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      內(nèi)蒙古大興安嶺中南段土城子組形成的沉積環(huán)境與構(gòu)造背景

      2018-08-17 00:48:30曲洪祥仲米山曹元寶劉興國薛彥萍
      現(xiàn)代礦業(yè) 2018年7期
      關(guān)鍵詞:島弧砂巖邊緣

      陳 彪 曲洪祥, 賈 彬 仲米山 曹元寶 劉 君 劉興國 薛彥萍

      (1.中國人民武裝警察部隊(duì)黃金第四支隊(duì);2.遼寧省地質(zhì)勘查院)

      近年來,在內(nèi)蒙古大興安嶺地區(qū)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)開展的烏蘭浩特市1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(修側(cè))、武警黃金第四支隊(duì)開展的復(fù)興屯等4幅和特莫牧場(chǎng)等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作均發(fā)現(xiàn)了土城子組[1-5],加之曲洪祥等[6]對(duì)區(qū)內(nèi)土城子組的深入研究,認(rèn)為該區(qū)完全可以與燕遼地區(qū)的土城子組對(duì)比。但由于該區(qū)處于大興安嶺中生代火山帶,沉積巖不甚發(fā)育,導(dǎo)致區(qū)內(nèi)沉積學(xué)研究相對(duì)薄弱,尤其是土城子組。本研究對(duì)區(qū)內(nèi)土城子組形成的沉積環(huán)境與構(gòu)造背景進(jìn)行分析,為大興安嶺地區(qū)沉積學(xué)研究提供可靠依據(jù)。

      1 研究區(qū)地質(zhì)概況

      研究區(qū)位于內(nèi)蒙古東部大興安嶺東南段,處于華北板塊與西伯利亞兩大板塊的匯聚帶,即西伯利亞板塊南緣增生帶與華北板塊北緣增生帶交匯處[6]。中生代以來,研究區(qū)便進(jìn)入了歐亞板塊構(gòu)造演化階段,主要受濱太平洋構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域的影響。前中生代時(shí)期,區(qū)內(nèi)地層區(qū)劃屬北疆—興安地層大區(qū)、興安地層區(qū)、烏蘭浩特—哈爾濱地層分區(qū)。區(qū)內(nèi)僅出露石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層,該期地層均遭受了區(qū)域淺變質(zhì)變形作用。中生代—新生代時(shí)期,地層區(qū)劃則隸屬于濱太平洋地層區(qū)、大興安嶺—燕山地層分區(qū)、烏蘭浩特—赤峰地層小區(qū),該期地層變質(zhì)變形相對(duì)較弱[6]。土城子組下部巖性為灰紫色厚層砂礫巖夾粉砂巖;中部為砂礫巖夾流紋巖、安山巖及暗灰色安山質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r;中上部為凝灰質(zhì)砂礫巖、長(zhǎng)石砂巖,夾沉角礫凝灰?guī)r。該組以灰色復(fù)成分礫巖與下伏上二疊統(tǒng)林西組碳質(zhì)板巖分界,兩者為角度不整合接觸。該組以上為侏羅系滿克頭鄂博組流紋巖、瑪尼吐組安山巖或白堊系白音高老組流紋巖分界,兩者為不整合接觸關(guān)系。該厚度變化較大,出露厚度為9.6~1 325 m。該組碎屑鋯石U-Pb年齡分別為(163.1±1.6)Ma、(154.9±1.5)Ma,安山巖鋯石U-Pb年齡為(158.0±1.8)Ma,其地質(zhì)年代應(yīng)為晚侏羅世[6-7]。

      2 土城子組沉積環(huán)境

      土城子期正值晚侏羅世歐亞大陸內(nèi)部干旱的鼎盛時(shí)期,整個(gè)冀北—遼西—研究區(qū)均處于大面積的干旱氣候帶[8-13]。土城子期為一套陸相沉積,沉積相類型復(fù)雜。冀北—遼西地區(qū)主要發(fā)育河流相、沖積扇相和湖相沉積,少量為沙漠相、沼澤相沉積。研究區(qū)土城子組沉積相類型較簡(jiǎn)單,僅見河流相長(zhǎng)石雜砂巖、沖積扇相復(fù)成分砂礫巖沉積。該組砂巖粒度頻率累積曲線是由跳躍次總體(78.80%~91.57%)和懸浮次總體(8.44%~21.21%)組成,跳躍次總體與懸浮次總體之間的交截點(diǎn)φ值為2.75~3.0,跳躍次總體直線段的斜率為65°,顯示河流相沉積的特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)為0.9~0.93,表明砂巖粒度分選中等。偏度(Sk)值為1.17~1.67,為正偏度,峰度偏向粗粒度一側(cè),說明沉積物以粗組分為主,細(xì)粒一側(cè)表現(xiàn)為較低的尾部,為雙峰態(tài)頻率曲線。尖度或峰度(Kg)值為0.95~1.15,顯示中等(正態(tài))。標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)、偏度(Sk)及尖度或峰度(Kg)值均顯示河流相沉積的特征。綜合分析認(rèn)為,研究區(qū)土城子組形成的沉積環(huán)境為沖積扇相和河流相,未見湖相和沙漠相沉積。

      3 土城子組沉積盆地構(gòu)造背景

      3.1 巖 相

      研究區(qū)土城子組砂礫巖較發(fā)育,粒度和成分成熟度較低,有細(xì)粒長(zhǎng)石雜砂巖夾層,河流相“二元結(jié)構(gòu)”不明顯。該組上部單元較薄或不發(fā)育,呈塊狀層理,或具有不明顯的平行層理、大型板狀交錯(cuò)層理。砂巖屬河流相形成的產(chǎn)物;砂礫巖形成于沖積扇相,多為扇根亞相泥石流篩狀物沉積、扇中和扇端漫流及河道沉積。土城子期沉積盆地處于坳陷幅度較大、坳陷速率較快的構(gòu)造背景,顯示了地殼升降較頻繁的山前坳陷的特點(diǎn),與賀根山斷裂帶有密切關(guān)聯(lián)。

      3.2 地層厚度

      研究區(qū)土城子組厚度變化劇烈,科右前旗胡爾勒—德興屯一帶,土城子組發(fā)育較全,頂、底界限清楚,基本代表了該組的原始沉積厚度,胡爾勒(厚度1 157 m)、德興屯(厚度1 325 m)兩地相距僅25 km,厚度卻相差了168 m,表明區(qū)內(nèi)地殼坳陷的幅度有較大差異??朴仪捌鞓淠緶稀獫M族屯—草根臺(tái)溝一帶,一方面受賀根山斷裂帶不均勻升降運(yùn)動(dòng)的影響,該期盆地多顯示了各自孤立的盆地群,如滿族屯一帶該組出露厚度為419.2 m,草根臺(tái)溝厚度為356.4 m,而樹木溝出露厚度僅10余米;另一方面由于受賀根山斷裂帶后期下沉的影響,造成該盆地地層均發(fā)育不全(未見底)。中生代晚期,該盆地除滿克頭鄂博期、瑪尼吐期、白音高老期及梅勒?qǐng)D期出現(xiàn)大規(guī)?;鹕絿姲l(fā)活動(dòng)以外,其實(shí),土城子期火山活動(dòng)便已開始,強(qiáng)度相對(duì)較弱,火山活動(dòng)規(guī)模不大,火山巖呈夾層產(chǎn)出。新生代時(shí)期,火山活動(dòng)也時(shí)有發(fā)生,發(fā)育有新近紀(jì)火山巖(五叉溝組玄武巖)和第四紀(jì)火山巖(西口組玄武巖),均反映了賀根山斷裂帶多期火山活動(dòng)的特點(diǎn)。

      3.3 沉積巖成分

      3.3.1 砂巖礦物成分

      據(jù)雜砂巖成分與大陸邊緣類型的關(guān)系(表1)[7],可知研究區(qū)土城子組的構(gòu)造背景主要顯示為安第斯型主動(dòng)大陸邊緣。

      表1 雜砂巖成分與大陸邊緣類型的關(guān)系

      3.3.2 化學(xué)成分

      3.3.2.1 主量元素

      通過將研究區(qū)土城子組與各類構(gòu)造環(huán)境(大洋島弧、大陸島弧、安第斯大陸邊緣、被動(dòng)大陸邊緣)砂巖化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比可知,研究區(qū)土城子組蝕源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境主要為大陸島弧(期望值53.3%),也有來自安第斯大陸邊緣(33.3%)、大洋島弧(6.7%)、被動(dòng)大陸邊緣(6.7%),反映了該組為非穩(wěn)定型建造的砂巖化學(xué)成分特征,進(jìn)而說明該組蝕源區(qū)具有復(fù)雜的構(gòu)造環(huán)境。土城子組砂巖主量元素w(Na2O)/w(K2O)-w(SiO2)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖1)顯示構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)大陸邊緣。微量元素w(Ti)/w(Zr)-w(La)/w(Sc)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖2)顯示構(gòu)造環(huán)境主要為活動(dòng)大陸邊緣,次為大陸島弧。w(TiO2)-w(Fe2O3(T)+MgO)構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖3)顯示構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣弧。綜合分析認(rèn)為研究區(qū)土城子組物蝕源區(qū)應(yīng)來自活動(dòng)大陸邊緣,反映了該組蝕源區(qū)與二疊紀(jì)古亞洲洋的俯沖作用有關(guān)。

      圖1 w(Na2O)/w(K2O)-w(SiO2)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

      圖2 w(Ti)/w(Zr)-w(La)/w(Sc)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

      圖3 w(TiO2)-w(Fe2O3(T)+MgO)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

      3.3.2.2 微量元素

      研究區(qū)土城子組砂巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線與安第斯型主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線相似,反映出區(qū)內(nèi)土城子組源區(qū)類型主要為切割的巖漿弧,個(gè)別物源來自于未切割的巖漿弧區(qū)(圖4)。

      圖4 土城子組砂巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線

      綜上分析,土城子期沉積盆地的蝕源區(qū)構(gòu)造環(huán)境主要為安第斯型主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧,土城子組物源區(qū)類型主要為切割的巖漿弧,個(gè)別物源來自于基底隆起區(qū);土城子組蝕物源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境具有與安第斯型主動(dòng)大陸邊緣和大陸島弧型物源區(qū)的特點(diǎn),反映了該組物源區(qū)與二疊紀(jì)時(shí)期古亞洲洋的俯沖作用有關(guān),又受后期濱太平洋構(gòu)造域的影響。

      4 結(jié) 語

      結(jié)合巖體取樣分析結(jié)果,對(duì)大興安嶺中南段土城子組形成的沉積環(huán)境和構(gòu)造背景進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究表明:區(qū)內(nèi)土城子組的積環(huán)境為沖積扇相—河流相;土城子組蝕源區(qū)的構(gòu)造背景主要為安第斯型主動(dòng)大陸邊緣,次為大陸島弧,源區(qū)類型主要為切割的巖漿弧,少量來自于基底隆起區(qū)。

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