內(nèi)蒙古大興安嶺中南段土城子組形成的沉積環(huán)境與構(gòu)造背景

陳 彪 曲洪祥, 賈 彬 仲米山 曹元寶 劉 君 劉興國 薛彥萍

(1.中國人民武裝警察部隊(duì)黃金第四支隊(duì)；2.遼寧省地質(zhì)勘查院)

近年來，在內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)開展的烏蘭浩特市1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(修側(cè))、武警黃金第四支隊(duì)開展的復(fù)興屯等4幅和特莫牧場(chǎng)等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作均發(fā)現(xiàn)了土城子組[1-5]，加之曲洪祥等[6]對(duì)區(qū)內(nèi)土城子組的深入研究，認(rèn)為該區(qū)完全可以與燕遼地區(qū)的土城子組對(duì)比。但由于該區(qū)處于大興安嶺中生代火山帶，沉積巖不甚發(fā)育，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)沉積學(xué)研究相對(duì)薄弱，尤其是土城子組。本研究對(duì)區(qū)內(nèi)土城子組形成的沉積環(huán)境與構(gòu)造背景進(jìn)行分析，為大興安嶺地區(qū)沉積學(xué)研究提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古東部大興安嶺東南段，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交匯處[6]。中生代以來，研究區(qū)便進(jìn)入了歐亞板塊構(gòu)造演化階段，主要受濱太平洋構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域的影響。前中生代時(shí)期，區(qū)內(nèi)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(jì)—二疊紀(jì)地層，該期地層均遭受了區(qū)域淺變質(zhì)變形作用。中生代—新生代時(shí)期，地層區(qū)劃則隸屬于濱太平洋地層區(qū)、大興安嶺—燕山地層分區(qū)、烏蘭浩特—赤峰地層小區(qū)，該期地層變質(zhì)變形相對(duì)較弱[6]。土城子組下部巖性為灰紫色厚層砂礫巖夾粉砂巖；中部為砂礫巖夾流紋巖、安山巖及暗灰色安山質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r；中上部為凝灰質(zhì)砂礫巖、長(zhǎng)石砂巖，夾沉角礫凝灰?guī)r。該組以灰色復(fù)成分礫巖與下伏上二疊統(tǒng)林西組碳質(zhì)板巖分界，兩者為角度不整合接觸。該組以上為侏羅系滿克頭鄂博組流紋巖、瑪尼吐組安山巖或白堊系白音高老組流紋巖分界，兩者為不整合接觸關(guān)系。該厚度變化較大，出露厚度為9.6～1 325 m。該組碎屑鋯石U-Pb年齡分別為(163.1±1.6)Ma、(154.9±1.5)Ma，安山巖鋯石U-Pb年齡為(158.0±1.8)Ma，其地質(zhì)年代應(yīng)為晚侏羅世[6-7]。

2 土城子組沉積環(huán)境

土城子期正值晚侏羅世歐亞大陸內(nèi)部干旱的鼎盛時(shí)期，整個(gè)冀北—遼西—研究區(qū)均處于大面積的干旱氣候帶[8-13]。土城子期為一套陸相沉積，沉積相類型復(fù)雜。冀北—遼西地區(qū)主要發(fā)育河流相、沖積扇相和湖相沉積，少量為沙漠相、沼澤相沉積。研究區(qū)土城子組沉積相類型較簡(jiǎn)單，僅見河流相長(zhǎng)石雜砂巖、沖積扇相復(fù)成分砂礫巖沉積。該組砂巖粒度頻率累積曲線是由跳躍次總體(78.80%～91.57%)和懸浮次總體(8.44%～21.21%)組成，跳躍次總體與懸浮次總體之間的交截點(diǎn)φ值為2.75～3.0，跳躍次總體直線段的斜率為65°，顯示河流相沉積的特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)為0.9～0.93，表明砂巖粒度分選中等。偏度(Sk)值為1.17～1.67，為正偏度，峰度偏向粗粒度一側(cè)，說明沉積物以粗組分為主，細(xì)粒一側(cè)表現(xiàn)為較低的尾部，為雙峰態(tài)頻率曲線。尖度或峰度(Kg)值為0.95～1.15，顯示中等(正態(tài))。標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)、偏度(Sk)及尖度或峰度(Kg)值均顯示河流相沉積的特征。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)土城子組形成的沉積環(huán)境為沖積扇相和河流相，未見湖相和沙漠相沉積。

3 土城子組沉積盆地構(gòu)造背景

3.1 巖 相

研究區(qū)土城子組砂礫巖較發(fā)育，粒度和成分成熟度較低，有細(xì)粒長(zhǎng)石雜砂巖夾層，河流相“二元結(jié)構(gòu)”不明顯。該組上部單元較薄或不發(fā)育，呈塊狀層理，或具有不明顯的平行層理、大型板狀交錯(cuò)層理。砂巖屬河流相形成的產(chǎn)物；砂礫巖形成于沖積扇相，多為扇根亞相泥石流篩狀物沉積、扇中和扇端漫流及河道沉積。土城子期沉積盆地處于坳陷幅度較大、坳陷速率較快的構(gòu)造背景，顯示了地殼升降較頻繁的山前坳陷的特點(diǎn)，與賀根山斷裂帶有密切關(guān)聯(lián)。

3.2 地層厚度

研究區(qū)土城子組厚度變化劇烈，科右前旗胡爾勒—德興屯一帶，土城子組發(fā)育較全，頂、底界限清楚，基本代表了該組的原始沉積厚度，胡爾勒(厚度1 157 m)、德興屯(厚度1 325 m)兩地相距僅25 km，厚度卻相差了168 m，表明區(qū)內(nèi)地殼坳陷的幅度有較大差異?？朴仪捌鞓淠緶稀獫M族屯—草根臺(tái)溝一帶，一方面受賀根山斷裂帶不均勻升降運(yùn)動(dòng)的影響，該期盆地多顯示了各自孤立的盆地群，如滿族屯一帶該組出露厚度為419.2 m，草根臺(tái)溝厚度為356.4 m，而樹木溝出露厚度僅10余米；另一方面由于受賀根山斷裂帶后期下沉的影響，造成該盆地地層均發(fā)育不全(未見底)。中生代晚期，該盆地除滿克頭鄂博期、瑪尼吐期、白音高老期及梅勒?qǐng)D期出現(xiàn)大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)以外，其實(shí)，土城子期火山活動(dòng)便已開始，強(qiáng)度相對(duì)較弱，火山活動(dòng)規(guī)模不大，火山巖呈夾層產(chǎn)出。新生代時(shí)期，火山活動(dòng)也時(shí)有發(fā)生，發(fā)育有新近紀(jì)火山巖(五叉溝組玄武巖)和第四紀(jì)火山巖(西口組玄武巖)，均反映了賀根山斷裂帶多期火山活動(dòng)的特點(diǎn)。

3.3 沉積巖成分

3.3.1 砂巖礦物成分

據(jù)雜砂巖成分與大陸邊緣類型的關(guān)系(表1)[7]，可知研究區(qū)土城子組的構(gòu)造背景主要顯示為安第斯型主動(dòng)大陸邊緣。

表1 雜砂巖成分與大陸邊緣類型的關(guān)系

3.3.2 化學(xué)成分

3.3.2.1 主量元素

通過將研究區(qū)土城子組與各類構(gòu)造環(huán)境(大洋島弧、大陸島弧、安第斯大陸邊緣、被動(dòng)大陸邊緣)砂巖化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比可知，研究區(qū)土城子組蝕源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境主要為大陸島弧(期望值53.3%)，也有來自安第斯大陸邊緣(33.3%)、大洋島弧(6.7%)、被動(dòng)大陸邊緣(6.7%)，反映了該組為非穩(wěn)定型建造的砂巖化學(xué)成分特征，進(jìn)而說明該組蝕源區(qū)具有復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境。土城子組砂巖主量元素w(Na2O)/w(K2O)-w(SiO2)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖1)顯示構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)大陸邊緣。微量元素w(Ti)/w(Zr)-w(La)/w(Sc)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖2)顯示構(gòu)造環(huán)境主要為活動(dòng)大陸邊緣，次為大陸島弧。w(TiO2)-w(Fe2O3(T)+MgO)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖3)顯示構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣弧。綜合分析認(rèn)為研究區(qū)土城子組物蝕源區(qū)應(yīng)來自活動(dòng)大陸邊緣，反映了該組蝕源區(qū)與二疊紀(jì)古亞洲洋的俯沖作用有關(guān)。

圖1 w(Na2O)/w(K2O)-w(SiO2)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

圖2 w(Ti)/w(Zr)-w(La)/w(Sc)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

圖3 w(TiO2)-w(Fe2O3(T)+MgO)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

3.3.2.2 微量元素

研究區(qū)土城子組砂巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線與安第斯型主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線相似，反映出區(qū)內(nèi)土城子組源區(qū)類型主要為切割的巖漿弧，個(gè)別物源來自于未切割的巖漿弧區(qū)(圖4)。

圖4 土城子組砂巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線

綜上分析，土城子期沉積盆地的蝕源區(qū)構(gòu)造環(huán)境主要為安第斯型主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧，土城子組物源區(qū)類型主要為切割的巖漿弧，個(gè)別物源來自于基底隆起區(qū)；土城子組蝕物源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境具有與安第斯型主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧型物源區(qū)的特點(diǎn)，反映了該組物源區(qū)與二疊紀(jì)時(shí)期古亞洲洋的俯沖作用有關(guān)，又受后期濱太平洋構(gòu)造域的影響。

4 結(jié) 語

結(jié)合巖體取樣分析結(jié)果，對(duì)大興安嶺中南段土城子組形成的沉積環(huán)境和構(gòu)造背景進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究表明：區(qū)內(nèi)土城子組的積環(huán)境為沖積扇相—河流相；土城子組蝕源區(qū)的構(gòu)造背景主要為安第斯型主動(dòng)大陸邊緣，次為大陸島弧，源區(qū)類型主要為切割的巖漿弧，少量來自于基底隆起區(qū)。