内蒙古东乌旗地区早古生代火山岩岩石地层的解体

内蒙古东乌旗地区早古生代火山岩岩石地层的解体

内蒙古东乌旗晚古生代发育一套陆地相火山岩沉积层，称为宝丽高庙群（cpbl）。自20世纪60年代开始,对于该组的研究获得了大量资料,但在地层层序、岩性组合及地层时代方面还存在不足。笔者通过参与内蒙古1∶5万杭嘎拉土乌拉等4幅区调工作,发现原宝力高庙组实际上包含了2套岩石组合,依据岩石地层单位组的命名原则,笔者建议将原宝力高庙组解体,对下部一套火山岩仍保留宝力高庙组这一称谓,并将上部地层命名为德勒乌拉组。笔者拟通过对大比例尺实测地层剖面以及典型露头进行剖析,厘清宝力高庙组与德勒乌拉组之间的层序关系,结合德勒乌拉组在区域上的展布特征,确定该组与下伏地层之间的接触关系,并着重对德勒乌拉组的岩性组合、地层时代、构造环境进行详细研究。1河流相复成分测区原宝力高庙组所包含的2套火山-沉积地层之间为角度不整合接触,并在岩性、岩相组合、地层时代,以及地球化学特征等方面均存在较大差异(表1),二者之间的差异简述如下:(1)接触关系。区域上德勒乌拉组与下伏地层呈角度不整合接触。在德勒乌拉北东及乌讷格特北部近水平产出的德勒乌拉组覆盖在倾斜的泥盆系之上(图1),敦德布勒讷一带德勒乌拉组河流相复成分砾岩与宝力高庙组安山岩、泥盆系安格尔音乌拉组之间呈明显的角度不整合接触(图2,3),西部幸福公社一带其不整合于泥盆系安格尔音乌拉组、泥鳅河组及志留系卧都河组之上。(2)岩石组合,宝力高庙组主要为安山岩、安山质晶屑岩屑凝灰岩夹少量流纹岩,而德勒乌拉组岩性组合较宝力高庙组偏碱性,为一套粗安质熔岩、凝灰质砾岩、粗面质晶屑岩屑凝灰岩及粗面岩、流纹岩。(3)地层时代,本次工作分别从2套火山岩中采集了共6件年代学样品,获得宝力高庙组和德勒乌拉组火山岩的锆石U-Pb年龄分别为317±2,320±1Ma和(302.3±1.7),(309.7±1.1)Ma,测区东部沙麦地区以及西部幸福公社一带也同样获得相近的年龄差异。为便于区域地层的划分对比,依据上述3方面证据笔者建议将原宝力高庙组解体为宝力高庙组与德勒乌拉组2个岩石地层单位,并着重对德勒乌拉组进行详细研究。2火山-沉积相德勒乌拉组为本次工作中新识别出的岩石地层单位,其定义为一套中酸性、钙碱性-碱性的火山-沉积岩,岩性组合:下部为粗安质含角砾熔岩,河湖相凝灰质砂岩、砾岩,粗面质火山碎屑岩,顶部为粗面岩、流纹岩。2.1德勒车岩岩性特征通过典型地层剖面研究,依据该组的岩性组合特征将德勒乌拉组划分为2个岩性段:下段底部为一套粗安质含角砾熔岩,顶部为河湖相凝灰质砂岩、砾岩;上段下部为爆发相火山碎屑岩,上部为溢流相粗面岩,总厚度约500m。实测剖面A-A′(图4)如下(剖面位置:115°44′24″E,45°22′47″N):东北部敦德布勒讷一带出露德勒乌拉组河湖相凝灰质砂岩、砾岩(图5),其下部与宝力高庙组安山岩呈角度不整合接触,现将测区东部剖面B-B′补充描述如下(剖面位置:115°54′11″E,51°45′29″N):德勒乌拉地区该组岩性出露较齐全,下段顶部河湖相凝灰质砂岩与宝力高庙组含角砾安粗质熔岩呈角度不整合接触,上段火山碎屑岩、粗面岩与上段凝灰质砂岩整合接触,剖面C-C′(图6)地层层序如下(剖面位置115°41′32″E,45°24′51″N):德勒乌拉组可分为2段:下段以粗安质熔岩为主,顶部为凝灰质砂岩、砾岩;上段为粗面质火山碎屑岩、粗面岩,二者之间为整合接触关系,现将其岩性特征描述如下:(1)德勒乌拉组下段其底部粗安质熔岩主要出露于德勒乌拉东南一带,该套熔岩底部钾长石斑晶自形程度很好,部分可见环带结构,向上长石斑晶逐渐变小且略具定向性(图7-A),凝灰岩水平层理发育,岩层中含有大小约1cm的椭圆状火山灰球,角砾熔岩中的角砾也呈定向排列(图7-B),顶部火山碎屑沉积岩在测区不同位置出露的岩性不同,在德勒乌拉一带主要为湖泊相的凝灰质粉砂岩、凝灰质板岩,向上火山碎屑物含量增加,岩性为沉凝灰岩,岩层中发育水平层理、粒序层理及大型板状交错层理。在札拉哈德等东部地区,则为河流相凝灰质、流纹质胶结的砾岩,岩石具有典型的河流二元结构特征及叠瓦状构造(图7-C),砾石砾径较大,为2~6cm。(2)德勒乌拉组上段下部为爆发相的火山碎屑物,火山口附近为集块岩,而分布较广泛的为火山角砾岩,晶屑、岩屑凝灰岩(图7-E),这些火山碎屑物将湖泊及河流填塞,在湖泊沉积中可见巨大的集块岩滑块体。上部为继爆发相后的溢流相火山物质,岩性为粗面岩(图7-D)。粗面岩是德勒乌拉组出露最广泛的岩石,也是该组区别于宝力高庙组岩性的代表性岩石类型。此外,部分岩层顶部可见石泡(图7-F),岩层中含有少量集块、角砾,发育大型柱状节理,岩层中流面发育,岩浆流动形成多种形态的褶曲现象,整体上流面产状平缓,位于火山口附近产状较陡立。2.3粗面安山岩中金相组织的“角闪石微量元素”(1)粗面安山岩(PM017-0-1)岩石具斑状结构,基质为交织结构,块状构造,斑晶为:(1)斜长石(φB=30%),正交镜下见聚片双晶;(2)正长石(10%),卡氏双晶发育;(3)少量普通辉石(5%),有时可见碱性长石构成斜长石斑晶的“外壳”,该特征是鉴定粗面安山岩的重要标志。基质主要由针状斜长石和少量正长石微晶组成,针状斜长石和角闪石相互交织构成交织结构(图8-A)。(2)凝灰质长石、石英砂岩-凝灰质粉砂岩组合(b3-6)凝灰质砂岩具细粒砂状结构,层状构造,碎屑物主要为石英(45%)、钾长石(10%),具有弱定向性,碎屑物总体分选较好,磨圆度中等,为次棱角-次圆状,杂基支撑,孔隙式胶结,胶结物主要为凝灰质(45%)。凝灰质粉砂岩主要由极细粒(<0.01mm)的凝灰质颗粒组成(图8-B)。(3)粗面岩(b0305-25-1)岩石具斑状结构,基质为粗面结构,块状构造,斑晶为半自形粒状正长石(8%)、斜长石(4%),具有聚片双晶,NP′∧(010)=17°,属中长石,已暗化的片状黑云母(2%),基质为长柱状正长石微晶,密集的碱性长石微晶呈定向或半定向排列形成典型的粗面结构(图8-C)。2.4稀土元素特征德勒乌拉组火山岩的常量元素具有以下基本特征(表2),其w(SiO2)为58.37%~71.91%,总体w(K2O)(1.83%~5.41%)较高,w(Na2O+K2O)=5.55%~8.93%。由火山岩TAS图解可知(图9)可知,德勒乌拉组岩性为粗面安山岩-英安岩-流纹岩,总体为中酸性火山岩,岩浆成分连续,这与野外观察到的岩石组合特征及镜下鉴定结果是一致的。w(K2O)-w(SiO2)图解显示为高钾钙碱性火山岩系列(图10)。德勒乌拉组火山岩的稀土元素具有以下特征(表3),在球粒陨石标准化图解上(图11-a):稀土元素总量(ΣREE)=155.93×10-6~201.24×10-6(不含Y),LREE/HREE=6~6.67,(La/Yb)N=5.64~7.31,其中流纹岩和英安岩具明显负Eu异常(δEu=0.35~0.5),总体表现出轻稀土元素较富集,重稀土元素平坦,轻重稀土元素略有分异,略右倾稀土元素配分型式特点。德勒乌拉组火山岩的微量元素具有以下特征(表4),其在原始地幔标准化蛛网图上(图11-b)显示明显亏损高场强元素Nb、Ta,富集大离子亲石元素Rb、Th,还存在Sr、Eu的负异常,说明其喷发过程中发生了斜长石的分离结晶作用。3面的对比表1通过实测地层剖面的研究,同时结合近期工作成果,笔者将德勒乌拉组与邻区同层位地层进行了岩性组合、古生物面貌、同位素年龄等方面的对比(表5)。综上对比可知,德勒乌拉组火山岩岩性组合为粗面-流纹质火山碎屑岩、粗面岩、流纹岩、凝灰质砂岩、砾岩,尽管由于陆相火山岩的特殊性,区域不同位置粗面质、流纹质二者所占的比例可能不同,但整个岩性组合具有比较好的可对比性,同时地层中的火山碎屑沉积岩在岩性、沉积相及其产出的古生物化石等方面也可以进行区域对比,并且各地区测得的同位素年龄值也基本一致。4时间讨论笔者结合地质体之间的接触关系、同位素年代数据以及古生物组合3个方面将德勒乌拉组的时代予以确定。4.1粗面岩的地球化学特征本次工作在德勒乌拉组火山岩中共采集了4件年龄样品,宝力高庙组中采集了2件样品。采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法获得德勒乌拉组的年龄数据(表6)。样品测试工作在天津地质调查中心实验室进行,激光剥蚀孔径32μm,脉冲8Hz,以He作为剥蚀物质的载气。样品分析流程为每测5个样品点测定一次锆石标准91500,每测20个样品点测定一次NISTSRM610。每个样品的数据采集时间共100s,其中前20s为气体背景采集时间。离线数据处理采用GLITTER4.0程序进行,年龄计算以91500作外标进行同位素分馏校正;元素含量以NISTSRM610为外标、Si作内标进行计算。样品的加权平均年龄的计算及谐和图的绘制采用Isoplot/Ex3.7。德勒乌拉组粗面岩的锆石CL图像显示,锆石自形程度较好,呈柱状,粒径在50~150μm之间,晶棱清晰,发育明显的振荡环带(图11-c),且锆石的Th/U比值介于0.43~0.66之间,具典型的岩浆锆石特征。笔者仅列举其中2个样品的测试结果,对样品0310.9选取24个点、样品215-19选取20个点进行分析,测试结果见表6,谐和图上所有样品投点均落在谐和线上(图14),4个样品所测加权平均年龄介于(309.7±1.1)~(302.3±1.7)Ma,属晚石炭世中晚期,而宝力高庙组的2个样品获得的年龄分别为317Ma和320Ma,为晚石炭世早期。4.2晚石炭世植物群虽然在德勒乌拉一带的德勒乌拉组中未发现生物化石,但在1∶5万内蒙古东乌旗狠麦温都尔地区矿产远景调查工作中发现宝力高庙组沉积夹层(相当于本文德勒乌拉组的凝灰质砂岩层位)中含丰富的植物化石。德勒乌拉组的植物化石包含安加拉植物群分子、华夏植物群分子以及冈瓦纳植物群分子,化石组合特征显示为混生植物区,其中N.otozamioidesSzeetLee(耳状脉羊齿),Bothrodendronsp.是晚石炭世产物,在上石炭统太原组地层中常见。Angaropteridiumcwdiopteroides(Schmalh)zal则常见于俄罗斯库兹涅斯克、霍尔维杨等地区的上石炭统地层中。Noe.cf.lotifoliaNeuburg,Noe.derzaviniiNeuburg和Noe.cf.candalepensZal.等化石则主要分布于我国的准噶尔、蒙古国阿尔泰山和俄罗斯的西伯利亚、米努辛等地的上石炭统地层中。5德勒拉-东方台火山岩形成环境分析研究区位处贺根山断裂带北侧,早海西与晚海西不同发展阶段的转换地带,断裂带北侧为上石炭统宝力高庙组与德勒乌拉组的一套陆相火山-沉积岩系,南侧同时代的格根敖包组则为海相岛弧环境的火山-沉积岩,且与下伏泥盆系蛇绿岩呈角度不整合接触,区域构造环境显示德勒乌拉组火山岩可能位于活动陆缘环境。德勒乌拉组火山岩明显亏损高场强元素Nb、Ta,富集大离子亲石元素Rb、Th,具Eu负异常,显示具有岛弧或活动大陆边缘火山弧环境形成的特征,在Th/Yb-Ta/Yb图解(图13)及Hf/3-TH-Ta判别图解(图14)中该组火山岩落入活动大陆边缘火山弧或岛弧环境。程银行等曾对侵入于德勒乌拉组及宝力高庙组的晚石炭世二长花岗岩进行了研究,显示其为后碰撞早期伸展阶段的产物。综上所述,研究区在晚古生代是碰撞挤压环境到碰撞后伸展转换的阶段,说明这一时期经历了早海西构造旋回的结束以及晚海西构造旋回的开始,这为古亚洲构造域的洋、陆转换时限提供了新的重要依据。6德勒车组与下伏地层的关系(1)将内蒙古东乌旗地区原宝力高庙组解体为2个岩石地层单位,下部以安山质火山岩为主的地层仍称为宝力高庙组,上部以粗面质火山岩为主的火山-沉积地层建议命名为德勒乌拉组,并将新建的德勒乌拉组划分为2段:下段为凝灰质砂砾岩、火山碎屑岩组合;上段为粗面岩夹少量英安岩、流纹岩组合,二者之间为整合接触关系。(2)德勒乌拉组底部砾岩产状水平,分别覆盖于倾斜的下伏志留系、泥盆系及石炭系之上,且区域上普遍缺失下石炭统沉积记录,结合上述证据确定德勒乌拉组与下伏地层为角度不整合接触关系。(3)德勒乌拉组火山岩w(SiO2)=58.37%~71.91%,为中酸性火山岩,w(K2O)较高,属高钾钙碱性火山岩系列,稀土元素总体表现出轻稀土元素较富集,重稀土元素平坦的略右倾稀土元素配分模式,明显亏损高场强元素Nb、T