东北漠河盆地开库康组LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其构造意义

杨晓平，胡道功，刘晓佳，张文龙，汪 岩，王超群

(1.中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110034； 2.中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081； 3.黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院，黑龙江 哈尔滨 150036)

0 引 言

蒙古—鄂霍茨克造山带是西伯利亚与中朝大陆之间最年轻的造山带，已引起国内外地学界的广泛关注。前人虽然对蒙古—鄂霍茨克洋的宽度[1]、洋壳俯冲极性与俯冲阶段[2-4]、与蒙古—鄂霍茨克洋有关的岩浆活动[5-9]及蒙古—鄂霍茨克闭合时间及造山带的演化[10-11]进行了大量研究，但对与构造有关的沉积盆地研究相对薄弱。漠河盆地北部位于兴蒙造山带东段额尔古纳地块东北部，北部与蒙古—鄂霍茨克造山带和西伯利亚板块相连接，东西部分别延入蒙古国和俄罗斯境内。漠河盆地为蒙古—鄂霍茨克造山带的前陆盆地[12-14]，是研究其构造演化的理想地区。晚侏罗世中期由于蒙古—鄂霍茨克洋的关闭，额尔古纳微板块与西伯利亚板块碰撞，在盆地西北部产生了逆冲推覆构造，推覆构造在盆地西北部表现强烈，向东南部逐渐减弱，转为脆性构造和凹陷盆地沉积[3]；早白垩世早期蒙古—鄂霍茨克洋最终关闭，伸展盆地转化为挤压山间盆地[15]。由此可见，漠河盆地是了解蒙古—鄂霍茨克造山带中生代地质演化的重要构造单元。前人针对盆地的地层层序、时代、构造、演化及物源等开展了研究，取得了一些新的认识[12-20]，如漠河盆地的构造性质属于前陆盆地[13-14]、前陆盆地的陆相磨拉石或磨拉石盆地[16-17]、挤压挠曲盆地或山间盆地[18]等。但因漠河盆地的工作程度低，尤其对漠河盆地最上部沉积物(即额木尔河群开库康组)的研究较少，制约了对漠河盆地及蒙古—鄂霍茨克洋演化的研究。本文通过对漠河盆地区域地质调查，发现了开库康组与下伏二十二站组之间的构造不整合面这一重要地质记录，并对开库康组砂岩和火山岩夹层分别进行了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年，确定开库康组时代，为进一步限定蒙古—鄂霍茨克洋最终闭合后，漠河盆地从前陆盆地转化为挤压山间盆地的形成时代提供新的证据，对研究漠河盆地与蒙古—鄂霍茨克造山带的成因关系具有重要意义。

1 区域地质背景

漠河盆地位于兴蒙造山带东段额尔古纳地块东北部，北邻蒙古—鄂霍茨克造山带，南接兴安地块(图1)。漠河推覆构造是漠河盆地北部的主要构造样式，在宏观上表现为EW—NEE向韧性剪切变形带，西与洛古河坳陷相接，东与阿穆尔坳陷相邻，东西长近 100 km，宽约 70 km，以中浅构造相为主，变形自北向南逐渐减弱，由糜棱岩向糜棱岩化岩和碎裂岩过渡。

图件引自文献[19]，有所修改图1 漠河盆地地质简图Fig.1 Geological Sketch Map of Mohe Basin

漠河盆地中生代额木尔河群沉积不整合于中元古代—三叠纪地质体之上，顶部被晚侏罗世—早白垩世火山岩不整合面覆盖。漠河盆地充填序列主要由侏罗系—白垩系额木尔河群河湖相沉积岩系组成，自下而上划分为中侏罗统绣峰组(J2x)、中侏罗统二十二站组(J2er)、中侏罗统漠河组(J2m)和下白垩统开库康组(K1k)，其中开库康组与下伏地层呈角度不整合接触。

开库康组主要分布在漠河盆地北部开库康乡至二十三站一带，呈NEE向展布，为一套灰色—黄色砾岩、砂岩夹粉砂岩的较粗碎屑河流相沉积岩系，分布面积785 km2，地层厚度1 143 m。岩石组合以灰黄色、土黄色砾岩及中粗粒砂岩为主，夹少量粉砂岩、粉砂质泥岩及凝灰岩等，产有Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期化石组合和Ruffordia-Onychiopsis早期化石组合。开库康组下部不整合覆盖在漠河组之上，上部被早白垩世火山岩不整合覆盖。

图2 开库康组与二十二站组不整合面Fig.2 Unconformity Between Kaikukang Formation and Ershierzhan Formation

开库康组岩石组合与绣峰组类似，前人认为两者为同时异相关系。从生物组合面貌来看，开库康组产有Ruffordia-Onychiopsis早期化石组合，时代接近早白垩世，绣峰组含有Coniopteris-Phoenicopsis植物群中期化石组合，时代为中—晚侏罗世。绣峰组岩石多为灰色—灰白色，胶结致密，含硅质、铁质和钙质胶结物，显示盆地下部层位特征；开库康组岩石多呈黄色—灰黄色，胶结疏松，多为泥质填隙，显示盆地上部层位特征。野外地质调查表明，在开库康组、二十二站组、二十四站组一带，开库康组黄色岩系角度不整合覆盖于二十二站组灰绿色岩系之上(图1、2)，证实开库康组为二十二站组之上的另一旋回沉积产物，而绣峰组灰色岩系为二十二站组下伏层位。

2 样品采集与定年方法

在开库康组砂岩和火山岩夹层中各采集了两个定年样品，采样位置见图1。

两个火山岩样品B1166和B3050分别采自开库康乡西南部和南部开库康组中下部砂岩与粉砂岩之间的流纹质玻屑凝灰岩夹层中，岩性均为灰白色流纹质玻屑凝灰岩。其中，样品B1166采自厚3.6 m的火山岩层(53°06′36″N,124°45′04″E)；样品B3050采自厚0.5 m的火山岩层(53°06′36″N,124°14′13″E)。镜下观察显示，岩石具玻屑凝灰结构和层状构造，由大量玻屑组成，火山灰胶结，偶见少量晶屑。玻屑呈鸡骨状、弓形、镰刀状、弧面多边形和楔形等，部分脱玻为长英质与霏细质，粒度小于0.4 mm，体积分数约为85%；晶屑为石英、长石和黑云母等，粒度多小于0.2 mm，体积分数约为3%；细小的火山灰已脱玻化，被黏土矿物交代，体积分数约为12%。

图3 开库康组砂岩和凝灰岩中锆石阴极发光图像Fig.3 CL Images of Sandstones and Tuffs in Kaikukang Formation

两个砂岩样品B2815和B2418采自开库康乡西南部开库康组碎屑岩层。样品B2815采自上部灰黄色厚层中粒砂岩(53°07′30″N，124°22′41″E)，岩石具中粒砂状结构和平行层理构造，层厚5.8 m；砂屑为次棱角状，分选中等，粒度为0.3～0.8 mm，成分主要为石英(体积分数为30%)和长石(55%)，及少量斜长石、钾长石、角闪石及绿帘石等；岩屑为次圆—次棱角状，成分为细砂岩、流纹岩、英安岩及硅质岩等，粒度为0.4～1.4 mm，体积分数为15%。样品B2418采自下部黄绿色厚层中粗粒砂岩(53°06′49″N，124°24′16″E)，岩石为中粗粒砂状结构和粒序层理构造，层厚5.6 m；砂屑为次棱角状，分选中等，粒度为0.4～0.8 mm，成分主要为石英(体积分数为30%)和长石(50%)，及少量斜长石、钾长石、黑云母和角闪石等；岩屑为次棱角状，粒度为0.4～1.2 mm，成分为流纹岩、硅质岩、细砂岩、粉砂质泥岩和粉砂岩等，体积分数为18%。

锆石挑选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。在两个砂岩中各挑选了碎屑锆石1 000颗左右，在两个凝灰岩中分别挑选了岩浆锆石100颗。定年样品制靶由中国地质调查局天津地质调查中心同位素实验室制备，并在该实验室采用激光烧蚀多接收器等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS)进行锆石微区原位U-Pb定年，具体测试方法见文献[21]。

3 火山岩与碎屑岩锆石U-Pb年龄

3.1 流纹质玻屑凝灰岩

样品B1166中锆石多呈自形—半自形粒状，均发育明显振荡环带，个别锆石具有岩浆核[图3(a)]；锆石长宽比1∶1～2∶1，个别达4∶1；w(Th)/w(U)值为0.26～1.17，具典型岩浆锆石特征[22-24]；结合岩石产状和岩石成因分析，该类锆石应为火山岩浆锆石。对振荡环带结构明显的24颗锆石进行分析，获得了较为一致的206Pb/238U年龄(表1)。除B1166-3、4、9、21等4个分析点206Pb/238U年龄为168～181 Ma外，其余各分析点206Pb/238U年龄为132～153 Ma，在年龄谐和曲线上集中分布，206Pb/238U加权平均年龄为(137.5±2.5)Ma[图4(a)]，解释为凝灰岩喷发结晶年龄，代表了开库康组中下部沉积年龄。4个侏罗纪(153～181 Ma)继承岩浆锆石为火山岩喷发过程中捕获的火山通道围岩中的锆石，说明漠河盆地下部可能存在侏罗纪岩浆活动。

样品B3050中锆石形态与样品D1166基本相同，多呈自形—半自形粒状，均发育明显振荡环带[图3(b)]；锆石长宽比1∶1～2∶1；除B3050-21分析点锆石w(Th)/w(U)值小于0.1外，其他锆石w(Th)/w(U)值为0.12～1.19，具典型岩浆锆石特征。对振荡环带结构明显的24颗锆石进行分析，获得了较为一致的206Pb/238U年龄(表1)。除B3050-13、16、22、32等4个分析点206Pb/238U年龄为177～242 Ma和B3050-2分析点为109 Ma外，其余各分析点206Pb/238U年龄集中在131～142 Ma，并且在年龄谐和曲线上集中分布，206Pb/238U加权平均年龄为(136.6±1.9)Ma[图4(b)]，代表了凝灰岩喷发结晶年龄，约束了开库康组早期沉积时代。4个年龄(177～242 Ma)说明开库康组周围和下伏地质体有中三叠世—早侏罗世构造层。

表1 开库康组LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果Tab.1 Analysis Results of LA-MC-ICP-MS Zircon U-Pb Ages of Kaikukang Formation

续表1

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注：误差类型为1σ；分析点以B1166开头的为样品B1166，以B3050开头的为样品B3050，以B2815开头的为样品B2815，以B2418开头的为样品B2418；样品B1166和样品B3050为流纹质玻屑凝灰岩，样品B2815和样品B2418为砂岩；w(·)为元素或化合物含量;N(·)/N(·)为同一元素同位素比值，N(·)为该元素的原子丰度；n(·)/n(·)为不同元素同位素比值，n(·)为元素的物质的量。

图4 锆石U-Pb年龄谐和曲线Fig.4 Concordia Diagrams of Zircon U-Pb Ages

3.2 砂 岩

在两个砂岩样品B2815和B2418挑选的近2 000颗锆石中各选出102颗不同成因的单颗粒锆石进行U-Pb定年(表1)。锆石晶形、结构和年龄变化较大，显示了多阶段和多成因的碎屑锆石特征。锆石U-Pb年龄谐和曲线均显示有3个年龄阶段[图4(c)、(d)]，这两个样品的锆石特征和反映的年代基本一致。

两个砂岩样品B2815和B2418中均含有元古代继承锆石。其锆石多具核幔构造，幔部具有明显的振荡环带，个别有反应边，核部表现弱的阴极发光强度和内部分带，相当于变质增生锆石[22-24]。除B2418-42、44、70、71等4个分析点w(Th)/w(U)值小于0.1外，其他分析点w(Th)/w(U)值均大于0.1，指示锆石主要来源于岩浆锆石。锆石多为半自形粒状，晶形多圆化[图3(c)、(d)]，说明其经历了距离较远的搬运和磨圆，物源区较远。蒙古—鄂霍茨克造山带以北地区出露大面积的太古代结晶基底岩石和早中生代花岗岩等侵入岩[12]，而漠河盆地南缘分布有新太古代—新元古代结晶基底[25]。砂岩中继承锆石207Pb/206Pb年龄集中在1 561～2 351 Ma，太古代年龄较少，仅有B2418-94分析点207Pb/206Pb年龄为(3 556±23)Ma。继承锆石年龄与额尔古纳地块兴华渡口岩群中所含结晶基底继承锆石年龄[25]相当，说明开库康组最老物源可能来自漠河盆地南缘的结晶基底岩石和兴华渡口岩群。

两个砂岩样品B2815和B2418中另一组继承锆石多为半自形和他形粒状[图3(c)、(d)]，锆石磨圆和碎裂明显，说明搬运距离较大，距物源区较远。大部分锆石具核幔构造和振荡环带，说明原岩以岩浆岩为主，个别锆石具弱的变质增生边，说明变质作用较弱。年龄在300～410 Ma范围内最多且集中，样品B2815中38个继承锆石分析点和样品B2418中43个继承锆石分析点206Pb/238U加权平均年龄分别为(334.4±2.0)Ma和(334.4±2.0)Ma(图5)，表明早石炭世侵入岩作为开库康组物源被大量搬运到盆地中，漠河盆地南缘石炭纪花岗岩出露较少。漠河盆地砂岩岩石地球化学分析结果表明：中生代漠河盆地砂岩碎屑物质主要来源于北侧的造山带，并接受漠河盆地南侧大陆区碎屑[12]；上阿穆尔盆地北缘泥盆纪—早石炭世地层剥露并作为物源搬运至漠河—上阿穆尔盆地中[4]，表明盆地北缘已抬升剥露成为盆地物源区。

图5 砂岩锆石U-Pb年龄直方图Fig.5 Histograms of Zircon U-Pb Ages of Sandstones

两个砂岩样品B2815和B2418第3组锆石数量较多，多为半自形粒状，晶形相对较完整，锆石晶棱明显，锆石长宽比大于2∶1，锆石晶形圆化特征偏弱[图3(c)、(d)]，说明年代较新、保存较好、距物源区较近、搬运距离较小。锆石多发育明显振荡环带，有典型岩浆锆石特征。锆石年龄主要集中在140～200 Ma，样品B2815和B2418第3组锆石206Pb/238U加权平均年龄分别为(159.8±2.3)Ma(平均标准权重偏差(MSWD)为3.1，分析点为25个)和(159.9±4.4)Ma(MSWD值为0.64，分析点为27个)(图5)，这两个样品中最年轻的锆石年龄(159 Ma)说明开库康组有大量晚侏罗世物源，且以岩浆岩为主。沉积学及继承锆石年代学综合研究表明，晚侏罗世中晚期漠河盆地物源主要来自盆地南部[15]，漠河盆地南缘侏罗纪花岗岩的广泛分布也指示了此时花岗岩已抬升剥露并剥蚀搬运至盆地沉积。

根据最新国际地层表，145 Ma为晚侏罗世—早白垩世分界线，本次获得的136.6～137.5 Ma火山岩喷发年龄相当于早白垩世早期的凡兰吟阶。所采样品位于开库康组下部层位，说明开库康组中下部的沉积时代为凡兰吟阶。结合开库康组Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期化石组合和Ruffordia-Onychiopsis早期化石组合、中下部砂岩中碎屑锆石最小年龄(159 Ma)代表的沉积下限、漠河组继承锆石U-Pb年龄((145.4±2.3)Ma[15])、二十二站组流纹质凝灰岩锆石U-Pb年龄((148±2)Ma[20])及上部被早白垩世火山岩不整合覆盖关系，应将开库康组时代置于早白垩世早期的凡兰吟阶。

4 讨 论

漠河盆地下白垩统开库康组沉积岩中火山岩夹层的岩浆锆石206Pb/238U年龄((136.6±1.9)Ma和(137.5±2.5)Ma)与开库康组内发育的Coniopteris-Phoenicopsis植物群晚期化石组合和Ruffordia-Onychiopsis早期化石组合反映的时代非常吻合，表明开库康组形成于早白垩世，而非原划分的晚侏罗世。开库康组砂岩中继承锆石年龄表明早白垩世盆地周缘抬升剥露的前寒武纪变质岩、早石炭世和晚侏罗世侵入岩类为其主要物源。构造-地层及年代学研究结果显示，晚侏罗世中晚期盆地伸展阶段沉积的物源区主要位于盆地南缘。由于漠河—上阿穆尔盆地北缘在早白垩世早期(136～145 Ma)的隆起，泥盆纪—早石炭世地质体逐渐抬升剥露并作为物源搬运至漠河—上阿穆尔盆地中[15]，盆地南缘锆石蒸发法年龄为164～354 Ma的侵入岩与晚侏罗世塔木兰沟组火山岩砾石组成早白垩世砾岩[26]，说明中元古代兴华渡口岩群及侵入其中的花岗岩类此时为开库康组的物源。

在区域上，开库康组与下伏二十二站组广泛存在角度不整合接触，两者之间存在明显沉积间断和构造运动。下伏漠河组最年轻的继承锆石U-Pb年龄((145.4±2.3)Ma[15])及二十二站组流纹质凝灰岩锆石U-Pb年龄((148±2)Ma[20])限定了开库康组与下伏地层之间的角度不整合面形成于137～145 Ma。漠河—上阿穆尔盆地构造-地层演化研究表明，133～136 Ma正是蒙古—鄂霍茨克洋东段自西向东逐步关闭的时期，漠河盆地由晚侏罗世的伸展盆地也转化为早白垩世的挤压山间盆地，漠河盆地中上叠的山间盆地接受沉积形成由粗碎屑堆积组成的开库康组。因此，开库康组与下伏二十二站组角度不整合面所代表的构造事件记录了蒙古—鄂霍茨克洋关闭及漠河盆地由伸展向挤压转化的时间。

漠河盆地中生代沉积岩及盆地南部前寒武纪侵入岩与变质岩的锆石与磷灰石裂变径迹热年代学结果表明，漠河盆地自136 Ma以来发生了多次快速抬升作用[27-28]，抬升作用导致山间盆地沉积作用的结束。同时期快速沉积的开库康组砾岩还见于漠河盆地南缘，盆地南缘被置于秀峰组的粗砾岩被证实为早白垩世沉积[26]。山间盆地的广泛发育可能与漠河逆冲推覆构造自北向南的推覆作用有关。目前，根据推覆构造带内漠河组中黑云母40Ar/39Ar 年龄(127～130 Ma)[13]、糜棱岩中白云母40Ar/39Ar 年龄(121～122 Ma)[29]及同构造石英脉及方解石脉电子自旋共振(ESR)年龄(118～149 Ma)[30]，认为漠河逆冲推覆构造主变形期在晚侏罗世晚期—早白垩世早期，与早白垩世山间盆地的形成具有密切的时空联系；从构造位置上分析，漠河盆地北部的开库康组呈NEE向分布于漠河推覆构造带的前缘地带，与漠河推覆构造带的展布方向一致，显示两者具有密切成生关系；从时间上分析，漠河推覆构造带形成于晚侏罗世晚期—早白垩世早期，构造运动与沉积作用具有同步性；从构造作用上分析，开库康组与下伏二十二站组之间角度不整合面的形成时间(137～145 Ma)与漠河推覆构造带形成时间基本一致。另外，开库康组下伏的绣峰组、二十二站组、漠河组均不同程度卷入了漠河推覆构造带的韧性剪切变形中，但开库康组及上覆地层未发生韧性剪切变形，说明开库康组形成于漠河推覆构造带变形之后，同时也暗示了开库康组是在漠河推覆构造带运动过程中所形成的挤压盆地沉积的。在区域上，漠河推覆构造带具有由西北向东南逐渐减弱的特征[3]，由韧性变形逐渐转为脆性变形和凹陷盆地沉积，西北部绣峰组、二十二站组、漠河组以韧性剪切变形为主，东南部开库康组发育逆冲断裂和凹陷盆地，凹陷盆地是在漠河推覆构造带形成早期开始接受开库康组沉积的。

开库康组时代的重新厘定进一步确认了蒙古—鄂霍茨克洋在早白垩世早期最终闭合后，漠河—上阿穆尔盆地南侧由伸展盆地向挤压盆地的转化及山间盆地的快速堆积作用，为深入研究开库康组的时空演化规律及探索漠河盆地与蒙古—鄂霍茨克造山带关系具有重要意义。

5 结 语

(1)漠河盆地开库康组沉积岩中火山岩夹层岩浆锆石206Pb/238U年龄((136.6±1.9)Ma和(137.5±2.5)Ma)代表了开库康组形成时代，表明开库康组形成于早白垩世，而非原划分的晚侏罗世。开库康组砂岩中所含古元古代、早石炭世及晚侏罗世继承锆石年龄记录了由于蒙古—鄂霍茨克洋闭合导致的盆地周缘山脉抬升与剥露过程。

(2)漠河盆地由晚侏罗世的伸展盆地也转化为早白垩世的挤压山间盆地，盆地中形成的开库康组与下伏二十二站组之间的角度不整合面形成于137～145 Ma，与蒙古—鄂霍茨克洋东段自西向东逐步关闭的时期一致，其角度不整合所代表的构造事件记录了蒙古—鄂霍茨克洋关闭及漠河盆地由伸展向挤压转化的时间。

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