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    大兴安岭南段陆相二叠系-三叠系界线地层序列及其意义:来自锆石U-Pb年代学和生物地层学的证据

    张渝金 张超 谭红艳 李伟 杨晓平 杨涛 马永非 刘淼 司秋亮 汪岩

    引用本文:
    Citation:

    大兴安岭南段陆相二叠系-三叠系界线地层序列及其意义:来自锆石U-Pb年代学和生物地层学的证据

      作者简介: 张渝金(1984—), 男, 高级工程师, 博士, 主要从事区域地质调查工作和地层与古生物、沉积岩等方面研究.
    • 基金项目:

      国家青年自然科学基金 41702032

      中国地质调查局项目 DD20160048-04

      中国地质调查局项目 DD20190039-06

      国家重点研发计划项目 2017YFC0601305-01

    • 中图分类号: P534

    Advance in Study of Terrestrial Permian-Triassic Boundary Stratigraphic Sequence in Southern Great Xing'an Range and Its Significance: Constraints from Zircon U-Pb Chronology and Biostratigraphy

    • CLC number: P534

    图(9)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-05-20
    • 刊出日期:  2019-10-01

    大兴安岭南段陆相二叠系-三叠系界线地层序列及其意义:来自锆石U-Pb年代学和生物地层学的证据

      作者简介: 张渝金(1984—), 男, 高级工程师, 博士, 主要从事区域地质调查工作和地层与古生物、沉积岩等方面研究
    • 1. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁沈阳 110034
    • 2. 沈阳师范大学古生物学院, 辽宁沈阳 110034
    基金项目:  国家青年自然科学基金 41702032中国地质调查局项目 DD20160048-04中国地质调查局项目 DD20190039-06国家重点研发计划项目 2017YFC0601305-01

    摘要: 陆相二叠纪-三叠纪地层划分与对比研究对认识该时期全球性重大生物和环境事件具有重要意义.以大兴安岭南段阿鲁科尔沁旗坤都地区新发现的下三叠统老龙头组为研究对象, 重点对二叠系-三叠系接触关系开展详细调查研究, 系统采集了界线上下的古生物化石, 对老龙头组火山岩进行了锆石U-Pb同位素测试分析, 并确定了老龙头组与下伏林西组呈平行不整合接触关系, 两者之间存在短暂沉积间断.生物地层显示林西组时代为晚二叠世晚期, 老龙头组古生物匮乏, 可能与二叠系-三叠系之交的生物灭绝事件有关.而老龙头组中3个同位素年龄值分别为251.5±2.2 Ma、249.7±2.5 Ma和249.5±1.8 Ma, 时代指示为早三叠世, 然而二叠系-三叠系界线的准确位置还需进一步研究.大兴安岭南段普遍存在可能与古亚洲洋闭合有关的早三叠世岩浆事件, 古亚洲洋沿着西拉木伦河缝合带发生碰撞闭合, 其闭合时限至少持续至早三叠世, 老龙头组是两大板块拼贴碰撞作用的产物.

    English Abstract

    • 大兴安岭南段在大地构造位置上归属于兴蒙造山带(即中亚造山带东段)(图 1a), 长期以来被认为是古亚洲洋最后消亡的关键地段, 先后受到古亚洲洋构造域、蒙古-鄂霍茨克构造域和古太平洋构造域的相互叠合与改造, 产生了“三种体制, 两次叠合”的复杂过程, 特殊的大地构造位置、复杂的地质演化历史使得东北地区成为地学界研究上述三大构造域演化的热点区域(唐克东, 1989; Miao et al., 2008; Jian et al., 2008; Xu et al., 2015; 赵英利等, 2016, 2018).关于西伯利亚板块与华北板块之间的最后缝合位置和拼贴时代长期存在分歧, 关于缝合带最终位置目前存在以下几种观点:(1)主流意见认为古亚洲洋沿着西拉木伦-长春-延吉缝合带最终闭合(王鸿祯, 1982; 李锦轶等, 2007; Wu et al., 2011; 韩国卿等, 2011李红英等, 2016赵英利等, 2016);(2)部分学者认为贺根山-黑河缝合带应为最终缝合线(苏养正, 1981; Miao et al., 2008);(3)还有一部分学者则认为索伦-林西缝合带为古亚洲洋最终闭合位置(Tang, 1990; Jian et al., 2008; 李益龙等, 2012).而关于古亚洲洋缝合时间也存有不同认识:(1)中泥盆世(Tang, 1990; Xu et al., 2015);(2)晚泥盆世-早石炭世(邵济安, 1991);(3)晚二叠世-早中三叠世(Şengör et al., 1993; Chen et al., 2000; 李锦轶等, 2007; Wu et al., 2011; 郑月娟等, 2014; 李红英等, 2016; 赵英利等, 2016)等.上述这些不同认识严重制约了兴蒙造山带的构造演化和基础地质深入研究, 大兴安岭南段广泛发育的二叠纪-三叠纪地层, 为一套承前启后的地层, 保存有丰富的地质记录, 从而成为研究该地区构造演化、沉积环境和生物演变的关键突破点.

      图  1  大地构造位置图(a)及区域地质简图(b)

      Figure 1.  Geotectonic location map(a) and regional geological map(b)

      关于二叠纪-三叠纪地层, 由于其结构复杂, 沉积类型多样, 海相和陆相地层分布都非常广泛, 各个地区发育差异也很大, 且大部分地区研究程度还很低(童金南等, 2019).目前以华南地区, 特别在二叠系-三叠系界线研究上尤为突出, 并确定了全球二叠系-三叠系界线层型剖面和点(殷鸿福和鲁立强, 2006).中国北方陆相二叠系-三叠系界线研究, 大部分学者主要针对新疆、华北等地区开展了大量的工作(Cao et al., 2008Chu et al., 2015Liu and Abdala, 2017), 而东北和内蒙地区的二叠系-三叠系界线研究仅有少量报道(和政军等, 1997郑月娟等, 2013, 2014刘兵等, 2014张海华等, 2015), 并多数是对幸福之路组的古生物化石和同位素进行了研究.近期, 在大兴安岭南段新发现了一套早三叠世沉积地层, 为深入研究二叠系-三叠系界线提供了新资料.

      大兴安岭南段上二叠统, 目前已统一称为林西组, 分布于西拉木伦河以北, 呈北东向展布.而早三叠世地层研究程度相对较低, 地层单位未统一, 分别称为老龙头组(张武等, 2006杨雅军等, 2012刘兵等, 2014杨兵等, 2014)、幸福之路组(朱儒峰和郑广瑞, 1992和政军等, 1997, 1998郑月娟等, 2013, 2014张海华等, 2015)、哈达陶勒盖组(姜万德, 1992丁秋红等, 2005), 同林西组相伴产出, 但出露较少, 主要分布于内蒙古巴林右旗、奈曼旗、科尔沁右翼前旗、扎赉特旗、扎兰屯等地, 以及黑龙江省龙江县一带.而大兴安岭地区下三叠统与下伏地层上二叠统林西组之间的接触关系存在两种不同的认识, 一种认为两者呈整合接触, 主要分布于黑龙江省龙江县地区(杨雅军等, 2012刘兵等, 2014), 另外一种则认为两者呈平行不整合接触, 主要分布于内蒙古林西县-巴林右旗地区(朱儒峰和郑广瑞, 1992和政军等, 1997郑月娟等, 2013张海华等, 2015).存在分歧的关键原因之一就是对大兴安岭地区晚二叠世-早三叠世地层研究程度还较低.

      通过近期开展的1:5万区域地质调查工作, 笔者在大兴安岭南段阿鲁科尔沁旗坤都地区新发现大量的早三叠世地层, 并发现了多处具有晚二叠世-早三叠世地层接触关系的野外露头.与此同时, 笔者在露头剖面上采集了植物化石、孢粉化石及同位素年龄进行了研究.本文则是对研究区新发现的二叠纪-三叠纪地层开展的系统研究, 旨在分析晚二叠世-早三叠世之交的沉积环境, 探讨其构造演化背景, 为古亚洲洋闭合在该地区的表现形式提供基础地质资料.

      • 研究区位于大兴安岭南段, 构造位置介于西拉木伦-长春-延吉缝合带和贺根山-黑河缝合带之间, 并处在索伦-林西缝合带中(图 1b), 特殊的构造位置一直是地质学者们研究的重要地区之一.研究区出露的前第四系地层主要包括二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系(图 2).

        图  2  内蒙古阿鲁科尔沁旗地区地质简图

        Figure 2.  Geological map of Arukeerqin, Inner Mongolia

        二叠系主要为上二叠统林西组, 在研究区广泛分布, 该套地层1:20万协力府幅将其称之为陶海营子组, 时代为晚三叠世.随后根据叶肢介和植物化石将其时代定为晚二叠世(王五力, 1984).内蒙古自治区地质矿产局(1996)将该套地层统归为上二叠统林西组, 并将其定义为一套黄绿、黄白色岩屑长石细砂岩、岩屑粉砂岩、灰黑色泥质粉砂岩、页岩、泥岩等细碎屑岩组合, 含丰富的动、植物化石(王五力等, 1984郑月娟等, 2013张渝金等, 2017).三叠系为本次工作在原新民组(J2x)煤系地层中新厘定出的一套红层, 并将其对比为老龙头组(后文将详细讨论), 主要为一套杂色复成分砂砾岩、含砾砂岩、灰紫色细砂岩、粉砂质凝灰岩夹青灰色凝灰岩组合, 时代为早三叠世.侏罗系和白垩系, 主要由中侏罗统新民组、上侏罗统满克头鄂博组、下白垩统玛尼吐组和白音高老组等组成, 它们构成了大兴安岭地区广泛分布的中生代火山岩, 其岩性主要为一套陆相中-酸性火山岩和陆相碎屑沉积岩组合.不整合覆盖在二叠系和三叠系之上, 上覆地层为第四系.

      • 本次工作在内蒙古阿鲁科尔沁旗坤都地区发现多处上二叠统林西组与下三叠统老龙头组的接触关系(图 3a~3c).界线之下为上二叠统林西组, 主要为一套湖泊相沉积, 由黑灰-青灰色的粉砂岩、泥岩、页岩、板岩夹细砂岩组成.可见到植物化石, 水平层理发育(图 3g).界线之上为老龙头组, 主要为一套河湖相沉积, 由杂色复成分砂砾岩、含砾砂岩、灰紫色细砂岩、粉砂质凝灰岩夹青灰色凝灰岩组成.底部常出现冲积扇辫状河的砾岩层(图 3d, 3e), 中部多出现滨浅湖相沉积, 水平层理发育(图 3k);界线之处常出现紫红色-黄褐色古风化壳(图 3d~3f), 表明两组之间存在有沉积间断, 但上下地层产状基本一致或呈小角度(< 5°)相交, 且上覆地层可见底砾岩, 因此两套地层之间存在沉积缺失, 但时限不会太长, 两者应为平行不整合接触关系.

        图  3  研究区老龙头组与林西组平行不整合接触关系的野外露头

        Figure 3.  Outcrop of parallel unconformity contact between Laolongtou Formation and Linxi Formation

        笔者对巴彦花水库综合剖面开展了系统采样工作(图 4), 界线之下林西组第2、4和6层中采集到大量的植物化石和孢粉化石, 在界线之上老龙头组第10、14和35层进行了孢粉化石采样工作, 在老龙头组第17、34和46层的火山岩夹层中采集了同位素样品.

        图  4  内蒙古阿鲁科尔沁旗地区下三叠统老龙头组综合柱状图

        Figure 4.  Integrated column of lower Triassic Laolongtou Formation in Arukeerqinqi, Inner Mongolia

      • 通过对采集的古生物样品分析鉴定发现林西组中富含植物化石和孢粉化石, 而老龙头组古生物化石种类稀少, 未见到动、植物大化石, 孢粉化石分析结果显示仅见有菌藻类化石.

      • 在林西组上部灰黑色粉砂岩和青灰色泥岩中采集到了丰富的植物化石(图 5), 主要为Paracalamites sp., P. frigidus, Pecopteris sp., P. unita, P. (Asterotheca) cyathea, Peltaspermum buevichae, Noeggerathiopsis sp., N. clercii, N. brevifolia, Gigantospermum wangii, Cordaitanthus sp., Asterophyllites sp., Callipteris sp., Annularia sp.等, 共计9属14种.另外, 黄本宏(1993)在该地区相当层位采集到Rhipidopsis taohaiyingensis, Paracalamites frigidus, P. similes, P. laticastatus, Prynadaeopteris anthriscifolia, P. ailaisshaorongensis, Pecopteris sp., P. cf. orientalis, Schizoneura manchuriensis, Compsopteris sp.等, 与笔者采集的化石基本一致.大部分为安加拉型代表属种, 是俄罗斯远东和中国北部安加拉植物群晚二叠世的常见分子, 其中寒带副芦木(Paracalamites frigidus)主要见于林西组(黄本宏, 1993), 是安加拉植物群的主要分子, 晚二叠世最为繁盛.而联合栉羊齿(Pecopteris unita)主要见于上石盒子组、大青山太原群和内蒙古林西组(张渝金等, 2017), 时代为晚石炭世至晚二叠世.桫椤栉羊齿(星囊蕨)(Pecopteris (Asterotheca) cyathea)广布于太原群、山西组及相当地层(黄本宏, 1993沈光隆, 1995), 上石炭统太原组、酒局子组及下二叠统黄岗梁组(黄本宏, 1993沈光隆, 1995), 伊春地区的上二叠统红山组(黄本宏, 1993), 时代为晚石炭世至晚二叠世, 本种在大兴安岭地区林西组中为首次出现.柯来西匙叶(Noeggerathiopsis clercii)主要见于上二叠统林西组(黄本宏, 1993).星叶属在内蒙、甘肃、山西等地的晚石炭世-晚二叠世地层中均有发现(沈光隆, 1995).卵巨籽(Gigantospermum wangii Lee)过去曾见于山西早-中二叠世地层中(沈光隆, 1995), 在内蒙古地区为首次发现;科达穗属(Cordaitanthus sp.)分布范围较广, 在欧洲、北美、东亚等地的晚石炭世-晚二叠世地层中均有发现(沈光隆, 1995).布氏盾籽(Peltaspermum buevichae)主要见于甘肃肃南县草岭大坂肃南组顶部(张泓和沈光隆, 1987), 中欧和西欧(Poort and Kerp, 1990), 时代为晚二叠世晚期, 该属种在东北和内蒙古地区为首次发现(张渝金等, 2017).综上所述, 研究区林西组植物化石的时代应为晚二叠世.

        图  5  内蒙古阿鲁科尔沁旗地区上二叠统林西组部分植物化石

        Figure 5.  The representative plant fossils of Upper Permian Linxi Formation in Arukeerqin, Inner Mongolia

      • 本次研究笔者在林西组上部(第2、4、6层)(图 4)及相对层位采集到孢粉化石共计19属24种(图 6), 主要为Cyclogranisporites sp., Baculatisporites sp., Urmites complicates, Protoconiferus sp., Protopinus sp., Protopinus latebrosa, Pristinuspollenites sp., Protohaploxypinus sp., Gardenasporites sp., Gardenasporites arcuatus, Taeniaesporites sp., Taeniaesporites leptocorpus, Taeniaesporites albertae, Pinuspollenites latilus, Piceaepollenites sp., Pseudopicea sp., Falcisporites sp., Platysaccus sp., Alisporites parvus, Alisporites communis, Potonieisporites sp., Klausipollenites sp., Podocarpidites sp., Pseudopinus sp..另外, 郑月娟等(2013)在林西组中部采集到Kraeuselisporites spinulosus, Alisporites communis, Falcisporites sp., Protohaploxypinus sp., Scutasporites xinjiangensis.该孢粉组合中蕨类植物孢子CyclogranisporitesBaculatisporites在古生代和中生代均常见, 而Kraeuselisporites 是晚二叠世-早三叠世的常见分子, Kraeuselisporites spinulosus在新疆吉木萨尔大龙口上二叠统梧桐沟组、锅底坑组中下部大量出现(欧阳舒等, 2004郑月娟等, 2013), 裸子植物花粉中褶叠宽沟粉(Urmites complicates)在本次孢粉组合中占绝对优势, 占孢粉总量56%, 主要出现在晚二叠世平地泉组;无肋纹的双囊粉有Klausipollenites, Alisporites, PiceaepollenitesFalcisporites, 曾大量出现在梧桐沟组、锅底坑组中下部(欧阳舒等, 2004)和林西地区林西组(杨兵等, 2014);具肋纹的双囊粉Protohaploxypinus, Gardenasporites, Taeniaesporites是晚二叠世-早三叠世的重要分子(欧阳舒等, 2004);单气囊花粉Potonieisporites等, 见于锅底坑组中下部层位(欧阳舒等, 2004)和林西地区林西组(杨兵等, 2014).综上所述, 阿鲁科尔沁旗地区孢粉组合与新疆梧桐沟组和锅底坑组中下部的孢粉组合可对比, 本次将工作区林西组孢粉化石称之为Kraeuselisporites spinulosus-Urmites complicates组合, 指示时代为晚二叠世晚期.

        图  6  内蒙古阿鲁科尔沁旗地区上二叠统林西组部分常见孢粉化石

        Figure 6.  The representative pollen grains of Upper Permian Linxi Formation in Arukeerqin, Inner Mongolia

      • 本次研究选取阿鲁科尔沁旗巴彦花水库综合剖面上老龙头组下、中、上部的3件火山岩样品为研究对象(图 4), 对其进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析测试.其样品岩性分别为青灰色安山质晶屑岩屑凝灰岩(样品编号:2016TW05)(图 7a~7b)、紫灰色钙铁质沉凝灰岩(样品编号:2016TW06)(图 7c~7d)和青灰色安山质晶屑岩屑凝灰岩(样品编号:2017TW08)(图 7e~7f).

        图  7  青灰色安山质晶屑岩屑凝灰岩(2016TW05)(a~b)、紫灰色钙铁质沉凝灰岩(2016TW06)(c~d)和青灰色安山质晶屑岩屑凝灰岩(2017TW08)(e~f)野外露头及镜下照片

        Figure 7.  Outcrop and microscopic photos of livid andestic crystalline lithic tuff(a-b), purple gray calciferric tuff(c-d) and livid andestic crystalline lithic tuff(e-f)

        青灰色安山质晶屑岩屑凝灰岩(2016TW05):凝灰结构, 块状构造, 主要由晶屑、岩屑组成, 被火山灰胶结.晶屑成分主要为长石, 呈棱角状, 粒径多在0.25~1.25 mm之间, 含量约为15%;长石主要为斜长石和正长石, 发育聚片双晶和卡钠联晶.岩屑成分主要为安山岩, 呈次棱角状, 部分浑圆状, 粒径多在0.2~2.0 mm之间, 含量约为70%.其他为火山灰, 含量约15%.

        紫灰色钙铁质沉凝灰岩(2016TW06):沉凝灰结构, 块状构造, 主要由粉砂级石英及长石晶屑、少量具磨圆度的陆源碎屑和钙铁质胶结物构成.其中火山碎屑由棱角状长石和石英晶屑组成, 粒度多在0.10~0.15 mm之间, 石英、长石含量分别约为10%和30%;陆源碎屑为具磨圆度的石英碎屑, 粒度小于0.05 mm, 含量约30%;胶结物为钙铁质, 钙质已经结晶为方解石细晶, 多呈集合体或分散状分布, 含量约10%;铁质呈黑褐色, 分散状碎屑间隙, 含量约20%.

        青灰色安山质晶屑岩屑凝灰岩(2017TW08):凝灰结构, 块状构造, 主要由晶屑、岩屑组成.晶屑成分主要为长石, 呈棱角状, 部分长石呈较自形板状, 粒径多在0.02~0.50 mm之间, 含量约为30%.长石主要为斜长石和正长石, 无色, 发育聚片双晶和卡钠联晶.岩屑成分主要为安山岩, 呈次棱角状-次圆状, 粒径多在0.04~1.00 mm之间, 含量约为55%.其他为火山灰, 含量约15%.晶屑和岩屑被火山灰胶结, 火山灰发生脱玻化现象.

        岩石薄片的制作和鉴定均在自然资源部东北矿产资源监督检测中心完成.测年样品的破碎和锆石的分选工作由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成.样品制靶和锆石阴极发光图像在北京中兴美科科技有限公司完成.LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱)锆石U-Pb定年测试由中国科学院海洋研究所大洋岩石圈与地幔动力学实验室进行完成.本次实验所采用的仪器为Agilent 7900型电感耦合等离子质谱(ICP-MS)仪及与之配套的Photon Machine激光剥蚀系统.激光剥蚀所用斑束直径为35 μm, 频率为8 Hz, 能量密度约为4.24 J/cm2, 以He为载气.以NIST610作为外部标准, 以29Si作为内部标准, 并采用哈佛大学国际标准锆石91500进行质量控制, 测试数据、加权平均年龄的误差均为1σ.对于<1 000 Ma的数据, 采用206Pb/238U年龄和207Pb/206Pb年龄的比值作为标准筛选U-Pb年龄数据, 谐和度≥95%的数据为有效数据.

      • 2016TW05样品CL图像显示锆石呈自形-半自形, 多为双锥柱状, 晶内可见裂纹, 晶棱略显钝化.粒径80~100 μm, 长宽比值多为3:2, 具有清晰的振荡环带(图 8a), 有较高的Th/U值(0.38~1.07)(附表 1), 反映了该样品具有岩浆成因锆石的特点.样品测试结果显示, 206Pb/238U锆石加权平均值为251.5±2.2 Ma(n=21, MSWD=0.86)(图 9a, 9b).

        图  8  老龙头组同位素锆石CL图像

        Figure 8.  CL dqkx-44-10-3314 of isotopic zircon from the Laolongtou Formation

        图  9  老龙头组同位素锆石U-Pb年龄

        Figure 9.  U-pb age of isotopic zircon from Laolongtou Formation

        2016TW06样品CL图像显示锆石呈半自形, 短柱状, 浑圆柱状, 表面从较光滑过渡到较粗糙状, 断口有溶磨痕迹.粒径80~100 μm, 长宽比为3:2, 具有清晰的振荡环带(图 8b), 具有较高的Th/U值(0.64~1.40)(附表 1), 反映了该样品具有岩浆成因锆石的特点.值得说明的是, 该样品为沉凝灰岩, 锆石分选性好, 搬运痕迹略明显, 推测该类锆石距母岩区较近.测试30个点, 全在谐和线上, 且年龄高度集中(图 9c), 物源应为一期的火山喷发作用的产物, 可代表地层形成的时代.2016TW05锆石样品测试结果显示, 206Pb/238U锆石加权平均值为249.7±2.5 Ma(n=30, MSWD=0.21)(图 9d).

        2017TW08样品CL图像显示锆石呈自形-半自形, 多为短柱状, 部分长柱状, 有裂纹, 可见凹坑沟槽等溶蚀痕迹, 晶棱晶锥均已钝化.粒径100~120 μm, 长宽比值多为3:2, 具有清晰的振荡环带(图 8c), 具有较高的Th/U值(0.52~1.07)(附表 1), 反映了该样品具有岩浆成因锆石的特点.测试结果显示, 206Pb/238U锆石加权平均值为249.5±1.8 Ma(n=27, MSWD=0.037)(图 9e, 9f).

      • 已有报道的大兴安岭中南段早三叠世地层主要有老龙头组(张武等, 2006杨雅军等, 2012刘兵等, 2014杨兵等, 2014)、幸福之路组(朱儒峰和郑广瑞, 1992和政军等, 1997, 1998郑月娟等, 2013, 2014张海华等, 2015)、哈达陶勒盖组(姜万德, 1992丁秋红等, 2005).其中老龙头组层型剖面位于龙江县济沁河乡孙家坟东山(P23), 自下而上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段, 总厚度约1 121 m, 与下伏地层孙家坟组呈整合接触关系, 时代为晚二叠世.《黑龙江省岩石地层》(1997)将建组剖面老龙头组第Ⅰ段划入林西组, 而建组剖面Ⅱ段和Ⅲ段仍属老龙头组, 其时代仍为早三叠世.朱儒峰和郑广瑞(1992)根据巴林右旗幸福之路苏木剖面新建立了下三叠统幸福之路组.和政军等(1997, 1998)根据新发现的叶肢介和介形类化石, 以及郑月娟等(2013)新发现的孢粉化石均进一步肯定了幸福之路组的时代为早三叠世.哈达陶勒盖组由吉林省区调队于1980年根据科尔沁右翼前旗索伦镇哈达陶勒盖剖面建组, 时代为早三叠世.丁秋红等(2005)根据孢粉化石将奈曼地区早三叠世沉积地层称为哈达陶勒盖组.近期, 马永非等(2017)司秋亮等(2018)根据哈达陶勒盖组内火山岩锆石U-Pb测年获得210~244 Ma系列年龄, 并证明了持续的火山活动.由此可见, 哈达陶勒盖组与老龙头组有明显的区别, 老龙头组和幸福之路组均以沉积岩为主, 夹有少量的火山碎屑岩, 伴有微弱的火山活动, 而后者则出现强烈的、持续的岩浆活动.另外, 杨雅军等(2012)认为幸福之路组为老龙头组的晚出同物异名, 故将大兴安岭中南段地区下三叠统这套红色碎屑岩夹中酸性火山岩均称之为老龙头组, 并定义老龙头组为一套以正常沉积碎屑岩为主夹中酸性火山岩和紫色层的地层, 未见顶, 底部以特有的紫色层出现, 与林西组灰黑色、灰绿色砂板岩呈整合或平行不整合接触关系.

        研究区出现的这套以沉积碎屑岩为主夹中酸性火山岩的地层, 1:20万协力府幅(辽宁省第二区调队, 1972)称之为中侏罗统新民组, 并沿用至今.但新发现的这套地层与新民组有较大区别:(1)岩石组合特征与新民组最大不同之处为存在多层紫红色沉积层(图 3k), 而新民组中未曾出现;新民组常见的煤层或煤线, 而在新发现的地层中不存在;(2)新发现的这套地层在下、中、上火山岩夹层中获取了3件锆石U-Pb同位素样品, 其年龄值分别为251.5±2.2 Ma、249.7±2.5 Ma和249.5±1.8 Ma, 时代指示为早三叠世, 而非中侏罗世.因此, 笔者根据区域地层对比、同位素年龄将其一部分从原新民组中厘定出来, 参照杨雅军等(2012)划分方案称之为老龙头组, 时代主体为早三叠世, 可能底部含少量晚二叠世晚期地层.

      • 中国北方陆相三叠系是以华北-塔里木地块为主体, 主要沉积于一些大小不等的内陆和山间河湖盆地中, 其地层序列具有统一古气候条件控制下的沉积特征, 即下-中三叠统为干旱-半干旱气候条件下的红色碎屑沉积(童金南等, 2019).本次工作在内蒙古自治区阿鲁科尔沁旗坤都地区发现几处二叠系与三叠系地层的接触关系, 具有区域性特点:(1)岩石组合方面, 上二叠统林西组为一套湖泊相沉积, 由黑灰-青灰色的粉砂岩、泥岩、页岩、板岩夹细砂岩组成, 整体呈灰暗色调的细碎屑沉积;而下三叠统老龙头组主要为一套河湖相沉积, 由杂色复成分砂砾岩、含砾砂岩、灰紫色细砂岩、粉砂质凝灰岩夹青灰色凝灰岩组成, 整体呈紫色调的粗碎屑沉积, 并且在底部常出现冲积扇辫状河的砾岩层(图 3d, 3e).(2)接触关系方面, 界线之处常出现紫红色-黄褐色古风化壳(图 3d, 3e), 古风化壳部分呈蜂窝状砂岩(图 3d, 3f), 部分呈土黄色黏土岩(图 3e), 接触面呈凹凸不平状(图 3e), 上覆地层为厚层砾岩(图 3d, 3e), 表明两组之间存在沉积间断.但是, 上、下地层产状基本一致或呈小角度(< 5°)相交, 上覆地层可见少量底砾岩(灰黑色粉砂岩), 同位素年龄也辅证了该套地层为早三叠世, 这些证据表明沉积缺失不会太久(小于一个阶或期), 但沉积环境却发生了巨大变化, 并伴有强烈的地壳抬升运动.因此, 阿鲁科尔沁旗坤都地区上二叠统林西组与下三叠统老龙头组应为平行不整合接触关系.(3)古生物方面, 林西组生物种类丰富, 含有各门类的动植物化石(王五力, 1984黄本宏, 1993张永生等, 2012郑月娟等, 2013张渝金等, 2017), 时代指示意义较强;而老龙头组生物种类贫瘠, 未见动植物大化石, 孢粉化石比较破碎, 无鉴定意义, 仅见少量菌藻类化石, 推测这可能与全球范围内早三叠世陆相生态系统的复苏有关.此外, 和政军等(1998)郑月娟等(2013)在原幸福之路组发现的动植物化石也主要采自于该组的中段和上段地层, 其下还有近200 m沉积未见任何化石, 似乎也证明了这一点.

      • 中国北方二叠纪-三叠纪之交的陆相生态系统和沉积环境均发生了巨大变化, 由温湿气候条件下的河湖相砂泥质沉积转变为干旱-半干旱气候条件下的红色碎屑沉积(童金南等, 2019).大兴安岭南段的陆相晚二叠世-早三叠世之交沉积环境同样也发生了较大的改变(朱儒峰和郑广瑞, 1992和政军等, 1997).从研究区老龙头组综合剖面可以看出(图 4), 界线之下林西组(仅描述上段顶部)主要为浅湖沉积类型;界线之上老龙头组存在冲积扇、三角洲及湖泊3种沉积类型, 并划分出2个完整的四级层序和1个不完整的四级层序.林西组主要是浅湖沉积, 以暗色泥质岩与粉砂岩为主, 水动力条件较弱, 水平纹层发育, 植物化石多为叶片(图 5), 靠近界线处见多层的波痕和泥裂(图 3g, 3h), 局部表现出滨湖特点.根据植物化石和地层地球化学研究表明林西组显示出温暖湿润的气候环境(张渝金等, 2017).界线之上老龙头组垂向上形成冲积扇(辫状河)-浅湖-冲积扇(辫状河)-滨湖-浅湖-三角洲前缘-三角洲砂坝沉积(图 4).底部为冲积扇-辫状河沉积, 砾岩主要为块状砾岩、砂质砾岩等, 砾岩成分主要为中性火山岩, 砾石混杂堆积, 并呈现高角度叠瓦状(图 3i), 表明近源搬运, 并具有较高的动能;底部发育板状交错层理, 向上发育块状层理、槽状交错层理, 见有冲刷面(图 3j).中部主要为三角洲和滨浅湖沉积体系, 夹有红色碎屑岩, 并伴有弱火山活动, 与沉积层呈互层产出(图 3k).上部表现为三角洲体系, 细砂岩夹大量的火山岩.

        从沉积记录所反映的古气候来看, 表明林西组为温暖湿润的浅湖-滨湖的环境, 水动力较弱, 岸上植被茂盛.老龙头组与下伏地层林西组沉积环境具有显著差异, 老龙头组中下部具有红层特征, 发育一套河流—湖泊相沉积的红色碎屑岩夹火山岩建造, 反映了炎热干燥的强氧化环境, 显示出半干旱-干旱气候特点.从中上部发育的砾石层, 推测早三叠世该地区存在大面积的地壳抬升、湖盆萎缩, 并伴随着多次火山喷发作用, 气候环境发生巨变, 这与北方早三叠世沉积环境基本一致, 均广泛存在一定规模的干热气候事件, 并发育不同程度的火山喷发事件.

      • 特殊的大地构造位置, 是研究古亚洲洋闭合的重要窗口, 地质学家们试图通过碎屑物物源示踪、岩浆活动、古生物地理区系等多方面研究西伯利亚板块与华北板块的闭合时限和板块缝合带位置.

        近年来, 多位学者通过区域内二叠纪、三叠纪沉积岩的物源示踪手段, 来探讨沉积物物源区的构造属性, 从而揭示西伯利亚板块与华北板块碰撞的最终位置和时限(韩国卿等, 2011刘兵等, 2014郑月娟等, 2014李红英等, 2016赵英利等, 2016王丹丹等, 2016).目前, 关于缝合线位置以西拉木伦河缝合带占有主导地位, 而古亚洲洋闭合时间还存在一定的争议.韩国卿等(2011)研究林西地区和克旗地区上二叠统林西组碎屑锆石年龄, 认为华北板块北缘与其北侧地块应在晚二叠世林西组沉积时期已经开始碰撞, 时代为早三叠世.刘兵等(2014)指出古亚洲洋闭合为晚二叠世-早三叠世.郑月娟等(2014)认为最年轻的峰值年龄(253 Ma)与华北板块和其北侧的陆块碰撞、拼贴相关的岩浆事件吻合, 推测西伯利亚和华北两大板块在晚二叠世已经闭合, 古亚洲洋消失;李红英等(2016)也认为两大板块在晚二叠世前已经拼合.赵英利等(2016)认为华北板块与“南蒙古地块”的碰撞拼合为自西向东的“剪刀”式模式, 古亚洲洋闭合时间为晚二叠世-早三叠世.王丹丹等(2016)认为两大板块在晚二叠世晚期尚未闭合, 很可能在早三叠世之后闭合, 古亚洲洋消失.上述资料通过对沉积岩的碎屑锆石分析, 表明该地区在二叠纪-三叠纪之间存在一次重要地质事件, 即华北板块与西伯利亚板块缝合事件, 越来越多的证据表明古亚洲洋闭合应为晚二叠世至早三叠世.

        与此同时, 大兴安岭中南部三叠纪岩浆活动陆续被发现, 张晓晖等(2006)在锡林浩特北-西乌旗发现早三叠世的英安岩-流纹岩, 认为是早中生代块体拼合后造山阶段的产物;张连昌等(2008)在内蒙古林西、大阪及林东等地区发现了一系列基性火山岩, 并认为大兴安岭南段早三叠世处于后造山伸展阶段, 也暗示该时期古亚洲洋沿西拉木伦-长春-延吉缝合带已闭合;李世超等(2017)在大兴安岭中段发现早三叠世O型埃达克岩;刘伟等(2007)发现林西北部龙头山岩体形成于早三叠世;刘建峰等(2013)在巴林右旗建设屯发现248.5±2.3 Ma的埃达克岩, 均认为受到古亚洲洋闭合作用的影响, 是晚二叠世古亚洲洋沿西拉木伦河缝合带闭合后, 加厚的新生下地壳部分熔融作用的产物;王子进等(2013)研究大兴安岭南段拜仁达坝岩浆活动, 认为在晚二叠世-早三叠世华北板块与西伯利亚板块碰撞缝合, 至早-中三叠世, 大量后碰撞花岗岩侵位, 下地壳拆沉并熔融形成了本区250~240 Ma埃达克岩.上述一系列岩浆事件研究表明该区域早三叠世开始进入后造山阶段, 并与古亚洲洋的碰撞闭合密切相关, 也表明晚二叠世至早三叠世该地区进入了重要的构造演化阶段.

        另外, 郑月娟等(2013)通过古生物化石分析认为西伯利亚和华北两大板块之间的古亚洲洋至少在250 Ma之前就已闭合.从古生物地理区系来看, 晚二叠世晚期开始已经出现了南北生物群的混生(黄本宏, 1993张永生等, 2012郑月娟等, 2013).上述研究无论从沉积岩物源示踪、岩浆活动还是古生物方面, 都对古亚洲洋的闭合进行了深入的研究, 并取得了重要进展.大多数研究成果趋于表明西伯利亚板块与华北板块最终缝合线为西拉木伦河缝合带, 古亚洲洋闭合时间大部分认为是晚二叠世、早三叠世或介于两者之间.

        本文研究的3件火山岩年龄样品分别采自于老龙头组的下、中、上部的3个位置(图 4), 加权平均值分别为251.5±2.2 Ma、249.7±2.5 Ma和249.5±1.8 Ma, 时代指示为早三叠世, 与郑月娟等(2014)张海华等(2015)在幸福之路组采集到的凝灰岩的时代基本一致.结合前人相关岩浆事件的报道(张晓晖等, 2006张连昌等, 2008刘建峰等, 2013), 笔者认为大兴安岭南段普遍存在与古亚洲洋闭合相关的早三叠世岩浆事件.而除了碎屑物物源、岩浆活动、古生物地理区系等之外, 由于古气候、古环境的剧变, 所反映出的地层之间的接触关系也是构造运动的重要判别标志.研究区老龙头组与下伏地层林西组呈平行不整合接触关系, 虽两者之间存在沉积间断, 但构造背景具有继承关系, 具有相同的褶皱形态和遭受相同程度的轻微变质作用, 表明两者受到了相同的构造域的影响.但是沉积环境却发生了巨大改变, 早三叠世气候干热, 老龙头组以红层为特点, 出现同造山磨拉石特征的陆相沉积(和政军等, 1997李锦轶等, 2007).相当层位出现具有华夏植物群和安加拉植物群混生特点的孢粉化石组合(郑月娟等, 2013), 表明早三叠世古亚洲洋已经闭合, 老龙头组沉积环境可能受到了古亚洲洋闭合作用的影响.综上所述, 古亚洲洋沿着西拉木伦河缝合带发生碰撞闭合, 其闭合时限至少持续至早三叠世, 老龙头组是两大板块拼贴碰撞作用的产物.

      • (1)新厘定出研究区早三叠世老龙头组, 并确定与下伏地层林西组呈平行不整合接触关系, 两者之间存在短暂的沉积间断;界线附近获得了植物化石和孢粉化石, 丰富了北方陆相二叠系-三叠系界线的基础地质资料.

        (2)老龙头组火山岩夹层中共获得3个同位素年龄, 分别为251.5±2.2 Ma、249.7±2.5 Ma和249.5±1.8 Ma, 指示老龙头组的时代为早三叠世, 并确定大兴安岭南段普遍存在可能与古亚洲洋闭合有关的早三叠世岩浆事件.

        (3)结合前人研究资料, 认为古亚洲洋沿着西拉木伦河缝合带发生碰撞闭合, 其闭合时限至少持续至早三叠世, 老龙头组是两大板块拼贴碰撞作用的产物.

    参考文献 (95)

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