内蒙古中东部宝力高庙组火山岩同位素年代学

2021-09-24黄世伟

世界地质 2021年3期

黄世伟

大庆油田有限责任公司勘探事业部，黑龙江大庆 163453

0 引言

中国东北地区晚古生代大地构造，自佳蒙地块被提出以来，有关佳蒙地块的性质、形成时限等一直受到广泛关注[1--20]。佳蒙地块自西向东由额尔古纳、兴安、松嫩和佳木斯几个微板块组成[21--23]，晚古生代期间，作为一个整体被夹持在华北板块和西伯利亚板块之间，北以蒙古--鄂霍茨克缝合带与西伯利亚板块为界，南以西拉木伦--延吉缝合带与华北板块相接，西以恩格尔乌苏缝合带与北山地块为邻，东止于中锡霍特--阿林增生带。近来，有关佳蒙地块的大地构造性质，提出了一些不同看法，认为整体上属于多岛洋或造山带[24--26]。在佳蒙地块形成时限上，一些学者从地质历史发育和地层建造的角度，提出佳蒙地块形成于早古生代末期，以晚志留世卧都河组含砾石英砂岩及同时代的西别河组底砾岩为标志，角度不整合在前志留纪地层之上为依据[27]；而另一些学者则认为在早石炭世末期才延黑河--贺根山构造带拼合而成佳蒙地块[9,28]。此外，有关佳蒙地块和华北板块的拼合，多数都认为在晚古生代末期完成[29--37]，部分学者认为在早中生代古亚洲洋才最终消亡[38--39]。

基于传统的地层划分对比理论，结合现代同位素年代学分析，笔者从宝力高庙组层型和副层型剖面出发，探讨该时期火山岩地层的厘定、接触关系分析及平面展布规律。

1 区域地质背景

研究区位于中国内蒙古自治区中东部和黑龙江省北部，区域上属于中亚造山带东段(图1)。传统上，称为天山--兴安构造带，包括北部的额尔古纳地块和南部的兴安地块及东部的松嫩地块。

图1 内蒙古中东部宝力高庙组地层分布简图Fig.1 Simplified map showing distribution of Baoligaomiao Formation in central-eastern Inner Mongolia

额尔古纳地块和兴安地块之间沿新林--喜桂图缝合带的拼合可能在早古生代早期即以完成，其中的新林蛇绿岩、头道桥蓝片岩及塔河后造山花岗岩与钙碱性系列中酸性岩浆岩共同约束的拼接时代为寒武纪[40--41]。古生代地层零散分布[42--43]，自下而上包括：下寒武统苏中组、中--下奥陶统铜山组、中奥陶统多宝山组、上奥陶统裸河组和爱辉组、下志留统黄花沟组、中志留统八十里小河组、上志留统卧都河组、下泥盆统泥鳅河组、中--上泥盆统大民山组、上泥盆统安格尔音乌拉组、下石炭统红水泉组、上石炭统宝力高庙组和上二叠统林西组。其中，含晚志留世Tuvaella的卧都河组发育大量含砾石英砂岩，分布较为广泛[44]，角度不整合在前寒武纪地层之上[27]。

松嫩地块和兴安地块之间的拼合分歧较大，涉及到贺根山蛇绿岩、大石寨蛇绿岩，目前较为统一的认识是存在大石寨--黑河早古生代岩浆弧[45--47]，换言之贺根山--大石寨--黑河缝合带在约420 Ma即已缝合。松嫩地块西段(内蒙古草原地层区)发育中志留统徐尼乌苏组、上志留统—下泥盆统西别河组、上泥盆统—下石炭统色日巴彦敖包组、上石炭统本巴图组、上石炭统—下二叠统阿木山组、下二叠统大石寨组、中二叠统哲斯组和上二叠统林西组[42,44]。其中，上志留统—下泥盆统西别河组是一套在加里东褶皱基底之上发育起来的一套稳定的浅海相沉积，延伸远、分布广，以底砾岩不整合在奥陶系包尔汉图群或加里东期石英闪长岩之上，代表晚古生代构造层的开始。

上石炭统—下二叠统宝力高庙组为一套陆相中酸性火山岩及火山碎屑岩夹少量正常沉积岩，不整合在泥盆系及更老的地层之上，含有植物化石，在内蒙古东部和黑龙江省北部呈北东向带状广泛分布。这套火山岩夹层中出现腕足类等海相化石的时候，被称为格根敖包组，属同时异相。

2 宝力高庙组地层特征

宝力高庙组由呼和浩特幅地质队在开展《贝尔湖(L--50)幅》(1∶100万)地质测量时命名，模式地点为内蒙古东乌珠穆沁旗宝力高庙。岩性主要为砂岩、砾岩和火山岩，厚度较大，达3 000～5 000 m，时代确定为早二叠世。建组时列举了宝力高庙、小坝梁和阿兰苏木3条剖面，并依据小坝梁剖面的腕足动物化石，确定时代为早二叠世。稍后，内蒙古自治区地质局区域地质测量队在盐池北山格根敖包测制了剖面，采到丰富的腕足和植物化石，谢同伦在东乌珠穆沁旗地区古生代地层专题研究中，使用“哥根鄂博组”一名，并根据其和宝力高庙组的岩性及均含有植物化石Noeggerathiopsis，分布又很邻近的特点，认为是同期异相，一并置入上石炭统(1)内蒙古自治区地质局.宝力格幅(L--50--XXII)区域地质调查报告[S].长春：吉林大学,1976:1--104.。随后开展的大规模1∶20万区域地质调查中，分别使用宝力格庙组和格根敖包组来代表以陆相为主和海相为主的中酸性火山--沉积地层，并划分为若干段。

内蒙古地层表编写组在进行区域总结时，将宝力格组、格根敖包组(改称为盐池北山组)置于下二叠统，分别划分为3个岩性段。同时指出，在东乌旗石灰窑以东一带和盐池北山、贺根山等地，存在下部以黄绿色砂岩、砾岩和泥质粉砂岩为主夹灰岩透镜体，含晚石炭世海相动物化石，上部以灰绿色、黄绿色中性、中酸性和酸性熔岩及火山碎屑岩为主的上石炭统[48]。

内蒙古自治区地质矿产局认为，上石炭统宝力格庙组的火山喷发中心在宝力格庙—东乌旗西山一带，西侧的苏尼特左旗查干敖包至查干敖包塔拉白一带、东侧的罕达盖—伊尔施一带则远离喷发中性，正常碎屑岩较多，而火山岩呈夹层状态出现。下二叠统格根敖包组分布面积较小，仅限于东乌珠穆沁旗盐池北山和西乌珠穆沁旗北部地区，下部为熔岩，中、上部是含火山物质的碎屑岩，主要含腕足化石和植物[49]。内蒙古岩石地层清理仍使用宝力高庙组和格根敖包组，并将两组的时代都置于石炭—二叠纪[42]，指出宝力高庙组的火山岩远多于格根敖包组，且为陆相喷发，而格根敖包组则是盆地边缘环境下的产物；同时将阿兰苏木即阿巴嘎旗乌兰敖包剖面作为宝力高庙组副层型。

2.1 东乌旗宝力高庙

东乌旗宝力高庙位于乌里雅斯太镇东303省道与S101交汇处，得名于宝力格庙(始建于1782年)，行政区划属于东乌旗道特淖尔镇霍布尔社区(宝拉格苏木)，为宝力高庙组命名剖面所在地，是一套中酸性火山岩及火山碎屑岩，上部含植物化石，地层层序正常(原建组剖面⑥显示层序倒转是错误的)。下部为白色、灰白色凝灰岩夹黑色安山质火山碎屑岩及石英安山岩，厚1 250 m；中部为灰色安山斑岩及火山碎屑岩，厚400 m；上部为灰色、灰黑色酸性凝灰岩夹黑色板岩，厚2 350 m，产植物化石。内蒙古自治区地质局对宝力高(格)庙剖面进行了重新测制和划分，划分为第一岩段(1～26层，厚4 025 m)、第二岩段(1～7层，厚1 043 m)。内蒙古地层编写组在此基础上重新进行了划分，采纳了原第一岩段剖面上部的15～26层，厚2 266 m作为第一岩段，原剖面第二岩段的3～7层，厚731 m作为第二岩段。此外，内蒙古自治区地质局将敦达昂格尔剖面宝力高庙组作为第二岩段和第三岩段的补充，内蒙古地层编写组也对该剖面划分提出了不同的划分方案。

本次工作，是在详细考察了宝力高庙组层型剖面的基础上，针对有植物化石限定的层位进行了同位素测年和化石采集鉴定(图2A)。测年样品NDB2(45°43.351′N，117°22.544′E)、NDB3(45°44.674′N，117°25.603′E)均为灰绿色岩屑晶屑凝灰岩。

2.2 阿巴嘎旗乌兰敖包

阿巴嘎旗乌兰敖包，即过去所称的阿兰苏木，现为宝力高庙组选层型剖面[42]。内蒙古自治区区域地质测量队在开展乌力吉特敖包、白音图嘎幅1∶20万联测时，将宝力高庙组划分为3个岩性段，其中的第一岩段厚1 384 m，即以乌兰敖包剖面为代表①，该剖面底部见底砾岩，角度不整合于下奥陶统裸河组变质砂岩上，接触关系清楚；剖面下部发育大量灰黑色薄层粉砂岩及泥岩，产植物化石，夹薄层层凝灰岩。测年样品AWB1(45°13′58.3″N，114°36′41.7″E)为灰白色流纹质层凝灰岩，采自化石夹层中(图2B)。

3 宝力高庙组同位素测年

3.1 测年方法

测年样品(AWB1、NDB2和NDB3)由河北省廊坊区域地质调查研究所采用常规方法进行粉碎、浮选、磁选来进行锆石分选，每个样品均获得锆石1 000 粒以上，并进行黏贴、包埋、打磨和抛光，透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集。然后比对图像，挑选无裂痕、无包裹体、有环带和晶形好的岩浆锆石进行激光剥蚀等离子体质谱分析。U--Pb同位素定年在西北大学大陆动力学开发实验室完成，以91500锆石和NIST610进行同位素组成标定和仪器校准。普通铅计算参照Andersen方法[50]，U--Pb同位素比值处理采用Glitter4.0程序[51],年龄计算选用ISOPLOT程序[52]。

图2 内蒙古中东部宝力高庙组典型剖面地层柱状图Fig.2 Stratigraphic column of Baoligaomiao Formation on stratotypes, central-eastern Inner Mongolia------------ ① 内蒙古自治区地质局.乌力吉特敖包(L--50--XIX)、白音图嘎幅(L--50--XXV)区域地质调查报告[S].长春：吉林大学,1979:1--130.

3.2 测年结果

3件凝灰岩样品(AWB1、NDB2和NDB3)的锆石CL图像显示(图3)，所测锆石均为自形--半自形，长120～290 μm，宽50～1 300 μm，部分明显破碎或有裂纹，震荡生长环带清晰，测试分析(表1、表2、表3)显示较高的Th/U比值(0.26～1.72，平均值0.47～0.55)，指示为典型的岩浆成因锆石[53]。

图3 宝力高庙组凝灰岩代表性锆石颗粒CL图像Fig.3 Cathodoluminescence images of selected zircons from tuffs of Baoligaomiao Formation

样品(AWB1)共测了25颗锆石(表1)，206Pb/238U表面年龄值为(333±7)～(277±6)Ma，除了第13颗和第17颗锆石的协和度较低外，其余23颗锆石的加权平均年龄为304.6±5.9 Ma(图4)，指示时代亦为晚石炭世晚期。

样品(NDB2)共测了100颗锆石(表2)，206Pb/238U表面年龄值为(343±6)～(289±5)Ma，除了第3、14、20、24、28、29、33、42颗锆石的协和度较低外，其余92颗锆石的加权平均年龄为(303.1±1.6)Ma(图4)，指示时代亦为晚石炭世晚期。

样品(NDB3)共测了100颗锆石(表3)，206Pb/238U表面年龄值为(343±6)～(289±5)Ma，除了第3颗锆石的协和度较低外，其余99颗锆石的加权平均年龄为310.2±1.9 Ma(图4)，指示时代为晚石炭世中期。

图4 宝力高庙组凝灰岩锆石U--Pb年龄协和图Fig.4 Zircon U--Pb concordia diagrams of tuffs in Baoligaomiao Formation

4 讨论

4.1 宝力高庙组形成时代

宝力高庙组在层型剖面上顶底界线不清，但在副层型上，其底界不整合于奥陶纪裸河组之上。区域上，在绥和查干剖面，宝力高庙组不整合在上泥盆统安格尔音乌拉组之上；在海拉尔，其不整合于红水泉组(莫尔根河组)之上，并被晚二叠世林西组或中生代地层覆盖。宝力高庙组含有少量植物化石，黄本宏曾记载宝力高庙组植物化石9属25种，主要以Angaropteridium,Angaridium,Cardioneura(Neuropteris), “Noeggerathiopsis”为主，均为安加拉植物群分子[54]。尽管这些化石可以与蒙古和俄罗斯库兹涅茨克盆地的石炭纪植物进行对比，属于晚石炭世早期或晚石炭世晚期[55--56]，但这些属级分类单元在二叠纪地层中也十分常见，而蒙古和库兹涅茨克盆地的晚石炭世和早二叠世陆相地层也缺乏有效的层位控制。当前宝力高庙组层型和副层型剖面上采到部分植物化石，以Rufloria(Noeggerathiopsis)为主(图5)，包括Rufloriaderzavinii(Neub.),R.kerulenicaDurante,R.subangusta(Zal.),R.theodori(Tschirk et Zal.),R.tomiensis(Radcz.)。其中Rufloriasubangusta(Zal.),R.theodori(Tschirk et Zal.),R.tomiensis(Radcz.)产于俄罗斯库兹涅茨克盆地巴拉洪组下部或中下部，R.kerulenicaDurante产于蒙古南部下二叠统，R.derzavinii(Neub.)则见于俄罗斯库兹涅茨克盆地上巴拉洪组、蒙古南部下二叠统和中国黑龙江省神树地区中二叠统土门岭组[57]。因此，就植物化石而言，其地质时代属于晚石炭世—早二叠世。

4.2 宝力高庙组火山岩年龄

随着测年技术的不断推广和使用，有关这一地区的宝力高庙组火山岩或次火山岩及火山碎屑岩锆石，以及侵入到宝力高庙组地层的岩株和岩脉的锆石U--Pb同位素测年，对确定宝力高庙组的时代起到重要作用(图6)。

图6 内蒙古阿巴嘎旗—东乌旗一带宝力高庙组火山岩年龄分布图Fig.6 Distribution of dated volcanics of Baoligaomiao Formation in Abaga--East Ujimuqin area, Inner Mongolia

辛后田等[58]将宝力高庙组划分为上、下两段：下段以酸性火山岩--火山碎屑岩、碳质板岩和河流相砂砾岩为主，上段以安山岩、安山质火山碎屑岩夹砂砾岩为主；获得下段年龄(320.1±7.2)Ma，上段年龄(303.4±6.7)Ma、(304.9±3.1)Ma，时代为晚石炭世。上段中产大量植物化石，在布拉格和准萨拉一带发现Paracalamites,Neuropteris,“Noeggerathiopsis”。付东等[59]将原来的宝力高庙组解体，下部为安山质火山岩为主的地层，保留为宝力高庙组，锆石年龄为(320±1) Ma、(317±2)Ma，时代为晚石炭世早期；上部为粗安岩、粗面岩、流纹岩和粗面质凝灰岩，底部为凝灰质砾岩，与下伏安山岩不整合接触，锆石年龄为(309.7±1.1)Ma、(302.3±1.7)Ma，时代为晚石炭世晚期，另建了一个新的地层单元，称为德勒乌拉组。贺淑赛等[60]在白音乌拉地区宝力高庙组流纹岩获得(300±2.9)Ma的锆石年龄。武跃勇等[61]将苏左旗查干敖包地区宝力高庙组划分为4段，一段以变质碎屑岩为主，含大量植物化石，在达来毛瑞、阿尔宝力格巴嘎南采获Angaropteridiumneubergae,A.mongolicum, “Noeggerthiopsis” spp.，属于Angaropteridium--“Noeggerthiopsis”组合；二段以中酸性火山岩和火山碎屑岩为主，锆石测年为(297±1.2)Ma；三段为安山质火山岩夹碎屑岩；四段为流纹质火山岩夹砂岩、泥灰岩，砂岩中含大量植物化石及硅化木，在哈尔呼舒布其、额和陶勒盖采获Paracalamites, “Noeggerathiopsis”。何付兵等[62]在巴彦敖包地区宝力高庙组二段和四段流纹岩分别获得(315.2±4.6)Ma和(305±4.1)Ma的锆石U--Pb测年结果。此外，朱俊宾等[63]获得了格根敖包组二段火山岩(311.2±0.94)Ma、(311.6±1.3)Ma的锆石年龄。

上述研究表明，宝力高庙组火山岩的年龄范围为(323±1.4)Ma～(297±1.2)Ma，这与当前3个样品锆石年龄谱一致，也与其他已发表的宝力高庙组火山岩锆石年龄谱一致，同时也包含了格根敖包组火山岩锆石的年龄谱，说明宝力高庙组火山活动持续时间长达20 Ma。

Chen et al.获得了东乌旗乌里雅斯太东侧宝力高庙组古纬度，为28.8°N。李朋武等获得的内蒙古苏尼特左旗白音乌拉宝力高庙组的古纬度为18.0°N，与华北板块此时期的古纬度(9.2°N～10.1°N)较为接近，而与西伯利亚的磁极移曲线不同[64--65]。

4.3 宝力高庙组的划分

宝力高庙组作为佳蒙地块上的一个巨型火山岩带，经历了长达20 Ma的演化，地层厚度巨大，岩性和岩相变化明显。区域地质调查中，曾根据各图幅的实际情况，对宝力高庙组进行了段级划分，一般都划分为上、中、下3段，并在一定范围内开展了对比，满足了生产需求。近来，部分学者发现，在宝力高庙组内存在大套砾岩，可与下伏火山岩分隔开，而新建德勒乌拉组；获得宝力高庙组(狭义)的年龄(320±1)Ma和(317±2)Ma，德勒乌拉组的年龄(309.7±1.1)Ma和(302.3±1.7)Ma。然而，正如前述已阐明的那样，在同一个火山岩样品中存在333～297 Ma锆石，这表明火山喷发源区连续而缺乏大的间歇期。此外，火山岩岩性、产状和平面展布变化较大，即使是流纹岩的年龄也变化较大[62]。因此，内蒙古自治区地质局在岩石地层清理总结中也未采纳内蒙古区调队一队(1979)划分为洪敖包组和宝力格庙组且二者为角度不整合的方案[42]。