兴安地块中部奥陶纪构造沉积环境

陈安霞，周 多，张庆奎，关培彦，杨 宾

(1.辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100； 2.浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021)

兴安地块中部奥陶纪构造沉积环境

陈安霞1,2，周 多1,2，张庆奎1，关培彦1，杨 宾1

(1.辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100； 2.浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021)

兴安地块奥陶纪构造沉积环境受到地质界的广泛关注。在区域地质调查工作的基础上，首先对红花尔基地区碎屑岩及萨其图地区火山岩进行研究，结果显示研究区西部奥陶纪为与岛弧作用有关的构造沉积环境；进而通过一系列的层序地层对比，研究分析兴安地块中部奥陶纪的构造沉积环境及演化过程。结果表明：研究区奥陶纪为一个北西向倾斜、北东向延伸的斜坡，哈拉哈河组沉积期沿斜坡发育一套海侵的滨-浅海相碎屑岩，由南东向北西沉积环境由滨海过渡为浅海；多宝山组岛弧火山岩广泛发育，靠近岛弧区发生隆升形成扎兰屯-多宝山岛弧的西南向延伸部分，远离岛弧地区发生弧后沉降作用，局部发育含放射虫硅质岩；裸河组沉积期岛弧作用停止，原岛弧区发生沉降回返，研究区转为碎屑岩沉积，后经过多期地壳抬升-沉降-抬升的幕式运动，最终暴露地表遭受剥蚀。

构造环境；岛弧；沉积相；层序；多宝山组；兴安地块

0 引 言

任纪舜等1999年提出西伯利亚板块与华北板块之间在古生代为一个由众多微陆块组成的“多岛洋”[1]，兴安地块是其中重要的微陆块之一，其北部为额尔古纳地块，南部为松嫩地块。对于该地块奥陶纪的构造沉积环境，张梅生等[2]认为中奥陶世由于洋壳俯冲作用，在兴安地块形成岛弧-弧后盆地沉积，赵富有等[3]认为兴安地块奥陶系主要由陆源碎屑岩、碳酸盐岩等浅海沉积地层及火山碎屑岩组成。针对此问题，本文选取兴安地块中部为研究区域(图1)，结合层序地层对比，综合研究兴安地块奥陶纪的沉积构造演化。该研究成果不仅有助于进一步认识兴安地块奥陶纪构造格局，同时可为研究东北地区的板块碰撞拼合问题提供新的理论依据。

1 区域地质概况

图1 研究区地理位置及区域构造图(据潘桂堂等[4])Fig.1 Geographical location and regional tectonics of the study area (after Pan et al.[4])Ⅰ.额尔古纳地块；Ⅱ.兴安地块；Ⅱ1.东乌—呼玛弧后盆地；Ⅱ2.扎兰屯—多宝山岛弧；Ⅲ.松嫩地块SF1.德尔布干缝合带；SF2.二连—贺根山缝合带；F1.乌努尔—鄂伦春断裂

研究区位于内蒙古东北部，属于大兴安岭弧盆系，扎兰屯—多宝山岛弧构造单元与海拉尔—呼马弧后盆地构造单元的部分区域[4](图1)。该区奥陶系广泛发育浅变质的火山-海相沉积地层，与下伏元古宇和上覆下古生界均呈角度不整合接触，奥陶系自下而上发育哈拉哈河组(以下简称哈组)、多宝山组和裸河组，这三套地层之间呈整合接触。

2 区域岛弧-弧后盆地构造环境判识

早古生代兴安地块与松嫩地块间洋壳向北西俯冲[5]，在兴安地块南部边缘形成活动陆缘岩浆弧—扎兰屯—多宝山岛弧，并在多宝山地区已发现标志岛弧构造环境的奥陶纪埃达克岩[6]。岛弧西北侧发育弧后盆地，红花尔基、萨其图地区即位于该弧后盆地带中，两者基本在北东向延伸的同一构造线上，下面对其构造环境加以验证。

红花尔基地区奥陶系主要出露哈组与多宝山组，其砂岩与不同构造背景成因的砂岩地球化学成分对比，多接近大陆岛弧区砂岩特点(表1)，同时，在碎屑岩La-Th-Sc及Th-Sc-Zr/10构造环境判别图解[7]中的投点，基本落入大陆岛弧区(图2)，表明红花尔基地区奥陶系为与活动陆缘有关的岛弧-弧后盆地沉积。

萨其图地区多宝山组碎屑岩中有玄武岩与安山岩夹层，其中的玄武岩在构造环境投图中显示岛弧钙碱性玄武岩特点(图3(a))，并表现出陆缘弧向大洋弧演化的特征(图3(b))，说明当时的岛弧正处于拉张状态，可能已拉张到下部基底。

表1 红花尔基地区奥陶纪碎屑岩构造环境判别

注：不同构造环境碎屑岩元素平均值依据Bhatia M R[8]。常量元素单位为%，稀土及微量元素单位为10-6。

图2 红花尔基地区奥陶纪碎屑岩构造环境判别Fig.2 Tectonic environment of classic rocks in Honghuaerji area during Ordovician period

图3 萨其图多宝山组玄武岩构造环境判别图Fig.3 Structural setting identification diagrams of basalts of Duobaoshan Formation in Saqitu area

该玄武岩微量元素比值蛛网图总体右倾，为强不相容元素相对富集的表现，并且富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta等高场强元素，具弱Nd、Ti槽(图4，表2)。稀土元素球粒陨石标准化分布曲线右倾，显示轻稀土元素较富集，Eu无亏损(图5)，为弧后盆地玄武岩特点。该玄武岩是地幔物质减压熔融后沿弧后盆地扩张脊喷出形成。

3 奥陶系沉积相和沉积演化分析

3.1 哈拉哈河组(O1-2h)地层及沉积环境

断岩山、哈拉哈河、铜矿沟地区哈组与上部多宝山组整合接触。断岩山地区[9]哈组沉积一套以细砂岩为主的碎屑岩，碎屑粒度粗细相间，部分化石成碎片，反映哈组在沉积晚期为水动力较强的滨海沉积环境。西北部的哈拉哈河地区[10]与东北部的铜矿沟地区[8]哈组岩性为泥质板岩、结晶灰岩及粉砂岩，说明水体向北西逐渐加深，转变为浅海沉积环境，且滨浅海相分界线大致在断岩山与哈拉哈河之间、铜矿沟以南地区(图6，表3)。

图4 多宝山组玄武岩微量元素原始地幔标准化图Fig.4 PM-normalized trace elements plot of basalts in Duobaoshan Formation

图5 多宝山组玄武岩稀土元素球粒陨石标准化图Fig.5 Chonderite-normalized REE plot of basalts in Duobaoshan Formation

岩性样号SiO2TiO2P2O5ScNiRbBaTaNbThSrHfZrY变质玄武岩SP3T3469117302429753194647561303957922351315454137132560变质玄武岩SP5S34876079036251429264465800250333691408781330974352211变质玄武岩SP25S6507919102933686683176235120041152218036624721183113187岩性样号LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu变质玄武岩SP3T3117326274021797471157448087520104283044254036变质玄武岩SP5S3109922683861715442142402075445085241039234039变质玄武岩SP25S6137630184261963536183528103618119330051312052

注：氧化物含量单位为%，其他元素含量单位为μg/g。

红花尔基地区[11]哈组中间缺失，下段发育滨海相长石石英砂岩及细砂岩，推测哈组沉积早期该地区为滨海沉积环境；上段与多宝山组整合接触，岩性以绢云泥质板岩与千枚岩为主，反映哈组沉积晚期为浅海沉积环境。哈组顶部碎屑岩中含凝灰岩夹层，并伴有较小的火山角砾，显示哈组沉积末期扎兰屯—多宝山岛弧开始活动。

表3 哈拉哈河组典型剖面主要岩性及沉积相

时期断岩山哈拉哈河铜矿沟红花尔基忠工屯顶接触整合整合不清整合不清晚期 细砂岩为主，化石破碎泥质板岩、页岩为主，夹结晶灰岩泥岩与粉砂岩互层，夹少量灰岩绢云泥质板岩与千枚岩缺失滨海相浅海相浅海相浅海相缺失早期 长石石英砂岩及细砂岩粉细砂岩、粉砂质板岩脉状层理、冲洗层理 暴露地表 暴露地表暴露地表滨海相滨海相底接触断层接触 不清不清不清角度不整合

表4 多宝山组典型剖面主要岩性及沉积相

忠工屯地区[12]哈组与下伏元古宇不整合接触，上部被岩体侵入，主要发育粉细砂岩及粉砂质板岩，脉状层理及冲洗层理发育，反映该区哈组沉积早期为近岸滨海沉积环境。鉴于哈组在忠工屯附近雅鲁地区出露粉砂岩及泥岩，推测在哈组沉积晚期该区转变为浅海沉积环境，显示哈组沉积期为一个海侵过程。

研究区哈组为一套滨-浅海相碎屑岩沉积[10]。从断岩山至哈拉哈河、铜矿沟到红花尔基一带，哈组上段岩性为细砂岩-粉砂质泥岩与灰岩-泥岩，水体逐渐加深，哈组沉积晚期沉积环境为滨海-浅海；由哈拉哈河至铜矿沟，哈组上段岩性由泥岩与灰岩变为泥岩、粉砂岩及灰岩，所反映的沉积环境均为浅海沉积，水深变化不大。结合整体北东向的构造格局，推断哈组沉积晚期研究区是一个向北西倾斜、北东向延伸的斜坡。在哈组沉积早期，位于斜坡下部的红花尔基及忠工屯地区为滨海相沉积，因此可以推断当时位于斜坡上部的断岩山、哈拉哈河及铜矿沟地区暴露地表，哈组沉积早期滨浅海相分界线在红花尔基以北。

3.2 多宝山组(O2d)地层及沉积环境

扎兰屯地区[12]多宝山组溢流相基性-中基性熔岩和爆发相中酸性火山碎屑岩交替出现，扎兰屯—多宝山岛弧活动达到顶峰，无沉积岩出现，说明多宝山组沉积期该区由于岛弧隆起，暴露出水面(表4)。

图7 多宝山组层序地层对比Fig.7 Sequence stratigraphic correlation of Duobaoshan Formation

断岩山地区[9]多宝山组下段为紫色凝灰质砂砾岩及厚层中粒砂岩，显示多宝山早期为滨海相氧化沉积环境，相较于哈组上段细砂岩，其碎屑粒度加粗，可能是由于东南部岛弧隆起、沉积水体变浅所致；敖尼尔河附近[13]多宝山组下段发育绢云千枚岩与粉砂质板岩，显示该区多宝山早期为浅海相沉积环境。断岩山中上段由安山质角砾熔岩过渡为酸性流纹岩，敖尼尔河地区中上段发育厚层玄武安山岩、碱性玄武岩及安山岩，两区均未发现沉积岩，而碱性玄武岩多发育在火山弧及陆相火山地区。结合扎兰屯—多宝山岛弧构造背景，认为这两个地区在多宝山晚期形成岛弧，并暴露地表(图7，表4)。

库伦沟林场多宝山组下段主要为粉砂岩与泥硅质板岩[12]，水平层理发育，并含放射虫化石，反映该区多宝山组沉积早期水体较深，为弧后浅海-半深海沉积；红花尔基地区多宝山组下段为凝灰质泥质板岩、含放射虫泥硅质板岩[11]，反映该区水体较库伦沟林场地区略深，可能已进入半深海沉积环境。库伦沟林场多宝山组中部发育一套变质长石砂岩，红花尔基多宝山组中部出现粉砂质凝灰岩，说明多宝山组沉积中期该区出现了短暂的抬升。库伦沟林场多宝山组上段为安山岩夹泥质板岩[12]，红花尔基多宝山组上段变为安山岩与沉凝灰岩互层，夹泥质板岩[11]，证明这两个地区多宝山组沉积晚期均为水体较深的浅海沉积。

暑秋牧场地区多宝山组下段为凝灰质砾岩与长石细砂岩[9]，并有安山质角砾熔岩，火山角砾最大粒径可达10 cm，说明该区在多宝山早期火山活动强烈；中部由粉砂岩过渡为含砾粗砂岩[9]，反映岛弧隆起伴随的长时间区域抬升、水体变浅；上段发育一套泥质粉砂岩，水体加深。该区在多宝山组沉积期较岛弧区(断岩山、敖尼尔河)未抬升出水面，较弧后沉降区(库伦沟林场、红花尔基)则表现为缓慢抬升，表现为一种滨海相的过渡区。

由断岩山—敖尼尔河到库伦沟林场—红花尔基，多宝山组早期沉积环境由滨浅海演变为浅海-半深海，晚期由暴露地表、滨海过渡为浅海，反映了水体沿斜坡向北西逐渐加深的沉积特点，暑秋牧场地区显示为过渡区。

3.3 裸河组(O3l)地层及沉积环境

断岩山地区裸河组下段发育浅海相结晶灰岩[9]，敖尼尔河地区为浅海相粉砂岩、泥质板岩[13]，含腕足类化石，而多宝山组沉积晚期两区均暴露地表，推测裸河组沉积早期火山活动基本停止，岛弧区开始进入沉降回返期，水体明显加深；位于弧后区的鄂温克旗[14]裸河组下段发育浅海相粉砂岩、粉砂质泥岩，与相邻红花尔基多宝山组上段泥质板岩相比，该区在裸河组沉积早期略有抬升(图8、表5)。

断岩山地区裸河组中段主要发育长石石英砂岩，敖尼尔河为中细粒杂砂岩，鄂温克旗为中细粒长石岩屑砂岩与复成分砂砾岩[14]，反映研究区整体进入加里东晚期的抬升阶段。

图8 裸河组层序地层对比Fig.8 Sequence stratigraphic correlation of Luohe Formation

断岩山地区裸河组上段主要发育浅海相粉砂岩、泥灰岩与结晶灰岩[9]，敖尼尔河为滨浅海相粉砂质钙质板岩及砂质板岩，鄂温克旗为浅海相粉砂岩、泥岩，研究区水体又整体变深。

敖尼尔河顶部又出现一套中细粒及不等粒杂砂岩[13]，表明研究区在裸河组沉积晚期进一步地抬升(图8、表5)。

综上所述，研究区裸河组沉积早期原岛弧区相对沉降转为浅海沉积，原弧后区略有抬升，后经多期抬升-沉降的幕式运动，最终暴露于地表。

3.4 构造沉积演化分析

研究区东北部奥陶纪之前存在一个兴安古陆[15]，并依附该古陆形成北西向倾斜、北东向延伸的斜坡，该古陆的基底为新元古代甚至为太古代的变质结晶基底[16]，忠工屯南组下伏元古宙地质体证明了这个微陆块的存在。早、中奥陶世兴安地块南部洋壳向该地块下部俯冲，使研究区奥陶纪发育岛弧-弧后盆地(图9)。

表5 裸河组典型剖面主要岩性及沉积相

Table 5 Main lithology and sedimentary facies of typical sections in Luohe formation

断岩山敖尼尔河鄂温克旗顶接触被第四系覆盖不清不清后期缺失中细粒及不等粒杂砂岩滨海相-地壳抬升缺失晚期粉砂岩、泥灰岩、结晶灰岩粉砂质钙质板岩及砂质板岩粉砂岩-泥岩浅海相-地壳下沉滨-浅海-地壳下沉浅海相-地壳下沉中期长石石英砂岩中细粒杂砂岩，粉砂岩及砂质板岩中细粒长石岩屑砂岩、复成分砂砾岩滨海相-地壳抬升滨海相-地壳抬升滨海相-地壳抬升早期结晶灰岩粉砂岩、板岩，含腕足化石粉砂岩、粉砂质泥岩浅海相-沉降回返浅海相-沉降回返浅海相底接触整合整合未见底

图9 东北地区奥陶纪构造格架(据汪新文等[15])Fig.9 Tectonic framework in northeastern China (after Wang Xinwen et al.[15])1.古地块或剥蚀区；2.沉积区；3.古火山岛弧带；4.断裂；5古俯冲带；6研究区；Ⅰ.额尔古纳地块；Ⅱ.兴安地块；Ⅲ.松嫩地块；Ⅳ.佳木斯地块；Ⅴ.华北板块

在该构造格局下，研究区哈组沉积一套滨浅海相碎屑岩，哈组沉积期海水沿斜坡由北西向南东入侵，早期滨浅海相分界线在红花尔基北部(图10(a))，晚期扩展到断岩山与哈拉哈河之间及铜矿沟以南(图10(b))。

多宝山组沉积期扎兰屯—多宝山岛弧进入全面发展阶段，处于岛弧区的断岩山及敖尼尔河地区晚期均暴露地表，而弧后区发生沉降作用，水体加深，红花尔基、库伦沟林场等地均见到含放射虫泥硅质岩石。早期滨浅海相分界线在暑秋牧场北部、敖尼尔河南部(图10(c))，晚期迁移至敖尼尔河以北(图10(d))。

裸河组沉积早期，岛弧火山活动停止，研究区进入沉降回返期，断岩山及敖尼尔河地区转为浅海沉积(图10(e))；后经加里东晚期多次抬升-沉降的幕式运动，最终使研究区大部分地区暴露剥蚀(图10(f))。

图10 研究区奥陶纪沉积相演化图Fig.10 Sedimentary facies evolution of the study area during Ordovician period

4 结 论

兴安地块中部奥陶纪为一个向北西倾斜、北东延伸的斜坡，属于岛弧-弧后盆地环境，红花尔基、萨其图地区位于该弧后盆地带中。

哈拉哈河组沉积期为一个海侵过程，水体由北西向南东侵入，沉积环境由浅海相过渡为滨海相；多宝山组岛弧火山岩发育，研究区出现差异的岛弧区抬升与弧后区沉降现象；裸河组早期研究区沉降回返，后经多期抬升-沉降的幕式运动，最终暴露剥蚀。

致谢：感谢中国石油大学(北京)康永尚教授对本文提出的建设性意见！

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Tectonic and Sedimentary Environment in the Ordovician Period of Central Xing’an Block

CHEN Anxia1,2, ZHOU Duo1,2, ZHANG Qingkui1, GUAN Peiyan1，YANG Bin1

(1.Liaoning Provincial Institute of Geological Exploration, Dalian, Liaoning 116100, China;2.OceanCollegeofZhejiangUniversity,Zhoushan,Zhejiang316021,China)

The tectonic sedimentary environment in the Ordovician Period of central Xing’an Block is attracted widespread attention by geologists. On the basis of regional investigation work, the arc and arc-back environment of the study area was firstly verified by the clastic rocks in Toudaoqiao area and invasion rocks in Saqitu area. Then the sedimentary environment and its evolution were introduced in detail through a series of sequence stratigraphic correlation in central Xing’an Block during Ordovician. The conclusion showed that there was a slope tilted to NE direction and extended to NE direction in the Ordovician period. A series of shore-shallow sea transgressive clastic rocks were found in Halahahe Formation along the slope. The arc volcanic rocks developed extensively in Duobaoshan Formation. The uplift near the island arc contributed to the SW-direction extension parts of the Zhalantun-Duobaoshan arc island. The subsidence appeared far from the island arc, and radiolarian cherts were found locally. The island arc progress was over, and the subsidence and clastic rock appeared again during the sedimentation of Luohe Formation. After several times of uplift and subsidence of the crust, the study area was exposed and denuded finally.

tectonic environment; arc; sedimentary facies; succession of stratum; Duobaoshan Formation; Xing’an block

2015-11-24；改回日期：2016-06-24；责任编辑：潘令枝。

“大兴安岭成矿带北段地质矿产调查”(基[2013]01-009-030)。

陈安霞，女，硕士，工程师，1987年出生，地质工程专业，主要从事区域地质矿产勘查。Email:527074310@qq.com。

周 多，男，硕士，工程师，1988年出生，构造地质学专业，主要从事区域地质矿产勘查。Email:1319134437@qq.com。

P548

A

1000-8527(2016)05-1061-11