內(nèi)蒙古中東部寶力高廟組火山巖同位素年代學

黃世偉

大慶油田有限責任公司 勘探事業(yè)部，黑龍江 大慶 163453

0 引言

中國東北地區(qū)晚古生代大地構(gòu)造，自佳蒙地塊被提出以來，有關(guān)佳蒙地塊的性質(zhì)、形成時限等一直受到廣泛關(guān)注[1--20]。佳蒙地塊自西向東由額爾古納、興安、松嫩和佳木斯幾個微板塊組成[21--23]，晚古生代期間，作為一個整體被夾持在華北板塊和西伯利亞板塊之間，北以蒙古--鄂霍茨克縫合帶與西伯利亞板塊為界，南以西拉木倫--延吉縫合帶與華北板塊相接，西以恩格爾烏蘇縫合帶與北山地塊為鄰，東止于中錫霍特--阿林增生帶。近來，有關(guān)佳蒙地塊的大地構(gòu)造性質(zhì)，提出了一些不同看法，認為整體上屬于多島洋或造山帶[24--26]。在佳蒙地塊形成時限上，一些學者從地質(zhì)歷史發(fā)育和地層建造的角度，提出佳蒙地塊形成于早古生代末期，以晚志留世臥都河組含礫石英砂巖及同時代的西別河組底礫巖為標志，角度不整合在前志留紀地層之上為依據(jù)[27]；而另一些學者則認為在早石炭世末期才延黑河--賀根山構(gòu)造帶拼合而成佳蒙地塊[9,28]。此外，有關(guān)佳蒙地塊和華北板塊的拼合，多數(shù)都認為在晚古生代末期完成[29--37]，部分學者認為在早中生代古亞洲洋才最終消亡[38--39]。

基于傳統(tǒng)的地層劃分對比理論，結(jié)合現(xiàn)代同位素年代學分析，筆者從寶力高廟組層型和副層型剖面出發(fā)，探討該時期火山巖地層的厘定、接觸關(guān)系分析及平面展布規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中國內(nèi)蒙古自治區(qū)中東部和黑龍江省北部，區(qū)域上屬于中亞造山帶東段(圖1)。傳統(tǒng)上，稱為天山--興安構(gòu)造帶，包括北部的額爾古納地塊和南部的興安地塊及東部的松嫩地塊。

圖1 內(nèi)蒙古中東部寶力高廟組地層分布簡圖Fig.1 Simplified map showing distribution of Baoligaomiao Formation in central-eastern Inner Mongolia

額爾古納地塊和興安地塊之間沿新林--喜桂圖縫合帶的拼合可能在早古生代早期即以完成，其中的新林蛇綠巖、頭道橋藍片巖及塔河后造山花崗巖與鈣堿性系列中酸性巖漿巖共同約束的拼接時代為寒武紀[40--41]。古生代地層零散分布[42--43]，自下而上包括：下寒武統(tǒng)蘇中組、中--下奧陶統(tǒng)銅山組、中奧陶統(tǒng)多寶山組、上奧陶統(tǒng)裸河組和愛輝組、下志留統(tǒng)黃花溝組、中志留統(tǒng)八十里小河組、上志留統(tǒng)臥都河組、下泥盆統(tǒng)泥鰍河組、中--上泥盆統(tǒng)大民山組、上泥盆統(tǒng)安格爾音烏拉組、下石炭統(tǒng)紅水泉組、上石炭統(tǒng)寶力高廟組和上二疊統(tǒng)林西組。其中，含晚志留世Tuvaella的臥都河組發(fā)育大量含礫石英砂巖，分布較為廣泛[44]，角度不整合在前寒武紀地層之上[27]。

松嫩地塊和興安地塊之間的拼合分歧較大，涉及到賀根山蛇綠巖、大石寨蛇綠巖，目前較為統(tǒng)一的認識是存在大石寨--黑河早古生代巖漿弧[45--47]，換言之賀根山--大石寨--黑河縫合帶在約420 Ma即已縫合。松嫩地塊西段(內(nèi)蒙古草原地層區(qū))發(fā)育中志留統(tǒng)徐尼烏蘇組、上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)西別河組、上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)色日巴彥敖包組、上石炭統(tǒng)本巴圖組、上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)阿木山組、下二疊統(tǒng)大石寨組、中二疊統(tǒng)哲斯組和上二疊統(tǒng)林西組[42,44]。其中，上志留統(tǒng)—下泥盆統(tǒng)西別河組是一套在加里東褶皺基底之上發(fā)育起來的一套穩(wěn)定的淺海相沉積，延伸遠、分布廣，以底礫巖不整合在奧陶系包爾漢圖群或加里東期石英閃長巖之上，代表晚古生代構(gòu)造層的開始。

上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)寶力高廟組為一套陸相中酸性火山巖及火山碎屑巖夾少量正常沉積巖，不整合在泥盆系及更老的地層之上，含有植物化石，在內(nèi)蒙古東部和黑龍江省北部呈北東向帶狀廣泛分布。這套火山巖夾層中出現(xiàn)腕足類等海相化石的時候，被稱為格根敖包組，屬同時異相。

2 寶力高廟組地層特征

寶力高廟組由呼和浩特幅地質(zhì)隊在開展《貝爾湖(L--50)幅》(1∶100萬)地質(zhì)測量時命名，模式地點為內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗寶力高廟。巖性主要為砂巖、礫巖和火山巖，厚度較大，達3 000～5 000 m，時代確定為早二疊世。建組時列舉了寶力高廟、小壩梁和阿蘭蘇木3條剖面，并依據(jù)小壩梁剖面的腕足動物化石，確定時代為早二疊世。稍后，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊在鹽池北山格根敖包測制了剖面，采到豐富的腕足和植物化石，謝同倫在東烏珠穆沁旗地區(qū)古生代地層專題研究中，使用“哥根鄂博組”一名，并根據(jù)其和寶力高廟組的巖性及均含有植物化石Noeggerathiopsis，分布又很鄰近的特點，認為是同期異相，一并置入上石炭統(tǒng)(1)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局.寶力格幅(L--50--XXII)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[S].長春：吉林大學,1976:1--104.。隨后開展的大規(guī)模1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，分別使用寶力格廟組和格根敖包組來代表以陸相為主和海相為主的中酸性火山--沉積地層，并劃分為若干段。

內(nèi)蒙古地層表編寫組在進行區(qū)域總結(jié)時，將寶力格組、格根敖包組(改稱為鹽池北山組)置于下二疊統(tǒng)，分別劃分為3個巖性段。同時指出，在東烏旗石灰窯以東一帶和鹽池北山、賀根山等地，存在下部以黃綠色砂巖、礫巖和泥質(zhì)粉砂巖為主夾灰?guī)r透鏡體，含晚石炭世海相動物化石，上部以灰綠色、黃綠色中性、中酸性和酸性熔巖及火山碎屑巖為主的上石炭統(tǒng)[48]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局認為，上石炭統(tǒng)寶力格廟組的火山噴發(fā)中心在寶力格廟—東烏旗西山一帶，西側(cè)的蘇尼特左旗查干敖包至查干敖包塔拉白一帶、東側(cè)的罕達蓋—伊爾施一帶則遠離噴發(fā)中性，正常碎屑巖較多，而火山巖呈夾層狀態(tài)出現(xiàn)。下二疊統(tǒng)格根敖包組分布面積較小，僅限于東烏珠穆沁旗鹽池北山和西烏珠穆沁旗北部地區(qū)，下部為熔巖，中、上部是含火山物質(zhì)的碎屑巖，主要含腕足化石和植物[49]。內(nèi)蒙古巖石地層清理仍使用寶力高廟組和格根敖包組，并將兩組的時代都置于石炭—二疊紀[42]，指出寶力高廟組的火山巖遠多于格根敖包組，且為陸相噴發(fā)，而格根敖包組則是盆地邊緣環(huán)境下的產(chǎn)物；同時將阿蘭蘇木即阿巴嘎旗烏蘭敖包剖面作為寶力高廟組副層型。

2.1 東烏旗寶力高廟

東烏旗寶力高廟位于烏里雅斯太鎮(zhèn)東303省道與S101交匯處，得名于寶力格廟(始建于1782年)，行政區(qū)劃屬于東烏旗道特淖爾鎮(zhèn)霍布爾社區(qū)(寶拉格蘇木)，為寶力高廟組命名剖面所在地，是一套中酸性火山巖及火山碎屑巖，上部含植物化石，地層層序正常(原建組剖面⑥顯示層序倒轉(zhuǎn)是錯誤的)。下部為白色、灰白色凝灰?guī)r夾黑色安山質(zhì)火山碎屑巖及石英安山巖，厚1 250 m；中部為灰色安山斑巖及火山碎屑巖，厚400 m；上部為灰色、灰黑色酸性凝灰?guī)r夾黑色板巖，厚2 350 m，產(chǎn)植物化石。內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局對寶力高(格)廟剖面進行了重新測制和劃分，劃分為第一巖段(1～26層，厚4 025 m)、第二巖段(1～7層，厚1 043 m)。內(nèi)蒙古地層編寫組在此基礎(chǔ)上重新進行了劃分，采納了原第一巖段剖面上部的15～26層，厚2 266 m作為第一巖段，原剖面第二巖段的3～7層，厚731 m作為第二巖段。此外，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局將敦達昂格爾剖面寶力高廟組作為第二巖段和第三巖段的補充，內(nèi)蒙古地層編寫組也對該剖面劃分提出了不同的劃分方案。

本次工作，是在詳細考察了寶力高廟組層型剖面的基礎(chǔ)上，針對有植物化石限定的層位進行了同位素測年和化石采集鑒定(圖2A)。測年樣品NDB2(45°43.351′N，117°22.544′E)、NDB3(45°44.674′N，117°25.603′E)均為灰綠色巖屑晶屑凝灰?guī)r。

2.2 阿巴嘎旗烏蘭敖包

阿巴嘎旗烏蘭敖包，即過去所稱的阿蘭蘇木，現(xiàn)為寶力高廟組選層型剖面[42]。內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)測量隊在開展烏力吉特敖包、白音圖嘎幅1∶20萬聯(lián)測時，將寶力高廟組劃分為3個巖性段，其中的第一巖段厚1 384 m，即以烏蘭敖包剖面為代表①，該剖面底部見底礫巖，角度不整合于下奧陶統(tǒng)裸河組變質(zhì)砂巖上，接觸關(guān)系清楚；剖面下部發(fā)育大量灰黑色薄層粉砂巖及泥巖，產(chǎn)植物化石，夾薄層層凝灰?guī)r。測年樣品AWB1(45°13′58.3″N，114°36′41.7″E)為灰白色流紋質(zhì)層凝灰?guī)r，采自化石夾層中(圖2B)。

3 寶力高廟組同位素測年

3.1 測年方法

測年樣品(AWB1、NDB2和NDB3)由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所采用常規(guī)方法進行粉碎、浮選、磁選來進行鋯石分選，每個樣品均獲得鋯石1 000 粒以上，并進行黏貼、包埋、打磨和拋光，透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。然后比對圖像，挑選無裂痕、無包裹體、有環(huán)帶和晶形好的巖漿鋯石進行激光剝蝕等離子體質(zhì)譜分析。U--Pb同位素定年在西北大學大陸動力學開發(fā)實驗室完成，以91500鋯石和NIST610進行同位素組成標定和儀器校準。普通鉛計算參照Andersen方法[50]，U--Pb同位素比值處理采用Glitter4.0程序[51],年齡計算選用ISOPLOT程序[52]。

圖2 內(nèi)蒙古中東部寶力高廟組典型剖面地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of Baoligaomiao Formation on stratotypes, central-eastern Inner Mongolia------------ ① 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局.烏力吉特敖包(L--50--XIX)、白音圖嘎幅(L--50--XXV)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[S].長春：吉林大學,1979:1--130.

3.2 測年結(jié)果

3件凝灰?guī)r樣品(AWB1、NDB2和NDB3)的鋯石CL圖像顯示(圖3)，所測鋯石均為自形--半自形，長120～290 μm，寬50～1 300 μm，部分明顯破碎或有裂紋，震蕩生長環(huán)帶清晰，測試分析(表1、表2、表3)顯示較高的Th/U比值(0.26～1.72，平均值0.47～0.55)，指示為典型的巖漿成因鋯石[53]。

圖3 寶力高廟組凝灰?guī)r代表性鋯石顆粒CL圖像Fig.3 Cathodoluminescence images of selected zircons from tuffs of Baoligaomiao Formation

樣品(AWB1)共測了25顆鋯石(表1)，206Pb/238U表面年齡值為(333±7)～(277±6)Ma，除了第13顆和第17顆鋯石的協(xié)和度較低外，其余23顆鋯石的加權(quán)平均年齡為304.6±5.9 Ma(圖4)，指示時代亦為晚石炭世晚期。

樣品(NDB2)共測了100顆鋯石(表2)，206Pb/238U表面年齡值為(343±6)～(289±5)Ma，除了第3、14、20、24、28、29、33、42顆鋯石的協(xié)和度較低外，其余92顆鋯石的加權(quán)平均年齡為(303.1±1.6)Ma(圖4)，指示時代亦為晚石炭世晚期。

樣品(NDB3)共測了100顆鋯石(表3)，206Pb/238U表面年齡值為(343±6)～(289±5)Ma，除了第3顆鋯石的協(xié)和度較低外，其余99顆鋯石的加權(quán)平均年齡為310.2±1.9 Ma(圖4)，指示時代為晚石炭世中期。

圖4 寶力高廟組凝灰?guī)r鋯石U--Pb年齡協(xié)和圖Fig.4 Zircon U--Pb concordia diagrams of tuffs in Baoligaomiao Formation

4 討論

4.1 寶力高廟組形成時代

寶力高廟組在層型剖面上頂?shù)捉缇€不清，但在副層型上，其底界不整合于奧陶紀裸河組之上。區(qū)域上，在綏和查干剖面，寶力高廟組不整合在上泥盆統(tǒng)安格爾音烏拉組之上；在海拉爾，其不整合于紅水泉組(莫爾根河組)之上，并被晚二疊世林西組或中生代地層覆蓋。寶力高廟組含有少量植物化石，黃本宏曾記載寶力高廟組植物化石9屬25種，主要以Angaropteridium,Angaridium,Cardioneura(Neuropteris), “Noeggerathiopsis”為主，均為安加拉植物群分子[54]。盡管這些化石可以與蒙古和俄羅斯庫茲涅茨克盆地的石炭紀植物進行對比，屬于晚石炭世早期或晚石炭世晚期[55--56]，但這些屬級分類單元在二疊紀地層中也十分常見，而蒙古和庫茲涅茨克盆地的晚石炭世和早二疊世陸相地層也缺乏有效的層位控制。當前寶力高廟組層型和副層型剖面上采到部分植物化石，以Rufloria(Noeggerathiopsis)為主(圖5)，包括Rufloriaderzavinii(Neub.),R.kerulenicaDurante,R.subangusta(Zal.),R.theodori(Tschirk et Zal.),R.tomiensis(Radcz.)。其中Rufloriasubangusta(Zal.),R.theodori(Tschirk et Zal.),R.tomiensis(Radcz.)產(chǎn)于俄羅斯庫茲涅茨克盆地巴拉洪組下部或中下部，R.kerulenicaDurante產(chǎn)于蒙古南部下二疊統(tǒng)，R.derzavinii(Neub.)則見于俄羅斯庫茲涅茨克盆地上巴拉洪組、蒙古南部下二疊統(tǒng)和中國黑龍江省神樹地區(qū)中二疊統(tǒng)土門嶺組[57]。因此，就植物化石而言，其地質(zhì)時代屬于晚石炭世—早二疊世。

4.2 寶力高廟組火山巖年齡

隨著測年技術(shù)的不斷推廣和使用，有關(guān)這一地區(qū)的寶力高廟組火山巖或次火山巖及火山碎屑巖鋯石，以及侵入到寶力高廟組地層的巖株和巖脈的鋯石U--Pb同位素測年，對確定寶力高廟組的時代起到重要作用(圖6)。

圖6 內(nèi)蒙古阿巴嘎旗—東烏旗一帶寶力高廟組火山巖年齡分布圖Fig.6 Distribution of dated volcanics of Baoligaomiao Formation in Abaga--East Ujimuqin area, Inner Mongolia

辛后田等[58]將寶力高廟組劃分為上、下兩段：下段以酸性火山巖--火山碎屑巖、碳質(zhì)板巖和河流相砂礫巖為主，上段以安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖夾砂礫巖為主；獲得下段年齡(320.1±7.2)Ma，上段年齡(303.4±6.7)Ma、(304.9±3.1)Ma，時代為晚石炭世。上段中產(chǎn)大量植物化石，在布拉格和準薩拉一帶發(fā)現(xiàn)Paracalamites,Neuropteris,“Noeggerathiopsis”。付東等[59]將原來的寶力高廟組解體，下部為安山質(zhì)火山巖為主的地層，保留為寶力高廟組，鋯石年齡為(320±1) Ma、(317±2)Ma，時代為晚石炭世早期；上部為粗安巖、粗面巖、流紋巖和粗面質(zhì)凝灰?guī)r，底部為凝灰質(zhì)礫巖，與下伏安山巖不整合接觸，鋯石年齡為(309.7±1.1)Ma、(302.3±1.7)Ma，時代為晚石炭世晚期，另建了一個新的地層單元，稱為德勒烏拉組。賀淑賽等[60]在白音烏拉地區(qū)寶力高廟組流紋巖獲得(300±2.9)Ma的鋯石年齡。武躍勇等[61]將蘇左旗查干敖包地區(qū)寶力高廟組劃分為4段，一段以變質(zhì)碎屑巖為主，含大量植物化石，在達來毛瑞、阿爾寶力格巴嘎南采獲Angaropteridiumneubergae,A.mongolicum, “Noeggerthiopsis” spp.，屬于Angaropteridium--“Noeggerthiopsis”組合；二段以中酸性火山巖和火山碎屑巖為主，鋯石測年為(297±1.2)Ma；三段為安山質(zhì)火山巖夾碎屑巖；四段為流紋質(zhì)火山巖夾砂巖、泥灰?guī)r，砂巖中含大量植物化石及硅化木，在哈爾呼舒布其、額和陶勒蓋采獲Paracalamites, “Noeggerathiopsis”。何付兵等[62]在巴彥敖包地區(qū)寶力高廟組二段和四段流紋巖分別獲得(315.2±4.6)Ma和(305±4.1)Ma的鋯石U--Pb測年結(jié)果。此外，朱俊賓等[63]獲得了格根敖包組二段火山巖(311.2±0.94)Ma、(311.6±1.3)Ma的鋯石年齡。

上述研究表明，寶力高廟組火山巖的年齡范圍為(323±1.4)Ma～(297±1.2)Ma，這與當前3個樣品鋯石年齡譜一致，也與其他已發(fā)表的寶力高廟組火山巖鋯石年齡譜一致，同時也包含了格根敖包組火山巖鋯石的年齡譜，說明寶力高廟組火山活動持續(xù)時間長達20 Ma。

Chen et al.獲得了東烏旗烏里雅斯太東側(cè)寶力高廟組古緯度，為28.8°N。李朋武等獲得的內(nèi)蒙古蘇尼特左旗白音烏拉寶力高廟組的古緯度為18.0°N，與華北板塊此時期的古緯度(9.2°N～10.1°N)較為接近，而與西伯利亞的磁極移曲線不同[64--65]。

4.3 寶力高廟組的劃分

寶力高廟組作為佳蒙地塊上的一個巨型火山巖帶，經(jīng)歷了長達20 Ma的演化，地層厚度巨大，巖性和巖相變化明顯。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，曾根據(jù)各圖幅的實際情況，對寶力高廟組進行了段級劃分，一般都劃分為上、中、下3段，并在一定范圍內(nèi)開展了對比，滿足了生產(chǎn)需求。近來，部分學者發(fā)現(xiàn)，在寶力高廟組內(nèi)存在大套礫巖，可與下伏火山巖分隔開，而新建德勒烏拉組；獲得寶力高廟組(狹義)的年齡(320±1)Ma和(317±2)Ma，德勒烏拉組的年齡(309.7±1.1)Ma和(302.3±1.7)Ma。然而，正如前述已闡明的那樣，在同一個火山巖樣品中存在333～297 Ma鋯石，這表明火山噴發(fā)源區(qū)連續(xù)而缺乏大的間歇期。此外，火山巖巖性、產(chǎn)狀和平面展布變化較大，即使是流紋巖的年齡也變化較大[62]。因此，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局在巖石地層清理總結(jié)中也未采納內(nèi)蒙古區(qū)調(diào)隊一隊(1979)劃分為洪敖包組和寶力格廟組且二者為角度不整合的方案[42]。

5 結(jié)論

(1)內(nèi)蒙古東烏旗寶力格蘇木剖面寶力高廟組植物化石夾層凝灰?guī)r，經(jīng)LA--ICP--MS方法的鋯石U--Pb測年，獲得(310.2±1.9)Ma和(303.1±1.6)Ma的加權(quán)平均年齡；而阿巴嘎旗烏蘭敖包剖面寶力高廟組凝灰?guī)r的鋯石U--Pb加權(quán)平均年齡為(304.6±5.9)Ma。

(2)結(jié)合前人的測年數(shù)據(jù)和古植物化石記錄可知，寶力高廟組是長期噴發(fā)(323±1.4 Ma～297±1.2 Ma)而形成于晚石炭世(—早二疊世？)的巨型火山巖帶，經(jīng)歷了長達20 Ma以上的火山活動歷史。

(3)寶力高廟組火山巖鋯石具有從320～297 Ma連續(xù)的年齡記錄和鋯石U--Pb年齡譜，缺乏大的、明顯的火山活動間歇期和火山活動間斷性，地層發(fā)育主要受控于火山機構(gòu)，缺乏統(tǒng)一的分組、分段基礎(chǔ)。

致謝感謝吉林大學古生物學與地層學研究中心孫躍武教授對本文中的化石進行鑒定并給予相應(yīng)的指導。