張渝金 張超 馬永非 楊濤 劉艷 杜繼宇 趙英利 張建坤

興蒙造山帶(即中亞造山帶東段)作為古亞洲洋東部最終閉合的關(guān)鍵區(qū)域(圖1a)，受到了古亞洲洋構(gòu)造域、蒙古-鄂霍茨克洋構(gòu)造域以及古太平洋構(gòu)造域在該地區(qū)的相互疊合與改造，是研究上述三大構(gòu)造域演化過程的熱點(diǎn)地區(qū)(唐克東, 1989; Jianetal., 2008; Miaoetal., 2008; 劉永江等, 2010, 2019; Xuetal., 2015; 趙英利等, 2016, 2018)。該地區(qū)地質(zhì)體不僅記錄了三大構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換和疊加過程，而且記錄了西伯利亞板塊與華北板塊拼貼碰撞，以及兩大板塊之間古亞洲洋閉合過程。

圖1 中亞造山帶東段大地構(gòu)造位置圖(a,據(jù)eng?r et al., 1993修改)及區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b,據(jù)趙英利等, 2016修改)

目前對(duì)于古亞洲洋東段具體縫合帶位置和閉合時(shí)代均存在不同認(rèn)識(shí)，其中縫合帶的最終位置大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋沿著索倫-西拉木倫-長(zhǎng)春-延吉縫合帶最終閉合(王鴻禎, 1982; 李錦軼等, 2007; 劉永江等, 2010, 2019; Wuetal., 2011; 韓國(guó)卿等, 2011;趙英利等, 2016; 張渝金等, 2019)；部分學(xué)者認(rèn)為索倫-林西縫合帶是古亞洲洋消亡的最終位置(Tang, 1990; Jianetal., 2008; 李益龍等, 2012)；還有學(xué)者認(rèn)為賀根山-黑河縫合帶是古亞洲洋東段閉合位置(蘇養(yǎng)正, 1981; Miaoetal., 2008)。而關(guān)于古亞洲洋東段消亡的時(shí)限也存在著不同的認(rèn)識(shí)，部分學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋東段在晚泥盆世至早石炭世期間已經(jīng)閉合，石炭紀(jì)進(jìn)入伸展背景(Xuetal., 2013; 邵濟(jì)安, 2017)；部分學(xué)者則認(rèn)為古亞洲洋東段雙向俯沖啟動(dòng)于早古生代，俯沖作用持續(xù)至晚古生代末期，并于晚二疊世至早-中三疊世完全閉合(eng?retal., 1993; Chenetal., 2000;李錦軼等, 2007; Wuetal., 2011; 鄭月娟等, 2014; 趙英利等, 2016; 張渝金等, 2018, 2019; 劉永江等, 2019)，等等。綜上所述，關(guān)于古亞洲洋東段閉合位置和時(shí)限的不同認(rèn)識(shí)，嚴(yán)重制約了興蒙造山帶的構(gòu)造演化以及基礎(chǔ)地質(zhì)等方面的深入研究。大興安嶺南段地區(qū)出露大量的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)地層，作為一套承前啟后的沉積地層，詳細(xì)記錄了古亞洲洋閉合過程中的地質(zhì)信息。因而，該套地層成為深入研究古亞洲洋東段構(gòu)造演化、沉積環(huán)境以及生物更替演變的關(guān)鍵突破點(diǎn)(張渝金等, 2019; 陳樹旺等, 2020)。

本文以大興安嶺南段阿魯科爾沁旗地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的二疊系-三疊系界線地層為研究對(duì)象，進(jìn)行了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上測(cè)制了地層剖面，重點(diǎn)對(duì)上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組開展沉積學(xué)、重礦物組合及碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)研究，旨在分析二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交的沉積環(huán)境變遷，探討其構(gòu)造演化背景，同時(shí)為古亞洲洋東段閉合演化過程提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部阿魯科爾沁旗地區(qū)，大地構(gòu)造位置處于中亞造山帶東段，介于西拉木倫-長(zhǎng)春-延吉縫合帶與賀根山-黑河縫合帶之間，索倫-林西縫合帶在研究區(qū)通過(圖1b)。研究區(qū)由于特殊的構(gòu)造位置，從而成為地質(zhì)學(xué)者們研究古亞洲洋閉合過程的熱點(diǎn)地區(qū)之一。

研究區(qū)廣泛發(fā)育的地層包括古生界二疊系，中生界三疊系、侏羅系和白堊系(圖2)。二疊系主要為上二疊統(tǒng)林西組，呈北東向展布，1:20萬協(xié)力府幅(遼寧省第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì), 1971(1)遼寧省第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì). 1971. 1:20萬協(xié)力府幅地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)將該套地層其稱之為上三疊統(tǒng)陶海營(yíng)子組。其后根據(jù)葉肢介化石和植物化石將其時(shí)代修訂為晚二疊世(王五力, 1984; 黃本宏, 1993)。內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局(1996)開展巖石地層清理工作時(shí)，將這套地層稱之為上二疊統(tǒng)林西組，并定義為一套黃綠、黃白色巖屑粉砂巖、巖屑長(zhǎng)石細(xì)砂巖，灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、頁巖、泥巖等細(xì)碎屑巖組合，含豐富的動(dòng)、植物化石。此后，還有很多學(xué)者對(duì)這套地層進(jìn)行過多方面的研究(張永生等, 2012; 鄭月娟等, 2013; 張渝金等, 2017, 2018, 2019)。

圖2 阿魯科爾沁旗地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)張渝金等, 2019修改)

大興安嶺地區(qū)早三疊世地層研究程度相對(duì)較低，地層單位尚未統(tǒng)一，目前主要有老龍頭組(張武等, 2006; 楊雅軍等, 2012; 劉兵等, 2014; 楊兵等, 2014)、幸福之路組(朱儒峰和鄭廣瑞, 1992; 和政軍等, 1997,1998; 鄭月娟等, 2013, 2014; 張海華等, 2015a)、哈達(dá)陶勒蓋組(姜萬德, 1992; 丁秋紅等, 2005)。它們與林西組相伴出露，主要分布于內(nèi)蒙古奈曼旗、科爾沁右翼前旗、巴林右旗、扎賚特旗、扎蘭屯以及黑龍江省龍江縣一帶。下三疊統(tǒng)以紅層作為主要標(biāo)志，其巖性以粗碎屑巖為主夾少量細(xì)碎屑巖，并有多處火山巖層夾層，含少量動(dòng)、植物化石。研究區(qū)的下三疊統(tǒng)與上二疊統(tǒng)林西組相伴出露，為一套雜色復(fù)成分礫巖、礫砂巖，灰紫色細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)凝灰?guī)r夾青灰色凝灰?guī)r等組合。前期工作，我們根據(jù)巖石組合、古生物化石和鋯石U-Pb同位素年齡將其厘定為下三疊統(tǒng)老龍頭組(張渝金等, 2019)。

侏羅系主要由中侏羅統(tǒng)新民組、上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組等組成，白堊系主要由下白堊統(tǒng)瑪尼吐組和白音高老組等組成，其巖性主要為一套陸相中-酸性火山巖夾細(xì)碎屑沉積巖組合，不整合覆蓋于二疊系或三疊系之上，并被第四系所覆蓋。

2 沉積地層特征

本次工作在內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗坤都地區(qū)測(cè)制了上二疊統(tǒng)林西組與下三疊統(tǒng)老龍頭組綜合剖面(圖3)，該剖面可見二者的接觸關(guān)系(圖3e)。林西組上部主要為一套湖沼沉積，由黑灰-青灰色的粉砂巖、頁巖、泥巖夾細(xì)砂巖組成(圖3a)，含豐富的植物化石(圖3b)，界線附近可見到干涉波痕(圖3c)和龜裂現(xiàn)象(圖3d)。下三疊統(tǒng)老龍頭組，主要為一套河流沉積，由雜色復(fù)成分礫巖、礫砂巖，以及灰紫色、青灰色粉砂質(zhì)凝灰?guī)r組成，底部常出現(xiàn)沖積扇辮狀河的礫巖層(圖3e, f)。

圖3 內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗地區(qū)晚二疊世-早三疊世地層綜合柱狀圖(據(jù)張渝金等, 2019修改)

根據(jù)地層層序和巖石組合特征，老龍頭組存在沖積扇、三角洲和湖泊3種沉積類型，2個(gè)完整的四級(jí)層序(圖3)。第一個(gè)四級(jí)層序分層為7～26層，主要由厚層的雜色塊狀礫巖、砂質(zhì)礫巖夾中粗砂巖，薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾凝灰?guī)r等組成，構(gòu)成了沖積扇(辮狀河)和淺湖沉積體系，并伴有弱火山活動(dòng)。底部為沖積扇-辮狀河沉積，礫巖成分主要為中酸性火山巖、少量沉積巖，礫石呈高角度疊瓦狀堆積(圖3e, f)，表明為近源搬運(yùn)；底部可見板狀交錯(cuò)層理，向上為塊狀層理和槽狀交錯(cuò)層理，并見明顯沖刷面(圖3g)。第二個(gè)四級(jí)層序?yàn)?7～45層，主要由雜色復(fù)成分砂礫巖、青灰色凝灰質(zhì)含礫粗砂巖、凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、灰紫色硅質(zhì)粉砂巖，夾多層巖屑晶屑凝灰?guī)r等組成，構(gòu)成了三角洲和濱淺湖沉積體系，火山活動(dòng)明顯增強(qiáng)。底部為沖積扇-辮狀河沉積，礫石較第一個(gè)四級(jí)層序粒度變小，分選較差，礫石之上發(fā)育水平層理、薄層灰紫色粉砂巖(圖3h)，表明湖盆階段性萎縮；中部為濱淺湖相，沉積厚層的灰紫色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖(圖3i)；上部為三角洲前緣相，發(fā)育厚層的雜色復(fù)成分砂礫巖(圖3j)，頂部發(fā)育凝灰?guī)r夾層。

綜上所述，上二疊統(tǒng)林西組主要是淺湖沉積，巖性以暗色粉砂巖與泥巖為主，水動(dòng)力較弱，紋層發(fā)育，靠近界線處見多層的波痕和泥裂，局部表現(xiàn)出濱湖特點(diǎn)。另外，根據(jù)地層地球化學(xué)和植物化石研究表明林西組時(shí)期顯示溫暖濕潤(rùn)的氣候環(huán)境(張渝金等, 2017, 2018)。下三疊統(tǒng)老龍頭組在垂向上呈現(xiàn)沖積扇(辮狀河)-淺湖-沖積扇(辮狀河)-濱湖-淺湖-三角洲前緣-三角洲砂壩沉積。從沉積記錄所反映的古氣候表明老龍頭組中下部具有紅層特征，顯示出半干旱-干旱氣候特點(diǎn)，與下伏林西組沉積環(huán)境具有顯著差異，表明晚二疊世至早三疊世，該地區(qū)大面積的地殼抬升，湖盆萎縮，并轉(zhuǎn)為炎熱、干旱的氣候環(huán)境，從而形成紫紅色老龍頭組河湖相沉積層。

3 分析方法

人工重砂樣品的挑選和分離在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用搖床和手工淘洗對(duì)樣品進(jìn)行破碎分離，選用了碰選、電碰選、重液選、介電選等流程，最大程度地使其分離和聚集，后期在鏡下進(jìn)行提純，使純度達(dá)到98%以上。

測(cè)年樣品的破碎和鋯石的分選工作由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，其方法是先將樣品破碎至100μm左右，經(jīng)過淘洗、磁選和密度分選后，然后挑選出晶形較好的鋯石顆粒，將挑選出的鋯石顆粒制成環(huán)氧樹脂樣品靶，然后制成直徑約35mm，厚約5mm的圓形靶。透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像的采集在北京中興美科科技有限公司完成。

LA-ICP-MS(激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜)鋯石U-Pb定年測(cè)試工作在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所大洋巖石圈與地幔動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行完成。本次實(shí)驗(yàn)所采用的儀器為Agilent 7900型電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)儀及與之配套的Photon Machine激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為35μm，能量密度約為4.24J/cm2，頻率為8Hz，以He為載氣。以NIST610作為外部標(biāo)準(zhǔn)，以29Si作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500進(jìn)行質(zhì)量控制，測(cè)試數(shù)據(jù)、加權(quán)平均年齡的誤差均為1σ。對(duì)于所測(cè)鋯石<1000Ma的數(shù)據(jù)，用206Pb/238U 年齡，而對(duì)于年齡>1000Ma的數(shù)據(jù)，采用207Pb /206Pb 年齡，以206Pb /238U 年齡和207Pb/206Pb年齡的比值為標(biāo)準(zhǔn)篩選U-Pb 年齡數(shù)據(jù)，諧和度在95%以上(包含95%)的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。

鋯石原位微區(qū)Hf同位素測(cè)試工作在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為MC-ICP MS(Neptune-Plus“多接受等離子質(zhì)譜儀”)以及配套的GeoLas2005激光剝蝕系統(tǒng)。鋯石Hf同位素測(cè)試均是在鋯石U-Pb定年相同的測(cè)試位置進(jìn)行操作。本次測(cè)試激光脈沖頻率為6Hz，激光束直徑為44μm。整個(gè)測(cè)試以91500和GJ-1作為標(biāo)樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。其中標(biāo)樣91500的176Hf/177Hf測(cè)試結(jié)果為0.282291±35(2σ，n=89)，GJ-1的176Hf/177Hf測(cè)試結(jié)果為0.282019±4(2σ，n=87)，均在誤差范圍內(nèi)與推薦值一致(Woodhead and Hergt, 2005)。儀器分析條件以及數(shù)據(jù)處理方法詳細(xì)見文獻(xiàn)(Liuetal., 2010)。εHf(t)值依據(jù)測(cè)點(diǎn)的鋯石U-Pb年齡來計(jì)算，采用176Lu衰變常數(shù)為1.876×10-11y-1(S?derlundetal., 2004)，176Lu/177Hf比值為0.0336，球粒隕石176Hf/177Hf比值為0.282785(Bouvieretal., 2008)。采用現(xiàn)今虧損地幔176Hf/177Hf及176Lu/177Hf的比值計(jì)算鋯石Hf同位素的一階段模式年齡(tDM1(Hf))，其中176Hf/177Hf=0.28325，176Lu/177Hf=0.0384(Griffinetal., 2002)。采用176Lu/177Hf比值為0.015(Griffinetal., 2002)計(jì)算鋯石Hf同位素的二階段模式年齡(tDM2(Hf))。

4 分析結(jié)果

4.1 重礦物分析

重礦物由于具有耐磨蝕、較高的穩(wěn)定性，進(jìn)而能夠反映母巖的特征，經(jīng)風(fēng)化剝蝕之后的產(chǎn)物具有不同的重礦物組合，因此，根據(jù)重礦物的組合特征能夠有效地反映出母巖類型(閆臻等, 2008; 李雙應(yīng)等, 2014)，在分析研究各時(shí)代沉積物物源中得到廣泛應(yīng)用(Dill, 1998; Giorgettietal., 2009; 蔡芃睿等, 2019)。據(jù)Pettijohn(1975)統(tǒng)計(jì)分析，重礦物具有某種特殊類型母巖的判斷標(biāo)志(表1)。

表1 碎屑巖礦物組合與母巖類型的關(guān)系(據(jù)Pettijohn,1975)

本次研究對(duì)阿魯科爾沁旗地區(qū)綜合剖面選取5件林西組細(xì)碎屑巖和9件老龍頭組細(xì)碎屑巖進(jìn)行重礦物成分分析，識(shí)別出重礦物主要包括鋯石、磷灰石、金紅石、白鈦石、石榴石、方鉛礦、赤褐鐵礦等(表2、圖4)，少量海綠石、角閃石(含量太少，未參與統(tǒng)計(jì))。黃鐵礦由于大多數(shù)為沉積作用自生形成，赤褐鐵礦由于是黃鐵礦氧化形成，因此這兩種不具有源區(qū)巖石類型的指示意義，只是表明其沉積環(huán)境為還原環(huán)境(蔡芃睿等, 2019)。

圖4 研究區(qū)林西組和老龍頭組重礦物含量對(duì)比圖

表2 內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗晚二疊世-早三疊世地層碎屑巖重礦物析結(jié)果(%)

上二疊統(tǒng)林西組砂巖中重礦物類型多樣，含量豐富，其重礦物組合為鋯石+磷灰石+方鉛礦+金紅石+白鈦石+石榴石+電氣石+獨(dú)居石+銳鈦礦+鈦鐵礦+鉻鐵礦+磁鐵礦，其中鋯石+磷灰石+電氣石+獨(dú)居石+金紅石的組合指向原巖為中酸性巖漿巖，銳鈦礦+鈦鐵礦+磁鐵礦+鉻鐵礦+白鈦石+金紅石的組合指示母巖應(yīng)為基性巖漿巖，而少量的海綠石和石榴石的存在則指示母巖可能來自于少部分的變質(zhì)巖及沉積巖。

下三疊統(tǒng)老龍頭組砂巖樣品重礦物較林西組類型減少，含量變小。重礦物組合為鋯石+磷灰石+金紅石+白鈦石+石榴石+電氣石+鉻鐵礦+磁鐵礦，指向母巖為中酸性巖漿巖，其中包含少量的石榴石則指示母巖可能來自于少部分的變質(zhì)巖。

綜上所述，可以看出林西組砂巖重礦物含量豐富，類型多樣，原巖為中酸性巖漿巖、基性巖漿巖、少部分變質(zhì)巖及沉積巖；老龍頭組砂巖重礦物類型少，原巖為中酸性巖漿巖和少量變質(zhì)巖。

4.2 碎屑巖樣品特征及鋯石U-Pb年代學(xué)

在綜合剖面上選取林西組砂巖(PM411TW07)和老龍頭組砂巖(SDHTW01、2017TW07)，以及剖面北側(cè)的林西組砂巖(PM412TW79)進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析測(cè)試(采樣位置見圖2、圖3)。

采集了上二疊統(tǒng)林西組2件長(zhǎng)石砂巖樣品。黃綠色含粉砂質(zhì)長(zhǎng)石砂巖(PM411TW07)：細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由碎屑顆粒(含量約80%)、巖屑(含量約5%)及填隙物(含量約15%)組成。磨圓中等，顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)。碎屑顆粒主要為長(zhǎng)石和石英，填隙物由鈣質(zhì)和粘土物質(zhì)組成(圖5a)。黃綠色變余細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖(PM412TW79)：變余細(xì)砂結(jié)構(gòu)，變余構(gòu)造。巖石由碎屑顆粒(含量約70%)、填隙物(含量約15%)及新生成的綠泥石和絹云母礦物(含量約15%)組成。碎屑顆粒主要為石英顆粒(約50%)、長(zhǎng)石顆粒(約30%)、巖屑(約20%)等。多數(shù)顆粒為次圓或次棱角狀，巖石分選較好，磨圓中等，顆粒支撐，孔隙膠結(jié)。新生礦物綠泥石、絹云母具弱定向排列，但仍見原砂巖特征。填隙物由非晶質(zhì)的鐵質(zhì)膠結(jié)物和細(xì)小雜基組成(圖5b)。

圖5 研究區(qū)上二疊統(tǒng)林西組砂巖(a、b)和下三疊統(tǒng)老龍頭組砂巖(c、d)鏡下照片

采集了下三疊統(tǒng)老龍頭組2件粉砂-細(xì)砂巖樣品。青灰色粉砂巖(2017TW07)：粉砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由粉砂級(jí)碎屑物(含量約80%)、砂粒級(jí)巖屑(含量約5%)及泥質(zhì)填隙物(含量約15%)組成。粉砂級(jí)碎屑物主要以長(zhǎng)石、石英、白云母為主，礦物的分選較好，磨圓較差。泥質(zhì)膠結(jié)，局部見新生礦物絹云母(圖5c)。黃綠色細(xì)砂巖(SDHTW01)：細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由石英、長(zhǎng)石、少量片狀黑云母及巖屑等組成。有大量的安山巖巖屑、硅質(zhì)巖屑和流紋巖巖屑。膠結(jié)物結(jié)構(gòu)為顆粒支撐，接觸式-孔隙式膠結(jié)，填隙物主要為硅質(zhì)、鐵質(zhì)和少量鈣質(zhì)(圖5d)。

4件碎屑巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表3和表4。

表3 研究區(qū)林西組鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)

續(xù)表3Continued Table 3測(cè)點(diǎn)號(hào)ThU(×10-6)Th/U同位素比值同位素年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-433755690.660.055410.000890.545520.009380.071100.000854283544264435-441063070.340.069520.001251.464130.028610.152290.00245915379161291414-4535890.400.183930.0032913.459570.266050.528480.00813268930271219273534-462479400.260.115930.002223.931230.084880.244750.00466189433162018141124-47941540.610.056170.001640.566900.017560.072930.0011345765456114547-48903480.260.125690.001846.497660.119470.373250.00612203926204616204529-491973720.530.053410.001750.297990.010630.040450.000853464226582565-50801300.620.053130.003070.322670.014700.044860.00104345131284112836-512696190.430.059690.001720.761790.017230.093020.00212591635751057313-52355300.070.117160.001515.706170.090810.351940.00423191318193214194420-532132860.740.051100.002310.283860.013190.040300.0008325673254102555-541523600.420.049990.001510.275170.007790.040140.000631957024762544-55851640.520.053350.002020.333280.012180.045470.000733438529292875-56711970.360.056200.001430.584720.014480.075630.001114612546794707-571211380.880.051790.003470.288060.018220.040810.00103276156257142586-582453810.640.051530.001660.285310.009340.040210.000702657725572544-591502140.700.068770.001481.472900.032560.154920.00215900729191392812-601102030.540.052070.002420.287570.012880.040210.00091287101257102546-611017480.140.069150.001091.464790.025760.152980.00210903649161191812-6264930.690.058610.007490.492440.052190.063130.003755542774073639523-631001180.850.051800.002800.285220.015090.040290.00089276124255122556-64521010.520.052590.002850.362530.020730.049990.00108309124314153147-6544650.670.051050.004300.288260.024150.040950.001552431992571925910-66921570.590.115950.002025.485520.113800.341310.00628189530189818189330-672203770.580.088100.002360.487440.012090.040160.0005813855140382544-682812791.010.053660.002130.336390.013270.045460.0007036789294102874-692102220.950.055720.001890.494680.017200.064130.0011844379408124017-701585000.320.055570.001010.560790.011390.072650.001004354145274526-712723020.900.055550.002190.405720.016730.052530.0008943589346123305-724013111.290.055310.001770.343240.011310.044800.000884337230092835-73587150.080.089460.001761.795650.037680.145290.0034214143810441487519-742792751.020.098100.001553.757260.066890.275820.00372158930158414157019-75372090.180.066500.001421.216430.027300.132230.00200822458081380111-761061230.860.168270.0028311.313240.223270.484580.00744254023254918254732-771572490.630.053200.001540.366090.010520.050010.000833456731783155-78651590.410.068810.003581.146350.038760.120210.003018941077761873217-79621260.490.055200.001640.519820.015290.068290.0010142067425104266-801241500.830.051990.002260.290330.012600.040600.00110283103259102577PM412TW79 黃綠色變余細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖-1901970.460.081310.001242.344160.036140.207860.00249122930122611121713-2861280.670.090350.003623.168100.131040.252460.00624143377144932145132-3501380.370.090860.001743.157570.059390.251050.00303144437144715144416-42053780.540.055720.001850.538580.023130.070000.00350443794371543621

表4 研究區(qū)老龍頭組鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)

續(xù)表4Continued Table 4測(cè)點(diǎn)號(hào)ThU(×10-6)Th/U同位素比值同位素年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-4347880.540.055720.004020.319020.019080.039480.00091443161281152506-442222810.790.053490.001800.324260.011100.044530.000943508128592816-451902720.700.055080.002000.387550.014180.051340.0008141781333103235-461452310.630.052700.002510.282180.012740.039390.00064317105252102494-4742640.650.049620.009610.278500.052250.039400.00085176400249412495-48741080.680.050260.002670.273050.012530.039310.00085206122245102495-491051740.600.053130.002330.284260.011330.039440.0008234510025492495-501372050.670.049530.003040.276000.012370.039080.00086172138247102475-51641220.520.049960.003240.278750.015170.039230.00079195155250122485-521262310.540.056910.002570.313100.013420.042840.00239487982771027015-5373930.790.056040.003560.450040.033010.059920.00112454143377233757-54801110.720.050270.003300.270320.017590.039420.00080209149243142495-55961090.880.054120.002990.301370.013930.039440.00098376119267112496-56751120.670.048280.002790.278310.013760.039140.00082122120249112475-571302220.580.049140.002890.270930.018980.039320.00086154139243152495-581091960.560.054200.002130.332620.012880.044880.0007338989292102834-59541080.500.055980.004810.296380.020880.039380.002204501882641624914-60701090.650.048130.004800.248030.022390.039240.002101062182251824813-611391650.840.061980.002330.356410.012640.042700.000726728031092704-622102610.800.051060.002060.278270.010800.039230.000592439924992484-6333610.540.047720.004570.279210.022640.039250.0012383215250182488-641151790.640.052160.002150.273780.010650.039240.000643009424682484-651802200.820.051750.002110.272660.011290.039020.000772768824592475-661201670.720.053860.004710.291810.019780.038960.00118365198260162467-67661450.460.050570.004710.275110.025840.039350.00093220213247212496-6827510.530.058700.006200.370480.034110.045010.00106567231320252847-69921820.510.053520.003390.281160.015660.039350.00079350138252122495-701432180.660.052710.002560.284550.013670.039640.000863171112541125152017TW07青灰色粉砂巖-1691080.640.053000.002670.277710.011620.039130.0009132811524992476-21031380.740.055920.001950.304170.010690.039580.000704507827082504-3721030.700.055160.002150.297810.012290.039260.0008342087265102485-4991470.670.053900.001920.295840.010830.039730.000683698626382514-5661050.630.051590.002890.282880.019250.039220.0009633395253152486-6771200.640.064770.002530.354190.015920.039320.0009076986308122496-71211730.700.050320.002150.273590.011880.039540.000792099824692505-8941520.620.049250.002920.275720.013930.039140.00084167142247112485-91792000.890.053220.001540.289390.008430.039390.000723399725872494-1061930.660.053580.002610.295140.013720.039220.00078354111263112485-11811170.690.050290.002350.274170.011540.039470.0008420911224692505-121031430.720.053710.002580.291230.013970.039320.00075367105260112495-13811270.640.051100.006040.276450.026750.039930.002162562432482125213

林西組樣品PM411TW07為粉砂質(zhì)細(xì)砂巖，采自于綜合剖面林西組頂部(圖3)。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示晶形較好，大部分為長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比變化較大，晶形基本為自形，顯生宙鋯石均發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶(圖6a)。鋯石Th/U比值除2件分別為0.07和0.08外，其他介于0.12～1.94之間，表明總體上為巖漿鋯石，少量為變質(zhì)鋯石(李長(zhǎng)民, 2009)。在測(cè)試的80個(gè)鋯石中，一共獲得68個(gè)有效年齡，碎屑年齡介于253～2712Ma之間，并且68個(gè)點(diǎn)均分布在諧和線上或其附近(圖7a)。按照碎屑年齡和頻率分布特點(diǎn)，可將其劃分出4個(gè)組：第1組206Pb/238U年齡集中在253～287Ma(n=33)，有效最年輕鋯石年齡為253Ma，峰值年齡為255±2Ma(n=22，MSWD=1.3)；第2組206Pb/238U年齡集中在314～511Ma(n=23)，鋯石分布較分散，出現(xiàn)多個(gè)峰值；第3組206Pb/238U鋯石年齡區(qū)間在573～962Ma(n=9)，除573Ma，主要集中在新元古代拉伸紀(jì)；第4組為207Pb/206Pb鋯石年齡，區(qū)間在1223～2712Ma(n=15)，包括元古宙和太古宙鋯石，主要集中在古元古代。

林西組樣品PM412TW79為細(xì)砂巖，采自于綜合剖面北側(cè)林西組地層。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示晶形較好，呈短柱狀，長(zhǎng)寬比約2比1。顯生宙鋯石均發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶，晶形基本為自形；元古宙和太古宙鋯石振蕩環(huán)帶不清晰，晶形呈半自形(圖6b)。鋯石Th/U比值除2件分別為0.04和0.08外，介于0.10～1.38之間，表明總體上為巖漿鋯石，少量為變質(zhì)鋯石 (李長(zhǎng)民, 2009)。在測(cè)試的80個(gè)鋯石中， 共獲得80個(gè)有效年齡，碎屑年齡介于252～2684Ma之間，并且80個(gè)點(diǎn)均分布在諧和線上或附近(圖7b)。按照碎屑年齡和頻率分布特點(diǎn)，可將其劃分出4個(gè)組：第1組206Pb/238U年齡集中在252～264Ma(n=38)，最年輕鋯石年齡為252Ma，峰值年齡為255±1Ma(n=37，MSWD=0.25)；第2組206Pb/238U年齡集中在299～526Ma(n=12)，鋯石分布較分散；第3組206Pb/238U鋯石年齡區(qū)間在686～990Ma(n=15)之間，主要集中在新元古代拉伸紀(jì)；第4組為207Pb/206Pb鋯石年齡，區(qū)間在1011～2684Ma(n=15)之間，包括元古宙和太古宙鋯石，主要集中在中元古代。

老龍頭組樣品SDHTW01和2017TW07采自于綜合剖面的第22層和第39層，其巖性分別為黃綠色細(xì)砂巖和青灰色粉砂巖。鋯石的陰極發(fā)光圖像可以看出晶形較好，主要呈短柱狀，發(fā)育清晰的振蕩環(huán)帶(圖6c, d)。樣品SDHTW01的鋯石Th/U比值介于0.44～0.98之間，樣品2017TW07的介于0.43～1.07之間，均為巖漿鋯石(李長(zhǎng)民, 2009)。SDHTW01測(cè)試70個(gè)點(diǎn)，共獲得68個(gè)有效年齡均在諧和線上或其附近(圖8a, b)，其碎屑年齡介于245～375Ma之間。

圖6 研究區(qū)林西組和老龍頭組鋯石CL圖像及測(cè)點(diǎn)位置

圖7 研究區(qū)林西組砂巖碎屑鋯石協(xié)和圖和直方圖

圖8 研究區(qū)老龍頭組砂巖碎屑鋯石協(xié)和圖和直方圖

按照鋯石年齡和頻率分布特征，大致可以劃分出2個(gè)組：第1組206Pb/238U年齡集中在245～251Ma(n=59)，年齡較為集中，峰值年齡為248±1Ma(n=55，MSWD=0.046)；第2組206Pb/238U年齡集中在270～284Ma(n=7)；另外有一顆為323Ma，一顆為375Ma，未見前寒武紀(jì)年齡。2017TW07測(cè)試70個(gè)點(diǎn)，共獲得68個(gè)有效年齡均在諧和線上或其附近(圖8c, d)，其碎屑年齡介于247～445Ma之間。僅出現(xiàn)1組206Pb/238U年齡集中在247～266Ma(n=67)，峰值年齡為249±1Ma(n=62，MSWD=0.051)。另外有一顆為445Ma，未見前寒武紀(jì)年齡。

4.3 鋯石Hf同位素

本文對(duì)林西組砂巖(PM411TW07、PM412TW79)和老龍頭組砂巖(2017TW07)進(jìn)行了Lu-Hf同位素測(cè)試，分析數(shù)據(jù)結(jié)果見表5。

表5 研究區(qū)林西組和老龍頭組砂巖Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

續(xù)表5

上二疊統(tǒng)林西組2件樣品共測(cè)試Hf同位素點(diǎn)位44個(gè)。鋯石176Lu/177Hf比值主要為0.000092～ 0.002885之間，176Hf/177Hf比值主要為0.281016～0.282834之間。εHf(t)值變化較大，為-22.84～13.17，tDM為581～3085Ma，tDM2為614～3331Ma(圖9)。下三疊統(tǒng)老龍頭組1件樣品共測(cè)試Hf同位素點(diǎn)位12個(gè)。鋯石176Lu/177Hf比值主要為0.000638～0.000985之間，176Hf/177Hf比值主要為0.282843～0.282936之間。εHf(t)值介于7.95～11.28，tDM為439～572Ma，tDM2為516～702Ma(圖9)。

圖9 大興安嶺中南部林西組和老龍頭組砂巖Hf同位素年齡(a,據(jù)Yang et al., 2006修改)

5 討論

5.1 地層形成時(shí)代

研究區(qū)上二疊統(tǒng)林西組，呈北東向展布，1:20萬協(xié)力府幅(遼寧省第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì), 1971)將該套地層稱之為上三疊統(tǒng)陶海營(yíng)子組，后又根據(jù)植物化石和葉肢介將其時(shí)代重新修訂為晚二疊世(王五力, 1984; 黃本宏, 1993)。近年來，隨著東北地區(qū)晚古生代油氣地質(zhì)調(diào)查和1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的開展，在研究區(qū)林西組中發(fā)現(xiàn)豐富的動(dòng)、植物化石，進(jìn)一步確定其時(shí)代為晚二疊世晚期(張永生等, 2012; 鄭月娟等, 2013; 張渝金等, 2017, 2018, 2019)。鄭月娟等(2014)在研究區(qū)北側(cè)陶海營(yíng)子剖面獲得林西組碎屑鋯石年齡為253Ma，推測(cè)林西組沉積時(shí)代晚二疊世晚期。此外，韓杰等(2011)對(duì)內(nèi)蒙古林西地區(qū)林西組砂巖進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年分析，確定林西組的沉積時(shí)限為256Ma；韓國(guó)卿等(2011)對(duì)克旗地區(qū)林西組的碎屑巖鋯石進(jìn)行同位素測(cè)年分析，獲得了250Ma的沉積下限年齡；宋衛(wèi)衛(wèi)等(2012)對(duì)西烏旗地區(qū)哲斯組砂巖中的碎屑鋯石分析確定了沉積地層的沉積年齡應(yīng)晚于263Ma；張海華等(2015b，2019a)對(duì)巴林左旗和烏蘭浩特地區(qū)林西組進(jìn)行碎屑鋯石同位素測(cè)年研究，得到了266Ma和261Ma最小峰值年齡。本次研究采集了2件林西組砂巖，獲得最年輕鋯石年齡分別為253Ma和252Ma，最小峰值年齡分別為255±2Ma(n=22，MSWD=1.3)和255±1Ma(n=37，MSWD=0.25)。因此，結(jié)合古生物化石組合，本次工作將林西組沉積時(shí)代厘定為晚二疊世長(zhǎng)興期。

下三疊統(tǒng)老龍頭組是根據(jù)巖石組合、古生物化石、同位素年齡等資料新厘定的地層。筆者對(duì)研究區(qū)該套地層從下、中、上三套火山巖夾層中采集3件鋯石U-Pb同位素樣品進(jìn)行測(cè)試分析，其年齡值分別為251.5±2.2Ma、249.7±2.5Ma和249.5±1.8Ma，指示時(shí)代為早三疊世(張渝金等, 2019)。本次工作采集的2件老龍頭組砂巖峰值年齡分別為248±1Ma(n=55，MSWD=0.046)和249±1Ma(n=62，MSWD=0.051)，結(jié)合火山巖年齡基本可以限定研究區(qū)老龍頭組時(shí)代為早三疊世奧倫尼克期。

5.2 林西組和老龍頭組沉積環(huán)境劇變

二疊紀(jì)至三疊紀(jì)之交，中國(guó)北方陸相生態(tài)系統(tǒng)及其沉積環(huán)境均發(fā)生了重大變化(童金南等, 2019)。該時(shí)期大興安嶺南段的陸相生態(tài)和沉積環(huán)境同樣也發(fā)生了較大的改變(朱儒峰和鄭廣瑞, 1992; 和政軍等, 1997; 張渝金等, 2019)。

對(duì)上二疊統(tǒng)林西組沉積環(huán)境，不同學(xué)者從不同角度對(duì)其進(jìn)行了探討，部分學(xué)者根據(jù)植物化石組合、巖石學(xué)特征及沉積巖地球化學(xué)特征，認(rèn)為區(qū)內(nèi)林西組屬陸相湖盆沉積(黃本宏, 1993; 董清水等, 2020; 鄭月娟等, 2020)；部分學(xué)者在內(nèi)蒙林西縣及鄰區(qū)林西組中發(fā)現(xiàn)苔蘚蟲、海綿骨針化石等海相化石，以及晚二疊世臺(tái)緣礁和丘狀礁，認(rèn)為林西組應(yīng)為海相沉積環(huán)境(翟大興等, 2015; 田樹剛等, 2019)。目前許多學(xué)者都認(rèn)為林西組早期為海相(海陸交互相)沉積，后期轉(zhuǎn)化為陸相沉積。和政軍等(1997)通過對(duì)林西地區(qū)官地剖面沉積相序及二疊系至三疊系灰?guī)r中氧、碳同位素對(duì)比分析，認(rèn)為林西組的中-下部其沉積環(huán)境以海相沉積為主，直到晚二疊世中期仍有殘余海盆存在；李福來(2009)對(duì)內(nèi)蒙古索倫地區(qū)林西組進(jìn)行了沉積環(huán)境方面地球化學(xué)分析，認(rèn)為林西組應(yīng)為陸相沉積體系，處于開闊的淡水環(huán)境，沉積初期可能為海陸交互環(huán)境；李曉海等(2014)通過對(duì)陶海營(yíng)子地區(qū)魯D2井和露頭剖面沉積環(huán)境分析顯示林西組底部為海陸交互相沉積環(huán)境，上部為陸相淡水湖泊沉積環(huán)境；梁天意等(2021)在內(nèi)蒙古扎賚特旗地區(qū)林西組下部發(fā)現(xiàn)了海相核形石灰?guī)r，中部出現(xiàn)了陸相雙殼類，指示晚二疊世早期存在海相或海陸交互相的沉積環(huán)境，隨著環(huán)境的改變，林西組逐漸向陸地河湖相沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變。綜上所述，筆者認(rèn)為林西組時(shí)期早期應(yīng)為殘余海盆，后期逐漸發(fā)育為陸相沉積，總體上應(yīng)處于開闊水域沉積環(huán)境，氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)，生物種類繁多。然而上二疊統(tǒng)林西組頂部局部已出現(xiàn)紅層，靠近界線處見多層的波痕和泥裂，植物化石出現(xiàn)干旱氣候環(huán)境下生存的盾籽化石等。

下三疊統(tǒng)老龍頭組沉積環(huán)境目前認(rèn)識(shí)基本一致，均為半干旱-干旱氣候條件下的陸相河流-湖泊相沉積。巴林右旗查干布拉格和哈拉山剖面的老龍頭組(文中稱幸福之路組)沉積相序以河流-湖泊相為特征，中-下部具有紅層特征，巖層中普遍發(fā)育交錯(cuò)層理、沖刷面、波痕和泥裂等，生物組合均為典型的淡水化石，包括葉肢介、介形蟲、淡水瓣鰓和植物等，無咸水動(dòng)物化石出現(xiàn)(和政軍等, 1997)。阿魯科爾沁旗坤都地區(qū)老龍頭組為一套河流-湖泊相沉積的紅色碎屑巖夾火山巖建造，反映了炎熱、干燥的強(qiáng)氧化環(huán)境，表現(xiàn)為半干旱-干旱氣候特點(diǎn)(張渝金等, 2019)。從綜合剖面可看出老龍頭組底部為沖積扇-辮狀河沉積，礫石呈混雜堆積，表現(xiàn)為高角度疊瓦狀，發(fā)育板狀交錯(cuò)層理和槽狀交錯(cuò)層理，見有沖刷面，表明與下伏的林西組之間存在明顯的沉積間斷。但老龍頭組和林西組界線附近上、下地層產(chǎn)狀表現(xiàn)出基本一致或呈小角度(<5°)相交，見少量底礫巖(灰黑色粉砂巖)，結(jié)合林西組時(shí)代為晚二疊世長(zhǎng)興期，老龍頭組時(shí)代為早三疊世奧倫尼克期，因此，兩者應(yīng)為平行不整合接觸關(guān)系。與此同時(shí)，下三疊統(tǒng)老龍頭組與上二疊統(tǒng)林西組有著迥然不同的氣候環(huán)境，從老龍頭組中發(fā)育的厚層礫石層，可推測(cè)出早三疊世研究區(qū)存在大規(guī)模的地殼抬升、湖盆萎縮事件。與中國(guó)北方早三疊世廣泛發(fā)育的大規(guī)模的干熱氣候事件基本一致，并伴隨發(fā)育不同程度的火山噴發(fā)作用。

綜上所述，上二疊統(tǒng)林西組與下三疊統(tǒng)老龍頭組沉積環(huán)境發(fā)生劇變，從氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦蔁釟夂颦h(huán)境，兩者為平行不整合關(guān)系。

5.3 二疊系-三疊系界線地層鋯石物源分析

本次工作對(duì)研究區(qū)二疊系-三疊系界線附近上下層位均進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb測(cè)試，共獲得300顆碎屑鋯石年齡值。上二疊統(tǒng)林西組砂巖樣品160個(gè)碎屑鋯石年齡可分為4組：早二疊世-晚二疊世碎屑鋯石(252～287Ma，n=71)、早古生代-晚古生代早期碎屑鋯石(299～526Ma，n=35)、新元古代碎屑鋯石(573～990Ma，n=24)和新太古代-中元古代碎屑鋯石(1011～2712Ma，n=30)。下三疊統(tǒng)老龍頭組砂巖樣品140個(gè)碎屑鋯石U-Pb年齡，主要集中在中二疊世-早三疊世(245～266Ma，n=126)，少量早二疊世、石炭紀(jì)、泥盆紀(jì)和奧陶紀(jì)碎屑鋯石。

5.3.1 早二疊世-早三疊世碎屑鋯石(245～287Ma)

該組年齡在林西組和老龍頭組都普遍存在，碎屑鋯石的206Pb/238U年齡最年輕峰值，林西組分別為255±2Ma和255±1Ma，老龍頭組分別為248±1Ma和249±1Ma。248Ma和255Ma年齡峰值主要來自晚二疊世-早三疊世巖漿巖，這與大興安嶺南段普遍發(fā)育的巖漿事件相吻合(圖10)，包括西拉木倫河縫合帶北部的巖漿事件(張曉暉等, 2006; Miaoetal., 2008; 李益龍等, 2012; 張渝金等, 2019)。華北板塊北緣也存在同時(shí)期的巖漿活動(dòng)事件(Chenetal., 2019; Shietal., 2019, 2022; 時(shí)溢等, 2020)。上述資料顯示晚二疊世-早三疊世廣泛發(fā)育同碰撞巖漿事件，標(biāo)志著古亞洲洋閉合作用導(dǎo)致西伯利亞南緣與華北板塊北緣發(fā)生了強(qiáng)烈碰撞造山作用，林西組和老龍頭組物源中均存在大量該時(shí)期的地質(zhì)信息，也表明該地區(qū)處于強(qiáng)烈剝蝕再沉積階段。另一峰值為285Ma的鋯石在林西組和老龍頭組中均廣泛分布，該年齡峰值與大興安嶺中南段廣泛發(fā)育的大石寨組火山巖年齡火山巖(Zhangetal., 2017)和林西縣附近花崗巖(雷豪等, 2021)一致，表明研究區(qū)早二疊世存在廣泛多期次的巖漿活動(dòng)。

圖10 大興安嶺中南部林西組和老龍頭組碎屑鋯石年齡及主要物源區(qū)年齡頻譜圖

鋯石Hf同位素研究顯示，林西組砂巖該組年齡值的εHf(t)值變化較大，介于-21.11～4.34之間，顯示主要來自興蒙造山帶，部分來自華北克拉通北緣物質(zhì)(圖9a)。二階段模式年齡(tDM2)介于906～2311Ma，且明顯偏離t=tDM2一致線(圖9b)，說明碎屑物質(zhì)主要來自于較老地殼的再循環(huán)，指示林西組具有復(fù)雜物源、遠(yuǎn)距離搬運(yùn)再沉積的特征。老龍頭組砂巖在該組年齡值的εHf(t)值主要為正值，且變化小，介于7.95～11.28之間，顯示全部來自于興蒙造山帶(圖9a)。二階段模式年齡(tDM2)介于516～702 Ma，靠近t=tDM2一致線(圖9b)，說明碎屑物質(zhì)主要來自于新生地殼的特征，林西周邊的巖漿巖Hf同位素特征一致(劉建峰等, 2014)，指示老龍頭組具有周緣近距離搬運(yùn)沉積的特征。

5.3.2 早古生代-晚古生代早期碎屑鋯石(299～526Ma)

該組年齡在林西組中廣泛出現(xiàn)，并呈現(xiàn)～330Ma、～390Ma、～469Ma、～507Ma等多個(gè)峰值，而老龍頭組中僅零星出現(xiàn)。300～360Ma這個(gè)年齡峰值則普遍認(rèn)為是錫林浩特-西烏旗-索倫一帶晚古生代巖漿弧的年齡一致(鮑慶中等, 2007; 張渝金等, 2015; Duetal., 2021)。如本巴圖組中火山巖年齡為304Ma等(潘世語等, 2012)，寶力高廟組中火山巖年齡介于320～305Ma(辛后田等, 2011)；扎賚特旗334～316Ma花崗巖(馬永非等, 2018)、366～360Ma花崗巖(Maetal., 2020)，另外華北板塊北緣也存在這組年齡值(張拴宏等, 2007)。370～520Ma這組年齡峰值記錄了錫林浩特地塊基底變質(zhì)巖(Shietal., 2003)與內(nèi)蒙古中部溫都爾廟-蘇尼特左旗一帶的巖漿巖的年齡信息(劉敦一等, 2003; 張炯飛等, 2004)。另外，嫩江-扎蘭屯-大石寨一帶的奧陶紀(jì)至泥盆紀(jì)巖漿巖(Liuetal., 2017)和華北板塊北緣也存在這組年齡值(陳井勝等, 2017)。鋯石Hf同位素研究顯示，林西組砂巖該組年齡值的εHf(t)介于-11.94～13.17之間，顯示主要來自興蒙造山帶，部分來自華北克拉通北緣物質(zhì)(圖9a)。二階段模式年齡(tDM2)介于613～2006Ma，且明顯偏離t=tDM2一致線(圖9b)，與早二疊世碎屑鋯石Hf同位素基本一致，指示林西組具有復(fù)雜物源、遠(yuǎn)距離搬運(yùn)再沉積的特征，且大部分來自于興蒙造山帶，少量可能來自于華北克拉通北緣。綜上所述，林西組物源包含更為豐富的年齡信息，而老龍頭組物源中極少出現(xiàn)該時(shí)期的地質(zhì)記錄，推測(cè)林西組時(shí)期古亞洲洋處于碰撞閉合階段，沉積物中攜帶了大量遠(yuǎn)距離搬運(yùn)沉積下來的古生代地質(zhì)體信息，老龍頭組時(shí)期處于強(qiáng)烈持續(xù)的匯聚造山作用，沉積物中主要為近源中二疊世-早三疊世形成的地質(zhì)體信息。

5.3.3 新元古代碎屑鋯石(800～990Ma)

該組年齡僅在林西組中出現(xiàn)，而老龍頭組中基本不存在。年齡峰值主要集中在約800～990Ma，這組新元古代年齡在華北地區(qū)鮮有報(bào)道，而在東北地區(qū)廣泛存在，普遍發(fā)現(xiàn)該組的碎屑鋯石或繼承鋯石(周建波等, 2011)，其中錫林浩特巖群存在880～950Ma的鋯石(Shietal., 2003)，西烏旗本巴圖組存在720～1000Ma的碎屑鋯石(郭曉丹等, 2011)、哲斯組中存在660～980Ma(宋衛(wèi)衛(wèi)等, 2012)，克什克騰旗基性火山巖中存在760～950Ma的繼承性鋯石(王炎陽等, 2014)，阿魯科爾沁旗陶海營(yíng)子地區(qū)也發(fā)現(xiàn)大量的850～980Ma的鋯石年齡，并推測(cè)該地區(qū)附近可能存在尚未發(fā)現(xiàn)的800～900Ma的地塊(鄭月娟等, 2014)。此外，西伯利亞板塊南部存在700～850Ma的巖漿巖年齡(Stern, 2008)，額爾古納變質(zhì)雜巖具有相似的年齡(Zhouetal., 2011)，佳木斯地體麻山群變質(zhì)沉積巖也存在該時(shí)期的鋯石年齡(Wildeetal., 2000)。

該組年齡值在下三疊統(tǒng)老龍頭組中基本不存在，林西組中廣泛發(fā)育800～990Ma。與此同時(shí)，林西組Hf同位素研究顯示，該組年齡值的εHf(t)介于-22.84～7.34之間(圖9a)，二階段模式年齡(tDM2)介于1328～2884Ma，且明顯偏離t=tDM2一致線(圖9b)，說明碎屑物質(zhì)主要來自于較老地殼的再循環(huán)，說明東北地區(qū)該時(shí)期發(fā)生強(qiáng)烈剝蝕作用，部分地區(qū)砂巖中普遍存在該年齡值，而周圍未見該時(shí)期地質(zhì)體(鄭月娟等, 2014; 張渝金等, 2018)。

5.3.4 新太古代-中元古代碎屑鋯石(1011～2712Ma)

該組年齡主要在林西組中出現(xiàn)，而老龍頭組中僅零星出現(xiàn)。阿魯科爾沁旗林西組普遍存在大于1000Ma的古老年齡峰值，主要有～1200Ma、～1400Ma、～1800Ma和～2500Ma等4個(gè)峰值年齡。1200Ma和1400Ma這2個(gè)古老年齡峰值常見于錫林浩特巖群(葛夢(mèng)春等, 2011)；此外，華北板塊北緣長(zhǎng)城系和薊縣系也存在1300～1500Ma的鋯石年齡(高林志等, 2008; 翟明國(guó)等, 2014)。1800Ma和2500Ma一直被認(rèn)為是華北克拉通基底的典型年齡信息(Rojas-Agramonteetal., 2011; 翟明國(guó)等, 2014)。然而，近些年隨著研究的深入，在東北地區(qū)不同的微陸塊中相繼發(fā)現(xiàn)了出露于地表的古元古代和新太古代地質(zhì)體(許文良等, 2019)。額爾古納地塊北段存在1837Ma和1741Ma的花崗質(zhì)片麻巖(孫立新等, 2013)；興安地塊東側(cè)龍江地區(qū)識(shí)別出1808Ma的二長(zhǎng)花崗巖(張超等, 2018)、2579Ma的花崗巖(錢程等, 2018)和2699Ma的花崗巖(Wuetal., 2018)；松嫩地塊東緣的張廣才嶺南段也發(fā)現(xiàn)了18億年的地質(zhì)體(Luanetal., 2019)。這些最新資料也暗示了興蒙造山帶中微陸塊可能存在古元古代甚至更為古老的基底物質(zhì)。因此，普遍存在于大興安嶺南部地區(qū)林西組地層中的1800Ma和2500Ma這兩個(gè)古老年齡峰值(鄭月娟等, 2014; 張渝金等, 2018; 張海華等, 2019b)，可能并非單純來自于華北板塊的物質(zhì)，應(yīng)有興蒙造山帶的物源成分。

綜上所述，結(jié)合重礦物分析、碎屑鋯石物源以及Hf同位素示蹤研究，確定上二疊統(tǒng)林西組物源攜帶了大量興蒙造山帶的地質(zhì)信息，僅有少量物質(zhì)可能來自于華北板塊，具有物源復(fù)雜、遠(yuǎn)距離搬運(yùn)及再沉積等特征。老龍頭組物源主要來自于興蒙造山帶的信息，具有周緣近距離搬運(yùn)沉積的特征。

5.4 古亞洲洋東段閉合時(shí)限

研究區(qū)處于西拉木倫河北岸，廣泛發(fā)育晚古生代-早中生代早期的地質(zhì)體，是研究古亞洲洋閉合的重要窗口之一，從二十世紀(jì)八十年代以來，地質(zhì)學(xué)家們?cè)噲D通過古生物地理區(qū)系、巖漿活動(dòng)、碎屑物物源示蹤等多方面研究古亞洲洋閉合時(shí)限和西伯利亞板塊與華北板塊的兩大板塊縫合帶位置，并取得了重要進(jìn)展(蘇養(yǎng)正, 1981; 王鴻禎, 1982; 唐克東, 1989; 邵濟(jì)安, 1991; 黃本宏, 1993; 李錦軼等, 2007; Miaoetal., 2008; 劉永江等, 2010, 2019; Wuetal., 2011; Xuetal., 2015)。

目前，關(guān)于古亞洲洋東段沿西拉木倫河縫合帶閉合已逐漸明朗，但其閉合時(shí)限還存在一定的爭(zhēng)議。近年來，多位學(xué)者利用二疊紀(jì)和三疊紀(jì)沉積巖碎屑鋯石物源示蹤手段，探討沉積物物源區(qū)的構(gòu)造屬性(韓國(guó)卿等, 2011; 劉兵等, 2014; 鄭月娟等, 2014;趙英利等, 2016; 張渝金等, 2018; 董清水等, 2020; 張生旭等, 2022)，從而揭示古亞洲洋閉合的時(shí)限。韓國(guó)卿等(2011)通過克旗地區(qū)和林西地區(qū)林西組碎屑鋯石年齡研究，認(rèn)為晚二疊世華北板塊北緣與其北側(cè)地塊已經(jīng)發(fā)生碰撞作用，古亞洲洋東段閉合時(shí)代為早三疊世。鄭月娟等(2014)研究陶海營(yíng)子地區(qū)林西組碎屑鋯石認(rèn)為西伯利亞和華北兩大板塊在晚二疊世已經(jīng)閉合，古亞洲洋消失；劉兵等(2014)研究龍江地區(qū)林西組和老龍頭組碎屑鋯石年齡，指出古亞洲洋東段閉合時(shí)限為晚二疊世-早三疊世。趙英利等(2016)利用大興安嶺中南段中、晚二疊世-早三疊世砂巖物源分析對(duì)比，認(rèn)為“南蒙古地塊”與華北板塊的碰撞拼合具有自西向東“剪刀”式模式，其古亞洲洋東段閉合時(shí)間為晚二疊世-早三疊世。董清水等(2020)研究阿魯科爾沁旗罕廟地區(qū)林西組砂巖碎屑鋯石年齡，認(rèn)為古亞洲洋最終閉合時(shí)限為中二疊世末期。張生旭等(2022)通過巴林右旗林西組砂巖分析，認(rèn)為古亞洲洋可能在晚二疊世最終閉合。本次工作對(duì)大興安嶺中南部上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組砂巖中2878顆碎屑鋯石進(jìn)了統(tǒng)計(jì)分析(圖10)，對(duì)比興蒙造山帶東段巖漿鋯石年齡(Wuetal., 2011; Liuetal., 2017)和華北克拉通基底年齡(Rojas-Agramonteetal., 2011)，表明林西組與老龍頭組砂巖物源存在明顯差異，林西組物源具有多樣性和復(fù)雜性，除了來自于興蒙造山帶的信息，還有少量可能來自于華北板塊的信息，而老龍頭組物源則絕大多數(shù)來自于興蒙造山帶的信息。前文重礦物和Hf同位素研究也表明相同的結(jié)論，此外，對(duì)內(nèi)蒙東部林西組古水流方向的研究，也證實(shí)在晚二疊世沉積物具有多物源供給的特點(diǎn)(Qinetal., 2001; 鄭月娟等, 2014)，這與下三疊統(tǒng)老龍頭組是明顯不同的。綜上所述，通過對(duì)沉積巖的碎屑鋯石分析，表明大興安嶺南部在二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之間普遍存在一次重要構(gòu)造地質(zhì)事件，即華北板塊與西伯利亞板塊碰撞事件。

碎屑鋯石的年齡譜可以較好的指示沉積時(shí)期的構(gòu)造背景，即匯聚、碰撞和伸展環(huán)境(Cawoodetal., 2012)，目前已被國(guó)內(nèi)學(xué)者引用到判別盆地構(gòu)造類型，并取得一定進(jìn)展(蔡芃睿等, 2019; 王師捷等, 2020)。其判別原則是當(dāng)碎屑巖中的鋯石大部分都大于地層的沉積年齡時(shí)，其地層則可能形成于伸展型盆地；當(dāng)碎屑巖中含有大量與地層形成時(shí)代相近的鋯石時(shí)，其地層則可能形成于板塊匯聚或碰撞環(huán)境下的弧前或前陸盆地。本次工作通過對(duì)大興安嶺中南部上二疊統(tǒng)林西組和下三疊統(tǒng)老龍頭組砂巖碎屑鋯石年齡統(tǒng)計(jì)分析(圖11)，研究區(qū)林西組和區(qū)域上林西組具有相似的曲線類型，研究區(qū)老龍頭組也具有與區(qū)域上相似特征。在以林西組最年輕年齡值252Ma、老龍頭組最年輕年齡值245Ma來計(jì)算，從圖11可見前30%年輕的碎屑年齡與地層沉積年齡之差都小于100Myr，表明林西組和老龍頭組碎屑鋯石記錄整體上均具有匯聚背景盆地的特點(diǎn)。林西組60%位于匯聚背景，40%落在碰撞和匯聚重疊區(qū)域，而匯聚型盆地主要包括弧前盆地、弧間盆地和弧后盆地，林西組具有明顯的弧前至弧間盆地的特點(diǎn)(圖11)。老龍頭組則90%落在匯聚背景下，反映了林西組沉積時(shí)期華北板塊與西伯利亞板塊發(fā)生匯聚碰撞作用，老龍頭組沉積時(shí)期強(qiáng)烈持續(xù)的匯聚造山作用。

圖11 大興安嶺中南部林西組和老龍頭組碎屑鋯石年齡構(gòu)造分類圖解(據(jù)Cawood et al., 2012修改)

區(qū)域資料表明，西伯利亞南緣的內(nèi)蒙古錫林浩特、蘇尼特左旗、西烏旗及林西雙井子一帶發(fā)育晚二疊世-早中三疊世具有碰撞型特征的花崗巖(李錦軼等, 2007; 葉栩松等, 2011; 張曉飛等, 2019)。錫林浩特、林西、大阪及林東等地區(qū)發(fā)育早-中三疊世的酸性火山巖(張曉暉等, 2006)、基性火山巖(張連昌等, 2008)和埃達(dá)克巖(劉建峰等, 2013)，認(rèn)為是古亞洲洋在晚二疊世沿西拉木倫河縫合帶閉合后處于后造山伸展階段，說明從晚二疊世晚期一直到早中三疊世期間存在持續(xù)的擠壓地殼加厚作用。杜繼宇等(2019)在巴林右旗發(fā)現(xiàn)晚三疊世花崗巖，認(rèn)為起源于加厚陸殼部分熔融，與洋盆閉合后的后碰撞構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，中三疊世進(jìn)入陸陸碰撞階段。與此同時(shí)，華北板塊北緣法庫、赤峰地區(qū)出露中晚二疊世同碰撞花崗巖，而早中三疊世出露后碰撞花崗巖(Chenetal., 2019; Shietal., 2019, 2022; 時(shí)溢等, 2020)。上述巖漿事件研究表明古亞洲洋東段在晚二疊世進(jìn)入同碰撞階段，早中三疊世開始進(jìn)入后造山階段，應(yīng)與古亞洲洋的俯沖碰撞作用密切相關(guān)。

古生物方面，黃本宏(1993)指出西拉木倫河深斷裂不僅是植物地理區(qū)界，還是重要的板塊對(duì)接消減帶。早、中二疊世，西拉木倫河斷裂北側(cè)發(fā)育安加拉植物群和冷水型動(dòng)物群，斷裂南側(cè)廣泛分布華夏植物群，植物群混生不明顯，表明中二疊世古亞洲洋東段尚未閉合(孫躍武等, 2016)。晚二疊世晚期沿西拉木倫河斷裂已經(jīng)開始出現(xiàn)了南北生物群的混生(黃本宏, 1993；張永生等, 2012; 鄭月娟等, 2013)，表明晚二疊世古亞洲洋東段已經(jīng)開始處于俯沖閉合階段，西伯利亞板塊與華北板塊已經(jīng)發(fā)生了碰撞作用。

綜上所述，無論從沉積環(huán)境分析、沉積巖物源示蹤、巖漿活動(dòng)還是古生物地理區(qū)系，都表明研究區(qū)在二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交都發(fā)生了強(qiáng)烈的大規(guī)模區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。結(jié)合前文所述研究區(qū)老龍頭組與下伏地層林西組呈平行不整合接觸關(guān)系，老龍頭組底部出現(xiàn)同造山磨拉石特征的陸相沉積(和政軍等, 1997; 張渝金等, 2019)，表明古亞洲洋東段沿著西拉木倫河縫合帶在晚二疊世發(fā)生匯聚碰撞作用(圖12a)，上二疊統(tǒng)林西組沉積時(shí)期早期應(yīng)為殘余海盆，后期逐漸發(fā)育為陸相沉積，總體上應(yīng)處于開闊的水域的沉積環(huán)境，氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)，生物種類繁多，晚二疊世巖漿活動(dòng)相對(duì)較弱。而下三疊統(tǒng)老龍頭組沉積時(shí)期古環(huán)境發(fā)生劇變，從氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦蔁釟夂?，大面積的地殼抬升、湖盆萎縮，并廣泛存在早三疊世巖漿事件，古亞洲洋閉合作用至少持續(xù)至早三疊世，老龍頭組沉積期發(fā)生強(qiáng)烈匯聚造山作用(圖12b)。

圖12 大興安嶺南段晚二疊世-早三疊世構(gòu)造演化模式圖(底圖據(jù)Xiao et al., 2015修改)

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)陸相二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交沉積環(huán)境發(fā)生劇變，從氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦蔁釟夂颦h(huán)境，界線之下林西組時(shí)代為晚二疊世長(zhǎng)興期，界線之上老龍頭組時(shí)代為早三疊世奧倫尼克期，兩者為平行不整合接觸關(guān)系，兩者之間存在沉積間斷。

(2)結(jié)合重礦物分析、碎屑鋯石物源以及Hf同位素示蹤研究，確定上二疊統(tǒng)林西組物源攜帶了大量興蒙造山帶的地質(zhì)信息，少量可能來自于華北板塊的信息，具有復(fù)雜物源、遠(yuǎn)距離搬運(yùn)再沉積的特征。老龍頭組物源主要來自于興蒙造山帶的信息，具有周緣近距離搬運(yùn)沉積的特征。

(3)通過區(qū)域?qū)Ρ壬隙B統(tǒng)林西組與下三疊統(tǒng)老龍頭組碎屑鋯石攜帶年代學(xué)信息，推測(cè)古亞洲洋東段沿著西拉木倫河縫合帶在晚二疊世發(fā)生匯聚碰撞作用，古亞洲洋東段閉合作用至少持續(xù)至早三疊世，老龍頭組沉積期發(fā)生強(qiáng)烈匯聚造山作用，老龍頭組是兩大板塊拼貼碰撞作用的產(chǎn)物。

謹(jǐn)以此文慶祝“中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心(原沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)”成立六十周年。

致謝本文的撰寫得到了沈陽地質(zhì)調(diào)查中心張立東、鄭月娟、楊雅軍等專家的悉心指導(dǎo)；同位素實(shí)驗(yàn)測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所大洋巖石圈與地幔動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室受到郭鵬遠(yuǎn)老師的指導(dǎo)和幫助；在此一并表示感謝！同時(shí)對(duì)審稿人表示感謝！