牛亞卓,盧進(jìn)才,魏建設(shè),陳高潮,史冀忠,吳俊

1)中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心,西安,710054； 2)中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心,武漢,430205

內(nèi)容提要: 甘肅-內(nèi)蒙古北山地區(qū)位于中亞造山帶中段,其晚古生代洋盆最終閉合時(shí)間倍受關(guān)注且久有爭議。早石炭世是該區(qū)洋陸轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時(shí)期之一,下石炭統(tǒng)下部綠條山組與下伏的下、中泥盆統(tǒng)之間的角度不整合被認(rèn)為是該區(qū)構(gòu)造隆升的主要證據(jù)之一。但由于研究程度限制,綠條山組的時(shí)代尚有爭議,一定程度上制約了該區(qū)構(gòu)造演化的深入分析。北山北部甜水井北與碎石山剖面綠條山組火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為296.8±3.5Ma與311.1±3.2Ma,產(chǎn)出晚石炭世巴什基爾期(Bashkirian)菊石Gastrioceras和Branneroceras,時(shí)代應(yīng)修訂為晚石炭世-早二疊世早期。研究區(qū)下泥盆統(tǒng)-上石炭統(tǒng)沉積充填及生物群落特征表明該區(qū)可能在晚石炭世由大陸邊緣淺海演化至裂谷盆地,上石炭統(tǒng)與下、中泥盆統(tǒng)之間的角度不整合代表洋陸轉(zhuǎn)化造成的長時(shí)間隆升剝蝕。

中亞造山帶位于西伯利亞與華北、塔里木板塊之間,發(fā)育由多微陸塊或弧地質(zhì)體拼貼而成的多聚合帶、多成礦帶(Coleman,1989；肖序常等,1991；肖文交等,2006),對探討大陸造山過程有重要意義(Sengor et al.,1993,1996；Carroll et al.,1995； Xiao W J et al.,2010)。古亞洲洋在增生造山過程中的最終閉合時(shí)間備受關(guān)注,但久有爭議(Sengor et al.,1996；盧華復(fù)等,1996；Windley et al.,2007；Xiao W J et al.,2010)。北山地區(qū)位于中亞造山帶中部甘肅與內(nèi)蒙古交界處,西接庫米什-南天山縫合帶、東連索倫縫合線,是研究古亞洲洋閉合時(shí)限的關(guān)鍵地區(qū)之一(Zuo G C et al.,1991；左國朝等,2003；Xiao W J et al.,2010；Ao S J et al.,2012)。

下石炭統(tǒng)綠條山組分布于北山北部,角度不整合于下、中泥盆統(tǒng)之上。這一角度不整合在區(qū)域上較為常見,被眾多學(xué)者視為該區(qū)古亞洲洋于中晚泥盆世之前閉合的重要證據(jù)(左國朝等,1990；聶鳳軍等,2002；左國朝等,2003；何世平等,2005)。然而由于北山地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜、交通不便、地層研究相對薄弱。20世紀(jì)60～70年代甘肅省地質(zhì)局在該區(qū)進(jìn)行1∶20萬紅石山?、黑鷹山幅?區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,根據(jù)甜水井北、碎石山等剖面建立綠條山組,依照腕足類Syringothyrisaltaica,S. cf.texta將該組時(shí)代定為早石炭世杜內(nèi)期(Tournaisian)(金松橋,1974；丁培榛等,1983)。其后這一方案被廣泛接受,甜水井北剖面被定義為綠條山組層型剖面(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996)。然而,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該組的時(shí)代存在較大爭議。丁培榛(1985)對北山地區(qū)綠條山組腕足類重新厘定,將其先前鑒定為Syringothyris的化石修訂為Pseudosyrinx,并將綠條山組時(shí)代修訂為早石炭世維憲期(Visean)。楊帥師等(2005)和王惠等(2007)根據(jù)雙殼類和菊石等化石將甜水井北神螺灘地區(qū)綠條山組時(shí)代修訂為中晚二疊世或早中二疊世。盧進(jìn)才等(2013)根據(jù)甜水井北剖面的火山巖同位素年齡樣品將綠條山組時(shí)代更正為晚石炭世-早二疊世早期。綠條山組的時(shí)代問題對區(qū)域不整合的討論有重大影響,一定程度上限制了該區(qū)構(gòu)造演化的討論。

筆者于2010年和2013年分別實(shí)測北山地區(qū)綠條山組層型剖面--甜水井北剖面和主要代表剖面--碎石山剖面,系統(tǒng)采集巖石薄片、古生物以及火山巖同位素年齡樣品。本文旨在通過北山綠條山組巖石學(xué)、生物地層學(xué)及火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)的研究,明確該組的巖性組合及時(shí)代歸屬,探討晚古生代古亞洲洋在該區(qū)的閉合時(shí)間以及綠條山組形成的構(gòu)造背景與沉積環(huán)境。

1 地質(zhì)背景

圖1 北山北部地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)1∶20萬紅石山?、黑鷹山?和六駝山幅?區(qū)域地質(zhì)圖編繪)Fig. 1 Geological sketch map of the north of the Beishan region (compiled after geological maps of Hongshishan?, Heiyingshan?, and Liutuoshan?) 1-第四系；2-新近系；3-中生界；4-上二疊統(tǒng)方山口組；5-中二疊統(tǒng)金塔組；6-中二疊統(tǒng)菊石灘組；7-中下二疊統(tǒng)雙堡塘組；8-上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)干泉組；9-下石炭統(tǒng)白山組；10-下石炭統(tǒng)綠條山組；11-泥盆系；12-志留系；13-前寒武系；14-中生界酸性侵入巖；15-上古生界酸性侵入巖；16-下古生界酸性侵入巖；17-上古生界中性侵入巖；18-上古生界基性侵入巖；19-上古生界超基性侵入巖；20-斷層 1-Quaternary；2-Neogene；3-Mesozoic；4-Fangshankou Formation of Upper Permian；5-Jinta Formation of Middle Permian；6-Jushitan Formation of Middle Permian；7-Shuangbaotang Formation of Lower-Middle Permian；8-Ganquan Formation of Upper Carboniferous-Lower Permian；9-Baishan Formation of Lower Carboniferous；10-Lütiaoshan Formation of Lower Carboniferous；11-Devonian；12-Silurian；13-Precambrian；14-Acid intrusions of Mesozoic；15-Acid intrusions of Upper Paleozoic；16- Acid intrusions of Lower Paleozoic；17-Intermediate intrusions of Upper Paleozoic；18-Basic intrusions of Upper Paleozoic；19-Ultrabasic intrusions of Upper Paleozoic；20-Fault

研究區(qū)位于甘肅和內(nèi)蒙古交界處星星峽-石板井蛇綠混雜巖帶北側(cè),紅石山蛇綠混雜巖帶介于其中。1∶20萬紅石山?、黑鷹山?和六駝山幅?區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告將該區(qū)晚古生代地層自下而上依次為下泥盆統(tǒng)清河溝組、中泥盆統(tǒng)哈珠組(或依克烏蘇組)、下石炭統(tǒng)綠條山組和白山組、上石炭統(tǒng)石板山組、上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)干泉組、下中二疊統(tǒng)雙堡塘組、中二疊統(tǒng)菊石灘組和金塔組、上二疊統(tǒng)方山口組(圖1)。

清河溝組主要為粉砂巖、石英砂巖,夾礫巖、英安質(zhì)凝灰熔巖及灰?guī)r透鏡體,角度不整合于上志留統(tǒng)之上,產(chǎn)珊瑚Neoyacutioporasp.,Barrandeophyllumperplexum,腕足類Leptaenopyxisbouei,Paraspirifergurjevskiensis等。哈珠組以安山巖、輝石玄武巖、斜長流紋巖為主,夾中酸性火山碎屑巖、礫巖和雜砂巖,未見與下伏地層直接接觸。綠條山組下部為細(xì)粒雜砂巖夾礫巖、灰?guī)r,不整合于清河溝組或哈珠組之上,產(chǎn)腕足類Syringothyriscf.texta,雙殼類、苔蘚蟲、海百合莖等；上部以千枚狀板巖、千枚巖和斜長流紋巖為主。白山組下部為粉砂質(zhì)板巖、長石石英細(xì)砂巖、粉砂巖,夾玄武巖、千枚巖和灰?guī)r透鏡體,未見與下伏地層直接接觸,產(chǎn)珊瑚Aulophyllumsp.,Gangamophyllumsp.,腕足類Anidanthussp.等；上部主要為斜長流紋巖、英安巖、英安質(zhì)火山巖碎屑巖。石板山組下部為斜長流紋巖、安山巖、英安巖及其凝灰熔巖、角礫熔巖,夾粉砂巖,未見與下伏地層的直接接觸；上部為細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖,夾安山巖、泥灰?guī)r,產(chǎn)腕足類Echinoconchuspunctatus等。干泉組下部為礫巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖,整合于石板山組之上；上部為杏仁狀玄武巖、英安巖及其熔巖與凝灰?guī)r、斜長流紋巖。雙堡塘組整合于干泉組之上,主要為粉砂巖和細(xì)砂巖,產(chǎn)菊石、腕足類及腹足類。菊石灘組主要為炭質(zhì)粉砂巖、中細(xì)粒雜砂巖,未見與下伏地層的直接接觸,產(chǎn)菊石Paragastrioceras,Uraloceras等。金塔組主要為片理化安山質(zhì)含火山角礫熔凝灰?guī)r,夾長石石英砂巖、硅質(zhì)頁巖及少量灰?guī)r透鏡體,整合于菊石灘組之上。方山口組主要為玄武巖、安山玄武巖,未見與下伏地層的直接接觸,角度不整合于中下侏羅統(tǒng)之下。

圖2 甘蒙北山地區(qū)綠條山組實(shí)測剖面圖: (a)甜水井北剖面；(b)碎石山剖面Fig. 2 Sections of the Lütiaoshan Formation, Beishan region, Gansu and Inner Mongolina provinces: (a)Tianshuijingbei section；(b)Suishishan section 1-礫巖；2-砂礫巖；3-砂巖；4-長石砂巖；5-長石雜砂巖；6-長石巖屑砂巖；7-鈣質(zhì)砂巖；8-粉砂巖；9-粉砂質(zhì)泥巖；10-泥巖；11-灰?guī)r；12-凝灰質(zhì)砂巖；13-火山角礫巖；14-凝灰質(zhì)熔巖；15-凝灰?guī)r；16-英安巖；17-玄武巖；18-閃長巖；19-腕足類；20-菊石 1-Conglomerate；2-Sandy conglomerate；3-Sandstone；4-Arkose；5-Arkosic wacke；6-Feldspar lithic sandstone；7-Calcareous sandstone；8-Siltstone；9-Silty mudstone；10-Mudstone；11-Limestone；12-Tuff sandstone；13-Volcanic breccia；14-Tuff volcanic；15-Tuff；16-Dacite；17-Basalt；18-Diorite；19-Brachiopoda；20-Ammonoid

2 地層巖石組合和樣品采集

內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗甜水井北剖面為綠條山組的層型剖面,由甘肅省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì)進(jìn)行1∶20萬紅石山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查?時(shí)實(shí)測,其下部主要為長石雜砂巖、粉砂巖,夾礫巖、含礫砂巖和大理巖,角度不整合于中泥盆統(tǒng)哈珠組之上,底部大理巖中產(chǎn)腕足類化石；上部為粉砂巖、千枚巖和硅質(zhì)板巖。筆者于2010年實(shí)測該剖面,其巖性組合與前人描述基本相同,在底部鈣質(zhì)砂巖中見腕足類碎片。該剖面下部野外擬定為長石雜砂巖的樣品通過室內(nèi)薄片觀察發(fā)現(xiàn)有大量火山物質(zhì),應(yīng)定名為中酸性凝灰?guī)r或沉凝灰?guī)r(圖2,3a,b)。以TSJ-B6為例,該樣品在野外擬定名為含礫長石雜砂巖,通過室內(nèi)薄片觀察定名為沉角礫凝灰?guī)r。巖石主要由巖屑(>70%)、角礫(15%)和晶屑(10%)組成(圖3b)。巖屑以安山巖、安山玄武巖及中基性熔巖碎屑為主,次棱角狀或不規(guī)則狀,粒徑在0.4～2mm之間。角礫主要為安山質(zhì)熔巖、安山巖,偶見生物碎屑,棱角狀或不規(guī)則狀,粒徑多在2～4mm之間,條帶狀者可達(dá)5.5mm。晶屑主要為斜長石,偶見石英,次棱角狀或板條狀,粒徑在0.3～1mm之間。原剖面上部有多層硅質(zhì)巖或者硅質(zhì)板巖,但通過室內(nèi)薄片觀察應(yīng)定名為碳酸鹽化玄武巖(圖3c)或沉凝灰?guī)r,有輕微變質(zhì)(圖3d)。

圖3 北山綠條山組巖石鏡下特征及古生物化石Fig. 3 Photomicrographs of rocks and photography of fossils from the Lütiaoshan Formation in the Beishan region (a)中酸性晶屑巖屑凝灰?guī)r(D251-B1)；(b)沉角礫凝灰?guī)r(TSJ-B6)；(c)碳酸鹽化玄武巖(TSJ-B15)；(d)沉凝火山巖(TSJ-B16)；(e)安山玢巖(D107-B1)；(f)中粒凝灰質(zhì)砂巖(SSS-B6)；(g)腕足類碎片；(h)Branneroceras sp.；(i)Gastrioceras listeri；(a～d)來自甜水井北剖面；(e～i)來自碎石山剖面 (a)intermediate to siliceous tuff(D251-B1)；(b)sedimentary tuff(TSJ-B6)；(c)basal(TSJ-B15)；(d)quartz schist(TSJ-B16)；(e)andesitic porphyrite(D107-B1)；(f)tuffaceous sandstone(SSS-B6)；(g)Brachiopod fragments；(h)Branneroceras sp.；(i)Gastrioceras listeri；(a～d) from Tianshuijingbei section：(e～i) from Suishishan section

同位素年齡樣12D251-TW1采于該剖面底部層位晶屑巖屑凝灰?guī)r(圖1,2),LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為296.8±3.5Ma(95% conf.,n=15,MSWD=1.4),時(shí)代為早二疊世阿瑟爾期(Asselian),相當(dāng)于中國的紫松期早期(盧進(jìn)才等,2013)。

內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗碎石山剖面是綠條山組的重要參考剖面,由甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測試隊(duì)進(jìn)行1/20萬黑鷹山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查?實(shí)測。該剖面以長石雜砂巖為主,夾礫巖、鮞狀灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r和酸性熔巖凝灰?guī)r,產(chǎn)豐富的腕足類化石。筆者于2012年實(shí)測該剖面與碎石山西剖面,其巖性組合與前人描述基本一致,下部產(chǎn)豐富的腕足類和菊石化石,但有一部分野外擬定名為長石雜砂巖的樣品根據(jù)室內(nèi)薄片應(yīng)鑒定為中酸性凝灰?guī)r或者凝灰質(zhì)砂巖。以SSS-B6為例,該樣品野外擬定名為長石雜砂巖,室內(nèi)薄片定名為凝灰質(zhì)砂巖(圖3e)。巖石主要由巖屑(55%～60%)和長英質(zhì)碎屑(20%～25%)組成。巖屑以英安巖、流紋巖和中基性熔巖碎屑為主,其次為中酸性凝灰?guī)r碎屑,多為次圓狀和次棱角狀,部分為棱角狀或不規(guī)則狀,粒徑多在0.25～0.5mm之間,少數(shù)顆粒達(dá)0.6mm。長英質(zhì)碎屑以長石碎屑居多,碎屑形態(tài)多呈次棱角狀或不規(guī)則狀,粒徑多在0.2～0.35mm之間,少數(shù)可達(dá)0.5mm。不規(guī)則狀的巖屑和長英質(zhì)碎屑多為火山碎屑物。

圖4 甘蒙北山地區(qū)碎石山剖面綠條山組火山巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像及LA-ICP-MS測點(diǎn)位置Fig. 4 CL images and dating spots of some zircons of volcanics from the Lvtiaoshan Formation of the Suishishan section, Beishan region, Gansu and Inner Mongolina provinces

同位素年齡樣品12D107-TW1采自剖面底部火山角礫巖中一塊約有30cm長的火山塊(圖2)。該火山塊薄片鑒定為安山玢巖(圖3e),巖石中斑晶由斜長石組成,含量達(dá)50%,斑晶形態(tài)多呈板狀與溶蝕狀,粒徑在0.5～4.0mm之間斷續(xù)出現(xiàn),常呈聚斑出現(xiàn),晶體局部常被黑云母交代?；|(zhì)主要由細(xì)小斜長石組成,晶體呈細(xì)小板條狀,在巖石中交錯雜亂分布,形成交織結(jié)構(gòu)。

3 鋯石U-Pb 年代學(xué)特征

3.1 測試方法

將野外樣品粉碎后通過標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù),挑選晶型完好、透明度好、無明顯包裹體、無明顯破裂的單顆粒鋯石用環(huán)氧樹脂固定并拋光。通過鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像分析技術(shù)挑選晶型較好,巖漿振蕩環(huán)帶較好、無明顯繼承核的鋯石20顆進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石微區(qū)原位單點(diǎn)定年。CL圖像分析和鋯石微區(qū)原位單點(diǎn)定年在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定,使用的儀器分別為Agilent 7500型ICP-MS、德國Lambda Physik公司生產(chǎn)的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器(工作物質(zhì)ArF波長193 nm)和MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas 200M光學(xué)系統(tǒng)。激光束斑直徑為30μm,激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣,采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化,采樣方式為單點(diǎn)剝蝕,數(shù)據(jù)采集選用一個質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式,每完成6個測點(diǎn)的樣品測定,加測標(biāo)樣一次。在所測鋯石樣品分析測點(diǎn)前后各測2次NIST SRM610,實(shí)驗(yàn)原理及步驟參見Yuan et al.(2004)。

鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),元素含量采用NIST SRM610作為外標(biāo),29Si作為內(nèi)標(biāo)。采用Glitter(Macquarie University)程序?qū)︿喪耐凰乇戎导霸睾窟M(jìn)行計(jì)算,并按照LAM-ICP-MS Common Lead Correction(Andersen,2002)對其進(jìn)行了普通鉛校正,年齡計(jì)算及諧和圖采用Isoplot(Ludwig,2003)完成。同位素比值和年齡誤差為1σ,加權(quán)平均年齡置信度為95%。

3.2 測試結(jié)果

12D107-TW1共選取20顆鋯石、共有20個測點(diǎn)。鋯石為透明柱狀,晶型較好,長度位于125～170um之間,長寬比介于1/2～1/4之間,CL圖像分析中顯示出巖漿鋯石振蕩環(huán)帶(圖4)。鋯石的Th、U含量分別為35×10-6～102×10-6和76×10-6～188×10-6,Th/U比值均大于0.1,位于0.46～0.58之間(表1)。在年齡諧和圖上,所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均在諧和線上(圖5)。206Pb/238U加權(quán)平均年齡311.1±3.2Ma(95% conf.,n=20,MSWD=0.45),時(shí)代為晚石炭世莫斯科期(Moscovian)早期,相當(dāng)于中國地質(zhì)年代的達(dá)拉期。該年齡為綠條山組底部火山角礫巖中安山玢巖火山塊的結(jié)晶成巖年齡,而此段地層的時(shí)代應(yīng)略晚于該年齡。

表1 甘蒙北山地區(qū)碎石山剖面綠條山組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of volcanics from the Lütiaoshan Formation of the Suishishan section, Beishan region, Gansu and Inner Mongolina provinces

4 地層時(shí)代討論及地質(zhì)意義

4.1 地層時(shí)代討論

北山地區(qū)綠條山組主要出露在該區(qū)北部紅石山和黑鷹山地區(qū),層型剖面為甜水井北剖面,主要代表剖面為碎石山和綠條山剖面(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997；內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991；內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996)。腕足類Syringothyris在上述剖面均有產(chǎn)出,該屬廣泛分布于北美、西歐、中亞及日本下石炭統(tǒng),且多發(fā)現(xiàn)于杜內(nèi)期,Syringothyrisaltaica,S. cf.texta在新疆波羅霍洛山北坡下石炭統(tǒng)杜內(nèi)階上部及維憲階下部出現(xiàn)(楊式溥等,1960；丁培榛等,1983)。因此,綠條山組時(shí)代被定為早石炭世杜內(nèi)期(金松橋,1974；丁培榛等,1983)。然而,北山地區(qū)綠條山組腕足類化石由丁培榛等(1983)鑒定,丁氏其后對這批化石進(jìn)行切片研究,發(fā)現(xiàn)其缺少Syringothyris的關(guān)鍵鑒定特征--腹殼內(nèi)的管孔構(gòu)造。北山綠條山組原鑒定為Syringothyris的化石材料被統(tǒng)一修訂為Pseudosyrinx,該組時(shí)代也被修訂為早石炭世維憲期(丁培榛,1985)。Pseudosyrinx雖然多出現(xiàn)在北美、哈薩克斯坦和我國波羅霍洛山北坡下石炭統(tǒng)(楊式溥等,1960),但也在新疆中部上石炭統(tǒng)、澳大利亞下二疊統(tǒng)中出現(xiàn)(Thomas,1971；王成文等,1998),該屬時(shí)限可能上延至晚石炭世或早二疊世。楊帥師等(2005)根據(jù)雙殼類Parallelodonolseni-Nucundatacf.cuiluanesis-Schizodussubquadratus等組合將甜水井北神螺灘綠條山組時(shí)代修訂為中晚二疊世。但王惠等(2007)指出這些雙殼類化石鑒定有誤,均為石炭紀(jì)和二疊紀(jì)常見屬種,時(shí)代意義并不明顯。

圖5 甘蒙北山地區(qū)碎石山剖面綠條山組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡諧和圖和加權(quán)平均圖Fig. 5 LA-ICP-MS zircon U-Pb weight average and concordia diagrams of zircons from the Lütiaoshan Formation of the Suishishan section, Beishan region, Gansu and Inner Mongolia provinces

此次研究在甜水井北和碎石山剖面相應(yīng)層位均發(fā)現(xiàn)腕足類化石(圖3g),但由于化石材料較為破碎,難以鑒定。同位素年齡樣品12D251-TW1和12D107-TW1采自甜水井北和碎石山剖面腕足類化石鄰近層位,其年齡分別為296.8±3.5Ma和311.1±3.2Ma,時(shí)代為早二疊世早期或晚石炭世。碎石山剖面腕足類鄰近層位產(chǎn)出菊石Gastrioceras和Branneroceras(圖3h,3i)(卜建軍等,2013)。其中Gastrioceras廣泛出現(xiàn)于寧夏中衛(wèi)的靖遠(yuǎn)組,廣西黃龍組下部和西歐納繆爾階(Namurian)下部(楊逢清,1987)。Gastrioceras-Branneroceras帶時(shí)代為中國滑石板期晚期,相當(dāng)于國際巴什基爾期(Bashkirian,323.2～315.2Ma)晚期(Ramsbottom et al.,1985；Wang XD et al.,2003),與同位素年齡基本一致。

綜上所述,北山地區(qū)綠條山組時(shí)代應(yīng)修訂為晚石炭世-早二疊世早期。北山北部晚石炭世-早二疊世早期地層為石板山組與干泉組,但進(jìn)一步的時(shí)代劃分并無確鑿的年代學(xué)證據(jù),僅根據(jù)與上下地層的接觸關(guān)系和有限的古生物化石,將石板山組時(shí)代定為晚石炭世早期,干泉組時(shí)代定為晚石炭世晚期-早二疊世早期(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991；內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996；盧進(jìn)才等,2012)。甜水井北剖面綠條山組上部火山巖較多,下部以碎屑巖和火山碎屑巖為主,這與東部鄰區(qū)1/20萬嘎順淖爾幅區(qū)域地質(zhì)圖?中的干泉組巖性較為相似,而與石板山組下部火山巖、上部碎屑巖的巖性組合有較大區(qū)別。

4.2 構(gòu)造意義

北山地區(qū)自北向南依次有四條蛇綠混雜巖帶,即紅石山、芨芨臺子-小黃山(即星星峽-石板井)、紅柳河-洗腸井和柳園(即輝銅山-賬房山)蛇綠混雜巖帶(左國朝等,1990；楊合群等,2010；Xiao WJ et al.,2010)。不同學(xué)者對下述問題存在較大爭議,即何條蛇綠混雜巖帶代表分隔西伯利亞板塊與中朝-塔里木板塊的古亞洲洋？古亞洲洋于何時(shí)閉合？石炭紀(jì)-二疊紀(jì)該區(qū)處于何種構(gòu)造背景和沉積環(huán)境？其中主要有以下三種觀點(diǎn)：①早古生代,紅柳河-洗腸井蛇綠混雜巖帶代表古亞洲洋,洋盆于志留紀(jì)末期閉合,北山石炭紀(jì)-二疊紀(jì)為裂谷盆地演化階段(何世平等,2005；楊合群等,2010)。②早古生代,芨芨臺子-小黃山蛇綠混雜巖代表的古亞洲洋將北山分為北部的哈薩克斯坦板塊和南部的塔里木板塊,洋盆于泥盆紀(jì)初期閉合(Zuo GC et al.,1991；左國朝等,2003)。③古生代,紅石山和柳園蛇綠混雜巖帶自北向南將北山分為西伯利亞板塊、公婆泉島弧增生體(或哈薩克斯坦板塊)和華北-塔里木板塊,洋盆于晚石炭世早期或二疊紀(jì)-三疊紀(jì)初期閉合(劉雪亞等,1995；Xiao WJ et al.,2010)。

北山北部原下石炭統(tǒng)綠條山組根據(jù)生物地層學(xué)及同位素地層學(xué)研究時(shí)代應(yīng)修訂為晚石炭世-早二疊世初期。上石炭統(tǒng)角度不整合于下、中泥盆統(tǒng)之上。下泥盆統(tǒng)清河溝組以粉砂巖、石英砂巖為主,夾礫巖、灰?guī)r透鏡體及少量火山熔巖,產(chǎn)豐富的腕足類和珊瑚,總體為同造山期含火山活動的大陸邊緣淺海陸棚沉積(翟毓沛,1981；內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)。下泥盆統(tǒng)與下伏的下志留統(tǒng)之間并無明顯的角度不整合接觸關(guān)系,僅在上志留統(tǒng)頂部或下泥盆統(tǒng)底部出露數(shù)層礫巖層。這可能表明晚志留世末或早泥盆世初,北山北部已經(jīng)出現(xiàn)了初始的磨拉石沉積(左國朝等,1995)。中泥盆統(tǒng)哈珠組以流紋巖、安山巖和輝石玄武巖為主,夾礫巖和雜砂巖,標(biāo)志著該區(qū)中泥盆世受造山隆升影響,其中有較強(qiáng)的火山運(yùn)動(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991；左國朝等,1995)。研究區(qū)普遍缺失下泥盆統(tǒng)-下石炭統(tǒng),原定為早石炭世杜內(nèi)期的綠條山組現(xiàn)修訂為晚石炭世-早二疊世早期地層,而分布在北山北部紅石山、黑鷹山和六駝山等地區(qū)原定為早石炭世維憲期白山組火山巖的同位素年齡均為晚石炭世(圖1,12BYQ-TW1,12HYS-TW1,12D252-TW1)(盧進(jìn)才等,2013；牛亞卓等,2013)。研究區(qū)的上石炭統(tǒng)-下二疊統(tǒng)干泉組下部以礫巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,上部發(fā)育以斜長流紋巖和杏仁狀玄武巖為主的雙峰式火山巖(盧進(jìn)才等,2012)。 該套地層西延至研究區(qū)哈珠、黑鷹山、紅石山地區(qū),以酸性、中酸性火山巖、火山熔巖為主,夾玄武巖等基性火山巖,地球化學(xué)特征具有雙峰式火山巖的特征(左國朝等,1990,1996；姜亭等,2011；黨犇等,2011),形成于碰撞造山后再伸展的裂谷環(huán)境(徐學(xué)義等,2008)。而碎石山、甜水井北地區(qū)的晚石炭世-早二疊世早期地層中火山物質(zhì)相對減少,以火山碎屑巖為主,與陸源碎屑巖、碳酸鹽同時(shí)出現(xiàn),產(chǎn)腕足類、珊瑚、菊石等化石,代表裂谷盆地邊緣的沉積。

綜上所述,早泥盆世北山北部為大陸邊緣淺海,發(fā)育少量磨拉石沉積。中泥盆世,該區(qū)晚古生代洋盆開始閉合,該區(qū)有較強(qiáng)的火山活動。晚泥盆世-早石炭世,洋盆最終閉合,造成北山北部長時(shí)間隆升與地層剝蝕。晚石炭世-早二疊世早期,該區(qū)進(jìn)入后碰撞裂谷盆地演化階段,發(fā)育雙峰式火山巖及盆地邊緣沉積。

5 結(jié)論

(1)北山北部甜水井北、碎石山地區(qū)原定為早石炭世的綠條山組時(shí)代應(yīng)修訂為晚石炭世-早二疊世早期。

(2)研究區(qū)下泥盆統(tǒng)沉積環(huán)境為大陸邊緣陸棚相,下石炭統(tǒng)普遍缺失,代表該區(qū)洋陸轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的構(gòu)造隆升事件。上石炭統(tǒng)的巖石組合與裂谷盆地充填特征較為相似。

致謝：江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院喬麗博士與南京大學(xué)葛榮峰博士審閱全文并給予修改意見。中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心卜建軍高級工程師與西安地質(zhì)調(diào)查中心韓偉、李渭、張慧元、許海紅、王寶文等工程師協(xié)助進(jìn)行野外工作。在此謹(jǐn)致謝忱。

注 釋 / Notes

? 甘肅省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì). 1971. 1∶20萬紅石山幅區(qū)域地質(zhì)圖及調(diào)查報(bào)告.

? 甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測試隊(duì). 1977. 1∶20萬黑鷹山幅區(qū)域地質(zhì)圖及調(diào)查報(bào)告.

? 甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測試隊(duì). 1979. 1∶20萬六駝山幅區(qū)域地質(zhì)圖及調(diào)查報(bào)告.

? 甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測試隊(duì). 1981. 1∶20萬嘎順淖爾幅區(qū)域地質(zhì)圖及調(diào)查報(bào)告.