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(jì)60年代開始,對(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)大比例尺實(shí)測地層剖面以及典型露頭進(jìn)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(duì)德勒烏拉組的巖性組合、地層時(shí)代、構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)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(shí)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(shí)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(duì)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(gè)巖石地層單位,并著重對(duì)德勒烏拉組進(jìn)行詳細(xì)研究。2火山-沉積相德勒烏拉組為本次工作中新識(shí)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(gè)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(shí)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(bǔ)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(cuò)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(dòng)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(shí)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(biāo)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(xì)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(xì)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖11-b)顯示明顯虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta,富集大離子親石元素Rb、Th,還存在Sr、Eu的負(fù)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(duì)比表1通過實(shí)測地層剖面的研究,同時(shí)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(jìn)行了巖性組合、古生物面貌、同位素年齡等方面的對(duì)比(表5)。綜上對(duì)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(gè)巖性組合具有比較好的可對(duì)比性,同時(shí)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(jìn)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(shí)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(gè)方面將德勒烏拉組的時(shí)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(gè)樣品點(diǎn)測定一次鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500,每測20個(gè)樣品點(diǎn)測定一次NISTSRM610。每個(gè)樣品的數(shù)據(jù)采集時(shí)間共100s,其中前20s為氣體背景采集時(shí)間。離線數(shù)據(jù)處理采用GLITTER4.0程序進(jìn)行,年齡計(jì)算以91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正;元素含量以NISTSRM610為外標(biāo)、Si作內(nèi)標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。樣品的加權(quán)平均年齡的計(jì)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(gè)樣品的測試結(jié)果,對(duì)樣品0310.9選取24個(gè)點(diǎn)、樣品215-19選取20個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析,測試結(jié)果見表6,諧和圖上所有樣品投點(diǎn)均落在諧和線上(圖14),4個(gè)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(gè)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(yuǎn)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(zhǔn)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(tái)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(shí)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(dòng)陸緣環(huán)境。德勒烏拉組火山巖明顯虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta,富集大離子親石元素Rb、Th,具Eu負(fù)異常,顯示具有島弧或活動(dòng)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(dòng)大陸邊緣火山弧或島弧環(huán)境。程銀行等曾對(duì)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(jìn)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(shí)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(shí)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(gè)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(qiáng)元素Nb、T