冀北承德盆地早白垩世火山-沉积地层地质年代学研究:对热河生物群时空演化的制约

俞志强, 贺怀宇, 周忠和

1 中国科学院地质与地球物理研究所, 岩石圈演化国家重点实验室, 北京 100029 2 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所, 中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室, 北京 100044 3 中国科学院大学地球与行星科学学院, 北京 101400

0 引言

中国北方早白垩世裂谷盆地的火山沉积序列记录了一系列地球动力学、地质过程和生物演化事件,最为显著的是华北克拉通的破坏和热河生物群的演化(朱日祥等,2011,2012,2020;朱日祥和徐义刚,2019;Ma and Xu, 2021;Zhou et al., 2021;Meng et al., 2022).早白垩世热河生物群是世界上最重要的陆相生物群之一,保存了大量特异埋藏的脊椎动物、昆虫、植物等化石门类,为研究许多关键类群的起源和分异提供了最重要的化石证据,如鸟类、哺乳类和被子植物起源和早期演化(Zhou et al., 2003, 2021;徐星等,2019).但是,陆相地层的复杂性和陆地生物区域性以及化石保存的局限性,使得热河生物群核心分布区(如冀北和辽西)的部分重要化石层位的准确时代和地层对比仍存在争议(Gao and Shubin, 2001;Zhang et al., 2009;Liao et al., 2020).地质年代学数据为关键类群的演化模式、分异时间、生物演化和地层对比等研究提供绝对时间标尺.

目前学界已经普遍接受热河生物群早、中、晚三阶段划分方案(陈丕基,1988;Pan et al., 2013; Zhou, 2014; Zhou et al., 2021),早期热河生物群仅保存在河北丰宁森吉图—四岔口盆地,其年龄被限定为135～129 Ma(He et al., 2006a; Yang et al., 2020);中期热河生物群赋存于辽西义县组内,学术界普遍认可约125 Ma为其主要含化石层年龄(Swisher III et al., 1999, 2001;He et al., 2006b;Zhong et al., 2021;Li et al., 2022).显然,早期和中期热河生物群之间年龄相差约三百万年且分布于不同区域,在此暂将其称为“热河生物群早-中过渡期”.

承德—围场地区新发现的化石(高克勤等,1998;Gao and Shubin, 2001;Zhang et al., 2009;牛绍武等,2015;张立东等,2016;Rong, 2018;Wang et al., 2018;郭晓荣,2020;Liao et al., 2020;包彩凤,2021),改变了我们对热河生物群早-中过渡期的认识.该区含化石沉积地层的年代学工作仍然缺乏深入研究,依靠岩石地层和生物地层对比,承德—围场地区含化石层的地层归属存在几种完全不同的方案,如归属早白垩世大北沟组(Wang et al., 2018;Liao et al., 2020)或花吉营组(Zhang et al., 2009)等,且并不能区分热河生物群早期和中期的年龄差异,严重阻碍了区域内准确的地层对比及其对热河生物群时空分布的认识.

本研究对河北承德盆地袁家庄剖面火山沉积层序的3个安山岩样品开展了化学熔蚀-离子探针(CA-SIMS)锆石U-Pb定年.结合已有的磁性地层学数据(蔡书慧等,2012),建立新的综合年代学框架,对承德盆地早白垩世火山沉积序列提供了严格的约束,厘清了承德盆地的早白垩世火山-沉积序列与森吉图—四岔口盆地、滦平盆地和辽西等地保存热河生物群早、中期地层的精细对比关系,丰富了我们对于热河生物群时空分布和演化的认识,为区域间地层对比及其对热河生物群时空分布和演化的研究奠定了坚实的基础.

1 地质背景与样品采集

华北克拉通由太古代至古元古代变质基底、中元古代海相地层至古生代沉积岩盖层以及局部中生代至新生代陆相沉积组成.华北克拉通自中元古代(1.85 Ga)成为稳定构造单元后(Zhao et al., 2005;Zhai and Santosh, 2011),在之后的约1.2 Ga里保持稳定状态;在晚中生代时期,华北克拉通西部仍表现为稳定状态,而华北克拉通东部以岩石圈减薄和广泛的岩浆作用为特征,发生了被认为与古太平洋俯冲相关的“华北克拉通破坏”这一现象(朱日祥等,2011,2012;Wu et al., 2019).华北克拉通北缘在“破坏”期间发生了一系列强烈的伸展作用和岩浆活动,在此期间,同时存在短暂的地壳/岩石圈缩短为主的“燕山运动”(Davis et al., 2001),二者对该区表生地质和陆地生物演化产生了深远的影响.

河北承德—围场地区位于冀北和辽西的过渡地带(图1b),发育较为完整的早白垩世地层(Qin et al., 2022;Yu et al., 2022),其中在滦平县(Qin et al., 2018, 2021, 2022)、丰宁县(Zhang and Zhou, 2000;金帆等,2008)、围场县(高克勤等,1998;Gao and Shubin, 2001;Zhang et al., 2009;牛绍武等,2015;Rong, 2018;Wang et al., 2018;郭晓荣,2020)和平泉县(Qin et al., 2019)等地的早白垩世沉积地层中发现了大量化石,尽管不同地区岩石地层单位名称不同,但这些沉积地层主要归属为大北沟组、大店子组、西瓜园组、花吉营组和义县组范畴.

图1 热河生物群时空分布图(据Pan et al., 2013;Zhou et al., 2021修改)(a)(b)经典热河生物群分布地及化石点; (c) 冀北和辽西年代地层和岩石地层简图(据席党鹏等,2019;Gale et al., 2020;Yang et al., 2020;Yu et al., 2022),参考文献:(1)He et al., 2006a;(2)Yang et al., 2020;(3)Wang et al., 2018;(4)He et al., 2004;(5)Chang et al., 2009;(6)Yu et al., 2021;(7)Zhong et al., 2021;(8)Li et al., 2022.Fig.1 Spatio-temporal distribution of the Jehol Biota (modified after Pan et al., 2013; Zhou et al., 2021)(a)(b) Classical fossil localities of the Jehol Biota; (c) Chronolography of the northern Hebei and western Liaoning (modified after Xi et al., 2019; Gale et al., 2020; Yang et al., 2020; Yu et al., 2021). References: (1) He et al., 2006a; (2) Yang et al., 2020; (3) Wang et al., 2018; (4) He et al., 2004; (5) Chang et al., 2009; (6) Yu et al., 2021; (7) Zhong et al., 2021; (8) Li et al., 2022.

这些含化石地层的归属尚未达成一致,以承德—围场地区化石点地层为例,围场地区含化石层的层位下伏大套中酸性火山岩以及火山碎屑岩,对应张家口组,上覆于这套火山岩为河湖相的杂色砾岩、砂砾岩、泥岩、页岩的正粒序厚层河湖相沉积,在上部细粒沉积岩中出产了重要的热河生物群化石(Wang et al., 2018),汉诺坝玄武岩(汉诺坝组)或者第四纪松散沉积物不整合覆盖该套沉积岩之上.由此可见该区早白垩世地层大致可以分为3个部分,下部中酸性火山岩,中部粗粒河湖相沉积,上部产热河生物群的沉积岩(大北沟组、西瓜园组或花吉营组?)(图1c).但在不同的研究中对该区域地层划分对比的认识不同(河北省地质矿产局,1989, 1996);相同“组”名的具体涵义并未有一个统一的认识,导致不同学者对于该区产热河生物群化石层位的地层归属存在争论,如Wang等(2018)认为围场地区石匣化石点产巾帼鸟的地层属于大北沟组;道坝子梁化石点含化石层应当归属于大北沟组(Liao et al., 2020)或花吉营组(Zhang et al., 2009);Gao和Shubin(2001)认为围场县与承德市之间的炮仗沟化石点含化石层为张家口组之上的沉积层.

河北承德盆地(图1b)位于华北克拉通北缘东部、燕山构造带中段,同时位于承德—围场地区东南部,是中生代构造变形强烈的地区(Davis et al., 2001; Davis, 2005),盆地的发育主要受控于西北部的红石砬—双峰寺断层、中部的承德断层和南部的承德县逆冲褶皱带.盆地出露太古宙片麻岩至第四纪松散沉积物,本研究主要涉及下白垩统火山-沉积序列,自下而上地层为土城子组、张家口组、大北沟组和西瓜园组.土城子组以河湖相的砾岩、砂岩以及薄层泥岩为主;张家口组不整合覆盖于土城子组沉积之上,以中酸性火山岩为主,偶夹少量沉积岩;大北沟组和西瓜园组以沉积岩为主,在部分地区含有火山岩(Wei et al., 2012;蔡书慧等,2012).

本文以承德盆地袁家庄剖面为研究对象,岩石地层划分方案据蔡书慧等(2012),针对剖面内下部张家口组火山岩、大北沟组火山岩到上部西瓜园组沉积岩序列开展年代学研究.广义的“大北沟组”为张家口组火山岩和西瓜园组之间的河湖相沉积夹火山碎屑岩(王思恩和季强,2009),依据岩石地层和生物地层的划分将其分为下部(狭义的“大北沟组”)和上部(大店子组)(王思恩,1990;李佩贤等,2004),详细的岩石地层单位定名有赖于岩石地层和生物地层的进一步工作.该剖面张家口组岩性以紫红色流纹岩、安山岩为主,大北沟组岩性以安山岩为主,上部西瓜园组沉积岩主要为泥岩、砂岩、砾岩等,西瓜园组沉积岩与大北沟组火山岩之间为一套砾岩(蔡书慧等,2012).在大北沟组共采集3个代表性层位安山岩样品,进行锆石U-Pb定年,通过野外详细对比该剖面之前发表的磁性地层学研究结果(蔡书慧等,2012),本次研究的同位素年代学样品位置与之前的磁性地层学样品位置能够很好对应,样品CD4、CD5和CD6,分别对应于该套地层中磁性地层的5 m、30 m和47 m处,为袁家庄剖面下部火山岩.

2 实验方法

野外采集的样品送去廊坊宇能宇恒公司进行薄片、探针片制作和锆石等单矿物的挑选.先将样品进行机械粉碎至60目.再进行重力分选去除较轻的矿物,如长石、石英、云母等,然后用矿物介电分选仪进行磁选,去除有磁性的矿物,如云母、角闪石、辉石、石榴石等,最后用酒精灯烘干样品,在显微镜下挑选锆石.本研究使用的锆石颗粒尝试利用化学前处理方式,CA-SIMS方法中的化学前处理(CA: Chemical Abrasion,化学熔蚀)(Krogh, 1973;Mundil et al., 2004;Mattinson, 2005;McKanna et al., 2023)可以有效的减轻Pb丢失对年龄准确度带来的影响(Kryza et al., 2012;Watts et al., 2016).前处理在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素实验室进行,化学前处理方法经过清洗器皿、高温淬火、化学剥蚀和锆石洗涤四步,其实验室环境及仪器条件参见储著银等(2016).首先,将所用到的氟塑料器皿均经过超纯水洗净,然后依次采用6 mol/L盐酸、22 mol/L氢氟酸和6 mol/L盐酸120 ℃回流清洗3次,每次清洗12 h以上;接着,将挑选的锆石颗粒转入石英玻璃皿,放入马弗炉900 ℃加热60 h进行淬火,使得锆石放射性损伤得到愈合;再将淬火后的锆石颗粒转入溶样器中,采用22 mol/L氢氟酸,180 ℃溶解12 h,溶解锆石中遭受Pb丢失部分;最后,将经过化学剥蚀的锆石,采用3.5 mol/L硝酸和6 mol/L盐酸在120 ℃下各回流1 h、超声清洗1 h,最后再使用Milli-Q高纯水洗涤1次(储著银等,2016).

将化学前处理好的锆石颗粒,放进烘箱烘干.化学前处理完的锆石颗粒与锆石标样(Plešovice、Qinghu和Penglai锆石)一起镶嵌在环氧树脂靶上,并将其抛光露出晶体的内部切面.制作好的样品靶,采用偏光显微镜、场发射扫描电镜分别获取锆石颗粒的透射光和反射光、阴极发光(CL)图像,以查明矿物的内部结构,如裂隙和包裹体分布、成分环带特征等,据此确定样品最佳分析区域.锆石靶制备在中国科学院地质与地球物理研究所离子探针实验室完成,锆石靶显微图像和CL图像分析在中国科学院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室完成.SIMS锆石U-Pb定年在中国科学院地质与地球物理研究所离子探针实验室完成,采用的是该实验室装备的二次离子质谱仪CAMECA IMS-1280HR,其实验室环境及仪器条件详见Li et al.(2009).数据结果处理采用Isoplot 3.75插件完成(Ludwig, 2012),锆石U-Pb定年结果见表1.除特别说明外,报道的单点分析不确定度为1σ.

表1 CA-SIMS锆石U-Pb定年数据Table 1 CA-SIMS U-Pb zircon analysis

本文涉及前人发表的不同体系的年代学数据,比如锆石U-Pb和长石Ar/Ar.以高精度锆石U-Pb定年为例(Zhong et al., 2021),数据误差以±X/Y/Z的形式表示,其中X表示内部分析误差,相同实验室内数据可以对比,如本研究数据与之前发表的森吉图—四岔口盆地(Yang et al., 2020)和滦平盆地(Yu et al., 2022)可以对比,Y表示内部分析误差加上U-Pb同位素稀释剂带来的误差,Z为Y加上同位素稀释剂和元素衰变常数带来的误差.当采用不同稀释剂的实验室间进行数据对比时,需要利用Y误差进行对比;采用Ar-Ar法测年的数据与U-Pb法测年的数据进行比较,需将数据的外部误差(Z)考虑在内.

3 分析结果

承德盆地袁家庄剖面的3个安山岩中的锆石样品绝大部分为自形-半自形、无色或浅色透明,锆石颗粒长度变化范围为60～270 μm,在阴极发光下可见清晰的振荡环带,解释为岩浆成因锆石;经过化学处理后可以在显微图像和阴极发光图像下观察到沿晶体边缘及其内部较多不规则的蚀刻理(图2a—2c),锆石颗粒在阴极发光图像下颜色更白,CA-SIMS锆石U-Pb定年结果如下:

图2 袁家庄剖面3个样品CA-SIMS U-Pb定年代表性锆石阴极发光图像(a—c)和谐和年龄图(d—f)图(a—c)中圈圈表示U-Pb分析点位,约30 μm;分析的锆石颗粒上的椭圆显示了U-Pb分析点的位置,以及相应的206Pb/238U年龄.图(d—f)中数据点误差椭圆为2σ水平.Fig.2 Cathodoluminescence images of representative zircons (a—c) and concordia age plots (d—f) for in-situ CA-SIMS U-Pb dating from three samples of the Yuanjiazhuang section SIMS spots in panels (a—c) show the position of U-Pb analyses and are 30 μm in length for scale. Ellipses on the analyzed zircon grains show the positions of U-Pb analytical sites, with corresponding 206Pb/238U age. Data-point error ellipses in panels (d—f) are 2σ level.

样品CD6总共分析了来自22颗锆石的22个点,其中,3个点由于异常高的普通Pb产出不谐和的结果,剩下19个分析点的获得谐和年龄为129.5±1.0 Ma(MSWD=0.0075),206Pb/238U年龄在135.7±2.4 Ma到123.6±2.1 Ma之间(表1),206Pb/238U加权平均年龄为129.6±1.0 Ma(2σ,MSWD=1.4,N=19)(图2d),这被解释为样品CD6的结晶年龄.

样品CD5总共分析了来自21颗锆石的21个点,21个颗粒获得谐和年龄为128.6±1.0 Ma(MSWD=0.69),206Pb/238U加权平均年龄128.7±0.9 Ma(2σ,MSWD=1.4,N=21)(图2e),此结果可以代表样品CD5的结晶年龄.

样品CD4分析了27个锆石颗粒,Th/U比值范围为0.628～1.432.全部分析点206Pb/238U年龄在134.3±2.2 Ma到124.9±2.1 Ma之间(表1),27个颗粒获得谐和年龄为129.1±1.0 Ma(平均标准权重偏差MSWD=0.61),206Pb/238U加权平均年龄129.2±1.1 Ma(2σ,MSWD=1.7,N=27)(图2f),代表了样品CD4的结晶年龄.

4 讨论

4.1 承德盆地早白垩世地层年代学结果

承德盆地早白垩世火山-沉积序列早期年代学研究主要集中于张家口组酸性火山岩,其时代主要为约135 Ma(牛宝贵等,2003;张宏等,2005),为上覆沉积地层提供了最大年龄制约.目前,上覆沉积地层的年代学工作仍然缺乏深入研究,袁家庄剖面大北沟组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分布在123～114 Ma(Wang et al., 2007;南燕云等,2017),并不能区分热河生物群早期和中期的年龄差异,不利于准确的地层对比及其对热河生物群演化的讨论.

本次研究的袁家庄剖面3个安山岩样品通过CA-SIMS锆石U-Pb定年,样品中的大多数锆石显示出明显的振荡环带特征(图2).样品CD4、CD5、CD6的206Pb/238U加权平均年龄分别为129.2±1.1 Ma、128.7±0.9 Ma和129.6±1.0 Ma(图2,3).考虑到SIMS锆石U-Pb定年的准确度为约1%(Ireland and Williams, 2003;李献华等,2015)和承德盆地火山-沉积序列的厚度,3个安山岩样品的U-Pb加权平均年龄略有区别但无法区分,67粒锆石年龄结果一致,体现出较好的外部重现性,且与下伏张家口组酸性火山岩地层上下关系匹配.因此,采用3个样品的加权平均年龄代表火山岩的最佳年龄估计,承德盆地袁家庄剖面火山岩年龄为129.6～128.7 Ma.

此外,前人还尝试了利用磁性地层学方法建立承德盆地早白垩世地层年代学框架(蔡书慧等,2012),由于国际地质年表中早白垩世各阶仍未确定,不同时期地质年表之间相差较大,最明显的是Aptian阶和白垩纪底界年龄由原来的126.3 Ma和145.0 Ma(GTS2012)更新为121.4 Ma和143.1 Ma(GTS2020),极大的影响磁性地层学对比结果(蔡书慧等,2012).例如,先前详细的磁地层学结果表明,袁家庄剖面记录了3个磁极性段,分别为火山岩下部为正极性(N2),火山岩上部和中部底砾岩中的两层凝灰岩下层为负极性(R1),中部底砾岩中的两层凝灰岩上层和上部沉积岩全为正极性(N1),与GPTS2004(Ogg and Smith, 2004)进行对比,认为该剖面3个极性带与M3n-M1n对比(图3,蔡书慧等,2012).但是,采用更新后的GPTS2020(Ogg, 2020)对比方案和本次研究的年代学结果,考虑定年结果的分析误差,认为袁家庄剖面下部正极性段(N2)对应于M8n,负极性段(R1)对应于M7r,上部正极性段对应于M7n(图3).由此可见,该剖面火山-沉积序列的时代应在M8n-M7n范围内,即129.282～128.294 Ma,承德盆地袁家庄剖面沉积岩和火山岩界线与M7r上部对应,将该剖面沉积作用的起始年龄限定为128.593 Ma.利用磁极性带M8n和M7r的持续时间将该剖面下部火山岩喷发持续时间约束为0.689 Ma,这次较短的喷发历史也由无法区分的SIMS U-Pb年龄得到进一步证实,同时,承德盆地记录的岩浆活动具有强烈的拉张背景,这与地质记录和地球化学等证据一致(Wang et al., 2007;刘金菊等,2014;南燕云等,2017;Wu et al., 2019).依靠这些年龄数据建立的承德盆地早白垩世地层综合年代学框架,为区域间地层对比及其对热河生物群时空分布、演化奠定了坚实的基础.

图3 承德盆地袁家庄剖面地层学、U-Pb年代学、磁性地层学(蔡书慧等,2012)和GPTS2020(Ogg, 2020)Fig.3 Stratigraphy, geochronology, magnetostratigraphy (Cai et al., 2012), and Geological Pority Time Scale 2020 (Ogg, 2020) of the Yuanjiazhuang section in the Chengde Basin

4.2 华北克拉通北缘早白垩世地层对比及其对热河生物群时空演化的意义

华北克拉通北部(主要是冀北—辽西)分布了大量早白垩世裂谷盆地,在这些盆地沉积中保存了丰富的热河生物群化石,为研究中生代许多类群起源和分异演化提供了重要材料.从埋藏学和化石组成将其分为三期,分别为保存于冀北花吉营组的早期热河生物群、保存于辽西义县组、九佛堂组及其他地区相当层位的中、晚期热河生物群(Pan et al., 2013;Zhou et al., 2021).由于行政区划等客观原因,对于岩石地层单位的认识和理解存在较大不同.如前所述,承德—围场地区含化石层的地层归属存在几种完全不同的方案,既有冀北早白垩世大北沟组(Wang et al., 2018; Liao et al., 2020),也有花吉营组(Zhang et al., 2009),这需要综合考虑陆相地层的“穿时”性及其对地层对比的意义(汪洋,2015;Zhou et al., 2021).

冀北承德—围场地区介于早、中热河生物群分布区之间的过渡带,出产了基干鸟类等重要化石(高克勤等,1998;Gao and Shubin, 2001;Zhang et al., 2009;牛绍武等,2015;张立东等,2016;Rong, 2018;Wang et al., 2018;郭晓荣,2020;Liao et al., 2020;包彩凤,2021).承德—围场地区热河生物群化石点一个含化石层的SIMS锆石U-Pb年龄为127.0±1.1 Ma(Wang et al., 2018),结合本研究限定的承德盆地袁家庄剖面沉积作用的起始年龄,可初步将承德—围场地区早白垩世热河生物群生存时限限定为130～127 Ma.

冀北—辽西之间早白垩世地层精准对比还存在不同方案,前人基于岩石地层和生物地层,将冀北大店子组与辽西义县组对比(金帆等,2008;牛绍武等,2002,2010)、大店子组三段与义县组(田树刚等,2004)对比以及认为其上覆西瓜园组与辽西义县组对比(Qin et al., 2021).近年来,该地区火山-沉积序列地质年代学研究越来越多,为区域间地层对比提供了坚实的年代学基础(Yang et al., 2020; Yu et al., 2021, 2022; Zhong et al., 2021; Li et al., 2022).

冀北森吉图—四岔口盆地和滦平盆地(图4a,4b)因其保存了早期热河生物群化石吸引了大量地球科学家们的关注,如最早的今鸟型类(Wang et al., 2015).随着研究的不断深入,这两个盆地早白垩世地层年代框架业已建立,花吉营组SIMS锆石U-Pb年代学结果将该区域早期热河生物群时代限定为135～129 Ma(He et al., 2006a;Yang et al., 2020);Yu等(2022)将滦平盆地大北沟组—大店子组时代限定为134～128 Ma,大北沟组—大店子组之间界线年龄为130.26 Ma,并认为可以将滦平盆地大北沟—大店子组与四岔口盆地花吉营组对比.本研究获得承德盆地早白垩世年龄约为130 Ma,可以与森吉图—四岔口盆地花吉营组上部以及滦平盆地大店子组下部对比.

图4 冀北滦平盆地(a)、森吉图—四岔口盆地(b)、承德盆地(c)和辽西义县组和九佛堂组(d)早白垩世火山-沉积地层年代地层对比图参考文献:(1) Yu et al., 2022; (2) Yang et al., 2020; (3) He et al., 2006a; (4) He et al., 2004; (5) Chang et al., 2009;(6) Zhong et al., 2021; (7) Swisher III et al., 1999; (8) Yu et al., 2021; (9) Li et al., 2022.Fig.4 Chronostratigraphy of the Early Cretaceous volcano-sedimentary strata of Luanping Basin (a), Senjitu-Sichakou Basin (b), and Chengde Basin (c) in northern Hebei, and of the Yixian and Jiufotang formations in western Liaoning (d)References: (1) Yu et al., 2022; (2) Yang et al., 2020; (3) He et al., 2006a; (4) He et al., 2004; (5) Chang et al., 2009; (6) Zhong et al., 2021; (7) Swisher III et al., 1999; (8) Yu et al., 2021; (9) Li et al., 2022.

中期热河生物群保存于辽西义县组内(图4d),该组以中基性火山岩夹沉积岩为代表,含化石层自下而上为陆家屯层、尖山沟层、大王杖子层和金刚山层等,自20世纪90年代以来,已有大量的年代学结果,目前对于义县组为早白垩世已无异议,结果约为126～124 Ma(Swisher III et al., 1999;潘永信等,2001;He et al., 2006b;Wu et al., 2013;Zhong et al., 2021;Li et al., 2022).最近Zhong等(2021)对辽西义县组开展了高精度CA-ID-IRMS 锆石U-Pb定年,他们在金羊盆地义县组标准层型剖面系统采集了义县组顶部(黄花山层)和底部(即陆家屯层底部)、陆家屯层顶部、以及尖山沟层的凝灰岩样品,获得义县组顶部、底部U-Pb年龄分别为124.122±0.048 Ma和125.755±0.061 Ma,陆家屯层顶部年龄为125.684±0.060 Ma,尖山沟层的年龄为125.457±0.051 Ma.Li等(2022)对义县组下部尖山沟和陆家屯化石层进行高精度Ar-Ar定年,获得尖山沟层年龄为125.37～125.41 Ma,陆家屯层年龄为125.54 Ma.由此可见,本文研究的承德盆地火山-沉积序列时代老于义县组底部.

综上,基于本研究承德盆地新的CA-SIMS锆石U-Pb定年结果和新的磁性地层学对比方案,以及以往冀北—辽西早白垩世地层的地质年代学结果(Swisher III et al., 1999;He et al., 2006a,b;Yang et al., 2020;Yu et al., 2021;Zhong et al., 2021;Li et al., 2022),冀北承德—围场地区早白垩世沉积序列保存了热河生物群早-中期时空过渡区/段,为热河生物群早-中期时空分布和演化奠定了年代学基础.这种现象可能与古太平洋板块早白垩世时俯冲回撤在地表导致盆地-地层迁移现象有关,为今后研究深部过程如何控制表生地质和生态系统提供了基础数据(Zhu and Xu, 2019;Ma and Xu, 2021;Zhou et al., 2021;Meng et al., 2022).

5 结论

本研究对冀北承德盆地袁家庄剖面3个安山岩样品进行CA-SIMS锆石U-Pb定年,在此基础上结合前人发表的磁性地层学结果和最新的磁极性地层年表,将该剖面时代限定为129.3～128.3 Ma,沉积作用起始时间限定为128.6 Ma.

利用本研究获得的承德盆地早白垩世地层综合年代框架与邻区地层进行对比,该盆地早白垩世火山-沉积序列衔接了西部的森吉图—四岔口盆地花吉营组上部、滦平盆地大店子组上部和东部的辽西义县组下部.

致谢感谢朱日祥研究员对本研究工作的指导,感谢李仕虎副研究员在野外工作和样品采集的帮助,感谢李秋立研究员、储著银研究员、凌潇潇高级工程师、李娇高级实验师和许俊杰工程师在SIMS锆石U-Pb定年和锆石化学前处理方面的帮助.感谢邓成龙研究员、路凯博士和Seung Choi在论文撰写过程中提出的宝贵意见,感谢审稿人和期刊编辑的建设性意见.