內(nèi)蒙古大興安嶺中南段二疊系礫巖段的發(fā)現(xiàn)及其意義

王志民 曲洪祥 劉 杰 秦越強(qiáng) 祝曉松 孫宇飛郭長(zhǎng)義 賈 彬 龔照程 柴晨暉 毛 雄 高文勃

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)黃金第四支隊(duì)；2.遼寧省地質(zhì)勘查院)

研究區(qū)位于大興安嶺中南段，屬內(nèi)蒙古興安盟科爾沁右翼前旗管轄。該區(qū)自二疊紀(jì)以來(lái)，地層多可見(jiàn)及，尤其是中生代火山地層更為發(fā)育，基本構(gòu)成了大興安嶺的主體。區(qū)內(nèi)中生代火山地層劃分與對(duì)比問(wèn)題，學(xué)術(shù)界已基本達(dá)成共識(shí)，但由于二疊紀(jì)地層遭受后期變質(zhì)變形作用的改造，或呈構(gòu)造巖片產(chǎn)出，致使該套地層層序、覆伏地層接觸關(guān)系不清，如大石寨組，其厚度可達(dá)6 034 m[1-2]，但根據(jù)《索倫鎮(zhèn)1∶25萬(wàn) 區(qū)調(diào)報(bào)告》，該地質(zhì)剖面厚度被修測(cè)為6 425.3 m。總之，大石寨組是本區(qū)較為復(fù)雜、爭(zhēng)議較多的地層之一。2015—2017年，武警黃金第四支隊(duì)在開(kāi)展復(fù)興屯等4幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時(shí)，于科右前旗樹(shù)木溝原大石寨組下部，首次發(fā)現(xiàn)了一套灰白色厚層硅化變質(zhì)不等礫復(fù)成分礫巖(以下稱為礫巖段)，未見(jiàn)底。目前，區(qū)域上將發(fā)育于原大石寨組下部的一套不含火山巖的變質(zhì)碎屑巖地層稱為壽山溝組，因其發(fā)育于大石寨組火山巖下部，故暫將原大石寨組下部礫巖段厘定為壽山溝組。后經(jīng)多次實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)該礫巖段中的礫石多為糜棱巖化變質(zhì)火山巖質(zhì)、千枚巖質(zhì)及板巖質(zhì)，其礫石成分多與大石寨組的巖石組合相近，且其地球化學(xué)特征及碎屑鋯石U-Pb年齡均顯示出與大石寨組有親緣關(guān)系，其礫巖段的物源區(qū)應(yīng)主要來(lái)自于大石寨組(剝蝕區(qū))，同時(shí)發(fā)現(xiàn)大石寨組火山巖逆沖推覆于礫巖段之上，說(shuō)明該礫巖段形成的地質(zhì)時(shí)代應(yīng)晚于大石寨期。因此，該礫巖段不屬于壽山溝組，也不宜劃歸大石寨組，故暫將該礫巖段置于中二疊統(tǒng)哲斯組，是因?yàn)榈[巖段以南700 m處分布有哲斯組灰?guī)r和變質(zhì)砂巖，并且其中灰?guī)r碳氧同位素對(duì)比曲線顯示為中二疊世。2016—2018年，武警黃金第四支隊(duì)在開(kāi)展特莫牧場(chǎng)等4幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時(shí)，于索倫鎮(zhèn)洮河南岸吉拉斯臺(tái)原滿克頭鄂博組(1∶20萬(wàn)、1∶25萬(wàn)區(qū)調(diào)地質(zhì)圖)中，也發(fā)現(xiàn)了一套板巖與礫巖組合的地層(面積小于1 km2)，其板巖特征與臨幅(索倫鎮(zhèn)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)圖)上二疊統(tǒng)林西組板巖相同，其板巖下部為一套灰白色硅化不等礫復(fù)成分礫巖，與上覆板巖為整合接觸，未見(jiàn)底。本研究通過(guò)對(duì)地層剖面、接觸關(guān)系、區(qū)域地層對(duì)比及同位素測(cè)年進(jìn)行研究，認(rèn)為研究區(qū)二疊系礫巖段應(yīng)屬上二疊統(tǒng)林西組下部層位。

1 林西組特征

研究區(qū)屬于前中生代時(shí)期，地層區(qū)劃屬北疆—興安地層大區(qū)、興安地層區(qū)、烏蘭浩特—哈爾濱地層分區(qū)，區(qū)內(nèi)僅出露石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層[3]。研究區(qū)林西組分布較局限，多被中生代地層覆蓋，總體呈NE向斷續(xù)分布。巖性可分為下、上2個(gè)部分，下部巖性為一套灰黑色板巖、灰綠色粉砂巖夾灰綠色變質(zhì)中細(xì)粒砂巖的細(xì)碎屑巖組合，局部可見(jiàn)灰白色硅化不等礫復(fù)成分礫巖層(本研究稱之為礫巖段或稱林西組一段)；上部巖性為黃綠色變質(zhì)砂礫巖、雜砂巖、變質(zhì)粉砂巖及板巖互層，顆粒粗，顏色淺，未見(jiàn)頂、底層位，上多被中生代火山地層不整合覆蓋，古生物化石以陸相植物為主，且種屬單調(diào)。研究區(qū)林西組厚度為47～988 m。

由科右前旗樹(shù)木溝二疊系林西組(P3l)礫巖段實(shí)測(cè)地層剖面(PM14)分析可知，林西組礫巖段主要巖性為厚層變質(zhì)復(fù)成分礫巖夾變質(zhì)長(zhǎng)石雜砂巖透鏡體以及厚層凝灰質(zhì)含礫粗粒長(zhǎng)石巖屑雜砂巖。礫石成分復(fù)雜，主要為糜棱巖化流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r質(zhì)、糜棱巖化凝灰質(zhì)長(zhǎng)石砂巖質(zhì)、基性脈巖質(zhì)、次生石英巖質(zhì)及含礫變質(zhì)雜砂巖質(zhì)。礫石磨圓度較好，球度較高，大小混雜，礫徑一般為50～150 mm，含量為30%～45%；礫徑大者可達(dá)200～450 mm，含量約15%；填隙物為中細(xì)礫及砂，含量為20%～35%。少量礫石為千枚巖質(zhì)、板巖質(zhì)及角巖質(zhì)，呈棱角狀—次棱角狀，礫徑多為2～37 mm，含量約5%。礫巖多呈塊狀堆積，少量略顯層理。巖石多已硅化，局部硅化強(qiáng)者礫石與“圍巖”界線不清，細(xì)砂巖可見(jiàn)糜棱巖化。礫石的變形變質(zhì)線理產(chǎn)狀無(wú)規(guī)律性，且與填隙物的變形變質(zhì)線理不協(xié)調(diào)，表明在該礫巖段成巖之前，蝕源區(qū)地層已經(jīng)歷了變形變質(zhì)作用，其礫石應(yīng)屬早期變形變質(zhì)作用形成的產(chǎn)物。礫巖段上覆地層為大石寨組灰白色糜棱巖化流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r，兩者為逆沖斷層接觸。根據(jù)PM14剖面，林西組礫巖段厚度大于47.2 m。

由科右前旗索倫鎮(zhèn)吉拉斯臺(tái)上二疊統(tǒng)林西組(P3l)實(shí)測(cè)地層剖面(MP22)分析可知，林西組礫巖段(P3l1)主要巖性為變質(zhì)不等礫復(fù)成分礫巖夾變質(zhì)長(zhǎng)石雜砂巖透鏡體。礫石成分復(fù)雜，主要為糜棱巖化花崗巖質(zhì)(圖1)、糜棱巖化花崗閃長(zhǎng)巖質(zhì)，少量礫石為基性脈巖質(zhì)、板巖質(zhì)和變質(zhì)砂巖質(zhì)。礫石磨圓度較好，球度較高。板巖質(zhì)礫石呈棱角狀，大小混雜。礫石礫徑一般為100～230 mm，含量為35～55%；大者粒徑可達(dá)370 mm以上，含量約15%。填隙物為中細(xì)礫及砂，含量為20%～35%。變質(zhì)復(fù)成分礫巖多呈塊狀堆積(圖2)，少量礫石略顯定向，或呈疊瓦狀排列。礫巖段以含礫砂巖與林西組板巖段分界，兩者巖性呈漸變過(guò)渡關(guān)系，為整合接觸。礫巖段底部為花崗斑巖侵入，未見(jiàn)底。據(jù)MP22剖面，林西組礫巖段(P3l1)厚度大于71.9 m。林西組板巖段(P3l2)主要巖性為灰黑色碳質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖夾灰白色薄層長(zhǎng)石雜砂巖，上覆地層為侏羅系瑪尼吐組(J3mn)灰色安山巖，兩者為斷層接觸。根據(jù)MP22剖面，林西組板巖段(P3l2)厚度大于87.9 m。

2 沉積環(huán)境與構(gòu)造演化

依據(jù)林西組巖性組合、古生物化石特征，其沉積環(huán)境主要為淡水瀉湖相，少量發(fā)育河流相和沖積扇相。晚古生代時(shí)期，研究區(qū)處于華北板塊與西伯利亞兩大板塊的匯聚帶，即西伯利亞板塊南緣增生帶與華北板塊北緣增生帶的交匯處。于中二疊世中晚期，兩大板塊已基本完成對(duì)接，形成了以發(fā)育灰?guī)r為特征的哲斯組，其中產(chǎn)有豐富的苔蘚蟲(chóng)、珊瑚及蜓類海相化石，反映了該期地殼為較穩(wěn)定的海相沉積環(huán)境，以出現(xiàn)雛形碳酸巖臺(tái)地為標(biāo)志。當(dāng)研究區(qū)進(jìn)入晚二疊世(早林西期)時(shí)，兩大板塊再次碰撞對(duì)接，地殼快速隆升海水退出，此時(shí)已進(jìn)入陸相沉積環(huán)境演化階段，局部出現(xiàn)了沖積扇相及河流相沉積，形成了林西組礫巖段。中林西期，由殘留海盆演化為“瀉湖群”，水體較深且分布廣泛的淡水瀉湖相，水體多為較平靜的還原環(huán)境，巖系以顏色深、碎屑粒度細(xì)、水平層理和鐵質(zhì)結(jié)核發(fā)育為特征[4-6]。晚林西期，由于地殼持續(xù)地抬升，水體變淺、范圍縮小，沉積環(huán)境多為陸緣湖泊相，在陸源碎屑物補(bǔ)給充分的環(huán)境中，形成了厚層狀的粗碎屑巖建造，以顏色較淺、碎屑粒度粗，見(jiàn)有大量植物化石且種屬單調(diào)。林西期總體上代表了水體逐漸變淺的過(guò)程。

圖1 礫巖中的糜棱巖化花崗巖質(zhì)

圖2 塊狀堆積的復(fù)成分礫巖

種種跡象表明，兩大板塊并非一次性對(duì)接完成，至少經(jīng)歷了2次。第1次對(duì)接發(fā)生于石炭紀(jì)—二疊紀(jì)，以出現(xiàn)大石寨組火山巖(距今297～312 Ma)為表征，同時(shí)伴有巖漿侵入活動(dòng)，本研究認(rèn)為是一次“熱對(duì)接”；第2次碰撞對(duì)接當(dāng)發(fā)生于中、晚二疊世之間，以發(fā)育擠壓型磨拉石建造[7]為標(biāo)志，形成了林西組礫巖段，區(qū)內(nèi)至今尚未發(fā)現(xiàn)該期的巖漿活動(dòng)跡象，本研究稱其為“冷對(duì)接”。

3 林西組礫巖段地質(zhì)年代

本研究在開(kāi)展特莫牧場(chǎng)等4幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作中，經(jīng)過(guò)林西組礫巖段變質(zhì)長(zhǎng)石砂巖碎屑鋯石U-Pb同位素測(cè)年，認(rèn)為其年齡集中于距今321 Ma左右，最新年齡為283 Ma；在開(kāi)展復(fù)興屯等4幅1∶5區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作中，經(jīng)過(guò)變質(zhì)砂巖碎屑鋯石U-Pb同位素測(cè)年，年齡集中于300 Ma，最新260 Ma，大致與大石寨組同位素年齡(302 Ma)相近，反映了礫巖段碎屑鋯石主要來(lái)源于大石寨組。另?yè)?jù)礫巖段中礫石多見(jiàn)有大石寨組糜棱巖化變質(zhì)火山巖、千枚巖，說(shuō)明其形成時(shí)代應(yīng)晚于早二疊世大石寨組，故其礫巖段或?qū)僦卸B世哲斯組或?qū)偻矶B世林西組[8-12]，而哲斯組為海相形成的產(chǎn)物，因此該套礫巖段僅能屬于林西組，形成時(shí)代應(yīng)為晚二疊世。

4 林西組區(qū)域?qū)Ρ?/h2>

研究區(qū)林西組巖性組合相對(duì)較穩(wěn)定，總體上為一套灰黑色碳質(zhì)、泥質(zhì)、砂質(zhì)板巖夾灰黃色薄層細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，上部粒度漸粗，砂巖夾層增多。研究區(qū)該組總體表現(xiàn)為東部厚度(內(nèi)蒙古扎賚特旗巴彥套海，厚度大于988 m)大于西部(科爾右翼前旗，厚度47～531 m)的特征(圖3)。而在西部區(qū)，于該組底部首次發(fā)現(xiàn)了礫巖段，礫巖成分較復(fù)雜，嚴(yán)格受物源區(qū)巖性控制，主要為沖積扇相沉積，未見(jiàn)底。造成東、西地區(qū)厚度差異的主要原因可能是受兩板塊對(duì)接帶的影響，兩板塊對(duì)接帶大致位于科爾右翼前旗大石寨鎮(zhèn)與阿爾山市五叉溝林業(yè)局之間，總體走向NE，帶寬50～80 km，該對(duì)接帶可能大致相當(dāng)于目前所稱的賀根山斷裂帶位置。林西組礫巖段恰好位于該帶南東側(cè)，呈NE向線狀展布，說(shuō)明兩板塊于中二疊世末期再次碰撞對(duì)接，致使相對(duì)隆起區(qū)(大石寨鎮(zhèn)以東地區(qū))被快速剝蝕，就近堆積了擠壓型磨拉石建造[7]，為沖積扇相形成了林西組礫巖段。

圖3 研究區(qū)林西組區(qū)域?qū)Ρ?/p>

此外，近年來(lái)在內(nèi)蒙古扎蘭屯市蘑菇氣和黑龍江龍江地區(qū)二疊紀(jì)地層中也分別發(fā)現(xiàn)了一套復(fù)成分礫巖[13]，礫石成分為哲斯組灰?guī)r質(zhì)(含量90%)，少量為泥灰?guī)r質(zhì)和紫色礫巖質(zhì)。尤其是蘑菇氣一帶礫巖段更為發(fā)育，出露厚度大于1 000 m，夾多層含礫砂巖和粗砂巖，其中砂巖孢粉分析顯示其地質(zhì)年代為晚二疊世。推測(cè)該套礫巖形成的構(gòu)造環(huán)境為該區(qū)中二疊世末碰撞后伸展構(gòu)造的反轉(zhuǎn)，沉積環(huán)境由海相轉(zhuǎn)為陸相，為晚二疊世陸相湖盆沉積的一套擠壓型磨拉石建造，該礫巖段相當(dāng)于林西組下部層位。綜上分析，該套礫巖段產(chǎn)出層位、沉積環(huán)境及其代表的地質(zhì)年代特征，基本可與研究區(qū)林西組礫巖段進(jìn)行對(duì)比，均為林西組下部層位。

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)二疊系礫巖段應(yīng)屬上二疊統(tǒng)林西組，林西組巖性組合相對(duì)穩(wěn)定，總體為一套灰黑色碳質(zhì)、泥質(zhì)、砂質(zhì)板巖夾灰黃色薄層細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境由海相(哲斯組)轉(zhuǎn)為陸相(林西組)，其中，林西組礫巖段的形成環(huán)境主要為沖積扇相，少量為河流相。

(2)林西組礫巖段是華北板塊與西伯利亞兩大板塊再次對(duì)接碰撞后伸展構(gòu)造反轉(zhuǎn)期形成的產(chǎn)物，是研究區(qū)二疊紀(jì)沉積環(huán)境由海相組轉(zhuǎn)為陸相組的重要標(biāo)志之一。