大兴安岭中段乐平统-中三叠统沉积物源分析：来自重矿物组合及碎屑锆石年代学证据*

蔡芃睿 王涛 王宗起 李龙明 王铭乾 贾建亮 吴彦佳

1. 中国地质科学院地质研究所，北京 1000372. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 1000373. 合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥 230009

中亚造山带(CAOB)夹持在华北板块和西伯利亚板块之间，地处东北亚大陆东缘滨太平洋构造域沟-弧-盆体系形成演化的重要位置，不但记录了华北和西伯利亚两大古板块之间古亚洲洋的闭合过程，而且记录了环太平洋构造域与古亚洲洋构造域的叠加与转换过程。作为全球显生宙大陆地壳生长最为显著的增生造山带之一，一直受到学者们的广泛关注(engöretal., 1993；Xiaoetal., 2003, 2009; Xuetal., 2013; Eizenhöferetal., 2015; Liuetal., 2017)。它经历了一个复杂的弧-陆碰撞过程，以发育许多残留的微大陆或地壳块体、蛇绿岩带、蓝片岩带、构造相关的岩浆弧和弧前或弧后盆地为特征。关于古亚洲洋的闭合时限，部分学者认为古亚洲洋东段洋壳在早古生代发生双向俯冲，并在泥盆纪-早石炭世完全闭合形成兴蒙造山带(Xuetal., 2013; Tongetal., 2015; Zhaoetal., 2017; 邵济安等，2017)；而大部分学者认为古亚洲洋东部的双向俯冲启动于早古生代，期间发生一系列岛弧或微陆块的拼合，俯冲一直持续到晚古生代末，并在二叠纪乐平世到早三叠世发生闭合(Li, 2006; Miaoetal., 2008; Wuetal., 2011; Eizenhöferetal., 2015)。

陆源碎屑岩中包含大量的源区信息，通过研究盆地内砂岩的碎屑组成、重矿物组合、及U-Pb锆石年代学可以系统地研究物源区特征及沉积盆地属性及演化历史，并可据此反演盆-山之间的耦合关系(闫臻等，2007)。锆石的U-Th-Pb同位素体系具有较高的封闭温度,以及较强的抗风化和抗干扰性，它通常可以保存源区原岩的年龄记录。利用碎屑锆石进行物源分析，对了解盆地演化过程、与造山带相对位置及相互作用方面意义重大，已成为区域大地构造研究的重要手段(Wanetal., 2005)。

弧前盆地发育于汇聚板块边界，位于火山弧和增生楔之间，是俯冲带沟-弧体系中重要组成部分。弧前盆地沉积作用与岛弧火山作用、岩浆作用及俯冲杂岩的变质变形作用是同时发生的(闫臻等，2008；李继亮等，2013)，主要的沉积物为与岛弧相关的碎屑沉积，通常情况下其主要组分为斜长石和火山岩岩屑，为长石岩屑砂岩-岩屑长石砂岩组合(Dickinson, 1974; Dickinson and Valloni, 1980)，其重矿物组合以中酸性及中基性火成岩中的副矿物为主，砂岩结构和成分成熟度都较低，体现出近源沉积的特征。

乐平世-早三叠世在东北地区的区域演化史上具有相当重要的研究价值，它是承上启下的关键地质时期，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(Zhouetal., 2009; Wuetal., 2011)。三叠系在东北地区出露较为局限，仅在索伦、扎鲁特旗、龙江、嫩江等地出露，故目前对该时期地层的研究较为局限。因此本文从乐平统林西组及下三叠统老龙头组重矿物组成及碎屑锆石U-Pb年代学入手，试对研究区乐平世-早三叠世沉积地层物源信息、贺根山洋的最终关闭时间等问题进行探讨。

1 地质概况及样品描述

研究区位于黑龙江省西部龙江县孙家沟村附近，地处大兴安岭中段，大地构造位置介于备受争议的黑河-贺根山缝合带与西拉木伦缝合带之间(图1a)，古亚洲洋洋壳于晚古生代-早中生代在该地区最终消亡，故研究区地层势必保存了该洋盆地不同演化时期的沉积记录(赵英利等，2016)。

研究区出露地层包括二叠系、三叠系及侏罗系。其中二叠系出露较为局限，仅在研究区孙家沟及架子山出露乐平统林西组(图1b)，而下三叠统老龙头组则在研究区广泛出露。为了研究林西组及老龙头组地层的沉积、构造特征，故对龙江地区孙家沟村西山进行了剖面实测(图2)，其中林西组真实厚度>300m，老龙头组真实厚度>100m。林西组主要为一套灰黑色及灰绿色泥岩、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(图3a, b)，水平层理发育，指示当时的沉积环境为陆相还原环境。老龙头组以紫红色河、湖相沉积为特征，岩性主要为灰绿色砂岩、紫红色砂砾岩、砂岩及杂色砾岩，平行层理、板状交错层理、楔状交错层理、冲刷面等沉积构造发育(图3c, d)，指示当时沉积环境为陆相氧化环境。林西组与老龙头组地层岩性连续且递变，界面上下产状基本一致，故认为两套地层整合接触。

乐平世砂岩18SJG-06为中粒长石岩屑砂岩(图3e)，碎屑颗粒分选中等，磨圆较差，多为棱角状-次棱角状，颗粒支撑，接触式胶结， 颗粒成分主要由石英、 长石、岩屑及少量绿帘石及褐铁矿，石英含量35%～45%，主要为单晶石英。长石含量较少约5%～15%，为斜长石，具聚片双晶，未见钾长石。岩屑含量为20%～35%，且成分复杂，主要为火山岩岩屑，含少量沉积岩岩屑及变质岩岩屑。

图1 研究区地质构造简图(据黑龙江省革命委员会地质局区域地质测量队，1972(1)黑龙江省革命委员会地质局区域地质测量队.1972.中华人民共和国地质图(1:20万扎赉特旗幅)；黑龙江省地质区域地质测量第二队，1976(2)黑龙江省地质区域地质测量第二队.1976.中华人民共和国地质图(1:20万华安公社幅))

Fig.1 Simplified geological map of the study area

图2 龙江地区孙家沟村乐平统林西组-下三叠统老龙头组实测剖面图Fig.2 Measured geological section of the Upper Permian Linxi Formation and the Lower Triassic Laolongtou Formation in Sunjiagoucun Village, Longjiang area

图3 林西组及老龙头组砂岩野外和镜下照片(a)林西组植物化石；(b)林西组瓣鳃类化石；(c)老龙头组砂岩中楔状交错层理；(d)老龙头组砂岩中冲刷构造；(e)林西组砂岩镜下照片(+)；(f)老龙头组砂岩镜下照片(+). Qtz-石英；Pl-斜长石；Ffs-钾长石；Ser-绢云母Fig.3 Field and microscopic photographs of sandstone in Linxi and Laolongtou formations(a) plant fossils in Linxi Formation; (b) Lamelli branchia fossils in Linxi Formation; (c) wedge-shaped cross bedding in sandstone of Laolongtou Formation; (d) scour structure in sandstone of Laolongtou Formation; (e) microscopic photo of sandstone of Linxi Formation (+); (f) microscopic photo of sandstone of Laolongtou Formation(+). Qtz-quartz; Pl-plagioclase; Kfs-K-feldspar; Ser-sericite

三叠纪砂岩18SJG-09、18SJG-16和18SJG-24为中-粗粒长石岩屑砂岩(图3f)，碎屑颗粒分选较差，磨圆差，多为棱角状-次棱角状，颗粒支撑，接触式胶结，颗粒成分主要由石英、长石、岩屑及少量绿帘石及褐铁矿，以及少量长石蚀变后的绢云母。石英含量20%～35%，主要为单晶石英。长石含量较少约10%～20%，主要为斜长石，具聚片双晶，见少量具卡斯巴双晶的泥化钾长石。岩屑含量较高为30%～40%，成分复杂，主要为火山岩岩屑，含少量沉积岩岩屑及变质岩岩屑。云母类矿物含量<5%，多为绢云母。

图4 龙江地区林西组及老龙头组砂岩部分碎屑锆石CL图像及U-Pb年龄Fig.4 Representative CL images and U-Pb ages of sandstone detrital zircons from Linxi Formation and Laolongtou Formation in Longjiang area

2 分析方法

重矿物分选由廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成，具体过程如下：(1)经无污染粉碎至10目(最大岩块粒径约2mm),利用标准干筛筛选40～80目,约0.45～0.18mm粒级(近乎大于砂岩分析样品的最小平均粒度),以保证分离出的重矿物为碎屑成因颗粒;(2)通过重液、精淘分离和电磁分离出电磁、无磁和强磁三部分重矿物;(3)通过双目镜鉴定分离出不同的重矿物;(4)采用高精度天平完成计量,最终通过重矿物密度(平均)值(Deeretal., 1992)将质量百分比换算为体积百分比。

锆石U-Pb定年分析在北京燕都中实测试技术有限公司进行，本次测试锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年利用LA-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为New Wave UP213，ICP-MS为德国耶拿M90。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个Y型接头混合。每个时间分辨分析数据包括大约20～30s的空白信号和50s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ZSkits完成。

锆石微量元素含量利用SRM610作为多外标、Si作内标的方法进行定量计算(Liuetal., 2010)。这些NIST玻璃中元素含量的推荐值据GeoReM数据库 (http://georem.mpch-mainz. gwdg.de/)。U-Pb 同位素定年中采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正，每分析5～10个样品点，分析2次91500，并对Plesovice分析一次作为监控，91500及Plesovice标样均符合推荐值(Wiedenbecketal., 1995；Slmaetal., 2008)。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig, 2003)完成，普通铅校正使用Andersen (2002)方法完成。本次测试剥蚀直径根据实际情况选择30μm。

表1孙家沟林西组及老龙头组砂岩重矿物组成(%)

Table 1 Heavy mineral composition (%) of Linxi and Laolongtou sandstone in Sunjiagou

样品号锆石磷灰石金红石角闪石绿帘石重晶石赤褐铁矿白钛石黄铁矿其他18SJG-0638.650.600.800.220.771.9642.95--14.0418SJG-0962.201.470.630.540.39-10.539.130.5814.5318SJG-1615.70-0.79-0.04-79.36--4.1118SJG-244.840.160.07-0.280.1590.74--3.77

3 分析结果

3.1 重矿物组合

砂岩的重矿物组成对于物源的变化有极其敏感的指示意义，不同类型的母岩经后期剥蚀搬运后沉积形成的碎屑岩往往拥有不同的重矿物组成特征。然而由于沉积物中重矿物特征受到母岩、风化搬运和沉积成岩等复杂地质条件的影响(Morton and Hallsworth, 1994)，单一重矿物特征在物源分析过程中往往由于多因素的复杂影响, 而不能真实反映物源信息, 因此, 重矿物组合和单矿物原位分析等方法逐渐兴起, 并得到了广泛应用(Garzantietal., 2012, 2013)。

本次选取林西组砂岩18SJG-06和老龙头组砂岩18SJG-09、18SJG-16和18SJG-24四件样品进行重矿物含量测试，识别出来的重矿物包括锆石、磷灰石、金红石、绿帘石、赤褐铁矿等(表1)。主要重矿物为赤褐铁矿和锆石，磷灰石、金红石及绿帘石次之。黄铁矿多为沉积过程中自生形成，赤褐铁矿则由黄铁矿氧化形成，它们不具有源区岩石类型的指示意义，仅表明沉积环境为还原环境(张英利等，2018)。林西组砂岩样品18SJG-06重矿物组合为锆石+磷灰石+金红石+角闪石+绿帘石+重晶石，其中磷灰石+锆石+角闪石+金红石的组合指向原岩为中酸性岩浆岩，而少量的绿帘石和重晶石的存在指示原岩可能有少部分为变质岩及沉积岩。老龙头组砂岩重矿物组合与林西组砂岩相近似，这说明它们具有相近似的物源组成，但相较林西组砂岩重晶石含量明显减少，说明再旋回沉积岩对物源的贡献程度降低。

3.2 碎屑锆石U-Pb年代学

样品18SJG-06中碎屑锆石多为短柱状，长短轴比<2:1，CL图像中大部分锆石发育韵律环带(图4a)，Th/U比值为0.1～1.96，多数>0.4(表2)，呈现出典型的岩浆锆石的特征。本次共获得有效年龄48个(不协和度绝对值小于5%)，碎屑锆石U-Pb年龄分布在278±3Ma～1966±15Ma之间，年龄峰值集中在284～310Ma及394～434Ma两个区间(图5a, b)。

样品18SJG-09中碎屑锆石多为短柱状，长短轴比<2.5:1，CL图像中大部分锆石发育韵律环带(图4b)，Th/U比值为0.26～0.98，多数>0.4(表2)，呈现出典型的岩浆锆石的特征。本次共获得有效年龄20个(不协和度绝对值小于5%)，碎屑锆石U-Pb年龄分布在247±3Ma～812±7Ma之间，年龄峰值集中在247～303Ma及437～538Ma两个区间(图5c, d)。

样品18SJG-16中碎屑锆石多为短柱状，长短轴比<3:1，CL图像中大部分锆石发育韵律环带(图4c)，Th/U比值为0.17～1.29，多数>0.4(表2)，呈现出典型的岩浆锆石的特征。本次共获得有效年龄65个(不协和度绝对值小于5%)，碎屑锆石U-Pb年龄分布在243±4Ma～1512±23Ma之间，年龄峰值集中在243～312Ma及359～478Ma两区间(图5e, f)。

样品18SJG-24中碎屑锆石多为短柱状，长短轴比<3:1，CL图像中大部分锆石发育韵律环带(图4d)，Th/U比值为0.15～1.19多数>0.4(表2)，呈现出典型的岩浆锆石的特征。本次共获得有效年龄67个(不协和度绝对值小于5%)，碎屑锆石U-Pb年龄分布在237±3Ma～812±7Ma之间，年龄峰值集中在237～257Ma及277～329Ma两个区间(图5g, h)。

4 讨论

4.1 地层时代

碎屑锆石 U-Pb 年龄信息为碎屑岩的形成时代提供信息，可用来判断地层时代的下限。Dickinson and Gehrels (2009)通过研究科罗拉多高原中生代的锆石数据发现，约60%的样品中，最年轻的单个碎屑锆石晶粒年龄在沉积年龄的10Ma范围内。样品18SJG-06的最年轻碎屑锆石年龄为278±3Ma，表明该地层沉积时间应晚于乌拉尔世。地层中多处产出的大量淡水瓣鳃类、成层产出的植物化石及碎屑岩颜色为灰黑色和灰绿色表明该地层沉积于陆相还原环境,植物化石包含美羊齿、副芦木、苏铁类等，为典型的安加拉植物群组分，指向地层沉积时代为乐平世(邓胜徽等，2009)，且从锆石年龄对比图(图6)中可以看出，老龙头组地层除最年轻的锆石年龄峰值外与林西组有着相近似的年龄峰值，说明两套地层物源具有继承性，结合前人研究，表明该套地层与上覆紫红色碎屑岩地层整合接触(刘兵等，2014)，故认为该地层沉积于乐平世，为林西组地层，其沉积年龄可能为前人研究的254Ma(刘兵等，2014)。

表2林西组及老龙头组砂岩样品碎屑锆石LA-ICP-MSU-Pb测试结果

Table 2 LA-ICP-MS U-Pb results for the detrital zircons from the Linxi Formation and Laolongtou Formation

测点号UTh(×10-6)Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ不协和度林西组砂岩18SJG-06-011781991.120.06390.00111.03670.01670.11750.000973938722871650.83%-021921070.550.05250.00120.36660.00820.05070.00063075331763194-0.63%-03341390.110.09460.00173.23700.04820.24810.00221519331466121429112.54%-043241320.410.05410.00120.49960.01110.06690.00073765241184174-1.47%-0510402020.190.05240.00070.33210.00400.04590.000330229291329020.56%-06156750.480.05430.00180.33780.01090.04530.000638576295828633.33%-07132430.330.05650.00160.52060.01440.06700.0008471634261041851.72%-0878400.520.05380.00190.33490.01090.04570.000536479293828831.74%-094603760.820.05240.00110.32880.00670.04560.000430250289528730.42%-11157780.490.05370.00140.47980.01330.06470.00073595839894044-1.53%-1290300.340.05660.00150.53230.01430.06880.000747459433942940.97%-132311910.830.05270.00110.33140.00700.04580.000431847291528830.77%-142431070.440.05200.00110.34630.00760.04840.00052874930263053-0.96%-15112620.560.05270.00160.35880.01220.04940.000731471311931140.24%-16442630.140.05420.00080.51760.00930.06890.00063813542464303-1.48%-174331670.390.05500.00080.52020.00870.06840.00044103442564273-0.33%-182831690.600.05550.00100.48330.00930.06320.000643240400639541.37%-192271030.460.05700.00130.51740.01300.06580.000949351423941152.91%-201131161.030.10050.00113.84040.05650.27630.00231633211601121573111.77%-2111154040.360.05290.00110.34750.00730.04750.000632346303629941.13%-2276801.050.06600.00201.08880.03460.11960.00178066474817728102.61%-232134171.960.05390.00150.36230.00940.04900.000436762314730931.71%-24539560.100.09520.00103.45980.05270.26310.00331533211518121506170.82%-261641100.670.05370.00130.39710.01020.05370.000535957340733730.66%-273613611.000.05180.00110.32410.00710.04540.00042774728552862-0.34%-282562020.790.05140.00100.32040.00720.04510.00042594528262853-0.81%-2998840.860.05260.00180.32860.01110.04550.000631278288828730.52%-302673771.410.05430.00240.36080.01350.04890.00113851013131030861.63%-31145580.400.05230.00160.32350.00940.04530.00052987128572853-0.30%-32154780.510.05450.00180.32980.01050.04410.000539075289827833.90%-3390690.760.11590.00145.17190.07250.32250.00281893221848121802142.50%-342422300.950.05480.00150.38950.01140.05140.000640663334832343.16%-35229690.300.05200.00140.32390.00780.04540.00052856028562863-0.46%-363061390.450.05550.00090.52040.01040.06790.000643137425742440.44%-372031090.540.05430.00140.47920.01300.06390.00073845839793994-0.44%-38119440.370.06440.00150.98830.02410.11130.0015755506981268092.50%-39137730.540.05580.00150.37590.01040.04900.000544561324830834.83%-403072310.750.05290.00100.35210.00720.04820.000432342306530331.00%-411301401.070.05270.00150.32840.00900.04550.000531865288728730.51%-42129510.400.05730.00150.54250.01420.06870.000650558440942942.61%-433372590.770.05300.00140.35870.00900.04920.000532758311731030.54%-44146830.570.05730.00110.61010.01280.07710.000750344484847941.02%-452231380.620.05340.00140.41940.01140.05730.00083466035683595-1.03%-462881660.580.05390.00110.42250.00930.05690.000736847358735740.36%-472201440.660.12070.00105.49110.06390.32970.00311966151899101837153.27%-481451501.030.05460.00180.36510.01210.04850.000639674316930643.33%

续表2ContinuedTable2测点号UTh(×10-6)Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ不协和度-49126310.250.05380.00200.35330.01360.04820.0010362833071030361.20%-503061160.380.05590.00080.53700.00930.06970.000844933436643450.44%老龙头组砂岩18SJG-09-015635170.920.05410.00070.46120.00690.06170.00063753138553864-0.21%-024471500.340.05460.00140.52840.01310.07000.00083975943194365-1.23%-03170800.470.05110.00150.27790.00830.03940.00042456724972493-0.11%-042892390.830.05260.00130.34670.00870.04800.000631058302730240.11%-052601020.390.05220.00140.34810.01040.04820.00062936030383034-0.04%-062562230.870.06640.00091.23290.01830.13420.001281827816881270.50%-071981100.550.05210.00180.34510.01170.04800.00052897930193023-0.41%-083463020.870.05170.00130.27830.00630.03910.000427256249524730.72%-095162560.500.05710.00150.64130.01960.08100.0012494595031250270.19%-103321020.310.05710.00080.63890.01040.08100.00084943150265025-0.06%-112981450.490.05090.00110.27750.00670.03940.00032375124952492-0.19%-12113480.420.05470.00180.32540.01120.04320.000540273286927234.77%-131421400.990.05160.00170.27700.00870.03920.000526874248724830.19%-144062110.520.05130.00110.27660.00600.03910.000425248248524720.31%-1572450.620.05180.00220.34530.01580.04800.000727899301123025-0.34%-164613280.710.05120.00090.27860.00510.03940.000324939250424920.14%-175993850.640.05330.00130.34740.00810.04710.000434154303629731.92%-183911010.260.05590.00130.54160.01250.07000.000844851439843650.69%-191821220.670.05620.00100.58380.01190.07530.00064604146784684-0.26%-202771270.460.05300.00160.34630.00950.04740.000533070302729831.14%-212621470.560.05790.00170.60900.02040.07570.0010525634831347162.55%-222981760.590.05160.00100.27590.00640.03880.000527045247524630.76%-24105460.440.05550.00170.50760.01590.06650.0009432704171141550.43%-25136990.730.05220.00270.27670.01330.03900.00092961192481124760.48%-2781690.850.05280.00350.34180.02160.04750.0008320152299162995-0.23%-283924351.110.05300.00100.34590.00920.04750.000932945302729960.83%-292001430.720.05120.00180.27850.01000.03940.000724981249824940.06%-3099650.660.05180.00210.27460.01050.03900.00062789124682473-0.06%-311861190.640.05720.00110.64180.01570.08170.0016499445031050610-0.56%-322241370.610.05900.00120.56110.01160.06930.000956645452843254.43%-332661810.680.09310.00103.05410.03350.23720.0021149120142181372113.44%-34113760.670.05370.00170.42450.01350.05750.000835870359103605-0.25%-351441330.920.05340.00260.34560.01600.04730.00083471123011229851.17%-3678520.680.05330.00230.37970.01640.05190.0007342973271232640.11%-37222960.430.05390.00120.39420.00920.05350.000736650337733640.46%-381791610.900.05260.00120.34220.00760.04760.00063135329963004-0.30%-393983510.880.05500.00110.38140.00770.05020.000441144328631633.75%-4076580.770.06140.00170.81360.02210.09650.0012654606041259471.77%-413211630.510.05070.00220.27950.01200.03980.0007226102250102524-0.51%-42143720.500.10750.00104.52110.04440.30460.0026175717173581714131.20%-436883110.450.05130.00130.27720.00670.03920.000325257248524820.27%-44192830.430.06210.00090.86040.01480.10020.001067833630861662.33%-464785911.240.05080.00120.27510.00660.03930.00032305424752482-0.69%-48290700.240.05560.00100.53350.01040.06940.000743840434743340.34%

续表2ContinuedTable2测点号UTh(×10-6)Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ不协和度-492451070.440.06950.00091.46700.01930.15290.00119142691789176-0.03%-505262110.400.05640.00080.58710.00920.07530.000646930469646840.23%-511271361.060.05310.00160.34570.00980.04780.000533266301730130.15%-521541250.810.05140.00160.30790.01000.04330.00042587127382733-0.36%-534133190.770.05270.00120.31580.00820.04320.000531851279627332.09%-542191000.460.05140.00120.27820.00680.03930.000425852249524930.24%-55284550.190.06880.00101.27740.02030.13450.001289231836981372.66%-561661050.630.05750.00140.52870.01440.06660.0010510524311041663.54%-57116590.510.05180.00230.27620.01250.03890.00052751022481024630.57%-582781120.400.05710.00130.54540.01190.06940.000849750442843352.12%-592351880.800.05560.00110.52910.01030.06910.000643745431743140.16%-6096570.590.05300.00150.36000.01030.04980.00063286631283134-0.41%老龙头组砂岩18SJG-16-012121200.570.05210.00110.29090.00600.04060.000428847259525730.96%-0295480.510.05520.00160.35020.01010.04620.000542264305829134.58%-032722120.780.05360.00150.28260.00790.03840.000635362253624343.85%-043031000.330.05200.00100.31030.00690.04340.000628446274527440.25%-0595570.600.05250.00220.33940.01350.04740.000830995297102985-0.57%-073541690.480.05370.00160.33020.00930.04460.000635965290728142.85%-082042451.200.05350.00150.34000.00920.04640.000734862297729341.53%-093491380.390.05340.00240.29110.01200.03940.0006348102259924943.93%-10146870.600.05530.00160.35930.01070.04720.000842566312829754.58%-1164360.570.05640.00250.56740.02630.07320.0013470984561745580.19%-1275300.400.05730.00300.48230.02450.06150.00085031144001738553.74%-133222020.630.05470.00160.33740.01040.04480.000740064295828244.40%-141401380.990.05320.00160.34570.01200.04720.000833870302929751.41%-152901330.460.05330.00100.34190.00660.04660.000534141299529331.75%-1656230.400.05270.00230.28250.01250.03930.00063161012531024841.75%-183172280.720.05300.00100.28770.00610.03920.000433043257524833.38%-194055231.290.05040.00090.27210.00600.03900.00042124124452473-0.98%-202943791.290.05490.00170.47850.01350.06330.000840970397939650.37%-2191520.570.05220.00150.32130.00970.04520.00062936828372854-0.77%-222491430.570.05490.00130.46870.01120.06230.001340852390839080.19%-232551310.510.05200.00140.28180.00820.03930.000528660252724931.39%-242621220.470.05230.00120.28120.00670.03910.000529653252524831.61%-2595670.710.05580.00200.48130.01660.06310.0009445803991139551.10%-27204860.420.05070.00150.27030.00860.03870.00062267024372454-0.78%-282601930.740.05030.00140.27200.00870.03940.00072106624472494-1.99%-29162970.600.05720.00140.49470.01270.06290.000850053408939353.68%-30196970.490.05360.00120.31610.00810.04280.000635552279627033.07%-312021440.710.05060.00170.27700.01100.03960.00082228024892505-0.77%-322181110.510.05160.00110.28140.00700.03970.000626650252625140.28%-33121670.560.05620.00130.58020.01300.07560.00104595046584706-1.13%-3492500.550.05730.00160.53730.01460.06870.0009502634371042861.87%-351231110.900.05230.00180.33690.01100.04680.00063007829582954-0.05%-361261100.880.05490.00170.36350.01130.04790.000640869315830244.17%-371431000.700.05350.00150.28610.00850.03910.000434965255724733.14%

续表2ContinuedTable2测点号UTh(×10-6)Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ不协和度-38155800.520.05370.00130.38460.01030.05200.000635756330832731.01%-392541920.760.05940.00130.73210.01870.08920.0008581495581155151.23%-40114870.770.05220.00170.34080.01150.04730.00062937529892984-0.09%-41137850.620.05240.00190.34190.01170.04760.00063048229993004-0.42%-42157730.470.05330.00140.41980.01060.05730.00063425935683594-0.92%-431931190.620.05330.00140.35550.00980.04860.000634261309730640.98%-4476370.490.05190.00200.27790.01060.03940.00052819024982493-0.05%-451621100.670.05400.00170.36360.01140.04910.000637271315930941.78%-46102740.720.05470.00170.36840.01130.04940.000640170318831142.45%-47154920.600.05430.00150.34670.00940.04660.000538463302729432.82%-485003250.650.05360.00110.29120.00570.03940.000435644259424923.99%-49124540.430.05490.00190.36590.01210.04910.000740777317930942.37%-50143660.460.05230.00170.32430.01030.04540.00053007528582863-0.29%-512211060.480.05390.00160.35120.01160.04730.001036669306929862.43%-5262370.590.05480.00250.35500.01570.04750.00074041023081229943.04%-532581230.470.05060.00150.27830.00820.03990.00042216924972522-1.29%-542411050.440.05110.00170.33220.01150.04730.00102477629192986-2.25%-55191920.480.05240.00160.34530.01080.04790.00073037030183024-0.20%-56159880.550.05230.00180.34790.01310.04820.000929880303103035-0.07%-572971650.560.05300.00110.36320.00840.04960.000533046315631230.88%-582221660.750.05610.00130.59010.01280.07630.00054555047184743-0.67%-5970130.190.05720.00200.59510.02160.07610.0012498764741447370.22%-60114660.580.05200.00160.33950.01130.04740.00072867229792994-0.66%-612991880.630.05370.00140.35420.01040.04790.000735960308830242.02%-621541220.790.05880.00130.73040.01830.09040.001355949557115588-0.19%-6386290.340.09420.00123.34350.04780.25710.00221512231491111475111.08%-642001890.940.05400.00130.34560.00840.04660.000537153301629432.48%-65194330.170.05230.00120.32400.00780.04510.000529951285628530.15%-665202910.560.05230.00090.33890.00600.04700.000329741296529620.13%-67124580.470.05300.00170.36200.01150.04950.000533071314931230.64%-684072380.580.05140.00160.28970.00900.04080.000725870258725840.23%-69124450.370.05660.00230.59530.02260.07700.0016475904741447810-0.85%老龙头组砂岩18SJG-24-013562740.770.05260.00100.31910.00600.04410.000531142281527831.09%-02145990.680.05200.00130.35060.00890.04870.00052865530573073-0.50%-052581650.640.05210.00150.27250.00740.03820.000529266245624131.32%-06122570.470.05320.00280.27250.01320.03780.00073361192451123942.36%-07135520.390.05400.00180.29490.01050.03960.000637376262825144.50%-08158690.430.05540.00150.47040.01340.06160.000842961391938551.58%-092011000.500.05140.00150.27070.00740.03840.000526066243624330.16%-104062480.610.05500.00090.39710.00760.05230.000641338340632933.25%-11144700.490.05220.00190.27350.01010.03810.000529583245824131.75%-124742570.540.05260.00110.27360.00580.03780.000531149246523932.57%-134001370.340.05100.00110.26920.00640.03820.000524249242524130.22%-147534510.600.05090.00090.26750.00520.03810.00052364124142413-0.05%-15167880.530.05250.00130.36760.00870.05090.00063065831863204-0.64%-161391010.720.04970.00200.25820.01050.03760.00051829323382383-2.03%-173431510.440.05130.00130.26860.00670.03800.000525660242524030.58%

续表2ContinuedTable2测点号UTh(×10-6)Th/U同位素比值年龄(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ不协和度-189616840.710.05130.00330.27470.01520.03930.0007254148246122484-0.77%-192751070.390.05300.00140.38450.01000.05240.000633061330732940.35%-202061440.700.05090.00170.28420.00930.04030.00052387625472553-0.40%-252481690.680.05090.00160.26870.00810.03830.00042377324262433-0.35%-263841790.470.05150.00110.33820.00730.04750.00062635029662994-1.18%-272492601.040.05110.00150.27460.00760.03890.000524769246624630.08%-282691240.460.05240.00190.28520.00960.03970.000830284255825151.47%-293201300.410.05060.00210.27360.01010.03930.00052229624682493-1.26%-303944471.140.05810.00100.59720.01040.07430.000853336475746252.82%-31140710.510.05340.00230.28980.01160.03970.000734499258925142.84%-32268930.350.05360.00290.29110.01610.03950.00073531222591325043.69%-334001540.390.05540.00110.50580.00970.06600.000842845416741250.85%-347852660.340.05110.00060.26880.00370.03800.000424629242324120.49%-354111750.430.05750.00070.60090.00790.07570.000850925478547151.51%-3696300.310.05180.00220.26850.01150.03810.000627998241924140.11%-371872221.190.05560.00150.46180.01210.06050.000943558386837851.84%-38166860.520.04970.00160.27520.00900.04080.00051797624772583-4.48%-392161350.620.05200.00120.26800.00650.03750.000428454241523731.53%-40246840.340.05170.00120.28150.00680.03960.000527053252525130.46%-412881400.480.05260.00130.28530.00740.03950.000531156255625031.97%-425013480.700.05250.00080.27210.00430.03770.000430734244323832.45%-4393400.420.05450.00180.36160.01190.04880.000739373313930741.92%-44158930.590.05520.00130.57000.01580.07470.001141852458104656-1.44%-453681370.370.05220.00110.31720.00820.04410.000729547280627840.57%-4689470.520.05250.00240.27010.01240.03800.00073081052431024041.07%-474421840.410.05130.00080.31210.00590.04390.00052563627652773-0.49%-48143530.370.05190.00230.27080.01200.03840.00082801032431024350.27%-49152610.400.05560.00160.51020.01650.06660.0012437664191141670.64%-505864200.720.05560.00060.56740.00790.07390.00104372445654606-0.75%-513562260.630.05160.00110.28120.00740.03950.000626849252625030.76%-5297520.540.05370.00130.51670.01280.07030.00113575342394387-3.55%-535082010.400.05180.00100.28490.00620.03990.000527844255525230.93%-546052860.470.05080.00090.26620.00550.03800.00042344224042403-0.28%-557003450.490.05170.00090.27310.00470.03830.000527138245424231.16%-56166760.460.05320.00170.36770.01160.05050.000733570318931840.11%-57132600.450.05010.00140.26140.00750.03820.00051986623662423-2.51%-58107570.530.05210.00220.27180.01070.03840.000628898244924340.46%-595331170.220.05190.00120.28470.00690.03990.000528253254525230.94%-60151470.310.05460.00180.43210.01540.05730.0008395723651135951.53%-612751300.470.05120.00130.26870.00690.03820.000424960242624230.04%-622301620.710.05160.00150.28020.00840.03940.000526865251724930.62%-631721150.670.05200.00130.28120.00730.03940.000428758252624931.07%-644411910.430.05380.00120.28810.00650.03890.000536152257524634.20%-653943140.800.05100.00090.28150.00530.04010.00042394125242532-0.60%-662171420.660.05450.00110.36590.00720.04880.000439144317530733.05%-67183730.400.05210.00210.27360.01010.03840.000629092246824341.08%-682321010.430.05210.00130.28200.00710.03950.000528957252625031.01%-69600760.130.05820.00090.67480.01110.08410.001053634524752060.61%

图5 龙江地区林西组及老龙头组碎屑锆石U-Pb年龄谱图及协和曲线图Fig.5 U-Pb histograms and concordia diagrams of the detrital zircon U-Pb ages of the Linxi Formation and Laolongtou Formation in the Longjiang area

图6 龙江地区林西组与老龙头组碎屑锆石U-Pb年龄对比图Fig.6 U-Pb age comparison of detrital zircons from Linxi Formation and Laolongtou Formation in Longjiang area

老龙头组样品18SJG-09、18SJG-16和18SJG-24中，最年轻的锆石年龄分别是247±3Ma、243±4Ma及237±3Ma，这限定该套灰绿色及紫红色碎屑岩沉积于早三叠世到中三叠世，而非原来认定的早三叠世(刘兵等，2014)。

4.2 物源分析

在四个砂岩样品的研究中，所测试的233颗碎屑锆石分别记录了五期构造热事件，分别为237～258Ma、270～329Ma、357～558Ma、680～1633Ma及1893～1966Ma，其中两个主要峰值年龄为247Ma和305Ma，次要峰值为358Ma、394Ma、429Ma、476Ma、558Ma、717Ma及1535Ma。

(1)237～258Ma这组年龄仅出现于老龙头组样品中，共有73粒碎屑锆石，占老龙头组测试的碎屑锆石数量的39.5%。研究表明，在研究区南部分布有大量的酸性火山岩、花岗岩、闪长岩、基性火山岩、基性超基性侵入岩等(张晓晖等，2006；李锦轶等，2007；张连昌等，2008；叶栩松等，2011；王子进等，2013；徐久磊等，2013；刘希雯等，2015)。此外，近年来在测绘沙巴尔吐等六幅1:5万地质矿产图的过程中，发现了大量的三叠纪花岗质侵入岩(内蒙古自治区地质调查院,2018(3)内蒙古自治区地质调查院.2018.中华人民共和国地质图(1:5万沙巴尔吐等六幅))。虽然部分学者认为这些火成岩形成于古亚洲洋闭合后的造山后阶段，但早-中三叠世铁镁质火成岩都具有较低的Ta含量(普遍低于3×10-6)和较高的Th/Ta比值(普遍大于3)的特点，长英质火成岩具有较高的Th/Ta(普遍大于10)比值的特点，且都富集大离子亲石元素，这些特点都是岛弧岩浆岩所特有的(Gorton and Schandl, 2000；Wood, 1980；Sun and McDonough,1989)。该组锆石年龄可能与古亚洲洋洋壳消亡前的俯冲增生过程相关。

(2)270～329Ma这组年龄共有86粒碎屑锆石，其中林西组样品中存在24颗，占总数的50%，老龙头组样品中存在62颗，占总数的33.5%。该峰值年龄与区域内报道的贺根山-黑河缝合带东南侧广泛发育的大石寨组弧火山岩(Zhangetal., 2008, 2017; Yuetal., 2017)及扎兰屯-嫩江一线的岛弧花岗岩(Wuetal., 2011；崔芳华等，2013)基本吻合。

(3)357～558Ma这组年龄拥有多个峰值，分别为～358Ma、～394Ma、～429Ma、～476Ma及～552Ma，这几个峰值年龄又可以分为两组，其中357～493Ma的年龄与贺根山-黑河缝合带以西分布着的一套早古生代-晚古生代早期代表了古亚洲洋洋壳向北俯冲开始的岩浆弧(Fengetal., 2015, 2018; Geetal., 2015; Shietal., 2015; Wuetal., 2015)的年龄一致，而520～558Ma的峰值年龄对应于兴安地块泛非期变质基底，即扎兰屯变质杂岩的峰值年龄(周建波等，2014；那福超等，2018)。

(4)碎屑锆石年龄中680～1633Ma的新元古代及中元古代年龄组分与大兴安岭北部广泛分布的前寒武变质基底兴华渡口群的夕线石榴片麻岩和斜长角闪岩的岩浆锆石峰值年龄(Miaoetal., 2007; 周建波等，2011；表尚虎等，2012)及花岗质杂岩(Wuetal., 2012)、锡林浩特变质杂岩的碎屑锆石年龄(Chenetal., 2009)及花岗片麻岩的锆石年龄(孙立新等，2013a)、温都尔庙群中捕获锆石年龄(徐备等，2016)可作对比。

(5)尽管目前在东北地区已经发现了许多的～1800Ma的古元古代结晶基底的锆石年龄(裴福萍等，2006；王颖等，2006；孙立新等，2013b)，但绝大部分学者认为在内蒙古东部地区中二叠统-早三叠统碎屑岩中普遍存在的拥有～1800Ma及～2500Ma的峰值年龄的碎屑锆石直接或间接来自于华北克拉通(Shietal., 2003；Hanetal., 2012)，这暗示古亚洲洋洋壳的向南俯冲开始于乐平世之前。

图7 龙江地区林西组及老龙头组碎屑锆石年龄的构造分类图解(据Cawood et al., 2012)A-会聚背景; B-碰撞背景; C-拉伸背景Fig.7 Tectonic classification diagram of the detrital zircon U-Pb ages of the Linxi Formation and Laolongtou Formation in the Longjiang area (after Cawood et al., 2012)A-convergent setting; B-collisional setting; C-extensional setting

4.3 盆地性质

前人对于内蒙古东部地区发育巨厚碎屑沉积的瓜德鲁普世-乐平世沉积盆地的性质进行了大量的研究，目前存在着两种意见：一种认为是统一大陆背景下形成的陆内裂谷盆地(徐备等，2014；耿元生等，2016；徐严等，2018)，而另外一种认为板块持续会聚挤压背景下的残留洋盆或残余弧后盆地(李福来等，2016)

近几年，一种通过碎屑锆石年龄谱判断盆地构造类型的方法已经提出(Cawoodetal., 2012)，该方法把构造环境分为以下三种：会聚、碰撞以及伸展环境。会聚环境包括位于俯冲带环境中的盆地，从海沟延伸至弧后盆地。碰撞环境包括大陆碰撞期间和之后形成的盆地，如前陆盆地。伸展环境包括裂谷和裂谷后被动大陆边缘盆地以及内部盆地。不同样品(和环境)中锆石年龄的总体范围大致相似，但在最年轻的和与更老岩浆事件相关的锆石年龄比例方面，不同环境之间存在显著差异。会聚背景下的盆地的年龄接近沉积物年龄的碎屑锆石比例较高(一般大于50%)，一些弧前盆地和海沟盆地具有单峰碎屑锆石谱，其年龄接近地层的沉积年龄，而弧后盆地则增加了来自相邻克拉通的旧碎屑的输入。大陆碰撞形成的盆地(例如前陆盆地)通常只含有少量的锆石，其年龄与沉积物的沉积年龄接近，含有相当比例的锆石年龄(50%至10%)在地层沉积时间的150Myr范围内。这一模式反映了同碰撞岩浆作用产生的锆石碎屑量的变化、海洋闭合有关的先前存在的岩浆弧以及反映造山带和克拉通前陆中捕获的单元的一系列较老的年龄。伸展盆地主要由比岩石年龄大得多的碎屑锆石年龄所控制，小于5%的锆石年龄在沉积年龄的150Myr以内。接近沉积年龄的锆石年龄可能反映了裂谷相关的岩浆活动，但由于其主要的镁铁质成分和由此产生的锆石产量较低，这只是年龄谱的一个次要组成部分。

从图7中可以看出，以林西组沉积年龄254Ma、老龙头组沉积年龄237Ma来计算，前30%年轻的碎屑锆石年龄与地层沉积年龄之差都小于100Ma，说明碎屑锆石记录具有会聚背景盆地的特点，而非众多学者所认为的陆内裂谷盆地，而它们的结晶年龄-沉积年龄累计概率曲线从形态上更接近于弧前盆地，其年轻锆石的百分比含量相比于弧内和弧后盆地更高，却未达到海沟的程度。而通过对于碎屑锆石组成的研究，发现盆地的物源主要来自于盆地西部及南部与古亚洲洋双向俯冲相关的古生代弧火山岩，盆地位于岛弧远离大陆边缘(乌里雅斯太大陆边缘和华北克拉通大陆边缘)的一侧，结合砂岩的碎屑组成及碎屑重矿物组合特征，认为研究区乐平世-中三叠世沉积盆地类型为弧前盆地。

5 结论

(1)林西组及老龙头组重矿物主要由锆石、磷灰石、金红石、绿帘石、角闪石、重晶石及赤褐铁矿组成，重矿物组合说明原岩主要为中酸性岩浆岩，并有少部分的变质岩及沉积岩。

(2)研究区林西组砂岩最年轻的锆石年龄为278±3Ma，结合地层沉积特征，认为其沉积时代为乐平世。而老龙头组砂岩最年轻锆石年龄分别为247±3Ma、243±3Ma及237±3Ma，表明其沉积于早三叠世到中三叠世。

(3)砂岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄指示，林西组物源主要来自研究区西部270～329Ma大石寨组火山岩及其同期侵入岩和357～493Ma沿贺根山-黑河缝合带分布的早古生代-晚古生代早期岩浆弧，并有少量的前寒武变质基底及华北板块物源供给。老龙头组除了有和林西组年龄峰值组成相近似的物源组成之外，还有大量乐平世-中三叠世(237～258Ma)在研究区西部沿贺根山-黑河缝合带、南部地区沿温都尔庙-西拉木伦缝合带发育的与古亚洲洋洋壳俯冲相关的一系列弧岩浆岩。

(4)结合对于研究区林西组及老龙头组砂岩碎屑组成、重矿物组合及盆地与火山弧位置关系的研究，我们认为研究区乐平世-中三叠世沉积盆地具有会聚背景，为弧前盆地。

致谢本文碎屑锆石U-Pb测试工作在北京燕都中实测试技术有限公司完成，感谢张晗老师的帮助。两位审稿人老师及本刊编辑对文章提出了宝贵的修改意见，在此表示衷心的感谢。