內(nèi)蒙古東烏旗地區(qū)早古生代火山巖巖石地層的解體

內(nèi)蒙古東烏旗地區(qū)早古生代火山巖巖石地層的解體

內(nèi)蒙古東烏旗晚古生代發(fā)育一套陸地相火山巖沉積層，稱為寶麗高廟群（cpbl）。自20世紀60年代開始,對于該組的研究獲得了大量資料,但在地層層序、巖性組合及地層時代方面還存在不足。筆者通過參與內(nèi)蒙古1∶5萬杭嘎拉土烏拉等4幅區(qū)調(diào)工作,發(fā)現(xiàn)原寶力高廟組實際上包含了2套巖石組合,依據(jù)巖石地層單位組的命名原則,筆者建議將原寶力高廟組解體,對下部一套火山巖仍保留寶力高廟組這一稱謂,并將上部地層命名為德勒烏拉組。筆者擬通過對大比例尺實測地層剖面以及典型露頭進行剖析,厘清寶力高廟組與德勒烏拉組之間的層序關(guān)系,結(jié)合德勒烏拉組在區(qū)域上的展布特征,確定該組與下伏地層之間的接觸關(guān)系,并著重對德勒烏拉組的巖性組合、地層時代、構(gòu)造環(huán)境進行詳細研究。1河流相復(fù)成分測區(qū)原寶力高廟組所包含的2套火山-沉積地層之間為角度不整合接觸,并在巖性、巖相組合、地層時代,以及地球化學(xué)特征等方面均存在較大差異(表1),二者之間的差異簡述如下:(1)接觸關(guān)系。區(qū)域上德勒烏拉組與下伏地層呈角度不整合接觸。在德勒烏拉北東及烏訥格特北部近水平產(chǎn)出的德勒烏拉組覆蓋在傾斜的泥盆系之上(圖1),敦德布勒訥一帶德勒烏拉組河流相復(fù)成分礫巖與寶力高廟組安山巖、泥盆系安格爾音烏拉組之間呈明顯的角度不整合接觸(圖2,3),西部幸福公社一帶其不整合于泥盆系安格爾音烏拉組、泥鰍河組及志留系臥都河組之上。(2)巖石組合,寶力高廟組主要為安山巖、安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r夾少量流紋巖,而德勒烏拉組巖性組合較寶力高廟組偏堿性,為一套粗安質(zhì)熔巖、凝灰質(zhì)礫巖、粗面質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r及粗面巖、流紋巖。(3)地層時代,本次工作分別從2套火山巖中采集了共6件年代學(xué)樣品,獲得寶力高廟組和德勒烏拉組火山巖的鋯石U-Pb年齡分別為317±2,320±1Ma和(302.3±1.7),(309.7±1.1)Ma,測區(qū)東部沙麥地區(qū)以及西部幸福公社一帶也同樣獲得相近的年齡差異。為便于區(qū)域地層的劃分對比,依據(jù)上述3方面證據(jù)筆者建議將原寶力高廟組解體為寶力高廟組與德勒烏拉組2個巖石地層單位,并著重對德勒烏拉組進行詳細研究。2火山-沉積相德勒烏拉組為本次工作中新識別出的巖石地層單位,其定義為一套中酸性、鈣堿性-堿性的火山-沉積巖,巖性組合:下部為粗安質(zhì)含角礫熔巖,河湖相凝灰質(zhì)砂巖、礫巖,粗面質(zhì)火山碎屑巖,頂部為粗面巖、流紋巖。2.1德勒車巖巖性特征通過典型地層剖面研究,依據(jù)該組的巖性組合特征將德勒烏拉組劃分為2個巖性段:下段底部為一套粗安質(zhì)含角礫熔巖,頂部為河湖相凝灰質(zhì)砂巖、礫巖;上段下部為爆發(fā)相火山碎屑巖,上部為溢流相粗面巖,總厚度約500m。實測剖面A-A′(圖4)如下(剖面位置:115°44′24″E,45°22′47″N):東北部敦德布勒訥一帶出露德勒烏拉組河湖相凝灰質(zhì)砂巖、礫巖(圖5),其下部與寶力高廟組安山巖呈角度不整合接觸,現(xiàn)將測區(qū)東部剖面B-B′補充描述如下(剖面位置:115°54′11″E,51°45′29″N):德勒烏拉地區(qū)該組巖性出露較齊全,下段頂部河湖相凝灰質(zhì)砂巖與寶力高廟組含角礫安粗質(zhì)熔巖呈角度不整合接觸,上段火山碎屑巖、粗面巖與上段凝灰質(zhì)砂巖整合接觸,剖面C-C′(圖6)地層層序如下(剖面位置115°41′32″E,45°24′51″N):德勒烏拉組可分為2段:下段以粗安質(zhì)熔巖為主,頂部為凝灰質(zhì)砂巖、礫巖;上段為粗面質(zhì)火山碎屑巖、粗面巖,二者之間為整合接觸關(guān)系,現(xiàn)將其巖性特征描述如下:(1)德勒烏拉組下段其底部粗安質(zhì)熔巖主要出露于德勒烏拉東南一帶,該套熔巖底部鉀長石斑晶自形程度很好,部分可見環(huán)帶結(jié)構(gòu),向上長石斑晶逐漸變小且略具定向性(圖7-A),凝灰?guī)r水平層理發(fā)育,巖層中含有大小約1cm的橢圓狀火山灰球,角礫熔巖中的角礫也呈定向排列(圖7-B),頂部火山碎屑沉積巖在測區(qū)不同位置出露的巖性不同,在德勒烏拉一帶主要為湖泊相的凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)板巖,向上火山碎屑物含量增加,巖性為沉凝灰?guī)r,巖層中發(fā)育水平層理、粒序?qū)永砑按笮桶鍫罱诲e層理。在札拉哈德等東部地區(qū),則為河流相凝灰質(zhì)、流紋質(zhì)膠結(jié)的礫巖,巖石具有典型的河流二元結(jié)構(gòu)特征及疊瓦狀構(gòu)造(圖7-C),礫石礫徑較大,為2~6cm。(2)德勒烏拉組上段下部為爆發(fā)相的火山碎屑物,火山口附近為集塊巖,而分布較廣泛的為火山角礫巖,晶屑、巖屑凝灰?guī)r(圖7-E),這些火山碎屑物將湖泊及河流填塞,在湖泊沉積中可見巨大的集塊巖滑塊體。上部為繼爆發(fā)相后的溢流相火山物質(zhì),巖性為粗面巖(圖7-D)。粗面巖是德勒烏拉組出露最廣泛的巖石,也是該組區(qū)別于寶力高廟組巖性的代表性巖石類型。此外,部分巖層頂部可見石泡(圖7-F),巖層中含有少量集塊、角礫,發(fā)育大型柱狀節(jié)理,巖層中流面發(fā)育,巖漿流動形成多種形態(tài)的褶曲現(xiàn)象,整體上流面產(chǎn)狀平緩,位于火山口附近產(chǎn)狀較陡立。2.3粗面安山巖中金相組織的“角閃石微量元素”(1)粗面安山巖(PM017-0-1)巖石具斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶為:(1)斜長石(φB=30%),正交鏡下見聚片雙晶;(2)正長石(10%),卡氏雙晶發(fā)育;(3)少量普通輝石(5%),有時可見堿性長石構(gòu)成斜長石斑晶的“外殼”,該特征是鑒定粗面安山巖的重要標志?；|(zhì)主要由針狀斜長石和少量正長石微晶組成,針狀斜長石和角閃石相互交織構(gòu)成交織結(jié)構(gòu)(圖8-A)。(2)凝灰質(zhì)長石、石英砂巖-凝灰質(zhì)粉砂巖組合(b3-6)凝灰質(zhì)砂巖具細粒砂狀結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,碎屑物主要為石英(45%)、鉀長石(10%),具有弱定向性,碎屑物總體分選較好,磨圓度中等,為次棱角-次圓狀,雜基支撐,孔隙式膠結(jié),膠結(jié)物主要為凝灰質(zhì)(45%)。凝灰質(zhì)粉砂巖主要由極細粒(<0.01mm)的凝灰質(zhì)顆粒組成(圖8-B)。(3)粗面巖(b0305-25-1)巖石具斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)為粗面結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,斑晶為半自形粒狀正長石(8%)、斜長石(4%),具有聚片雙晶,NP′∧(010)=17°,屬中長石,已暗化的片狀黑云母(2%),基質(zhì)為長柱狀正長石微晶,密集的堿性長石微晶呈定向或半定向排列形成典型的粗面結(jié)構(gòu)(圖8-C)。2.4稀土元素特征德勒烏拉組火山巖的常量元素具有以下基本特征(表2),其w(SiO2)為58.37%~71.91%,總體w(K2O)(1.83%~5.41%)較高,w(Na2O+K2O)=5.55%~8.93%。由火山巖TAS圖解可知(圖9)可知,德勒烏拉組巖性為粗面安山巖-英安巖-流紋巖,總體為中酸性火山巖,巖漿成分連續(xù),這與野外觀察到的巖石組合特征及鏡下鑒定結(jié)果是一致的。w(K2O)-w(SiO2)圖解顯示為高鉀鈣堿性火山巖系列(圖10)。德勒烏拉組火山巖的稀土元素具有以下特征(表3),在球粒隕石標準化圖解上(圖11-a):稀土元素總量(ΣREE)=155.93×10-6~201.24×10-6(不含Y),LREE/HREE=6~6.67,(La/Yb)N=5.64~7.31,其中流紋巖和英安巖具明顯負Eu異常(δEu=0.35~0.5),總體表現(xiàn)出輕稀土元素較富集,重稀土元素平坦,輕重稀土元素略有分異,略右傾稀土元素配分型式特點。德勒烏拉組火山巖的微量元素具有以下特征(表4),其在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖上(圖11-b)顯示明顯虧損高場強元素Nb、Ta,富集大離子親石元素Rb、Th,還存在Sr、Eu的負異常,說明其噴發(fā)過程中發(fā)生了斜長石的分離結(jié)晶作用。3面的對比表1通過實測地層剖面的研究,同時結(jié)合近期工作成果,筆者將德勒烏拉組與鄰區(qū)同層位地層進行了巖性組合、古生物面貌、同位素年齡等方面的對比(表5)。綜上對比可知,德勒烏拉組火山巖巖性組合為粗面-流紋質(zhì)火山碎屑巖、粗面巖、流紋巖、凝灰質(zhì)砂巖、礫巖,盡管由于陸相火山巖的特殊性,區(qū)域不同位置粗面質(zhì)、流紋質(zhì)二者所占的比例可能不同,但整個巖性組合具有比較好的可對比性,同時地層中的火山碎屑沉積巖在巖性、沉積相及其產(chǎn)出的古生物化石等方面也可以進行區(qū)域?qū)Ρ?并且各地區(qū)測得的同位素年齡值也基本一致。4時間討論筆者結(jié)合地質(zhì)體之間的接觸關(guān)系、同位素年代數(shù)據(jù)以及古生物組合3個方面將德勒烏拉組的時代予以確定。4.1粗面巖的地球化學(xué)特征本次工作在德勒烏拉組火山巖中共采集了4件年齡樣品,寶力高廟組中采集了2件樣品。采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年方法獲得德勒烏拉組的年齡數(shù)據(jù)(表6)。樣品測試工作在天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室進行,激光剝蝕孔徑32μm,脈沖8Hz,以He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。樣品分析流程為每測5個樣品點測定一次鋯石標準91500,每測20個樣品點測定一次NISTSRM610。每個樣品的數(shù)據(jù)采集時間共100s,其中前20s為氣體背景采集時間。離線數(shù)據(jù)處理采用GLITTER4.0程序進行,年齡計算以91500作外標進行同位素分餾校正;元素含量以NISTSRM610為外標、Si作內(nèi)標進行計算。樣品的加權(quán)平均年齡的計算及諧和圖的繪制采用Isoplot/Ex3.7。德勒烏拉組粗面巖的鋯石CL圖像顯示,鋯石自形程度較好,呈柱狀,粒徑在50~150μm之間,晶棱清晰,發(fā)育明顯的振蕩環(huán)帶(圖11-c),且鋯石的Th/U比值介于0.43~0.66之間,具典型的巖漿鋯石特征。筆者僅列舉其中2個樣品的測試結(jié)果,對樣品0310.9選取24個點、樣品215-19選取20個點進行分析,測試結(jié)果見表6,諧和圖上所有樣品投點均落在諧和線上(圖14),4個樣品所測加權(quán)平均年齡介于(309.7±1.1)~(302.3±1.7)Ma,屬晚石炭世中晚期,而寶力高廟組的2個樣品獲得的年齡分別為317Ma和320Ma,為晚石炭世早期。4.2晚石炭世植物群雖然在德勒烏拉一帶的德勒烏拉組中未發(fā)現(xiàn)生物化石,但在1∶5萬內(nèi)蒙古東烏旗狠麥溫都爾地區(qū)礦產(chǎn)遠景調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)寶力高廟組沉積夾層(相當(dāng)于本文德勒烏拉組的凝灰質(zhì)砂巖層位)中含豐富的植物化石。德勒烏拉組的植物化石包含安加拉植物群分子、華夏植物群分子以及岡瓦納植物群分子,化石組合特征顯示為混生植物區(qū),其中N.otozamioidesSzeetLee(耳狀脈羊齒),Bothrodendronsp.是晚石炭世產(chǎn)物,在上石炭統(tǒng)太原組地層中常見。Angaropteridiumcwdiopteroides(Schmalh)zal則常見于俄羅斯庫茲涅斯克、霍爾維楊等地區(qū)的上石炭統(tǒng)地層中。Noe.cf.lotifoliaNeuburg,Noe.derzaviniiNeuburg和Noe.cf.candalepensZal.等化石則主要分布于我國的準噶爾、蒙古國阿爾泰山和俄羅斯的西伯利亞、米努辛等地的上石炭統(tǒng)地層中。5德勒拉-東方臺火山巖形成環(huán)境分析研究區(qū)位處賀根山斷裂帶北側(cè),早海西與晚海西不同發(fā)展階段的轉(zhuǎn)換地帶,斷裂帶北側(cè)為上石炭統(tǒng)寶力高廟組與德勒烏拉組的一套陸相火山-沉積巖系,南側(cè)同時代的格根敖包組則為海相島弧環(huán)境的火山-沉積巖,且與下伏泥盆系蛇綠巖呈角度不整合接觸,區(qū)域構(gòu)造環(huán)境顯示德勒烏拉組火山巖可能位于活動陸緣環(huán)境。德勒烏拉組火山巖明顯虧損高場強元素Nb、Ta,富集大離子親石元素Rb、Th,具Eu負異常,顯示具有島弧或活動大陸邊緣火山弧環(huán)境形成的特征,在Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖13)及Hf/3-TH-Ta判別圖解(圖14)中該組火山巖落入活動大陸邊緣火山弧或島弧環(huán)境。程銀行等曾對侵入于德勒烏拉組及寶力高廟組的晚石炭世二長花崗巖進行了研究,顯示其為后碰撞早期伸展階段的產(chǎn)物。綜上所述,研究區(qū)在晚古生代是碰撞擠壓環(huán)境到碰撞后伸展轉(zhuǎn)換的階段,說明這一時期經(jīng)歷了早海西構(gòu)造旋回的結(jié)束以及晚海西構(gòu)造旋回的開始,這為古亞洲構(gòu)造域的洋、陸轉(zhuǎn)換時限提供了新的重要依據(jù)。6德勒車組與下伏地層的關(guān)系(1)將內(nèi)蒙古東烏旗地區(qū)原寶力高廟組解體為2個巖石地層單位,下部以安山質(zhì)火山巖為主的地層仍稱為寶力高廟組,上部以粗面質(zhì)火山巖為主的火山-沉積地層建議命名為德勒烏拉組,并將新建的德勒烏拉組劃分為2段:下段為凝灰質(zhì)砂礫巖、火山碎屑巖組合;上段為粗面巖夾少量英安巖、流紋巖組合,二者之間為整合接觸關(guān)系。(2)德勒烏拉組底部礫巖產(chǎn)狀水平,分別覆蓋于傾斜的下伏志留系、泥盆系及石炭系之上,且區(qū)域上普遍缺失下石炭統(tǒng)沉積記錄,結(jié)合上述證據(jù)確定德勒烏拉組與下伏地層為角度不整合接觸關(guān)系。(3)德勒烏拉組火山巖w(SiO2)=58.37%~71.91%,為中酸性火山巖,w(K2O)較高,屬高鉀鈣堿性火山巖系列,稀土元素總體表現(xiàn)出輕稀土元素較富集,重稀土元素平坦的略右傾稀土元素配分模式,明顯虧損高場強元素Nb、T