大兴安岭中段上二叠统-下三叠统接触关系研究——来自碎屑锆石年代学的证据

刘 兵, 温泉波, 刘永江, 李伟民, 冯志强, 周建平, 申 亮

(吉林大学 地球科学学院, 吉林 长春 130061)

大兴安岭中段上二叠统-下三叠统接触关系研究
——来自碎屑锆石年代学的证据

刘 兵, 温泉波, 刘永江, 李伟民, 冯志强, 周建平, 申 亮

(吉林大学 地球科学学院, 吉林 长春 130061)

华北板块北缘与其北部地块之间古亚洲洋闭合的时限, 涉及到大陆形成过程中的古洋陆格局及演化过程的重建。晚二叠世-早三叠世大兴安岭地区的构造演化过程是承上启下的转折时期, 即是古亚洲洋向古太平洋构造体系转变的关键时期。本文通过对大兴安岭中段龙江地区上二叠统林西组和下三叠统老龙头组砂岩样品进行系统的碎屑锆石 U-Pb同位素年代学研究, 证实林西组和老龙头组存在 280 Ma、370 Ma 和 500 Ma 的三组峰值年龄, 分别代表物源区存在早二叠世大石寨组火山岩、晚泥盆世-早石炭世岩浆弧以及北侧地块的统一基底, 林西组和老龙头组碎屑锆石最小年龄分别为 254 Ma 和 247 Ma, 结合野外实测剖面研究结果, 认为上二叠统林西组和下三叠统老龙头组连续沉积, 整合接触。1∶20 万地质图显示内蒙古东部大兴安岭大部分地区缺失三叠系, 笔者发现研究区晚侏罗世满克头鄂博组、白音高老组与下伏晚二叠世林西组呈角度不整合接触, 结合大兴安岭中部零星出露的早三叠世地层、二连盆地参 1 井中也存在早三叠世地层, 综合分析认为研究区应存在早三叠世地层, 上二叠统与下三叠统应为连续沉积, 现今多数地区早三叠世地层的缺失是由于后期构造抬升剥蚀造成的。根据上二叠统林西组和下三叠统老龙头组中碎屑锆石存在 1800 Ma 左右的典型华北板块基底年龄和两者的整合接触关系, 结合内蒙古贺根山缝合带中花岗闪长岩 244 Ma 的年龄以及双井子岩体、哈拉图岩体、吉林中部大玉山岩体均为后碰撞的地球化学特征, 认为华北板块北缘与其北侧地块群最终闭合时间应为 P3-T1。

锆石 U-Pb 年龄; 林西组; 老龙头组; 大兴安岭中段

0 引 言

华北板块北缘与其北部地块之间古亚洲洋闭合的时限, 既涉及到大陆形成过程中的古洋陆格局及演化过程的重建, 也与中国东北大陆地壳聚合时限及动力学机制、构造单元划分和成矿带的对比等重大地质构造及资源评价等问题密切相关, 因此一直是地质界关注和研究的热点。关于古亚洲洋闭合的时限, 一些学者基于不同的研究对象, 得出了泥盆纪(唐克东, 1992; 徐备和陈斌, 1997)、石炭纪早期(郭胜哲, 1986; 曹从周等, 1986; 邵济安, 1991)、二叠纪(Wang and Liu, 1986; 李锦轶, 1986, 1998; 王荃等, 1991; 吴泰然等, 1998)、二叠纪末-早三叠世(张艳斌等, 2002a, 2002b; Xiao et al., 2003; 孙德有等, 2004; 郗爱华等, 2006; 吴福元等, 2007; Miao et al., 2008)、中三叠世(Zhou and Wilde, 2013)等截然不同的认识。如果古亚洲洋闭合的时间为二叠纪末期,那么早三叠世地层与晚二叠世地层之间应为不整合接触, 三叠纪沉积应具有前陆盆地的沉积特征。内蒙古东部 1∶20 万地质图资料显示, 早三叠世地层大面积缺失, 仅在索伦、扎鲁特旗、龙江、嫩江等地出露, 岩性以正常沉积碎屑岩为主夹中酸性火山岩和紫色层。早三叠世地层的大面积缺失是由于华北板块与佳蒙地块在二叠纪末碰撞造山引起, 还是由于早三叠世地层沉积之后, 后期被构造运动剥蚀了, 有待进一步研究。尽管区域上早-中三叠世地层出露有限, 但总体上显示出与晚二叠世连续演化的从残余海到山间或山前磨拉石盆地的特征(内蒙古自治区地质矿产局, 1991)。因此, 选择合适的地区和研究对象, 对于上述问题的进一步深入研究非常重要。

晚二叠世-早三叠世在东北地区构造演化过程中是承上启下的关键地质时期, 即古亚洲洋闭合的结束时期, 被认为是古亚洲洋构造域向古太平洋构造域转换的关键时期(Zhou et al., 2009; Wu et al., 2011)。因此, 本文选择大兴安岭中段龙江地区上二叠统与下三叠统接触关系进行研究, 利用晚二叠世-早三叠世砂岩碎屑锆石 U-Pb 同位素年代学研究结果, 试对华北板块北缘与其北侧地块的碰撞拼贴过程、最终的闭合时间等问题进行探讨。

1 地质概况与样品选择采集

王成文(2008)等根据古生物地理学、岩石地层学、变质地质学、构造地质学等方面的研究, 提出由蒙古-鄂霍次克缝合带、西拉木伦河-延吉缝合带、中锡霍特俯冲带所围限的东北及邻区晚古生代为一巨大的稳定地块——佳蒙地块, 而佳蒙地块由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块以及东部的佳木斯地块组成, 研究区大兴安岭中段龙江地区处于兴安地块和松嫩地块的拼贴部位(图 1a)。

图 1 研究区地质构造简图(据郎嘉斌等, 2010①郎嘉斌, 孙跃武, 张淑芹. 2010. 松辽盆地外围晚古生代地层研究报告.修编)Fig.1 Simplified geological map of the study area

区域内发育上二叠统林西组和下三叠统老龙头组。林西组主要为一套黑色泥岩、粉砂岩、砂岩组成的碎屑沉积岩, 含丰富的淡水瓣鳃类和植物化石。老龙头组由下部陆缘沉积碎屑岩和上部火山岩组合构成, 其中紫色粉砂岩层产非海相双壳类化石。为了详细研究林西组与老龙头组的沉积、构造特征, 笔者对黑龙江省龙江县济沁河乡老龙头村东山进行了剖面实测, 剖面位置见图 1b。剖面主要控制上二 叠 统林西组(P3l)与 下三叠统老龙 头 组(T1l),包含 P/T 界限, 总长度 840 m, 其中实测林西组厚度＞640 m, 老龙头组厚度＞200 m(图 2)。林西组下部岩性主要以黄绿色砂岩、细砂岩夹粉砂岩为主, 顶部逐渐过渡为黄绿色砂岩、粉砂岩, 地层产状为 12°∠58°、13°∠66°, 含叶肢介、介形虫和瓣鳃等化石,属于陆相淡水沉积环境。老龙头组底部为紫色粉砂岩, 向上逐渐过渡为紫色泥质粉砂岩、紫色砂岩及紫色细砂岩, 地层产状 11°∠51°, 早三叠世多以紫色碎屑岩为主, 说明在沉积环境上已有了较大的改观, 气 候条件也转为干热 , 形成于干热沉 积 环境,这种环境的转变是渐变的。野外从岩性组合以及构造特征观察, 下三叠统老龙头组沉积在空间分布上与上二叠统林西组具有一致性, 两者为整合接触(图 2)。

图 2 黑龙江省龙江县上二叠统林西组和下三叠统老龙头组接触关系实测剖面Fig.2 The geological profile showing the contact between the Upper Permian Lixi Formation and the Lower Laolongtou Formation in Longjiang county, Heilongjiang province

样品 LLT-5 位于林西组(P3l)顶部, 地理坐标是122°32′11.0"E, 47°21′31.0"N, 野 外 产 状 12°∠58°,呈黄绿色, 中、细粒碎屑结构, 颗粒分选较差, 磨圆中等, 多为次棱角状-次圆角状, 颗粒支撑, 孔隙式或接触式胶结, 胶结物和基质含量少。长石岩屑砂岩薄片中的碎屑成分为石英含量 47%, 长石含量为36%, 岩屑含量为 17%, 泥质胶结普遍, 岩屑主要为火成岩岩屑、沉积岩岩屑和变质岩岩屑, 其中变质岩 岩 屑 较 少 , 副 矿 物 主 要 为 稳 定 矿 物 锆 石 等 , 不 稳定矿物有黑云母等, 反映了物源成分比较复杂, 定名为黄绿色岩屑长石砂岩。

样品 LLT-2 位于老龙头组(T1l)底部, 地理坐标是 122°32′9.2"E, 47°21′34.3"N, 野外产状 15°∠ 50°,呈紫红色, 细粒碎屑结构, 颗粒分选较差, 磨圆较差, 多为棱角状-次棱角状, 少数为次圆状, 颗粒支撑, 孔隙式或接触式胶结, 胶结物和基质含量少。显微镜下观察薄片中的碎屑成分为石英含量 45%, 长石含量 39%, 岩屑含量 16%, 单晶石英比多晶石英更常见, 胶结物和基质主要以泥质为主, 岩屑主要为火成岩岩屑、沉积岩岩屑和变质岩岩屑, 其中变质岩岩屑较少, 副矿物主要有黑云母、辉石、普通角闪石和锆石等, 定名为紫红色岩屑长石砂岩。

2 分析方法

砂岩样品破碎和锆石挑选由河北省区域地质调查大队地质实验室完成。碎屑锆石 U-Pb同位素定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。使用仪器为 激光 剥 蚀-等 离子 体 质谱 仪 (LA-ICP-MS),激 光 剥 蚀 系 统 为 德 国 MicroLas 公 司 生 产 的GeoLas200M。激光剥蚀以氦气作为剥蚀物质的载气,斑束直径为 44 μm, 频率为10 Hz, 激光能量为 90 mJ,每个分析点的气体背景采集时间为 30 s, 信号采集时间为40 s, 并用哈佛大学国际标准锆石91500标准锆石作为外标进行元素和同位素分馏校正, 具体测试过程详见Yuan et al. (2008), Diwu et al. (2008)。同位素 比值 数据 处理 采用 GLITTER(Ver. 4.0)进行 ,实验数据运用Andersen (2002)的方法进行普通Pb校正, 年龄计算采用ISOPLOT进行。

3 年代学测定结果

本文选择了龙江县济沁河乡老龙头村东山的 2件砂岩样品进行锆石 U-Pb 年龄测定, 测试结果见表1、表 2。锆石阴极发光图像及分析点表面年龄见图3a 和图 4a, 其 U-Pb 年龄谐和图和年龄分布曲线图分别见图 3b, 3c 和图 4b, 4c。

上二叠统林西组 LLT-5 砂岩样品中锆石多为无色透明, 少量呈紫色, 晶形以次浑圆、次棱角状、柱状为主, 少数为棱角钝化的自形柱状, 晶体中可见凹坑、沟槽及断口磨蚀痕迹, 见裂纹和固气相包体, 粒径以 0.1～0.15 mm 为主, 大多数锆石不同程度地保留有岩浆结晶成因特征的振荡环带, 个别锆石边部发育细窄增生边和残留的晶核结构, 反映锆石在搬运沉积前经历了变质事件, 或遭受岩浆捕获(反应 多 期 岩 浆事 件 )后 再 沉积 (图 3a), Th/U 介 于0.24～1.69 之间, 绝大多数大于 0.4, 说明绝大多数锆石为岩浆结晶锆石(Hoskin and Black, 2000)。任意地对64个锆石颗粒, 选择无环带重叠、裂隙和包裹体的区域, 做 U-Pb定年分析, 共获得了64个数据点,碎屑锆石年龄谐和图和年龄分布曲线图见图3b, 3c,不 谐 和 度 值 全 部 小 于 5%, 表 明 数 据 可 靠 , 锆 石206Pb/238U年龄分布范围介于254±2 Ma和1944±9 Ma之 间 ,206Pb/238U 年 龄 峰 值 集 中 在 254～303 Ma, 332～388 Ma、440～525 Ma三组, 还有一个老的前寒武纪年龄见图3c, 这说明晚二叠世时期源区岩石类型非常复杂。

表 1 林西组砂岩样品(LLT-5)碎屑锆石 LA-ICP-MS U-Pb 测试结果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb results for the detrital zircons from the Linxi Formation (LLT-5)

续表1:

图 3 林西组砂岩样品(LLT-5)代表性碎屑锆石阴极发光图像(a)、年龄谐和图(b)和年龄分布曲线图(c)Fig.3 Representative cathodoluminescence images (a), U-Pb concordia diagram (b), and histogram of age (c) for the detrital zircons from the Linxi Formation (LLT-5)

续表 2:

早三叠世老龙头组 LLT-2 砂岩样品中锆石多为无色透明, 晶形以次棱角状、柱状为主, 少数为棱角钝化的自形柱状, 晶体中可见凹坑、沟槽及断口磨蚀痕迹, 粒径以0.1～0.2 mm为主, 绝大多数锆石不同程度地保留有岩浆结晶成因特征的振荡环带,部分锆石发育特征较单一的细窄增生边, 少数锆石颗粒具有扇形分带、面状分带等变质锆石特征(图4a), Th/U介于0.24～1.21之间, 绝大多数大于0.4, 多数锆石应为岩浆结晶锆石(Hoskin and Black, 2000)。任意地对68个锆石颗粒, 选择无环带重叠、裂隙和包裹体的区域进行分析, 共获得了68个数据点, 碎屑锆石年龄谐和图和年龄分布曲线图见图4b, 4c, 不谐和度值全部小于5%, 表明数据可靠, 锆石206Pb/238U年龄分布的范围介于247±2 Ma和1881±11 Ma之间,年龄峰值集中在247～303 Ma, 316～374 Ma, 437～516 Ma 三组, 还有一些老的前寒武纪年龄, 这说明早三叠世时期源区岩石类型极为复杂。

图 4 老龙头组砂岩样品(LLT-2)代表性碎屑锆石阴极发光图像(a)、年龄谐和图(b)和年龄分布曲线图(c)Fig.4 Representative cathodoluminescence images (a), U-Pb concordia diagram (b), and histogram of age (c) for the detrital zircons from the Laolongtou Formation (LLT-2)

4 讨 论

4.1 林西组与老龙头组沉积时代讨论

众所周知, 各地质时期不同气候带对陆相沉积物的形成和生物生存具有重要影响, 在同一区域内沉积物和生物留下的信息是地层划分与对比的重要依据之一。零星分布在大兴安岭地区的老龙头组普遍发育有紫红色泥岩、粉砂岩或同色砂岩、砂砾岩,其中所含孢粉组合与冀北地区早三叠世在干热气候条件下形成的孢粉组合面貌基本一致, 且赋存化石的岩 性近 似 , 从 而表 明 , 东 亚地区 早三 叠 世气 候 干热事件至少也波及老龙头组, 可用此区分老龙头组与林西组(杨雅军等, 2012)。野外实测剖面显示老龙头组底部以紫色层为标志与林西组整合接触, 样品LLT-5位于林西组砂岩的顶部, 林西组碎屑锆石的最小年龄为254 Ma(表1), 说明林西组顶部沉积形成于254 Ma之后, 根据2013年国际地层表确定晚二叠世与早三叠世的界限为 251±0.4 Ma(Cohen et al., 2013), 老龙头组紫色泥岩上部的砂岩样品LLT-2碎屑锆石的最小年龄为247 Ma(表2), 两个样品的碎屑锆石年龄接近, 故可认为林西组与老龙头组为整合接触关系, 与野外研究结果一致。

内蒙古东部大兴安岭地区大面积缺失三叠系,侏罗纪地层不整合覆盖于上二叠统林西组之上: 如科尔沁右翼前旗丰林镇地区上侏罗统满克头鄂博组与上二叠统林西组呈不整合接触(图5a), 科尔沁右翼前旗哈拉黑地区上侏罗统白音高老组与上二叠统林西组呈不整合接触(图5b)。三叠纪地层的缺失存在两种情况, 一种是研究区晚二叠世地层沉积之后,由于构造运动整体抬升缺失三叠纪沉积, 另一种情况是由于三叠纪沉积之后研究区发生构造运动抬升,剥蚀三叠系, 导致其在地表仅零星出露。野外调查显示, 内蒙古东部龙江县老龙头村存在早三叠世老龙头组地层, 内蒙古东部索伦军马场北部出露早三叠世的哈达陶勒盖组的一套火山岩、碎屑岩。胡桂琴等(1999)对二连盆地阿拉坦和力凹陷坦参1井的孢粉研究认为二连盆地存在早三叠世地层, 从露头区到盆地都有早三叠世地层的分布, 可以认为内蒙古东部区域上应存在下三叠统, 由于后期构造运动,地表才保留较少的露头。在野外实测剖面(图2)中根据林西组和老龙头组牙形刺确定的时代(郎嘉斌等, 2010①), 也显示为连续沉积, 综合以上资料可以确定大兴安岭中段晚二叠纪世林西组与早三叠世老龙头组为整合接触。

图 5 上侏罗统满克头鄂博组(a)、白音高老组(b)与下伏上二叠统林西组不整合接触关系Fig.5 Unconformity between the Upper Jurassic Manketouebo Formation (a), Baiyingaolao Formation (b) and the Upper Permian Linxi Formation

4.2 碎屑锆石测试结果反映的物源信息

近 年 来 周 建 波 等 (2011)、Zhou et al. (2010a, 2010b) 等对东北地区佳木斯地块、松嫩地块和额尔古纳-兴安地块内的变质表壳岩系(富铝、富炭片岩及片麻岩)做了系统锆石测年研究, 认为东北各地块内均发育区域变质作用, 发生时间在500 Ma左右。塔河岩体花岗岩年龄为490 Ma(葛文春等, 2005), 漠河西部的洛古河岩体二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为517 Ma(武广等, 2005), 在额尔古纳地块的俄罗斯境内也发 现 存在467～472 Ma的 U-Pb年龄的 花 岗岩(Sorokin A A et al., 2004), 邻近的佳木斯地体麻山群具有相同的年龄区间: 484～510 Ma(温泉波等, 2008),此外, 东北地区存在与早古生代古亚洲洋俯冲有关的 岩 浆 带 , 例 如 大 石 寨 玄 武 岩 的 年 龄 为 439±3 Ma(Guo et al., 2009), 以及一些蛇绿岩带, 例如苏尼特左旗等地蛇绿岩的形成时间为477～497 Ma(Jian et al., 2008)。林西组和老龙头组砂岩中存在 512 Ma和 496 Ma 的峰值年龄, 这一年龄区间对应于东北各地块的基底年龄以及与早古生代古亚洲洋俯冲有关的岩浆带以及一些蛇绿岩带。因此, 认为东北各地块的基底岩石、早古生代古亚洲洋俯冲有关形成的岩浆岩和蛇绿岩是林西组和老龙头组砂岩的物源区。

林西组和老龙头组砂岩中358 Ma和约362 Ma的两个峰期年龄暗示物源区存在晚泥盆世-早石炭世的岩浆岩。Li (2006)认为大兴安岭北部-蒙古南部存在晚泥盆世-早石炭世的弧-盆体系, 赵芝等(2010)认为大兴安岭北部发育晚泥盆世-早石炭世岩浆弧,其形成与额尔古纳-兴安地块和松嫩地块的拼合过程有关。此外, 在呼玛地区分布有同位素年龄值为307～336 Ma的俯冲型花岗岩, 在嫩江县附近分布有334 Ma的蓝片岩, 这些资料表明, 早-中泥盆世曾经发生过洋壳向额尔古纳-兴安地块的俯冲事件, 并在泥盆纪末额尔古纳-兴安地块与松嫩地块完成对接(余和中等, 2001)。

林西组和老龙头组砂岩中均明显存在～274 Ma和～278 Ma的两个峰期年龄(图3c, 4c), 其锆石CL图像显示出岩浆锆石的振荡环带(图3a, 图4a), 280 Ma左右的年龄峰值与该区域广泛分布的早二叠世大石寨组火山岩时代相当(Zhu et al., 2001; Zhang et al., 2008; 吕志成等, 2002; 曾维顺等, 2011)。

4.3 华北板块北缘与其北部地块的闭合过程

大兴安岭中段龙江地区林西组和老龙头组碎屑锆石年龄中均具有1800 Ma左右的峰期年龄, 这两个峰期锆石的CL图像特征显示以变质锆石特征为主, 区域年龄资料显示这组年龄峰期在华北北缘地区有大量的报道(毛德宝等, 1999; 李江海等, 2006;刘树文等, 2007; 凤永刚等, 2008; 胡波等, 2009),体现华北板块北缘基底年龄组成特征信息。近年来东北地区也发现了大量＞1000 Ma的锆石年龄, 例如锡林郭勒杂岩的碎屑锆石(Shi et al., 2003)、兴华渡口群变质碎屑锆石(Miao et al., 2008)、松辽盆地南部基底碎屑锆石和捕获锆石(Pei et al., 2007)以及岩浆锆石(Wang et al., 2006)等, 对于这些锆石的成因认识存在两种观点: 一种观点认为东北地区存在古老结晶基底(李锦轶等, 1995; 章凤奇等, 2008); 另一种观点认为这些锆石源自于周围邻区的古老克拉通地块 的碎屑 锆 石(Miao et al., 2007; Chen et al., 2009), 部分被后期岩浆事件捕获(Miao et al., 2007),而对于1800 Ma左右锆石年龄组合, 多数学者更倾向 于 认 为 其 直接 或间 接 来 自 华 北 板块 (Shi et al., 2003; Miao et al., 2007; Chen et al., 2009)。因此, 笔者认为林西组和老龙头组中1800 Ma碎屑锆石来自于华北板块。

华北板块北缘及邻区, 从内蒙古东部到吉林中部, 集中出露了大量早-中三叠世的侵入岩, 其同位素年龄介于 230～250 Ma 之间, 区域上有内蒙古东部双井子岩体 237 Ma(李锦轶, 2007), 吉林中部大玉山岩体 248 Ma(孙德有, 2004), 内蒙古苏尼特左旗哈拉图岩体 228 Ma (Chen et al., 2009), 它们集中分布于古板块缝合带及附近地区, 以富钾富铝的酸性岩为主, 基本可以归入高钾钙碱系列, 其 εNd(t)基本都为负值, 特别是没有同时期的幔源镁铁质超镁铁质岩石, 这类侵入岩成分总体上类似于后碰撞岩浆演化晚期的侵入岩(Liégeois, 1998), 是造山区地壳演化晚期的产物。这些花岗岩的形成可能源于造山带区加厚地壳重熔, 其形成时的构造背景, 是以碰撞造山作用演化晚期的区域性挤压为主, 标志着碰撞造山作用的结束。Miao et al. (2008)对内蒙古贺根山缝合带中花岗闪长岩定年为 244 Ma, 该花岗闪长岩是为仰冲的古亚洲洋壳熔融形成, 代表了古亚洲洋闭合的结束, 据此认为华北板块北缘与其北侧地块最终闭合的时间应在 P3-T1。

5 结 论

(1) 林西组和老龙头组碎屑锆石最小年龄分别为 254 Ma 和 247 Ma, 结合区域地质综合分析认为大兴安岭中段上二叠统林西组和下三叠统老龙头组为整合接触关系, 研究区内存在的上侏罗统满克头鄂博组、白音高老组与下伏上二叠统林西组的角度不整合接触, 是后期构造抬升剥蚀的结果。

(2) 林西组沉积物源年龄构成主要有 254～303 Ma, 332～388 Ma、440～525 Ma 三组, 还有一些老的前寒武纪年龄; 老龙头组沉积物源年龄构成主要有247～303 Ma, 316～374 Ma、437～516 Ma 三组, 说明了源区物源类型比较复杂; 林西组和老龙头组存在280 Ma、370 Ma 和 500 Ma 的三组峰值年龄, 分别代表物源区存在早二叠世大石寨组火山岩、晚泥盆世-早石炭世岩浆弧以及北侧统一地块基底的年龄。

(3) 根据上二叠统林西组和下三叠统老龙头组中碎屑锆石 1800 Ma 左右的典型华北板块基底年龄和两者的整合接触关系, 结合内蒙古贺根山缝合带中花岗闪长岩 244 Ma 的年龄以及双井子岩体、哈拉图岩体、吉林中部大玉山岩体的后碰撞地球化学特征, 认为华北板块北缘与其北侧地块群最终闭合时间为 P3-T1。

致谢: 吉林大学周建波教授和中国科学院广州地球化学研究所郭锋研究员对本文提出了宝贵的意见和建议, 笔者在此表示衷心的感谢！

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Contact Relationship Between the Upper Permian and Lower Triassic Strata in the Central Great Xing’an Ranges and its Tectonic Implication: Constraints from the Detrital Zircon U-Pb Ages

LIU Bing, WEN Quanbo, LIU Yongjiang, LI Weimin, FENG Zhiqiang, ZHOU Jianping and SHEN Liang
(College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China)

Timing of the closure of the Paleo-Asian Ocean between the northern margin of the North China Plate and the blocks to the north is important for the reconstruction of the tectonic evolution of ocean and continent. The Late Permian and Early Triassic were the two important periods for the tectonic evolution of the Great Xing’an Ranges, during which the Paleo-Asian Ocean tectonic regime switched to the Paleo-Pacific Ocean regime. In this paper, the U-Pb dating of detrital zircons from the sandstones in the Upper Permian Linxi Formation and the Lower Triassic Laolongtou Formation in the Longjiang area of the central Great Xing’an Ranges was carried out. The dating results show three age populations of 280 Ma, 370 Ma, and 500 Ma. It is suggested that the provenances of the rocks should be the Early Carboniferous to Early Permian magmatic arcs, the volcanic rocks of the Late Devonian, and the basement of the uniform blocks in the study area, respectively. The youngest U-Pb zircon ages of zircons from the Linxi Formation and Laolongtou Formation are 254 Ma and 247 Ma, respectively. The 1 ∶ 200 000 geologic mapping of the Great Xing’an Ranges shows that the Triassic strata are absent in most of the region. Regionally, the Late Jurassic Manketouebo Formation and the Baiyingaolao Formation overlay unconformably the Late Permian Linxi Formation. Considering the scattered outcrops of the Early Triassic strata and the Early Triassic sequences in the bore-holes in the Erlian Basin, we propose that the Early Triassic strata occur in an area larger than was previously considered in NE China. The absence of the Early Triassic strata in most of the region might be attributed to the subsequent regional uplifting and erosion. According to the detrital zircon U-Pb age of 1800 Ma, which is typical for the basement in the North China Plate, from both the Linxi and Laolongtou Formations, along with the granitoids with 244 Ma from the Hegenshan suture zone, and the plutons with the post-orogenic geochemical features from the Shuangjingzi, Halatu, Dayushan areas as well, we conclude that the final collision between the northern margin of the North China Plate and the blocks to the north took place during the Late Permian to Early Triassic.

zircon U-Pb age; Linxi Formation; Laolongtou Formation; central Great Xing’an ranges

P535; P597

A

1001-1552(2014)02-0408-013

2014-01-02; 改回日期: 2014-01-26

项目资助: 科技部 973 课题(编号: 2013CB429802)、国家自然科学基金青年基金(批准号: 41102140)和西北大学大陆动力学国家重点实验室开放课题基金联合资助。

刘兵(1984-), 女, 博士研究生, 从事区域构造、造山带演化和40Ar/39Ar同位素年代学研究。Email: liubing719@ jlu.edu.cn

温泉波(1978-), 讲师, 从事构造地质学、地质年代学研究。Email: wenquanbo@jlu.edu.cn