大興安嶺克什克騰旗二疊系中統哲斯組巖石地層及形成環境

徐永　張磊　李好斌　張忠　賈戈

［關鍵詞］哲斯組；化石；二疊系中統；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、接續的重要證據，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資源，成為內蒙古中南部重要的銅、金和鐵金屬礦產資源地[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，該地區的沉積環境、沉積建造、構造特征等重要標志是判別其形成過程的關鍵因素。盡管前人已做過一些成果[6，7]，但巖石地層、沉積環境等方面的資料還有所欠缺。本文對大興安嶺地區上古生界巖石地層及形成環境進行探討，以期為興蒙造山帶的形成演化提供新證據。

1. 區域背景

研究區、行政區劃屬于內蒙古自治區東部的赤峰市克什克騰旗中部。大地構造位置位于華北板塊北側，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。據巖性及組合特征，結合區域地質資料[8]，研究區內哲斯組分為兩段，即哲斯組一段、哲斯組二段（圖1），由于區內構造、巖漿活動強烈，地層均未見頂、底。

2.1 哲斯組一段（P₂zs¹）

依據實測的剖面（圖2），主要巖性為灰巖夾薄層砂巖和細砂巖、粉砂巖。灰巖風化面呈灰綠色，新鮮面灰黑色，局部為淺黃色，泥晶結構，具水平層理。灰巖局部大理巖化，可見有燧石結核、燧石條帶以及珊瑚化石，層理發育；細砂巖、粉砂巖平行層理發育，粒序層理底部為細砂巖，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，鈣質膠結，其中鈣質膠結物多為方解石[9]，細粒砂狀結構，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— 灰綠色砂質灰巖，泥晶結構，具水平層理20.7 m

45 層灰白色細粒石英長石砂巖，細粒砂狀結構，膠結物為鈣質，具平行層理43.3 m

44 層深灰色灰巖，泥晶質結構，具水平層理25.2 m

43 層灰白色細粒石英長石砂巖，細粒砂狀結構，具平行層理83.6 m

42 層深灰色灰巖，泥晶結構，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，細粒砂狀結構，分選性較好，磨圓度一般。具平行層理23.6 m

40 層深灰色砂質灰巖5.5 m

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

38 層深灰色中厚層灰巖，夾薄層灰巖、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，細粒砂狀結構，鈣、泥質膠結，具平行層理6.5 m

36 層中層灰綠色-淺灰黑色灰巖，夾薄層狀灰巖，局部發育燧石結核155.2 m

35層灰白—灰綠色石英長石細砂巖，夾薄層灰巖，細粒砂狀結構24.1 m

34 層灰綠色—灰黑色灰巖，水平層理發育，局部發育燧石結核，輕微大理巖化87.1 m

33 層灰黑色—灰綠色細砂巖，平行層理發育，可見有細晶巖脈16 m

32 層灰白色細粒鈣質砂巖，具平行層理131 m

31 層灰白色細粒長石巖屑砂巖，膠結物為鈣質，具平行層理42 m

30 層深灰色灰巖，夾有薄層砂巖53.5 m

29 層閃長巖脈體

28 層灰綠色—灰黑色灰巖夾有細砂巖，網脈狀石英脈沿灰巖裂隙充填86 m

27 層深灰色鈣質砂巖、細砂巖，沿節理裂隙有石英細脈充填133 m

26 層灰白色—灰黑色灰巖，局部大理巖化21.6 m

25 層淺灰白色鈣質砂巖，局部有網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—淺灰綠鈣質砂巖夾有薄層細砂巖58.9 m

22 層淺灰色灰巖夾薄層鈣質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—淺灰綠鈣質長石巖屑砂巖42.7 m

18 層細粒長石巖屑砂巖，鈣質膠結物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巖夾細砂巖，局部大理巖化58.5 m

15 層灰白色中細粒長石巖屑砂巖，鈣質膠結，具平行層理5.4 m

14 層灰綠色—灰黑色灰巖夾有細砂巖，方解石晶體，層理發育104 m

13 層長石石英細砂巖，具水平層理6.6 m

12 層淺灰綠色鈣質泥巖沿裂隙有透閃石化，層理發育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 層灰白色鈣質細粒砂巖，層理發育，巖層產狀9.7 m

9 層灰綠色灰巖，含少量砂屑，可見細粒方解石4.8 m

8 層灰白—灰綠色鈣質細巖29.2 m

7 層灰綠色—灰黑色灰巖10.2 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、綠簾石化灰巖，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、硅化灰巖20.3 m

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

1 層灰綠色—灰黑色、淺黃色灰巖夾薄層砂巖，平行層理發育，發育粒序層理、交錯層理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板巖、灰黑色粉砂質板巖、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。砂質板巖具粉砂狀泥質結構，發育平行層理具板狀結構，瓷狀或貝殼狀斷口；淺灰色中砂巖，風化面呈褐灰色，粒度0.25～0.5 mm，具瓷狀斷口，水平層理；青灰色中—粗粒砂巖，砂狀結構，粒度介于0.2～1.2 mm，具平行層理；灰色含礫狀砂巖，風化面呈淺色褐紅色，粗粒砂狀結構；另夾薄層狀粉砂巖，厚度約20 cm；綠灰色含礫粗砂巖，風化面呈淺灰紅色，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板巖、粉砂質板巖，發育平行層理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，局部發育平行層理。10.0 m

24 層灰色凝灰質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、細砂質板巖、灰色中—粗粒長石巖屑砂巖。局部發育平行層理，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、黑色粉砂泥質板巖、青灰色長石巖屑細砂巖。具水平層理，局部發育平行層理、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、粉砂質板巖，平行層理發育，沿節理裂隙可見石英脈體充填148 m

17層灰黑色細砂巖、灰色—青色粉砂質板巖、黑色板巖。砂巖平行層理發育，粉砂質板巖，具平行層理，黑色板巖夾硅質條帶34 m

16 層灰黑色粉砂質，局部具水平層理6 m15 層黃土覆蓋

14 層灰色—灰黑色粉砂質、灰黑色中細粒長石巖屑砂巖，具平行層理，局部具板狀構造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，可見鈣質條帶，具平行層理13.2 m

12 層灰黑色凝灰質粉砂巖、中細粒砂巖夾薄層狀灰黑色板巖7.9 m

11 層灰黑色中—粗粒泥灰質長石巖屑砂巖、凝灰質砂巖、泥質板巖、灰綠色中細粒砂巖，局部發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—灰黑色粉砂質板巖、含粉砂泥質板巖，沿節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粗砂巖、灰黑色中細粒砂巖，具平行層理、粒序層理，局部具板狀交錯層理45 m

5 層綠灰色含礫凝灰質粗砂巖、中粒石英砂巖、粉砂質板巖。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粗礫砂巖、灰黑色粉砂質板巖，巖層上部顏色稍變淺43 m

2 層灰黑色或黑色凝灰質細砂巖、灰黑色粉砂質板巖，向上顏色略淺

未見底

1 層：黃土覆蓋，未見底。

3. 地層時代

區內可見海百合莖以及腕族類化石（碎片，難定種屬），鄰區及區域地質資料表明：灰巖層中產豐富的腕足、珊瑚化石及少量牙形石化石[10]。牙形石化石在該區是首次發現，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，故哲斯組時代應屬中二疊世沃德晚期。

4. 討論

哲斯組一段地層巖性有灰巖、大理巖化灰巖、細砂巖、粉砂巖、泥巖等，層理發育。其中灰巖可見有燧石結核、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、粒序層理發育，局部可見軟沉積變形層理，總體表現為粗砂巖—細砂巖—泥巖、細砂巖—泥巖—灰巖的沉積旋回特點，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、變質細砂巖、變質粉砂巖、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境[12]，該段發育含礫粗粒砂巖—細砂巖—粉砂巖、細砂巖—粉砂質板巖沉積旋回特征。總體從下向上沉積環境的活動性逐漸減弱過程，海水變淺，哲斯組砂巖成分復雜，巖屑及長石含量較高，部分為凝灰質砂巖，未見到純凈的石英砂巖，局部見有層凝灰巖，表明附近有火山活動[13]，應屬一種活動型的沉積建造— 大陸島弧環境[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境，應屬前三角洲相。另一方面，地層中發育凝灰質砂巖，表明沉積過程受到火山活動的影響，并開始接受火山物質，提供了充足的物源。

同時，結合區域地質調查資料推斷該區構造演化。華北板塊北緣增生帶位于華北板塊與西伯利亞板塊之間，屬于古亞洲洋構造域，古生代具完整的溝、弧、盆體系的多島洋構造環境[15]。其經歷了多期構造演化，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陸—陸碰撞對接的時間應為中二疊世，晚二疊世末海水退出本區。在華北板塊北緣增生帶范圍內，廣泛發育晚二疊世—早三疊世大面積的構造巖漿巖帶[16，17]，將華北板塊與增生帶焊接為統一整體，共同進入陸內演化階段。持續的擠壓作用力在經過一定的地質發展時期后，其構造應力在逐漸向板塊內部釋放，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生與發展，以及陸殼增生具有重要的意義。

5. 結論

（1）研究區內海相化石中的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—灰巖沉積旋回特點，厚度不等，是擾動條件下形成的產物。

（3）哲斯組二段砂巖成分復雜，同時伴有凝灰質出現，推斷與火山活動有關，呈現為活動型的沉積建造—大陸島弧環境。