索伦－林西缝合带北侧西段中二叠统哲斯组砂岩碎屑分析及其构造意义

程三友， 刘少峰， 苏 三

(1.长安大学地球科学与资源学院，陕西西安 710054;2.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083;3.雪佛龙德士古中国能源有限公司，北京 100004)

前人研究认为，前晚古生代时期，华北及塔里木太古界基底陆块与蒙古古生代阿尔泰岛弧地体及西伯利亚克拉通以古亚洲洋盆相隔(Sengor et al.，1993;Amory，1996;Lamb et al.，1997，2001)。古亚洲洋的关闭导致形成了分隔西伯利亚与华北陆块的主缝合带(图1)。不同学者将该缝合带给予不同的命名，主要有索伦(Suolon)缝合带(Wang，1995)、Solonker 带(Ruzhentsev et al.，1985，1992;Davis et al.，2004)、内蒙古(Inner Mongolia)缝合带(Tang et al.，1993)和天山－阴山缝合带(Yin et al.，1996)等。众多命名，反映了对古亚洲洋关闭作用的性质、时间、地点等基础地质问题认识的不同。一部分地质学家认为碰撞拼合的时代发生在晚泥盆世—早石炭世(Tang，1990;Shi et al.，2004;唐克东等，1991;唐克东，1992;邵济安，1991)，而另外一部分学者则主张拼合时代为二叠纪晚期(Sengor et al.，1993，1996;王瑜，1996;Chen et al.，2000，2001，2009;陈斌等，2001;陈斌，2002;Xiao et al.，2003;陶继雄等，2003;Shang，2004;陈志勇，2005;李朋武等，2006;Li，2006;Windley et al.，2007;Zhang et al.，2007;Jian et al.，2008;赵磊，2008;Xiao et al.，2010;Jian et al.，2010;胡肇荣，2010)。为了进一步论证索伦－林西缝合带的俯冲碰撞过程，在索伦－林西缝合带以北满都拉地区发育的中二叠统哲斯组磨拉石沉积地层中，对砂岩进行采样，进行碎屑成分分析及物源分析。

1 地质背景

索伦－林西缝合带以北的满都拉地区，属松嫩－张广才岭微板块的西延部分，由于受北部二连－黑河缝合带和南部索伦－林西缝合带双重构造叠加作用，构造变形复杂(程三友，2006)。主要表现为大规模的由南向北的韧性剪切和脆性逆冲，古生代蛇绿岩、火山岩、变质岩和硅质岩等构成的蛇绿岩混杂带主体表现为向北逆冲(图2)。混杂带内早期变形主要表现为韧性平卧折叠褶皱、无根褶皱，晚期变形表现为轴面南倾的不对称褶皱(图3a)和逆冲断层(张维杰等，1995)。满都拉地区向北的逆冲作用可能控制了中二叠统哲斯组前陆磨拉石的沉积。野外观察发现在满都拉地区出露花岗岩、硅质岩角砾(图3b)，同时有生物碎屑灰岩角砾(图3c)，生物碎屑灰岩被砂岩包围，出露不连续。自满都拉至白云鄂博地区，即索伦－林西缝合带至白云鄂博－赤峰断裂带之间，构造变形基本保持北部地区主体指向北的逆冲，韧性剪切、倒转、平卧褶皱发育(王瑜，1996;国家地震局地学断面编委会，1991)。它们可能代表了早期沿缝合带向南俯冲碰撞作用的变形。

图1 中国东北及邻区主要构造单元和边界缝合带(据 Meng et al.，2003;李锦轶等，2004;Li，2006;Xiao et al.，2010;Jian et al.，2010)Fig.1 Tectonic units and boundary suture zones in Northeast China and its neighboring area

满都拉地区紧接索伦－林西缝合带部位，该区虽然被大量后期北东向左旋走滑断裂错动，但是早期指向北的逆冲断裂和层间褶皱极为发育(图3a)，显示了沿缝合带向南俯冲碰撞、向北逆冲过程中的地表构造表现。满都拉地区发育的中二叠统哲斯组处于逆冲北部前缘，该地层南部与下伏地层呈断层接触，北部为不整合接触，为俯冲碰撞过程中的前陆磨拉石沉积。该沉积地层主要为一套冲积扇沉积和辫状河流沉积体系构成，虽然反映古流方向的斜层理和砾石叠瓦式定向特征不十分清楚，但从少量露头分析，可以判别其古水流方向为主体向北方向。地层中存在大量粒径最大可达2 m的花岗岩、硅质岩(图3b)和生物碎屑灰岩角砾(图3c)，角砾呈棱角状。对满都拉地区发育的中二叠统哲斯组磨拉石沉积地层中的砂岩进行采样，采样点 GPS 位置为 N42°31′1.71″，E110°06′46.8″，样品磨片后进行了碎屑成分点统计和物源分析。

2 分析方法

砂岩碎屑成分的点统计，由河北省区域地质矿产调查研究所使用常规统计方法完成(Liu et al.，2005)。每薄片统计500～550个颗粒，胶结物和基质不统计。在统计时沿线统计，每条线上的统计颗粒点间距取决于颗粒大小。每条线距相等，并布满整个薄片范围，从而保证统计结果具代表性。统计颗粒包括单晶石英、多晶石英、斜长石、钾长石、云母、角闪石、重矿物及各种岩屑等。对岩屑进一步划分各种岩石类型。在统计过程中，如果目镜十字丝交于岩屑中某一颗粒(矿物)，该颗粒仍被记为该岩屑类型，而不记为矿物。十字丝若交于胶结物和一些不能鉴别出成分类型的隐晶质或玻璃质跳过不统计，不占统计数。

3 结果

3.1 砂岩碎屑成分点统计

满都拉哲斯组粗砂岩或含砾砂岩7个样品的矿物和岩屑成分统计结果如表1(略去了重矿物、黑云母、绿泥石和角闪石等统计结果)。该地层的岩屑成分可以划分为五种岩屑岩性相类型，即火山岩(Ⅰ)、侵入岩(Ⅱ)、变质砂岩(Ⅲ)、蚀变岩(IV)和硅质岩(V)岩屑岩性相。这些岩屑岩性相分别由多种同类岩石组成，每一种岩屑岩性相可能具有相同源区，因此有利于进行盆地沉积物的物源分析。岩屑岩性相I主要由流纹岩、英安岩、石英粗安岩、安山岩组成，其源区可能为华北北缘晚古生代增生褶皱带中基性熔岩、火山岩等(如下二叠统玄武岩、下泥盆统玄武岩等)。岩性相Ⅱ主要由二长花岗岩、斜长花岗岩、花岗闪长岩、少量的二长岩、石英二长岩及花岗斑岩组成，其原岩显然来自于满都拉南部地区的二叠世石英闪长岩、二长花岗岩、斜长花岗岩、花岗岩等，几乎每种岩屑类型均在野外露头上有对应的岩石类型。岩性相Ⅲ、IV和V分别主要由变质砂岩、蚀变岩和硅质岩组成。它们虽然含量较低，但是在南部找到了对应的源区。其中蚀变岩可能来自于缝合带中的超基性岩;硅质岩虽然在砂岩点统计中的含量极少，但是在露头上可见巨型砾石(图3b)，显然它们是来自于满都拉地区近源的下泥盆统和下二叠统硅质岩。另外，薄片中斜长石、石英和钾长石含量较高，并且重矿物组合主要为磁铁矿、锆石、磷灰石和榍石，这些均说明盆地源区主要为火山岩和花岗岩等。

表1 满都拉地区中二叠统哲斯组砂岩成分常规方法碎屑颗粒统计结果Table 1 Point counting analysis of sandstones from Zhesi group，middle Permian in Mandula area

将测试分析结果(表2)投入三角图中(Dickinson，1979，1983)，通过编绘 Qm－F－Lt、Qt－F－L 和 Qm－P－K 及 Qp－Lvm－Lsm 四种图解(图4)发现，在 Qm－FLt图解中，满都拉地区中二叠统哲斯组磨拉石沉积地层中的砂岩源区显示为火山弧物源区，在Qt－F－L图解中显示，源区主体为岩浆弧物源区，在Qm－P－K图解中显示源区主体为环太平洋侵入岩组合向岩浆弧源区转变。由于岩屑硅质岩含量极低，Qp－Lvm－Lsm图解结果可能不可信，这里不作讨论。综合图解结果表明，源区主要为典型的岛弧环境。因此，在盆地南部发育与索伦－林西缝合带俯冲碰撞作用有关的晚古生代岩浆弧。

表2 满都拉地区中二叠统哲斯组砂岩碎屑组分含量Table 2 Detrital mineral contents of sandstones in the middle Permian Zhesi group of Mandula area

4 讨论

索伦－林西缝合带作为松嫩－张广才岭微板块(南戈壁古陆块)与华北板块的边界(李锦轶等，2004)，在区域上代表了分隔西伯利亚板块与华北板块之间的古亚洲洋的主缝合边界(Sengor et al.，1993，1996;Xiao et al.，2003;Li et al.，2007;Li，2006;Windley et al.，2007;Xiao et al.，2010;Jian et al.，2010)。陶继雄等(2003)关于内蒙古满都拉地区中基性火山岩和深成侵入岩的分析结果表明其具有大洋岛弧岩浆岩的特点。岩石单颗粒锆石UPb同位素年龄为(285 ±11)Ma、(280.4 ±1.1)Ma，表明华北板块与北部松嫩－张广才岭微板块(或西伯利亚板块)在满都拉地区的缝合时间应当在早二叠世之后(陈志勇，2005)。在缝合带南部大量发育年代为(285～217)Ma的侵入岩，支持向南的俯冲作用(Cui et al.，1997)。

在索伦、巴彦敖包地区发育较多的蛇绿岩块，与蛇绿岩伴生的辉长岩中单颗粒锆石U－Pb同位素年龄值为(385.6 ±1.7)Ma、(434 ±3.6)Ma，酸性熔岩单颗粒锆石U－Pb同位素年龄值为(398±18)Ma。在蛇绿岩中的硅质岩夹层中，发现了早二叠世晚期至中二叠世早期的放射虫化石，推测位于索伦山、巴彦敖包地区的蛇绿岩形成年代为早泥盆世，而洋盆演化则持续至中二叠世(陈志勇，2005)。索伦敖包一带的超基性岩组合与蛇绿岩套相近，属古洋壳的残片。这样，基本上肯定了巴彦敖包－索伦山的超基性岩—蛇绿岩以及中酸性陆缘火山岩的形成时代为早泥盆世。大石寨组与哲斯组之间的不整合面，代表了华北陆块与南戈壁微陆块之间的缝合，而哲斯组则是碰撞造山期后的磨拉石建造(陈志勇，2005)。

此外，与巴彦敖包东侧的呼吉尔特蛇绿岩伴生的玄武岩和角闪辉长岩，单颗粒锆石U－Pb年龄有285 Ma，280 Ma，371 Ma 和 252 Ma，主体为早二叠世(陈志勇，2005)。曾俊杰等(2008)在内蒙古固阳地区获得的埃达克质花岗岩 U－Pb年龄为281.9 Ma，形成于早二叠世。在白音宝力道岩体的南部，分布与碰撞有关的包尔汗喇嘛庙岩体，侵位年代为254 Ma(陈斌等，2001)。

内蒙古乌拉特中旗、达茂旗以及白云鄂博地区呈北东东向出露一条镁铁－超镁铁岩带，SHRIMP锆石U－Pb和K－Ar定年显示它们主要形成于二叠纪(242～287 Ma)。

图4 满都拉地区中二叠统哲斯组砂岩大地构造背景分析三角图(Dickinson et al.，1979，1983)Fig.4 Ternary diagrams showing the tectonic settings of the medium Permian Zhesi group sandstone in Mandula area

5 结论

对缝合带以北西段的满都拉地区发育的中二叠统哲斯组磨拉石沉积地层中砂岩进行碎屑成分分析。砂岩碎屑成分及物源分析结果表明，在盆地南部发育与索伦－林西缝合带俯冲碰撞作用有关的晚古生代岩浆弧。松嫩－张广才岭微板块与华北板块的碰撞。其碰撞变形可能从中二叠世已经开始。

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