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    遼西地區(qū)白堊紀(jì)地層序列與年代學(xué)框架

    2022-11-02 08:43:52楠,
    大地構(gòu)造與成礦學(xué) 2022年5期
    關(guān)鍵詞:義縣遼西阜新

    蘇 楠, 朱 光

    遼西地區(qū)白堊紀(jì)地層序列與年代學(xué)框架

    蘇 楠, 朱 光

    (合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009)

    華北克拉通北部的遼西地區(qū), 白堊系發(fā)育與保存完整, 其地層序列與年代學(xué)框架是正確認(rèn)識大地構(gòu)造與陸地生物演化的基礎(chǔ)。綜合分析本次及前人鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果, 遼西地區(qū)張家口組(K1)僅存在于其西部的凌源一帶, 東部朝陽一帶普遍缺失。遼西地區(qū)原先劃分的“大興莊組”或“大凌河組”中?酸性火山巖, 定年結(jié)果指示其為早白堊世, 應(yīng)屬于義縣組(K1)的一部分。阜新堿鍋玄武巖介于下伏阜新組(K1)與上覆孫家灣組(K2)之間。遼西地區(qū)白堊紀(jì)地層序列與時限由老至新分別為土城子組(147~137 Ma)、張家口組(132~130 Ma, 東部缺失)、義縣組(130~120 Ma)、九佛堂組(120~115 Ma)、沙海組(115~110 Ma)、阜新組(110~106 Ma)、堿鍋玄武巖(106~97 Ma)和上白堊統(tǒng)孫家灣組(<97 Ma)。遼西地區(qū)土城子組與張家口組及阜新組與堿鍋玄武巖之間為角度不整合, 分別代表燕山運動B幕與C幕擠壓事件, 發(fā)生時間分別為137~136 Ma和~106 Ma。遼西地區(qū)早白堊世伸展與斷陷盆地發(fā)育時限為132~106 Ma, 其中熱河生物群持續(xù)時間為130~115 Ma。

    白堊系; 地層序列; 同位素年齡; 演化時限; 遼西地區(qū)

    0 引 言

    遼西地區(qū)是華北克拉通北部白堊系發(fā)育與保存最完整的地區(qū), 較全面地記錄了華北克拉通白堊紀(jì)時期的大地構(gòu)造與早期生命的演化歷史, 長期以來一直是華北白堊紀(jì)研究的關(guān)鍵地區(qū)。眾所周知, 華北克拉通破壞峰期發(fā)生在早白堊世(朱日祥等, 2012)。遼西地區(qū)早白堊世盆地內(nèi)完整的火山?沉積記錄為詳細(xì)認(rèn)識克拉通峰期破壞的淺部過程提供了有利條件; 該地區(qū)也是燕山運動研究的發(fā)源地(Wong, 1927), 完好地保存著燕山運動所造成的角度不整合, 是深入認(rèn)識燕山運動的重要地區(qū)。同時, 遼西地區(qū)下白堊統(tǒng)內(nèi)還富含著名的熱河生物群化石, 是揭示熱河生物群演化的關(guān)鍵地區(qū)(季強(qiáng)等, 2004; 黃迪穎, 2015; 徐星等, 2019)。由此可見, 正確認(rèn)識遼西地區(qū)完整的白堊系序列、地層對比及詳細(xì)的年代學(xué)框架, 具有十分重要的意義。

    關(guān)于遼西地區(qū)白堊系地層學(xué)與年代學(xué)方面, 前人已開展過大量的研究工作, 建立了基本的地層序列與年代學(xué)格架; 但是在一些方面仍存在著不同的認(rèn)識或不夠完善, 如多個巖石單元的時限仍然沒有很好的限定, 有待深入的研究。遼西地區(qū)下白堊統(tǒng)由下部的火山巖和上部的陸相碎屑巖組成。在遼西地區(qū)西部(凌源地區(qū)), 火山巖包括下部的張家口組(132~130 Ma; 張宏等, 2005b, 2005d)和上部的義縣組。然而, 在遼西地區(qū)東部(朝陽地區(qū)), 義縣組之下是否存在著張家口組火山巖長期存在不同的認(rèn)識(楊雅軍等, 2005; 彭艷東等, 2012)。1∶20萬朝陽幅地質(zhì)圖顯示張家口組缺失(遼寧省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊, 1967); 而1∶25萬錦州市幅地質(zhì)圖卻顯示存在張家口組(黃志安等, 2003), 但并沒有同位素年代學(xué)證據(jù)。除了下白堊統(tǒng)張家口組與義縣組火山巖外, 遼西地區(qū)還劃分出一套白堊紀(jì)中?酸性火山巖地層單元, 稱為大興莊組或大凌河組。關(guān)于這套火山巖的層位與時代, 存在著兩種不同的觀點。一種觀點認(rèn)為它們覆蓋于孫家灣組之上, 為晚白堊世火山巖(楊欣德等, 1997; 邴志波等, 2003); 而另一種觀點主張它們是義縣組的一部分, 時代為早白堊世(徐德斌等, 2012)。遼西地區(qū)白堊系最上部為孫家灣組, 主體為一套紅色粗碎屑巖。關(guān)于孫家灣組的時代, 也一直存在不同觀點, 有早白堊世晚期與晚白堊世之說(王公肅, 1989; 董枝明, 2002; 萬曉樵等, 2013)。在遼西阜新盆地堿鍋(務(wù)歡池)還出露一套玄武巖, 直接與孫家灣組接觸。這套玄武巖曾被當(dāng)作大興莊的一部分, 對于其時代與歸屬也一直不明確。遼西地區(qū)下白堊統(tǒng)與下伏和上覆地層之間皆為角度不整合接觸, 分別代表了燕山運動B幕與C幕(Wong, 1929; Dong et al., 2015; Zhu et al., 2015; 朱光等, 2018)。由于上述白堊系層序與時限的不確定性, 直接影響了燕山運動B幕與C幕擠壓事件時代的準(zhǔn)確確定。前人對于燕山運動B幕時限認(rèn)識有晚侏羅世(Wang et al., 2017)、晚侏羅世?早白堊世早期(Davis et al., 2001; 張岳橋等, 2007; Li et al., 2016)和早白堊世早期(Li et al., 2015; Zhu et al., 2015; Liu et al., 2018; Zhang et al., 2018, 2020; 朱光等, 2018)等觀點。關(guān)于燕山運動C幕時限也具有不同的認(rèn)識, 主要包括早白堊世晚期(Mercier et al., 2007; 朱光等, 2018)、晚白堊世早期(Zhang et al., 2003b; Liu et al., 2018; Yin et al., 2020)等觀點。

    針對上述問題, 本次工作在綜合分析了前人關(guān)于遼西地區(qū)白堊紀(jì)地層與年代學(xué)資料基礎(chǔ)上, 在遼西東部的朝陽與阜新地區(qū)采集了不同時代的火山巖和砂巖樣品, 進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石年代學(xué)分析, 有效地限定遼西地區(qū)有爭議的白堊紀(jì)地層時代, 查明了區(qū)內(nèi)完整的白堊紀(jì)地層序列, 確定了區(qū)內(nèi)白堊系的年代學(xué)框架, 為正確理解華北克拉通白堊紀(jì)時期大地構(gòu)造與早期生命演化提供了基礎(chǔ)性信息與約束。

    1 區(qū)域地質(zhì)概況

    遼西地區(qū)位于華北克拉通北緣, 屬于燕山構(gòu)造帶的東部。華北克拉通具有太古宙?古元古代的變質(zhì)基底和中元古代?古生代海相蓋層。古生代末?中生代初, 華北克拉通北部古亞洲洋與南部古特提斯洋最終關(guān)閉(圖1a; Li et al., 1993; Xiao et al., 2003; Zhao et al., 2016; Gu et al., 2018), 導(dǎo)致克拉通整體抬升而轉(zhuǎn)變成陸相環(huán)境, 從而廣泛發(fā)育中?新生代陸相盆地。

    華北克拉通北緣的燕山構(gòu)造帶, 是燕山運動的發(fā)源地(Wong, 1927, 1929), 也是燕山運動記錄最完整、活動最強(qiáng)烈的地帶(Dong et al., 2015; Zhu et al., 2015; 朱光等, 2018)。燕山運動是指侏羅紀(jì)?白堊紀(jì)期間發(fā)生的構(gòu)造運動, 具體包括三期擠壓事件, 分別為燕山運動A幕、B幕和C幕(Wong, 1927, 1929; Dong et al., 2015; Zhu et al., 2015; 朱光等, 2018)。這三期擠壓事件造成了一系列的褶皺與逆沖斷層, 并以形成三個區(qū)域性角度不整合為標(biāo)志(Wong, 1929; Davis et al., 2001; 李海龍等, 2014; Hao et al., 2019; Su et al., 2020)。在遼西地區(qū), 燕山運動A幕形成的角度不整合出現(xiàn)在中侏羅統(tǒng)北票組和上覆海房溝組之間, B幕不整合出現(xiàn)在上侏羅統(tǒng)?下白堊統(tǒng)土城子組與上覆張家口組或義縣組之間, 而C幕不整合出現(xiàn)在下白堊統(tǒng)阜新組與上覆孫家灣組之間(翁文灝, 1928; 王桂梁等, 1996; 周立岱和趙明鵬, 1999; 王根厚等, 2001; 張宏仁等, 2013; 李海龍等, 2014; 黃迪穎, 2015; Su et al., 2020, 2021)。

    在燕山構(gòu)造帶上, 三幕短暫的燕山運動擠壓事件之間, 廣泛發(fā)育陸相盆地, 并伴隨火山噴發(fā)。燕山運動C幕之后的晚白堊世, 伸展盆地僅局部出現(xiàn)(如遼西地區(qū)), 區(qū)域上總體處于巖漿活動的平靜期。在B幕與C幕之間的早白堊世, 燕山構(gòu)造帶上伸展活動與巖漿活動最強(qiáng)烈, 屬于華北克拉通破壞的峰期(Zhu et al., 2017), 遼西地區(qū)廣泛發(fā)育早白堊世伸展盆地與火山巖(張家口組與義縣組), 以及東側(cè)的瓦子峪變質(zhì)核雜巖(圖1b; Darby et al., 2004; Zhang et al., 2012; Lin et al., 2013)。

    遼西地區(qū)連續(xù)地發(fā)育并保存了侏羅紀(jì)?白堊紀(jì)盆地。本次重點研究為遼西地區(qū)東部(東官營子斷裂以東)的侏羅紀(jì)?白堊紀(jì)盆地, 包括北票盆地、金嶺寺?羊山(金?羊)盆地、朝陽盆地、阜新?義縣盆地以及稍戶營子盆地(圖1b)。其中北票盆地和金?羊盆地為侏羅紀(jì)盆地, 朝陽盆地和阜新?義縣盆地屬于早白堊世盆地, 而稍戶營子盆地屬于晚白堊世盆地。這些盆地多為斷陷盆地, 主體呈NE-SW向展布。北票盆地西北緣和東南緣分別為向NW傾的南天門斷裂和東官營子斷裂, 金?羊盆地西緣為南天門斷裂, 朝陽盆地東緣為向NW傾的朝陽斷裂, 而阜新?義縣盆地以及稍戶營子盆地的東界為閭山正斷層(圖1b; Su et al., 2020)。

    遼西地區(qū)東部侏羅系自下而上分別為興隆溝組、北票組、海房溝組、藍(lán)旗組(或者髫髻山組)和土城子組。興隆溝組主要為玄武巖和玄武安山巖, 零星分布于朝陽盆地和北票盆地。在興隆溝組火山巖中獲得了177 Ma的SHRIMP鋯石年齡(Yang and Li, 2008)和188 Ma的40Ar/39Ar全巖年齡(陳義賢等, 1997), 指示其為早侏羅世火山巖。北票組為含煤碎屑巖, 主要分布于朝陽臥龍村和北票盆地東南部, 其沉積時代為中侏羅世(張路鎖等, 2016; Hao et al., 2020)。海房溝組總體為一套含有厚層礫巖的碎屑巖沉積, 在金?羊盆地和北票盆地內(nèi)皆有出露, 沉積時代為中?晚侏羅世(167~162 Ma; Chang et al., 2014; Su et al., 2021)。藍(lán)旗組(也稱為髫髻山組)為一套中酸性火山巖, 廣泛出露于區(qū)內(nèi)侏羅紀(jì)盆地中, 噴發(fā)時代為晚侏羅世(164~153 Ma; Yang and Li, 2008; 張宏等, 2008; Chang et al., 2009; Liu et al., 2012; 王思恩等, 2013; Su et al., 2021)。土城子組為一套以砂巖為主的碎屑巖沉積, 形成于晚侏羅世晚期?早白堊世早期(147~137 Ma; Zhang et al., 2009; Xu et al., 2012; 王思恩等, 2013)。

    遼西地區(qū)發(fā)育完整的侏羅系?白堊系, 賦存著著名的燕遼生物群和熱河生物群(黃迪穎, 2015)。中?晚侏羅世的燕遼生物群, 是以賦存在海房溝組和髫髻山組中典型化石為代表的生物組合, 包括昆蟲、哺乳動物、植物、軟體動物、無脊椎動物等化石(黃迪穎, 2015)。早白堊世的熱河生物群, 是以賦存于義縣組和九佛堂組內(nèi)化石為代表的生物組合, 包括帶羽毛的恐龍、哺乳動物、鳥類、被子植物等化石(Pan et al., 2013; Zhou and Wang, 2017)。準(zhǔn)確限定這些地層年代, 是確定生物群時代的必要途徑。

    圖1 華北克拉通大地構(gòu)造綱要圖(a)及遼西地質(zhì)簡圖(b;據(jù)遼寧省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊, 1968; 黃志安等, 2003; 張宏等, 2005b修改)

    2 遼西地區(qū)白堊系

    遼西地區(qū)東部的白堊系, 發(fā)育于阜新?義縣盆地、朝陽盆地和稍戶營子盆地內(nèi)(圖1b)。下白堊統(tǒng)下部主要由中酸性火山巖組成, 而下白堊統(tǒng)上部?上白堊統(tǒng)則以湖泊相、河流相、沼澤相、三角洲相碎屑巖沉積為主(閆義等, 2003)。區(qū)內(nèi)白堊系自下而上包括義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組和孫家灣組, 各組最大厚度分別為2890 m、700 m、1600 m、1400 m和950 m(圖2; 楊欣德等, 1997; 張宏等, 2005c)。遼西地區(qū)東部白堊系底部是否發(fā)育張家口組火山巖, 以及大興莊組火山巖的歸屬, 仍然存在著不同的認(rèn)識。

    遼西地區(qū)張家口組以中性?中酸性的英安巖、流紋巖、安山巖以及同成分凝灰?guī)r、角礫巖為主。該組在遼西地區(qū)東部主要分布于凌源三十家子盆地內(nèi), 其鋯石U-Pb年齡為132~130 Ma(黃志安等, 2003; 張宏等, 2005b, 2005d)。也有學(xué)者認(rèn)為遼西地區(qū)東部朝陽地區(qū)的北票盆地與金?羊盆地也發(fā)育張家口組(楊雅軍等, 2005)。

    圖2 遼西地區(qū)白堊紀(jì)地層沉積序列及同位素年齡

    遼西地區(qū)東部義縣組分布廣泛, 主要為一套中基性?酸性火山巖, 包括玄武安山巖、安山巖、凝灰?guī)r, 夾砂巖, 底部為礫巖。這套火山巖鋯石U-Pb定年結(jié)果指示, 其形成于130~120 Ma(張宏等, 2005a, 2006; 徐德斌等, 2012; 張乾等, 2016)。

    遼西九佛堂組廣泛出露于朝陽盆地和阜新?義縣盆地內(nèi), 主要為沉積碎屑巖, 夾有凝灰?guī)r。該組凝灰?guī)r中鉀長石40Ar/39Ar年齡為120 Ma(He et al., 2004)。

    沙海組也出露于朝陽盆地和阜新?義縣盆地內(nèi)(圖1b; 王秀茹等, 2007), 可分為四段。一段以紅色砂礫巖為主; 二段以黃色、黃綠色礫巖、砂礫巖為主, 夾砂巖; 三段主要為含煤地層, 巖性以灰色、淺灰色砂巖為主; 四段以深灰色、灰黑色泥巖為主, 夾砂巖、砂礫巖。

    阜新組主要為灰色、灰白色砂巖及粉砂巖、泥巖, 含煤層較多且厚(王秀茹等, 2007)。

    孫家灣組在遼西地區(qū)東部僅出露于稍戶營子盆地內(nèi), 以紫紅色、雜色砂礫巖和砂巖為主, 夾薄層泥巖(王桂梁等, 1996)。對于孫家灣組時代, 有早白堊世晚期與晚白堊世兩種不同的觀點(王公肅, 1989; 董枝明, 2002; 萬曉樵等, 2013)。

    遼西地區(qū)局部還出露一套中?酸性火山巖, 主要巖性為玄武安山巖、英安巖、流紋英安巖、流紋巖及凝灰?guī)r。這套火山巖一般被稱為“大凌河組”或“大興莊組”(遼寧省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊, 1971; 楊欣德等, 1997; 邴志波等, 2003)。對這套中?酸性火山巖時代和層位的認(rèn)識, 長期以來一直持有不同的觀點。一種觀點認(rèn)為這套火山巖屬于孫家灣組之上的上白堊統(tǒng)(邴志波等, 2003); 而另一種觀點則認(rèn)為, 這套火山巖為義縣組的一部分, 屬于早白堊世(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 徐德斌等, 2012)。因而, 遼西地區(qū)是否存在晚白堊世中?酸性火山巖一直沒有定論。

    另外, 在遼西阜新盆地北部堿鍋(務(wù)歡池)還出露了一套灰黑色堿性玄武巖, 露頭可見厚度約為50 m (邵濟(jì)安等, 2006), 與上覆孫家灣組接觸。這套玄武巖曾被當(dāng)作大興莊組或大凌河組的一部分(黃志安等, 2003; 邴志波等, 2003), 也被稱為張公屯組(Yang and Li, 2008)。該玄武巖40Ar/39Ar與K-Ar全巖年齡為106~97 Ma(Zhang et al., 2003a; Zhu et al., 2004; 鄭建平等, 2004; Yang and Li, 2008), 屬于早白堊世末?晚白堊世初火山噴發(fā)的產(chǎn)物。

    3 鋯石U-Pb定年

    3.1 樣品描述

    為了確定遼西地區(qū)東部有爭議白堊系的時代, 本次工作有針對性地采集了9個火山巖樣品和2個砂巖樣品, 進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年?;鹕綆r樣品包括朝陽盆地中原被認(rèn)為是“張家口組(K1)”的3個樣品(YB328、YS33、YB330), 具體采自于朝陽市西北部的邊杖子鄉(xiāng)和大廟鎮(zhèn)。另外, 還在阜新?義縣盆地中采集了3個大興莊組(K2)火山巖樣品(YS16、YS18、YS15), 及旁側(cè)1個義縣組(K1)火山巖樣品(YS17)。大興莊組樣品采自于義縣南部大興莊村, 義縣組樣品采自旁側(cè)的茶山寺。本次定年的火山巖樣品還包括義縣盆地和金–羊盆地2個九佛堂組(K1)凝灰?guī)r樣品(YB306-1、YS12)。2個砂巖樣品(YB312、YB371)分別采自阜新盆地的阜新組及孫家灣組。所有樣品具體采樣位置與巖性特征見圖1b和表1。

    表1 遼西地區(qū)白堊系定年樣品描述和定年結(jié)果

    3.2 測試方法

    樣品經(jīng)常規(guī)方法破碎后, 采用浮選、電磁選等方法分選出單顆粒鋯石(河北省廊坊欣航測繪院完成)。在雙目鏡下手工挑選出晶型較為完好的鋯石顆粒, 制成環(huán)氧樹脂樣品靶, 隨后進(jìn)行拋光處理, 使鋯石內(nèi)部形態(tài)暴露。然后進(jìn)行背散射照相以及陰極發(fā)光照相(重慶宇勁科技有限公司完成)。鋯石U-Pb定年在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院質(zhì)譜實驗室完成。鋯石U-Pb同位素定年采用激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)分析, 激光剝蝕系統(tǒng)采用波長193 nm激光器的GEOLAS, 激光脈沖頻率6 Hz, 能量密度10 J/cm2, 剝蝕斑束直徑32mm, 測試質(zhì)譜儀為Agilent 7500a。采用NIST SRM 610作為微量元素外標(biāo),29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。同位素分餾校正以91500為外標(biāo),91Zr為內(nèi)標(biāo), 鋯石標(biāo)樣Plesovice作為同位素監(jiān)控樣, 以此進(jìn)行年齡計算。本次實驗測定的鋯石標(biāo)樣結(jié)果、誤差與推薦值一致。鋯石同位素比值、U-Pb表面年齡和元素含量計算(附表1)采用ICPMSDataCal 9.6程序(Liu et al., 2010), 并且使用Andersen (2002)的方法進(jìn)行普通鉛校正。工作中選取諧和度大于90%的年齡值進(jìn)行統(tǒng)計和分析。鋯石加權(quán)平均年齡的計算以及諧和圖的成圖使用Isoplot 4.1(Ludwig, 2010)完成。

    3.3 定年結(jié)果

    本次獲得了遼西地區(qū)東部9個火山巖樣品和2個砂巖樣品鋯石U-Pb同位素年齡, 具體的分析結(jié)果見附表1(具體見網(wǎng)絡(luò)電子版: www.ddgzyckx.com)。

    朝陽盆地西北部“張家口組”3個火山巖樣品中鋯石顆粒晶形較為完整, 大小在30~150 μm之間, 長短軸之比多為 1∶1~3∶1。它們呈半自形?自形結(jié)構(gòu), 多數(shù)具有振蕩生長環(huán)帶, 部分具有弱分帶(圖3)。所測鋯石Th/U值皆大于0.2(附表1)。這些特征指示所測試的皆為巖漿成因鋯石?!皬埣铱诮M”3個火山巖樣品的206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為161.0±5.0 Ma(YB328;=16, MSWD=0.60; 圖4a)、160.4±3.6 Ma(YS33;=18, MSWD=1.20; 圖4b)、158.1±2.7 Ma(YB330;=22, MSWD=1.30; 圖4c), 代表了火山噴發(fā)時代。

    義縣組樣品(YS17)的鋯石顆粒晶形較好, 具有典型巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶(圖4), 其Th/U值皆大于0.2(附表1)。所獲得小于1000 Ma的206Pb/238U年齡分布于119~345 Ma之間, 其中119~134 Ma之間的點在諧和圖上顯示出良好的一致性, 其加權(quán)平均年齡為126.6±2.5 Ma(YS17;=13, MSWD=0.99;圖4d), 代表了火山噴發(fā)時代。

    圖3 遼西地區(qū)定年樣品代表性鋯石陰極發(fā)光圖

    圖4 遼西地區(qū)火山巖樣品鋯石U-Pb年齡諧和圖

    大興莊組3個樣品鋯石顆粒自形程度較高, 長短軸之比多為 1∶1~4∶1, 呈自形的短柱?長柱狀(圖3), 粒徑大小為30~120 μm, 這些鋯石具有典型巖漿鋯石的振蕩生長環(huán)帶。所測鋯石的Th/U值多數(shù)大于0.2(附表1), 指示為巖漿成因鋯石。3個大興莊組火山巖樣品206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為121.8±2.8 Ma(YS16;=8, MSWD=0.37;圖4e)、120.7±2.2 Ma(YS18;=16, MSWD=1.2; 圖4f)、118.8±1.6 Ma(YS15;=23, MSWD=0.62; 圖4g), 代表了火山噴發(fā)時代。

    九佛堂組中的2個凝灰?guī)r樣品鋯石顆粒自形程度較高, 呈自形的短柱?長柱狀, 粒徑約為30~180 μm,具有清晰的振蕩生長環(huán)帶。所測鋯石Th/U值多大于0.2(附表1), 指示為巖漿成因鋯石。這2個火山巖樣品的206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為120.6±1.8 Ma (YB306-1;=13, MSWD=0.27; 圖4h)、120.6±1.5 Ma (YS12;=22, MSWD=0.42; 圖4i), 指示各自的火山噴發(fā)時代。

    阜新盆地內(nèi)阜新組砂巖樣品(YB312)鋯石顆粒多數(shù)呈較自形的長柱狀, 少部分呈橢圓狀, 長度為50~120 μm, 多具有振蕩環(huán)帶, Th/U值均大于0.2 (圖5a), 指示為巖漿成因。該砂巖樣品諧和年齡介于2572~111 Ma之間(附表 1), 最小單顆粒年齡為111±5 Ma。鋯石年齡頻譜圖顯示, 其年齡峰值為2480 Ma、170 Ma、143 Ma、124 Ma和115 Ma(圖5a)。結(jié)果指示, 阜新組砂巖樣品沉積時代小于111±5 Ma。

    阜新盆地東側(cè)孫家灣組砂巖樣品(YB371)中鋯石顆粒多數(shù)呈較自形的短柱?長柱狀, 長60~160 μm, 具有振蕩環(huán)帶, Th/U值皆大于0.2(圖5b), 指示為巖漿鋯石。樣品諧和年齡值介于2578~102 Ma之間(附表1), 最小單顆粒年齡為102±4 Ma。鋯石年齡頻譜圖顯示其年齡峰值為2491 Ma、144 Ma、119 Ma和106 Ma(圖5b)。該定年結(jié)果限定孫家灣組砂巖沉積時代小于102±4 Ma。

    圖5 遼西地區(qū)砂巖樣品鋯石U-Pb年齡諧和圖、頻譜圖及Th/U值-年齡圖

    4 地層對比、時代及其意義

    4.1 遼西地區(qū)張家口組空間分布

    遼西地區(qū)西部凌源三十家子盆地張家口組中獲得的鋯石U-Pb年齡為132~130 Ma(張宏等, 2005b, 2005d), 明顯早于義縣組。遼西地區(qū)東部是否也存在著張家口組, 長期以來一直存在著不同的認(rèn)識。1∶25萬錦州市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查在義縣組底部劃分出了張家口組(黃志安等, 2003), 本次工作就是依據(jù)該地質(zhì)圖采集了3個不同部位的“張家口組”火山巖樣品, 進(jìn)行了鋯石U-Pb定年。3個火山巖樣品分別給出了161.0±5.0 Ma、160.4±3.6 Ma和158.1±2.7 Ma的年齡(表1), 皆屬于晚侏羅世。遼西地區(qū)早白堊世之前還存著另一期火山噴發(fā), 形成了藍(lán)旗組(燕山構(gòu)造帶西部稱為髫髻山組)中?酸性火山巖。前人對于這套火山巖開展過大量的同位素定年工作, 獲得的同位素年齡值為164~153 Ma(Yang and Li, 2008; 張宏等, 2008; Liu et al., 2012; 王思恩等, 2013), 指示為晚侏羅世。但藍(lán)旗組火山巖與張家口火山巖在巖石學(xué)上存在一定差異。藍(lán)旗組局部含有玄武巖, 而張家口組缺少玄武巖, 且后者包含有更多的流紋巖(張宏等, 2005b; Yang and Li, 2008; 李斌等, 2019)。本次在不同采樣點見到地質(zhì)圖上標(biāo)定的所謂“張家口組”內(nèi)含有灰黑色玄武巖, 不含流紋巖, 由此判斷這套火山巖在巖性上應(yīng)屬于藍(lán)旗組。由此可見, 遼西地區(qū)東部原先劃分的“張家口組”時代為晚侏羅世, 實際上屬于藍(lán)旗組, 表明遼西地區(qū)東部張家口組缺失, 早白堊世義縣組代表了最早發(fā)育的下白堊統(tǒng)。

    但在燕山構(gòu)造帶不僅遼西地區(qū)西部凌源一帶發(fā)育張家口組, 更西部的承德、京西與宣化地區(qū)皆發(fā)育張家口組, 且其上還發(fā)育另一套義縣組或相當(dāng)層位的火山巖。承德地區(qū)張家口組火山巖的最大同位素年齡為136 Ma(牛寶貴等, 2003), 而其東側(cè)的凌源地區(qū)張家口組火山巖最大同位素年齡為132 Ma(張宏等, 2005d)。這一時?空變化指示, 繼燕山運動B幕之后的早白堊世伸展期火山噴發(fā), 具有西早東晚的變化規(guī)律, 與早白堊世伸展期(克拉通破壞峰期)古太平洋板片自西向東后撤背景相吻合(朱日祥等, 2012; Zhu et al., 2012)。

    4.2 大興莊組時代與歸屬

    對于遼西地區(qū)的大興莊組或大凌河組時代, 分別有晚白堊世(邴志波等, 2003)和早白堊世(徐德斌等, 2012)兩種不同的觀點。遼西地區(qū)東部義縣盆地內(nèi)3個“大興莊組”火山巖噴發(fā)年齡分別為121.8±2.8 Ma、120.7±2.2 Ma和118.8±1.6 Ma(表2), 皆指示為早白堊世。結(jié)合徐德斌等(2012)對大興莊組的定年結(jié)果, 表明遼西地區(qū)的大興莊組或大凌河組中?酸性火山巖時代為早白堊世, 屬于義縣組的一部分, 不需要單獨建組。

    表2 遼西白堊紀(jì)巖石同位素定年結(jié)果統(tǒng)計表

    大興莊組的同位素年齡表明其不是原先認(rèn)為覆于孫家灣組之上的火山巖(邴志波等, 2003), 也即孫家灣組之后的白堊紀(jì)不存著中?酸性火山噴發(fā)。前人常將大興莊組或大凌河組與孫家灣組內(nèi)的一套玄武巖相混淆。這套玄武巖出露于阜新北堿鍋, 也常稱為堿鍋玄武巖。阜新堿鍋玄武巖的全巖K-Ar同位素年齡為100~97 Ma(Zhang et al., 2003a; 鄭建平等, 2004), 而其全巖40Ar/39Ar年齡為106~102 Ma(Zhu et al., 2004; Yang and Li, 2008), 屬早白堊世末?晚白堊世。因而, 大興莊組或大凌河組與阜新孫家灣組內(nèi)堿鍋玄武巖無論在巖性上還是年齡上都完全不同。

    4.3 義縣組、九佛堂組、沙海組與阜新組時限

    義縣組(K1)火山巖中獲得的噴發(fā)年齡為126.6±2.5 Ma(表1), 因此3個“大興莊組”樣品(122~119 Ma)實質(zhì)應(yīng)為義縣組。結(jié)合前人從遼西地區(qū)義縣組火山巖內(nèi)所獲得的鋯石U-Pb與40Ar/39Ar同位素年齡期(表2), 可以限定義縣組形成時限為130~120 Ma(張宏等, 2005a, 2006; 徐德斌等, 2012; 張乾等, 2016; 及本次工作)。

    九佛堂組(K1)2個凝灰?guī)r樣品年齡分別為120.6±1.8 Ma和120.6±1.5 Ma。前人從九佛堂組凝灰?guī)r中獲得了一個鉀長石40Ar/39Ar年齡為120.1±0.5 Ma (He et al., 2004)。依據(jù)這些年齡值, 推測九佛堂組時代為120~115 Ma左右。

    沙海組(K1)不含火山巖, 至今沒有同位素年齡報道。本次工作也未對這套沉積巖進(jìn)行同位素定年。根據(jù)下伏九佛堂組與上覆阜新組的同位素年齡(表2), 推斷沙海組沉積時代為115~110 Ma。

    阜新組(K1)砂巖樣品中獲得的最年輕碎屑鋯石年齡為111±5 Ma(表1), 指示其沉積發(fā)生在111 Ma之后。阜新組之上堿鍋玄武巖的最大同位素年齡為106 Ma (全巖40Ar/39Ar年齡; Yang and Li, 2008)。依據(jù)這些年齡值, 可以限定阜新組的沉積時限為110~106 Ma。

    4.4 孫家灣組與堿鍋玄武巖的時限

    孫家灣組底部砂巖樣品中獲得最小碎屑鋯石年齡為102 Ma, 限定了這套碎屑巖沉積時代晚于102 Ma。該年齡值與前人依據(jù)古生物化石認(rèn)為孫家灣組屬于晚白堊世相吻合(董枝明, 2002; 鄭建平等, 2004)。結(jié)合下伏堿鍋玄武的同位素年齡(表2), 可以進(jìn)一步限定孫家灣組沉積時代為97 Ma之后, 屬晚白堊世, 但其上限年齡難以確定。

    在遼西地區(qū), 阜新堿鍋玄武巖的同位素年齡為106~97 Ma(表2)。無論是定年結(jié)果還是本次地層接觸關(guān)系的野外觀察, 表明堿鍋玄武巖位于孫家灣組碎屑巖之下。阜新堿鍋玄武巖在遼西地區(qū)只存在于阜新盆地北部上白堊統(tǒng)發(fā)育區(qū), 其他早白堊世盆地內(nèi)皆未見這套玄武巖, 表明是阜新組沉積間斷(對應(yīng)燕山運動C幕角度不整合)之后形成的火山巖。因而, 原先將堿鍋玄武巖劃歸大興莊組或大凌河組(早白堊世中?酸性火山巖, 為義縣組的一部分)是不合適的, 堿鍋玄武巖是介于阜新組(K1)與孫家灣組(K2)之間的一套火山巖, 可以單獨建組。

    4.5 白堊紀(jì)地層序列與年代學(xué)框架及其意義

    遼西地區(qū)土城子組的同位素年齡為147~137 Ma (Zhang et al., 2009; Xu et al., 2012; 王思恩等, 2013), 指示沉積時代為晚侏羅世晚期?早白堊世早期。因而, 遼西地區(qū)白堊紀(jì)沉積是從土城子組上部開始的。繼土城子組沉積之后, 發(fā)生了燕山運動B幕擠壓事件(Wong, 1929; Dong et al., 2015; Zhu et al., 2015; 朱光等, 2018), 導(dǎo)致土城子組與上覆張家口組之間的角度不整合。這一短暫的擠壓事件之后, 遼西地區(qū)與華北克拉通東部一樣開始了強(qiáng)烈的伸展與巖漿活動, 廣泛發(fā)育伸展盆地(Su et al., 2020, 2021), 標(biāo)志著克拉通破壞峰期的出現(xiàn)(朱日祥等, 2012)。正是在此背景下, 遼西地區(qū)西部率先發(fā)育了張家口組火山巖, 其時代為132~130 Ma(張宏等, 2005b, 2005d)。但是, 本次工作表明遼西地區(qū)東部缺失張家口組, 至130 Ma才開始發(fā)育義縣組火山巖。

    綜合本次及前人的地層學(xué)與年代學(xué)成果, 可以有效地限定遼西地區(qū)下白堊統(tǒng)的序列及各組的時限。遼西地區(qū)原劃分的大興莊組和大凌河組, 屬于義縣組的一部分。土城子組之上的下白堊統(tǒng), 其地層序列自下向上分別為義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組, 它們的時限分別為130~120 Ma、120~115 Ma、115~110 Ma及110~106 Ma。阜新組沉積之后, 發(fā)生了燕山運動C幕擠壓事件(Dong et al., 2015; Zhu et al., 2015; 朱光等, 2018), 導(dǎo)致阜新組與上覆地層之間的角度不整合接觸(Su et al., 2020)。

    燕山運動C幕之后, 遼西東部地區(qū)首先出現(xiàn)了阜新堿鍋玄武巖噴發(fā)(106~97 Ma; Zhang et al., 2003a; Zhu et al., 2004; 鄭建平等, 2004; Yang and Li, 2008)。隨后沉積了孫家灣組碎屑巖(97 Ma之后的晚白堊世)。這兩者共同構(gòu)成了遼西地區(qū)早白堊世末?晚白堊世初伸展盆地內(nèi)的充填(稍戶營子盆地)。

    遼西地區(qū)是燕山構(gòu)造帶乃至整個華北克拉通白堊系發(fā)育與保存最為良好的地區(qū), 完整地記錄了白堊紀(jì)時期的地質(zhì)演化歷史。遼西地區(qū)白堊紀(jì)沉積序列及各地層單元時限的正確限定, 可以有效地限定白堊紀(jì)期間重要地質(zhì)演化事件的時限。遼西地區(qū)白堊系內(nèi)出現(xiàn)了代表燕山運動B幕與C幕的區(qū)域性角度不整合, 不整合上、下地層的時代可以限定各期擠壓事件的時限。燕山運動B幕角度不整合出現(xiàn)在土城子組(J3~K1)與張家口組之間。因張家口組(K1)火山噴發(fā)具有西早東晚的遷移現(xiàn)象, 所以應(yīng)以西部最老的張家口年齡(136 Ma; 牛寶貴等, 2003)與下伏最年輕的土城子組年齡(137 Ma; 王思恩等, 2013)限定B幕擠壓事件時限, 即為137~136 Ma。遼西地區(qū)東部燕山運動C幕角度不整合出現(xiàn)在阜新組(110~106 Ma; 圖2)與上覆堿鍋玄武巖(106~97 Ma; 圖2)之間, 因此可以限定這期擠壓事件的時間為~106 Ma。

    遼西地區(qū)白堊系充填在伸展盆地之中。以燕山運動C幕為界, 區(qū)內(nèi)白堊紀(jì)期間出現(xiàn)了兩階段盆地演化(Su et al., 2020), 分別充填了張家口組?阜新組與堿鍋玄武巖?孫家灣組。根據(jù)地層單元時代, 可以限定遼西地區(qū)東部早白堊世伸展盆地的發(fā)育時限為130~106 Ma, 而西部為132~106 Ma。遼西地區(qū)燕山運動C幕之后伸展盆地的發(fā)育是從106 Ma開始的, 但結(jié)束時間還無法限定。通過對比可見, 遼西地區(qū)燕山運動各期擠壓事件均較短暫, 約持續(xù)1 Ma左右; 而各階段伸展活動的時限相對較長, 早白堊世階段持續(xù)了26~24 Ma。由此可見, 白堊紀(jì)期間的大地構(gòu)造演化, 是以短暫擠壓與長期伸展交替為特征, 這種大地構(gòu)造演化規(guī)律可能與古太平洋板塊俯沖方式周期性變化有關(guān)(Su et al., 2021)。

    熱河生物群賦存于遼西地區(qū)的義縣組和九佛堂組內(nèi)(Pan et al., 2013, Zhou and Wang, 2017; 徐星等, 2019)。熱河生物群在遼西地區(qū)的時間跨度可根據(jù)化石所賦存地層頂、底年齡限定。綜合本文及前人對遼西地區(qū)義縣組和九佛堂組定年結(jié)果(圖2; He et al., 2004; 張宏等, 2005a, 2006; 徐德斌等, 2012;張乾等, 2016), 可以限定熱河生物群持續(xù)時代為130~115 Ma。

    5 結(jié) 論

    通過對遼西地區(qū)白堊紀(jì)地層學(xué)與同位素年代學(xué)的綜合研究, 可以得出主要結(jié)論如下:

    (1) 遼西地區(qū)西部(凌源一帶)發(fā)育的下白堊統(tǒng)張家口組火山巖, 在遼西地區(qū)東部(朝陽一帶)缺失, 且這期火山噴發(fā)具有西早東晚的空間遷移規(guī)律。

    (2) 遼西地區(qū)原先劃分的大興莊組或大凌河組中?酸性火山巖, 噴發(fā)時代為早白堊世, 屬于義縣組的一部分。

    (3) 遼西地區(qū)土城子組(147~137 Ma)之后的白堊紀(jì)地層序列與時限自下而上分別為張家口組(132~130 Ma)、義縣組(130~120 Ma)、九佛堂組(120~115 Ma)、沙海組(115~110 Ma)、阜新組(110~106 Ma)、堿鍋玄武巖(106~97 Ma)和上白堊統(tǒng)孫家灣組(<97 Ma)。

    (4) 燕山運動B幕與C幕發(fā)生時間分別為137~136 Ma和~106 Ma。遼西地區(qū)東部早白堊世伸展盆地發(fā)育時限為130~106 Ma。熱河生物群在遼西地區(qū)持續(xù)時代為130~115 Ma。

    致謝:南京大學(xué)舒良樹教授和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所武國利副研究員對本文提出了寶貴的修改建議, 在此表示衷心感謝。鋯石測試與數(shù)據(jù)處理過程得到了合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院李全忠副研究員與汪方躍副研究員的幫助, 在此也一并致以感謝。

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    Stratigraphical Sequences and Chronological Framework of Cretaceous in the Western Liaoning Region

    SU Nan, ZHU Guang

    (School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China)

    The western Liaoning region in the northern North China Craton contains well-developed and well-preserved Cretaceous volcanic-sedimentary sequences. Their stratigraphical sequences and chronological framework are basics for constraining the tectonic and land biota evolution. Integration of this and previous zircon dating results indicates that the Zhangjiakou Formation (K1) is only present in the western part of the western Liaoning region (Lingyuan area) and absent from the eastern part (Chaoyang area). The previous Daxingzhuang or Dalinghe Formation gives ages of the Early Cretaceous, and belongs to a part of the Yixian Formation (K1). The Jianwou basalt at Fuxin lies between the underlying Fuxin Formation (K1) and overlying Sunjiawan Formation (K2). The Cretaceous sequences, i.e. lithological units with ages, include the Tuchengzi (147–137 Ma), Zhangjiakou (132–130 Ma, absence in the east), Yixian (130–120 Ma), Jiufotang (120–115 Ma), Shahai (115–110 Ma), Fuxin (110–106 Ma), Jianwou basalt (106–97 Ma), and the Late Cretaceous Sunjiawan (<97 Ma) Formations from base to top. The angular unconformities between the Tuchengzi and Zhangjiakou Formations, and the Fuxin Formation and Jianwou basalt in the region represent the B- and C-episode compressive events of the Yanshan Movement at 137–136 Ma and ~106 Ma respectively. The dating results constrain the duration of the Early Cretaceous extension and rifting in the western Liaoning region to 132–106 Ma, and that of the Jehol Biota to 130–115 Ma.

    Cretaceous; stratigraphical sequences; isotopic age; evolution time; western Liaoning region

    2021-03-05;

    2021-05-25

    國家自然科學(xué)基金項目(41688103)資助。

    蘇楠(1992–), 男, 博士研究生, 地質(zhì)學(xué)專業(yè)。E-mail: 403931219@qq.com

    P597; P534

    A

    1001-1552(2022)05-0993-015

    10.16539/j.ddgzyckx.2022.05.008

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