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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (10): 1691-1697  
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刘淼, 陈井胜, 李斌, 李伟, 杨帆. 内蒙古赤峰敖汉旗地区义县组地层划分与对比[J]. 地质通报, 2017, 36(10): 1691-1697.
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Liu M, Chen J S, Li B, Li W, Yang F. Stratigraphic division and correlation of the Yixian Formation in Aohan area, Chifeng, Inner Mongolia[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(10): 1691-1697.
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基金项目

中国地质调查局项目《辽宁1: 5万台吉、他拉皋、七道岭、十二台营子幅区域地质调查》(编号:DD20160201-05)、《内蒙古敖汉旗大黄花地区矿产地质调查》(编号:12120114055501)和《内蒙古1: 5万敖汉旗、捣格朗营子、新地、铁匠营子幅区域地质矿产调查》(编号:12120113053400)

作者简介

刘淼(1989-), 男, 硕士, 工程师, 从事地层学研究。E-mail:1171724956@qq.com

通讯作者

陈井胜(1983-), 男, 博士, 高级工程师, 从事岩石学研究。E-mail:5202268@qq.com

文章历史

收稿日期: 2016-12-01
修订日期: 2017-03-07
内蒙古赤峰敖汉旗地区义县组地层划分与对比
刘淼, 陈井胜, 李斌, 李伟, 杨帆    
中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁 沈阳 110034
摘要: 内蒙古赤峰敖汉旗地区属于宁城-捣格朗营子火山喷发带北段。通过实测剖面和大比例尺地质调查,确定敖汉旗地区中生界以火山岩为主的地层为义县组,并将其进一步划分为4个岩性段:一段由复成分砾岩和含砾粗砂组成,二段由酸性流纹质火山岩组成,三段由一套安山质的火山岩及沉积相的凝灰质砂砾岩等组成,四段由中性偏碱性的粗面英安质火山岩组成。本区各段火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,敖汉旗地区义县组火山活动时限为127.7~121.6Ma。该结果与北部阜新-义县盆地义县组标准剖面年龄可对比。依据岩石组合特征、同位素测年结果,敖汉地区义县组可以与标准剖面的中部对比,缺失可与标准剖面上部对比的层位。
关键词: 地层划分    地层对比    早白垩世    义县组    LA-ICP-MS锆石U-Pb测年    
Stratigraphic division and correlation of the Yixian Formation in Aohan area, Chifeng, Inner Mongolia
LIU Miao, CHEN Jingsheng, LI Bin, LI Wei, YANG Fan     
Shenyang Center of Geological Survey, CGS, Shenyang 110034, Liaoning, China
Abstract: The Aohan area of Chifeng belongs to "northern volcanic eruption belt of Ningcheng-Daogelangyingzi". Regional section measuring and large-scale geological survey has shown that the strata which are composed mainly of volcanic rocks in the Aohan area should be grouped into Yixian Formation, and can be further divided into four lithologic members in the following ascending order:The first member consists of polymictic conglomerate and coarse sandstone gravel; the second member consists of acidic rhyolitic volcanics; the third member consists of a series of andesitic volcanic rocks and sedimentary facies tuff gritstone; and the fourth member consists of trachydacite volcanic rocks with medium to high alkaline features. The LA-ICP-MS zircon U-Pb data of volcanic rocks from each lithologic member in the area indicate that the volcanic activity occurred at 127.7~121.6Ma, and this result can compare with things of the typical section of Yixian Fomation in northern Fuxin-Yixian basin. Rock assemblages and isotope dating results show that the strata in Aohan area have similar lower and medium members, but the upper strata are absent, as shown by a correlation with strata of the typical section of Yixian Formation.
Key words: stratigraphic classification    stratigraphic correlation    Early Cretaceous    Yixian Formation    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    

近年来,随着义县组热河生物群珍稀化石的发现,义县组越来越受到地学界的重视,已成为中外学者关注的焦点。义县组火山岩作为中国东部中生代火山岩的典型代表,已做了许多研究工作,辽西地区义县组火山岩的形成时代、层序、岩石组合特征等问题已得到了基本确定[1-8]。前人研究认为义县组自下而上分为4个岩性段[7-8]:一段为底砾岩、基性-中性火山岩段;二段为湖相沉积岩段,底部为砂岩泥岩、沉凝灰岩等互层,可见大量动植物化石,上部为中酸性火山岩;三段为基性火山岩段;四段底部为金刚山层砂砾岩,顶部为黄花山层酸性火山角砾岩等。已有的研究多集中在北票-义县[3-4]、彰武-阜新[9]、凌源[10-14]等地区,对赤峰地区义县组尚缺乏系统的研究,因而不能较好地进行更大范围的对比,限制了对辽西地区早白垩世火山岩分布规律的了解。本文研究的敖汉旗地区位于宁城-捣各朗营子火山喷发带北端[15],笔者近年在完成内蒙古1: 5万元宝山煤矿等四幅区域地质调查及内蒙古1: 5万敖汉旗等四幅区域地质矿产调查项目的过程中,通过剖面、路线地质调查及火山岩年代学等工作,对敖汉旗周边的义县组进行系统研究,并根据实际材料对敖汉旗地区义县组岩石地层层序及地质时代展开了详细研究。目的是查明该区义县组的岩石组合、喷发次序和确切的喷发时代,其与辽西义县组的标准剖面[3, 7-8, 13, 16]进行对比分析。该研究对辽西北部地区地层资料有较好的补充,为辽西地区义县组的对比提供了更丰富的资料。

义县组源于1940年室井渡提出的“义县火山岩类”一词,由顾知微等于1962年在第一届全国地层会议上正式提出[17]。敖汉地区义县组地层研究较低,1967年下洼幅1: 20万区域地质矿产调查将研究区的火山岩划分到义县组(J3y),1970年敖汉旗幅1: 20万区域地质矿产调查将研究区的火山岩划归到大兴庄组和吐呼噜组。直到2010年进行1: 5万元宝山等四幅区域地质调查时通过对研究区火山岩样品的MC-LA-ICPMS锆石同位素测年得到其年龄为121.8~127.7Ma[18-19],确定其形成时代为早白垩世,从而将这套火山岩划分到义县组。研究区位于华北板块中段,燕山构造带的东北部,位于宁城-捣各郎营子火山喷发带北段,同时也是中生代濒太平洋构造带的一部分。该地区义县组整体产状倾向南东,角度不整合覆盖于古元古界宝音图岩群、上石炭统酒局子组、上侏罗统张家口组之上。本文研究对象为敖汉旗地区二十家子盆地和铁匠营子盆地义县组,义县组出露面积较零散,地层出露不完整,岩石风化剥蚀较严重。通过不同位置的4条剖面代表敖汉旗地区义县组的地层特征(图 1),将敖汉旗地区义县组从岩石学角度划分为4个岩性段。

图 1 敖汉旗地区地质简图 Fig.1 Geological sketch map of Aohan area
1 区内义县组典型剖面及地层划分 1.1 义县组典型剖面介绍 1.1.1 马厂-大一家义县组实测剖面(PM114)

剖面位于研究区南部马厂乡北山,剖面起点坐标:北纬42°5′9″、东经119°40′34″;终点坐标:北纬42°9′53″、东经119°33′17″,剖面总体方向309°。剖面沿冲沟底部开始测制,岩石出露良好。主要控制义县组一段和二段地层,未见底,顶部被孙家湾组角度不整合覆盖。控制义县组一段厚度大于515.91m,控制义县组二段厚度大于755.65m(图 2)。

图 2 马厂-大一家义县组剖面(PM114) Fig.2 Machang-Dayijia section of the Lower Cretaceous Yixian Formation(PM114)

义县组

上覆地层:上白垩统孙家湾组(K2sj)灰色中厚层粗砾复成分砾岩

     ~~~~~~~~~~~~~ 角度不整合 ~~~~~~~~~~~~~

义县组二段(K1y2)          >755.65m

25.流纹质熔结角砾凝灰岩          78.73m

24.流纹质熔结晶屑凝灰岩          199.60m

     ------ 侵入接触 ------

23.灰黑色黑曜岩

     ------ 侵入接触 ------

22.浅灰紫色流纹质熔结晶屑凝灰岩          91.31m

     ------ 侵入接触 ------

21.灰黑色黑曜岩

     ------ 侵入接触 ------

20.浅灰紫色流纹质熔结晶屑凝灰岩          212.00m

19.灰白色流纹质晶屑凝灰岩          174.01m

     ------ 整合 ------

义县组一段(K1y1)          515.91m

18.浅灰色-灰紫色巨厚层粗砾复成分砾岩和灰紫色中厚层含中砾细砂岩互层          38.29m

17.浅灰色-灰紫色中厚层粗砾复成分砾岩          6.55m

16.中厚层中砾复成分砾岩和灰紫色薄层含中砾细砂岩互层          8.90m

15.浅灰色-灰紫色中厚层中粗砾复成分砾岩          163.56m

14.浅灰色-灰紫色巨厚层中砾复成分砾岩和灰紫色厚层含细砾细砂岩互层产出          9.50m

13.浅灰色-灰紫色中厚层中砾复成分砾岩          87.37m

12.灰紫色薄层砂砾岩          6.47m

11.灰紫色巨厚层复成分巨砾岩          7.55m

10.灰紫色薄层含砾细砂岩          6.47m

9.浅灰色-灰紫色中厚层粗砾复成分砾岩          56.8m

8.灰紫色薄层含粗砾细砂岩          2.97m

7.浅灰色-灰紫色中厚层粗砾复成分砾岩          3.03m

6.灰紫色薄层含砾细砂岩          1.82m

5.浅灰色-灰紫色中厚层粗砾复成分砾岩          1.21m

4.灰紫色薄层含砾细砂岩          0.61m

3.浅灰色-灰紫色中厚层粗砾复成分砾岩          4.85m

2.灰紫色薄层砂砾岩          1.82m

1.浅灰色-灰紫色中厚层粗砾复成分砾岩          108.14m

(未见底)

1.1.2 敖汉旗王杖子-咕噜营子义县组实测剖面(PM401)

剖面位于敖汉旗王杖子-咕噜营子,剖面起点坐标:北纬42°3′49″、东经120°9′15″,终点坐标:北纬42°1′34″、东经120°9′52″,剖面总体方向353°。剖面沿冲沟底部开始测制,岩石出露良好。主要控制义县组三段地层,底部角度不整合覆盖于晚二叠世正长花岗岩之上,未见顶。控制厚度为407.3m(图 3)。

图 3 王杖子-咕噜营子义县组剖面(PM401) Fig.3 Wangzhangzi-Guloyingzi section of the Lower Cretaceous Yixian Formation(PM401)

(未见顶)

义县组三段(K1y3)          407.30m

9.灰紫色安山质集块角砾岩          0.5m

8.浅灰绿色安山岩          78.80m

7.灰紫色安山质集块角砾岩          33.00m

6.浅灰紫色安山岩          116.70m

5.灰紫色安山质火山角砾岩          27.50m

4.灰紫色安山岩          47.90m

3.灰紫色火山角砾岩          41.60m

2.浅灰紫色安山岩          15.50m

1.灰色火山角砾岩          45.80m

     ~~~~~~~~~~~~~ 不整合 ~~~~~~~~~~~~~

晚二叠世中粒正长花岗岩

1.1.3 敖包山-小康家窝铺义县组实测剖面(PM112)

剖面位于研究区建平县马厂乡小康家窝铺东部,剖面起点坐标:北纬42°2′30″、东经119°45′56″,终点坐标:北纬42°4′13″、东经119°42′13″,剖面总体方向322°。剖面沿山坡开始测制,岩石出露良好。主要控制义县组四段地层,未见顶底,控制厚度为850.95m(图 4)。

图 4 敖包山北-小康家窝铺东义县组剖面(PM112) Fig.4 Aobaoshan-Xiaokangjiawopu section of the Lower Cretaceous Yixian Formation(PM112)

(未见顶)

义县组四段(K1y4)          850.95m

15.粗面斑岩

     ------ 侵入接触 ------

14.粗面质凝灰岩          23.78m

13.粗面英安岩          82.83m

12.粗面英安质集块岩           4.68m

11.粗面英安岩          593.92m

10.粗面英安质凝灰岩          14.35m

9.粗面英安质角砾熔岩          2.85m

8.粗面英安岩          128.54m

     ------ 侵入接触 ------

7.粗面英安玢岩

     ------ 侵入接触 ------

6.粗面英安岩          99.56m

5.粗面英安质凝灰岩          146.12m

4.气孔状粗面英安岩          281.86m

3.粗面英安质角砾熔岩          22.74m

2.气孔状粗面英安岩          86.34m

1.粗面英安质角砾熔岩          1.67m

(未见底)

1.2 义县组划分及岩性特征

笔者根据敖汉旗地区义县组的岩性组合、岩石产出特征及不同岩石组合的上、下接触关系,结合火山活动旋回规律,将敖汉旗地区义县组自上而下划分为4个段级岩石地层单元(图 1)。

(1) 岩性段Ⅰ(义县组一段):岩性为单一的底砾岩相复成分砾岩,复成分砾岩整体呈砖红色。砾石成分多样,可见大理岩、花岗岩及安山质火山岩等,砾石磨圆一般,多为次圆-次棱角状,含量在60%~80%之间。砂质胶结,单层厚度较大。直径大小不等,最大可达1m以上,表现出一套坡积快速沉积的岩石组合。

(2) 岩性段Ⅱ(义县组二段):该岩性段充分表现出层状火山岩的特征。通过火山活动由强到弱可分为4个喷发旋回。第一旋回:流纹质岩浆上拱爆发,形成一套爆发相的流纹质凝灰岩、火山角砾岩等;第二旋回:流纹质岩浆喷溢,形成溢流相的流纹岩;第三旋回:流纹质岩浆强烈爆发,形成大面积火山碎屑流相的流纹质熔结角砾凝灰岩、熔结晶屑凝灰岩等;第四旋回:火山活动强度渐弱,火山作用进入相对宁静阶段,酸性岩浆在主火山口及位于火山机构西部的断裂构造侵入就位,形成次火山岩相的黑曜岩。

(3) 岩性段Ⅲ(义县组三段):主要为一套安山质火山岩及沉积相的凝灰质砂砾岩等组成。底部为凝灰质砂砾岩,厚度较小,层理不发育,砾石成分以流纹质晶屑凝灰岩为主,分选、磨圆一般。顶部以安山岩为主,中间夹爆发相的安山质晶屑凝灰岩、安山质火山角砾岩等。

(4) 岩性段Ⅳ(义县组四段):以中性偏碱性火山岩为主,从早到晚可将火山活动分为3个旋回。第一旋回:粗面英安质岩浆上拱爆发,形成粗面英安质凝灰岩及粗面英安岩;第二旋回:粗面英安质岩浆侵入,形成次火山岩相粗面英安玢岩;第三旋回:偏碱中性岩浆爆发-侵入,形成粗安质凝灰岩及次火山岩相粗安斑岩。

2 区域地层与年代学对比

义县组的层型标准剖面及有代表性的剖面多分布于阜新-义县盆地,该盆地是义县组火山活动喷发产物发育最全的盆地,又是研究程度最高的盆地。本次选出有代表性的马神庙-宋八户层型剖面[8]进行对比研究,从岩石组合特征和年代学特征看,二者具有可对比性(图 5)。

图 5 敖汉旗剖面与马神庙-宋八户剖面义县组对比 Fig.5 Stratigraphic correlation of Yixian Formation between Aohan Banner section and Mashenmiao-Songbahu section

(1) 敖汉旗地区义县组一段的复成分砾岩及二段的流纹质火山岩与标准剖面较难对比,标准剖面存在6个沉积层,由于本次工作没有对义县组一段进行碎屑锆石等测试,不能进行年龄对比,很难确定与哪个沉积层对比。标准剖面不存在大面积的酸性火山岩,义县组二段的流纹质火山岩仅根据年龄进行对比也不具有较强的说服力,但是凌源地区的义县组大新房子层化石和年代学特征基本确定可与标准剖面的砖城子层对比。凌源地区义县组大新房子层之上存在一套流纹质中酸性火山岩[22],孟凡雪等[11]对凌源地区义县组大新房子层的流纹岩进行U-Pb年代学研究,结果为124.4±1.4Ma。张宏等[10]对凌源地区大新房子层进行U-Pb同位素测年,得出其形成年龄为125~122Ma。郑月娟等[22]认为,凌源地区义县组的大新房子层与辽西-北票义县地区的义县组砖城子组有很强的对比性。综合得出,凌源地区的大新房子层相当于北票-义县地区的砖山子层。沈阳地质调查中心在进行“内蒙古1: 5万元宝山煤矿等四幅区调”时,对敖汉旗地区义县组的2处流纹岩进行U-Pb同位素测年,得到的结果分别为127.7±1.8Ma和124.3±1.8Ma[19]。由此认为,敖汉旗地区义县组一段复成分砾岩及二段流纹岩质火山岩层相当于凌源地区的大新房子层。进一步证明,敖汉旗地区义县组一段复成分砾岩及二段流纹岩质火山岩层与标准剖面的砖城子层可进行对比。

(2) 敖汉旗地区义县组三段可与标准剖面的大康堡层及其上下的火山岩层进行对比,大康堡层目前发现有鸟类、禽龙、翼手龙、潜龙、叶肢介、昆虫、辽宁洞虾、植物、木化石等[23]。在敖汉旗地区义县组三段的沉积夹层中可见叶肢介化石。大康堡层上下的火山岩层与敖汉旗地区义县组三段的岩性均以中性-中基性火山岩为主。区别在于阜新-义县盆地中出现大量次火山岩,但研究区内多以爆发相和溢流相为主。在测区的义县组三段采集安山岩样品进行U-Pb同位素测年,得到的结果为124.7±1.2Ma、124.1±1.8Ma、123.1±1.8Ma,在收集到的大康堡层上下的火山岩层位测年结果为125.3~122.4Ma[10]

(3) 敖汉旗地区义县组四段与标准剖面的金刚山层下部的火山岩层进行对比。王五力等[23]在进行义县组地层层序划分时认为,金刚山层底部或下部存在酸性火山岩层和火山碎屑岩层,这套火山岩层实为义县旋回晚期安山岩系之上的又一次火山活动。本区的义县组四段主要岩性为粗面英安岩质火山岩,本次研究对区内的粗面英安岩进行U-Pb同位素测年,得出的结果为121.8±1.3Ma和121.6± 2.8Ma。收集到金刚山层之下的安山岩测年结果为122.4Ma,金刚山层上部的黄花山层的测年结果为118.9±1.4Ma和119.8±1.4Ma[1]。本次研究区的英安岩测年结果处于122.4~118.9Ma之间,可进一步说明,本区的义县组四段粗面英安质火山岩与王五力等提出的金刚山层底部的酸性火山岩可对比[23]

综上所述,敖汉旗地区的义县组和阜新-义县盆地的义县组具有明显的可对比性,但也存在着一定的南北差异。①从岩性看,研究区火山岩由下至上为一套酸性-中性-酸性的岩石组合。阜新-义县盆地的义县组多为基性-中基性岩石组合;②从地层的发育程度看,阜新-义县盆地出露更完整,火山岩厚度更大,火山活动也更剧烈;③从化石的发育程度看,阜新-义县盆地存在6个沉积层,且6个层位均产大量珍稀化石。而敖汉旗地区的义县组很少见到沉积夹层,更少见到化石。这些南北差异都是由于构造活动区的位置不同引起的。区域内的构造活动中心更靠近阜新-义县盆地,因此阜新-义县盆地内断裂切穿的比较深,进一步说明其基性岩浆的比例较大。

根据前人报道的义县及其临区义县组火山岩同位素年代学数据,结合本次测试的7个锆石U-Pb同位素年龄可以看出,敖汉旗地区的义县组火山活动整体时限与阜新-义县盆地义县组一致,均在136~118Ma之间。

3 结论

(1) 敖汉旗地区义县组岩石组合以酸性、中基性火山岩、火山碎屑岩为主,局部夹少量沉积岩,底部角度不整合覆盖于古元古界宝音图岩群之上。该区义县组可划分为4个岩性段:一段主要由复成分砾岩组成,二段为一套酸性的流纹质火山岩,三段为中基性的安山质火山岩,四段为中性偏碱性的粗面英安质火山岩。

(2) 敖汉旗地区义县组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定显示,义县组二段的流纹岩年龄为127.7±1.8Ma和124.3±1.8Ma,三段的安山岩年龄为124.7±1.2Ma、124.1±1.8Ma、123.1±1.8Ma,四段的英安岩年龄为121.8±1.3Ma和121.6±2.8Ma。整体上敖汉旗地区义县组火山活动时限为127.7~ 121.6Ma。

(3) 敖汉旗地区义县组可与层型剖面(阜新-义县盆地马神庙-宋八户剖面)的中部对比,缺失可与标准剖面义县组下部层位老公沟层、业南沟层及上部层位金刚山层和黄花山层的对比层位,显示出义县组火山活动在区域上的南北差异。

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