内蒙古大兴安岭中南段二叠系砾岩段的发现及其意义

王志民 曲洪祥 刘 杰 秦越强 祝晓松 孙宇飞郭长义 贾 彬 龚照程 柴晨晖 毛 雄 高文勃

(1.中国人民武装警察部队黄金第四支队；2.辽宁省地质勘查院)

研究区位于大兴安岭中南段，属内蒙古兴安盟科尔沁右翼前旗管辖。该区自二叠纪以来，地层多可见及，尤其是中生代火山地层更为发育，基本构成了大兴安岭的主体。区内中生代火山地层划分与对比问题，学术界已基本达成共识，但由于二叠纪地层遭受后期变质变形作用的改造，或呈构造岩片产出，致使该套地层层序、覆伏地层接触关系不清，如大石寨组，其厚度可达6 034 m[1-2]，但根据《索伦镇1∶25万 区调报告》，该地质剖面厚度被修测为6 425.3 m。总之，大石寨组是本区较为复杂、争议较多的地层之一。2015—2017年，武警黄金第四支队在开展复兴屯等4幅1∶5万区域地质矿产调查工作时，于科右前旗树木沟原大石寨组下部，首次发现了一套灰白色厚层硅化变质不等砾复成分砾岩(以下称为砾岩段)，未见底。目前，区域上将发育于原大石寨组下部的一套不含火山岩的变质碎屑岩地层称为寿山沟组，因其发育于大石寨组火山岩下部，故暂将原大石寨组下部砾岩段厘定为寿山沟组。后经多次实地考察，发现该砾岩段中的砾石多为糜棱岩化变质火山岩质、千枚岩质及板岩质，其砾石成分多与大石寨组的岩石组合相近，且其地球化学特征及碎屑锆石U-Pb年龄均显示出与大石寨组有亲缘关系，其砾岩段的物源区应主要来自于大石寨组(剥蚀区)，同时发现大石寨组火山岩逆冲推覆于砾岩段之上，说明该砾岩段形成的地质时代应晚于大石寨期。因此，该砾岩段不属于寿山沟组，也不宜划归大石寨组，故暂将该砾岩段置于中二叠统哲斯组，是因为砾岩段以南700 m处分布有哲斯组灰岩和变质砂岩，并且其中灰岩碳氧同位素对比曲线显示为中二叠世。2016—2018年，武警黄金第四支队在开展特莫牧场等4幅1∶5万区域地质矿产调查工作时，于索伦镇洮河南岸吉拉斯台原满克头鄂博组(1∶20万、1∶25万区调地质图)中，也发现了一套板岩与砾岩组合的地层(面积小于1 km2)，其板岩特征与临幅(索伦镇1∶5万区域地质图)上二叠统林西组板岩相同，其板岩下部为一套灰白色硅化不等砾复成分砾岩，与上覆板岩为整合接触，未见底。本研究通过对地层剖面、接触关系、区域地层对比及同位素测年进行研究，认为研究区二叠系砾岩段应属上二叠统林西组下部层位。

1 林西组特征

研究区属于前中生代时期，地层区划属北疆—兴安地层大区、兴安地层区、乌兰浩特—哈尔滨地层分区，区内仅出露石炭纪—二叠纪地层[3]。研究区林西组分布较局限，多被中生代地层覆盖，总体呈NE向断续分布。岩性可分为下、上2个部分，下部岩性为一套灰黑色板岩、灰绿色粉砂岩夹灰绿色变质中细粒砂岩的细碎屑岩组合，局部可见灰白色硅化不等砾复成分砾岩层(本研究称之为砾岩段或称林西组一段)；上部岩性为黄绿色变质砂砾岩、杂砂岩、变质粉砂岩及板岩互层，颗粒粗，颜色浅，未见顶、底层位，上多被中生代火山地层不整合覆盖，古生物化石以陆相植物为主，且种属单调。研究区林西组厚度为47～988 m。

由科右前旗树木沟二叠系林西组(P3l)砾岩段实测地层剖面(PM14)分析可知，林西组砾岩段主要岩性为厚层变质复成分砾岩夹变质长石杂砂岩透镜体以及厚层凝灰质含砾粗粒长石岩屑杂砂岩。砾石成分复杂，主要为糜棱岩化流纹质晶屑凝灰岩质、糜棱岩化凝灰质长石砂岩质、基性脉岩质、次生石英岩质及含砾变质杂砂岩质。砾石磨圆度较好，球度较高，大小混杂，砾径一般为50～150 mm，含量为30%～45%；砾径大者可达200～450 mm，含量约15%；填隙物为中细砾及砂，含量为20%～35%。少量砾石为千枚岩质、板岩质及角岩质，呈棱角状—次棱角状，砾径多为2～37 mm，含量约5%。砾岩多呈块状堆积，少量略显层理。岩石多已硅化，局部硅化强者砾石与“围岩”界线不清，细砂岩可见糜棱岩化。砾石的变形变质线理产状无规律性，且与填隙物的变形变质线理不协调，表明在该砾岩段成岩之前，蚀源区地层已经历了变形变质作用，其砾石应属早期变形变质作用形成的产物。砾岩段上覆地层为大石寨组灰白色糜棱岩化流纹质晶屑凝灰岩，两者为逆冲断层接触。根据PM14剖面，林西组砾岩段厚度大于47.2 m。

由科右前旗索伦镇吉拉斯台上二叠统林西组(P3l)实测地层剖面(MP22)分析可知，林西组砾岩段(P3l1)主要岩性为变质不等砾复成分砾岩夹变质长石杂砂岩透镜体。砾石成分复杂，主要为糜棱岩化花岗岩质(图1)、糜棱岩化花岗闪长岩质，少量砾石为基性脉岩质、板岩质和变质砂岩质。砾石磨圆度较好，球度较高。板岩质砾石呈棱角状，大小混杂。砾石砾径一般为100～230 mm，含量为35～55%；大者粒径可达370 mm以上，含量约15%。填隙物为中细砾及砂，含量为20%～35%。变质复成分砾岩多呈块状堆积(图2)，少量砾石略显定向，或呈叠瓦状排列。砾岩段以含砾砂岩与林西组板岩段分界，两者岩性呈渐变过渡关系，为整合接触。砾岩段底部为花岗斑岩侵入，未见底。据MP22剖面，林西组砾岩段(P3l1)厚度大于71.9 m。林西组板岩段(P3l2)主要岩性为灰黑色碳质板岩、砂质板岩夹灰白色薄层长石杂砂岩，上覆地层为侏罗系玛尼吐组(J3mn)灰色安山岩，两者为断层接触。根据MP22剖面，林西组板岩段(P3l2)厚度大于87.9 m。

2 沉积环境与构造演化

依据林西组岩性组合、古生物化石特征，其沉积环境主要为淡水泻湖相，少量发育河流相和冲积扇相。晚古生代时期，研究区处于华北板块与西伯利亚两大板块的汇聚带，即西伯利亚板块南缘增生带与华北板块北缘增生带的交汇处。于中二叠世中晚期，两大板块已基本完成对接，形成了以发育灰岩为特征的哲斯组，其中产有丰富的苔藓虫、珊瑚及蜓类海相化石，反映了该期地壳为较稳定的海相沉积环境，以出现雏形碳酸岩台地为标志。当研究区进入晚二叠世(早林西期)时，两大板块再次碰撞对接，地壳快速隆升海水退出，此时已进入陆相沉积环境演化阶段，局部出现了冲积扇相及河流相沉积，形成了林西组砾岩段。中林西期，由残留海盆演化为“泻湖群”，水体较深且分布广泛的淡水泻湖相，水体多为较平静的还原环境，岩系以颜色深、碎屑粒度细、水平层理和铁质结核发育为特征[4-6]。晚林西期，由于地壳持续地抬升，水体变浅、范围缩小，沉积环境多为陆缘湖泊相，在陆源碎屑物补给充分的环境中，形成了厚层状的粗碎屑岩建造，以颜色较浅、碎屑粒度粗，见有大量植物化石且种属单调。林西期总体上代表了水体逐渐变浅的过程。

图1 砾岩中的糜棱岩化花岗岩质

图2 块状堆积的复成分砾岩

种种迹象表明，两大板块并非一次性对接完成，至少经历了2次。第1次对接发生于石炭纪—二叠纪，以出现大石寨组火山岩(距今297～312 Ma)为表征，同时伴有岩浆侵入活动，本研究认为是一次“热对接”；第2次碰撞对接当发生于中、晚二叠世之间，以发育挤压型磨拉石建造[7]为标志，形成了林西组砾岩段，区内至今尚未发现该期的岩浆活动迹象，本研究称其为“冷对接”。

3 林西组砾岩段地质年代

本研究在开展特莫牧场等4幅1∶5万区域地质矿产调查工作中，经过林西组砾岩段变质长石砂岩碎屑锆石U-Pb同位素测年，认为其年龄集中于距今321 Ma左右，最新年龄为283 Ma；在开展复兴屯等4幅1∶5区域地质矿产调查工作中，经过变质砂岩碎屑锆石U-Pb同位素测年，年龄集中于300 Ma，最新260 Ma，大致与大石寨组同位素年龄(302 Ma)相近，反映了砾岩段碎屑锆石主要来源于大石寨组。另据砾岩段中砾石多见有大石寨组糜棱岩化变质火山岩、千枚岩，说明其形成时代应晚于早二叠世大石寨组，故其砾岩段或属中二叠世哲斯组或属晚二叠世林西组[8-12]，而哲斯组为海相形成的产物，因此该套砾岩段仅能属于林西组，形成时代应为晚二叠世。

4 林西组区域对比

研究区林西组岩性组合相对较稳定，总体上为一套灰黑色碳质、泥质、砂质板岩夹灰黄色薄层细粒长石砂岩，上部粒度渐粗，砂岩夹层增多。研究区该组总体表现为东部厚度(内蒙古扎赉特旗巴彦套海，厚度大于988 m)大于西部(科尔右翼前旗，厚度47～531 m)的特征(图3)。而在西部区，于该组底部首次发现了砾岩段，砾岩成分较复杂，严格受物源区岩性控制，主要为冲积扇相沉积，未见底。造成东、西地区厚度差异的主要原因可能是受两板块对接带的影响，两板块对接带大致位于科尔右翼前旗大石寨镇与阿尔山市五叉沟林业局之间，总体走向NE，带宽50～80 km，该对接带可能大致相当于目前所称的贺根山断裂带位置。林西组砾岩段恰好位于该带南东侧，呈NE向线状展布，说明两板块于中二叠世末期再次碰撞对接，致使相对隆起区(大石寨镇以东地区)被快速剥蚀，就近堆积了挤压型磨拉石建造[7]，为冲积扇相形成了林西组砾岩段。

图3 研究区林西组区域对比

此外，近年来在内蒙古扎兰屯市蘑菇气和黑龙江龙江地区二叠纪地层中也分别发现了一套复成分砾岩[13]，砾石成分为哲斯组灰岩质(含量90%)，少量为泥灰岩质和紫色砾岩质。尤其是蘑菇气一带砾岩段更为发育，出露厚度大于1 000 m，夹多层含砾砂岩和粗砂岩，其中砂岩孢粉分析显示其地质年代为晚二叠世。推测该套砾岩形成的构造环境为该区中二叠世末碰撞后伸展构造的反转，沉积环境由海相转为陆相，为晚二叠世陆相湖盆沉积的一套挤压型磨拉石建造，该砾岩段相当于林西组下部层位。综上分析，该套砾岩段产出层位、沉积环境及其代表的地质年代特征，基本可与研究区林西组砾岩段进行对比，均为林西组下部层位。

5 结 论

(1)研究区二叠系砾岩段应属上二叠统林西组，林西组岩性组合相对稳定，总体为一套灰黑色碳质、泥质、砂质板岩夹灰黄色薄层细粒长石砂岩。区内沉积环境由海相(哲斯组)转为陆相(林西组)，其中，林西组砾岩段的形成环境主要为冲积扇相，少量为河流相。

(2)林西组砾岩段是华北板块与西伯利亚两大板块再次对接碰撞后伸展构造反转期形成的产物，是研究区二叠纪沉积环境由海相组转为陆相组的重要标志之一。