阿拉善地塊東北緣狼山地區(qū)大紅山組沉積時(shí)代、物質(zhì)來源及區(qū)域構(gòu)造意義

林燦楠 ，解國愛，田榮松，王博，張慶龍

1)南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京，210093；2)貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽，550025

內(nèi)容提要:阿拉善地塊位于中亞造山帶南緣，是研究中亞造山帶南緣二疊紀(jì)構(gòu)造背景及演化的關(guān)鍵地區(qū)。本研究在阿拉善地塊東北緣狼山地區(qū)野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)狼山地區(qū)大紅山組地層進(jìn)行古流向、碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年和砂巖碎屑組分分析。研究表明礫石最大扁平面傾向?yàn)镾WW—NWW，指示大紅山組地層沉積時(shí)的古水流的流向總體呈現(xiàn)自西向東，推測(cè)大紅山組礫石主要來自狼山西部地區(qū)。砂巖中碎屑鋯石最小年齡峰值為275 Ma和278 Ma，表明大紅山組沉積時(shí)代不早于中二疊世早期。砂巖的碎屑組分分析和碎屑鋯石年齡譜指示大紅山組可能來自于晚古生代諾爾公—狼山弧，礫石的古流向分析和碎屑鋯石年齡譜推測(cè)大紅山組礫石極有可能來自于阿拉善地塊前寒武紀(jì)變質(zhì)基底。結(jié)合諾爾公—狼山構(gòu)造帶晚古生代大陸巖漿弧的存在，認(rèn)為二疊系大紅山組地層沉積于弧背前陸盆地的構(gòu)造背景。

中亞造山帶由一系列的前寒武紀(jì)微陸塊、蛇綠混雜巖帶、島弧、陸緣弧、增生雜巖、洋島以及被動(dòng)大陸邊緣沉積物聚合而成，記錄了古亞洲洋長達(dá)數(shù)億年的俯沖增生演化歷史，是顯生宙陸殼生長的最大的地區(qū)之一(eng?r et al.,1993;Windley et al.,2007;Kozlovsky et al.,2015;Xiao Wenjiao et al.,2015,2018)。古亞洲洋最終沿著南天山—索倫克縫合帶在晚石炭世—早中三疊世時(shí)期從西到東完成最終拼合，形成顯生宙世界上最大的增生型造山帶(Eizenh?fer et al.,2014)。

阿拉善地塊位于中亞造山帶南緣中段，記錄了古亞洲洋多期次復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史，是研究古亞洲洋從俯沖到最終閉合的關(guān)鍵地區(qū)。然而，古亞洲洋在阿拉善地塊的構(gòu)造演化仍存在爭(zhēng)議，爭(zhēng)議主要集中在晚古生代阿拉善地塊東北緣的構(gòu)造環(huán)境。多數(shù)研究者認(rèn)為晚石炭世至二疊紀(jì)期間古亞洲洋的俯沖作用仍在進(jìn)行，阿拉善地塊處于古亞洲洋向南俯沖形成的活動(dòng)大陸邊緣弧環(huán)境。晚古生代超鐵鎂質(zhì)—鐵鎂質(zhì)雜巖、弧相關(guān)巖漿巖、礫狀火山—沉積巖系的存在表明大洋俯沖持續(xù)到二疊紀(jì)(Feng Jianyun et al.,2013；Lin Lina et al.,2014;Zheng Rongguo et al.,2014;Liu Qian et al.,2017a;Song Dongfang et al.,2018a;Wang Wenlong et al.,2020)。最近，呂洪波等(2018)在狼山南麓發(fā)現(xiàn)了蛇綠混雜巖，包括白堊紀(jì)的玄武巖等，古亞洲洋是在白堊紀(jì)沿狼山-陰山南緣一線最終俯沖造山閉合，華北克拉通的北界并不是傳統(tǒng)認(rèn)為的白云鄂博北—西拉木倫河一線。然而，也有研究者認(rèn)為古亞洲洋在晚石炭世之前已經(jīng)閉合，二疊紀(jì)時(shí)期阿拉善地塊處于陸內(nèi)構(gòu)造環(huán)境，大規(guī)模的巖漿巖形成于早期的陸內(nèi)裂谷或地幔柱導(dǎo)致的大火成巖省(張建軍等，2012;Dan Wei et al.,2014b,2015;Liu Min,2016;Chen Yan et al.,2020)。上述研究成果為中亞造山帶的深入研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料，然而，這些研究大多基于地球化學(xué)分析，缺乏詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查以及區(qū)域沉積記錄分析。

筆者等通過詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，在阿拉善地塊東北緣狼山西南段地區(qū)識(shí)別出呈區(qū)域角度不整合覆蓋在古元古代疊布斯格雜巖之上的二疊系碎屑巖組合。通過對(duì)該套碎屑巖的古流向分析、砂巖碎屑組分分析和碎屑鋯石U-Pb定年，旨在探討該套地層沉積時(shí)代、物質(zhì)來源以及構(gòu)造背景，為古亞洲洋在中亞造山帶南緣中段的構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

阿拉善地塊位于華北克拉通和塔里木克拉通之間的連接地區(qū)，其北緣為中亞造山帶(圖1a)。阿拉善地塊北部地區(qū)分布恩格爾烏蘇和查干楚魯兩條蛇綠巖帶，將該地區(qū)自北向南劃分為珠斯楞—杭烏拉構(gòu)造帶、宗乃山—沙拉扎山構(gòu)造帶和諾爾公—狼山構(gòu)造帶(吳泰然等,1992)。研究區(qū)位于諾爾公—狼山構(gòu)造帶內(nèi)狼山西南段波仁楚魯?shù)貐^(qū)(圖1b)。

圖1 阿拉善地塊位置示意圖 (a)和阿拉善地塊北緣構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾?jiǎn)圖 (b) Fig.1 Schematic geological map of the Alxa Block (a) and sketch map of major tectonic divisions of the northern Alxa Block,showing the position of the study area (b)

圖 2 阿拉善地塊狼山西南緣地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖(據(jù)Tian Rongsong et al.,2020)Fig.2 Detailed geological and structural map of the southwestern Langshan Mountains,Alax Block (after Tian Rongsong et al.,2020)

諾爾公—狼山構(gòu)造帶的新太古代—古元古代變質(zhì)巖石主要包括北大山雜巖、龍首山雜巖、疊布斯格雜巖和巴彥烏拉山雜巖，這些古老基底巖石記錄了多期次巖漿—變質(zhì)事件，包括約2.5 Ga 的TTG質(zhì)巖漿作用與同期變質(zhì)事件，2.3～2.0 Ga的巖漿事件和1.95～1.85 Ga的變質(zhì)事件，具有與華北克拉通相似的演化歷史 (張建新等，2018)。新元古代狼山群為一套不整合于早前寒武變質(zhì)基底之上的綠片巖相變質(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖夾少量火山巖組合，沿狼山地區(qū)廣泛分布。該構(gòu)造帶古生代沉積記錄較少，晚石炭世—早二疊世阿木山組地層沿著查干楚魯縫合帶兩側(cè)零星分布(鄭榮國等，2017；郭碩等，2019;Chen Yan et al.,2020)。此外，狼山炭窯口地區(qū)出露少量的中—晚二疊世大紅山組地層(Tian Rongsong et al.,2020)?；◢弾r、閃長巖、玄武巖、安山巖等晚古生代巖漿巖廣泛分布于諾爾公—狼山構(gòu)造帶，大量的研究支持這些巖漿巖形成于古亞洲洋向南俯沖形成的大陸弧環(huán)境(Jian Ping et al.,2010;Feng Jianyun et al.,2013;Liu Qian et al.,2017b；王文龍等,2018)。二疊紀(jì)巖漿巖沿該構(gòu)造帶零星出露，呈線性分布，前人對(duì)其進(jìn)行地球化學(xué)等方面的研究，支持二疊紀(jì)火山—巖漿弧存在的觀點(diǎn)(Liu Qian et al.,2016;Song Dongfang et al.,2018a,b;Tian Rongsong et al.,2020)。分析前人對(duì)晚古生代諾爾公—狼山構(gòu)造帶巖漿巖地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)，顯示該構(gòu)造帶晚古生代主要存在兩期幕式弧巖漿事件，具有年齡峰值為325 Ma 和276 Ma(Feng Jianyun et al.,2013;Dan Wei et al.,2014b;Lin Lina et al.,2014;Wang Zengzhen et al.,2015;Liu Min et al.,2016;Tian Rongsong et al.,2021)。

研究區(qū)出露古元古代疊布斯格雜巖和新元古代狼山群，這些地層被新元古代閃長巖、晚古生代閃長巖、花崗巖所侵入(圖2)。疊布斯格雜巖主要由斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、磁鐵石英巖、透輝石大理巖組成，是阿拉善地塊變質(zhì)程度最高的變質(zhì)巖系(Zou Lei et al.,2021)。新元古代狼山群主要由結(jié)晶灰?guī)r、石英砂巖、石英巖、炭質(zhì)板巖和千枚巖以及少量變火山巖夾層組成。近年來許多學(xué)者對(duì)狼山群進(jìn)行了地質(zhì)年代學(xué)的分析，認(rèn)為狼山群形成于新元古代(Hu Jianmin et al.,2014;Liu Chaohui et al.,2019;Bao Chuang et al.,2019)。研究區(qū)的古元古代疊布斯格巖群、新元古代狼山群、二疊紀(jì)火山巖中發(fā)生了強(qiáng)烈的褶皺和逆沖疊瓦構(gòu)造。

筆者等通過最新的野外地質(zhì)調(diào)查，在狼山西南緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)識(shí)別出一套區(qū)域角度不整合在古元古代疊布斯格雜巖之上的礫巖、砂巖和頁巖的碎屑巖組合(圖3a,b,c)。Tian Rongsong等(2020)對(duì)該套碎屑巖與研究區(qū)北東處的炭窯口地區(qū)大紅山組進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為兩者巖性和層位相當(dāng)，筆者把狼山西南緣波仁楚魯?shù)倪@套地層組合也稱為“大紅山組”。

圖3 阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組野外露頭:(a) 大紅山組和上下地層之間接觸關(guān)系；(b) 野外地質(zhì)剖面圖及礫巖礫石最大扁平面(ab面)傾向玫瑰花圖;(c) 大紅山組與古元古代疊布斯格雜巖角度不整合接觸；(d) 大紅山組地層中的礫巖；(e) 晚二疊世枕狀玄武巖覆蓋在大紅山組礫巖之上；(f) 晚二疊世枕狀玄武巖的杏仁構(gòu)造、氣孔構(gòu)造Fig.3 Outcrop characteristics of the Dahongshan Formation in Borenchulu area,the northeastern margin of the Alxa Block:(a) the contact relationship between the Dahongshan Formation and its underlain and overlying strata;(b) cross-section and the rosette diagram of gravel primeval ab-plane of the conglomerate layers;(c) the angular unconformity between the Dahonghshan Formation and the Paleoproterozoic Diesusige Complex;(d) conglomerate from the Dahongshan Formation;(e) the unconformity between the conglomerate of the Dahongshan Formation and Late Permian pillow basalts;(f) the amygdaloidal structure and vesicular structures of the Late Permian pillow basalt

研究區(qū)大紅山組之上被枕狀玄武巖覆蓋，枕狀玄武巖呈墨綠、暗綠、黑綠色，枕狀構(gòu)造發(fā)育，多呈橢球狀，大小在20～100 cm之間。玄武巖枕邊發(fā)育1～3 cm的冷凝邊，并發(fā)育氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造，杏仁體以方解石為主(圖3e,f)。玄武巖巖枕之間多被基性熔巖和紫紅色泥質(zhì)粉砂巖所充填，巖枕長軸平行排列,長軸基本與下伏剝蝕面平行。前人對(duì)該套枕狀玄武巖做了地質(zhì)年代學(xué)分析，表明枕狀玄武巖形成于二疊紀(jì)晚期(252～ 259 Ma；張進(jìn)等，2013；艾米爾丁·艾爾肯等，2019)。

2 古流向分析

狼山西南緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組，自下而上顯示由粗至細(xì)的沉積韻律(圖4)。下部為礫巖，礫石成分主要為石英巖、片麻巖(圖3d)，呈硅質(zhì)膠結(jié)，夾少量薄層砂巖條帶和砂巖透鏡體，礫石分選差、磨圓好，最大粒徑約50 cm，平均粒徑為1～2 cm，礫石中見大量剪切破裂面；中部為灰黃色粗砂巖、黃褐色細(xì)砂巖；上部為青灰色頁巖、炭質(zhì)頁巖。野外露頭見大紅山組地層被一組正斷層錯(cuò)開，斷層面發(fā)育假玄武玻璃、擦痕、階步，斷層破碎帶寬約30 cm，充填有斷層角礫巖和方解石脈(圖3a)。

礫巖中礫石最大扁平面(面)主要向上游傾斜，通過對(duì)礫石最大扁平面的傾斜方向的統(tǒng)計(jì)可判斷古水流的方向，進(jìn)而推斷物源的方向(閆義等，2002)。波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組礫巖礫石露頭較好，粒徑整體較大且磨圓度好，可以使用礫石最大扁平面作為判斷古流向的有效方法。地層傾角>10°，需使用極射赤平投影對(duì)其進(jìn)行校正，使其恢復(fù)到原始沉積的水平方位(Sun Jiaopeng et al.,2020a)。在波仁楚魯?shù)貐^(qū)出露大紅山組的兩個(gè)剖面選取9個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行礫石最大扁平面測(cè)量統(tǒng)計(jì)。礫巖中發(fā)育大量剪切破裂面，因此選取保存完整的礫石進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)不少于20個(gè)數(shù)據(jù)。以10°為間隔繪制礫石最大扁平面傾向玫瑰花圖，統(tǒng)計(jì)得出該區(qū)的礫石最大扁平面傾向?yàn)镾WW—NWW( 245°～ 285°)(圖5)，表明大紅山組地層沉積時(shí)的古水流的流向總體呈現(xiàn)自西向東，推測(cè)大紅山組礫石主要來自狼山西部地區(qū)。

圖5 阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組礫巖礫石最大扁平面(ab面)傾向玫瑰花圖Fig.5 The rosette diagram of gravel primeval ab-plane of the conglomerate layers of the Dahongshan Formation in the Borenchulu area,the northeastern margin of the Alxa Block

3 砂巖碎屑組分特征

砂巖碎屑組分與大地構(gòu)造背景控制的物源區(qū)密切相關(guān)(Dickinson et al.,1979)。定量的砂巖巖相學(xué)分析是碎屑巖研究的重要手段，有助于探討沉積物的源區(qū)、構(gòu)造背景和沉積盆地的性質(zhì)(Edgar et al.,2019) 。

在波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組采集不同層的砂巖樣品(圖4)，砂巖風(fēng)化程度較低，顯微鏡下，大部分石英顆粒較粗，呈次棱角形至次圓形，分選較差—中等，巖屑含量較高，大部分呈次棱角狀(圖6)。使用Gazzi—Dickinson碎屑統(tǒng)計(jì)法以獲得砂巖不同組分的百分含量，對(duì)于巖石中所有砂級(jí)(大于62.5 μm)礦物顆粒，無論其獨(dú)立存在或與其他礦物連接，均單獨(dú)計(jì)數(shù)(Garzanti,2016)。對(duì)薄片進(jìn)行鏡下觀察，據(jù)顆粒的粒徑，且確保單個(gè)顆粒不被重復(fù)計(jì)數(shù)，選擇1000 μm的柵格間距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。一個(gè)視域統(tǒng)計(jì)完成后移動(dòng)薄片進(jìn)入相鄰的下一個(gè)視域。為使統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有代表性和可靠性，每個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)碎屑顆粒不少于300顆(Yan Zhen et al.,2019)。根據(jù)研究需要，統(tǒng)計(jì)的碎屑組分有單晶石英(Qm)、多晶石英(Qp)、長石(F)、巖屑(L)，計(jì)算得出Qt/(L+F)值(表1)。

圖6 阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組砂巖正交偏光顯微照片F(xiàn)ig.6 Cross-polarized light photomicrographs showing sandstone components of the Dahongshan Formation in Borenchulu area,the northeastern margin of the Alxa Block

表 1 阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組中砂巖碎屑組分統(tǒng)計(jì)Table 1 Point-count data for fragments of the sandstones in the Dahongshan Formation in the Borenchulu area,the northeastern margin of the Alxa Block

大紅山組砂巖碎屑顆粒Qt/(L+F)值在1.23～2.07之間，表明有很多不穩(wěn)定碎屑(巖屑、長石)，呈現(xiàn)低成分成熟度特點(diǎn)，沉積物應(yīng)來自于較近的物源區(qū)，沒有經(jīng)過長距離的搬運(yùn)過程，可使用砂巖物源區(qū)構(gòu)造判別圖解(Dickinson et al.,1979；Sun Jiaopeng et al.,2020a,b)。投圖得到砂巖碎屑組分Dickinson三角判別圖解(Qt—F—L 及 Qm—F—Lt)(圖7)，研究區(qū)大紅山組樣品投點(diǎn)均落在過渡弧物源區(qū)，說明大紅山組采集的砂巖樣品具有相同的物源背景，可能是一個(gè)蓋層不發(fā)育的島弧背景區(qū)。

圖7 阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組砂巖的Qm—F—Lt和Qt—F—L 構(gòu)造判別圖解(據(jù)Dickinson et al.,1979)Fig.7 The Qm—F—Lt and Qt—F—L triangular diagrams of sandstones of the Dahongshan Formation in Borenchulu area,the northeastern margin of the Alxa Block (after Dickinson et al.,1979)

4 碎屑鋯石U-Pb定年

4.1 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)處理

本次研究從大紅山組地層中采集了片麻巖礫石(20LS01)、石英巖礫石(20LS02)和砂巖(20LS03和20LS04)進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb定年分析，采樣層位見圖4，詳細(xì)的GPS點(diǎn)位見附表1。鋯石挑選工作由河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，樣品測(cè)試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。使用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法(LA-ICP-MS)完成測(cè)試，采用Agilent 7500s質(zhì)譜儀和波長193 μm的激光剝蝕系統(tǒng)，激光斑束直徑為32 μm，重復(fù)頻率為5 Hz。鋯石測(cè)點(diǎn)避開包裹體及裂隙進(jìn)行，具體實(shí)驗(yàn)方法參見文獻(xiàn)介紹(Jackson et al.,2004)。Th-Pb的儀器計(jì)數(shù)由Glitter(4.1.4版)平臺(tái)獲取并換算成同位素比值和U-Pb年齡。普通鉛校正使用嵌入Excel的ComPbCorr#3_15G程序完成(Andersen,2002)。最后采用Isoplot4.0軟件處理數(shù)據(jù)結(jié)果(Ludwing,2003)。

樣品的碎屑鋯石測(cè)試結(jié)果見附表1。由于放射性成因Pb含量較低和Pb校正的不確定性，對(duì)于大于1000 Ma的鋯石采用n(207Pb)/n(206Pb)年齡，小于1000 Ma的鋯石采用n(206Pb)/n(238U)年齡，剔除n(207Pb)/n(235U)相對(duì)于n(206Pb)/n(238U)偏差超過±10%的數(shù)據(jù)(Gehrels et al.,2006)。

4.2 測(cè)試結(jié)果

(1)樣品20LS01。片麻巖礫石的鋯石根據(jù)CL圖像和年齡可劃分為兩種類型。第一類鋯石具有明顯的核—邊結(jié)構(gòu)，核部多發(fā)育明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，邊部為灰色—灰白色的變質(zhì)增生邊，年齡介于2221～2413 Ma之間，年齡峰值為2326 Ma。第二類巖石呈渾圓狀—橢圓狀，呈弱分帶或無分帶結(jié)構(gòu)，年齡范圍在1837 Ma到2200 Ma，年齡峰值為1918 Ma(圖8a,b)。

圖8 阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組樣品碎屑鋯石年齡諧和圖及頻譜圖Fig.8 Concordia diagrams and histograms of the detrital zircons from the Dahongshan Formation in Borenchulu area,the northeastern margin of the Alxa Block

(2)樣品20LS02。石英巖礫石的鋯石晶形完整，大部分顆粒具有半自形柱狀與不規(guī)則渾圓狀的晶體狀態(tài)。在CL圖像中，大部分鋯石發(fā)育巖漿振蕩環(huán)帶，少數(shù)呈無分帶或弱分帶結(jié)構(gòu)。年齡范圍在2343～2663 Ma，其峰值年齡為2528 Ma(圖8c,d)。

(3)樣品20LS03和20LS04。兩個(gè)砂巖樣品的鋯石結(jié)構(gòu)相似，鋯石顆粒為自形至次圓形，長寬比為1∶1～1∶3。CL圖像中大多數(shù)顆粒具有清晰的巖漿振蕩環(huán)帶。20LS03的年齡范圍在269～2468 Ma，產(chǎn)生275 Ma的主要峰值年齡，還有1885 Ma等若干小峰。20LS04的年齡介于270～2528 Ma之間，主要年齡峰值為278 Ma，還有1932 Ma等次要年齡峰值(圖8e、f、g、h)。

5 討論

5.1 大紅山組沉積時(shí)代

出露于狼山山前炭窯口地區(qū)不整合覆蓋在新元古代狼山群之上的一套碎屑巖，由礫巖、變質(zhì)砂巖、炭質(zhì)頁巖夾結(jié)晶灰?guī)r組成(圖9)，與華北北緣大紅山組有相似的巖性。根據(jù)地層中古老植物化石碎片初步認(rèn)為該套地層形成于晚石炭世—早二疊世(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局?)。最近Tian Rongsong等(2020)從炭窯口地區(qū)大紅山組兩個(gè)砂巖樣品中獲得273～261 Ma的最小碎屑鋯石年齡峰值，認(rèn)為這套地層形成于中晚二疊世時(shí)期。

圖9 炭窯口地區(qū)大紅山組野外露頭:(a) 大紅山組與新元古代狼山群角度不整合接觸；(b) 大紅山組地層中的礫巖；(c) 炭窯口地區(qū)大紅山組地質(zhì)剖面示意圖Fig.9 Outcrop characteristics of the Dahongshan Formation in the Tanyaokou area:(a) the angular unconformity between the Dahonghshan Formation and the Neoproterozoic Langshan Group;(b) conglomerate from the Dahongshan Formation;(c) cross-section of the Dahongshan Formation in the Tanyaokou area

狼山西南段波仁楚魯?shù)貐^(qū)與炭窯口相鄰，出露的大紅山組地層也角度不整合在前寒武紀(jì)古老基底之上，具有相似的沉積組合。波仁楚魯?shù)貐^(qū)兩個(gè)砂巖樣品中獲得兩個(gè)最小碎屑鋯石年齡峰值為275 Ma和278 Ma，限定狼山西南段地區(qū)大紅山組地層沉積時(shí)代不早于中二疊世早期。與狼山相連的烏蘭敖包地區(qū)二疊系地層中火山巖夾層具有(265.0 ±1.5)Ma的鋯石U-Pb年齡,為大紅山組同沉積的巖漿活動(dòng)(郭碩等,2017;Tian Rongsong et al.,2020)。結(jié)合研究區(qū)晚二疊世枕狀玄武巖不整合覆蓋在大紅山組地層之上，進(jìn)一步認(rèn)為該套地層形成于中二疊世—晚二疊世早期之間(275～259 Ma)。

5.2 大紅山組的物質(zhì)來源

波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組礫巖礫石粒徑大、分選差的特征說明運(yùn)移距離短、源區(qū)近；礫石磨圓度好但分選較差表明該區(qū)為一個(gè)高能并快速沉積的構(gòu)造背景，可能來自一個(gè)快速隆升的源區(qū)，這與諾爾公—狼山構(gòu)造帶西段二疊系地層中發(fā)育的角度不整合一致(Song Dongfang et al.,2018a)。礫石的鋯石U-Pb年齡譜顯示古元古代年齡群，片麻巖礫石(20LS01) 1837～2413 Ma的年齡范圍具有1918 Ma和2326 Ma兩個(gè)年齡峰值，石英巖礫石(20LS02) 2343～2664 Ma的年齡范圍具有2528 Ma的年齡峰值(圖8b,d)，表明具有古元古代巖漿和變質(zhì)作用的特征。該年齡特征在阿拉善基底中廣泛存在。我們收集了阿拉善地塊的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底研究數(shù)據(jù)(圖10a)，與大紅山組礫石年齡相似。前人通過巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素年代學(xué)等一系列研究，認(rèn)為狼山西部地區(qū)與波仁楚魯?shù)貐^(qū)的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底同屬古元古代疊布斯格雜巖(牛鵬飛等,2019;Zou Lei et al.,2021)。結(jié)合大地構(gòu)造位置及自西向東的古水流方向，大紅山組的變質(zhì)礫石極有可能來自于阿拉善基底疊布斯格雜巖。

圖10 鋯石年齡統(tǒng)計(jì)圖:(a )阿拉善基底(董春艷等,2007;耿元生等,2007,2010;Dan Wei et al.,2014a;包創(chuàng)等,2013;Wu Sujuan et al.,2014;牛鵬飛等,2019;Zou Lei et al.,2021);(b) 諾爾公—狼山構(gòu)造帶古生代巖漿巖(耿元生等,2012;Feng Jianyun et al.,2013;吳亞非等,2013;Zhang Jin et al.,2013;Dan Wei et al.,2014b;Lin Lina et al.,2014;Wang Zengzhen et al.,2015;Liu Min et al.,2016;Tian Rongsong et al.,2020,2021)Fig.10 Compilation of zircon ages for the basement rocks of the Alxa Block(a) and the Paleozoic magmatic rocks in the Nuoergong—Langshan Zone(b).Data sources of the Precambrian basement rocks of the northern of the Alxa Block are from (Dong Chunyan et al.,2007#;Geng Yuansheng et al.,2007&,2010&;Dan Wei et al.,2014a;Bao Chuang et al.,2013&;Wu Sujuan et al.,2014;Niu Pengfei et al.,2019&;Zou Lei et al.,2021).Data for the Paleozoic magmatic rocks in the Nuoergong—Langshan Zone are from (Geng Yuansheng et al.,2012&;Feng Jianyun et al.,2013;Wu Yafei et al.,2013&;Zhang Jin et al.,2013;Dan Wei et al.,2014b;Lin Lina et al.,2014;Wang Zengzhen et al.,2015;Liu Min et al.,2016;Tian Rongsong et al.,2020,2021)

砂巖成熟度是反映源區(qū)相對(duì)位置的重要指標(biāo)，波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組砂巖碎屑顆粒Q/(L+F)值在1.23～2.07之間，呈現(xiàn)低成分成熟度特點(diǎn)，反映砂巖近源沉積。兩個(gè)砂巖樣品的鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)和年齡分布相似，表明砂巖樣品源區(qū)沒有明顯的改變。大紅山組砂巖碎屑鋯石U-Pb主要分為兩個(gè)年齡群，一是晚古生代，峰值為278 Ma和275 Ma；二是古元古代，主要峰值為1885 Ma和1932 Ma，以及幾個(gè)在2255 Ma和2518 Ma左右的不明顯的次級(jí)峰(圖8f,h)。古元古代碎屑可能來自阿拉善地塊或華北克拉通的基底，兩者具有2500 Ma和1850 Ma的古元古代年齡峰(張建新等,2018；Song Dongfang et al.,2021)，這兩者都可能是潛在的物源區(qū)。諾爾公—狼山構(gòu)造帶出露晚古生代的巖漿巖，被認(rèn)為是在阿拉善前寒武紀(jì)變質(zhì)基底上發(fā)育的陸緣弧(張拴宏等,2010;Liu Qian et al.,2016)。我們收集諾爾公—狼山弧的晚古生代巖漿巖鋯石年齡(圖10b)，大紅山組砂巖的晚古生代年齡群與諾爾公—狼山弧的時(shí)間窗和峰值非常吻合。同時(shí)，砂巖的碎屑組分構(gòu)造判別也指示其巖漿弧源區(qū)(圖7)。結(jié)合砂巖的近源沉積特征和鋯石年齡分布，大紅山組砂巖可能來源于阿拉善地塊發(fā)育的諾爾公—狼山弧。

5.3 區(qū)域構(gòu)造意義

諾爾公—狼山構(gòu)造帶大面積出露的巖漿巖具有較大的時(shí)間跨度范圍(圖10b)，且呈現(xiàn)出由南西至北東逐漸變年輕的年齡特點(diǎn)，可能反映了古亞洲洋俯沖傳遞的過程(Lin Lina et al.,2014;Wang Zengzhen et al.,2015;Liu Qian et al.,2017a;Tian Rongsong et al.,2021)。前人在諾爾公—狼山構(gòu)造帶識(shí)別出一個(gè)二疊紀(jì)中期約300 km的火山帶，主要由英安巖、安山巖和流紋巖組成，顯示大陸弧火山巖特征(張拴宏等,2010;Liu Qian et al.,2016;Song Dongfang et al.,2018b ;Wang Wenlong et al.,2020)。早二疊世諾爾公—狼山構(gòu)造帶發(fā)育大量褶皺沖斷帶，指示廣泛的擠壓環(huán)境。狼山地區(qū)的右行韌性走滑剪切帶，變形發(fā)生時(shí)間在中晚二疊世，大規(guī)模的右行走滑剪切變形可能與古亞洲洋最終閉合過程相關(guān)(宋東方等,2018;Tian Rongsong et al.,2020)。區(qū)域上呈帶狀分布的弧火山巖、褶皺沖斷帶、弧背前陸盆地等組合支持了晚古生代阿拉善地塊北緣處于古亞洲洋向南俯沖形成的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境的觀點(diǎn)(Song Dongfang et al.,2018b,Sun Jiaopeng et al.,2020b)。

碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)方法為恢復(fù)沉積盆地物源和大地構(gòu)造背景提供有效途徑。根據(jù)大紅山組砂巖(20LS03和20LS04)碎屑鋯石U-Pb年齡累積分布曲線(圖11)，支持大紅山組地層形成于匯聚環(huán)境(Cawood et al.,2012)。在匯聚(俯沖)背景下，通常發(fā)生大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，且形成的巖漿巖容易快速剝蝕進(jìn)入相鄰的沉積盆地內(nèi)，這類沉積盆地中最年輕的碎屑鋯石年齡峰與沉積年齡相似(Pereira et al.,2020;胡修棉等，2021)。

圖 11 阿拉善地塊東北緣大紅山組砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡的累積分布圖解(底圖據(jù)Cawood et al.,2012)Fig.11 The cumulative U-Pb ages distribution diagram of the detrital zircon of the samples from the Dahongshan Formation,the northeastern margin of the Alxa Block (modified after Cawood et al.,2012)

在弧—溝體系整體處于擠壓環(huán)境時(shí)，大陸邊弧后地區(qū)大部分陸殼俯沖至島弧造山帶底部并在島弧帶后側(cè)形成前陸褶皺逆沖帶，同時(shí)引起巖石圈發(fā)生撓曲和形成弧背前陸盆地。受前陸褶皺逆沖帶的控制，弧背前陸盆地一般以陸源碎屑沉積物為主，出現(xiàn)一套或幾套韻律性沉積(李繼亮等,2013;閆臻等,2018)。

根據(jù)大地構(gòu)造位置、大紅山組為一套陸源碎屑沉積的野外事實(shí)，加之物質(zhì)來源分析，可以推斷大紅山組可能沉積于弧背前陸盆地環(huán)境?；”城瓣懪璧伢w系包括楔頂、前淵、前緣隆起、隆后盆地四個(gè)沉積帶。巨大的礫石沉積、廣泛發(fā)育的區(qū)域角度不整合面和向上變細(xì)的沉積韻律組合是楔頂沉積中心的典型特征(DeCelles et al.,1996;Horton et al.,2016;Fildani et al.,2005;Fosdick et al.,2015)。這些特征指示了研究區(qū)大紅山組沉積時(shí)位于弧背前陸盆地的楔頂帶。

綜上討論，筆者等認(rèn)為晚二疊世早期古亞洲洋俯沖作用在阿拉善地塊仍在繼續(xù)，狼山西南緣地區(qū)形成了弧背前陸盆地，沉積了來自諾爾公—狼山大陸弧的石炭紀(jì)—二疊紀(jì)火山碎屑物質(zhì)和阿拉善前寒武紀(jì)基底剝蝕的碎屑物質(zhì)。

6 結(jié)論

(1)阿拉善地塊東北緣波仁楚魯?shù)貐^(qū)大紅山組的兩個(gè)砂巖中碎屑鋯石最小年齡峰值為275 Ma和278 Ma，上覆大紅山組的枕狀玄武巖年齡為252～259 Ma，鄰區(qū)炭窯口大紅山組具有相似的最小年齡峰值，表明狼山地區(qū)大紅山組沉積時(shí)代在中二疊世—晚二疊世早期之間。

(2)波仁楚魯?shù)貐^(qū)的礫石最大扁平面傾向?yàn)镾WW—NWW(245°～ 285°)，表明大紅山組地層沉積時(shí)的古水流的流向總體呈現(xiàn)自西向東，推測(cè)大紅山組礫石主要來自狼山西部地區(qū)變質(zhì)基底。

(3)大紅山組兩個(gè)砂巖樣品的碎屑鋯石具有古元古代(1809～2528 Ma)和晚古生代(269～373 Ma)的年齡，結(jié)合砂巖碎屑組分分析和碎屑鋯石年齡特征，認(rèn)為砂巖樣品來自晚古生代巖漿弧源區(qū)。兩個(gè)礫巖礫石樣品的年齡主要為古元古代(1837～2663 Ma)，具有1925 Ma和2528 Ma的主要年齡峰值，結(jié)合沉積時(shí)古水流方向分析，認(rèn)為大紅山組變質(zhì)礫石來自阿拉善地塊前寒武紀(jì)變質(zhì)基底。

(4)狼山地區(qū)大紅山組地層沉積時(shí)的構(gòu)造位置位于俯沖背景下的弧背前陸盆地的楔頂帶，沉積時(shí)接收了來自諾爾公—狼山大陸弧的石炭紀(jì)—二疊紀(jì)的火山碎屑物質(zhì)和阿拉善地塊前寒武紀(jì)基底剝蝕的碎屑物質(zhì)。

注 釋/Note

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局.1982.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(三道橋幅,1∶20萬)