豫西地区秦岭造山带武当群火山岩和沉积岩锆石U-Pb年龄

在南秦岭地体中广泛分布着武当群变质沉积—火山岩组合的基底岩石,是东秦岭造山带重要的岩石单元,但对其形成时代的认识存在分歧。笔者通过对豫西地区武当地体北部武当群上部杨坪组变质沉积岩和下部双台组变质中酸性火山岩锆石U-Pb年龄的测定,认为杨坪组变质沉积岩沉积物源主要由晚元古代(860～640Ma)和早元古代(2260～1800Ma)、少量晚太古代和中元古代地壳物质构成,与扬子陆块具有亲缘关系。沉积时代应晚于640Ma。变质中酸性火山岩形成时代为730～780Ma之间,峰值(755±6)Ma,与双台组新元古代变质基性火山岩为同期岩浆作用的产物,成因上推测与Rodinia超大陆裂解作用有关。

武当群变质岩年龄

出露于湖北省西北部武当群的形成年龄长期争论。本文报道了采自湖北省十堰市北、武当山太子坡和房县土城的武当群变质火山岩样品的Sm-Nd、Rb-Sr年龄测定结果。原划武当群可能由两部分变质火山岩组成。一部分变质火山岩原岩形成于1927Ma左右,火山岩物质来自于类似MORB地幔源区,岩石形成过程中未见明显地壳物质污染,是真正武当群;另一部分变质火山岩原岩形成于1175～871Ma间,和耀岭河群、郧西群变质火山岩原岩形成年龄类似,岩石同位素组成也有亲缘性。在复杂地质作用地区地层时代研究中,如果从少量Nd同位素研究入手可能会收到好的效果。

豫西地区秦岭造山带武当群Nd-Hf同位素组成及其物源特征

武当群变质沉积-火山岩组合是南秦岭地体中重要的基底岩石,其形成时代和地球化学特征可以为理解秦岭造山带的构造演化提供重要的证据。本文报道豫西地区武当群上部沉积岩和下部中-酸性火山岩Sm-Nd同位素和锆石Lu-Hf同位素组成,探讨火山岩成因和沉积岩物源的同位素特征。上部沉积岩的碎屑锆石初始ε_(Hf)值变化在-30～+10之间,对应的模式年龄值t_(DM2)在1.0Ga至3.2Ga之间,初始ε_(Nd)值在-4.0至-6.0之间。沉积物源表现为主要与扬子陆块有亲缘关系的地壳物质和近源的下部火山岩混合的特征。火山岩的锆石初始ε_(Hf)值变化在-35～+15之间,对应的模式年龄值t_(DM2)在0.8Ga至3.5Ga之间,集中于1.5～1.8Ga和2.2～2.4Ga两个峰值。2个变质石英角斑岩样品初始ε_(Nd)值分别为-9.2和-10.7,而报道的湖北武当群的玄武-安山质熔岩的初始ε_(Nd)值以正值为主。因此,武当群不同类型的火山岩可能存在着成因差异。具有低初始ε_(Nd)值和ε_(Hf)值特征的火山岩可能由地壳物质的重熔而形成的;有些火山岩具有初始ε_(Hf)值变化范围较大(-35～+15)或正初始ε_(Nd)值的特点,可能是壳、幔物质混合成因,有显著的幔源或新生地壳物质的贡献。武当群Nd-Hf同位素组成和碎屑锆石年龄分布特征表明,与扬子陆块有亲缘关系的南秦岭地体在元古代期间可能经历多期地壳增生和再造作用。

关于武当群的几点思考

武当群变沉积岩组和变火山岩组形成时代差别较大 ,变形变质特征明显不同 ;“界牌垭砾岩”具有底砾岩特点。由此推测 ,二者之间可能为角度不整合接触。因此 ,武当群不能作为一个独立的地层单位 ,在今后的工作中 ,应当考虑将其解体的方案。

基于修正Q值的武当群片岩岩体质量分级方法研究

地下工程建设中经常会遇到地质背景条件特殊的围岩,需要建立与之相适应的岩体质量分级方法。文章结合Q分级方法的特点和不足,以鄂西北地区武当群片岩为例,分析了武当群片岩水敏性、各向异性、构造偏压、水平构造应力等特征;并在此基础上提出了考虑岩块强度、岩体完整性、地下水、地应力、片理面产状等因素的修正Q分级方法,得到了以地下水(出露情况、水压)、地应力(大小、与洞室轴线夹角)、片理倾角等为修正系数的Q′分级方法的计算公式。以十房高速通省隧道为例进行分析验证,分级结果与围岩的实际质量等级基本一致。研究结果可为复杂工程岩体质量分级方法的建立提供参考。

鄂西北武当群片岩隧道围岩分级标准探讨

针对鄂西北地区武当群片岩分布广、地质条件复杂多变给隧道工程建设带来较大困难,基于十白、谷竹等高速公路50余座隧道施工阶段的地质调查资料及已有成果,通过分析武当群片岩的地质特征及岩石力学特性,研究了基本质量指标修正值围岩分级法对武当群片岩的适用性,指出在围岩分级过程中应考虑片岩的水敏性和各向异性的影响,并利用地质调查统计及数值模拟计算等手段得出考虑片岩水敏性和各向异性影响的围岩分级修正方法。

南秦岭武当群锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义

武当群是南秦岭基底岩系的重要组成部分,对其时代及构造性质的研究,对认识南秦岭早期地质演化历史及其与扬子板块新元古代的相互关系具有重要的意义。目前,武当群的时代归属、划分对比还存在较大争议。本文对采自南秦岭西峡-内乡和陨西地区武当群4件变质酸性火山岩及1件侵入武当群的花岗斑岩样品进行了锆石SHRIMP U-Pb同位素定年,其中采自西峡-内乡接近武当群底部的1件火山岩样品的年龄为802±13 Ma,这一年龄可代表武当群底部地层的时代;采自该群中上部的3件火山岩样品,年龄分别为725±9 Ma、732±6 Ma和725±7Ma;1件侵入武当群的花岗斑岩样品的年龄为703±5 Ma。根据上述结果,结合前人对武当群的研究资料,确定武当群的形成时代为810~720 Ma,相当于扬子地台板溪群;介于武当群与震旦系之间的耀岭河群可与南华系对比。

武当群的构造特征及其演化

位于南秦岭造山带的武当群为构造堆垛的变沉积岩和由变火山岩组成的褶叠岩系，具圈层性变形特征，显示出在分层剪切作用下形成不同层次的顺层滑脱剪切带，代表了印支期前的变形特征。印支期碰撞造山作用产生的ｂ型褶皱和韧—脆性及脆性剪切带，分别反映了该区地壳不同发展时期的变形效应，最终形成武当巨型推覆体。

武当群成岩年龄新资料兼讨论

武当群现有同位素年龄资料４８件，但对这些测试成果地质意义的解释有些混乱。作者通过对武当群的所有年龄测定数据重新作了综合分析之后认为：１．变酸性火山岩的下限年龄大于１９００Ｍａ；２．单颗粒锆石获得郧西群年龄为１５２７Ｍａ，表明该群应相当于武当群中的上部地层；３．变基性火山岩年龄大于１７００Ｍａ；４．变沉积岩的底界年龄小于１２５０Ｍａ；５．变火山岩的年龄间隔在１９００─１２００Ｍａ，而变沉积岩的年龄时限为１０００─８００Ｍａ。

扬子北缘南华系武当群锆石U-Pb年龄:对扬子北缘南华纪裂解模式的启示

扬子北缘出露的武当群是南秦岭地区最重要的基底组成物质,记录了南秦岭最古老的物质信息。为探讨扬子北缘南华纪的地层序列与裂谷演化模式,对湖北随州地区武当群典型剖面上的碎屑岩和火山岩进行锆石U-Pb测年,确定了武当群的沉积层序,并结合武当、随州地区的武当群锆石年龄,认为武当地区武当群年龄较随州地区老30 Ma左右,显示扬子北缘的南华纪裂谷具有自西向东逐渐打开的“剪刀式”裂解特征。武当群碎屑锆石主要峰值年龄为722 Ma、759 Ma、820 Ma、2014 Ma和2445 Ma,与扬子陆块碎屑锆石的峰值具有较好的对应,指示了武当群与扬子陆块强烈的亲缘性,峰值2014 Ma则反映武当群可能有来自桐柏—大别地区的物源信息;722~759 Ma的峰值代表扬子北缘南华纪早期裂解最强烈的时期,该裂解事件可能是扬子北缘Rodinia超大陆裂解过程的体现。

武当群地层划分与时代归属

武当群出露广泛,厚度达万余米,为一套酸性火山喷发—碎屑沉积岩系,多期变形特征明显,变质程度达绿片岩相。本文根据火山喷发旋回和沉积韵律性特征,建立地层层序,划分为三大岩组,自下而上为姚坪组、杨坪组和双台组,并进一步划分十二个亚组。通过上覆地层时代及不整合关系,武当群所含疑源类组合与同位素年代学资料解析,其形成年代在1400～1044Ma之间,相当于中元古代,可归属于蓟县系。

基于武当群片岩各向异性试验的隧道围岩变形机理分析

针对通省隧道拱顶出现纵向裂缝、拱肩钢拱架被剪断等变形破坏问题,文章考虑武当群片岩各向异性特点,基于波速试验、单轴压缩与三轴压缩试验,结合围岩变形特征调查与数值模拟试验,分析了武当群片岩试样应力-应变曲线特征与破坏形态特征,建立了弹性模量、泊松比、抗压强度随片理倾角从0°~45°~90°变化时的对应关系,提出了隧道围岩破坏模式,总结了隧道围岩变形机理。研究结果表明:武当群片岩各向异性在隧道围岩变形破坏过程中起到了控制性作用;非对称模式为隧道围岩主要破坏模式;当隧道围岩最大剪应力与片理空间关系不利时,围岩沿片理面发生剪切破坏。研究结果对武当群片岩区域在建或拟建地下工程的现场设计、施工开挖具有重要的指导意义。

鄂西北武当群变质岩中绿泥石的初步研究

鄂西北武当群变质岩中的绿泥石经成份分析确定为密绿泥石,但分属正光性和负光性。它们不仅具有不同的光学性质,而且具有不同的成份特点和不同的产状。它们虽然都形成于低温高压变质条件,但形成的温度有差别,负光性绿泥石比正光性绿泥石形成的温度要更低些。

武当群片岩物理力学特性试验研究

通省隧道是十(堰)房(县)高速公路的控制性工程,隧道建设期间不同程度地遇到了纵向裂缝、钢拱架被剪断等变形破坏问题,这些问题的出现与该地区分布的武当群片岩具有的特殊物理力学特性密切相关。为弄清该类片岩的特性,选取通省隧道掌子面的武当群片岩,对其进行室内X衍射矿物分析、物性试验、三种片理倾角(0°、45°、90°)的力学试验。

鄂西北武当群矿物学特征及变质作用研究

鄂西北武当群变质矿物有钠长石、微斜长石、石榴石、角闪石、黑云母、白云母、绿泥石、黑硬绿泥石、红帘石等，它们形成于低温高压变质条件、分属绿片岩相和绿帘角闪岩相；绿片岩相形成温度为３２５～３５０℃，绿帝角闪岩相形成压力４～７ｋｂ，整个武当群变质岩系属高压变质相系。

武当群上部变沉积岩组时代归属问题:单锆石U-Pb年龄的制约

武当群主要分布在南秦岭武当地块中部,下部为变火山岩组,上部为变沉积岩组。目前认为上部变沉积岩组成岩年龄为1000—1200Ma,属中元古代。从上部变沉积岩组凝灰岩夹层中获得5颗锆石进行了U-Pb法年龄测定,结果显示时代为(744±36)Ma,结合古生物及地层研究成果,认为测定的这组年龄值代表了武当岩群上部变沉积岩组的成岩时间为南华纪。

武当群片岩隧道围岩变形破坏机理研究

围岩的变形破坏一直是隧道研究的热点问题,弄清围岩的变形破坏机理是解决该类问题的关键。依托在建的通省隧道,在调查隧道区工程地质条件及典型围岩变形破坏特征的基础上,分析围岩的变形破坏模式,探讨围岩的变形破坏机理。研究结果表明,围岩变形破坏归纳为对称模式、非对称模式两种。对称模式下,围岩应力、位移、塑性区呈关于水平面对称的分布形式;非对称模式下,洞周环向应力的量值会增大约15%,应力、位移、塑性区的分布将会发生偏转。围岩变形破坏机理总结为,不同的片理倾角导致了不同的洞周环向应力的量值和分布,而洞周环向应力分布又与片理呈现出一定的交切关系,形成了两种变形破坏模式。

鄂北耿集-板桥地区新元古代变火山岩系地层归属——来自锆石U-Pb测年、Hf同位素的证据

扬子克拉通北缘、鄂北枣阳市耿集-板桥地区震旦系—奥陶系中相间出露两套变火山岩系,其地层归属存在武当群和花山群的争议且长期缺乏深入研究。耿集-板桥地区野外调查、变火山岩系LA-ICPMS锆石U-Pb测年、Lu-Hf同位素分析结果表明:耿集地区变火山岩系主要为浅灰色、灰白色变酸性含砾晶屑岩屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、玻屑凝灰岩、粉砂岩,与打鼓石群硅质条带叠层石白云岩共生,其中变酸性晶屑凝灰岩锆石年龄为821.7 Ma、ε_(Hf)(t)值为-2.44~9.70,其可能是扬子克拉通前南华纪基底青白口系花山群组成部分;板桥地区变火山岩系主要由灰白色变酸性晶屑岩屑凝灰岩、火山凝灰岩、酸性火山岩、粉砂岩组成,内部发育大量基性侵入岩,其中变酸性火山岩锆石年龄为741.2 Ma,ε_(Hf)(t)值为4.62~9.56,其应归属为南秦岭造山带南华系武当群,可能是印支期逆冲到扬子克拉通盖层上的残块。

推覆构造区变质片岩隧道塌方、涌水特征及地质成因分析

隧道塌方、涌水往往发生在地质条件差的地段,有必要从地质角度研究该类灾害发生机制。文章以十房高速(十堰—房县)通省隧道塌方、涌水为例,分析了灾害发生过程,归纳总结了其典型的围岩大变形—塌方—涌水—突泥四阶段特征。在此基础上,结合隧道地质条件分析、隧洞内及地表地质调查、TRT探测等,从工程地质和水文地质角度探讨了隧道塌方、涌水灾害机理,认为主要有四个方面的原因:(1)隧道穿越压性断层破碎带,断层破碎带由含水破碎岩块及粘土构成,直接导致隧道开挖后塌方、涌水、突泥的发生;(2)推覆构造导致围岩呈层状-碎裂结构;(3)片岩中粘土矿物含量较高,遇水易泥化;(4)断层破碎带中含有承压地下水。最后,提出了加强超前地质预报及地质分析等风险规避建议,研究结果可为同类工程提供借鉴。