁異常開展成礦潛力評價和找礦預測。

6 結論

(1) 通過1∶5萬太陽寺幅地質礦產調查，在甘肅兩當縣解板溝一帶原劃舒家壩群分布區新填繪出一套被斷裂圍限的火山巖-火山碎屑巖系，巖石組合為安山質凝灰巖、英安(斑)巖、流紋巖、中酸性凝灰巖及少量玄武巖，局部出露英安質火山角礫巖和流紋質火山角礫巖，與原劃舒家壩群的巖性差異明顯。

(2) LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果顯示，流紋質晶屑凝灰巖206Pb/238U加權平均年齡為204±2 Ma，英安斑巖206Pb/238U加權平均年齡為209±3 Ma，表明該火山巖-火山碎屑巖系形成于晚三疊世。

(3) 依據巖石組合和同位素測年結果，結合區域地質對比，將該套火山巖-火山碎屑巖系從原舒家壩群中解體出來，暫劃歸華日組。

致謝感謝秦嶺成礦帶文康-鳳太地區地質礦產調查二級項目為本次研究野外工作提供了極大的支持與幫助。王欣、陳銳明、莊玉軍、田榮、姜帥輝、張輝、付明慶、郭亞鵬等參加了野外地質調查工作，本文在工作和撰寫過程中得到潘曉萍教授級高工、辜平陽高工等人的指點，在此深表感謝！