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引用本文
张健, 张德军, 郑月娟, 等. 内蒙古林西上二叠统林西组碎屑锆石LA-ICP-MS年代学及其构造意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1090-1103
Zhang Jian, Zhang Dejun, Zheng Yuejuan, et al. LA-ICP-MS U-Pb Dating of Detrital Zircons and Geological Implications of Linxi Formation in Linxi County, Inner Mongolia[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(4): 1090-1103.
内蒙古林西上二叠统林西组碎屑锆石LA-ICP-MS年代学及其构造意义
张健, 张德军, 郑月娟, 陈树旺, 张海华, 苏飞, 黄欣     
中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034
收稿日期: 2018-08-28
作者简介: 张健(1980—), 男, 高级工程师, 硕士, 主要从事沉积学方面的研究, E-mail:48487885@qq.com
通信作者: 张德军(1987—), 男, 工程师, 硕士, 主要从事古生物学与地层学方面的研究, E-mail:532413639@qq.com
基金项目: 中国地质调查局项目（DD20190097）；国家自然科学基金项目（31670215，41702032）
摘要: 为厘清内蒙古林西县会长地一带出露的一套生物化石匮乏的砂砾岩组合的地质时代、地层归属及其碎屑物质来源，进而探讨西拉木伦河缝合带的形成演化，对研究区砂岩样品进行了碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究。测试结果主要分布在6个年龄区间：（285±4）~（246±4）Ma（峰值为264 Ma）、（317±5）~（293±4）Ma（峰值为310 Ma）、（610±10）~（344±6）Ma（主峰值为423 Ma）、（992±14）~（907±13）Ma、（1 467±18）~（1 424±22）Ma、（1 948±14）~（1 768±16）Ma，另具3颗年龄分别为（1 171±17）、（1 238±17）和（2 443±31）Ma的锆石。锆石CL图像与Th/U值共同指示绝大多数锆石为岩浆结晶锆石。264 Ma的峰值年龄限定了地层的沉积下限为晚二叠世，应属林西组；沉积物源区示踪显示砂岩沉积时具佳蒙板块（北方地块群）与华北板块两个物源区，指示佳蒙板块（北方地块群）与华北板块于晚二叠世时已拼合，拼合位置为西拉木伦河一线。
关键词: 林西组    岩屑砂岩    碎屑锆石    同位素年代学    西拉木伦河缝合带    
LA-ICP-MS U-Pb Dating of Detrital Zircons and Geological Implications of Linxi Formation in Linxi County, Inner Mongolia
Zhang Jian, Zhang Dejun, Zheng Yuejuan, Chen Shuwang, Zhang Haihua, Su Fei, Huang Xin     
Shenyang Center, China Geological Survey, Shenyang 110034, China
Foundation item: Supported by Projects of China Geological Survey (DD20190097) and National Natural Science Foundation of China(31670215, 41702032)
Abstract: The detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb dating of the glutenite assemblage with lacking of biological fossils in Linxi County, Inner Mongolia was carried out to clarify the ages and material origin of the coarse clastic rocks and explore the tectonic evolution of the Xar Moron River suture. The detrital zircon ages fall in six groups of ca. (285±4)-(246±4) Ma (peak 264 Ma), (317±5)-(293±4) Ma (peak 310 Ma), (610±10)-(344±6) Ma (peak 423 Ma), (992±14)-(907±13) Ma, (1 467±18)-(1 424±22) Ma, and (1 948±14)-(1 768±16) Ma; besides, there are three zircons with the age of (1 171±17) Ma, (1 238±17) Ma, and (2 443±31) Ma, respectively. Most of the zircons show oscillatory or linear zoning in CL images and high Th/U ratios(>0.1), indicating that they are magmatic origin. We conclude that the depositional age of the coarse-grained clastic rocks is younger than 264 Ma, which should be Upper Permian Linxi Formation. The sedimentary provenance of Linxi Formation in Huichangdi area is mainly from the Jiamusi-Mongolia block with minor from the North China plate, which implies that the North China plate and the Jiamusi-Mongolia block merged in Late Permian at the position of Xar Moron River suture.
Key words: Linxi Formation    lithic sandstone    detrital zircon    U-Pb dating    Xar Moron River suture    

0 引言

晚古生代中后期，我国东北及邻区存在一个由额尔古纳—兴安、松嫩、布列亚—佳木斯等微板块拼合而成的联合地块，称东北地块群或佳蒙板块[1-2]。其与南部的华北板块和北部的西伯利亚板块之间分别被古亚洲洋(南支)和古太平洋隔离，三大板块之间古纬度差距大、发育的地层迥异、生长的植物不同, 由南而北分别发育华夏植物群、亚安加拉植物群和安加拉植物群[3]。近几十年来，三大板块的碰撞拼合及中亚造山带的形成、演化一直是地质学者们关注的焦点。目前，佳蒙板块和西伯利亚板块东段在晚侏罗世—早白垩世最终沿蒙古—鄂霍茨克缝合带拼合的观点已基本达成共识[4-6]；然而，对于佳蒙板块和华北板块最终碰撞拼合演化却历来备受争议，争论主要围绕4条缝合线(黑河—贺根山、苏尼特左旗—锡林浩特、索伦—林西、索伦山—西拉木伦河)及其晚古生代末期—中生代闭合时间展开[7-13]。众多争议中，佳蒙地块和华北板块于晚二叠世到早、中三叠世沿索伦山—西拉木伦河缝合线最终碰撞拼合的观点得到了来自地层古生物[14-18]、碎屑锆石年代学[19-21]，构造古地理[22-24]、地球物理[25-26]以及岩浆岩[27]等方面的支持。

砂岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学在地层(特别是对生物化石匮乏的地层)地质时代分析、地层划分对比、沉积物源区示踪以及构造等方面的研究发挥越来越重要的作用[2, 19-21, 28-29]。本文对林西县南部会长地一套生物化石匮乏的砂砾岩组合中的砂岩夹层进行锆石LA-ICP-MS U-Pb测年，旨在查明、限定其沉积时代，厘清其地层归属；通过锆石物源区示踪分析，结合地层古生物和古地磁等现有研究成果，进而对东北地块群与华北板块的碰撞拼贴过程及最终拼合时间，即古亚洲洋南支最终消亡——西拉木伦河缝合带的演化进行探讨。

1 研究区概况与样品采集

研究区位于西拉木伦河北岸的林西县会长地一带，地处佳蒙地块南缘[2, 24] (图 1a)。其周边地区出露最古老的地层为元古宇宝音图群白云母石英片岩、角闪斜长片麻岩和大理岩。上古生界发育：泥鳅河组(S3—D1n)变质粉砂岩、板岩及结晶灰岩；本巴图组(C1bb)、阿木山组(C2—P1a)和寿山沟组(P1ss)细碎屑岩及灰岩、结晶灰岩组合；大石寨组(P1d)火山岩夹沉积岩；哲斯组(P2z)细碎屑岩及灰岩组合，含腕足、苔藓虫、珊瑚以及海百合等化石(海相)；林西组(P3l)黑色砂泥岩、粉砂岩和泥岩(局部夹薄层灰岩)等细碎屑岩组合，含植物及双壳化石(陆相或陆相为主)。中生界发育：下三叠统老龙头组(T1l)，下部以紫红色、灰绿色粗碎屑岩为主，上部以细碎屑岩为主的沉积系列；中、下侏罗统(J1-2)含煤系地层以及下白垩统(K1)火山岩熔岩、火山碎屑岩夹沉积岩组合(陆相、火山岩相)。其中：宝音图群在研究区南部靠近西拉木伦河北岸的区域呈带状分布，上古生界(特别是二叠系)在研究区及其周边多呈宽缓褶皱出露(图 1b)，下三叠统仅零星分布，侏罗系—白垩系大面积展布。区域上岩浆岩在二叠纪以发育花岗岩、闪长岩、斜辉橄榄岩及辉长岩为主，在侏罗纪—白垩纪以发育花岗岩、闪长岩、安山玢岩、流纹斑岩及石英斑岩等为主。

图 1 内蒙古林西县会长地位置(a)及地质简图(b) Fig. 1 Location(a)and geological(b) map of the study area in Linxi County, Inner Mongolia
图选项

砂岩样品ⅢP24-2TWS采自西拉木伦河以北、林西县东约16 km的会长地一带，地理坐标为43°37′11.0″ N，118°14′49.6″E。自20世纪60—70年开始，区调工作①②将这套含Paracalamites sp., Eichwaldia sp., Pecopteris sp.等植物化石的灰色、紫灰色砾岩、长石岩屑砂岩、粉砂岩划归林西组；刘永高等[30]认为这套粗碎屑组合是以河床为主的河流相沉积的产物，为林西组下段沉积。然而，由于地层中发现的植物化石稀少，难以准确限定其沉积时代，验证其是否属林西组底部沉积；故本次在1:5万区域地质调查的基础上，修测了会长地剖面，对其中的砂岩层进行采样分析。样品采自剖面第7层(图 2)，岩性为灰绿色长石岩屑砂岩，细中粒砂状结构，颗粒支撑，孔隙式胶结。碎屑由石英、长石、白云母、岩屑组成；分选性较差，棱角状、次棱角状、次圆粒状，粒径为0.25~0.32 mm(占85%)和0.05~0.10 mm(占15%)，中粒级为主，掺杂细粒级砂屑。石英棱角状、次棱角状，单晶石英，颗粒不均匀，体积分数约为35%；长石被绢云母强烈交代，隐约可显模糊的聚片双晶，体积分数约为10%；岩屑拉长变形，扁豆状，主要为绢云板岩、硅质岩、安山岩、含砂绢云板岩，圆粒状、次棱角状、次圆粒状，体积分数约为44%；白云母呈宽片状，鲜艳干涉色，粒径为0.07~0.20 mm，体积分数约为1%。杂基由绢云母、铁质和黏土矿物组成，体积分数约为10%。岩石结构成熟度与成分成熟度均较低，显示了近源堆积的特点。

① 辽宁省第2区测队.辽宁省白塔子庙幅L-50-35林西县幅K-50-5 1:20万地质图矿产图及其说明书.沈阳：辽宁省第2区测队, 1971.

② 内蒙地矿局第2区研院.林西县幅K50E003017 1:5万区域地质调查说明书.呼和浩特：内蒙地矿局第2区研院, 1995.

图 2 内蒙古林西县会长地林西组实测剖面 Fig. 2 Stratigraphic section of the Linxi Formation in the Village of Huichangdi, Linxi County, Inner Mongolia
图选项
2 样品测试

测试样品锆石分选工作在廊坊诚信地质服务有限公司进行。制靶、透/反射光图像采集和LA-ICP-MS U-Pb及稀土元素测试在中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，锆石阴极发光(CL)图像在北京大学扫描电镜实验室完成。基本工作流程如下：1)用浮选和重磁法对机械破碎后的样品进行分选，在双目镜下挑选透明度较高、晶形较好且内部无裂隙的锆石，用环氧树脂将分选出的锆石颗粒固定，打磨抛光后制成样靶；2)用阴极发光、透射光和反射光对制靶后的锆石样品进行照相；3)挑选晶形好、环带清晰的锆石样品，用激光剥蚀等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)进行锆石U-Pb同位素测试。

锆石定年用的ICP-MS是美国Agilient公司生产的带有Shield Torch的Agilient 7500a，采用的激光剥蚀进样系统为New Wave Research Inc.公司的UPI93SS。实验采用氦气作为剥蚀物质的载气，激光束斑直径为36 μm，频率为10 Hz，取样过程包括5 s的预剥蚀时间、20 s的冲洗样品池时间和40 s的剥蚀取样时间。一次激光剥蚀，同时测定U-Th-Pb同位素和稀土元素，测试点一一对应。实验采用NIST610玻璃作为外标、Si作为内标进行微量元素含量计算，采用标准锆石91500作为外标进行U-Pb同位素分馏效应的校正计算，使用TEM和QH锆石标样作为监控盲样来监视测试过程的稳定性，使用标准玻璃NIST612和NIST614作为监控盲样检验微量元素测试精度。数据处理采用澳大利亚Glitter(ver.4.4, Macquarie University)完成，普通铅校正方法同Andersen[31]。年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot(3.0版)软件，年轻锆石(< 1 000 Ma)采用206Pb/238U年龄，古老锆石(>1 000 Ma)采用207Pb/206Pb年龄[32]。

3 测试结果

实验测试分析了林西会长地砂岩样品ⅢP24-2TWS中的100粒锆石。CL图像显示，锆石粒径多集中在100~150 μm之间，个别小者为70~80 μm，大部分锆石残留了岩浆结晶锆石的柱状晶形，且保留了清晰的岩浆震荡环带，显示其岩浆成因的特点；少量锆石边缘具明显的磨圆、溶蚀和破碎，个别锆石边缘发育细窄增生边和残留的晶核结构，显示锆石在搬运沉积之前历经了变质事件或遭受岩浆捕获，反映其再沉积的特征；以上锆石的形态特征客观上反映了沉积物近源和快速堆积的特点(图 3)。Th/U值介于0.07~2.28之间，绝大多数(70%)的Th/U值大于0.4，仅少量小于0.4(其中1粒小于0.1)(表 1)，说明绝大多数锆石为岩浆成因，少量可能为变质成因，这与CL图像反映的结果是一致的。

图 3 内蒙古林西县会长地林西组长石岩屑砂岩部分锆石CL图像 Fig. 3 Partial CL images of selected zircons from feldspar lithic sandstone of Linxi Formation in Huichangdi Village, Linxi County, Inner Mongolia
图选项
表 1 研究区林西组长石岩屑砂岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素数据表 Table 1 LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of feldspar lithic sandstone from Linxi Formation in the study area
样号 wB/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma
Pb* 232Th 238U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
SAM.01 9 3 24 0.10 0.115 8 0.002 4 5.445 1 0.122 5 0.340 9 0.005 6 1 893 19 1 892 19 1 891 27
SAM.02 21 286 444 0.65 0.052 7 0.001 1 0.306 3 0.007 1 0.042 1 0.000 7 318 27 271 6 266 4
SAM.03 8 117 169 0.69 0.051 5 0.001 5 0.300 1 0.008 9 0.042 2 0.000 7 265 38 266 7 267 4
SAM.04 8 84 141 0.59 0.052 5 0.001 6 0.357 7 0.011 3 0.049 4 0.000 8 307 42 311 8 311 5
SAM.05 32 274 699 0.39 0.051 8 0.001 0 0.299 8 0.006 2 0.042 0 0.000 7 275 23 266 5 265 4
SAM.06 11 98 203 0.48 0.052 7 0.001 4 0.366 5 0.010 2 0.050 4 0.000 8 316 35 317 8 317 5
SAM.07 50 474 1 060 0.45 0.053 3 0.000 9 0.316 2 0.006 0 0.043 1 0.000 7 340 20 279 5 272 4
SAM.08 13 102 160 0.64 0.055 3 0.001 4 0.519 4 0.013 6 0.068 1 0.001 1 424 31 425 9 425 7
SAM.09 12 175 235 0.74 0.058 9 0.001 5 0.328 3 0.008 8 0.040 4 0.000 7 562 31 288 7 256 4
SAM.10 26 225 313 0.72 0.057 5 0.001 1 0.549 2 0.011 6 0.069 2 0.001 1 511 22 444 8 432 7
SAM.11 24 183 546 0.34 0.055 0 0.001 0 0.314 9 0.006 4 0.041 5 0.000 6 413 21 278 5 262 4
SAM.12 23 307 167 1.84 0.065 2 0.001 3 0.801 5 0.017 7 0.089 1 0.001 4 781 23 598 10 550 8
SAM.13 22 29 79 0.36 0.090 0 0.001 6 3.107 6 0.062 5 0.250 3 0.004 0 1 426 18 1 435 15 1 440 20
SAM.14 14 148 286 0.52 0.051 7 0.001 2 0.303 9 0.007 6 0.042 7 0.000 7 271 30 269 6 269 4
SAM.15 16 170 348 0.49 0.051 9 0.001 2 0.299 1 0.007 5 0.041 8 0.000 7 279 30 266 6 264 4
SAM.16 5 50 113 0.44 0.051 8 0.001 8 0.313 7 0.011 2 0.043 9 0.000 8 278 50 277 9 277 5
SAM.17 21 240 449 0.53 0.052 0 0.001 1 0.293 1 0.006 9 0.040 9 0.000 6 286 27 261 5 258 4
SAM.18 31 119 357 0.33 0.056 8 0.001 0 0.622 1 0.012 2 0.079 5 0.001 2 483 20 491 8 493 7
SAM.19 17 158 365 0.43 0.051 5 0.001 1 0.294 7 0.006 8 0.041 5 0.000 7 261 26 262 5 262 4
SAM.20 15 75 190 0.40 0.056 0 0.001 3 0.538 1 0.013 7 0.069 6 0.001 1 454 30 437 9 434 7
SAM.21 12 59 120 0.49 0.058 7 0.001 5 0.720 9 0.018 9 0.089 0 0.001 4 557 30 551 11 550 9
SAM.22 32 120 460 0.26 0.055 9 0.001 0 0.501 6 0.009 9 0.065 0 0.001 0 450 20 413 7 406 6
SAM.23 23 107 267 0.40 0.058 6 0.001 1 0.628 6 0.013 4 0.077 9 0.001 2 550 22 495 8 483 7
SAM.24 49 273 584 0.47 0.058 1 0.000 9 0.607 6 0.011 4 0.075 8 0.001 2 535 19 482 7 471 7
SAM.25 8 102 169 0.60 0.051 7 0.002 0 0.304 9 0.011 8 0.042 8 0.000 7 270 58 270 9 270 4
SAM.26 44 72 104 0.69 0.120 0 0.001 9 5.771 7 0.106 2 0.348 8 0.005 4 1 956 15 1 942 16 1 929 26
SAM.27 39 256 500 0.51 0.056 1 0.000 9 0.539 5 0.010 5 0.069 8 0.001 1 456 20 438 7 435 6
SAM.28 20 51 115 0.45 0.071 4 0.001 6 1.545 1 0.036 3 0.156 9 0.002 5 969 24 949 14 940 14
SAM.29 34 85 205 0.41 0.068 4 0.001 1 1.425 7 0.027 6 0.151 1 0.002 3 882 18 900 12 907 13
SAM.30 14 45 59 0.77 0.079 8 0.001 7 2.190 4 0.050 4 0.199 1 0.003 2 1 191 22 1 178 16 1 171 17
SAM.31 13 146 253 0.58 0.051 7 0.001 3 0.312 9 0.008 2 0.043 9 0.000 7 272 32 276 6 277 4
SAM.32 19 87 194 0.45 0.058 4 0.001 2 0.715 9 0.015 8 0.089 0 0.001 4 543 23 548 9 549 8
SAM.33 8 104 170 0.61 0.052 5 0.001 8 0.305 9 0.010 9 0.042 3 0.000 7 306 51 271 8 267 4
SAM.34 31 266 668 0.40 0.054 0 0.001 0 0.308 3 0.006 6 0.041 4 0.000 7 372 23 273 5 261 4
SAM.35 13 196 270 0.72 0.053 8 0.001 4 0.303 1 0.008 2 0.040 8 0.000 7 363 33 269 6 258 4
SAM.36 2 31 35 0.88 0.052 4 0.004 6 0.342 4 0.029 6 0.047 4 0.001 0 304 157 299 22 298 6
SAM.37 5 54 89 0.60 0.052 7 0.002 0 0.347 2 0.013 6 0.047 8 0.000 8 314 57 303 10 301 5
SAM.38 23 317 424 0.75 0.052 8 0.001 1 0.339 1 0.007 7 0.046 5 0.000 7 322 25 297 6 293 4
SAM.39 10 106 157 0.67 0.053 9 0.001 7 0.418 6 0.013 6 0.056 3 0.000 9 367 44 355 10 353 6
SAM.40 39 173 460 0.38 0.057 7 0.001 0 0.619 6 0.012 0 0.077 9 0.001 2 516 20 490 8 484 7
SAM.41 9 20 56 0.35 0.070 8 0.002 1 1.504 6 0.045 6 0.154 2 0.002 7 951 35 932 18 924 15
SAM.42 6 134 113 1.19 0.051 6 0.001 9 0.299 3 0.011 2 0.042 0 0.000 7 269 54 266 9 265 5
SAM.43 8 56 181 0.31 0.051 5 0.001 5 0.301 5 0.008 9 0.042 4 0.000 7 264 39 268 7 268 4
SAM.44 46 39 132 0.30 0.108 0 0.001 6 4.666 5 0.084 5 0.313 2 0.004 8 1 766 15 1 761 15 1 757 24
SAM.45 31 279 380 0.73 0.057 5 0.001 1 0.538 0 0.011 2 0.067 9 0.001 1 510 22 437 7 423 6
SAM.46 124 92 210 0.44 0.233 4 0.005 9 14.662 3 0.288 8 0.455 6 0.007 2 3 076 41 2 794 19 2 420 32
SAM.47 2 33 51 0.64 0.051 6 0.003 1 0.297 8 0.017 6 0.041 9 0.000 9 268 97 265 14 264 5
SAM.48 11 78 134 0.58 0.056 9 0.001 7 0.566 7 0.017 2 0.072 2 0.001 2 489 39 456 11 449 7
SAM.49 20 123 275 0.45 0.057 4 0.001 3 0.522 1 0.012 6 0.066 0 0.001 0 506 27 427 8 412 6
SAM.50 12 108 147 0.73 0.058 4 0.001 7 0.564 3 0.016 8 0.070 1 0.001 2 544 37 454 11 437 7
SAM.51 6 88 106 0.83 0.052 5 0.001 8 0.361 4 0.012 5 0.049 9 0.000 9 309 47 313 9 314 5
SAM.52 9 66 192 0.34 0.057 8 0.002 3 0.321 8 0.012 6 0.040 4 0.000 7 520 55 283 10 255 5
SAM.53 7 76 156 0.49 0.051 5 0.001 9 0.297 9 0.010 9 0.041 9 0.000 7 263 53 265 9 265 4
SAM.54 60 98 259 0.38 0.082 8 0.001 3 2.416 1 0.045 7 0.211 7 0.003 3 1 264 17 1 247 14 1 238 17
SAM.55 9 67 73 0.92 0.060 6 0.002 1 0.829 4 0.028 7 0.099 2 0.001 7 625 46 613 16 610 10
SAM.56 14 187 308 0.61 0.051 9 0.001 6 0.278 1 0.008 8 0.038 9 0.000 6 279 43 249 7 246 4
SAM.57 21 279 451 0.62 0.052 1 0.001 2 0.293 1 0.007 0 0.040 8 0.000 7 292 28 261 6 258 4
SAM.58 197 390 672 0.58 0.090 9 0.001 3 3.164 8 0.055 7 0.252 5 0.003 8 1 444 15 1 449 14 1 451 20
SAM.59 20 235 268 0.88 0.054 1 0.001 4 0.445 8 0.012 1 0.059 8 0.001 0 375 33 374 8 374 6
SAM.60 194 38 523 0.07 0.119 4 0.001 7 5.827 8 0.102 7 0.353 8 0.005 4 1 948 14 1 951 15 1 953 26
SAM.61 14 158 303 0.52 0.051 5 0.001 5 0.288 2 0.008 6 0.040 6 0.000 7 264 39 257 7 256 4
SAM.62 9 71 189 0.38 0.051 5 0.001 5 0.302 4 0.009 3 0.042 6 0.000 7 264 40 268 7 269 5
SAM.63 11 85 125 0.68 0.056 3 0.001 7 0.570 8 0.017 8 0.073 6 0.001 3 462 40 459 12 458 8
SAM.64 24 262 476 0.55 0.052 8 0.003 1 0.295 3 0.016 6 0.040 6 0.000 7 319 137 263 13 257 4
SAM.65 2 16 44 0.37 0.052 6 0.003 3 0.354 6 0.022 1 0.048 9 0.001 1 311 100 308 17 308 7
SAM.66 12 73 241 0.30 0.052 3 0.001 7 0.339 9 0.011 1 0.047 2 0.000 8 297 45 297 8 297 5
SAM.67 60 41 308 0.13 0.082 1 0.002 1 2.122 3 0.044 1 0.187 5 0.002 9 1 248 52 1 156 14 1 108 16
SAM.68 20 30 71 0.43 0.089 9 0.002 0 3.043 6 0.071 1 0.245 4 0.004 0 1 424 22 1 419 18 1 415 21
SAM.69 9 82 114 0.72 0.055 9 0.002 3 0.517 0 0.021 4 0.067 1 0.001 2 448 61 423 14 419 7
SAM.70 32 284 719 0.40 0.052 5 0.001 1 0.292 4 0.006 9 0.040 4 0.000 6 305 27 260 5 255 4
SAM.71 13 60 175 0.34 0.056 1 0.001 7 0.526 1 0.016 5 0.068 0 0.001 1 457 41 429 11 424 7
SAM.72 13 250 232 1.08 0.051 4 0.004 8 0.305 1 0.027 6 0.043 1 0.000 9 257 212 270 21 272 5
SAM.73 3 59 66 0.90 0.055 7 0.004 4 0.314 2 0.024 8 0.040 9 0.000 8 440 140 277 19 258 5
SAM.74 10 167 202 0.83 0.051 2 0.001 6 0.281 1 0.008 8 0.039 8 0.000 7 252 41 252 7 251 4
SAM.75 46 39 265 0.15 0.071 8 0.002 0 1.645 6 0.037 2 0.166 3 0.002 6 980 57 988 14 992 14
SAM.76 12 113 253 0.45 0.051 3 0.002 7 0.301 4 0.015 1 0.042 6 0.000 7 256 124 267 12 269 4
SAM.77 38 188 436 0.43 0.057 0 0.001 1 0.624 2 0.013 2 0.079 4 0.001 2 492 22 492 8 492 7
SAM.78 15 205 306 0.67 0.051 9 0.001 5 0.299 3 0.008 8 0.041 8 0.000 7 281 38 266 7 264 4
SAM.79 127 571 251 2.28 0.108 2 0.001 8 4.657 6 0.088 4 0.312 3 0.004 9 1 768 16 1 760 16 1 752 24
SAM.80 23 125 317 0.40 0.056 1 0.001 2 0.526 1 0.012 5 0.068 0 0.001 1 457 27 429 8 424 7
SAM.81 22 194 220 0.88 0.062 5 0.001 6 0.743 1 0.019 8 0.086 2 0.001 4 693 30 564 12 533 8
SAM.82 62 96 223 0.43 0.103 3 0.001 7 3.534 1 0.067 4 0.248 1 0.003 9 1 684 16 1 535 15 1 429 20
SAM.83 9 119 193 0.62 0.051 7 0.001 5 0.300 8 0.008 8 0.042 2 0.000 7 270 38 267 7 267 4
SAM.84 7 67 132 0.51 0.051 3 0.001 7 0.347 4 0.011 7 0.049 1 0.000 9 256 46 303 9 309 5
SAM.85 228 141 431 0.33 0.163 5 0.002 5 10.388 8 0.189 6 0.460 7 0.007 1 2 492 14 2 470 17 2 443 31
SAM.86 14 114 177 0.64 0.058 6 0.001 4 0.574 6 0.014 7 0.071 1 0.001 2 552 29 461 9 443 7
SAM.87 30 160 651 0.25 0.052 6 0.001 0 0.328 5 0.007 2 0.045 3 0.000 7 313 24 288 5 285 4
SAM.88 11 131 166 0.79 0.053 4 0.001 5 0.402 8 0.011 9 0.054 8 0.000 9 344 37 344 9 344 6
SAM.89 6 36 61 0.59 0.057 6 0.002 1 0.654 7 0.024 4 0.082 4 0.001 5 515 51 511 15 510 9
SAM.90 16 200 326 0.61 0.053 3 0.001 3 0.313 6 0.008 4 0.042 7 0.000 7 339 32 277 6 270 4
SAM.91 25 161 577 0.28 0.051 8 0.001 0 0.294 1 0.006 5 0.041 1 0.000 7 278 25 262 5 260 4
SAM.92 10 170 183 0.93 0.053 2 0.001 7 0.341 2 0.011 3 0.046 5 0.000 8 335 45 298 9 293 5
SAM.93 59 102 157 0.65 0.109 5 0.001 8 4.788 1 0.092 8 0.317 2 0.005 0 1 790 16 1 783 16 1 776 24
SAM.94 9 58 162 0.35 0.054 9 0.002 1 0.377 5 0.014 3 0.049 9 0.000 9 407 53 325 11 314 6
SAM.95 54 501 1 216 0.41 0.062 8 0.002 3 0.347 8 0.011 4 0.040 2 0.000 6 700 79 303 9 254 4
SAM.96 30 31 110 0.28 0.092 0 0.001 7 3.208 6 0.065 5 0.253 0 0.004 0 1 467 18 1 459 16 1 454 21
SAM.97 66 601 1 567 0.38 0.059 8 0.001 2 0.321 2 0.007 3 0.038 9 0.000 6 598 24 283 6 246 4
SAM.98 45 517 988 0.52 0.053 7 0.001 1 0.303 2 0.006 6 0.040 9 0.000 6 358 24 269 5 259 4
SAM.99 77 398 1 111 0.36 0.068 8 0.002 4 0.588 7 0.018 4 0.062 0 0.001 0 894 74 470 12 388 6
SAM.100 28 251 317 0.79 0.062 1 0.006 3 0.519 8 0.051 1 0.060 7 0.001 3 679 224 425 34 380 8
表选项

分析100个锆石测试点，91个测点数据谐和(谐和度E≥90%)，谐和测点的206Pb/238U和207Pb/206Pb年龄为2 443~246 Ma(图 4)，主要分布在6个年龄区间：(285±4)~(246±4)Ma (峰值为264 Ma)、(317±5)~(293±4)Ma (峰值为310 Ma)、(610±10)~(344±6)Ma (主峰值为423 Ma)、(992±14)~(907±13)Ma、(1 467±18)~(1 424±22)Ma、(1 948±14)~(1 768±16)Ma；另具3颗年龄分别为(1 171±17)、(1 238±17)和(2 443±31)Ma的锆石(图 5)。

图 4 研究区林西组长石岩屑砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Concordia diagram of detrital zircons infeldspar lithic sandstone from Linxi Formation in the study area
图选项
图 5 研究区林西组长石岩屑砂岩碎屑锆石谐和年龄频谱图 Fig. 5 Frequency diagram of detrital zircons infeldspar lithic sandstone from Linxi Formation in the study area
图选项
4 讨论 4.1 时代与层位

样品ⅢP24-2TWS采自林西县会长地村东2 km的一套灰色、灰紫色粗碎屑沉积岩中，这套地层最初被划归上石炭统林西组①，随后林西组晚二叠世的时代特征广泛被地质学界所接受和验证[15, 17, 19, 33]。20世纪末1:5万林西县幅区调②及刘永高等[30]将林西组分为6个非正式岩性段，认为林西县会长地、南门外林场以及水泉一带发育的这套含Paracalamites sp., Eichwaldia sp.和Pecopteris sp.等植物化石的砂砾岩组合为林西组(底部)一段沉积，并据岩石的成分、成熟度，发育的结构及层理、沉积韵律等构造特征推测其可能为以河床为主的河流相沉积产物。然而，由于地层中仅发现少量保存不佳植物化石，且受区域上断裂及褶皱构造极为发育、地表覆盖较严重等因素的影响，致使一直以来难以有效地限定地层的沉积时代以及在层序上准确厘定其与北侧官地一带发育的巨厚暗色细碎屑沉积之间层位的上下关系。

① 辽宁省第2区测队.辽宁省白塔子庙幅L-50-35林西县幅K-50-5 1:20万地质图矿产图及其说明书.沈阳：辽宁省第2区测队, 1971.

② 内蒙地矿局第2区研院.林西县幅K50E003017 1:5万区域地质调查说明书.呼和浩特：内蒙地矿局第2区研院, 1995.

本文对ⅢP24-2TWS样品进行锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年代学分析，获取的最年轻一组锆石年龄为(285±4)~(246±4)Ma，加权平均年龄为(264.2±2.6)Ma (MSWD=3.5，n=35)；这些锆石最年轻的几组谐和年龄，除了1粒年龄为(246±4)Ma外，其余为(251±4)、(255±4)、(256±4)Ma等(表 1)，砂岩锆石最年轻的谐和年龄[28]或最年轻的加权平均年龄[34-35]常常被用于限定其沉积下限，所以这套地层的沉积时代应为晚二叠世末期或早三叠世初期，结合地层中发育的Paracalamites和Pecopteris的时代指示特征(Paracalamites为全球范围内石炭纪—二叠纪的典型属种，中国范围内更是晚二叠世的特征分子，而Pecopteris是晚二叠世的常见属种)[17, 36]，推测会长地的这套灰色、灰紫色砂砾岩组合的沉积时代应为晚二叠世，可能为林西组边缘相沉积。

4.2 物源分析

测试的100粒锆石中，91个和谐测点年龄跨度为2 443~246 Ma，据年龄值及其频谱分布特征(图 5)，可大致将其分为6个区间：

1) 285~246 Ma(峰值为264 Ma)年龄区间的锆石为35颗，绝大多数锆石保留了岩浆锆石的柱状晶形和震荡环带，显示其岩浆成因的特点(图 3、图 5)。其中，274~246 Ma年龄区间以及264 Ma的峰值年龄，与(264.8±1.8)Ma西拉木伦河缝合线形成过程中板块碰撞拼合岩浆侵位事件[37]，与华北板块广泛分布的同一时期岩体[21]，以及与东北兴安地块分布的264 Ma(TIMS年龄)的正长花岗岩、267 Ma的二长花岗岩，大兴安岭南部分布的274~259 Ma的片麻岩、二长花岗岩、花岗闪长岩[38]，佳木斯地块270~254 Ma的片麻状二长花岗岩、花岗闪长岩及花岗闪长岩[39-40]等的年龄是相吻合的；285~275 Ma则与广泛分布于大兴安岭南部大石寨组火山岩以及东北地区同期花岗岩体的形成时代一致[18, 38]。可以推断，研究区274~246 Ma的锆石物源可能来自东北各微地块与华北板块及其北缘板块中—晚二叠世的岩浆事件和火山活动，而285~275 Ma的锆石物源则与下二叠统大石寨组火山沉积作用及其同期岩浆活动有关。

2) 317 ~293 Ma的锆石有11粒，主要为岩浆锆石，具310 Ma的峰值。这个年龄区间的锆石与额尔古纳、兴安、松嫩地块发育的318~300 Ma的花岗岩和闪长岩类岩体[38]，与宝力高庙组(320~305 Ma)火山岩[41]以及本巴图组片理化火山岩和凝灰岩(337~304 Ma)的喷发年龄[42]是吻合的。显示该时期物源可能来自北方(西拉木伦河以北)地区。

3) 610~344 Ma，具28粒锆石，峰值为430 Ma，以岩浆锆石为主，少量可能为变质锆石。李红英等[18]详细讨论过克什克腾旗林西组变质粉砂岩年龄区间为474~377 Ma、峰值为423 Ma的碎屑锆石物质来源；张海华等[43]则对巴林左旗碧流台地区的长石岩屑砂岩中595~309 Ma年龄区间的碎屑锆石可能的物质来源做了深入的分析；本次采集的样品无论地层的时代及层位还是所处的构造背景，均与上述两个样品一致，因此他们的沉积物源也理应相似。据此推测，这组碎屑岩浆锆石既可能由西拉木伦河以北的岛弧岩浆带、基性侵入体、火山岩及辉长岩等提供物源，也可能由河南侧的温都尔庙早古生带岛弧杂岩带和白乃庙岛弧以及华北板块北缘早古生代侵入岩提供物源[18, 43]；而对于可能为变质成因的锆石(Th/U < 0.4)，其年龄主要集中在434~406 Ma和493~484 Ma之间，前者可能来源于锡林浩特地块的锡林郭勒杂岩或宝音图群450~400 Ma年的变质锆石[44-45]，后者则响应497~450 Ma “佳蒙地块”变质岩基底年龄[17, 25, 46]。

4) 992~907 Ma的锆石有4颗，基本均为岩浆成因锆石，这组年龄的锆石迄今为止还未发现华北板块存在与之相吻合的岩浆事件，但在北方的西乌珠穆沁旗石炭系—二叠系本巴图组、哲斯组沉积岩中[47-48]以及锡林格勒杂岩中均已有相关报道，说明其可能来源于北方的古老微地块——佳蒙板块之前身。

5) 1 467~1 424 Ma(n=4), 1 238和1 171 Ma的锆石各1粒，多为岩浆锆石，它们与松辽盆地北部营城组火山岩中捕获的锆石年龄类似[43]，而华北板块较为典型的是1.8和2.5 Ga的岩浆事件。因此，他们可能来源于松嫩地块或其他北方的古老微地块。

6) 1 948~1 768 Ma(n=6)、2 443 Ma(n=1)的锆石多为岩浆锆石，它们与华北板块地层基底及岩浆、裂谷活动的典型年龄信息相吻合[49-51]，可能来源于华北板块。

以上砂岩碎屑锆石年龄示踪分析显示，林西县会长地林西组兼具佳蒙地块及其前身(北方微古板块)和华北(北缘)板块的年龄信息，表明其形成时具南北两个物源区。

4.3 构造演化

晚古生代中后期，佳蒙板块(东北地块群)与南部的华北板块和北部的西伯利亚板块之间分别被古亚洲洋(南支)和古太平洋隔离。晚石炭世，华北板块位于赤道以北的热带地区，古纬度为5.4° N(参考点为现今山东: 35° N, 119° E)，生长典型的华夏植物群，而佳蒙板块则发育着典型的亚安加拉(安加拉)植物群，华北与佳蒙两大板块之间的古地磁数据存在着显著差异[52-53]，二者之间广泛分布着酒局子组、白家店组、本巴图组以及阿木山组等海相地层[33, 54]。早—中二叠世，华北板块北移，佳蒙板块南移，古亚洲洋南支收缩，但并未闭合，两大板块之间仍发育于家北沟组、寿山沟组、大石寨组、哲斯组等海相地层，分别生长在两大板块之上的华夏植物群与亚安加拉(安加拉)植物群平行发展，未出现交流混生。晚二叠世时期，华北板块与佳蒙板块古地磁极位置已经非常接近[53]，两大板块之间发育的海相地层消失，进入了林西组泻湖相、陆相演化阶段[22]，原分别生长于两大板块的华夏植物群和亚安加拉(安加拉)植物群发生交流混生[15]，会长地林西组细—中粒岩屑砂岩中发现1 948~1 768 Ma(n=6)、2 443 Ma(n=1)的锆石，这与华北板块前寒武纪结晶基底及岩浆、裂谷活动2.5~1.8 Ga的年龄信息相一致，佳蒙地块之上林西组碎屑沉积中出现了华北板块基底的年龄信息，说明华北与佳蒙板块在晚二叠世时期已经碰撞拼合，形成了华北—佳蒙联合地块，两大板块的拼合位置位于重要的生物古地理界限——西拉木伦河缝合线。

晚古生代末期，华北—佳蒙联合地块与西伯利亚板块之间古地磁极存在着明显差异，两者之间的碰撞拼合可能是由西部开始，然后通过相对旋转完成东部的拼合；晚三叠世—中侏罗世，华北—佳蒙联合地块无明显的纬向变化，但发生了约43°的逆时针旋转；晚侏罗世—早白垩世，二者的古地磁极趋于一致[53]，指示联合板块和西伯利亚板块东段在晚侏罗世—早白垩世最终完成拼合，缝合位置位于蒙古—鄂霍茨克缝合带。

5 结论

1) 内蒙古林西县会长地长石岩屑砂岩碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究显示，最年轻的峰值年龄为264 Ma，限定了地层的沉积下限为晚二叠世，而地层中所含的Paracalamites为全球范围内石炭纪—二叠纪的典型属种，其时代延限可以从石炭纪—二叠纪末期，限定了地层的沉积上限为晚二叠世末期，所以地层的时代应为晚二叠世，属林西组。

2) 会长地林西组砂岩中的锆石绝大多数为岩浆成因，年龄信息兼具佳蒙地块及其前身(北方微古板块)和华北板块的特征，表明其形成时具南北两个物源区，指示华北板块与佳蒙板块在晚二叠世末期前已经拼合。

致谢: 吉林大学葛文春教授、孙跃武教授、张彦龙副教授和长江大学董曼老师在实验测试、数据处理、资料收集以及文稿撰写过程中给予了大力帮助和悉心指导，在此一并致谢！

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180230
吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊
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文章信息

张健, 张德军, 郑月娟, 陈树旺, 张海华, 苏飞, 黄欣
Zhang Jian, Zhang Dejun, Zheng Yuejuan, Chen Shuwang, Zhang Haihua, Su Fei, Huang Xin
内蒙古林西上二叠统林西组碎屑锆石LA-ICP-MS年代学及其构造意义
LA-ICP-MS U-Pb Dating of Detrital Zircons and Geological Implications of Linxi Formation in Linxi County, Inner Mongolia
吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1090-1103
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(4): 1090-1103.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180230

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收稿日期: 2018-08-28

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