(a)据文献[9]修改, (b)据文献[12-14]修改
图1 兴蒙造山带西段构造单元
Fig. 1 Tectonic units of the western Xing-Meng orogenic belt
摘要 研究内蒙古西部图古日格地区徐尼乌苏组复理石建造的沉积相, 揭示其普遍具有不同厚度、不同类型的鲍玛序列, 属于浊流沉积相。参照浊积相模式, 将其归为中扇亚相, 包括辫状水道、辫状水道间和中扇前缘等 3 种微相。根据区域地层对比和最年轻锆石年龄峰值(437.9±2.7Ma), 推测徐尼乌苏组的形成时代为早中志留世。物源分析发现, 徐尼乌苏组碎屑物质主要来自变质岩区的石英岩和火成岩区, 推测分别来自其北边的早古生代岛弧带和其南边的华北板块基底。图古日格、达茂旗和白乃庙 3 个地区的地层建造对比表明, 在南造山带东西方向约 400km 范围内, 广泛发育以徐尼乌苏组和塔林宫群为代表的弧后盆地, 表明早古生代古亚洲洋的俯冲曾形成宽阔的沟弧盆体系, 因此推测华北板块北缘属于安第斯型活动大陆边缘。
关键词 兴蒙造山带; 图古日格; 徐尼乌苏组; 弧后盆地; 物源分析
中亚造山带位于西伯利亚板块与华北板块及塔里木板块之间, 是由岛弧系统、蛇绿岩带及微陆块组成的典型增生型造山带[1-8](图 1(a))。兴蒙造山带处于中亚造山带东部, 位于内蒙古自治区及东北地区, 是古亚洲洋在中国境内的重要组成部分。正是古亚洲洋东部的消减闭合, 导致兴蒙造山带的形成[10-11]。
根据已有研究, 兴蒙造山带西段从北至南分为兴安-艾力格庙地块、松辽-浑善达克地块和华北板块, 其间为两个造山带, 分别称为北造山带和南造山带[12](图 1(b))。南造山带自西向东沿图古日格-达茂旗-白乃庙-吉中-延吉一线分布[15-17], 学者们一致认为南造山带发育早古生代沟弧盆体系。徐备等[11]通过 1:5 万地质填图, 对图古日格地区划分褶皱带、混杂岩带、岛弧带和弧后盆地等构造单元。Xiao 等[4]、张维等[18]及李锦轶等[19]认为白乃庙-翁牛特旗一带存在岛弧带-弧后盆地构造单元。
弧后盆地的典型代表, 是出露在图古日格-达茂旗-白乃庙地区的大面积早古生代复理石、火山岩以及碳酸盐岩建造, 称为徐尼乌苏组及塔林宫群[20-21]。前人对本研究区以东达茂旗地区的沉积序列和时代进行了一系列研究, 将其归结为形成于早志留世弧后盆地的典型浊流沉积产物[18-21]; 有学者对白乃庙地区徐尼乌苏组中火山岩夹层进行分析, 查明其锆石 U-Pb 年龄为 440.9±1.7Ma, 属早志留世[22]。
尽管对南造山带内早古生代沟弧盆体系已取得基本上一致的认识, 但对弧后盆地的沉积序列和时代, 尤其是物源方面的研究还很薄弱, 对南造山带弧后盆地的沉积特征、物质来源以及早古生代古大陆边缘的性质等重要问题尚未给予精确的约束。内蒙古自治区西部图古日格地区大面积出露早古生代徐尼乌苏组复理石建造, 是研究上述问题的理想地区。本文将其作为研究对象, 利用沉积剖面实测、沉积相分析和锆石年代学分析等方法, 查明其地层序列、沉积环境、物源区及形成时代, 并通过与达茂旗和白乃庙地区的对比, 进一步探讨早古生代古亚洲洋的古地理环境及演化过程。
(a)据文献[9]修改, (b)据文献[12-14]修改
图1 兴蒙造山带西段构造单元
Fig. 1 Tectonic units of the western Xing-Meng orogenic belt
研究区位于内蒙古自治区乌拉特中旗北部甘其毛道-图古日格地区, 属南造山带的西端。该地区造山带二级构造单元包括褶皱带、混杂岩带、岛弧带和弧后盆地(图 2)。
褶皱带由温都尔庙群组成, 岩石均遭受两期以上的褶皱变形, 原始层理已被片理置换, 变质程度为绿片岩相至低角闪岩相。混杂岩带总体上呈东西向展布, 断续出露约 10km, 露头最大可达 2km×4 km[23]。带内岩石为枕状玄武岩、橄榄岩、硅质岩和浅变质粉砂质碎屑岩等。混杂岩中枕状玄武岩的成岩年龄为 475.8±1.6Ma, 属早古生代奥陶纪, 岩石地球化学特征指示其属于大洋深海拉斑玄武岩, 为俯冲-消减作用的产物[24]。岛弧带由变形强烈的火山岩和深成岩组成, 前者为早-中奥陶世包尔汗图群火山岩, 以断块形式出露于研究区东北部东西长约 15km, 南北宽约 3km的范围内, 由玄武岩、英安岩和流纹岩等火山岩及次火山岩组成, 各种构造环境判别图解显示其中基性火山岩与岛弧岩浆分异趋势一致[12]。深成岩出露于包尔汗图群火山岩以南, 东西长约 12km, 南北宽约 2km, 由断续出露的闪长岩组成, 其形成年代为 453±5Ma[12]。弧后盆地由徐尼乌苏组复理石建造组成, 分布于特默特-乌尼图一线以南地区、图古日格东北部、买卖滚西北部、其热根尚德北中部及巴腊特中部的广阔地区, 总面积达 180km2以上。地层出露连续, 层序清楚, 发育区域性大规模开阔或紧闭褶皱。
1.下元古界; 2.石炭纪闪长岩; 3.中生代深成岩; 4.新生界; 5.基性-超基性岩; 6.岛弧深成岩; 7.岛弧火山岩; 8.混杂岩带; 9.弧前变形带; 10.弧后盆地; 11.褶皱带; 12.断层; 13.剖面位置; 14.采样点; 15.地名
图2 研究区构造单元(据文献[12,23-24]修改)
Fig. 2 Tectonic units in study area (after Ref. [12,23-24])
本研究完成徐尼乌苏组 3 条剖面(pm01, pm02, pm03)的实测, 并根据岩性组合将其划分为上、下两段。下段主要见于图古日格东北部、特额格日图西南部及其热根尚德北中部, 由剖面 pm01 和 pm02 (图 2 中 A-A', B-B')相连接组成, 共 25 层, 出露厚度大于 1600m, 局部为倒转层序(图 3)。上段主要见于买卖滚西北部及巴腊特中部, 共 8 层(剖面 pm03, 图 2 中 C-C'), 出露厚度约 348 m (图 4)。因出露不完整, 上下两段均未见顶和底。
图3 徐尼乌苏组下段地层柱状图
Fig. 3 Petrological column of the lower part of Xuniwusu Formation
徐尼乌苏组地层的标志性特征是普遍具有不同厚度、不同类型的鲍玛序列(图 5(c)~(e), 图 6(a), (c)和(d)), 故可判断其总体上属于浊积岩相。根据Walker[25]建立的海底扇相模式以及徐尼乌苏组的岩性、层序和鲍玛序列组合特征, 可将徐尼乌苏组浊积岩相划归中扇亚相, 并可进一步划分出辫状水道、辫状水道间和中扇前缘等 3 种微相[26]。
2.2.1 辫状水道微相
辫状水道微相以厚层砾岩与具有鲍马序列的砂岩、粉砂岩和泥岩互层为特征[27]。徐尼乌苏组辫状水道微相包括下段 pm01 剖面第 1~8 层和 pm02 剖面第 23~25 层, 由厚层状复成分砾岩层和具有中厚及厚层状鲍玛序列的含砾砂岩及砂岩组成, 其中砾岩层占总厚度的22%。
图4 徐尼乌苏组上段地层柱状图
Fig. 4 Petrological column of the upper part of Xuniwusu Formation
图5 徐尼乌苏组下段典型沉积特征
Fig. 5 Typical sedimentary characteristics of the lower part of Xuniwusu Formation
砾岩呈砾状结构, 厚层块状构造, 成分复杂, 砾径从二三十厘米到几毫米不等, 最常见者为 1~3 cm, 次棱角状, 磨圆度中等, 分选性较差, 填隙物为粗砂岩(图 5(a)和(b))。含砾砂岩具粒序层理, 其中砾石的成分与砾岩一致, 砾径一般为几毫米到 1厘米, 磨圆度较好。中厚层状砂岩中常发育 Tabde型鲍玛序列(图 5(e)和(f))。鲍玛序列 a 段由厚层含砾砂岩或砂岩组成, 具明显的递变层理, b 段具平行层理, d 段为薄层层纹状粉砂岩, e 段由薄层泥岩组成(图 5 中长三角形宽端至尖端)。这些厚层砾岩及砂岩具有近源和快速搬运的沉积特征, 反映浊流沉积环境下辫状水道微相的特点[28-29]。由于该地区未出露完整的鲍马序列, 因此未识别出鲍马序列的 c 段(多为具小波痕、交错层理和变形层理的粉砂岩段)。
2.2.2 辫状水道间微相
辫状水道间微相位于内扇的各辫状河道之间, 为浊流溢出辫状水道后沉积而成, 主要由细砂岩、粉砂岩及泥岩组成, 泥岩中常含砂和细砾。砂岩的厚度、粒度和鲍玛序列的厚度向外扇方向逐渐变小、变细和变薄[25]。徐尼乌苏组辫状水道间微相为下段剖面第 9~22 层, 在剖面上分布于两期辫状水道微相沉积之间, 以薄层状砂岩、粉砂岩及泥岩互层为主(图 5(c)), 粉砂岩发育水平纹层, 与泥岩构成 Tde 型鲍玛序列(图 5 中长三角形宽端至尖端), 厚度多在 5cm 以下(图 5(d)), 反映沉积物主要为悬浮搬运, 应形成于辫状水道间天然堤及其外侧低平地区。
2.2.3 中扇前缘微相
中扇前缘微相位于中扇辫状水道的前缘, 由浊流物质流出辫状水道后进入中扇位置沉积而成[25]。徐尼乌苏组的中扇前缘微相见于上段剖面第 26~33层, 由砂岩与粉砂岩单调互层组成连续的薄层(图 6 (d)和(e))或中厚层鲍玛序列(图 6(a)和(c))。砂岩段具粒序层理, 横向连续发育, 单层厚度稳定。常见Tabde 型(图 6(a))和 Tae 型(图 6(b)和(d))鲍玛序列(图 6 中长三角形宽端至尖端), 厚 3~50cm。a 段由粒序砂岩层组成, 块状构造, 碎屑颗粒分选度中等, 胶结物为泥质; b 段砂岩多具平行纹层; d段为粉砂岩; e 段为泥岩。这些序列组成厚度巨大而稳定的复理石地层(图 6(c)), 指示浊积沉积体系的稳定发育, 应属中扇前缘微相建造。
上述分析表明, 辫状水道微相具有层厚大、粒度粗和分选性差的特点, 多呈块状构造, 以厚层Tae 序列为主, 代表快速搬运和近源特征; 辫状水道间微相以薄层 Tde 序列为特征, 纹层明显, 表明水道间相对低能的浊流沉积环境; 中扇前缘微相发育相对均一的薄层 Tae, Tde 和 Tade 序列, 是浊流沉积末端的典型代表。
本文分别选取徐尼乌苏组下段和上段的石英杂砂岩样品 180824-32 和 21B19 进行年代学测定, 样品 180824-32 采自剖面第 5 层, 样品 21B19 采自剖面第30层。
样品的锆石分选与制靶在廊坊诚信地质技术服务公司进行。制靶后依据透射光、反射光和阴极发光图像综合选取测试点(图 7)。锆石 U-Pb 同位素定年测试在河北地质大学区域地质与成矿作用重点实验室完成, 采用 RESOlution-LR 型高能量 ArF2 准分子激光剥蚀系统以及 iCAP RQ 型等离子体质谱仪进行联机测试。使用国际标准锆石 91500 作为外部标样进行同位素比值校正, 国际标准锆石 GJ_1 和Plešovice 作为监控盲样。元素含量以国际标样NIST610 为外标, Si 为内标进行计算, NIST612 作为监控盲样[30]。采用 Iolite v3.1 软件[31]计算同位素比值和元素含量。采用 Isoplot/Ex_ver 3[32]完成样品的U-Pb 年龄谐和图绘制、年龄权重平均计算及年龄概率分布图绘制。使用 ComPbCorr#3.18 程序进行普通Pb校正。
(a)~(d)的照片拍摄位置分别对应图 4 中 a~d
图6 徐尼乌苏组上段典型沉积特征
Fig. 6 Typical sedimentary characteristics of the upper part of Xuniwusu Formation
从样品 21B19 得到 75 个年龄数据, 去掉不谐和度大于 10%的样品，得到 63 个有效年龄数据, 如表1 所示。CL 图像(图 7(a))显示锆石晶体多呈粒状, 自形至半自形, 长宽比为 2:1。大部分锆石具有清晰的震荡环带或扇状分区等结构, 为岩浆成因; 小部分表现出增生边、弱环带或无环带的特征, 为变质成因。年龄数据可分为 5 组: 最年轻一组(n=5)的峰值年龄为 437.9±2.7Ma (图 8(a)), 代表样品形成时代的上限; 其余年龄段依次为 446~480Ma (n=15), 512~947Ma (n=9), 1010~1859Ma (n=30)和 2543~3008 Ma (n=4)(图8(c))。
从样品 180824-32 得到 90 个年龄数据, 剔除不谐和度过高的样品后, 得到 80 个有效年龄数据, 见表 2。CL 图像(图 7(b))显示锆石多为自形, 长宽比为 2:1~3:1, 具有清晰的震荡环带结构, 结合 Th/U值, 可知锆石以岩浆成因为主。碎屑锆石年龄谱 (图8(b)和(d))显示, 数据可分为 4 组: 429~495.8 Ma (n=60), 500~722Ma(n=7), 1049~1804Ma(n=12)和2988Ma(n=1)。除缺少最年轻一组(437.9±2.7Ma)数据外, 样品 180824-32 的其他年龄数据分布与样品21B19较相似。
如前所述, 碎屑锆石样品 21B19 的最年轻锆石年龄的峰值为 437.9±2.7Ma, 说明徐尼乌苏组浊积岩的形成晚于该时期。在达茂旗苏吉地区, 塔林宫群弧后盆地浊积岩和奥陶纪岛弧岩浆岩被西别河组底砾岩和其上的灰岩不整合覆盖(图 1)[20-21,33], 灰岩中含晚志留世化石, 表明徐尼乌苏组的沉积时代早于晚志留世。根据区域地层对比和最年轻锆石年龄峰值, 我们推测徐尼乌苏组的形成时代应为早中志留世。
研究区徐尼乌苏组碎屑锆石中最年轻一组样品的年龄区间为 438~459 Ma (图 8(b)), 与徐尼乌苏组以北岛弧带出露的多个石英闪长岩体以及包尔汗图群火山岩的年龄区间相似[12](图 9(a)), 因此, 弧后盆地以北的岛弧带可能代表徐尼乌苏组主要的蚀源区。在本研究区以东的白乃庙地区, 徐尼乌苏组弧后盆地沉积岩中最年轻的锆石年龄组也为 440~460 Ma (图9(d)), 说明白乃庙地区也存在同时期的岛弧物源区[22]。
本研究区 1.8~1.0Ga 和 2.5~2.8Ga 的年龄数据(图 9(b))与华北板块(图 9(c))的对比有助于揭示另一个蚀源区, 即 1.8~1.0Ga 的年龄数据可能反映弧后盆地以南华北板块北缘元古代末期发生的多期岩浆事件, 例如吕梁地区花岗质岩浆侵入事件的年龄为1806Ma[35-36]; 1.6Ga 的峰值年龄对应华北板块克拉通化之后开始的古元古代-新元古代多期裂谷事件和基性岩墙事件[37]; 1.4Ga 的峰值年龄与侵入白云鄂博群的火成碳酸岩脉的锆石 U-Pb 年龄(1416±77 Ma)[38]相当。另一组 2.5~2.8Ga 的年龄与华北板块的古老基底年龄[34,39]相符, 例如研究区南部华北板块狼山地区宝音图群具有 2.8 Ga 和 2.5 Ga 的特征峰值年龄[40], 表明华北板块北部基底地区可能是徐尼乌苏组的蚀源区。
图7 锆石样品阴极发光图像
Fig. 7 CL images of zircon chronological samples
表1 样品21B19锆石年代学LA-MC-ICP-MS测试数据
Table 1 Zircon chronological data from LA-MC-ICP-MS dating for sample 21B19
测点号207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U不谐和度/% 比值误差(1σ)比值误差(1σ)比值误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ) 21B19-20.060320.001910.829150.026150.099700.00134615456131561380 21B19-30.058310.002360.589230.023740.073290.00100541644701545663.07 21B19-40.181110.0049012.72670.345860.509680.006702663282660262655290.30 21B19-50.082820.002302.475840.068930.216820.002821265341265201265150 21B19-60.055200.001680.567470.017290.074560.0009942044456114646−1.72 21B19-70.055910.003020.560350.030110.072690.00102449954522045260 21B19-80.058310.004300.562620.040600.069970.001075421674532643663.90 21B19-90.083530.002342.392820.067360.207770.002701282351240201217145.34 21B19-100.092210.002553.054720.084730.240280.003101472331421211388166.05 21B19-110.110780.003514.671860.146980.305880.004291812371762261720215.35 21B19-130.056210.002020.571610.020540.073750.00099461564591345960 21B19-140.074360.002281.844610.056330.179930.00241105140106220106713−1.50 21B19-170.058020.002320.684570.027270.085570.00117531635301652970.19 21B19-180.080800.002402.334490.069380.209550.00278121738122321122615−0.73 21B19-200.068020.003191.359660.063450.144970.00207869738722787312−0.11 21B19-210.056230.002050.573840.020740.074020.00103461554601346060 21B19-220.107610.003284.935060.149760.332600.00449175936180826185122−4.97 21B19-230.056200.001740.571050.017630.073690.00097460454591145860.22 21B19-240.098940.003033.632710.110950.266290.003541604371557241522185.39 21B19-250.105080.003134.527630.134570.312510.00413171635173625175320−2.11 21B19-260.070590.002141.651290.050050.169650.002249464099019101012−6.34
续表
测点号207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U不谐和度/% 比值误差(1σ)比值误差(1σ)比值误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ) 21B19-280.055470.001850.530810.017590.069410.0009443150432124336−0.23 21B19-290.056470.002600.597820.027400.076780.0010847176476174776−0.21 21B19-300.056280.001830.692190.022410.089200.0011946348534135517−3.09 21B19-310.093140.002993.350150.107090.260880.00353149140149325149418−0.20 21B19-320.055640.002230.542980.021630.070780.0009943864440144416−0.23 21B19-330.108090.003414.894610.153520.328410.00444176738180126183122−3.50 21B19-340.223700.0067618.336640.552430.594480.007863008313008293008320 21B19-350.056890.004100.591770.041630.075440.001184871644722746970.64 21B19-360.191190.0058314.035580.426470.532410.007032752332752292752300 21B19-380.077400.002442.044790.064280.191600.002551132411131211130140.18 21B19-390.056570.002000.602930.021170.077300.0010647553479134806−0.21 21B19-400.100710.003334.048160.132720.291510.00401163740164427164920−0.73 21B19-410.056290.002070.585000.021320.075370.00104464564681446860 21B19-420.078030.003272.099240.087370.195100.00275114860114929114915−0.09 21B19-440.061260.002470.655790.026040.077640.00113648605121648276.22 21B19-450.086290.002792.702720.086770.227160.003021345411329241320161.89 21B19-460.057640.002210.657320.024950.082700.00115516595131551270.20 21B19-480.101900.003384.009550.132110.285370.003861659411636271618192.53 21B19-490.101110.003394.149200.138020.297590.00406164541166427167920−2.03 21B19-500.070990.002411.548620.052060.158200.002149574795021947120.32 21B19-510.092350.003023.312030.107500.260080.00346147541148425149018−1.01 21B19-520.095380.003463.574820.127960.271800.00388153646154428155020−0.90
续表
测点号207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U不谐和度/% 比值误差(1σ)比值误差(1σ)比值误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ) 21B19-530.095040.003163.614770.119410.275830.00370152942155326157019−2.61 21B19-540.097220.003283.573970.119520.266610.003601571421544271524183.08 21B19-550.055900.001980.552720.019440.071710.00098448544471344660.22 21B19-560.063930.002370.651170.023870.073860.001027395450915459610.89 21B19-580.104570.003654.355560.150690.302070.004151707431704291702210.29 21B19-590.056680.002130.598990.022290.076640.00107479574771447660.21 21B19-600.060810.003520.865730.049600.103240.00158633976332763390 21B19-610.168560.0057911.302310.384580.486270.00665254339254832255529−0.47 21B19-620.105450.003704.134410.143480.284340.003891722441661281613206.76 21B19-640.056600.002520.598020.026220.076610.00116476704761747670.00 21B19-650.055730.002510.546140.024350.071060.0010144274442164436−0.23 21B19-670.088540.003352.853290.106490.233700.003321394501370281354172.95 21B19-680.072310.002801.719730.065760.172480.0024799554101625102614−3.02 21B19-690.055880.002200.557260.021660.072310.00103448614501445060 21B19-700.058080.002410.751620.030730.093850.0013753364569185788−1.56 21B19-710.079070.002882.353210.084600.215830.00298117449122926126016−6.83 21B19-720.056500.002180.589460.022470.075650.00106472594711447060.21 21B19-730.092300.003453.281350.121030.257820.00363147448147729147919−0.34 21B19-740.065420.002371.064440.038050.117990.00161788527361971992.36 21B19-750.055680.002150.541730.020640.070550.00099440604401443960.23
说明: 当206Pb/238U<1000时, 不谐和度= [(207Pb/235U) / (206Pb/238U) – 1] × 100%; 当206Pb/238U>1000时, 不谐和度= [(207Pb/206Pb) / (206Pb/238U) – 1] × 100%。样品21B19的Th, U元素含量数据缺失。
表2 样品180824-32锆石年代学LA-MC-ICP-MS测试数据
Table 2 Zircon chronological data from LA-MC-ICP-MS dating for sample 180824-32
测点号含量/(μg·g−1)Th/U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U不谐和度/% ThU比值误差(1σ)比值误差(1σ)比值误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ) 180824-32-1128.0256.00.500.05500.00450.5750.0490.07390.0013380180455314608−1.04 180824-32-2172.4322.00.540.05220.00320.5370.0390.07270.00173101604402445310−2.87 180824-32-3160.3344.00.470.05480.00340.5640.0410.07420.00193901504512646211−2.38 180824-32-497.5205.00.480.05690.00420.5640.0440.07290.001942018045732456100.22 180824-32-5278.0453.00.610.05580.00450.5840.0350.07570.00244101504662247014−0.85 180824-32-6209.0522.00.400.06180.00340.6590.0440.07680.001763014051027477106.92 180824-32-9265.0550.00.480.05950.00340.5970.0400.07310.001649014047125455103.56 180824-32-10579.0734.00.790.05680.00300.5750.0310.07290.00124401104591945371.24 180824-32-11150.0272.00.550.05810.00510.6100.1000.07530.003243034047266468190.85 180824-32-1282.9218.00.380.11690.00395.2400.1500.32310.00711890631857251804354.77 180824-32-1394.6166.00.570.08550.00502.7900.1400.23200.00511320100134638134427−1.79 180824-32-14127.9309.00.410.05550.00430.5610.0420.07380.0012340160447284597−2.61 180824-32-1538.860.10.650.21550.007917.640.6100.59100.0160293754296334298863−1.71 180824-32-1693.6237.00.390.06020.00550.6740.0580.08160.002448019051535505141.98 180824-32-1753.4103.10.520.05660.00570.5850.0600.0750.00233502104593846614−1.50 180824-32-18131.6143.70.920.09900.00483.9900.2200.29750.00681550120162345167834−7.63 180824-32-19173.0216.00.800.09920.00373.8600.2300.28730.00541560110159650162827−4.18 180824-32-20172.0375.00.460.06240.00450.6190.0540.07220.001961020048434449127.80 180824-32-2268.1204.00.330.05960.00794.1600.2200.28320.00881741781659441607448.34 180824-32-23249.0609.00.410.05860.00310.5950.0460.07240.001856016047129450114.67 180824-32-24130.0346.00.380.05430.00330.5590.0430.07340.00173901704472845610−1.97 180824-32-25151.0237.00.640.05570.00530.5420.0640.07330.00222702304324145613−5.26 180824-32-2679.8167.00.480.04830.00530.5020.0560.07270.00211502304134145213−8.63 180824-32-2839.982.60.480.05340.00740.5500.0720.07580.00272002804304847116−8.70 180824-32-30119.4347.00.340.05590.00340.6180.0450.07630.001751016048528474102.32 180824-32-31156.1183.00.850.05780.00570.5820.0670.07390.00213902404574346012−0.65
续表
测点号含量/(μg·g−1)Th/U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U不谐和度/% ThU比值误差(1σ)比值误差(1σ)比值误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ) 180824-32-3281.7118.60.680.05320.00740.5280.0700.07410.00281402604174646117−9.54 180824-32-33427.01029.00.410.05650.00270.6170.0420.07950.0012440140486264937−1.42 180824-32-35242.0677.00.360.05540.00300.5550.0360.07370.00163801504462345810−2.71 180824-32-36690.0844.00.820.08880.00162.9700.0970.24550.0035138862139825141518−1.91 180824-32-37325.0577.00.560.05810.00350.5750.0380.07450.0013410140458244638−1.06 180824-32-3878.5162.10.480.08930.00382.9200.1300.23880.004213801001391391380220 180824-32-39170.0194.00.880.05310.00450.5350.0490.07380.00193102104383645912−4.58 180824-32-40109.7299.00.370.05510.00400.5280.0460.07260.00172901804273045210−5.53 180824-32-41207.2216.10.960.05660.00540.5420.0620.07380.00212602404324145913−5.88 180824-32-42101.8193.00.520.05250.00540.5470.0660.07730.00272302804344648016−9.58 180824-32-43417.0737.00.570.05570.00250.5270.0310.06880.0014410130428214298−0.21 180824-32-45132.9296.40.450.05900.00591.0400.1600.11200.012073024070284683662.78 180824-32-46471.0746.00.630.06010.00340.5980.0380.06980.001866015047424435118.97 180824-32-47564.0738.00.760.05550.00310.5490.0350.07230.0014400150442234508−1.76 180824-32-48145.2222.00.650.05540.00450.5530.0580.07360.00273602404524245716−1.09 180824-32-49189.8472.00.400.05430.00300.5390.0400.07260.00173101704352745210−3.76 180824-32-50105.9246.00.430.05560.00410.5840.0520.07540.00183801904613446911−1.71 180824-32-51103.5214.00.480.05420.00400.5300.0430.07120.00193401804343144312−2.03 180824-32-52160.0310.00.520.05430.00480.5260.0520.07340.00192402004243445612−7.02 180824-32-53277.0404.00.690.05710.00320.5620.0530.07340.00184102104493445611−1.54 180824-32-5520.9570.70.300.05500.01000.5600.1000.07530.00391403604236746723−9.42 180824-32-56109.0202.00.540.05280.00450.5150.0610.07110.00212402404164144313−6.09 180824-32-5730.6372.80.420.05320.00730.6180.0930.08060.00302903104715950018−5.80 180824-32-5893.2177.30.530.05500.00560.5380.0550.07340.00202702204303645612−5.70 180824-32-59187.0358.00.520.05720.00390.5830.0380.07360.0016470160463244579.81.22 180824-32-6090.8219.00.410.05220.00450.5910.0480.07720.00194002004773547911−0.42 180824-32-61132.0305.00.430.05610.00390.6140.0440.07840.00224301704832848613−0.62
续表
测点号含量/(μg·g−1)Th/U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U不谐和度/% ThU比值误差(1σ)比值误差(1σ)比值误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ)年龄/Ma误差(1σ) 180824-32-63160.0277.00.580.05530.00490.6150.0690.07390.002050025048043460124.35 180824-32-64127.9366.00.350.05380.00310.5480.0430.07390.0013340160441284608−4.05 180824-32-6574.0131.00.560.05700.00730.5800.0760.07390.00263302604504845915−1.96 180824-32-6652.771.40.740.08810.00543.1200.2000.25730.00651350120142151147533−8.47 180824-32-6772.4141.90.510.05840.00620.6640.0750.07730.001959026050847480115.83 180824-32-6831.671.80.440.09330.00663.3000.2200.25930.006215201101480481485322.36 180824-32-69434.0435.01.000.05580.00390.5640.0410.07520.0014360170451274679−3.51 180824-32-7084.8153.10.550.05900.00630.6220.0700.07660.002343023047944476140.63 180824-32-71230.0302.00.760.05600.00360.5760.0360.07450.0014410140458234638−1.08 180824-32-72129.5165.00.780.05470.00580.5540.0600.07240.00213202304374045013−2.89 180824-32-7336.776.20.480.06310.00910.6600.1100.07640.002850036049569475174.21 180824-32-7425.8768.80.380.05790.00850.5800.1100.07440.00413003604456946225−3.68 180824-32-75128.0240.00.530.05790.00460.5890.0520.07470.002041020046534464120.22 180824-32-7685.0164.00.520.05990.00560.6310.0690.07760.003149024048943482191.45 180824-32-77158.0192.70.820.05660.00580.5450.0570.07000.00183502104333843611−0.69 180824-32-78590.0698.00.850.06160.00320.6120.0360.07250.00136001304822345186.90 180824-32-79559.0586.00.950.05690.00300.5680.0310.07200.00145001304552044881.59 180824-32-80174.5366.00.480.05550.00370.5510.0570.07590.00192402104413747111−6.37 180824-32-81252.0551.00.460.05870.00320.6190.0290.07790.00125101204871848470.68 180824-32-8256.4110.70.510.05920.00650.5770.0870.07250.00453902904495645027−0.22 180824-32-83111.3180.50.620.05820.00690.5910.0700.07450.00233702404594446313−0.86 180824-32-84190.0335.00.570.05590.00380.5870.0540.08000.0016320190464354969−6.41 180824-32-8574.3208.00.360.05240.00720.9500.2000.09900.010060030062798604613.81 180824-32-86329.0577.00.570.05660.00300.5890.0440.07450.00104801604672746360.86 180824-32-87183.0216.00.850.05610.00550.5360.0510.07120.00233302104283444314−3.39 180824-32-89285.0298.00.960.05830.00430.5690.0490.07220.00164602004533245090.78 180824-32-90134.4332.00.400.05450.00350.5570.0400.07500.00183601704462646611−4.29
图8 徐尼乌苏组样品锆石年代学测试结果
Fig. 8 Zircon chronological dating result of samples from the Xuniwusu Formation
综上所述, 徐尼乌苏组的物源应分别来自其北的早古生代岛弧带和其南的华北板块基底。
在本研究区以东约 200km 的达茂旗地区, 发育代表弧后盆地的塔林宫群浊积岩和代表岛弧岩浆岩的多个岩体以及包尔汗图群火山岩(图 1)[20-21,33]。在再向东 150km 的白乃庙地区, 也存在一套同时代的碎屑岩-火山岩建造—— 徐尼乌苏组, 代表白乃庙地区志留纪弧后盆地沉积(图 1)[22,41-42]。根据岩性组合, 将其划分为 3 个沉积旋回及演化阶段: 1) 早期快速堆积阶段(452~441Ma), 为成熟度较低的粗碎屑岩建造; 2)中期火山喷发阶段(441~440Ma), 以火山-沉积作用为主, 夹碳酸盐岩和碎屑岩建造, 其中安山质火山凝灰岩形成时代为 440.9Ma, 碎屑物质主要来源于该时期的火山活动; 3)晚期稳定沉积阶段(440Ma 之后), 形成细碎屑岩-碳酸盐岩建造, 此时物源广泛, 分别来自华北板块基底、兴蒙造山带和白乃庙早古生代火山弧[22]。
对图古日格、达茂旗和白乃庙 3 个地区的对比分析表明, 在南造山带东西约 400km 的范围内, 广泛发育以徐尼乌苏组和塔林宫群为代表的弧后盆地, 构成早古生代古亚洲洋的重要古地理单元, 揭示早古生代古亚洲洋的俯冲过程中曾形成东西向宽阔的沟弧盆体系, 表明华北板块北缘属于安第斯型活动大陆边缘。
(a)图古日格岛弧闪长岩(n=30)[12], 温其根乌兰枕状玄武岩( n=19)[24]; (b)徐尼乌苏组石英杂砂岩(n=143)(本文); (c)华北克拉通( n=1780)[34]; (d)白乃庙变质长石石英细砂岩(n=77)[22]
图9 徐尼乌苏组与潜在物源区碎屑锆石年龄谱对比
Fig. 9 Comparison of detrital zircon age spectrums from Xuniwusu Formation and potential provenance terranes
综合本文与前人的研究结果, 我们推断华北板块北缘早古生代沟弧盆体系的格局如下: 早古生代松辽-浑善达克地块与华北板块之间存在古亚洲洋, 以温都尔庙群为代表; 古亚洲洋向南俯冲至华北板块之下, 形成加积楔; 俯冲作用在华北板块北缘西部图古日格地区产生岛弧带, 由奥陶纪包尔汉图群火山岩及同时期侵入岩组成; 岛弧带以南发育弧后盆地, 接受岛弧岩浆岩与华北板块的双向物源, 形成徐尼乌苏组浊流沉积(图 10)。向东在达茂旗地区也发育弧后盆地, 沉积形成塔林宫群浊积岩系; 在更东部的白乃庙地区, 弧后盆地的沉积以滨浅海相火山-碎屑岩为特征。
1)图古日格地区徐尼乌苏组复理石建造应属浊流沉积, 可归为中扇亚相, 并可进一步划分出辫状水道、辫状水道间和中扇前缘 3 种微相, 其形成时间为早中志留世。
2)图古日格地区徐尼乌苏组主要物源是来自其北方的岛弧带岩浆岩的剥蚀物质, 也有部分来自其南方华北板块变质基底, 因此徐尼乌苏组反映弧后盆地的双向物源特征。
3)图古日格、达茂旗和白乃庙 3 个地区的弧后盆地沉积建造对比分析表明, 在南造山带东西约400km 范围内, 早古生代古亚洲洋的俯冲曾形成宽阔的沟弧盆体系, 暗示华北板块北缘属于安第斯型活动大陆边缘。
图10 南造山带沟弧盆体系
Fig. 10 Schematic model map of back-arc basin in the south orogenic belt
致谢 研究工作得到河北地质大学王志伟老师和李艳广老师及翟鹏和唐军同学的帮助, 在此表示衷心感谢。
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Sedimentary Facies and Provenance Area Analysis of Xuniwusu Formation in Tugurige Area, Southern Xing-Meng Orogenic Belt and Their Tectonic Significance
Abstract Sedimentary facies studies on flysch formation of Xuniwusu Formation in Tugurige area, western Inner Mongolia reveal that the formation generally shows Bouma sequences with different thickness and types, in line with turbidity current sedimentary facies. According to turbidite facies model, it can be categorized into middle fan subfacies and contains three micro facies such as braided channel, inter-braided channel and central fan front margin microfacies. Xuniwusu Formation is speculated as the early-middle Silurian according to the regional stratigraphic correlation and the youngest peak of detrital zircon ages (437.9±2.7 Ma). Provenance analysis of Xuniwusu Formation reveals that it cames from the early Paleozoic island arc belt in the north and the basement of North China plate in the south, respectively. In addition, the strata comparison of Tugurige, Damaoqi and Bainaimiao areas suggests that a Back-arc Basin, representative of prevailing Xuniwusu Formation and Talingong Group, located in the south orogenic belt and extended about 400km in East-West direction. Such a wide trench-arc-basin system in early Paleozoic might be formed in relation to Paleo-Asia Ocean subduction and thus determines an Andean type active continental margin along the north edge of North China plate.
Key words Xing-Meng orogenic belt; Tugurige; Xuniwusu Formation; back-arc basin; provenance analysis
doi: 10.13209/j.0479-8023.2019.084
国家重点研发计划(2017YFC0601302)、国家自然科学基金(41672214)和内蒙古自治区科技厅“兴蒙造山带构造演化、成矿信息与成矿作用”项目资助
收稿日期: 2019-03-09;
修回日期: 2019-07-06