大興安嶺中段林西組砂巖LA-ICP-MS碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義

梁天意,劉敬黨,李猛猛,王 剛,李 琛,王 利

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000 2.遼寧省化工地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司，遼寧 錦州 121000

0 引言

興蒙地區(qū)是華北板塊與西伯利亞板塊以及之間各微地塊相互碰撞、拼合、隆起最活躍的地區(qū)之一，兩大板塊之間的演化過(guò)程也直接影響到古亞洲洋的消亡，東北地區(qū)陸洋演化與動(dòng)力學(xué)機(jī)制密切相關(guān)。而關(guān)于兩大板塊的閉合時(shí)間與閉合位置以及整個(gè)地區(qū)的地質(zhì)演化過(guò)程，地質(zhì)界長(zhǎng)期存在比較大的爭(zhēng)議。

對(duì)于兩大板塊縫合帶的位置：第一種觀點(diǎn)兩大板塊的縫合帶位于賀根山—黑河一線[1-2]；另一部分學(xué)者認(rèn)為縫合帶位于西拉木倫河—延吉一線，并以該地區(qū)蛇綠巖作為代表性標(biāo)志[3-4]。而二者的拼合時(shí)間，也就是古亞洲洋消亡的時(shí)間也存在不同的看法：一種觀念認(rèn)為古亞洲洋閉合時(shí)間為早石炭世或更早，在這之后興蒙地區(qū)進(jìn)入封閉環(huán)境下殘余洋盆的演化階段[5-7]；另一種說(shuō)法認(rèn)為兩大板塊之間通過(guò)不斷地增生，逐漸將之間的眾多微地塊進(jìn)行拼合，最后形成一個(gè)完整的大陸，這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到晚二疊世至早—中三疊世[8-11]。

眾多學(xué)者也對(duì)整個(gè)興蒙地區(qū)的地質(zhì)演化進(jìn)行了研究。徐備等[12]從已有的同位素年齡、巖石建造和地層等方面進(jìn)行分析，認(rèn)為古亞洲洋在早古生代閉合，晚古生代進(jìn)入了伸展階段，而二疊紀(jì)存在類型多變的沉積環(huán)境，包括陸相沉積、海相沉積和海陸交互相沉積，這種現(xiàn)象持續(xù)到晚二疊世，才出現(xiàn)主動(dòng)裂谷帶。邵濟(jì)安等[13-15]對(duì)古亞洲洋演化和東亞陸緣構(gòu)造進(jìn)行了分析。Xiao等[16]認(rèn)為古亞洲洋南段存在古生代加積楔，大洋俯沖作用一直持續(xù)到晚古生代末期。張興洲等[17]認(rèn)為華北板塊與不列亞—佳木斯古陸塊在早石炭世拼合為一體，隨后又與額爾古納—興安地塊相拼合。劉永江[18]認(rèn)為古亞洲洋向北測(cè)的“佳蒙地塊”俯沖，這樣形成了晚古生代弧花崗巖以及賀根山洋的開(kāi)合。

本次研究針對(duì)大興安嶺中段地區(qū)林西組進(jìn)行了年代學(xué)研究，總結(jié)該地區(qū)沉積地層的年齡譜系特點(diǎn)及碎屑鋯石物源特征規(guī)律，并結(jié)合林西組的地層結(jié)構(gòu)及沉積環(huán)境特征，分析該地區(qū)晚二疊世沉積演化規(guī)律，獲取該地區(qū)最新的地質(zhì)資料，為整個(gè)興蒙地區(qū)晚二疊世的沉積演化及古環(huán)境特征提供新的地質(zhì)依據(jù)，也為古亞洲洋的碰撞拼合時(shí)限提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)概況及樣品特征

研究區(qū)位于大興安嶺中段興安地塊內(nèi)，歸屬于內(nèi)蒙古東部扎賚特旗管轄，二連—賀根山—扎蘭屯構(gòu)造帶于研究區(qū)南側(cè)通過(guò)，該地區(qū)也是西伯利亞板塊東南緣陸殼增生帶的組成部分。研究區(qū)內(nèi)晚古生代、中生代地層較發(fā)育，其中晚古生代地層變形相對(duì)明顯。同時(shí)區(qū)內(nèi)也分布大量侵入巖，時(shí)間從早中生代至晚中生代均有分布(圖1)。

林西組主要分布于研究區(qū)東南部的烏蘭哈達(dá)—巴格布拉克烏蘭一帶，總體北東向展布，與下伏格根敖包組及上覆瑪尼吐組均為角度不整合接觸。根據(jù)巖石學(xué)及化石特征，認(rèn)為林西組早期具有海相或海陸交互相特征，后期隨著環(huán)境的改變，又逐漸完成了向以河湖相為主的陸相沉積環(huán)境的轉(zhuǎn)變。本次根據(jù)巖石組合及沉積規(guī)律將研究區(qū)內(nèi)林西組分為4個(gè)巖性段：一段(P3l1)主要巖性為灰綠、灰黃色中層中粒長(zhǎng)石砂巖、灰色粉砂巖、灰紫色薄—中層長(zhǎng)石砂巖，夾核形石灰?guī)r，同時(shí)多層砂巖中含有海綠石；二段(P3l2)主要巖性為灰黑色粉砂巖、灰黑色長(zhǎng)石巖屑砂巖和灰黑色粉砂質(zhì)板巖等，產(chǎn)Palaeanodontasp，Palaeomutelasp等，其中長(zhǎng)石巖屑砂巖中含海綠石；三段(P3l3)主要巖性為灰紫色、黃綠色、灰黃色及灰褐色薄—中層中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖和含礫長(zhǎng)石巖屑砂巖等，偶夾紫紅色薄層長(zhǎng)石巖屑砂巖等；四段(P3l4)主要巖性為灰綠色、灰黃色薄—中層含礫長(zhǎng)石巖屑砂巖夾灰綠色厚層復(fù)成分細(xì)礫巖、細(xì)砂巖和灰色薄層粉砂巖等，產(chǎn)Paracalamitesfrigidus，部分長(zhǎng)石砂巖含海綠石。

1. 第四系；2. 白堊系白音高老組；3. 侏羅系瑪尼吐組；4. 侏羅系萬(wàn)寶組；5. 三疊系哈達(dá)陶勒蓋組；6. 二疊系林西組；7. 石炭系格根敖包組；8. 白堊紀(jì)花崗閃長(zhǎng)斑巖；9. 白堊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖；10. 三疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖；11. 鋯石采樣位置及樣品號(hào)；12. 賀根山—黑河縫合線；13. 新林—頭道橋斷裂；14. 地名。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

Fig.1 Geological sketch map of the study area

本次樣品采集位于林西組上部四段內(nèi)(圖2)，采樣編號(hào)為TW19。巖性為細(xì)中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖，圓狀、橢圓狀—次棱角狀，顆粒支撐、基底式膠結(jié)，粒徑為0.063～0.500 mm，以細(xì)中砂為主，碎屑的成分石英約為25%，長(zhǎng)石約為35%，巖屑約為40%以及少量黑云母。其中：石英具波狀消光；長(zhǎng)石主要為斜長(zhǎng)石及少量的鉀長(zhǎng)石，斜長(zhǎng)石普遍遭絹云母化作用，鉀長(zhǎng)石遭泥化作用；黑云母呈片狀，多數(shù)遭脫鐵化作用；巖屑主要為泥巖屑、硅質(zhì)巖屑、安山巖屑和凝灰?guī)r屑；膠結(jié)物主要為鐵質(zhì)、硅質(zhì)及鈣質(zhì)，分布于碎屑顆粒之間。雜基主要由黏土礦物組成，黏土礦物為顯微細(xì)鱗片狀均勻分布，少部分黏土礦物重結(jié)晶成顯微細(xì)鱗片狀的絹云母(圖3)。

1. 長(zhǎng)石石英砂巖；2. 長(zhǎng)石巖屑砂巖；3. 含礫長(zhǎng)石巖屑砂巖；4. 復(fù)成分礫巖；5. 粉砂巖；6. 泥質(zhì)粉砂巖；7. 泥質(zhì)粉砂質(zhì)長(zhǎng)石巖屑砂巖；8. 含礫粗砂巖；9. 采樣點(diǎn)及樣品號(hào)。

圖2 研究區(qū)樣品采集剖面圖

Fig.2 Profile of sample collection in the study area

2 分析方法

本次碎屑鋯石挑選工作在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院進(jìn)行，采用磁選和重液分選方法選出不同粒級(jí)的鋯石，然后將鋯石晶體進(jìn)行制靶操作。鋯石陰極圖像采集(CL圖像)由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司完成LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年工作，本次定年工作采用德國(guó)生產(chǎn)的Jena elite激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀，激光器型號(hào)是美國(guó)生產(chǎn)的Newwave193-UC。根據(jù)鋯石的陰極發(fā)光圖像、投射光圖像選取無(wú)包裹體、沒(méi)有裂隙的鋯石位置，采用193 mm準(zhǔn)分子激光器對(duì)鋯石表面進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕直徑為25 μm，剝蝕頻率10 Hz。氦氣作為剝蝕過(guò)程中剝蝕物質(zhì)的載氣，將剝蝕物質(zhì)運(yùn)送至質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試分析。ICP-MS的高頻發(fā)射器功率為1 200 W，冷卻氣為氬氣，頻率為9 L/min，采用錐的材質(zhì)為鎳，分析的積分時(shí)間共40 s，空白采集時(shí)間為30 s。樣品數(shù)據(jù)處理以NIST610和GJ-1作為內(nèi)部鋯石標(biāo)準(zhǔn)，軟件使用ICP-MS Data程序和Isopolot程序進(jìn)行分析和作圖[19-21]。

3 測(cè)試結(jié)果

本次共挑選100顆碎屑鋯石進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果有效數(shù)據(jù)為98個(gè)，其中TW19-59和TW19-89為無(wú)效數(shù)據(jù)。CL陰極發(fā)光圖像(圖4)顯示，本次挑選的鋯石，粒徑在50～200 μm之間，鋯石顆?；境首孕巍胱孕?，極少數(shù)呈渾圓狀。大部分鋯石保留了巖漿鋯石的特點(diǎn)，主要為短柱狀、長(zhǎng)柱狀、雙錐狀，具有清晰的巖漿振蕩環(huán)帶。少部分鋯石晶體出現(xiàn)了不同程度的磨蝕現(xiàn)象，邊緣出現(xiàn)了破碎，個(gè)別鋯石具有增生邊。Th/U值也反映了鋯石成因不同[22]，一般認(rèn)為巖漿鋯石的Th/U值大于0.4，而變質(zhì)鋯石的Th/U值更低[23]。通過(guò)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，大部分鋯石的Th/U值均大于0.4，只有TW19-23、TW19-43、TW19-44、TW19-61、TW19-98的Th/U值小于0.4(表1)。綜合研究表明，這些鋯石整體表現(xiàn)為巖漿鋯石特點(diǎn)，極少數(shù)表現(xiàn)為變質(zhì)鋯石特點(diǎn)。

本次經(jīng)過(guò)測(cè)試的碎屑鋯石年齡大部分在諧和曲線上，部分結(jié)果偏離曲線(圖5a、b)，年齡范圍為(2 552.3±22.5)～(227.6±5.4)Ma，時(shí)間跨度較大。測(cè)試數(shù)據(jù)按年齡值和頻率分布特征大致分為以下幾組：1)206Pb/238U年齡集中分布在(260.7±3.6)～(246.1±3.1)Ma之間，加權(quán)平均年齡為(253.4±1.5) Ma，鋯石數(shù)量為54個(gè)，占鋯石總數(shù)的55%；2)206Pb/238U年齡集中分布在(306.8±3.3)～(296.1±4.1)Ma之間，加權(quán)平均年齡為(301.9±4.2)Ma，鋯石數(shù)量為7個(gè)，占鋯石總數(shù)的7%；3)206Pb/238U年齡集中分布在(380.1±4.5)～(319.8±7.4) Ma之間，加權(quán)平均年齡為(345.3±6.0)Ma，鋯石數(shù)量為10個(gè)，占鋯石總數(shù)的10%；4)206Pb/238U年齡集中分布在(475.2±6.2)～(413.8±7.9) Ma之間，加權(quán)平均年齡為(443.3±6.1) Ma，鋯石數(shù)量為9個(gè)，占鋯石總數(shù)的9%；5)206Pb/207Pb年齡集中分布在(1 920.0±16.2)～(1 768.6±14.6) Ma之間，加權(quán)平均年齡為(1 881±41)Ma，鋯石數(shù)量為7個(gè)，占鋯石總數(shù)的7%；6)其余年齡較分散，主要分布于分組年齡附近，無(wú)法參與成圖，主要的單點(diǎn)年齡為(808.2±9.7)、(969.9±11.6)、(2 125.6±24.5)和(2 552.3±22.5) Ma等。

本次參與試驗(yàn)的鋯石，最年輕的一顆鋯石年齡為(227.6±5.4)Ma。最年輕的一組鋯石年齡為(260.7±3.6)～(246.1±3.1)Ma，該組中最年輕的一顆鋯石年齡為(246.1±3.1)Ma，加權(quán)平均值為(253.4±1.5)Ma，MSWD=0.69，置信度為0.88。表明研究區(qū)林西組主體的沉積時(shí)間晚于(253.4±1.5)Ma，代表林西組的沉積下限。

4 討論

4.1 地層沉積時(shí)代

林西組在整個(gè)興蒙地區(qū)均有分布，在大興安嶺地區(qū)有3個(gè)比較大的沉積中心，本次研究區(qū)主要為大興安嶺中段的沉積中心。前人通過(guò)大量的碎屑鋯石測(cè)年研究，大致限定了興蒙地區(qū)林西組的沉積時(shí)限。

張海華等[24]在內(nèi)蒙古巴林左旗碧流臺(tái)地區(qū)采集一套原定為下二疊統(tǒng)的碎屑巖，經(jīng)過(guò)碎屑鋯石測(cè)年顯示最年輕的鋯石年齡為298～253 Ma，峰值年齡為266 Ma，限定了地層的沉積時(shí)限，并將該地層劃為上二疊統(tǒng)林西組。鄭月娟等[25]在阿魯科爾沁旗陶海營(yíng)子剖面采集的碎屑鋯石，年齡顯示林西組的沉積下限為253 Ma。韓杰等[8]在林西地區(qū)采集了長(zhǎng)石石英砂巖進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示林西組沉積的年齡下限為256 Ma。王丹丹等[26]則認(rèn)為林西組的沉積下限為257.0～253.0 Ma，上限為242.5～238.0 Ma，且存在多物源混合的特征。陳樹(shù)旺等[27]在內(nèi)蒙古科右旗—突泉地區(qū)采集到一套缺少化石、遭受接觸變質(zhì)的碎屑巖，之前曾被劃歸為索倫組，經(jīng)過(guò)碎屑鋯石測(cè)試，顯示年齡為354～255 Ma，年齡峰值為263 Ma，反映該地層所形成的時(shí)代下限為263 Ma，應(yīng)為林西組。秦濤等[28]在內(nèi)蒙古扎蘭屯地區(qū)采集林西組板巖和粉砂巖樣品，顯示林西組的沉積年齡不會(huì)早于中二疊世羅德階(273.3 Ma)。朱俊賓等[29]在林西地區(qū)采集的碎屑鋯石，年齡顯示主要集中在石炭紀(jì)—晚二疊世(336～260 Ma)，早古生代—晚古生代(372～528 Ma)、中—新元古代(1 600～669 Ma)和新太古代—古元古代(2 534～1 600 Ma)。

圖4 扎賚特旗地區(qū)林西組砂巖部分鋯石CL圖像及年齡

圖5 扎賚特旗地區(qū)林西組砂巖鋯石U-Pb諧和圖(a)及加權(quán)平均年齡直方圖(b)

本次在扎賚特旗西北部地區(qū)林西組上部采集的砂巖碎屑鋯石顯示多個(gè)峰值年齡，其中較為集中的一組鋯石年齡為(260.7±3.6)～(246.1±3.1) Ma，加權(quán)平均值為(253.4±1.5)Ma，該年齡代表研究區(qū)林西組主體的沉積時(shí)間晚于(253.4±1.5)Ma，為該地區(qū)林西組的沉積下限，表明該地區(qū)林西組開(kāi)始沉積的時(shí)代不會(huì)早于晚二疊世長(zhǎng)興階。研究區(qū)內(nèi)并未見(jiàn)其他二疊系，林西組沉積相對(duì)獨(dú)立，與上覆地層呈不整合接觸，具有明顯的沉積間斷及剝蝕。本文樣品采集位于林西組頂部，年齡代表了林西組頂部的沉積時(shí)限，同時(shí)林西組底部含有海相的核形石灰?guī)r及雙殼類、植物化石，說(shuō)明林西組存在多個(gè)沉積相的轉(zhuǎn)變。該加權(quán)年齡的平均值與林西地區(qū)的官地剖面的年齡260～250 Ma較為接近[8,24-26]，其鋯石的年齡組成與朱俊賓等在林西地區(qū)采集的碎屑巖鋯石年齡較為一致[29]，本次采集的鋯石年齡最年輕的一顆鋯石年齡為(227.6±5.4)Ma，說(shuō)明該地區(qū)林西組的沉積上限時(shí)間很可能已經(jīng)延伸到了三疊紀(jì)。

4.2 物源特征

內(nèi)蒙古扎賚特旗西北部地區(qū)的林西組砂巖碎屑鋯石的年齡組成可進(jìn)一步分為4組：上泥盆世—晚二疊世(380.1～246.1 Ma)，寒武紀(jì)晚期—志留紀(jì)(489.0～413.8 Ma)，中元古代—新元古代(1 239.5～808.2 Ma)，古元古代(2 554.0～1 784.3 Ma)。

1)上泥盆世—晚二疊世(380.0～246.1 Ma)

這部分鋯石年齡為測(cè)試數(shù)據(jù)的主體年齡，鋯石數(shù)量75個(gè)，占比約為76%，含多個(gè)峰值年齡，包括253.2、299.4、314.7和375.8 Ma等。其中年齡最多的鋯石主要集中在274.0～246.0 Ma，數(shù)量為57個(gè)，這些鋯石大部分呈柱狀，磨圓度較差，表現(xiàn)為巖漿鋯石特點(diǎn)，鋯石輪廓線與生長(zhǎng)環(huán)帶切割明顯，并未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的搬運(yùn)，說(shuō)明在這些鋯石主要來(lái)自中二疊世—晚二疊世的火成巖，表明在這段時(shí)間出現(xiàn)較明顯的巖漿活動(dòng)。這與研究區(qū)南部廣泛分布的大石寨組火山巖年齡相當(dāng)[30-31]。鄭月娟等[25]在巴林右旗地區(qū)獲得了250 Ma的凝灰?guī)r的年齡數(shù)據(jù)；同時(shí)在林西大部分地區(qū)都分布著大石寨組火山巖，年齡基本在280 Ma左右[32]。李益龍等[33-34]在林西縣雙井子鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)的花崗質(zhì)片麻巖，顯示年齡為264和271 Ma，當(dāng)?shù)氐拈W長(zhǎng)巖年齡為286 Ma。秦濤等[28]在扎蘭屯地區(qū)林西組粉砂質(zhì)泥質(zhì)板巖碎屑鋯石中也測(cè)定了相似的年齡分組。賀宏云等[35]在扎賚特旗老山門地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了240 Ma左右中基性火山巖和花崗巖。但是研究區(qū)內(nèi)并沒(méi)有大石寨組火山巖的分布，區(qū)域上晚二疊世大興安嶺已經(jīng)進(jìn)入抬升剝蝕階段[36]，扎蘭屯地區(qū)的林西組該年齡范圍內(nèi)的鋯石應(yīng)該主要來(lái)源于較南側(cè)的蘑菇氣—索倫—大石寨早二疊世火山巖[28]。因此，推測(cè)本區(qū)該年齡組的鋯石來(lái)源應(yīng)該為南側(cè)的西拉木倫河北部地區(qū)的火山巖。

研究區(qū)晚泥盆世—早二疊世鋯石數(shù)量為18個(gè)，占比為18%左右。該時(shí)期鋯石在整個(gè)大興安嶺都有分布，東北地區(qū)也存在該時(shí)期的火山活動(dòng)。二疊紀(jì)花崗巖在內(nèi)蒙古中東部分布廣泛，北部從二連浩特一直延伸到黑龍江漠河地區(qū)，主要為堿性花崗巖[37-38]。辛后田等[39]在東烏旗寶力高廟組火山巖中測(cè)定了320～305 Ma的鋯石年齡，蘇尼特右旗本巴圖組也存在337～304 Ma的火山巖[40]，鮑慶中等[41]在內(nèi)蒙古白音高勒地區(qū)測(cè)得了石炭紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖的年齡為323～313 Ma，劉建峰等[42]在西烏旗南部石英閃長(zhǎng)巖中采集的鋯石年齡為325～322 Ma，另外，在大興安嶺中北段的扎蘭屯、牙克石和華北板塊北緣也有類似的花崗巖[43-44]。古地磁資料也表明，華北板塊與西伯利亞板塊于晚二疊世已經(jīng)開(kāi)始碰撞、拼合[45]。研究區(qū)內(nèi)也大量分布了早石炭世侵入巖和晚石炭世格根敖包組火山巖，年齡為352～293 Ma(另文發(fā)表)。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，華北板塊與西伯利亞板塊在晚二疊世至早三疊世發(fā)生了拼合，位置基本位于西拉木倫—延吉一線，同時(shí)根據(jù)碎屑鋯石年齡特征，299.7～246.1 Ma鋯石占總數(shù)的約62%，這與該時(shí)期發(fā)生在碰撞帶附近的巖漿事件相吻合。西拉木倫—長(zhǎng)春延吉一線在該時(shí)期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的隆升作用，也成為較理想的物源區(qū)。

2)寒武紀(jì)晚期—志留紀(jì)(489.0～413.8 Ma)

這一時(shí)期的鋯石數(shù)量較少，為10個(gè)，存在兩個(gè)峰值年齡，444和437 Ma。本組鋯石多呈柱狀，磨圓度差，且鋯石的輪廓線與鋯石生長(zhǎng)環(huán)帶切割明顯，僅個(gè)別存在細(xì)微切割現(xiàn)象，表明鋯石整體并未接受長(zhǎng)距離的搬運(yùn)。這一時(shí)期的巖漿活動(dòng)在內(nèi)蒙古東部及整個(gè)東北地區(qū)都有發(fā)現(xiàn)，在華北板塊北緣也有分布。481～450 Ma年齡的鋯石可能來(lái)自于佳蒙地塊基底變質(zhì)巖或是西烏旗本巴圖組火山巖[46-48]，溫都爾廟地區(qū)也證明存在早古生代板塊俯沖的巖漿巖[49-51]，而蘇尼特左旗地區(qū)的輝長(zhǎng)巖年齡為483 Ma、石英閃長(zhǎng)巖的年齡為480 Ma、英云閃長(zhǎng)巖的年齡為471 Ma[52-53]，白乃廟地區(qū)也測(cè)得了445～430 Ma的花崗閃長(zhǎng)斑巖[54-55]，索倫山地區(qū)的閃長(zhǎng)巖的年齡也約為438 Ma[56]，該時(shí)期東北地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了古生代早期的花崗巖(520～480 Ma)[57-58]。裴福萍等[59]測(cè)得松遼盆地變質(zhì)巖基底的年齡為427和455 Ma，佳木斯地塊和華北板塊北緣也存在該時(shí)期的雜巖[60-61]，這一時(shí)期的巖漿活動(dòng)可能主要與古亞洲洋自身的裂解、伸展等活動(dòng)有關(guān)，碎屑鋯石主要來(lái)源于此次活動(dòng)的蛇綠巖和巖漿巖帶[26]。

通過(guò)以上分析，研究區(qū)內(nèi)的489.0～413.8 Ma的碎屑鋯石主要來(lái)自內(nèi)蒙古白乃廟、索倫溫都爾廟等地區(qū)，同時(shí)也不排除來(lái)自佳木斯地塊和華北板塊北緣物源的可能。

3)中元古代—新元古代(1 239.5～808.2 Ma)

華北克拉通內(nèi)的中元古代巖漿事件較少，但是興蒙造山帶內(nèi)卻存在相應(yīng)的巖漿活動(dòng)，本次有效年齡僅為3個(gè)，年齡分別為808、969、1 239 Ma，分布較分散，鋯石生長(zhǎng)環(huán)帶明顯，并見(jiàn)明顯的切割，推斷該部分鋯石具有近源性。額爾古納變質(zhì)雜巖存在這個(gè)區(qū)間內(nèi)的年齡[62]，西伯利亞南部的巖漿巖的年齡也位于850～700 Ma范圍內(nèi)[63]，克旗地區(qū)的基性火山巖中也存在950～760 Ma的繼承性鋯石[64]，與此類似的年齡還有佳木斯地塊麻山群變質(zhì)沉積巖、松遼盆地基底火山巖Hf的年齡[60,65]。西烏旗地區(qū)的本巴圖組[48]、哲斯組[66]、林西組[8,25,67]均發(fā)現(xiàn)有該年齡范圍內(nèi)的鋯石。同時(shí)在東北地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的碎屑鋯石或繼承鋯石[68]。

該時(shí)期有效鋯石年齡較少，說(shuō)明這一時(shí)期的鋯石應(yīng)主要來(lái)源于興蒙造山帶內(nèi)部，不排除東北地區(qū)各板塊為物源區(qū)的可能性。

4)古元古代(2 554.0～1 784.3 Ma)

該年齡范圍內(nèi)存在鋯石9個(gè)，占比約9%，該部分鋯石切割線較為明顯，鋯石較為破碎，反映輕微變質(zhì)。這一時(shí)期的鋯石具有顯著的時(shí)代特點(diǎn)，存在1 822 Ma的峰值年齡。在整個(gè)區(qū)域地質(zhì)背景情況下，華北克拉通有兩次重大的造熱事件，分別為1.8和2.5 Ga[69-70]，在華北克拉通存在較為古老的2.5 Ga的變質(zhì)基底，而1.8 Ga的熱事件主要為整個(gè)華北板塊的伸展作用，在整個(gè)伸展過(guò)程中，出現(xiàn)了非常普遍的巖漿活動(dòng)，多為基性巖漿，并且這一時(shí)期的巖漿活動(dòng)并非造山運(yùn)動(dòng)，這兩期的巖漿活動(dòng)在整個(gè)華北板塊都有發(fā)育，但是在興蒙造山帶內(nèi)卻沒(méi)有任何發(fā)現(xiàn)。該時(shí)期的碎屑鋯石很有可能與華北克拉通這兩次巖漿活動(dòng)有關(guān)[29]。

近年來(lái)在東北地區(qū)錫林郭勒雜巖體和雙井微地塊混合巖以及西烏旗地區(qū)的沉積巖也發(fā)現(xiàn)了相關(guān)報(bào)導(dǎo)[47,71-72]，這也可以表明東北地區(qū)也存在該時(shí)期相同的古老結(jié)晶基底，東北地區(qū)也許可以作為研究區(qū)該時(shí)代范圍內(nèi)碎屑鋯石的來(lái)源。

根據(jù)鋯石形態(tài)及特征，綜上分析認(rèn)為，該地區(qū)林西組沉積具有多物源特征，沉積主體的來(lái)源應(yīng)主要為西拉木倫—延吉一線，該時(shí)期鋯石占比超過(guò)一半以上，其余鋯石來(lái)源主要為興蒙造山帶內(nèi)部和華北板塊北緣，也不排除東北各地塊作為物源區(qū)的可能性。本次鋯石年齡存在比較明顯的1.8和2.5 Ga碎屑鋯石，很大程度上該時(shí)代的鋯石有可能來(lái)源于華北板塊北緣比較典型的巖漿事件，本次獲得的鋯石年齡最年輕的一組為(260.7±3.6)～(246.1±3.1)Ma，加權(quán)平均年齡為(253.4±1.5)Ma，代表了該地區(qū)林西組沉積下限年齡，時(shí)代應(yīng)為晚二疊世晚期，同時(shí)說(shuō)明在此之前西伯利亞板塊與華北板塊已完成了拼合，古亞洲洋消失。

4.3 地質(zhì)意義

興蒙地區(qū)是古亞洲洋閉合的最后場(chǎng)所，是兩大板塊最終拼合的位置，而林西組的沉積時(shí)代恰恰在這個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為兩大板塊是在晚二疊世至早—中三疊世最后拼合[73-74]。

韓杰等[8]在對(duì)林西地區(qū)官地—翟家溝剖面研究過(guò)程中，測(cè)得碎屑鋯石最年輕的年齡為256 Ma，同時(shí)認(rèn)為華北板塊并不是其物源區(qū)，因此認(rèn)為古亞洲洋在晚二疊世并沒(méi)有閉合。在這里，比較有特殊意義的是1.8和2.5 Ga兩個(gè)時(shí)期的鋯石年齡，因?yàn)檫@是華北板塊北緣比較有代表性熱事件，在大興安嶺中段龍江地區(qū)的林西組和老龍頭組碎屑鋯石中均發(fā)現(xiàn)了1.8 Ga的年齡信息，同時(shí)鋯石顯示出變質(zhì)特征[75-79]；而在林西地區(qū)南部地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中，采集到的長(zhǎng)石巖屑砂巖的鋯石最年輕年齡為278 Ma，同時(shí)具有比較典型的1 800、2 500 Ma的年齡信息。鄭月娟等[25,72]在林西地區(qū)通過(guò)碎屑鋯石年齡測(cè)試，認(rèn)為林西組的沉積下限為253 Ma，物源顯示同時(shí)具有1 800、2 500 Ma等代表華北板塊北緣的巖漿熱事件鋯石。這些證據(jù)都可以表明兩大板塊在晚二疊世已經(jīng)閉合，古亞洲已經(jīng)消失。

近年來(lái)，在東北地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了大量大于1 000 Ma的碎屑鋯石年齡，例如興華渡口群的變質(zhì)碎屑鋯石[10]、錫林郭勒雜巖的碎屑鋯石[71]、松遼盆地南部基底碎屑鋯石和捕獲鋯石等巖漿鋯石[59,80]。有學(xué)者對(duì)這些鋯石的原因提出了質(zhì)疑，有的認(rèn)為東北地區(qū)存在時(shí)代比較久遠(yuǎn)的結(jié)晶基底[81-82]，但是更多學(xué)者認(rèn)為這些鋯石基本都來(lái)源于華北古老克拉通結(jié)晶基底，通過(guò)后期的巖漿活動(dòng)被其他地塊捕獲[9，56]。筆者認(rèn)為研究區(qū)的這一部分鋯石應(yīng)主要來(lái)源于華北板塊北緣，少部分鋯石來(lái)自于興蒙造山帶內(nèi)部。

林西組最早被確定為陸相沉積，黃本宏等[83-84]認(rèn)為該沉積層位一套陸相湖盆沉積。余和中等[85]認(rèn)為在早二疊世末至晚二疊世初，松遼盆地及其周邊開(kāi)始上升隆起，海水逐漸退出，結(jié)束了該區(qū)域復(fù)雜的海陸變遷史，開(kāi)始進(jìn)入陸相沉積階段。李福來(lái)等[86]在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)地球化學(xué)方法對(duì)林西組的沉積環(huán)境進(jìn)行了分析研究，通過(guò)化學(xué)指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為林西組為開(kāi)闊的淡水環(huán)境，主要為陸相沉積體系。張興洲等[17]認(rèn)為華北板塊與佳蒙地塊在晚二疊世末至早三疊世初發(fā)生了碰撞，殘余洋盆逐漸消失，形成了陸相沉積盆地。鄭月娟等[87]在大興安嶺中段林西組組內(nèi)發(fā)現(xiàn)了介形蟲(chóng)化石，也認(rèn)為林西組為陸相沉積。

最近幾年，隨著對(duì)林西官地—翟家溝剖面和陶海營(yíng)子剖面等典型的林西組剖面的綜合研究以及其他地區(qū)林西組的調(diào)查研究，特別是同位素測(cè)年數(shù)據(jù)和生物化石的采集，對(duì)林西組沉積環(huán)境和沉積時(shí)間又產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)。

張永生等[88-89]在林西組上部發(fā)現(xiàn)了海相化石，同時(shí)在中上部發(fā)現(xiàn)了葉肢介化石，不僅證明了林西組晚二疊世時(shí)代的確定，同時(shí)也說(shuō)明興蒙地區(qū)在晚二疊世仍屬海相或以海相為主的沉積環(huán)境。翟大興等[90-91]根據(jù)古生物、沉積構(gòu)造與巖相和地球化學(xué)等資料，認(rèn)為林西組主體為海相，存在海陸過(guò)渡相，將林西組的沉積環(huán)境劃分了濱海、半深海、三角洲前緣、淺海和濱海的演變順序，利用碳、氧同位素等特征判斷興蒙—吉林一帶在晚二疊世存在狹長(zhǎng)的海盆，林西組灰?guī)r沉積環(huán)境為海水近岸帶，水體總體上存在海水、河水和大氣降水3個(gè)來(lái)源。

特別是本次在大興安嶺中段地區(qū)地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中，首次在林西組發(fā)現(xiàn)了海相核形石灰?guī)r(圖6)[92]。該地區(qū)的核形石灰?guī)r共4層，其中1—3層位于林西組一段內(nèi)，第4層位于二段內(nèi)。但是根據(jù)野外實(shí)際調(diào)查結(jié)果，第3、4層核形石出露情況不理想，且存在明顯的硅化現(xiàn)象，而第1、2層核形石出露情況良好，與圍巖整合接觸，界線清晰，沉積情況穩(wěn)定。通過(guò)巖石學(xué)研究，核形石灰?guī)r具有藻菌類鈣化核心，而包殼則具有比較明顯的明暗條紋交替排列的特點(diǎn)，說(shuō)明核形石在形成時(shí)處于近岸的碳酸鹽臺(tái)地邊緣的淺灘環(huán)境。而根據(jù)地球化學(xué)數(shù)據(jù)，第1、2層核形石灰?guī)r的鍶含量、鍶鋇比等其他元素的含量及比值，特別是兩層灰?guī)r主量元素的變化，表明林西組早期為濱淺海相，隨著核形石形成的外界環(huán)境發(fā)生改變，溫度升高，特別是淡水河流的不斷注入，導(dǎo)致水體鹽度降低，水體開(kāi)始淡化，以CaO、MgO為代表的水體自身沉積產(chǎn)物逐漸減少，而以SiO2、Al2O3、TFe2O3和TiO2等陸源碎屑物質(zhì)逐漸增多，整個(gè)沉積環(huán)境向陸相轉(zhuǎn)變，以河湖相沉積為主(另文發(fā)表)。

圖6 研究區(qū)核形石灰?guī)r產(chǎn)出特征(a)及鏡下特征(b)

這也與之前通過(guò)對(duì)古地理研究中，將林西組劃分出碳酸鹽臺(tái)地、三角洲相、淺海陸棚相和深水盆地相4種類型相互印證[93]。這也說(shuō)明興蒙海槽在晚二疊世大興安嶺中段地區(qū)仍然存在，隨著古亞洲洋的徹底閉合，林西組的沉積環(huán)境也發(fā)生了變化，整個(gè)林西組的沉積時(shí)間一直持續(xù)到早三疊世甚至更晚。龍江地區(qū)的老龍頭組與林西組呈整合接觸關(guān)系，二者都存在1 800 Ma的年齡信息[94]，但老龍頭組是典型的陸相沉積。通過(guò)研究分析，林西組作為海陸相過(guò)渡階段，存在多個(gè)沉積相的轉(zhuǎn)變。

筆者認(rèn)為，華北板塊與西伯利亞板塊應(yīng)該是在晚二疊世之前完成了碰撞、閉合，同時(shí)古亞洲洋封閉，興蒙海槽正式形成。但是在完成碰撞、拼合后，其增生部位持續(xù)進(jìn)行俯沖作用，這個(gè)俯沖作用可能一直持續(xù)到三疊紀(jì)早期，大興安嶺地區(qū)仍以或部分仍以海相環(huán)境為主，整個(gè)興蒙地區(qū)的沉積環(huán)境經(jīng)歷了從海相—海陸過(guò)渡相(林西組)—陸相(老龍頭組)的轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)論

1)根據(jù)本次在大興安嶺中段扎賚特旗地區(qū)所測(cè)碎屑鋯石的U-Pb年齡顯示，該沉積層的年齡為(253.4±1.5)Ma，時(shí)間為晚二疊世，代表了該地區(qū)林西組的沉積年齡下限。

2)該地區(qū)林西組具有多物源混合的特征，U-Pb年齡區(qū)間為(2 552.3±22.5)～(227.6±5.4) Ma，時(shí)間跨度較大，根據(jù)鋯石年齡的集中表現(xiàn)大致分為4組，分別為上泥盆世—晚二疊世(380.0～246.1 Ma)，寒武紀(jì)晚期—志留紀(jì)(489.0～413.8 Ma)、中元古代—新元古代(1 239.5～808.2 Ma)、古元古代(2 554.0～1 784.3 Ma)，表明沉積主體的來(lái)源應(yīng)主要為研究區(qū)南部的西拉木倫—延吉一線，其余鋯石，特別是1.8和2.5 Ga的碎屑鋯石更有可能來(lái)自華北板塊北緣，部分鋯石來(lái)源于興蒙造山帶內(nèi)部，且存在東北各地塊作為物源區(qū)的可能。

3)本次碎屑鋯石的年齡譜值特征表明，華北板塊和西伯利亞板塊在晚二疊世(253.4±1.5 Ma)之前已經(jīng)完成碰撞、拼合，古亞洲洋已經(jīng)閉合，興蒙海槽形成。林西組海相核形石的發(fā)現(xiàn)表明晚二疊世大興安嶺中段地區(qū)應(yīng)仍以海相環(huán)境為主，直到三疊紀(jì)早期才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e環(huán)境。