大兴安岭成矿带中段林西组的地质特征及沉积环境研究

丁 伟

（辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

大兴安岭地区成矿带位于二连～贺根山～扎兰屯板块缝合带的北侧，晚古生代地层较发育，是西伯利亚板块东南缘陆壳增生带的组成部分。前人对该地区研究资料较多，本人有幸参加了内蒙古1：5万钓鱼台等四幅区域地质调查工作，结合大兴安岭中段二叠系地层，将自己对大兴安岭地区成矿带地质特征及沉积环境粗浅的认识论述如下，敬请批评指正。

1 成矿带地质特征

该组为一套海陆交互相碎屑岩组合，形成于板块碰撞闭合后残余盆地由削减到消亡的环境。与下伏格根敖包组及上覆诸地质体均为角度不整合接触。总厚度＞2445.21m。根据矿物间的组合、接触关系等，可进一步划分为4个段：

一段（P3l1）主要矿物特性为灰绿、灰黄色中层中粒长石砂岩、灰色粉砂岩、灰紫色薄～中层长石砂岩，夹数层（3层～4层）核形石灰岩，产碳酸盐台地浅滩成因的核形石灰岩以及腕足类化石，同时多层砂岩中含有海绿石，总体反映海陆交互相沉积环境。叠置厚度510.58m；

二段（P3l2）主要矿物特性为灰黑色粉砂岩、灰黑色长石岩屑砂岩、灰黑色粉砂质板岩等，产Palaeanodonta sp，Palaeomutela sp等，该段灰黑色泥岩为烃源岩赋存层位。总体反映湖沼相沉积环境。叠置厚度454.12m；

三段（P3l3）主要矿物特性为灰紫色、黄绿色、灰黄色及灰褐色薄-中层中粒长石岩屑砂岩、含砾长石岩屑砂岩等，偶夹紫红色薄层长石岩屑砂岩等总体反映成矿带的沉积环境。叠置厚度1002.57m。

四段（P3l4）主要矿物特性为灰绿色、灰黄色薄层-中层（含海绿石）含砾长石岩屑砂岩夹灰绿色厚层复成分细砾岩、细砂岩、灰色薄层粉砂岩等。产Paracalamites frigidus等，总体反映河湖相沉积环境。叠置厚度477.94m。

该区林西组一段发现了4层形成于碳酸盐台地边缘的核形石灰岩，为东北地区的首次发现，具有重要的地质意义。

2 剖面介绍

（1）内蒙古自治区扎赉特旗额尔吐古生界二叠系上统林西组一段（P3l1）、二段（P3l2）实测剖面介绍如下：

林西组二段（P3l2）厚度454.12m。

28 灰黑色中层粉砂岩 30.81m

27 灰褐色中层含海绿石细粒长石岩屑砂岩21.87m

26 黄褐色中层变质细粒岩屑长石砂岩 87.71m

25 灰黄色变质中细粒长石岩屑砂岩 20.06m

24 灰黑色中层粉砂岩夹灰绿色中层细砂岩65.40m

23 灰褐色含泥质粉砂质细粒长石岩屑砂岩25.21m

22 灰黑色中层含砾细中粒长石岩屑砂岩54.88m

灰黑色黑云母闪长玢岩

21 灰黑色中层细中粒长石岩屑砂岩 102.11m

20 灰绿色中层细中粒长石岩屑砂岩 24.57m

19 灰黑色中层粉砂岩 21.50m

林西组一段（P3l1）厚度510.58m

18 灰绿色中层细粒长石岩屑砂岩 21.02m

17 灰色核形石灰岩 2.98m

16 灰紫色微薄层细粒（含海绿石）长石岩屑砂岩99.40m

15 灰绿色微薄层粉砂岩 4.09m

14 灰绿色中层细中粒长石岩屑砂岩 8.19m

13 灰紫色薄-中层细粒长石岩屑砂岩 28.03m

12 灰绿色中层细中粒长石岩屑砂岩 49.45m

11 灰褐色薄-中层细粒长石岩屑砂岩 20.68m断层破碎带

10 灰褐色薄-中层细粒长石岩屑砂岩 37.60m

9 灰色核形石灰岩 3.76m

8 灰褐色薄-中层细粒长石岩屑砂岩 26.32m

7 灰绿色中层中粒长石岩屑砂岩 43.31m

6 灰色薄-中层中细粒（含海绿石）长石岩屑砂岩46.10m

5 灰紫色薄-中层细粒长石岩屑砂岩 9.19m

4 灰色核形石灰岩 8.56m

3 灰紫色薄-中层含泥质粉砂质细粒长石岩屑砂岩12.94m

2 灰绿色薄-中层细粒长石岩屑砂岩 24.77m断层破碎带

1 灰绿色中层细粒岩屑长石砂岩 64.19m

～～～～～～角度不整合～～～～～～

下伏：格根敖包组三段（C2g3）灰褐色凝灰质含砾砂质泥岩。

图1 内蒙古自治区扎赉特旗额尔吐古生界二叠系上统林西组一段（P3l1）、二图1林西组三四段古生图1扎赉特旗额尔吐古生界二叠系上统林西组三段（P3l2）实测剖面

图2 内蒙古自治区扎赉特旗额尔吐古生界二叠系上统林西组三段（P3l3）、四段（P3l4）实测剖面

（2）内蒙古自治区扎赉特旗额尔吐古生界二叠系上统林西组三段（P3l3）、四段（P3l4）实测剖面（图1）。

上覆：玛尼吐组一段（J3mn1）灰色沉火山角砾岩。

林西组四段（P3l4）厚度477.94m。

88 灰绿色厚层复成分砾岩 22.46m

87 灰绿色中层角砾状泥岩 43.39m

86 灰黑色薄层含粉砂质泥岩 14.00m

85 灰绿色厚层复成分细砾岩 9.48m

84 灰褐色中层灰质不等粒长石岩屑砂岩 13.68m

83 灰绿色中层铁质胶结中粗粒长石岩屑砂岩 42.83m

82 灰褐色薄-中层铁质钙质胶结含砾中粗粒长石岩屑砂岩 21.82m

81 灰褐色中层铁质钙质胶结含砾中粗粒长石岩屑砂岩 19.79m

80 灰褐色中层铁质钙质胶结含砾粗中粒长石岩屑砂岩夹砾岩 23.61m

79 灰绿色中层铁质胶结中粗粒长石岩屑砂岩 31.85m

78 灰绿色中厚层钙质胶结粗中粒长石岩屑砂岩31.85m

77 灰绿色薄-中层粉砂岩 2.83m

76 灰绿色中-厚层铁质胶结含砾中粗粒长石岩屑砂岩

夹含砾粗中粒（含海绿石）长石岩屑砂岩 25.43m

75 灰褐色中层铁质胶结粗中粒长石岩屑砂 33.90m

74 灰绿色薄-中层铁质胶结细中粒长石岩屑砂岩57.13m

73 灰绿色薄层含泥质粉砂质细粒长石岩屑砂岩15.56m

72 灰褐色薄-中层铁质胶结细中粒（含海绿石）长石岩屑砂岩 14.85m

灰黑色含砾亚砂土

71 灰褐色薄-中层铁质胶结含砾中粗粒长石岩屑砂岩 25.75m

70 灰绿色中层铁质胶结含砾粗中粒长石岩屑砂岩27.73m

林西组三段（P3l3）厚度1002.57m

69 紫红色薄层铁质胶结细粒长石岩屑砂岩26.74m

68 灰褐色薄-中层铁质胶结含砾中粗粒长石岩屑砂岩 38.97m

67 灰黄色薄-中层铁质胶结细中粒长石岩屑砂岩夹含砾长石岩屑砂岩 20.46m

66 灰褐色薄-中层铁质胶结粗中粒长石岩屑砂岩夹细粒长石岩屑砂岩 26.31m

65 灰褐色薄-中层铁质胶结中粒长石岩屑砂岩95.49m

64 紫灰色薄-中层中粒长石岩屑砂岩 39.79m

63 灰紫色薄层粉砂质细粒长石岩屑砂岩 28.55m

62 灰黄色中层中粒长石岩屑砂岩与灰紫色薄层粉砂岩互层 172.05m

61 深灰色中层含砾中粒长石岩屑砂岩 8.78m

60 灰紫色薄层粉砂岩 35.13m

59 灰紫色中层细粒长石岩屑砂岩 61.79m

58 灰黄色薄层粉砂岩 14.00m

57 灰褐色薄层细粒长石岩屑砂岩 42.78m

56 黄绿色中层细粒长石岩屑砂岩 6.82m

55 灰紫色中层含砾中粒长石岩屑砂岩 24.66m

54 灰紫色中层细粒长石岩屑砂岩 16.14m

53 黄绿色中层细粒长石岩屑砂岩 30.80m

52 灰绿色中层中粒长石岩屑砂岩 11.78m

51 灰紫色薄层粉砂岩 4.53m

50 灰紫色中层含砾中粒长石岩屑砂岩 4.08m

断层角砾岩

49 灰紫色中层含砾中粒长石岩屑砂岩 3.29m

48 黄绿色中层中粒长石岩屑砂岩 5.49m

47 灰紫色中层含粘土质微细砂粉砂岩 3.66m

46 黄绿色中层中粒长石岩屑砂岩 2.93m

45 灰紫色薄层粉砂岩 2.93m

44 黄绿色中层中粒长石岩屑砂岩 3.66m

43 灰绿色薄层粉砂岩 10.25m

42 灰紫色薄层粉砂岩 3.66m

41 紫灰色中层中粒长石岩屑砂岩 40.42m

断层角砾岩

40 灰绿色薄层细粒长石岩屑砂岩 29.47m

39 灰黄色中层含砾细砂岩 6.81m

38 灰褐色中层细粒长石岩屑砂岩 6.81m

37 灰黄色中层中粒长石岩屑砂岩 4.77m

深灰色闪长玢岩

36 灰黄色中层中粒长石岩屑砂岩 7.35m

35 灰褐色中层细粒长石岩屑砂岩 8.98m

34 灰黄色中层中粒长石岩屑砂岩 18.67m

断层角砾岩

33 灰黄色中层中粒长石岩屑砂岩 3.97m

32 黄褐色薄层粉砂岩 11.91m

灰黄色细粒石英二长闪长岩

31 黄褐色薄层粉砂岩 27.57m

30 灰黄色中层细粒长石岩屑砂岩 28.56m

深灰色细粒石英二长闪长岩

29 灰黄色中层细粒长石岩屑砂岩 61.76m

3 沉积环境探讨

该组的研究程度很高，前人多认该研究区域是陆相沉积，本次工作在大量研究总结前人工作成果的基础上，通过对矿化带地质调查、剖面测制、层序调查、粒度分析、矿物鉴定等综合研究，并通过碳酸盐、稀土光谱、微量元素等分析古环境，认为林西组沉积环境早期为海陆交互相环境，中晚期为河湖相环境。

（1）本组矿物组合划分一段（海陆交互相）、二段（湖沼相）、三段（河湖相）、四段（河湖相），总体反映碎屑物向上变粗、层变厚的进积型地层层序。以碎屑岩（偶夹内源碎屑岩）、陆相碎屑岩（湖沼相、河湖相）为主，二段、三段和四段可与区域上林西组矿物组合完全对比，工作区新划分出一段海陆交互相沉积，完善了林西组的层序完整性，使大兴安岭地区矿化带的沉积环境及物质组成从残余盆地～消减～结束构成了一套完整的体系。

（2）本次工作对该组的一段、三段砂岩取样做了粒度分析，结果经投图比对，反映一段砂岩形成于碳酸盐台地浅滩或边缘浅滩的波浪带浅海环境、二段砂岩形成于河流相水体能量相对较高的边滩环境。

（3）本次工作在该组二段灰黑色薄层粉砂岩采集到古米台蚌Palaeomutela sp。经沈阳地质研究所杨雅君教授鉴定认为，Paracalamites frigidus主要出现在林西组；Palaeanodonta sp和Palaeomutela sp两者为典型晚二叠世双壳组合P-P组合的代表性分子，属生物矿物体。

（4）本次工作在该组一段、二段中发现了4层核形矿物，其中第1层～3层核形矿物经过吉林大学张梅生教授鉴定，认为形成于碳酸盐台地浅滩或碳酸盐台地边缘浅滩的海相环境。另外在第4层核形石灰岩中经河北省地质调查所化验室鉴定发现腕足、介形虫生物矿体。说明该组一段沉积时期有海相环境，可能为海陆交互相。

（5）该组一段的砂矿物质经鉴定，矿物成分中有海绿石，海绿石多认为是海相环境的产物。

图3 林西组区域对比柱状图

（6）有研究表明（李福来2009年），一些碳酸盐、稀土光谱、微量元素等能够辅助分析古环境。如锶元素及锶钡比、硼镓比可判别古盐度；铷钾比可判断水体的开阔程度；V/V+Ni比值能反映沉积环境的氧化还原条件。本次区调在这方面也做了初步工作，可以得出本组核形矿物形成于海相、半咸水、开阔的还原环境。

综上研究表明，该组形成环境早期为海陆交互相环境，中晚期为河湖相环境。

4 区域对比及时代讨论

大兴安岭成矿带区域调工作者在不同地区的地质调查中，除引用林西组外，同时将不同地区的陆相砂板岩分别创名为陶海营子组、洪浩尔坝组、碧流台组、北大山组、索伦组和孙家坟组等。

内蒙古地质矿产局1：20万索伦军马场幅区调报告（1990年）将该套地层划归上二叠统索伦组；《内蒙古自治区区域地质志》（1991年）、《内蒙古自治区岩石地层》（1996年）将其划归上二叠统林西组。

从已知的资料分析大兴安岭地区林西组存在三个比较大的沉积中心，以林西一带为南部沉积中心，以兴安盟大石寨～索伦一带为中部沉积中心，以呼伦贝尔盟阿荣旗～巴林一带为北部沉积中心。本区位于中部沉积中心，其特征是地层厚度较大，沉积构造较好，含丰富的植物化石和双壳类化石，尤其在底部出现一套碎屑岩夹碳酸岩的组合，更加完善了林西组层序的完整性。

1：20万蘑菇气幅（2012年）工作采集到大量的双壳动物化石，主要有Palaeomutela sp.古米台蚌和Palaeonodanta sp.古无齿蚌。经吉林大学地球科学学院古生物教研室赵达教授鉴定，属于晚二叠世。

1：5万蛤蟆沟等四幅（2015年）工作采取了大量的生物化石，建立了生物地层单位：

（1）植物矿物质组成的生物地层：Callipleris-Noeggerathiopsis组合带。

该组合带的主要代表为Callipleris zelleri，callipleris obese，Noeggerathiopsis syovaensis，N.sp，pecopteris，anbangensis，paracalamilers sp.等。其中前两个属是安加拉植物群的主要组成部分，是晚二叠世安加拉植物群的典型代表，是俄罗斯远东地区晚二叠世最常见的植物矿物质，对应的矿石地层为林西组中上部。早二叠世的哲斯组海相刚刚结束，晚二叠世火山活动间歇或结束时形成沼泽相，而气候温暖湿润，植物茂盛，其间形成炭质成分高的黑色泥砂质岩石，植物化石保存较好且很发育，在大兴安岭从南部的林西到北部的巴林，长达近千公里的分布区，本区位于中部，即索伦-大石寨地区，该植物矿物质组合带在该区十分发育。

（2）双壳类矿物质组成的生物地层：palaeomutelapalaeanodonta组合带。

从1931年以来，经多人次多单位的采集和鉴定，对成矿物质的命名不尽一致，但总体是以palaeomutela和palaeanodonta为主，因此应该综合应用这一用法，其中Solonodon，Hingandon，Carbonica？等属名应分别归入组合带的属内。

该组合带的主要代表为Palaeanodonta，cf，longissima，Palaeomutela.sp，Mrasiella sp.，palaeomutela subrectangularis，Mrasiella sp.等。如果按照前人的资料，该组合带还有Solonodon，Triangnlatum，Carbonica？ khinganensis，Casoronensis，Palaeomutela Chohi，P.hahaiensis，Hinganodon trigangnlatum，H.Subcentralum，H.Solonensis，Neonueulites linxiensis等，在俄罗斯主要产于鞑靼组及卡赞组顶部，鞑靼组的年代为晚二叠世，卡赞组中下部为年代为早二叠世晚期，其顶部年代为晚二叠世，与林西组的年代一致。

工作区内该组总体可与区域上林西组对比，本次工作确定其成岩时代主要是依据矿物组合特征、古生物化石和同位素测年。

（1）本组的矿物组合特征、产出状态及其与诸地质体的接触关系，可以与区域上本组进行对比（图3）。

（2）本次工作采集到古无齿蚌Palaeanodonta sp，古米台蚌Palaeomutela sp，以及寒带副芦木Paracalamites frigidus生物矿物体，经沈阳地质研究所杨雅君教授鉴定认为，Paracalamites frigidus主要出现在林西组；Palaeanodonta sp和Palaeomutela sp两者为典型晚二叠世双壳组合P-P组合的代表性分子，时代为晚二叠世。

（3）本次工作在一段粉砂岩和四段砂岩分别采取碎屑矿物，获得LA-ICP-MS、U-Pb年龄分别为246.6Ma±2.5 Ma和253.4Ma±1.5 Ma。

根据该组的矿物组合特征、接触关系、古生物化石、同位素测年资料及区域对比，将该组的时代置于晚二叠世。

5 结语

（1）通过资料分析大兴安岭地区存在三个比较大的沉积中心，以林西一带为南部沉积中心，以兴安盟大石寨～索伦一带为中部沉积中心，以呼伦贝尔盟阿荣旗-巴林一带为北部沉积中心。大兴安岭地区矿化带位于中部沉积中心，其特征是地层厚度较大，沉积构造较好，含丰富的植物化石和双壳类矿物质，尤其在底部出现一套碎屑矿物夹碳酸岩的组合，更加完善了林西组层序的完整性。

（2）该区林西组一段发现了4层形成于碳酸盐台地边缘的核形矿物，为东北地区的首次发现，具有重要的地质意义。

致谢：在野外地质调查期间得到辽宁省地质勘查院内蒙项目组同仁的鼎力相助，在此表示衷心感谢！