大興安嶺克什克騰旗二疊系中統(tǒng)哲斯組巖石地層及形成環(huán)境

徐永　張磊　李好斌　張忠　賈戈

［關(guān)鍵詞］哲斯組；化石；二疊系中統(tǒng)；沉積旋回；大興安嶺

中亞造山帶東部的興蒙造山帶是華北板塊與其周邊各板塊離合、接續(xù)的重要證據(jù)，這里不僅記載了西伯利亞與華北兩大板塊離合歷史，并留下了古蒙古洋擴張、消亡以及古大陸邊緣增生、對接和造山等重要信息[1]，而且蘊藏有豐富的金屬礦產(chǎn)資源，成為內(nèi)蒙古中南部重要的銅、金和鐵金屬礦產(chǎn)資源地[2]。目前，對于興蒙造山帶是如何演化形成，可謂眾說紛紜。部分研究者認為興蒙造山帶是在中泥盆世之前因古亞洲洋的雙向俯沖碰撞縫合形成[3，4]，部分則認為興蒙造山帶形成于晚二疊世末期，由各個微小陸塊拼接而成[5]。因此，該地區(qū)的沉積環(huán)境、沉積建造、構(gòu)造特征等重要標志是判別其形成過程的關(guān)鍵因素。盡管前人已做過一些成果[6，7]，但巖石地層、沉積環(huán)境等方面的資料還有所欠缺。本文對大興安嶺地區(qū)上古生界巖石地層及形成環(huán)境進行探討，以期為興蒙造山帶的形成演化提供新證據(jù)。

1. 區(qū)域背景

研究區(qū)、行政區(qū)劃屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的赤峰市克什克騰旗中部。大地構(gòu)造位置位于華北板塊北側(cè)，中亞造山帶東部的興蒙造山帶，屬于西拉木倫縫合帶，中新元古代與早古生代褶皺帶交接部位，斷裂、褶皺十分發(fā)育，巖漿活動十分頻繁，尤以海西晚期—印支期最為明顯。

2. 巖石地層

哲斯組在研究區(qū)分布廣泛，呈北東向條帶狀展布，從散窩鋪—克什克騰旗，下黑水和新井一帶。據(jù)巖性及組合特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料[8]，研究區(qū)內(nèi)哲斯組分為兩段，即哲斯組一段、哲斯組二段（圖1），由于區(qū)內(nèi)構(gòu)造、巖漿活動強烈，地層均未見頂、底。

2.1 哲斯組一段（P₂zs¹）

依據(jù)實測的剖面（圖2），主要巖性為灰?guī)r夾薄層砂巖和細砂巖、粉砂巖。灰?guī)r風(fēng)化面呈灰綠色，新鮮面灰黑色，局部為淺黃色，泥晶結(jié)構(gòu)，具水平層理。灰?guī)r局部大理巖化，可見有燧石結(jié)核、燧石條帶以及珊瑚化石，層理發(fā)育；細砂巖、粉砂巖平行層理發(fā)育，粒序?qū)永淼撞繛榧毶皫r，頂部為粉砂巖，可見有交錯層理，紋層與層系面小角度相交指示巖層頂面，與層系面小角度相交或相切指示巖層底部；細砂巖呈灰白—灰綠色，具平行層理，可見交錯層理斷口較為粗糙，碎屑以石英、長石為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，其中鈣質(zhì)膠結(jié)物多為方解石[9]，細粒砂狀結(jié)構(gòu)，碎屑主要為長石、石英，粒度介于0.15～0.2 mm。哲斯組一段厚度>2416 m。

克什克騰旗四地至柳條溝哲斯組一段（P2zs1）實測地層剖面（圖2）層序自上而下為：上覆地層白音高老組淺肉紅色含角礫火山熔巖

角度不整合

48 層深灰色—灰綠色鈣質(zhì)粉砂巖夾泥巖、長石巖屑砂巖。可見有細晶方解石，具水平層理490 m

47 層灰黑色細粒石英長石砂巖，具平行層理20.2 m

46 層深灰色— 灰綠色砂質(zhì)灰?guī)r，泥晶結(jié)構(gòu)，具水平層理20.7 m

45 層灰白色細粒石英長石砂巖，細粒砂狀結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物為鈣質(zhì)，具平行層理43.3 m

44 層深灰色灰?guī)r，泥晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，具水平層理25.2 m

43 層灰白色細粒石英長石砂巖，細粒砂狀結(jié)構(gòu)，具平行層理83.6 m

42 層深灰色灰?guī)r，泥晶結(jié)構(gòu)，具水平層理，夾有細砂巖42.2 m

41 層灰白色石英長石細砂巖，細粒砂狀結(jié)構(gòu)，分選性較好，磨圓度一般。具平行層理23.6 m

40 層深灰色砂質(zhì)灰?guī)r5.5 m

39 層淺灰黃色—淺灰色細粒石英長石砂巖，具平行層理，沿節(jié)理裂隙有綠簾石化現(xiàn)象45.3 m

38 層深灰色中厚層灰?guī)r，夾薄層灰?guī)r、薄層灰白色細粒長石石英砂巖，具平行層理96.4 m

37 層灰白色細粒石英、長石砂巖，細粒砂狀結(jié)構(gòu)，鈣、泥質(zhì)膠結(jié)，具平行層理6.5 m

36 層中層灰綠色-淺灰黑色灰?guī)r，夾薄層狀灰?guī)r，局部發(fā)育燧石結(jié)核155.2 m

35層灰白—灰綠色石英長石細砂巖，夾薄層灰?guī)r，細粒砂狀結(jié)構(gòu)24.1 m

34 層灰綠色—灰黑色灰?guī)r，水平層理發(fā)育，局部發(fā)育燧石結(jié)核，輕微大理巖化87.1 m

33 層灰黑色—灰綠色細砂巖，平行層理發(fā)育，可見有細晶巖脈16 m

32 層灰白色細粒鈣質(zhì)砂巖，具平行層理131 m

31 層灰白色細粒長石巖屑砂巖，膠結(jié)物為鈣質(zhì)，具平行層理42 m

30 層深灰色灰?guī)r，夾有薄層砂巖53.5 m

29 層閃長巖脈體

28 層灰綠色—灰黑色灰?guī)r夾有細砂巖，網(wǎng)脈狀石英脈沿灰?guī)r裂隙充填86 m

27 層深灰色鈣質(zhì)砂巖、細砂巖，沿節(jié)理裂隙有石英細脈充填133 m

26 層灰白色—灰黑色灰?guī)r，局部大理巖化21.6 m

25 層淺灰白色鈣質(zhì)砂巖，局部有網(wǎng)脈狀脈體沿裂隙充填43.8 m

24 層淺灰綠色石英長石細砂巖18.1 m

23 層灰白—淺灰綠鈣質(zhì)砂巖夾有薄層細砂巖58.9 m

22 層淺灰色灰?guī)r夾薄層鈣質(zhì)砂巖及深灰色細粒長石巖屑砂巖，局部大理巖化，具平行層理37.6 m

21 層淺黃綠色—淺灰白色細砂巖19.5 m

19 層淺灰白—淺灰綠鈣質(zhì)長石巖屑砂巖42.7 m

18 層細粒長石巖屑砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)物3.6 m

17 層淺灰綠—灰綠色大理巖25.5 m

16 層深灰色中厚層狀灰?guī)r夾細砂巖，局部大理巖化58.5 m

15 層灰白色中細粒長石巖屑砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，具平行層理5.4 m

14 層灰綠色—灰黑色灰?guī)r夾有細砂巖，方解石晶體，層理發(fā)育104 m

13 層長石石英細砂巖，具水平層理6.6 m

12 層淺灰綠色鈣質(zhì)泥巖沿裂隙有透閃石化，層理發(fā)育18.9 m

11 層灰白色細粒長石巖屑砂巖，具水平層理24.3 m

10 層灰白色鈣質(zhì)細粒砂巖，層理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀9.7 m

9 層灰綠色灰?guī)r，含少量砂屑，可見細粒方解石4.8 m

8 層灰白—灰綠色鈣質(zhì)細巖29.2 m

7 層灰綠色—灰黑色灰?guī)r10.2 m

6 層灰綠色石英長石細砂巖2.54 m

5 層灰綠色硅化、大理巖化、綠簾石化灰?guī)r，局部夾有細砂巖84.2 m

4 層灰綠色細砂巖，具平行層理、交錯層里3.69 m

3 層灰綠色綠簾石化、大理巖化、硅化灰?guī)r20.3 m

2 層淺黃色細砂巖，平行層理，紋層理發(fā)育，可見細砂巖裂隙中發(fā)育石英脈4.61 m

1 層灰綠色—灰黑色、淺黃色灰?guī)r夾薄層砂巖，平行層理發(fā)育，發(fā)育粒序?qū)永怼⒔诲e層理15.7 m

未見底

0層：第四系坡積物覆蓋。

2.2 哲斯組二段（P₂zs²）

依據(jù)實測的克什克騰旗下黑水剖面（圖3），主要巖性為灰黑色或黑色板巖夾砂質(zhì)板巖、灰黑色粉砂質(zhì)板巖、淺灰色中砂巖、粗粒砂巖，灰色含礫狀砂巖、綠灰色含礫粗砂巖。砂質(zhì)板巖具粉砂狀泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)育平行層理具板狀結(jié)構(gòu)，瓷狀或貝殼狀斷口；淺灰色中砂巖，風(fēng)化面呈褐灰色，粒度0.25～0.5 mm，具瓷狀斷口，水平層理；青灰色中—粗粒砂巖，砂狀結(jié)構(gòu)，粒度介于0.2～1.2 mm，具平行層理；灰色含礫狀砂巖，風(fēng)化面呈淺色褐紅色，粗粒砂狀結(jié)構(gòu)；另夾薄層狀粉砂巖，厚度約20 cm；綠灰色含礫粗砂巖，風(fēng)化面呈淺灰紅色，巖石中礫石分布均勻，礫石含量15%～20%，呈次圓狀— 次棱角狀，主要成分為石英，粒度介于3～20 mm。哲斯組二段厚度675 m。

克什克騰旗下黑水哲斯組二段（P₂zs²）實測地層剖面（圖3）層序自上而下為：含黑云母中粒正長花崗巖侵入體

侵入接觸

未見頂

27層灰黑色或黑色板巖夾砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖，發(fā)育平行層理52.4 m

26 層青灰色中—粗粒砂巖、灰色含礫砂巖、綠灰色含礫粗砂巖、灰褐色細砂巖、灰色粗砂巖具水平層理69.4 m

25 層灰白色長石巖屑砂巖、粉砂巖、灰黑色含礫中—粗砂巖薄層狀灰色粉砂巖，局部發(fā)育平行層理。10.0 m

24 層灰色凝灰質(zhì)粉砂巖夾薄層狀灰綠色板巖中—粗砂巖37.0 m

23 層灰黑色細砂巖、灰色中—粗砂巖、灰色中—細粒砂巖、灰黑色粉砂質(zhì)板巖，綠灰色細砂巖。具平行層理30.0 m

22 層灰黑色粉砂巖、細砂巖、細砂質(zhì)板巖、灰色中—粗粒長石巖屑砂巖。局部發(fā)育平行層理，砂泥互旋回性特征15 m

21 層灰黑—淺灰黑凝灰質(zhì)粉砂巖14.4 m

20 層淺灰色—灰黑色中—細砂巖、中砂巖、灰黑色粉砂巖、粗砂巖，具平行層理，局部可見板狀交錯層理24 m

19 層灰黑色中砂巖—細砂巖、黑色粉砂泥質(zhì)板巖、青灰色長石巖屑細砂巖。具水平層理，局部發(fā)育平行層理、砂泥互層層理21 m

18 層灰褐色—灰綠色中粒長石巖屑砂巖、細粒長石巖屑砂巖、細粒砂巖、粉砂質(zhì)板巖，平行層理發(fā)育，沿節(jié)理裂隙可見石英脈體充填148 m

17層灰黑色細砂巖、灰色—青色粉砂質(zhì)板巖、黑色板巖。砂巖平行層理發(fā)育，粉砂質(zhì)板巖，具平行層理，黑色板巖夾硅質(zhì)條帶34 m

16 層灰黑色粉砂質(zhì)，局部具水平層理6 m15 層黃土覆蓋

14 層灰色—灰黑色粉砂質(zhì)、灰黑色中細粒長石巖屑砂巖，具平行層理，局部具板狀構(gòu)造12 m

13 層灰色—灰黑色中—細砂巖、灰黑—黑色細粒長石巖屑砂巖，可見鈣質(zhì)條帶，具平行層理13.2 m

12 層灰黑色凝灰質(zhì)粉砂巖、中細粒砂巖夾薄層狀灰黑色板巖7.9 m

11 層灰黑色中—粗粒泥灰質(zhì)長石巖屑砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、泥質(zhì)板巖、灰綠色中細粒砂巖，局部發(fā)育平行層理及板狀交錯層理33.9 m

10 層灰黑色中—細粒凝灰質(zhì)砂巖、細砂巖、細粒長石巖屑砂巖、青黑色薄層狀細砂巖。局部具波狀層理和平行層理，水平層理發(fā)育9 m

9 層綠灰色或綠黑色細砂巖、長石巖屑砂巖，可見平行層理6.6 m

8 層灰黑色或黑色變質(zhì)粉砂巖、青灰色中粒長石巖屑砂巖，夾薄層狀淺灰色中—細粒砂巖。具平行層理16.6 m

7 層青灰色—灰黑色粉砂質(zhì)板巖、含粉砂泥質(zhì)板巖，沿節(jié)理及其裂隙可見碳酸鹽細脈充填3 m

6 層青灰色含礫凝灰質(zhì)粗砂巖、灰黑色中細粒砂巖，具平行層理、粒序?qū)永恚植烤甙鍫罱诲e層理45 m

5 層綠灰色含礫凝灰質(zhì)粗砂巖、中粒石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖。局部具板狀交錯層理12.7 m

4 層綠黑色中粒砂巖、粉砂巖。局部具水平層理9.3 m

3 層灰綠色含礫凝灰質(zhì)粗礫砂巖、灰黑色粉砂質(zhì)板巖，巖層上部顏色稍變淺43 m

2 層灰黑色或黑色凝灰質(zhì)細砂巖、灰黑色粉砂質(zhì)板巖，向上顏色略淺

未見底

1 層：黃土覆蓋，未見底。

3. 地層時代

區(qū)內(nèi)可見海百合莖以及腕族類化石（碎片，難定種屬），鄰區(qū)及區(qū)域地質(zhì)資料表明：灰?guī)r層中產(chǎn)豐富的腕足、珊瑚化石及少量牙形石化石[10]。牙形石化石在該區(qū)是首次發(fā)現(xiàn)，主要分子有：Prioniodella ctenoides?Tatge，Mesogondolella neoprolongata Wang，Wardlawellajisuensis Wang，Hindeodus sp.，Mesogondolella sp，其中Mesogondolella neoprolongata 及Wardlawella jisuensis為中二疊世沃德晚期的常見分子[11]，哲斯組中的四射珊瑚全為單體型，主要分子有Lytvolasma sp；Lopho?phyllidiumsp；Tachylasma elongatum，T.magnum， T.zhe?siensis；Amplexocarinia sp；Timorphyllum sp.等，見于華南二疊系茅口組，故哲斯組時代應(yīng)屬中二疊世沃德晚期。

4. 討論

哲斯組一段地層巖性有灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r、細砂巖、粉砂巖、泥巖等，層理發(fā)育。其中灰?guī)r可見有燧石結(jié)核、燧石條帶以及珊瑚化石，與前人研究的該組富含腕足、苔蘚、珊瑚、海百合莖等海相化石相吻合[10]。砂巖平行層理、粒序?qū)永戆l(fā)育，局部可見軟沉積變形層理，總體表現(xiàn)為粗砂巖—細砂巖—泥巖、細砂巖—泥巖—灰?guī)r的沉積旋回特點，推斷哲斯組一段形成于相對擾動的條件下。

哲斯組二段出露含礫粗砂巖、變質(zhì)細砂巖、變質(zhì)粉砂巖、板巖等，多見水平層理及緩流型微斜層理，局部見黃鐵礦晶體，指示其具有一定還原環(huán)境[12]，該段發(fā)育含礫粗粒砂巖—細砂巖—粉砂巖、細砂巖—粉砂質(zhì)板巖沉積旋回特征。總體從下向上沉積環(huán)境的活動性逐漸減弱過程，海水變淺，哲斯組砂巖成分復(fù)雜，巖屑及長石含量較高，部分為凝灰質(zhì)砂巖，未見到純凈的石英砂巖，局部見有層凝灰?guī)r，表明附近有火山活動[13]，應(yīng)屬一種活動型的沉積建造— 大陸島弧環(huán)境[14]。

本文通過對中二疊世晚期哲斯組剖面的詳細觀察、分析，哲斯組總體發(fā)育水平層理，含化石碎片，沉積旋回特征明顯，以正常沉積互層為特點，說明處于分選條件較好的沉積環(huán)境，應(yīng)屬前三角洲相。另一方面，地層中發(fā)育凝灰質(zhì)砂巖，表明沉積過程受到火山活動的影響，并開始接受火山物質(zhì)，提供了充足的物源。

同時，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料推斷該區(qū)構(gòu)造演化。華北板塊北緣增生帶位于華北板塊與西伯利亞板塊之間，屬于古亞洲洋構(gòu)造域，古生代具完整的溝、弧、盆體系的多島洋構(gòu)造環(huán)境[15]。其經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化，于古生代末增生于華北板塊北緣，華北板塊與西伯利亞板塊實現(xiàn)陸—陸碰撞對接的時間應(yīng)為中二疊世，晚二疊世末海水退出本區(qū)。在華北板塊北緣增生帶范圍內(nèi)，廣泛發(fā)育晚二疊世—早三疊世大面積的構(gòu)造巖漿巖帶[16，17]，將華北板塊與增生帶焊接為統(tǒng)一整體，共同進入陸內(nèi)演化階段。持續(xù)的擠壓作用力在經(jīng)過一定的地質(zhì)發(fā)展時期后，其構(gòu)造應(yīng)力在逐漸向板塊內(nèi)部釋放，波及深度由深變淺，從而形成大致平行華北地塊北緣的本區(qū)中生代巖漿巖帶。

華北板塊北緣晚古生代增生帶是以西拉木倫河深大斷裂為代表，呈近東西向延伸，出露長度大于10 km，寬近5 km，是發(fā)育在大陸邊緣的一條重要的板塊碰撞造山帶標志，它對研究古蒙古洋向華北地塊俯沖及碰撞造山作用的發(fā)生與發(fā)展，以及陸殼增生具有重要的意義。

5. 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)海相化石中的Mesogondolella neo?prolongata 及Wardlawella jisuensis 分子為中二疊世沃德晚期。哲斯組中的四射珊瑚全為單體型，見于華南二疊系茅口組，故哲斯組時代應(yīng)屬中二疊世晚期。

（2）哲斯組一段具有粗砂巖—細砂巖—泥巖、細砂巖—泥巖—灰?guī)r沉積旋回特點，厚度不等，是擾動條件下形成的產(chǎn)物。

（3）哲斯組二段砂巖成分復(fù)雜，同時伴有凝灰質(zhì)出現(xiàn)，推斷與火山活動有關(guān)，呈現(xiàn)為活動型的沉積建造—大陸島弧環(huán)境。