大興安嶺中段上二疊統(tǒng)-下三疊統(tǒng)接觸關(guān)系研究
——來自碎屑鋯石年代學(xué)的證據(jù)

劉 兵, 溫泉波, 劉永江, 李偉民, 馮志強(qiáng), 周建平, 申 亮

(吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130061)

大興安嶺中段上二疊統(tǒng)-下三疊統(tǒng)接觸關(guān)系研究
——來自碎屑鋯石年代學(xué)的證據(jù)

劉 兵, 溫泉波, 劉永江, 李偉民, 馮志強(qiáng), 周建平, 申 亮

(吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130061)

華北板塊北緣與其北部地塊之間古亞洲洋閉合的時限, 涉及到大陸形成過程中的古洋陸格局及演化過程的重建。晚二疊世-早三疊世大興安嶺地區(qū)的構(gòu)造演化過程是承上啟下的轉(zhuǎn)折時期, 即是古亞洲洋向古太平洋構(gòu)造體系轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。本文通過對大興安嶺中段龍江地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組砂巖樣品進(jìn)行系統(tǒng)的碎屑鋯石 U-Pb同位素年代學(xué)研究, 證實林西組和老龍頭組存在 280 Ma、370 Ma 和 500 Ma 的三組峰值年齡, 分別代表物源區(qū)存在早二疊世大石寨組火山巖、晚泥盆世-早石炭世巖漿弧以及北側(cè)地塊的統(tǒng)一基底, 林西組和老龍頭組碎屑鋯石最小年齡分別為 254 Ma 和 247 Ma, 結(jié)合野外實測剖面研究結(jié)果, 認(rèn)為上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組連續(xù)沉積, 整合接觸。1∶20 萬地質(zhì)圖顯示內(nèi)蒙古東部大興安嶺大部分地區(qū)缺失三疊系, 筆者發(fā)現(xiàn)研究區(qū)晚侏羅世滿克頭鄂博組、白音高老組與下伏晚二疊世林西組呈角度不整合接觸, 結(jié)合大興安嶺中部零星出露的早三疊世地層、二連盆地參 1 井中也存在早三疊世地層, 綜合分析認(rèn)為研究區(qū)應(yīng)存在早三疊世地層, 上二疊統(tǒng)與下三疊統(tǒng)應(yīng)為連續(xù)沉積, 現(xiàn)今多數(shù)地區(qū)早三疊世地層的缺失是由于后期構(gòu)造抬升剝蝕造成的。根據(jù)上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組中碎屑鋯石存在 1800 Ma 左右的典型華北板塊基底年齡和兩者的整合接觸關(guān)系, 結(jié)合內(nèi)蒙古賀根山縫合帶中花崗閃長巖 244 Ma 的年齡以及雙井子巖體、哈拉圖巖體、吉林中部大玉山巖體均為后碰撞的地球化學(xué)特征, 認(rèn)為華北板塊北緣與其北側(cè)地塊群最終閉合時間應(yīng)為 P3-T1。

鋯石 U-Pb 年齡; 林西組; 老龍頭組; 大興安嶺中段

0 引 言

華北板塊北緣與其北部地塊之間古亞洲洋閉合的時限, 既涉及到大陸形成過程中的古洋陸格局及演化過程的重建, 也與中國東北大陸地殼聚合時限及動力學(xué)機(jī)制、構(gòu)造單元劃分和成礦帶的對比等重大地質(zhì)構(gòu)造及資源評價等問題密切相關(guān), 因此一直是地質(zhì)界關(guān)注和研究的熱點。關(guān)于古亞洲洋閉合的時限, 一些學(xué)者基于不同的研究對象, 得出了泥盆紀(jì)(唐克東, 1992; 徐備和陳斌, 1997)、石炭紀(jì)早期(郭勝哲, 1986; 曹從周等, 1986; 邵濟(jì)安, 1991)、二疊紀(jì)(Wang and Liu, 1986; 李錦軼, 1986, 1998; 王荃等, 1991; 吳泰然等, 1998)、二疊紀(jì)末-早三疊世(張艷斌等, 2002a, 2002b; Xiao et al., 2003; 孫德有等, 2004; 郗愛華等, 2006; 吳福元等, 2007; Miao et al., 2008)、中三疊世(Zhou and Wilde, 2013)等截然不同的認(rèn)識。如果古亞洲洋閉合的時間為二疊紀(jì)末期,那么早三疊世地層與晚二疊世地層之間應(yīng)為不整合接觸, 三疊紀(jì)沉積應(yīng)具有前陸盆地的沉積特征。內(nèi)蒙古東部 1∶20 萬地質(zhì)圖資料顯示, 早三疊世地層大面積缺失, 僅在索倫、扎魯特旗、龍江、嫩江等地出露, 巖性以正常沉積碎屑巖為主夾中酸性火山巖和紫色層。早三疊世地層的大面積缺失是由于華北板塊與佳蒙地塊在二疊紀(jì)末碰撞造山引起, 還是由于早三疊世地層沉積之后, 后期被構(gòu)造運動剝蝕了, 有待進(jìn)一步研究。盡管區(qū)域上早-中三疊世地層出露有限, 但總體上顯示出與晚二疊世連續(xù)演化的從殘余海到山間或山前磨拉石盆地的特征(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991)。因此, 選擇合適的地區(qū)和研究對象, 對于上述問題的進(jìn)一步深入研究非常重要。

晚二疊世-早三疊世在東北地區(qū)構(gòu)造演化過程中是承上啟下的關(guān)鍵地質(zhì)時期, 即古亞洲洋閉合的結(jié)束時期, 被認(rèn)為是古亞洲洋構(gòu)造域向古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期(Zhou et al., 2009; Wu et al., 2011)。因此, 本文選擇大興安嶺中段龍江地區(qū)上二疊統(tǒng)與下三疊統(tǒng)接觸關(guān)系進(jìn)行研究, 利用晚二疊世-早三疊世砂巖碎屑鋯石 U-Pb 同位素年代學(xué)研究結(jié)果, 試對華北板塊北緣與其北側(cè)地塊的碰撞拼貼過程、最終的閉合時間等問題進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)概況與樣品選擇采集

王成文(2008)等根據(jù)古生物地理學(xué)、巖石地層學(xué)、變質(zhì)地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等方面的研究, 提出由蒙古-鄂霍次克縫合帶、西拉木倫河-延吉縫合帶、中錫霍特俯沖帶所圍限的東北及鄰區(qū)晚古生代為一巨大的穩(wěn)定地塊——佳蒙地塊, 而佳蒙地塊由額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊以及東部的佳木斯地塊組成, 研究區(qū)大興安嶺中段龍江地區(qū)處于興安地塊和松嫩地塊的拼貼部位(圖 1a)。

圖 1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡圖(據(jù)郎嘉斌等, 2010①郎嘉斌, 孫躍武, 張淑芹. 2010. 松遼盆地外圍晚古生代地層研究報告.修編)Fig.1 Simplified geological map of the study area

區(qū)域內(nèi)發(fā)育上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組。林西組主要為一套黑色泥巖、粉砂巖、砂巖組成的碎屑沉積巖, 含豐富的淡水瓣鰓類和植物化石。老龍頭組由下部陸緣沉積碎屑巖和上部火山巖組合構(gòu)成, 其中紫色粉砂巖層產(chǎn)非海相雙殼類化石。為了詳細(xì)研究林西組與老龍頭組的沉積、構(gòu)造特征, 筆者對黑龍江省龍江縣濟(jì)沁河鄉(xiāng)老龍頭村東山進(jìn)行了剖面實測, 剖面位置見圖 1b。剖面主要控制上二 疊 統(tǒng)林西組(P3l)與 下三疊統(tǒng)老龍 頭 組(T1l),包含 P/T 界限, 總長度 840 m, 其中實測林西組厚度＞640 m, 老龍頭組厚度＞200 m(圖 2)。林西組下部巖性主要以黃綠色砂巖、細(xì)砂巖夾粉砂巖為主, 頂部逐漸過渡為黃綠色砂巖、粉砂巖, 地層產(chǎn)狀為 12°∠58°、13°∠66°, 含葉肢介、介形蟲和瓣鰓等化石,屬于陸相淡水沉積環(huán)境。老龍頭組底部為紫色粉砂巖, 向上逐漸過渡為紫色泥質(zhì)粉砂巖、紫色砂巖及紫色細(xì)砂巖, 地層產(chǎn)狀 11°∠51°, 早三疊世多以紫色碎屑巖為主, 說明在沉積環(huán)境上已有了較大的改觀, 氣 候條件也轉(zhuǎn)為干熱 , 形成于干熱沉 積 環(huán)境,這種環(huán)境的轉(zhuǎn)變是漸變的。野外從巖性組合以及構(gòu)造特征觀察, 下三疊統(tǒng)老龍頭組沉積在空間分布上與上二疊統(tǒng)林西組具有一致性, 兩者為整合接觸(圖 2)。

圖 2 黑龍江省龍江縣上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組接觸關(guān)系實測剖面Fig.2 The geological profile showing the contact between the Upper Permian Lixi Formation and the Lower Laolongtou Formation in Longjiang county, Heilongjiang province

樣品 LLT-5 位于林西組(P3l)頂部, 地理坐標(biāo)是122°32′11.0"E, 47°21′31.0"N, 野 外 產(chǎn) 狀 12°∠58°,呈黃綠色, 中、細(xì)粒碎屑結(jié)構(gòu), 顆粒分選較差, 磨圓中等, 多為次棱角狀-次圓角狀, 顆粒支撐, 孔隙式或接觸式膠結(jié), 膠結(jié)物和基質(zhì)含量少。長石巖屑砂巖薄片中的碎屑成分為石英含量 47%, 長石含量為36%, 巖屑含量為 17%, 泥質(zhì)膠結(jié)普遍, 巖屑主要為火成巖巖屑、沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑, 其中變質(zhì)巖 巖 屑 較 少 , 副 礦 物 主 要 為 穩(wěn) 定 礦 物 鋯 石 等 , 不 穩(wěn)定礦物有黑云母等, 反映了物源成分比較復(fù)雜, 定名為黃綠色巖屑長石砂巖。

樣品 LLT-2 位于老龍頭組(T1l)底部, 地理坐標(biāo)是 122°32′9.2"E, 47°21′34.3"N, 野外產(chǎn)狀 15°∠ 50°,呈紫紅色, 細(xì)粒碎屑結(jié)構(gòu), 顆粒分選較差, 磨圓較差, 多為棱角狀-次棱角狀, 少數(shù)為次圓狀, 顆粒支撐, 孔隙式或接觸式膠結(jié), 膠結(jié)物和基質(zhì)含量少。顯微鏡下觀察薄片中的碎屑成分為石英含量 45%, 長石含量 39%, 巖屑含量 16%, 單晶石英比多晶石英更常見, 膠結(jié)物和基質(zhì)主要以泥質(zhì)為主, 巖屑主要為火成巖巖屑、沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑, 其中變質(zhì)巖巖屑較少, 副礦物主要有黑云母、輝石、普通角閃石和鋯石等, 定名為紫紅色巖屑長石砂巖。

2 分析方法

砂巖樣品破碎和鋯石挑選由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊地質(zhì)實驗室完成。碎屑鋯石 U-Pb同位素定年在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。使用儀器為 激光 剝 蝕-等 離子 體 質(zhì)譜 儀 (LA-ICP-MS),激 光 剝 蝕 系 統(tǒng) 為 德 國 MicroLas 公 司 生 產(chǎn) 的GeoLas200M。激光剝蝕以氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣,斑束直徑為 44 μm, 頻率為10 Hz, 激光能量為 90 mJ,每個分析點的氣體背景采集時間為 30 s, 信號采集時間為40 s, 并用哈佛大學(xué)國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500標(biāo)準(zhǔn)鋯石作為外標(biāo)進(jìn)行元素和同位素分餾校正, 具體測試過程詳見Yuan et al. (2008), Diwu et al. (2008)。同位素 比值 數(shù)據(jù) 處理 采用 GLITTER(Ver. 4.0)進(jìn)行 ,實驗數(shù)據(jù)運用Andersen (2002)的方法進(jìn)行普通Pb校正, 年齡計算采用ISOPLOT進(jìn)行。

3 年代學(xué)測定結(jié)果

本文選擇了龍江縣濟(jì)沁河鄉(xiāng)老龍頭村東山的 2件砂巖樣品進(jìn)行鋯石 U-Pb 年齡測定, 測試結(jié)果見表1、表 2。鋯石陰極發(fā)光圖像及分析點表面年齡見圖3a 和圖 4a, 其 U-Pb 年齡諧和圖和年齡分布曲線圖分別見圖 3b, 3c 和圖 4b, 4c。

上二疊統(tǒng)林西組 LLT-5 砂巖樣品中鋯石多為無色透明, 少量呈紫色, 晶形以次渾圓、次棱角狀、柱狀為主, 少數(shù)為棱角鈍化的自形柱狀, 晶體中可見凹坑、溝槽及斷口磨蝕痕跡, 見裂紋和固氣相包體, 粒徑以 0.1～0.15 mm 為主, 大多數(shù)鋯石不同程度地保留有巖漿結(jié)晶成因特征的振蕩環(huán)帶, 個別鋯石邊部發(fā)育細(xì)窄增生邊和殘留的晶核結(jié)構(gòu), 反映鋯石在搬運沉積前經(jīng)歷了變質(zhì)事件, 或遭受巖漿捕獲(反應(yīng) 多 期 巖 漿事 件 )后 再 沉積 (圖 3a), Th/U 介 于0.24～1.69 之間, 絕大多數(shù)大于 0.4, 說明絕大多數(shù)鋯石為巖漿結(jié)晶鋯石(Hoskin and Black, 2000)。任意地對64個鋯石顆粒, 選擇無環(huán)帶重疊、裂隙和包裹體的區(qū)域, 做 U-Pb定年分析, 共獲得了64個數(shù)據(jù)點,碎屑鋯石年齡諧和圖和年齡分布曲線圖見圖3b, 3c,不 諧 和 度 值 全 部 小 于 5%, 表 明 數(shù) 據(jù) 可 靠 , 鋯 石206Pb/238U年齡分布范圍介于254±2 Ma和1944±9 Ma之 間 ,206Pb/238U 年 齡 峰 值 集 中 在 254～303 Ma, 332～388 Ma、440～525 Ma三組, 還有一個老的前寒武紀(jì)年齡見圖3c, 這說明晚二疊世時期源區(qū)巖石類型非常復(fù)雜。

表 1 林西組砂巖樣品(LLT-5)碎屑鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 測試結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb results for the detrital zircons from the Linxi Formation (LLT-5)

續(xù)表1:

圖 3 林西組砂巖樣品(LLT-5)代表性碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像(a)、年齡諧和圖(b)和年齡分布曲線圖(c)Fig.3 Representative cathodoluminescence images (a), U-Pb concordia diagram (b), and histogram of age (c) for the detrital zircons from the Linxi Formation (LLT-5)

續(xù)表 2:

早三疊世老龍頭組 LLT-2 砂巖樣品中鋯石多為無色透明, 晶形以次棱角狀、柱狀為主, 少數(shù)為棱角鈍化的自形柱狀, 晶體中可見凹坑、溝槽及斷口磨蝕痕跡, 粒徑以0.1～0.2 mm為主, 絕大多數(shù)鋯石不同程度地保留有巖漿結(jié)晶成因特征的振蕩環(huán)帶,部分鋯石發(fā)育特征較單一的細(xì)窄增生邊, 少數(shù)鋯石顆粒具有扇形分帶、面狀分帶等變質(zhì)鋯石特征(圖4a), Th/U介于0.24～1.21之間, 絕大多數(shù)大于0.4, 多數(shù)鋯石應(yīng)為巖漿結(jié)晶鋯石(Hoskin and Black, 2000)。任意地對68個鋯石顆粒, 選擇無環(huán)帶重疊、裂隙和包裹體的區(qū)域進(jìn)行分析, 共獲得了68個數(shù)據(jù)點, 碎屑鋯石年齡諧和圖和年齡分布曲線圖見圖4b, 4c, 不諧和度值全部小于5%, 表明數(shù)據(jù)可靠, 鋯石206Pb/238U年齡分布的范圍介于247±2 Ma和1881±11 Ma之間,年齡峰值集中在247～303 Ma, 316～374 Ma, 437～516 Ma 三組, 還有一些老的前寒武紀(jì)年齡, 這說明早三疊世時期源區(qū)巖石類型極為復(fù)雜。

圖 4 老龍頭組砂巖樣品(LLT-2)代表性碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像(a)、年齡諧和圖(b)和年齡分布曲線圖(c)Fig.4 Representative cathodoluminescence images (a), U-Pb concordia diagram (b), and histogram of age (c) for the detrital zircons from the Laolongtou Formation (LLT-2)

4 討 論

4.1 林西組與老龍頭組沉積時代討論

眾所周知, 各地質(zhì)時期不同氣候帶對陸相沉積物的形成和生物生存具有重要影響, 在同一區(qū)域內(nèi)沉積物和生物留下的信息是地層劃分與對比的重要依據(jù)之一。零星分布在大興安嶺地區(qū)的老龍頭組普遍發(fā)育有紫紅色泥巖、粉砂巖或同色砂巖、砂礫巖,其中所含孢粉組合與冀北地區(qū)早三疊世在干熱氣候條件下形成的孢粉組合面貌基本一致, 且賦存化石的巖 性近 似 , 從 而表 明 , 東 亞地區(qū) 早三 疊 世氣 候 干熱事件至少也波及老龍頭組, 可用此區(qū)分老龍頭組與林西組(楊雅軍等, 2012)。野外實測剖面顯示老龍頭組底部以紫色層為標(biāo)志與林西組整合接觸, 樣品LLT-5位于林西組砂巖的頂部, 林西組碎屑鋯石的最小年齡為254 Ma(表1), 說明林西組頂部沉積形成于254 Ma之后, 根據(jù)2013年國際地層表確定晚二疊世與早三疊世的界限為 251±0.4 Ma(Cohen et al., 2013), 老龍頭組紫色泥巖上部的砂巖樣品LLT-2碎屑鋯石的最小年齡為247 Ma(表2), 兩個樣品的碎屑鋯石年齡接近, 故可認(rèn)為林西組與老龍頭組為整合接觸關(guān)系, 與野外研究結(jié)果一致。

內(nèi)蒙古東部大興安嶺地區(qū)大面積缺失三疊系,侏羅紀(jì)地層不整合覆蓋于上二疊統(tǒng)林西組之上: 如科爾沁右翼前旗豐林鎮(zhèn)地區(qū)上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組與上二疊統(tǒng)林西組呈不整合接觸(圖5a), 科爾沁右翼前旗哈拉黑地區(qū)上侏羅統(tǒng)白音高老組與上二疊統(tǒng)林西組呈不整合接觸(圖5b)。三疊紀(jì)地層的缺失存在兩種情況, 一種是研究區(qū)晚二疊世地層沉積之后,由于構(gòu)造運動整體抬升缺失三疊紀(jì)沉積, 另一種情況是由于三疊紀(jì)沉積之后研究區(qū)發(fā)生構(gòu)造運動抬升,剝蝕三疊系, 導(dǎo)致其在地表僅零星出露。野外調(diào)查顯示, 內(nèi)蒙古東部龍江縣老龍頭村存在早三疊世老龍頭組地層, 內(nèi)蒙古東部索倫軍馬場北部出露早三疊世的哈達(dá)陶勒蓋組的一套火山巖、碎屑巖。胡桂琴等(1999)對二連盆地阿拉坦和力凹陷坦參1井的孢粉研究認(rèn)為二連盆地存在早三疊世地層, 從露頭區(qū)到盆地都有早三疊世地層的分布, 可以認(rèn)為內(nèi)蒙古東部區(qū)域上應(yīng)存在下三疊統(tǒng), 由于后期構(gòu)造運動,地表才保留較少的露頭。在野外實測剖面(圖2)中根據(jù)林西組和老龍頭組牙形刺確定的時代(郎嘉斌等, 2010①), 也顯示為連續(xù)沉積, 綜合以上資料可以確定大興安嶺中段晚二疊紀(jì)世林西組與早三疊世老龍頭組為整合接觸。

圖 5 上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組(a)、白音高老組(b)與下伏上二疊統(tǒng)林西組不整合接觸關(guān)系Fig.5 Unconformity between the Upper Jurassic Manketouebo Formation (a), Baiyingaolao Formation (b) and the Upper Permian Linxi Formation

4.2 碎屑鋯石測試結(jié)果反映的物源信息

近 年 來 周 建 波 等 (2011)、Zhou et al. (2010a, 2010b) 等對東北地區(qū)佳木斯地塊、松嫩地塊和額爾古納-興安地塊內(nèi)的變質(zhì)表殼巖系(富鋁、富炭片巖及片麻巖)做了系統(tǒng)鋯石測年研究, 認(rèn)為東北各地塊內(nèi)均發(fā)育區(qū)域變質(zhì)作用, 發(fā)生時間在500 Ma左右。塔河巖體花崗巖年齡為490 Ma(葛文春等, 2005), 漠河西部的洛古河巖體二長花崗巖的鋯石U-Pb年齡為517 Ma(武廣等, 2005), 在額爾古納地塊的俄羅斯境內(nèi)也發(fā) 現(xiàn) 存在467～472 Ma的 U-Pb年齡的 花 崗巖(Sorokin A A et al., 2004), 鄰近的佳木斯地體麻山群具有相同的年齡區(qū)間: 484～510 Ma(溫泉波等, 2008),此外, 東北地區(qū)存在與早古生代古亞洲洋俯沖有關(guān)的 巖 漿 帶 , 例 如 大 石 寨 玄 武 巖 的 年 齡 為 439±3 Ma(Guo et al., 2009), 以及一些蛇綠巖帶, 例如蘇尼特左旗等地蛇綠巖的形成時間為477～497 Ma(Jian et al., 2008)。林西組和老龍頭組砂巖中存在 512 Ma和 496 Ma 的峰值年齡, 這一年齡區(qū)間對應(yīng)于東北各地塊的基底年齡以及與早古生代古亞洲洋俯沖有關(guān)的巖漿帶以及一些蛇綠巖帶。因此, 認(rèn)為東北各地塊的基底巖石、早古生代古亞洲洋俯沖有關(guān)形成的巖漿巖和蛇綠巖是林西組和老龍頭組砂巖的物源區(qū)。

林西組和老龍頭組砂巖中358 Ma和約362 Ma的兩個峰期年齡暗示物源區(qū)存在晚泥盆世-早石炭世的巖漿巖。Li (2006)認(rèn)為大興安嶺北部-蒙古南部存在晚泥盆世-早石炭世的弧-盆體系, 趙芝等(2010)認(rèn)為大興安嶺北部發(fā)育晚泥盆世-早石炭世巖漿弧,其形成與額爾古納-興安地塊和松嫩地塊的拼合過程有關(guān)。此外, 在呼瑪?shù)貐^(qū)分布有同位素年齡值為307～336 Ma的俯沖型花崗巖, 在嫩江縣附近分布有334 Ma的藍(lán)片巖, 這些資料表明, 早-中泥盆世曾經(jīng)發(fā)生過洋殼向額爾古納-興安地塊的俯沖事件, 并在泥盆紀(jì)末額爾古納-興安地塊與松嫩地塊完成對接(余和中等, 2001)。

林西組和老龍頭組砂巖中均明顯存在～274 Ma和～278 Ma的兩個峰期年齡(圖3c, 4c), 其鋯石CL圖像顯示出巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶(圖3a, 圖4a), 280 Ma左右的年齡峰值與該區(qū)域廣泛分布的早二疊世大石寨組火山巖時代相當(dāng)(Zhu et al., 2001; Zhang et al., 2008; 呂志成等, 2002; 曾維順等, 2011)。

4.3 華北板塊北緣與其北部地塊的閉合過程

大興安嶺中段龍江地區(qū)林西組和老龍頭組碎屑鋯石年齡中均具有1800 Ma左右的峰期年齡, 這兩個峰期鋯石的CL圖像特征顯示以變質(zhì)鋯石特征為主, 區(qū)域年齡資料顯示這組年齡峰期在華北北緣地區(qū)有大量的報道(毛德寶等, 1999; 李江海等, 2006;劉樹文等, 2007; 鳳永剛等, 2008; 胡波等, 2009),體現(xiàn)華北板塊北緣基底年齡組成特征信息。近年來東北地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大量＞1000 Ma的鋯石年齡, 例如錫林郭勒雜巖的碎屑鋯石(Shi et al., 2003)、興華渡口群變質(zhì)碎屑鋯石(Miao et al., 2008)、松遼盆地南部基底碎屑鋯石和捕獲鋯石(Pei et al., 2007)以及巖漿鋯石(Wang et al., 2006)等, 對于這些鋯石的成因認(rèn)識存在兩種觀點: 一種觀點認(rèn)為東北地區(qū)存在古老結(jié)晶基底(李錦軼等, 1995; 章鳳奇等, 2008); 另一種觀點認(rèn)為這些鋯石源自于周圍鄰區(qū)的古老克拉通地塊 的碎屑 鋯 石(Miao et al., 2007; Chen et al., 2009), 部分被后期巖漿事件捕獲(Miao et al., 2007),而對于1800 Ma左右鋯石年齡組合, 多數(shù)學(xué)者更傾向 于 認(rèn) 為 其 直接 或間 接 來 自 華 北 板塊 (Shi et al., 2003; Miao et al., 2007; Chen et al., 2009)。因此, 筆者認(rèn)為林西組和老龍頭組中1800 Ma碎屑鋯石來自于華北板塊。

華北板塊北緣及鄰區(qū), 從內(nèi)蒙古東部到吉林中部, 集中出露了大量早-中三疊世的侵入巖, 其同位素年齡介于 230～250 Ma 之間, 區(qū)域上有內(nèi)蒙古東部雙井子巖體 237 Ma(李錦軼, 2007), 吉林中部大玉山巖體 248 Ma(孫德有, 2004), 內(nèi)蒙古蘇尼特左旗哈拉圖巖體 228 Ma (Chen et al., 2009), 它們集中分布于古板塊縫合帶及附近地區(qū), 以富鉀富鋁的酸性巖為主, 基本可以歸入高鉀鈣堿系列, 其 εNd(t)基本都為負(fù)值, 特別是沒有同時期的幔源鎂鐵質(zhì)超鎂鐵質(zhì)巖石, 這類侵入巖成分總體上類似于后碰撞巖漿演化晚期的侵入巖(Liégeois, 1998), 是造山區(qū)地殼演化晚期的產(chǎn)物。這些花崗巖的形成可能源于造山帶區(qū)加厚地殼重熔, 其形成時的構(gòu)造背景, 是以碰撞造山作用演化晚期的區(qū)域性擠壓為主, 標(biāo)志著碰撞造山作用的結(jié)束。Miao et al. (2008)對內(nèi)蒙古賀根山縫合帶中花崗閃長巖定年為 244 Ma, 該花崗閃長巖是為仰沖的古亞洲洋殼熔融形成, 代表了古亞洲洋閉合的結(jié)束, 據(jù)此認(rèn)為華北板塊北緣與其北側(cè)地塊最終閉合的時間應(yīng)在 P3-T1。

5 結(jié) 論

(1) 林西組和老龍頭組碎屑鋯石最小年齡分別為 254 Ma 和 247 Ma, 結(jié)合區(qū)域地質(zhì)綜合分析認(rèn)為大興安嶺中段上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組為整合接觸關(guān)系, 研究區(qū)內(nèi)存在的上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組、白音高老組與下伏上二疊統(tǒng)林西組的角度不整合接觸, 是后期構(gòu)造抬升剝蝕的結(jié)果。

(2) 林西組沉積物源年齡構(gòu)成主要有 254～303 Ma, 332～388 Ma、440～525 Ma 三組, 還有一些老的前寒武紀(jì)年齡; 老龍頭組沉積物源年齡構(gòu)成主要有247～303 Ma, 316～374 Ma、437～516 Ma 三組, 說明了源區(qū)物源類型比較復(fù)雜; 林西組和老龍頭組存在280 Ma、370 Ma 和 500 Ma 的三組峰值年齡, 分別代表物源區(qū)存在早二疊世大石寨組火山巖、晚泥盆世-早石炭世巖漿弧以及北側(cè)統(tǒng)一地塊基底的年齡。

(3) 根據(jù)上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組中碎屑鋯石 1800 Ma 左右的典型華北板塊基底年齡和兩者的整合接觸關(guān)系, 結(jié)合內(nèi)蒙古賀根山縫合帶中花崗閃長巖 244 Ma 的年齡以及雙井子巖體、哈拉圖巖體、吉林中部大玉山巖體的后碰撞地球化學(xué)特征, 認(rèn)為華北板塊北緣與其北側(cè)地塊群最終閉合時間為 P3-T1。

致謝: 吉林大學(xué)周建波教授和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所郭鋒研究員對本文提出了寶貴的意見和建議, 筆者在此表示衷心的感謝！

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Contact Relationship Between the Upper Permian and Lower Triassic Strata in the Central Great Xing’an Ranges and its Tectonic Implication: Constraints from the Detrital Zircon U-Pb Ages

LIU Bing, WEN Quanbo, LIU Yongjiang, LI Weimin, FENG Zhiqiang, ZHOU Jianping and SHEN Liang
(College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China)

Timing of the closure of the Paleo-Asian Ocean between the northern margin of the North China Plate and the blocks to the north is important for the reconstruction of the tectonic evolution of ocean and continent. The Late Permian and Early Triassic were the two important periods for the tectonic evolution of the Great Xing’an Ranges, during which the Paleo-Asian Ocean tectonic regime switched to the Paleo-Pacific Ocean regime. In this paper, the U-Pb dating of detrital zircons from the sandstones in the Upper Permian Linxi Formation and the Lower Triassic Laolongtou Formation in the Longjiang area of the central Great Xing’an Ranges was carried out. The dating results show three age populations of 280 Ma, 370 Ma, and 500 Ma. It is suggested that the provenances of the rocks should be the Early Carboniferous to Early Permian magmatic arcs, the volcanic rocks of the Late Devonian, and the basement of the uniform blocks in the study area, respectively. The youngest U-Pb zircon ages of zircons from the Linxi Formation and Laolongtou Formation are 254 Ma and 247 Ma, respectively. The 1 ∶ 200 000 geologic mapping of the Great Xing’an Ranges shows that the Triassic strata are absent in most of the region. Regionally, the Late Jurassic Manketouebo Formation and the Baiyingaolao Formation overlay unconformably the Late Permian Linxi Formation. Considering the scattered outcrops of the Early Triassic strata and the Early Triassic sequences in the bore-holes in the Erlian Basin, we propose that the Early Triassic strata occur in an area larger than was previously considered in NE China. The absence of the Early Triassic strata in most of the region might be attributed to the subsequent regional uplifting and erosion. According to the detrital zircon U-Pb age of 1800 Ma, which is typical for the basement in the North China Plate, from both the Linxi and Laolongtou Formations, along with the granitoids with 244 Ma from the Hegenshan suture zone, and the plutons with the post-orogenic geochemical features from the Shuangjingzi, Halatu, Dayushan areas as well, we conclude that the final collision between the northern margin of the North China Plate and the blocks to the north took place during the Late Permian to Early Triassic.

zircon U-Pb age; Linxi Formation; Laolongtou Formation; central Great Xing’an ranges

P535; P597

A

1001-1552(2014)02-0408-013

2014-01-02; 改回日期: 2014-01-26

項目資助: 科技部 973 課題(編號: 2013CB429802)、國家自然科學(xué)基金青年基金(批準(zhǔn)號: 41102140)和西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室開放課題基金聯(lián)合資助。

劉兵(1984-), 女, 博士研究生, 從事區(qū)域構(gòu)造、造山帶演化和40Ar/39Ar同位素年代學(xué)研究。Email: liubing719@ jlu.edu.cn

溫泉波(1978-), 講師, 從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)研究。Email: wenquanbo@jlu.edu.cn