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 祝曉松 孫宇飛郭長義 賈 彬 龔照程 柴晨暉 毛 雄 高文勃

(1.中國人民武裝警察部隊黃金第四支隊；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)自二疊紀以來，地層多可見及，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比問題，學術(shù)界已基本達成共識，但由于二疊紀地層遭受后期變質(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6 034 m[1-2]，但根據(jù)《索倫鎮(zhèn)1∶25萬 區(qū)調(diào)報告》，該地質(zhì)剖面厚度被修測為6 425.3 m。總之，大石寨組是本區(qū)較為復雜、爭議較多的地層之一。2015—2017年，武警黃金第四支隊在開展復興屯等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時，于科右前旗樹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)不等礫復成分礫巖(以下稱為礫巖段)，未見底。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)應主要來自于大石寨組(剝蝕區(qū))，同時發(fā)現(xiàn)大石寨組火山巖逆沖推覆于礫巖段之上，說明該礫巖段形成的地質(zhì)時代應晚于大石寨期。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，是因為礫巖段以南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碳氧同位素對比曲線顯示為中二疊世。2016—2018年，武警黃金第四支隊在開展特莫牧場等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時，于索倫鎮(zhèn)洮河南岸吉拉斯臺原滿克頭鄂博組(1∶20萬、1∶25萬區(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成分礫巖，與上覆板巖為整合接觸，未見底。本研究通過對地層剖面、接觸關(guān)系、區(qū)域地層對比及同位素測年進行研究，認為研究區(qū)二疊系礫巖段應屬上二疊統(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—二疊紀地層[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)中細粒砂巖的細碎屑巖組合，局部可見灰白色硅化不等礫復成分礫巖層(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。

由科右前旗樹木溝二疊系林西組(P3l)礫巖段實測地層剖面(PM14)分析可知，林西組礫巖段主要巖性為厚層變質(zhì)復成分礫巖夾變質(zhì)長石雜砂巖透鏡體以及厚層凝灰質(zhì)含礫粗粒長石巖屑雜砂巖。礫石成分復雜，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200～450 mm，含量約15%；填隙物為中細礫及砂，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，局部硅化強者礫石與“圍巖”界線不清，細砂巖可見糜棱巖化。礫石的變形變質(zhì)線理產(chǎn)狀無規(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)吉拉斯臺上二疊統(tǒng)林西組(P3l)實測地層剖面(MP22)分析可知，林西組礫巖段(P3l1)主要巖性為變質(zhì)不等礫復成分礫巖夾變質(zhì)長石雜砂巖透鏡體。礫石成分復雜，主要為糜棱巖化花崗巖質(zhì)(圖1)、糜棱巖化花崗閃長巖質(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370 mm以上，含量約15%。填隙物為中細礫及砂，含量為20%～35%。變質(zhì)復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，兩者巖性呈漸變過渡關(guān)系，為整合接觸。礫巖段底部為花崗斑巖侵入，未見底。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、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)雛形碳酸巖臺地為標志。當研究區(qū)進入晚二疊世(早林西期)時，兩大板塊再次碰撞對接，地殼快速隆升海水退出，此時已進入陸相沉積環(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、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程。

圖1 礫巖中的糜棱巖化花崗巖質(zhì)

圖2 塊狀堆積的復成分礫巖

種種跡象表明，兩大板塊并非一次性對接完成，至少經(jīng)歷了2次。第1次對接發(fā)生于石炭紀—二疊紀，以出現(xiàn)大石寨組火山巖(距今297～312 Ma)為表征，同時伴有巖漿侵入活動，本研究認為是一次“熱對接”；第2次碰撞對接當發(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)該期的巖漿活動跡象，本研究稱其為“冷對接”。

3 林西組礫巖段地質(zhì)年代

本研究在開展特莫牧場等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作中，經(jīng)過林西組礫巖段變質(zhì)長石砂巖碎屑鋯石U-Pb同位素測年，認為其年齡集中于距今321 Ma左右，最新年齡為283 Ma；在開展復興屯等4幅1∶5區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作中，經(jīng)過變質(zhì)砂巖碎屑鋯石U-Pb同位素測年，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源于大石寨組。另據(jù)礫巖段中礫石多見有大石寨組糜棱巖化變質(zhì)火山巖、千枚巖，說明其形成時代應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，形成時代應為晚二疊世。

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粒長石砂巖，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，礫巖成分較復雜，嚴格受物源區(qū)巖性控制，主要為沖積扇相沉積，未見底。造成東、西地區(qū)厚度差異的主要原因可能是受兩板塊對接帶的影響，兩板塊對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，該對接帶可能大致相當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，說明兩板塊于中二疊世末期再次碰撞對接，致使相對隆起區(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，近年來在內(nèi)蒙古扎蘭屯市蘑菇氣和黑龍江龍江地區(qū)二疊紀地層中也分別發(fā)現(xiàn)了一套復成分礫巖[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)林西組礫巖段進行對比，均為林西組下部層位。

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)二疊系礫巖段應屬上二疊統(tǒng)林西組，林西組巖性組合相對穩(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粒長石砂巖。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)二疊紀沉積環(huán)境由海相組轉(zhuǎn)為陸相組的重要標志之一。