岩石学报  2013, Vol. 29 Issue (8): 2685-2694   PDF    
北山红石山地区晚古生代火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其构造意义
卢进才, 牛亚卓, 魏仙样, 陈高潮, 李玉宏     
中国地质调查局西安地质调查中心,西安 710054
摘要: 北山地区古亚洲洋的闭合时间和晚古生代构造演化倍受关注且久有争议。晚古生代地层及其接触关系对探讨以上问题具有重要意义,但该区地层学研究薄弱,很大程度上制约了对构造演化的深入讨论。本文获得的北山红石山地区上古生界“下石炭统绿条山组、白山组”和“下二叠统双堡塘组”火山岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄,分别为296.8±3.5Ma、314.9±3.3Ma和299.4±5.9Ma,时代为晚石炭世-早二叠世,相当于北山地区干泉组层位。原“白山组”与“双堡塘组”之间的平行不整合不成立,表明石炭纪-二叠纪为同期裂谷盆地。原“绿条山组”与中泥盆统的角度不整合实为干泉组与中泥盆统的角度不整合,代表了古亚洲洋的闭合与增生造山时间发生在中泥盆世与早石炭世之间。
关键词: 红石山     火山岩     LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄     晚古生代     构造演化    
LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Late Paleozoic volcanic rocks from the Hongshishan area of the Beishan orogenic belt and its tectonic significances
LU JinCai, NIU YaZhuo, WEI XianYang, CHEN GaoChao, LI YuHong     
Xi’an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi’an 710054, China
Abstract: Much remains to be discovered concerning the time of collision of the Paleoasian Ocean and the Late Paleozoic evolution in the Beishan orogenic belt. The insufficient research on the Late Paleozoic strata of the Beishan orogenic belt, to a great extent, limits the further discussion of the tectonic evolution. This paper shows that the LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the “Early Carboniferous Lvtiaoshan and Baishan formations” and the “Early Permian Shuangbaotang Formation” volcanics from the Hongshishan area are 296.8±3.5Ma, 314.9±3.3Ma, and 299.4±5.9Ma respectively, which belong to the Late Carboniferous-Early Permian Ganquan Formation of the Beishan orogenic belt. The relationship between the “Shuangbaotang Formation” and “Baishan Formation” should not be disconformable as thought before, which suggests an entire Carboniferous-Permian rift basin. And the unconformity between the “Lvtiaoshan Formation” and the Middle Devonian could be the one between the Ganquan Formation and the Middle Devonian, which implies the closure of the Paleoasian Ocean between the Middle Devonian and Early Carboniferous .
Key words: Hongshishan Mountains     Volcanic rocks     LA-ICP-MS zircon U-Pb dating     Late Paleozoic     Tectonic evolution    
1 引言

北山地区位于华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交汇带,由于其独特的构造位置与成矿背景,一直成为研究的热点(左国朝和何国琦,1990Zuo et al., 1991聂凤军等,2002龚全胜等,2003徐学义等,2008Xiao et al., 2010)。但对一些关键地质问题的认识存在较大争议,如对古亚洲洋的闭合时间与晚古生代构造演化存在三种不同的认识。(1) 认为古亚洲洋闭合时间在中晚泥盆世之前,石炭纪-二叠纪进入陆内裂谷演化阶段(Zuo et al., 1991左国朝等,2003何世平等,2005徐学义等,2008),由于对石炭系与二叠系接触关系认识的不同,存在石炭纪与二叠纪是同一期盆地或两期盆地的争议(左国朝等,2003何世平等,2005卢进才等,2011);(2) 认为古亚洲洋闭合时间为早石炭世末期,石炭纪-二叠纪之间存在造山事件(刘雪亚和王荃,1995);(3) 认为古亚洲洋的消亡时间为二叠纪,石炭纪-二叠纪为洋陆演化阶段(黄增保和金霞,2006aXiao et al., 2010)。

红石山地区晚古生代地层出露相对较全,且临近红石山蛇绿混杂岩带,也是北山地区构造演化研究最具代表性的地区之一。但由于该区邻近中蒙边境,交通不畅、自然条件恶劣,该区地层研究相对薄弱,其中晚古生代地层基本沿用20世纪70年代1/20万区域地质调查的地层划分方案,下石炭统绿条山组和白山组的时代主要依照延限较长的腕足类、珊瑚化石,且缺少火山岩同位素年龄依据(金松桥,1974)。区域上广泛分布的晚石炭世-早二叠世干泉组在红石山地区缺失。部分学者对此方案提出质疑,并根据腕足类和双壳类化石,将原早石炭世早期地层绿条山组时代修订为早石炭世晚期(丁培榛,1985)、中晚二叠世(杨帅师等,2005)或早中二叠世(王惠等,2007)。地层时代认识的不一致,影响了对古亚洲洋闭合时间与晚古生代构造演化的认识。

为建立北山地区晚古生代地层层序,深化构造演化研究,笔者所在的团队于2010年和2012年对红石山地区涉及“中泥盆统与下石炭统”角度不整合的甜水井北剖面和涉及“下石炭统与下二叠统”平行不整合的碧云泉剖面进行了实测,分别采集了原下石炭统绿条山组、白山组和下二叠统双堡塘组的火山岩锆石U-Pb同位素年代样品,并在碎石山剖面原绿条山组获得了保存完好的菊石化石。通过对火山岩样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学研究,结合古生物资料,明确了主要地层单元的时代,为探讨古亚洲洋的闭合时间与晚古生代构造演化提供了依据。

2 区域地层特征

研究区位于甘肃、内蒙古交界处的红石山蛇绿混杂岩带以北(Xiao et al., 2010杨合群等,2010卢进才等,2011),属于1/20万区域地质调查报告红石山幅(图 1)。按照区域地层划分方案,红石山一带出露的晚古生代地层自老至新有中泥盆统红尖山组、圆锥山组、下石炭统绿条山组、白山群和下二叠统哲斯组(图 1图 2),缺失晚石炭世-早二叠世早期地层。根据《中国地层典·石炭系》(金玉玕等,2000a)和《中国地层典·二叠系》(金玉玕等,2000b),将白山群更名为白山组,哲斯组更名为双堡塘组。红尖山组平行不整合于下志留统之上,为暗紫色、暗绿色安山质玄武岩、安山岩、安山质角砾凝灰熔岩,夹粉砂岩及灰岩透镜体,产珊瑚Squameofavosites aff. divissimus, Thamnopora aff. certa, T. cf. proba等。圆锥山组平行不整合于红尖山组之上,以灰黄、黄绿色英安岩与砂质凝灰岩为主,夹安山岩、长石杂砂岩、凝灰质粉砂岩和粉砂质板岩,底部为砾岩,产珊瑚Temnophyllum waltheri和腕足类Acrospirifer lungmenshanensis, A. aff. fongi, Atrypa desquamata等。绿条山组角度不整合于圆锥山组之上,为灰黄、灰绿色砂砾岩、黑色千枚状板岩、大理岩、灰绿色英安岩、凝灰岩,产珊瑚Caninia sp., Lithostrotion sp.和腕足类Syringothyris altaica, S. cf. texta, Linoproductus simensis等。白山组与绿条山组未见直接接触,岩性为暗紫色、灰色安山质凝灰岩、流纹质安山凝灰熔岩,夹碎屑岩与透镜状碳酸盐岩。双堡塘组平行不整合于白山组之上,为灰色凝灰砾岩、含砾粗砂岩、钙质砂岩、灰色长石杂砂岩、粉砂岩夹生物碎屑灰岩透镜体,产腕足类Yakovlevia cf. weyprechti, Schellwienella regina等。

图 1 北山红石山地区地质简图 (a)-红石山地质简图(据甘肃省地质局第二区域地质测量队,1971修改);(b)-北山地区早古生代构造单元划分简图(据卢进才等, 2011) Fig. 1 Schematic geological map of the Hongshishan area (a)-geological sketch map of the Hongshishan area; (b)-Paleozoic tectonic units of the Beishan orogenic belt and location of the Hongshishan area (modified after Lu et al., 2011)

图 2 红石山地区甜水井北剖面干泉组实测剖面图 Fig. 2 Cross section of the Ganquan Formation in the south of Tianshujing, Hongshishan area

①甘肃省地质局第二区域地质测量队.1971. 红石山幅地质图及报告(1/20万)

《中国地层典·石炭系》(金玉玕等,2000a)将北山地区晚石炭世-早二叠世早期地层自下而上划分为石板山组和干泉组,在红石山地区并未出露。石板山组平行不整合于白山组之上,下部为沉凝灰岩,中部为安山质岩屑晶屑凝灰岩、英安质凝灰岩、安山岩,上部为长石石英砂岩、含砾长石石英粗砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩,产珊瑚Lophophyllum cf. subtilisum, Lithostrotion cf. kueichowense及腕足类Choristites sp.等,区域上分布于红石山地区东部邻区小狐狸山、黄石坪一带。干泉组整合于石板山组之上、平行不整合于双堡塘组之下,岩性以英安岩、英安质凝灰熔岩角砾岩、安山质凝灰熔岩、安山质含角砾晶屑岩屑凝灰岩,砾岩、含砾砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩为主,局部夹碳酸盐岩,产腕足类Uncinunellina wangenheimi, Martinia cf. semiglobosa等,区域上主要分布于红石山东部邻区哈珠、六驼山、大狐狸山、小狐狸山一带,以及北山地区南部的野马井、双堡塘东等地区。干泉组缺少有时代意义的化石,其时代根据上下地层的时代推测为晚石炭世或晚石炭世晚期-早二叠世早期(甘肃省地质矿产局,1997金玉玕等,2000a卢进才等,2012)。

3 样品特征

2010年实测的甜水井北剖面是绿条山组的建组剖面,实测结果“绿条山组”岩性和厚度与区域地质调查报告描述的基本一致,即“绿条山组”角度不整合于中泥盆统之上,下部为砂砾岩与火山岩,上部主要为板岩和千枚岩(图 2)。但原剖面记录的下部长石杂砂岩、长石砂岩镜下鉴定多为中酸性晶屑岩屑凝灰岩。锆石U-Pb同位素样品12D251-TW1采于甜水井北剖面“绿条山组”下部,岩性为晶屑岩屑凝灰岩,镜下薄片特征为:岩石为微定向构造、凝灰结构(图 3a),由细小火山岩屑(50%~55%)、长英质晶屑(20%)和火山粉屑、灰屑(25%~30%)组成,其中岩屑主要为中酸性火山岩碎屑,次棱角状或不规则状,粒径细小,多在0.1~0.2mm之间;石英晶屑为棱角状、尖刀状、溶蚀状,斜长石晶屑为次棱角状,少数为溶蚀的不规则状,晶屑粒径细小,多在0.05~0.15mm之间。碎屑支撑物为细小的火山粉屑与灰屑。

图 3 红石山地区晚古生代火山岩镜下特征 (a)-晶屑岩屑凝灰岩,样品12D251-TW1;(b)-安山质角砾晶屑凝灰熔岩,样品12BYQ-TW1;(c)-英安质晶屑凝灰熔岩,样品12BYQ-TW3 Fig. 3 Photomicrographs of volcanics from the Late Paleozoic in the Hongshishan area (a)-crystal-lithic tuff for sample 12D251-TW1; (b)-andesitic tuff lava for sample 12BYQ-TW1; (c)-acidic tuff lava for sample 12BYQ-TW3

2012年实测的碧云泉剖面与区域地质调查报告对该剖面的简要描述相比,原描述中代表双堡塘组和白山组之间平行不整合的底砾岩镜下薄片鉴定实为安山质含角砾晶屑岩屑凝灰岩(图 4),火山角砾成分主要为安山岩碎屑,也可见英安岩,角砾形态多不规则,粒径大小在2~5.6mm之间;岩屑成分也多为安山岩,其次为中酸性火山岩,岩屑形态多为不规则状与次棱角状,少数也呈溶蚀的浑圆状,粒径大小一般在0.15~<2mm之间,岩屑多沿长轴方向呈微定向分布;斜长石晶屑形态多呈次棱角状或不规则状,或溶蚀状,粒径大小在0.1~0.7mm,不均匀分布。原双堡塘组的主要为凝灰质砾岩、含砾粗砂岩和钙质砂岩,本次测量采集了大量薄片样品,岩性以安山质含角砾晶屑岩屑凝灰岩、含钙沉角砾凝灰岩和钙质沉角砾晶屑岩屑凝灰岩等火山碎屑岩为主,夹含砾粗砂岩、钙质砂岩和碳酸盐岩。锆石U-Pb同位素样品12BYQ-TW1采于碧云泉剖面“白山组”安山质角砾晶屑凝灰熔岩(图 4),镜下薄片特征为:岩石为流动构造、角砾凝灰熔岩结构,主要由火山角砾(12%)、岩屑(20%)、长英质晶屑(15%)和熔岩组成(图 3b),其中火山砾屑主要为英安岩,其次为流纹岩,不规则状或溶蚀状,粒径一般在2~8mm之间;岩屑也主要为英安质,熔蚀状或次棱角状,粒径在0.3~<2mm之间;晶屑以斜长石晶屑为主,石英次之,斜长石晶屑为次棱角状或熔蚀的不规则状,石英晶屑多呈次棱角状,具熔蚀特征,粒径一般在0.015~1.4mm之间;熔岩由斜长石与火山玻璃组成,斜长石晶体多呈小板条状,微具方向性分布在火山玻璃中,火山玻璃已脱玻化被细小帘石、绿泥石等矿物交代。锆石U-Pb同位素样品12BYQ-TW3采于碧云泉剖面“双堡塘组”英安质晶屑凝灰熔岩(图 4),镜下薄片特征为:岩石为块状构造、凝灰熔岩结构,由斜长石晶屑(20%)及少量石英晶屑与火山熔岩组成(图 3c)。斜长石晶屑多呈弧面棱角状或熔蚀的浑圆状、不规则状等,粒径一般在0.05~0.2mm之间,少数斜长石晶屑被方解石交代;石英晶屑呈次棱角状,粒径一般<0.1mm;熔岩主要由细小长石组成,其次为石英,粒径细小(一般<0.03mm),呈显微微晶结构(图 3c)。

图 4 红石山地区碧云泉剖面干泉组实测剖面图 Fig. 4 Cross section of the Ganquan Formation in Biyunquan, Hongshishan area
4 锆石U-Pb 年代学特征 4.1 测试方法

锆石阴极发光(CL)图像分析和LA-ICP-MS锆石微区原位单点定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行测定,使用的仪器分别为Agilent 7500型ICP-MS、德国Lambda Physik公司生产的ComPex102 ArF准分子激光器(工作物质ArF波长193nm)和MicroLas公司生产的GeoLas 200M光学系统。激光束斑直径为30μm,激光剥蚀样品的深度为20~40μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气,采用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化,采样方式为单点剥蚀,数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式,每完成6个测点的样品测定,加测标样一次。在所测锆石样品分析15~20个点前后各测2次NIST SRM610,实验原理及步骤参见Yuan et al.(2004)

锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质,元素含量采用NIST SRM610作为外标,29Si作为内标。采用Glitter(Macquarie University)程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算,并按照LAM-ICP-MS Common Lead Correction(ver3.15)(Andersen,2002)对其进行了普通铅校正,年龄计算及谐和图采用Isoplot(ver3.0)完成。同位素比值和年龄误差为1σ

4.2 测试结果

12D251-TW1样品共选取15颗锆石、共有15个测点。锆石为透明柱状,晶型较好,显示出岩浆锆石振荡环带(图 5)。锆石的Th、U含量分别为31×10-6~433×10-6和76×10-6~524×10-6,Th/U比值均大于0.1,位于0.36~0.89之间(表 1)。在年龄谐和图上,所有数据点均在谐和线上或附近。206Pb/238U加权平均年龄为296.8±3.5Ma(95% conf.,n=15,MSWD=1.4)(图 6),时代为早二叠世阿瑟尔期,相当于中国的紫松期早期。

图 5 红石山地区晚古生代火山岩部分锆石阴极发光图像及LA-ICP-MS测点位置 Fig. 5 CL images and dating spots of some zircons of volcanics from the Late Paleozoic in the Hongshishan area

表 1 红石山地区晚古生代火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of volcanics from the Late Paleozoic in the Hongshishan area

图 6 红石山地区晚古生代火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄谐和图和加权平均图 Fig. 6 LA-ICP-MS zircon U-Pb weight average and concordia diagrams of zircons from the Late Paleozoic volcanics in the Hongshishan area

12BYQ-TW1样品共选取20颗锆石、共有20个测点。CL图像显示出岩浆锆石振荡环带(图 5)。锆石的Th、U含量分别为17×10-6~305×10-6和43×10-6~413×10-6,Th/U比值均为大于0.1,位于0.36~1.09之间(表 1)。在年龄谐和图上,所有数据点均在谐和线上。206Pb/238U加权平均年龄为314.9±3.3Ma(95% conf.,n=20,MSWD=1.16)(图 6),时代为晚石炭世莫斯科期,相当于中国的达拉期。

12BYQ-TW3样品共选取15颗锆石、共有15个测点。锆石晶型较好、显示出岩浆锆石振荡环带(图 5)。锆石的Th、U含量分别为76×10-6~239×10-6和114×10-6~313×10-6,Th/U比值均为大于0.1,位于0.41~1.04之间(表 1)。在年龄谐和图上,所有数据点均在谐和线上。206 Pb /238U加权平均年龄为299.4±5.9Ma(95% conf.,n=15,MSWD=3.0)(图 6),时代为晚石炭世格舍尔期,相当于中国的逍遥期晚期。

5 讨论 5.1 晚古生代地层年代

北山地区“绿条山组”由甘肃省第二区测队根据甜水井北剖面建立。该剖面下部产腕足类Syringothyris sp.,其西北约10km处绿条山剖面相应层位产腕足类Syringothyris, altaica S. cf.texta金松桥(1974) 丁培榛和齐文同(1983) 根据上述腕足类化石将绿条山组时代定为早石炭世杜内期。其后《内蒙古自治区岩石地层》(内蒙古自治区地质矿产局,1996)、《甘肃省岩石地层》(甘肃省地质矿产局,1997)、《中国地层典·石炭系》(金玉玕等,2000a)均沿用这一时代划分方案。

然而,丁培榛(1985) 对北山地区绿条山组腕足类重新厘定,对先前鉴定为Syringothyris的化石进行修订,并将“绿条山组”时代修订为早石炭世晚期。杨帅师等(2005) 王惠等(2007) 根据双壳类Parallelodon olseni-Nucundata cf. cuiluanesis-Schizodus subquadratus等组合将甜水井地区“绿条山组”时代修订为中晚二叠世或早中二叠世。由此可见,“绿条山组”的生物地层由于采用延限较长、鉴定有争议的腕足类、双壳类,时代尚不确定。

甜水井北剖面原“绿条山组”的锆石U-Pb同位素年龄为296.8±3.5Ma,相当于早二叠世阿瑟尔期。笔者所在的团队2012年在红石山地区的碎石山剖面“绿条山组”中发现保存较好的菊石类化石,由中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室鉴定出11属14种,以GastriocerasBranneroceras为主,时代为晚石炭世(卜建军等,2013)。菊石化石支持根据锆石U-Pb同位素年龄将北山地区“绿条山组”时代修订为晚石炭世-早二叠世,对应区域上的干泉组。据此,原“绿条山组”与中泥盆统的不整合接触应为干泉组与中泥盆统的不整合接触。

碧云泉剖面原“白山组”无化石产出,获得的锆石U-Pb同位素年龄为314.9±3.3Ma,时代为晚石炭世莫斯科期,亦对应干泉组。原“双堡塘组”依据腕足类Yakovlevia cf. weyprechti, Schellwienella regina将时代定为早二叠世亚丁斯克期-空谷期(即中国的隆林期-祥播期)。此次所采火山岩同位素样品位于化石层位之下,锆石U-Pb同位素年龄为299.4±5.9Ma,时代为晚石炭世格舍尔期,对应干泉组。据此,将碧云泉剖面原“白山组”和原“双堡塘组”中下部火山岩段划为干泉组,原“双堡塘组”上部含腕足类化石的碎屑岩段保留为双堡塘组,干泉组与双堡塘组为整合接触。

碧云泉剖面是前人记录的红石山地区“下二叠统双堡塘组”与“下石炭统白山组”平行不整合接触的主要证据,但此次研究表明,代表平行不整合接触关系的“底砾岩”实为安山质含角砾晶屑岩屑凝灰岩,与下伏“白山组”安山质角砾晶屑凝灰熔岩岩性基本一致,并且原平行不整合接触关系上下层位均相当于干泉组,表明二者为同期火山活动的产物。因此红石山地区并不存在下二叠统与下石炭统之间的平行不整合接触。

此外,笔者所在团队在北山地区北带的碎石山剖面“绿条山组”,黑鹰山、蓬勃山、六驼山和哈珠南等剖面 “白山组”火山岩中获得的锆石同位素年龄均为晚石炭世,分布范围为297.6±1.3Ma~318.5±4.8Ma,表明区域上可能普遍缺失早石炭世地层,且晚石炭世-早二叠世地层广泛分布(牛亚卓等,2013)。

综上所述,红石山地区石炭纪-二叠纪地层自下而上依次为干泉组和双堡塘组。其中干泉组以海相碎屑岩和中酸性火山岩为主,夹少量碳酸盐岩,角度不整合于中泥盆统之上。双堡塘组以海相碎屑岩为主,夹火山岩和碳酸盐岩,整合于干泉组之上。通过地层时代的修订,红石山地区地层时代归属及各主要地层单元的岩性组合与区域上得到了统一。

5.2 地层年龄的构造意义

地层缺失或主要地层单元之间的接触关系是构造演化研究的重要证据之一,一些学者认为“下石炭统与中泥盆统的角度不整合”是“古亚洲洋在中晚泥盆世之前闭合”的主要依据(左国朝和何国琦,1990Zuo et al., 1991何世平等,2005左国朝等,2003),而另一些学者认为“下二叠统与下石炭统的平行不整合”是“古亚洲洋在早石炭世末期闭合,石炭纪-二叠纪之间存在造山事件”的重要依据(刘雪亚和王荃,1995张文等,2011)。

此次研究表明,红石山地区“下石炭统绿条山组和白山组”应修订为晚石炭世-早二叠世干泉组,原定为“下石炭统”与中泥盆统的角度不整合实际为上石炭统与中泥盆统的角度不整合,原定为下石炭统和下二叠统之间的平行不整合不成立。结合区域地层分布,上石炭统与中泥盆统的角度不整合在北山北部地区广泛出露,代表中泥盆世与早石炭世之间古亚洲洋闭合和增生造山造成的地层缺失。与众多学者认为的古亚洲洋在中晚泥盆世之前闭合一致(王作勋等,1990Şengör et al., 1993何国琦等,1994左国朝等,2003何世平等,2005Chen et al., 2011)。

北山地区晚古生代火山岩具有大陆裂谷双峰式火山岩的特征(左国朝和何国琦,1990左国朝和李茂松,1996),形成于碰撞造山后再伸展的裂谷环境(徐学义等,2008)。北山地区石炭系-二叠系具有上超与下超的沉积特征和边缘相的沉积,为典型的裂谷盆地(卢进才等,2011)。但由于对主要地层单元接触关系认识的不统一,对石炭系-二叠系盆地演化也存不同的认识。一些学者基于下石炭统与下二叠统的平行不整合接触,认为石炭纪与二叠纪为两期盆地(刘雪亚和王荃,1985何世平等,2005),另一些学者认为石炭系-二叠系内部不存在区域上的不整合,石炭纪-二叠纪为统一的裂谷盆地(左国朝等,2003卢进才等, 2011, 2012)。此次研究将“下石炭统”更正为上石炭统-下二叠统干泉组,而且干泉组与双堡塘组为整合接触,明确了石炭纪-二叠纪为同一期裂谷盆地。其中,代表晚石炭世早期沉积的石板山组仅在北山地区红石山东部局部分布,表明裂谷盆地伸展初期仅在小狐狸山、黄石坪一带接受了沉积;代表晚石炭世晚期-早二叠世早期沉积的干泉组在北山地区及其邻区(巴丹吉林地区)广泛分布,沉积范围达到最大。这与卢进才等(2011, 2012)认为的石炭纪-二叠纪北山-巴丹吉林盆地为统一的裂谷盆地,晚石炭世晚期-早二叠世早期是盆地发育的鼎盛时期的认识一致。

研究区位于红石山蛇绿混杂岩带北侧,红石山蛇绿混杂岩带及其年龄争论较大(黄增保和金霞,2006b杨合群等,2010Xiao et al., 2010)。目前关于红石山蛇绿混杂岩带的讨论多基于区域地质调查报告对超镁铁岩、堆晶岩、玄武岩、“硅质岩”以及“白山组”的描述(左国朝和何国琦,1990杨合群等,2010Xiao et al., 2010)。上述岩石单元相互之间全为断层接触,并且蛇绿混杂岩层序混乱、变质程度高,“硅质岩”中尚无放射虫化石发现。红石山蛇绿岩片岩中Rr-Sr全岩等时线年龄为240Ma(魏志军等,2004)。黄增保和金霞(2006b)根据红石山西骆驼峰一带玄武岩中碎屑岩夹层的孢粉化石Leiotrites netiux, Punctatiporites planus等判断混杂岩带时代为早石炭世,但这些孢粉化石中并无特征极为明显、延限仅限于早石炭世的特征属种,孢粉组合特征描述不足。红石山混杂岩带西延至星星峡北侧黄山地区(何世平等,2005杨合群等,2010),土墩-黄山-图拉尔根超基性侵入岩体表明蛇绿混杂岩年龄可能为早二叠世晚期,其中黄山橄榄苏长岩中锆石U-Pb年龄为269~274Ma(郭宏等,2006)。黄山地区南侧可能由裂谷作用形成的尾亚-天宇-白石泉成矿带年龄也有相似的结果,其中尾亚含钒钛磁铁矿碱性性辉长岩锆石U-Pb年龄为267.3Ma(李嵩龄等,2002),白石泉含铜镍矿辉长岩中锆石U-Pb定年结果为284±8Ma(吴华等,2005)。由此可见,红石山混杂岩带可能形成在干泉组之后,干泉组火山岩年龄反映裂谷盆地初始张裂时间(314.9~296.8Ma),其后裂谷盆地可能演化为有限洋盆,形成红石山蛇绿混杂岩(杨合群等,2010)。

6 结论

(1) 根据锆石U-Pb同位素年龄,北山红石山地区原定为下石炭统绿条山组和白山组的地层应修订为上石炭统-下二叠统干泉组,与区域地层分布一致。

(2) 红石山地区上石炭统与中泥盆统之间的角度不整合反映了中泥盆世之后古亚洲洋的闭合与增生造山造成的长时间隆升剥蚀。

(3) 明确了上石炭统-下二叠统干泉组与下二叠统双堡塘组为整合接触,石炭纪-二叠纪之间不存在构造事件。

致谢 中国地质科学院矿产资源研究所王义天研究员等审稿专家提出了重要的修改意见, 在此表示感谢!
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