孫哲,崔加偉
(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710065;2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081)
大興安嶺地區(qū)位于興蒙造山帶東北部,夾于華北板塊與西伯利亞板塊之間,該區(qū)及其相鄰地區(qū)晚侏羅世至早白堊世沉積時,火山活動強(qiáng)烈,火山巖分布廣泛,構(gòu)成了中國東部沿海重要的火山巖帶。由于該區(qū)地表植被覆蓋嚴(yán)重,造成各地層之間的接觸界線不清,給研究工作帶來了較大的困難。另外,由于歷史原因,在該區(qū)開展地質(zhì)工作的單位,分屬不同的省區(qū),各自采用該省的巖石地層單位,造成該區(qū)地層命名、劃分混亂[1-2]。早期大致以烏蘭浩特—阿爾山一線為界,將這套火山巖劃分為南北兩個區(qū),其地層劃分方案也不同,南部中生代火山巖自下而上可以劃分為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組;北部地區(qū)將這套火山巖自下而上劃分為塔木蘭溝組、吉祥峰組、七一牧場組、木瑞組、上庫里組和依列克的組。由于這套火山巖缺乏統(tǒng)一的地層單位,并且化石資料缺乏,造成這套火山巖時代劃分及歸屬混亂。邵積東等[3]在系統(tǒng)總結(jié)了莫爾道嘎鎮(zhèn)幅、阿龍山鎮(zhèn)幅、小烏爾其漢、林場幅等區(qū)調(diào)報告的基礎(chǔ)上,提出將大興安嶺北部含Eosestheria動物群的大套酸性火山巖定為光華組,并且時代為早白堊世;將含有Nestoria動物群的大套酸性火山巖定為白音高老組,時代定為晚侏羅世。將這兩套酸性火山巖之間的含有Eosestheria動物群的中酸性火山巖定為龍江組,時代劃分為晚侏羅世。周其林等[4]參照中國地質(zhì)調(diào)查局在承德召開的中生代現(xiàn)場會議上張立東提出的觀點,結(jié)合完成的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,認(rèn)為含Nestoria的火山巖形成于晚侏羅世,將含有Eosestheria定名為龍江組,時代為早白堊世。該文針對大興安嶺中生代火山巖地層劃分混亂的現(xiàn)象,選擇扎蘭屯市浩繞山地區(qū)白音高老組火山巖進(jìn)行系統(tǒng)研究,擬通過鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù),確立這套火山巖的時代歸屬,為區(qū)域地層對比奠定基礎(chǔ)。
研究區(qū)位于內(nèi)蒙古扎蘭屯市西南角的浩饒山鎮(zhèn),大地構(gòu)造位置特殊,位于西伯利亞板塊與華北板塊的縫合帶上,先后經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域和蒙古-鄂霍次克洋構(gòu)造域[3]。研究區(qū)前中生代地層零星分布,中生代火山巖分布廣泛。出露的地層自下而上為石炭紀(jì)巴圖組、查干諾爾火山巖層、二疊紀(jì)林西組、侏羅紀(jì)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組、中更新統(tǒng)洪積坡積物、大黑溝組玄武巖、上更新統(tǒng)洪積坡積物、上更新統(tǒng)沖洪積物、上更新統(tǒng)沖積物、全新統(tǒng)現(xiàn)代河床沉積。巖體主要為中生代的花崗巖、花崗斑巖,侵入到中生代火山巖中,主要分布在研究區(qū)的西北角及東北角,其余地方零星出露(圖1)。
1—縫合帶;2—研究區(qū);3—構(gòu)造區(qū)帶編號;4—侏羅紀(jì)滿克頭鄂博組;5—侏羅紀(jì)瑪尼吐組;6—侏羅紀(jì)白音高老組圖1 浩繞山地區(qū)中生代火山巖分布圖
白音高老組是由原遼寧省區(qū)測二隊于1974年在赤峰市巴林左旗哈達(dá)英格鄉(xiāng)白音高老最早創(chuàng)立的。當(dāng)時將一套上部為酸性熔巖、凝灰?guī)r、英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r,下部為凝灰質(zhì)砂礫巖、細(xì)砂巖夾粉砂巖、泥質(zhì)頁巖及少量酸性凝灰?guī)r、熔巖,含葉肢介化石Nestoriasp.,Keratestheriarugosa,植物化石以及雙殼類化石,整合在瑪尼吐組中性火山巖之上,被梅勒圖組中基性火山巖不整合覆蓋的火山巖命名為白音高老組[1]。
白音高老組在研究區(qū)中出露最多,巖性組合中下部為火山碎屑巖夾流紋巖、火口湖沉積,主要為火山碎屑流相、爆發(fā)相、溢流相。上部以火口湖沉積為主,晚期潛流紋巖侵入,發(fā)育噴發(fā)沉積相和沉積相,潛火山巖相、侵出相發(fā)育(圖2)。
1—流紋質(zhì)含角礫凝灰?guī)r;2—流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r;3—流紋質(zhì)玻屑凝灰?guī)r;4—流紋質(zhì)巖屑凝灰?guī)r圖2 白音高老組中下部地層層序
白音高老組的2件樣品(3001TW3,7003TW1)采自浩繞山地區(qū),樣品3001TW3巖性為流紋斑巖,侵入到白音高老組中的火山碎屑巖中,為潛火山巖相。巖石新鮮,無蝕變,巖石成灰白色,少斑結(jié)構(gòu),流紋構(gòu)造發(fā)育。斑晶主要為長石,含量約為5%,基質(zhì)為隱晶質(zhì),基質(zhì)含量達(dá)95%。樣品7003TW1巖性為流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r,巖石新鮮,未蝕變,巖石新鮮面為灰白色,角礫熔結(jié)結(jié)構(gòu),假流紋構(gòu)造,巖石主要由角礫和凝灰物構(gòu)成,角礫含量小于20%,凝灰物由晶屑、玻屑及巖屑組成,含量大于80%,其中塑性玻屑含量約為65%~70%,巖屑為15%~20%(圖3)。
1—流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r;2—流紋質(zhì)角礫巖;3—流紋質(zhì)沉角礫巖;4—流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r;5—流紋質(zhì)含集塊角礫巖;6—流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r;7—潛流紋巖;8—含礫砂巖;9—雜礫巖圖3 白音高老組剖面特征
鋯石分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成,鋯石制靶、照相均在北京凱德正科技有限公司完成,LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室完成,采用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀。首先,將待測鋯石進(jìn)行制靶,透射光、反射光以及陰極發(fā)光圖像的觀察和采集,以確定鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部成因。鋯石數(shù)據(jù)測試采用的設(shè)備為美國Thermo Fisher公司生產(chǎn)的Neptune多接收器電感耦合等離子質(zhì)譜儀和美國ESI公司生產(chǎn)的波長為193nm的UP193-FXAnF準(zhǔn)分子激光器,束斑直徑為35μm。采用TEMORA作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn),具體操作流程見李懷坤等[5-8];數(shù)據(jù)分析采用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[9],應(yīng)用208Pb校正法對普通鉛進(jìn)行校正,利用NIST612玻璃表樣作為外標(biāo),計算鋯石樣品的Pb,U,Th含量。
樣品3001TW3共測得21個點,年齡結(jié)果見表1。除3001TW3-10的206Pb/238U年齡為144Ma之外,其余各點年齡均在134~140Ma之間,20個點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(134.84±0.78)Ma,MSWD=2.1,Th/U比值為0.4951~1.1883,均大于0.1,結(jié)合陰極發(fā)光圖像中震蕩環(huán)帶發(fā)育特征,可知其為典型的巖漿型鋯石(圖4、圖5)[10]。
表1 浩繞山白音高老組3001TW3樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果
樣品7003 TW1共測得14個點,年齡結(jié)果見表2。除7003TW1-1和7003TW1-9明顯不協(xié)和,206Pb/238U年齡分別為264Ma和263Ma,其余12個分析點年齡范圍為135~141Ma,12個點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(139.84±0.78)Ma,MSWD=0.49,Th/U比值為0.2942~1.182,均大于0.1,結(jié)合其陰極發(fā)光圖像中震蕩環(huán)帶發(fā)育的特征,可知其為典型的巖漿型鋯石(圖6,圖7)[10]。
表2 浩繞山白音高老組7003TW1-1樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果
圖4 3001TW3樣品鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖
圖5 3001TW3樣品陰極發(fā)光圖
圖6 7003TW1樣品鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖
圖7 7003TW1樣品陰極發(fā)光圖
目前,國際地層表中的侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)GSSP尚未確定。國際上對于侏羅紀(jì)與白堊界線劃分的爭議由來已久,主要有135Ma和145Ma兩種意見,分別代表北方區(qū)和特提斯區(qū)兩者的界線年齡。國際地層表[11]推薦的年齡為145Ma作為界線年齡,中國地層委員會在2010年7月召開的大興安嶺中南段、冀北、遼西中生代地層劃分對比研討會上推薦使用這一界線,并將界線放在下白堊統(tǒng)張家口組與土城子組之間,并一直沿用至今[12-13]。
前人研究認(rèn)為[14-16],白音高老組這套火山巖形成于晚侏羅世,但當(dāng)時缺乏高精度測年方法,僅做過少量Ar-Ar測年,年齡結(jié)果可信程度低。近年來,一大批高精度的年齡數(shù)據(jù)表明,這套火山巖主要形成于早白堊世,時間跨度大,主要集中于135~145Ma和115~125Ma之間。
隨著該地區(qū)地質(zhì)工作研究的不斷深入,部分學(xué)者[17-20]提出,大興安嶺火山巖并不存在穿時性,而是分屬于不同的組。在張吉衡[14]劃分的兩段白音高老組中,發(fā)現(xiàn)Nestoria和Eosestheria兩種動物群化石,Nestoria化石分布于135~145Ma的火山巖中,Eosestheria化石分布于115~125Ma的火山巖中。根據(jù)古生物學(xué)研究[21-24],Nestoria和Eosestheria分屬2個不同的層位,沒有混生現(xiàn)象[24]。在最新的中國地層簡表中,將含有Nestoria和Eosestheria這2種動物群分別放在大北溝組和義縣組中,但時代均為早白堊世。
根據(jù)1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,在研究區(qū)相鄰的扎蘭屯市柞木梁子,測得柞木梁子剖面表明,含有Eosestheria化石的龍江組底部為砂礫巖,不整合覆在白音高老組、瑪尼吐組、滿克頭鄂博組之上。依據(jù)高精度的U-Pb鋯石年齡測定,浩繞山地區(qū)白音高老組樣品(3001TW3、7003TW1)測得的年齡數(shù)據(jù),分別為(134.84±0.78)Ma和(139.842±0.78)Ma,為早白堊世,含有Nestoria化石。
冀北地區(qū)晚侏羅世至早白堊世地層自下而上可以劃分為張家口組、大北溝組、義縣組、九佛堂組、下店組及青石砬子組(圖8)。根據(jù)最新的研究結(jié)果認(rèn)為[23-24],張家口組在西部(張家口)地區(qū)持續(xù)時間較長,在143~136Ma之間;而在東部(灤平)地區(qū)持續(xù)時間較短,在136~135Ma左右[23-25]。
1—流紋質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r;2—流紋質(zhì)含角礫屑玻凝灰?guī)r;3—砂巖;4—安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r;5—安山巖;6—泥質(zhì)巖;7—化石圖8 浩繞山地區(qū)白音高老組地層與冀北-遼西區(qū)域?qū)Ρ葓D
內(nèi)蒙古扎蘭屯市浩繞山地區(qū)白音高老組2個樣品的鋯石U-Pb年齡分別為(134.84±0.78)Ma和(139.84±0.78)Ma,說明該地區(qū)白音高老組的沉積時代介于134~139Ma之間,屬于早白堊世。區(qū)域上可以與冀北—遼西地區(qū)的下白堊統(tǒng)張家口組進(jìn)行對比。