复杂地层成因分析和钻探技术研究

■湖北1∶5万火烧坪幅、贺家坪幅、资丘幅、都镇湾幅区域地质调查

项目来源:中国地质调查局国土资源大调查专项

起止时间:2006—2008年

项目负责:赵小明，牛志军（前期），涂兵

主要完成人:赵小明，牛志军，涂兵，王令占，谢国刚，徐安武，曾波夫，彭轲，田洋，李旭兵，李志宏

获奖情况:2012年中国地质调查局优秀图幅一等奖（都镇湾幅）、三等奖（贺家坪幅）

成果概况:调查区位于长江南岸，属长江支流清江流域，地层区划属扬子区黄陵八面山分区黄陵小区，大地构造位置处于扬子陆块南部被动边缘褶冲带。运用现代地质学的有关新理论、新方法、新技术，获得了较丰富的第一手地质资料，为鄂西三峡地区基础地质研究、矿产资源调查、生态环境研究及地方经济建设提供了翔实而系统的地质资料。取得的主要成果如下。

（一）地层学及古生物学

（1）以最新的国际地层表为指南，重新厘定了调查区的地层序列。在前第四纪地层中划分了41个组级岩石地层单位、17个段级岩石地层单位，确定46个正式填图单位、19个非正式填图单位（特殊岩性层），建立完善了调查区多重地层划分与对比系统。

（2）测制多条中下奥陶统综合地层剖面，并重点进行了中下奥陶统界线处的牙形石生物地层研究。依据牙形石属种，自上而下初步建立5个牙形石带:Paroistodus originalis带、Baltoniodus triangularis带、Retterodus andinus带、Oepikodus intermedius带、Oepikodus evae带，牙形石序列与黄花场“金钉子”剖面基本吻合。同时岩石地层、层序地层的对比结果表明，调查区中下奥陶统地层及中下奥陶统界线与黄花场“金钉子”剖面完全可以对比，实现了“金钉子”对比标志作用的区域拓展（图1）。

（3）从生物地层、岩石地层、事件地层角度，对调查区内奥陶系—志留系界线进行了研究，并与宜昌王家湾剖面进行了对比。对比研究结果表明:调查区内缺Dicellograptus complexus带与Demirastrites triangulatus带之间的笔石带，亦未发现赫南特贝腕足动物群的分子。调查区内的奥陶系与志留系之间应为平行不整合接触。本次调查在奥陶系—志留系界线处及界线之上新发现了白色黏土岩层，X衍射分析结果表明其为火山成因，可与宜昌王家湾及上扬子贵州桐梓地区的事件层对比，为高分辨的综合地层对比研究和奥陶纪末的生物绝灭机制的探讨提供了新材料。

（4）在调查区内新发现石炭纪和州组，这是继松滋锈水沟（冯少南等，1984）和长阳三串岭（张仁杰等，2002）之后，鄂西地区第3个和州组出露区。早石炭世地层在中上扬子地区分布局限，在有限的分布区内剥蚀程度也不一致，特别是顶部和州组层位分布极为零星，和州组及下伏的早石炭世地层各地相当层位间岩性组合不同、横向变化快。本次新发现的和州组剖面对探讨鄂西该时期古地理格局及D/C界线的区域对比具有重要意义。

（5）系统总结了调查区各时代岩石地层单位的基本层序、结构类型、接触关系及纵横向变化规律，在南华纪莲沱组与南沱组之间、震旦纪灯影组顶部、寒武纪覃家庙组、寒武—奥陶纪娄山关组顶部、奥陶纪五峰组、泥盆纪云台观组底部、石炭纪大埔组底部及黄龙组顶部、二叠纪吴家坪组上部发现了丰富的暴露标志，识别和划分了Ⅰ型、Ⅱ型层序界面，详细地划分了调查区沉积层序，建立了调查区南华纪—三叠纪岩石地层格架和层序地层格架。

（6）在调查区三友坪一带新发现较好的第四系剖面，并获取了多个年龄数据，分别为晚更新世103.54±8.80ka（BP），104.11±8.85ka（BP），106.16±9.02ka（BP），120.27±10.22ka（BP）及中更新世213.18±18.12ka（BP），为探索第四纪气候变化、新构造活动提供了新材料。

图1　湖北省长阳县中下奥陶统界线处牙形石分布及与宜昌黄花场“金钉子”剖面对比（汪啸风等，2004）

（二）沉积学

（1）查明了调查区奥陶纪庙坡组对应层位以榔坪—堡镇—贺家坪一线为界，存在两种沉积相类型:界线以北为灰岩型，界线以南为泥岩型。

（2）查明志留纪罗惹坪组底界在调查区内存在碳酸盐岩型和碎屑岩型两种沉积类型，其分布基本以榔坪—堡镇—东流溪一线为界。界线以北为粉砂岩、粉砂质泥岩等碎屑岩型，界线以南为亮晶生物屑灰岩、泥晶灰岩等碳酸盐岩型。这为研究鄂西地区志留纪古地理格局提供了新的素材。

（3）查明了鄂西地区晚二叠世长兴期碳酸盐岩型吴家坪组和硅质岩型大隆组两者的分布范围和沉积分异界线，表明二叠纪晚期调查区存在以火烧坪—鸭子口—齐头山一线为中心、南北分异的古地理格局，为研究鄂西二叠纪古北西向构造演化提供了重要材料。

（4）对早三叠世大冶组、嘉陵江组中的特殊沉积和遗迹化石进行了系统研究，从沉积学、沉积地球化学、古遗迹学角度对早三叠世生物复苏这一地学前沿领域进行了探索，提出:古生代与中生代之交的一系列突发事件造成了当时全球海洋物理化学环境的剧变，环境的剧变导致生物的绝灭、古生代生态系崩溃、特殊或非正常沉积泛滥；随着早三叠世环境不断改善，生物逐渐复苏，中生代生态系建立逐渐完成，特殊沉积退出地质历史记录。从地球系统科学角度，初步建立了沉积体系转变、生态系更替、海洋环境突变间的耦合关系。

（5）详细地研究了调查区各时代地层岩石类型和特征，对各时代地层进行了详细的沉积环境分析，划分出大陆、过渡和海洋3大沉积相区、25种沉积相类型和4种事件沉积。在海洋相区中又划分出无障壁海岸和障壁海岸两种海相沉积相型系列；并根据沉积岩类型、沉积相类型及实测连续沉积地层剖面中不同沉积相类型的相邻关系，建立了3种沉积相模式，对于研究三峡地区震旦系—三叠系下统的沉积特征和寻找沉积—层控矿产有所裨益。

（6）选择南华纪莲沱组/南沱组、震旦系/寒武系、泥盆系/石炭系、二叠系/三叠系等重点层位，进行了沉积地球化学的详细研究，分析了沉积环境和成矿背景。

（三）构造学及新构造

（1）查明了调查区主要褶皱和断裂构造的变形特征、活动期次、形成时间、力学性质、复合关系及调查区西侧短轴背斜的形成机制，阐明了调查区构造形成、演化历史，划分了构造变形阶段。

（2）在以近东西向褶皱为主的调查区，后期亦遭受了近南北向构造的明显叠加，形成多个近南北向短轴状背、向斜构造。反映了弧形构造的形成演化经历了明显的两期构造叠加，记录了地处华南的三峡地区动力体制从特提斯构造域向滨太平洋构造域的转换。

（3）在以近东西向和近南北向断裂为主的调查区，断裂构造均以高角度为主，主要具有两期活动。其中近东西向断层早期为逆断层性质，晚期为平移断层性质，近南北向断层早、晚期活动性质则相反。各方向断裂均具有一定的新构造活动，其中北北西向表现最强。新发现了下青林口断裂、贺家坪断裂等多条规模较大的都镇湾断裂分支断层，与都镇湾断裂沿线地震分布有密切关系，具有重要的新构造意义。

（4）系统地从夷平面、层状溶洞、河流阶地、断裂活动及地震与地壳形变等多个方面对调查区新构造运动特点进行了总结。在火烧坪大麻岭一带海拔1 770m高度古土壤的发现以及火烧坪溶丘上河流相砾石层的发现，指示了这一高度的地貌面可能经历了准平原的发育阶段。而对多层溶洞和多级河流阶地的实地调查及系统总结，表明新构造运动表现为地壳整体间歇性抬升。

（5）对调查区及外围活动断裂及滑坡同位素测试年龄做了系统统计分析对比，发现后者活跃期与前者相比具有明显的滞后性，表明断裂活动除直接导致滑坡等地质灾害外，更主要的是为地质灾害的发生奠定先决条件。

（四）矿产

（1）完成水系沉积物测量620km²，在贺家坪幅圈定了地球化学异常27处，都镇湾幅圈定了化学异常18处。通过异常查证，新发现铅锌矿化点1处，钒钼矿化点1处。编制了单元素水系沉积物异常图、综合异常图。

（2）新确定调查区内两个铅锌矿矿源层:一是都镇湾幅白竹岭一带寒武纪牛蹄塘组底部的硅质磷块岩层，二是贺家坪幅学堂坳一带寒武纪天河板组下部的白云质条带泥晶灰岩层。

（3）系统总结了调查区地层的含矿性和成矿规律，划分了3个成矿远景区:“扬子型”铅锌矿含矿有利层位对应于震旦纪灯影组，寒武纪天河板组、娄山关组；宁乡式铁矿含矿有利层位对应于泥盆纪黄家磴组、写经寺组；沉积型煤矿含矿有利层位对应于二叠纪梁山组、龙潭组；低温热液型汞矿含矿有利层位对应于震旦纪灯影组；镍、钼、钒矿含矿有利层位为震旦纪陡山沱组、寒武纪牛蹄塘组黑色岩系，并编制了地质矿产图。

（五）环境地质

（1）通过实地调查和系统总结，调查区内各类地质灾害点共计224处，其中滑坡179处、崩塌25处、不稳定斜坡5处、危岩体11处、泥石流4处。

（2）系统地总结了调查区地质灾害类型、空间分布及形成条件，研究了其与地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体结构、降雨、地震、河流侵蚀、人类活动等因素的关系；对灾害点的形成因素和稳定性进行了评价。

（牛志军　赵小明　编）