漠河盆地西缘阿陵河砾岩层的形成时代及其地质意义*

2022-08-18段明新周传芳杨华本蔡艳龙魏小勇徐建鑫

地质科学 2022年3期

段明新周传芳杨华本蔡艳龙魏小勇徐建鑫

（中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心哈尔滨 150086）

漠河盆地位于大兴安岭北段的黑龙江省漠河县境内，北部及东部与俄罗斯境内的上阿穆尔盆地相连为同一盆地（李春雷等，2007），其北为蒙古—鄂霍茨克造山带。漠河盆地沉积序列、盆地形成与演化、物源区特征等方面的研究对认识中生代蒙古—鄂霍茨克构造域的演化及油气勘探等工作具有重要意义（和政军等，2003；吴河勇等，2003；李良等，2017）。目前，关于该盆地的形成时代、物源区特征等认识尚不统一，在盆地性质和动力学成因机制等方面仍存在较大争议（和政军等，2003；张顺等，2003；吴河勇等，2004；吴根耀等，2006；和钟铧等，2008；郭知鑫，2018），很大程度制约了基础地质调查及油气勘探等工作。

本文在前人研究基础上，通过碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb 测年并结合层序地层等方法，探讨了漠河盆地西缘阿陵河砾岩层的形成时代、沉积环境及漠河盆地沉积物来源，为漠河盆地的形成与演化机制及盆山耦合关系研究提供资料和研究基础。

1 地质概况

漠河盆地位于兴蒙造山带东段额尔古纳地块北部，蒙—鄂造山带东南缘。盆地基底主要为新元古界兴华渡口岩群黑云钠长变粒岩、黑云石英片岩、斜长角闪岩、大理岩等，南华系佳疙瘩组（倭勒根岩群）大理岩、片岩、千枚岩、石英岩等，震旦系额尔古纳河组灰岩、大理岩、片岩、千枚岩，古生界下泥盆统泥鳅河组大理岩、千枚岩等地层及前中生代各期侵入岩。盆地盖层主要由3 部分组成，下部为中-晚侏罗统额木尔河群陆源碎屑沉积岩盖层，自下而上依次为绣峰组、二十二站组、漠河组、开库康组（曲关生，2009）和阿陵河砾岩层；中部为早白垩世火山岩，分别为塔木兰沟组中基性火山岩（李春雷，2007），龙江组中基性火山岩、凝灰岩，九峰山组砂岩、含砾砂岩、泥岩及煤线，甘河组中基性火山岩及角砾熔岩等；上部分为新生代古近系孙吴组及第四系堆积物（图1）。受多期构造影响，区内断裂构造发育，以北西向、北东向为主，近东西向、近南北向断裂次之，受漠河推覆构造影响，盆地北部地质体多发生韧性变形。

图1 大兴安岭北部大地构造分区图（a.底图据张顺等，2003 修改）和漠河盆地西缘地质简图（b.底图据内蒙古自治区地质调查院，2004①内蒙古自治区地质调查院.2004.大兴安岭北部奇乾—莫尔道嘎地区N51C003001（恩和哈达）、N51C004001（奇乾）、M51C001001（莫尔道嘎镇）等三幅1∶250 000 区域地质调查报告.；黑龙江省地质调查总院，2011②黑龙江省地质调查总院.2011.黑龙江1∶250 000 漠河县（N51C004002）、漠河（N51C003002）、兴安（N51C003003）幅区调修测报告.修改）1.盆地边界；2.缝合带；3.构造边界；4.城镇；5.盆地范围；6.第四系；7.孙吴组；8.甘河组；9.九峰山组；10.阿陵河砾岩；11.漠河组；12.二十二站组；13.绣峰组；14.额尔古纳河组；15.佳疙瘩组；16.兴华渡口群；17.早白垩世花岗岩；18.晚三叠世—早侏罗世二长花岗岩；19.晚二叠世二长花岗岩；20.晚奥陶世二长花岗岩；21.早寒武世二长花岗岩；22.整合界线；23.角度不整合界线；24.遥感解译断层；25.推覆构造；26.测年样品位置及编号；27.PM05-1 位置Fig.1 Geotectonic division map（a，modified from Zhang et al.，2003）and geological sketch map（b，Institute of Geological Survey of Inner Mongolia Province，2004；Institute of Geological Survey of Heilongjiang Province，2011）of the western margin of Mohe Basin，northern Daxing'an Mountains

研究区内阿陵河砾岩层（J3—K1acg）覆盖于漠河组（J3m）地层之上，从层位与沉积特征上考虑，属于漠河盆地演化晚期萎缩期的产物，层位上应相当于《黑龙江省岩石地层》中定义为覆盖于漠河组之上的开库康组。但根据“十五里桥等9 幅1∶50 000 综合地质调查”项目成果，开康库乡建组剖面的开库康组实际为与绣峰组同时、同相、不同源盆地下部地层（武警黄金第三支队，2018③武警黄金第三支队.2018.黑龙江省大兴安岭十五里桥、腰站林场、依西肯幅、开库康、下鱼亮子、绥安站、瓦干、闰王店岛、双合站1∶50 000 综合地质调查报告.），故本文不再使用开库康组命名，由于控制程度达不到建组程度，因此暂定为非正式填图单元——阿陵河砾岩层（J3—K1acg），层位位于漠河组之上。

2 阿陵河砾岩层的岩石组合特征

阿陵河砾岩层在主要分布在兴华沟林场幅南部和阿陵河幅北部，呈近东西向带状展布。岩性组合为复成分中砾岩、粗砾岩为主（图2a、图2b），夹粗粒、中粒长石岩屑砂岩、含砾砂岩、细砾岩，偶夹细砂岩、粉砂岩。砾岩新鲜面以灰色、杂灰色为主，砾石成分较复杂，主要为花岗岩、硅质岩（石英岩、石英化岩等）、玄武岩、流纹岩、泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、凝灰岩、千枚岩、片岩等。砾石含量均大于50%，分选较差；砾石形态多呈次棱角状—次圆状，磨圆较差—中等，呈杂乱分布，反映了冲积扇沉积环境。砾石中含有相当于下伏地层的岩石成分（如泥岩、粉砂岩可能来自于二十二站组、漠河组等）；砾岩中所夹的砂岩大多为长石岩屑砂岩，岩屑成分也较复杂，发育平行层理、粒序层理，含植物化石碎片，反映了冲积扇相沉积，整体表明此砾岩形成于近源快速堆积的冲积扇环境，与漠河组内的砾岩明显不同。

图2 漠河组砾岩与阿陵河砾岩对比Fig.2 Comparison between Mohe Formation conglomerate and Alinghe conglomerate

漠河组砾岩的岩性以中砾岩为主（图2c、图2d），部分粗砾岩，少量细砾岩。岩石大多遭受强烈糜棱岩化而形成砾岩质初糜棱岩—糜棱岩，层面上大多可见砾岩长轴方向部分定向分布。岩石新鲜面以灰色、浅黄褐色为主，砾石成分较单一，主要为花岗岩、硅质岩等，砾石含量均大于50%，分选中等—较好；砾石形态多数呈透镜状、眼球状，磨圆中等—较好。产出形态主要有两种：一是常位于层序底部，见冲刷面构造，未变形砾岩的砾石最大扁平面也具有微弱定向，显示出河道砾岩的特征；二是表现为砂岩夹层分布，呈条带状、透镜状产出，向两端尖灭。

3 地层时代

3.1 地质接触关系

在恩和哈达幅公路边剖面PM05-1 中（剖面位置见图1b），阿陵河砾岩层整合盖于漠河组之上（图3）。漠河组砂岩产状196°∠22°，接触面产状177°∠23°，接触面不平整，上覆阿陵河砾岩产状不稳定。

图3 阿陵河砾岩与漠河组整合接触关系示意图Fig.3 Schematic diagram of integrated contact relationship between Alinghe conglomerate stratum and Mohe Formation

3.2 碎屑锆石年龄

本次研究在该组采取砾岩中砂岩夹层碎屑锆石样品两件，样品WJL079 和WJL117。岩性均为粗中粒长石岩屑砂岩，岩石呈粗—中粒砂状结构，块状构造。碎屑成分主要为石英、斜长石、钾长石、岩屑，少量黑云母、白云母等，多数呈次棱角状—次圆状，部分呈棱角状，石英含量为25%左右；斜长石含量为25%左右；钾长石含量为30%左右；岩屑成分主要为花岗岩，少量硅质岩、流纹岩、安山岩、片岩、浅粒岩等，含量为15%左右。填隙物含量为5%左右（图4）。

图4 阿陵河砾岩层粗粒长石砂岩标本及显微照片Pl.斜长石；Det.岩屑；Q.石英；Kfs.钾长石Fig.4 Specimen and micrograph of coarse-grained arkose in the Alinghe conglomerate stratum

锆石挑选由河北省廊坊区域地质调查研究所实验室完成，采用浮选和电磁选法进行分选。锆石的制靶、透射光、反射光、阴极发光（CL）照相及锆石U-Pb 年龄测定在天津地质矿产研究所同位素实验室完成，采用193 nm 激光器对锆石进行剥蚀，采用的激光剥蚀斑束直径为35 μm，激光能量密度为13～14 J/cm2，频率为8～10 Hz，激光剥蚀物质以氦为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散可以同时接收质量数相差很大的U-Pb 同位素，从而进行锆石U-Pb 同位素原位测定。采用TEMORA 作为外部锆石年龄标准，利用NIST610 玻璃样作为外标。采用ICP-MS Data Cal 和Isoplot 程序进行数据处理，数据处理方法同文献（Liu et al.，2008）。

样品中锆石主要为长柱状，多为自形—半自形，少有磨圆锆石，表明沉积物多为近源沉积。在阴极发光（CL）图像（图5）上显示大多数锆石具有典型的岩浆生长环带，多数锆石Th/U 大于0.3 表示岩浆成因。定年结果显示，绝大多数锆石表现出良好的谐和性。

图5 漠河盆地西缘阿陵河砾岩层砂岩代表性锆石CL 图像与表面年龄Fig.5 Representative zircon CL image and surface age of sandstone in Alinghe conglomerate stratum in the western margin of Mohe Basin

WJL075 样品70 个测点分析结果（见表1）表明，锆石年龄范围在2 436～177 Ma 之间（图6），主要存在3 组谐和年龄，分别是215～177 Ma、280～254 Ma、609～456 Ma，主要峰值年龄为178 Ma、262 Ma、475 Ma，最小碎屑锆石年龄为177±2 Ma。

图6 漠河盆地西缘阿陵河砾岩地层砂岩锆石U-Pb 协和年龄图和直方图Fig.6 Zircon U-Pb concordance ages and histogram of the sandstone in the Alinghe conglomerate stratum in the western margin of Mohe Basin

表1 阿陵河砾岩层中砂岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb 同位素地质年龄测定结果表Table 1 LA-ICP-MS detrital zircon U-Pb isotopic dating of sandstone in Alinghe conglomerate stratum

续表1

WJL117 样品56 个测点分析结果（见表1）表明，锆石年龄范围在1 864～164 Ma 之间，主要存在3 组谐和年龄，分别是300～164 Ma、550～455 Ma、900～724 Ma，主要峰值年龄为200 Ma、265 Ma、506 Ma，最小碎屑锆石年龄为164±2 Ma。

碎屑锆石最小年龄为177～164 Ma，阿陵河砾岩整合盖于漠河组之上，考虑漠河组凝灰岩夹层的年龄为158～157 Ma（周传芳等，2021），阿陵河砾岩层沉积年龄不早于晚侏罗世。

4 讨论

4.1 沉积环境分析

阿陵河砾岩层发育的主要岩石组合为：分选差，磨圆中等—差的砾岩（cg（S3R2-3））、分选中等—差，磨圆中等—差的砾岩夹砂岩（cg-ss（S2-3R2-3））、分选中等—差，磨圆中等—差的含砾砂岩夹砂岩（pcg-ss（S2-3R2-3））。基本层序以向上变细型基本层序为主，也可以分为以多元结构向上变细型为主，少量二元结构向上变细型。

二元结构向上变细型，以PM05-1 的7～8 层为代表（图7）。7 层岩性为灰黄色含砾粗粒长石岩屑砂岩，8 层从下向上，底部为灰色粗粒长石岩屑砂岩，中部为灰色中粒长石岩屑砂岩，顶部为灰黑色粉砂岩。7～8 层整体表现出含砾砂岩—粗砂岩—中砂岩—粉砂岩的向上变细型，构成二元向上变细型层序。

多元结构向上变细型，以PM05-1 的25～27 层为代表（图7）。25 层岩性底部为杂灰色复成分中砾岩，中-上部灰色细粒、中粒长石岩屑砂岩，26 层岩性为杂灰色复成分粗砾岩，27 层岩性为杂灰色复成分细砾岩。25～27 层构成为中砾岩—中细砂岩、粗砾岩—细砾岩的向上变细型，构成多元向上变细型层序。

图7 阿陵河砾岩向上变细型基本层序1.粉砂岩；2.中粒长石岩屑砂岩；3.含砾中粒长石岩屑砂岩；4.中粒岩屑砂岩；5.细砾岩；6.中砾岩Fig.7 Basic sequence of upward thinning type of Alinghe conglomerate

武警黄金第三支队，2019④武警黄金第三支队.2019.黑龙江大兴安岭洛古河、兴华沟林场、阿陵河、1072.3 高地幅1∶50 000 区域地质矿产调查报告.工作表明，阿陵河砾岩层砂岩部分孢粉主要为蕨类植物孢子：圆形粒面孢（未定种）Cyclogranisporitessp.；裸子植物花粉：单束细肋粉（未定种）Protohaploxypinussp.；克劳斯双囊粉（未定种）Klausipollenitessp.；普通双束松粉Pinuspollenites divulgatus（Bolkh），反映了温暖湿润的气候条件。

通过对阿陵河砾岩层样品进行的粒度分析结果表明（见脚注④），沉积水体主要为牵引流沉积，主要搬运方式为跳跃和悬浮搬运（图8），以跳跃搬运为主，次为悬浮搬运，砂岩具有河道砂岩的特征。

图8 概率累计曲线分布图（a）和帕塞加的牵引流沉积C-M 模式图（b）Fig.8 Distribution of probability cumulative curve and C-M model of tractive current deposition in Pasega

综合以上特征，阿陵河砾岩层应为潮湿—温暖气候条件下冲积扇相沉积。

4.2 物源分析

侯伟等（2010）通过野外观测（砾石产状、斜层理产状、交错层理产状等）和地震剖面中前积反射结构研究认为，绣峰组时期，古水流方向为北东向，物源主要来自盆地西南部。二十二站组时期，古水流方向有南北两个方向，其一为南—南东向，其物源主要来自盆地西北部—北部；其二古水流方向应该为北向，推测其物源主要来自盆地南部—东南部。和钟铧等（2008）根据漠河盆地碎屑岩中的砾石、岩屑和重矿物的组合特征，结合古水流方向，认为盆地沉积物源来自南侧。近年来随着年代学、地球化学的研究在沉积地层学上的广泛应用，部分学者通过漠河盆地与上阿穆尔盆地地层学、沉积学研究对比，漠河盆地地层碎屑锆石年龄峰值研究讨论，认为绣峰组、二十二站组时期物源主要来自漠河盆地的南部，开库康组时期有南北双向物源（Guo et al.，2017）。前人主要根据测量统计研究北部漠河组内未变形的河道砾岩最大扁平面产状，得出漠河组时期的古流向北西向，物源主要来自盆地东南部（见脚注④）。

砾岩主要形成于冲积扇相或河流相等边缘相，主要分布于盆地边缘，靠近物源区。结合作者单位在该区的区调工作成果（见脚注④），以野外观测为主，结合镜下鉴定，对典型砾岩、含砾砂岩的薄片统计分析，统计出各组地层砾岩的砾石成分及大致的含量分布，进而分析其物源特征。结果表明，绣峰组的砾石成分主要为花岗岩，部分硅质岩、泥岩、细—粉砂岩，少量千枚岩、安山岩等，在绣峰组底部，与早侏罗世二长花岗岩接触界面之上有花岗质细砾岩存在，显示其物源主要来自研究区南部的早侏罗世二长花岗岩；漠河组的砾石成分以花岗岩、硅质岩，部分泥岩、粉砂岩、砂岩，少量玄武岩、流纹岩等，说明漠河组物源主要为花岗岩及沉积岩；阿陵河砾岩的砾石成分较复杂，花岗岩、硅质岩、泥岩、细—粉砂岩、泥质粉砂岩、玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩、千枚岩等，说明其物源较为复杂。泥质粉砂岩砾石、凝灰岩砾石的出现，表明部分早期沉积地层再旋回提供了物源。

岩屑含量的高低取决于母岩区的构造稳定性及气候条件。前人工作以镜下鉴定为主（见脚注④），结合野外观测，对典型长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩的薄片统计分析，统计出阿陵河砾岩层岩屑的成分及大致的含量分布，进而分析其物源特征。阿陵河砾岩中岩屑成分有花岗岩、硅质岩（石英岩、石英化岩等）、泥岩、细—粉砂岩、玄武岩、安山岩、流纹岩，少量大理岩、千枚岩、片岩等，呈次棱角状—次圆状。岩屑成分以花岗岩、变质岩、沉积岩为主，其物源较为复杂。

结合前人对重矿物组合分析的研究成果（和钟铧等，2008），漠河组和阿陵河砾岩的物源较复杂，重矿物组合特征反映其母岩是以锆石、磷灰石、电气石为代表的酸性岩浆岩和以绿泥石、绿帘石、黑云母为代表的中低级变质岩为主，还有部分以辉石、角闪石为代表的中基性火成岩。

结合古水流方向、砾岩成分分析、岩屑成分分析及重矿物组合分析的研究成果，综合认为，阿陵河砾岩层应为漠河盆地萎缩期冲积扇相的产物，物源主要来自盆地南部，且未有物源来自北部俄罗斯的明显迹象及有力证据，但无法排除此种可能。

4.3 盆地形成时代与构造背景

本次研究区位于漠河盆地西部，属于漠河盆地次级恩和哈达拗陷。作者所在单位2017 年开展的十五里桥等九幅区调项目调查区，位于漠河盆地东部，属于漠河盆地次级腰站拗陷。本次工作在盆地古地理演化分析的基础上，收集整理了盆地东西部的沉积地层的大量的锆石年龄数据（脚注③④），对整个漠河盆地沉积地层时代进行探讨。

本次研究区（以下简称漠河盆地西部）绣峰组、二十二站组、漠河组的沉积时代，其中漠河组获得较可信的凝灰岩夹层加权平均年龄157 Ma，同时获得碎屑锆石中最小的年龄为165 Ma、166 Ma（周传芳等，2021），因此漠河盆地西部漠河组形成年龄166～157 Ma，时代归入晚侏罗世。2017 年十五里桥等九幅项目调查区（以下简称漠河盆地东部）中，获得漠河组碎屑锆石中最小的年龄为156±3 Ma（脚注③），同时漠河组一段砂岩见有花岗闪长斑岩（136.9±4.8 Ma）（脚注③）侵入，故漠河盆地东部漠河组时代为晚侏罗世。因此将区域上漠河组时代置于晚侏罗世。

漠河盆地西部二十二站组与漠河组之间均为整合接触，故盆地西部二十二站组的沉积时代不晚于晚侏罗世。盆地西部获得二十二站组碎屑锆石中最小的年龄为181～178 Ma（脚注④），故将西部二十二站组时代定为中侏罗世。漠河盆地东部获得二十二站组碎屑锆石中最小的年龄为153±9 Ma、 143±3 Ma（脚注③），赵立国等（2014）获得漠河盆地东北部二十二站组流纹质凝灰岩夹层的锆石U-Pb 年龄为148±2 Ma，故将东部二十二站组时代定为晚侏罗世。因而将区域上二十二站组时代置于中-晚侏罗世。

漠河盆地西部绣峰组与二十二站组之间为整合接触，沉积相为辫状河三角洲相向湖泊相过渡，其沉积时代应与二十二站组接近。盆地西部获得碎屑锆石中最小的年龄为166±3 Ma、181±2 Ma、196±2 Ma、193±2 Ma（周传芳等，2021），同时出现少量晚侏罗世年龄，故将西部绣峰组形成时代定为中侏罗世。赵立国等（2014）获得的漠河盆地东部绣峰组碎屑锆石最小U-Pb 年龄为163 Ma。区域上二十二站组分布湖泊相有限，局部出现漠河组整合盖于绣峰组之上。因而将区域上绣峰组时代置于中-晚侏罗世。

漠河盆地西部新发现的阿陵河砾岩碎屑锆石最小年龄为177～164 Ma，说明沉积的时代不早于164 Ma，由于该层位上整合盖于漠河组之上，近年来周传芳等（2021）获得的漠河组凝灰岩夹层的年龄158～157 Ma 将漠河组沉积时代置于晚侏罗世，因此说阿陵河砾岩层的沉积时代应晚于晚侏罗世；同时结合盆地东部区调成果资料（脚注③），新发现部分早白垩世化石（二连粉Erlianpollis、无突肋纹孢Cicatricoslsporites、伸长拟金粉蕨Onychiopsis elongate（Geyler）Yokayama、勃利楔羊齿Sphenopteris boliensis Zheng et Zhang、北极锥叶蕨（比较种）Coniopteris cf.arctica（Prynata）Samylina）（脚注③），说明盆地沉积时代可延伸至早白垩世。因此将阿陵河砾岩层作为漠河盆地萎缩期的产物，其沉积时代置于晚侏罗世—早白垩世更为合理。

漠河盆地处于蒙古—鄂霍茨克造山带东南缘，额尔古纳地块北端，该地块古生代时期受控于古亚洲洋构造体系，经历了与周围块体（如：兴安地块、松嫩地块、华北板块）的碰撞拼合，近年来区域上的古生代岩石地球化学特征表明其具有活动大陆边缘性质（孙德有等，2004；李锦轶等，2007；刘永江等，2011）；中生代时期经历了太平洋构造体系和蒙古—鄂霍次克构造体系的叠加与改造，由于西伯利亚板块相对于中蒙古地块旋转，致使蒙古—鄂霍茨克洋呈“剪刀式”自西向东闭合，近年来诸多学者研究表明，盆地西部晚三叠世—早侏罗世开始闭合至东部于晚侏罗世—早白垩世初期闭合（Zonenshain et al.，1990；Zorin，1999；莫申国等，2005；Wu et al.，2011；许文良等，2013；唐杰等，2018）。

本次研究通过对漠河盆地东西部共1 065 个锆石年龄点数据（脚注③④）整理分析得出，漠河盆地沉积时代从西部漠河地区向东部开库康乡地区，主体沉积时代由中侏罗世—晚侏罗世—早白垩世发展，整个盆地自西向东沉积时代变新（图9），这与蒙古—鄂霍茨克洋自西向东闭合的构造演化特点具有一致性，由此说明漠河盆地的演化受控于蒙古—鄂霍茨克构造域的演化。