內(nèi)蒙古扎蘭屯市浩繞山地區(qū)白音高老組時(shí)代歸屬探討

孫哲，崔加偉

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065;2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081)

0 前言

大興安嶺地區(qū)位于興蒙造山帶東北部，夾于華北板塊與西伯利亞板塊之間，該區(qū)及其相鄰地區(qū)晚侏羅世至早白堊世沉積時(shí)，火山活動(dòng)強(qiáng)烈，火山巖分布廣泛，構(gòu)成了中國(guó)東部沿海重要的火山巖帶。由于該區(qū)地表植被覆蓋嚴(yán)重，造成各地層之間的接觸界線不清，給研究工作帶來(lái)了較大的困難。另外，由于歷史原因，在該區(qū)開(kāi)展地質(zhì)工作的單位，分屬不同的省區(qū)，各自采用該省的巖石地層單位，造成該區(qū)地層命名、劃分混亂[1-2]。早期大致以烏蘭浩特—阿爾山一線為界，將這套火山巖劃分為南北兩個(gè)區(qū)，其地層劃分方案也不同，南部中生代火山巖自下而上可以劃分為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組；北部地區(qū)將這套火山巖自下而上劃分為塔木蘭溝組、吉祥峰組、七一牧場(chǎng)組、木瑞組、上庫(kù)里組和依列克的組。由于這套火山巖缺乏統(tǒng)一的地層單位，并且化石資料缺乏，造成這套火山巖時(shí)代劃分及歸屬混亂。邵積東等[3]在系統(tǒng)總結(jié)了莫爾道嘎鎮(zhèn)幅、阿龍山鎮(zhèn)幅、小烏爾其漢、林場(chǎng)幅等區(qū)調(diào)報(bào)告的基礎(chǔ)上，提出將大興安嶺北部含Eosestheria動(dòng)物群的大套酸性火山巖定為光華組，并且時(shí)代為早白堊世；將含有Nestoria動(dòng)物群的大套酸性火山巖定為白音高老組，時(shí)代定為晚侏羅世。將這兩套酸性火山巖之間的含有Eosestheria動(dòng)物群的中酸性火山巖定為龍江組，時(shí)代劃分為晚侏羅世。周其林等[4]參照中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在承德召開(kāi)的中生代現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議上張立東提出的觀點(diǎn)，結(jié)合完成的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，認(rèn)為含Nestoria的火山巖形成于晚侏羅世，將含有Eosestheria定名為龍江組，時(shí)代為早白堊世。該文針對(duì)大興安嶺中生代火山巖地層劃分混亂的現(xiàn)象，選擇扎蘭屯市浩繞山地區(qū)白音高老組火山巖進(jìn)行系統(tǒng)研究，擬通過(guò)鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，確立這套火山巖的時(shí)代歸屬，為區(qū)域地層對(duì)比奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古扎蘭屯市西南角的浩饒山鎮(zhèn)，大地構(gòu)造位置特殊，位于西伯利亞板塊與華北板塊的縫合帶上，先后經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域和蒙古-鄂霍次克洋構(gòu)造域[3]。研究區(qū)前中生代地層零星分布，中生代火山巖分布廣泛。出露的地層自下而上為石炭紀(jì)巴圖組、查干諾爾火山巖層、二疊紀(jì)林西組、侏羅紀(jì)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組、中更新統(tǒng)洪積坡積物、大黑溝組玄武巖、上更新統(tǒng)洪積坡積物、上更新統(tǒng)沖洪積物、上更新統(tǒng)沖積物、全新統(tǒng)現(xiàn)代河床沉積。巖體主要為中生代的花崗巖、花崗斑巖，侵入到中生代火山巖中，主要分布在研究區(qū)的西北角及東北角，其余地方零星出露(圖1)。

1—縫合帶；2—研究區(qū)；3—構(gòu)造區(qū)帶編號(hào)；4—侏羅紀(jì)滿克頭鄂博組；5—侏羅紀(jì)瑪尼吐組；6—侏羅紀(jì)白音高老組圖1 浩繞山地區(qū)中生代火山巖分布圖

2 白音高老組地層特征

白音高老組是由原遼寧省區(qū)測(cè)二隊(duì)于1974年在赤峰市巴林左旗哈達(dá)英格鄉(xiāng)白音高老最早創(chuàng)立的。當(dāng)時(shí)將一套上部為酸性熔巖、凝灰?guī)r、英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，下部為凝灰質(zhì)砂礫巖、細(xì)砂巖夾粉砂巖、泥質(zhì)頁(yè)巖及少量酸性凝灰?guī)r、熔巖，含葉肢介化石Nestoriasp.，Keratestheriarugosa，植物化石以及雙殼類(lèi)化石，整合在瑪尼吐組中性火山巖之上，被梅勒?qǐng)D組中基性火山巖不整合覆蓋的火山巖命名為白音高老組[1]。

白音高老組在研究區(qū)中出露最多，巖性組合中下部為火山碎屑巖夾流紋巖、火口湖沉積，主要為火山碎屑流相、爆發(fā)相、溢流相。上部以火口湖沉積為主，晚期潛流紋巖侵入，發(fā)育噴發(fā)沉積相和沉積相，潛火山巖相、侵出相發(fā)育(圖2)。

1—流紋質(zhì)含角礫凝灰?guī)r；2—流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；3—流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r；4—流紋質(zhì)巖屑凝灰?guī)r圖2 白音高老組中下部地層層序

3 鋯石U-Pb的測(cè)試及數(shù)據(jù)

3.1 樣品采集及測(cè)試

白音高老組的2件樣品(3001TW3,7003TW1)采自浩繞山地區(qū)，樣品3001TW3巖性為流紋斑巖，侵入到白音高老組中的火山碎屑巖中，為潛火山巖相。巖石新鮮，無(wú)蝕變，巖石成灰白色，少斑結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造發(fā)育。斑晶主要為長(zhǎng)石，含量約為5%，基質(zhì)為隱晶質(zhì)，基質(zhì)含量達(dá)95%。樣品7003TW1巖性為流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r，巖石新鮮，未蝕變，巖石新鮮面為灰白色，角礫熔結(jié)結(jié)構(gòu)，假流紋構(gòu)造，巖石主要由角礫和凝灰物構(gòu)成，角礫含量小于20%，凝灰物由晶屑、玻屑及巖屑組成，含量大于80%，其中塑性玻屑含量約為65%～70%，巖屑為15%～20%(圖3)。

1—流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r；2—流紋質(zhì)角礫巖；3—流紋質(zhì)沉角礫巖；4—流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r；5—流紋質(zhì)含集塊角礫巖；6—流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；7—潛流紋巖；8—含礫砂巖；9—雜礫巖圖3 白音高老組剖面特征

鋯石分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石制靶、照相均在北京凱德正科技有限公司完成，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成，采用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀。首先，將待測(cè)鋯石進(jìn)行制靶，透射光、反射光以及陰極發(fā)光圖像的觀察和采集，以確定鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部成因。鋯石數(shù)據(jù)測(cè)試采用的設(shè)備為美國(guó)Thermo Fisher公司生產(chǎn)的Neptune多接收器電感耦合等離子質(zhì)譜儀和美國(guó)ESI公司生產(chǎn)的波長(zhǎng)為193nm的UP193-FXAnF準(zhǔn)分子激光器，束斑直徑為35μm。采用TEMORA作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn)，具體操作流程見(jiàn)李懷坤等[5-8]；數(shù)據(jù)分析采用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[9]，應(yīng)用208Pb校正法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正，利用NIST612玻璃表樣作為外標(biāo)，計(jì)算鋯石樣品的Pb，U，Th含量。

3.2 鋯石U-Pb年齡

樣品3001TW3共測(cè)得21個(gè)點(diǎn)，年齡結(jié)果見(jiàn)表1。除3001TW3-10的206Pb/238U年齡為144Ma之外，其余各點(diǎn)年齡均在134～140Ma之間，20個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(134.84±0.78)Ma，MSWD=2.1，Th/U比值為0.4951～1.1883，均大于0.1，結(jié)合陰極發(fā)光圖像中震蕩環(huán)帶發(fā)育特征，可知其為典型的巖漿型鋯石(圖4、圖5)[10]。

表1 浩繞山白音高老組3001TW3樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

樣品7003 TW1共測(cè)得14個(gè)點(diǎn)，年齡結(jié)果見(jiàn)表2。除7003TW1-1和7003TW1-9明顯不協(xié)和，206Pb/238U年齡分別為264Ma和263Ma，其余12個(gè)分析點(diǎn)年齡范圍為135～141Ma，12個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(139.84±0.78)Ma，MSWD=0.49，Th/U比值為0.2942～1.182，均大于0.1，結(jié)合其陰極發(fā)光圖像中震蕩環(huán)帶發(fā)育的特征，可知其為典型的巖漿型鋯石(圖6，圖7)[10]。

表2 浩繞山白音高老組7003TW1-1樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

圖4 3001TW3樣品鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖

圖5 3001TW3樣品陰極發(fā)光圖

圖6 7003TW1樣品鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖

圖7 7003TW1樣品陰極發(fā)光圖

4 討論

目前，國(guó)際地層表中的侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)GSSP尚未確定。國(guó)際上對(duì)于侏羅紀(jì)與白堊界線劃分的爭(zhēng)議由來(lái)已久，主要有135Ma和145Ma兩種意見(jiàn)，分別代表北方區(qū)和特提斯區(qū)兩者的界線年齡。國(guó)際地層表[11]推薦的年齡為145Ma作為界線年齡，中國(guó)地層委員會(huì)在2010年7月召開(kāi)的大興安嶺中南段、冀北、遼西中生代地層劃分對(duì)比研討會(huì)上推薦使用這一界線，并將界線放在下白堊統(tǒng)張家口組與土城子組之間，并一直沿用至今[12-13]。

前人研究認(rèn)為[14-16]，白音高老組這套火山巖形成于晚侏羅世，但當(dāng)時(shí)缺乏高精度測(cè)年方法，僅做過(guò)少量Ar-Ar測(cè)年，年齡結(jié)果可信程度低。近年來(lái)，一大批高精度的年齡數(shù)據(jù)表明，這套火山巖主要形成于早白堊世，時(shí)間跨度大，主要集中于135～145Ma和115～125Ma之間。

隨著該地區(qū)地質(zhì)工作研究的不斷深入，部分學(xué)者[17-20]提出，大興安嶺火山巖并不存在穿時(shí)性，而是分屬于不同的組。在張吉衡[14]劃分的兩段白音高老組中，發(fā)現(xiàn)Nestoria和Eosestheria兩種動(dòng)物群化石，Nestoria化石分布于135～145Ma的火山巖中，Eosestheria化石分布于115～125Ma的火山巖中。根據(jù)古生物學(xué)研究[21-24]，Nestoria和Eosestheria分屬2個(gè)不同的層位，沒(méi)有混生現(xiàn)象[24]。在最新的中國(guó)地層簡(jiǎn)表中，將含有Nestoria和Eosestheria這2種動(dòng)物群分別放在大北溝組和義縣組中，但時(shí)代均為早白堊世。

根據(jù)1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，在研究區(qū)相鄰的扎蘭屯市柞木梁子，測(cè)得柞木梁子剖面表明，含有Eosestheria化石的龍江組底部為砂礫巖，不整合覆在白音高老組、瑪尼吐組、滿克頭鄂博組之上。依據(jù)高精度的U-Pb鋯石年齡測(cè)定，浩繞山地區(qū)白音高老組樣品(3001TW3、7003TW1)測(cè)得的年齡數(shù)據(jù)，分別為(134.84±0.78)Ma和(139.842±0.78)Ma，為早白堊世，含有Nestoria化石。

冀北地區(qū)晚侏羅世至早白堊世地層自下而上可以劃分為張家口組、大北溝組、義縣組、九佛堂組、下店組及青石砬子組(圖8)。根據(jù)最新的研究結(jié)果認(rèn)為[23-24]，張家口組在西部(張家口)地區(qū)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在143～136Ma之間；而在東部(灤平)地區(qū)持續(xù)時(shí)間較短，在136～135Ma左右[23-25]。

1—流紋質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r；2—流紋質(zhì)含角礫屑玻凝灰?guī)r；3—砂巖；4—安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r；5—安山巖；6—泥質(zhì)巖；7—化石圖8 浩繞山地區(qū)白音高老組地層與冀北-遼西區(qū)域?qū)Ρ葓D

5 結(jié)論

內(nèi)蒙古扎蘭屯市浩繞山地區(qū)白音高老組2個(gè)樣品的鋯石U-Pb年齡分別為(134.84±0.78)Ma和(139.84±0.78)Ma，說(shuō)明該地區(qū)白音高老組的沉積時(shí)代介于134～139Ma之間，屬于早白堊世。區(qū)域上可以與冀北—遼西地區(qū)的下白堊統(tǒng)張家口組進(jìn)行對(duì)比。