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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (9): 1579-1587  
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周国武, 林敏, 丘国春, 王峰. 内蒙古科右中旗扎木钦地区新民组地层的厘定及其地质意义[J]. 地质通报, 2018, 37(9): 1579-1587.
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Zhou G W, Lin M, Qiu G C, Wang F. The redefinition of Xinmin Formation in Zhamuqin area of Horqin Right Wing Middle Banner of Inner Mongolia and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(9): 1579-1587.
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基金项目

中国地质调查局项目《1:50000牛汾台林场、青石砬子、迈斯很达坂、海勒斯台护林站幅区域地质调查项目》(编号:DD20160048-06)、《1:50000郭挠特乌拉、巴尔陶勒盖、索金达坂、乌苏伊和牧场幅区域地质调查项目》(编号:1212010881217)

作者简介

周国武(1973-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事地质矿产勘查研究。E-mail:fjddygwz@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-03-20
修订日期: 2018-06-27
内蒙古科右中旗扎木钦地区新民组地层的厘定及其地质意义
周国武 , 林敏 , 丘国春 , 王峰     
福建省地质调查研究院, 福建 福州 350013
摘要: 内蒙古科右中旗扎木钦地区新民组为内蒙古1:5万郭挠特乌拉等4幅区域地质调查项目新厘定的地层单位。据岩性组合划分为上、下2个段,下段以中酸性火山碎屑岩为主夹火山碎屑沉积岩,角度不整合于林西组之上,上段主要为一套粗-细的碎屑岩组合,产双束松粉、冷杉粉、薄壁粉等早—中侏罗世微体古生物,上未见顶。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年值分别为162.1±1.3Ma、154.4±2.3Ma,时代置于中侏罗世。
关键词: 新民组    锆石U-Pb年龄    中侏罗世    扎木钦地区    
The redefinition of Xinmin Formation in Zhamuqin area of Horqin Right Wing Middle Banner of Inner Mongolia and its geological significance
ZHOU Guowu, LIN Min, QIU Guochun, WANG Feng     
Fujian Institute of Geological Survey, Fuzhou 350013, Fujian, China
Abstract: The Xinmin Formation in Zhamuqin area of Horqin Right Wing Middle Banner of Inner Mongolia were redefined by Inner Mongolia 1:50000 regional survey of four sheets such as Guonaotewula. According to lithologic combination, Xinmin Formation is divided into two lithogic sections:intermediate-acid pyroclastic rock is dominated by a small amount of pyroclastic rocks formed in lower segment overlying Linxi Formation with angular unconformity, whereas the upper part is a thick and thin clastic assemblage, which contains Pinuspollenites, Abiespollenites, Perinopollenites and some other Early-Middle Jurassic micropaleontologic fossils, with no top observed. LA-ICP-MS zircon U-Pb ages are 162.1±1.3Ma and 154.4±2.3Ma, suggesting Middle Jurassic.
Key words: Xinmin Formation    zircon U-Pb age    Middle Jurassic    Zhamuqin area    

扎木钦地区位于内蒙古高原东部,大兴安岭中段主峰东坡,地理位置北纬45°50′00″~46°10′00″、东经120°00′00″~120°30′00″。行政区划大部隶属于内蒙古自治区兴安盟管辖,其中东北部为科尔沁右翼前旗辖区,西南部属科尔沁右翼中旗辖区(图 1)。区内新民组为本次工作新发现,在原1:20万吐列毛杜公社幅林西组中分解出新民组,并进一步划分了2个岩性段。

图 1 研究区交通位置简图 Fig.1 Traffic location of the study area
1 新民组沿革及定义

新民组为辽宁省区测二队1972年创名于内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗新民乡新民煤矿[1],原始定义指一套含煤地层,分为上、中、下3个岩性段。下段为灰褐色酸性火山碎屑岩夹沉积岩,含3层煤,中段为细沉积岩夹煤层,上段为灰紫色、灰绿色、灰白色酸性凝灰岩夹凝灰质砂岩及煤线。内蒙古岩石地层编写组[1]将其定义为平行不整合于红旗组含煤沉积岩之上,被土城子组紫红色碎屑岩或满克头鄂博组酸性火山岩平行不整合覆盖或不整合覆盖的一套杂色酸性火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩夹沉积岩及煤层,与万宝组为相变关系。研究区该地层为本次工作新发现,并划分了2个岩性段:下段为一套浅灰色中酸性火山碎屑岩为主夹火山碎屑沉积岩组合;上段主要为一套粗-细的碎屑岩组合。

2 地层层序及接触关系

研究区中侏罗世新民组规模小,仅零星出露,面积约为10.55km2。其空间分布明显受火山构造盆地控制,呈北东向不规则状展布。主要分布于内蒙古科右中旗扎木钦管理区陶劳彦一带(图 2),整体呈北东向展布,在陶劳彦南东见新民组下段英安质晶屑凝灰岩角度不整合于林西组粉砂质泥岩之上(图 3),其上未见顶。在科尔沁右翼中旗陶劳彦一带层序较全,进行了剖面实测(图 4,起点坐标281913.05、5093096.67,终点坐标279638.26、5099359.04),分层如下。

图 2 研究区地质简图 Fig.2 Geological map of the study area Qh—第四系全新统;Qp—第四系更新统;K1b2—下白垩统白音高老组上段;J3mn2—上侏罗统玛尼吐组中段;J3m2—上侏罗统满克头鄂博组上段;J3m1—上侏罗统满克头鄂博组下段;J2x2—中侏罗统新民组上段;J2x1—中侏罗统新民组下段;P3l—上三叠统林西组;δμJ3—上侏罗统潜闪长玢岩;1—层理产状;2—面理产状;3—断层产状;4—地质界线;5—岩性界线;6—岩相界线;7—断层;8—实测剖面;9—同位素年龄
图 3 陶劳彦南东新民组下段(J2x1)角度不整合于林西组(P3l)之上接触关系素描图 Fig.3 Sketch showing lower member of Xinmin Formation overlying Linxi Formation with angular unconformity in southeast Taolaoyan ①—掩盖;②—英安质晶屑凝灰岩;③—粉砂质泥岩
图 4 陶劳彦中侏罗世新民组实测剖面 Fig.4 Surveyed geological cross section of Middle Jurassic Xinmin Formation in Taolaoyan J2x1—中侏罗统新民组下段:J2x2—中侏罗统新民组上段;P3l—上三叠统林西组;Bf—孢粉采样位置

新民组(J2x):      >660.8m

上段(J2x2):      >538.7m

24.灰色巨厚层状复成分砾岩(未见顶)      >13.8m

23.灰色砾质中粗粒岩屑砂岩      45.5m

22.灰色中层状(角岩化)粉砂岩      15.0m

21.灰色砂砾岩,厚层状层理      24.5m

20.灰色粉砂岩,薄层状平行层理      13.4m

19.灰色细粒岩屑砂岩、凝灰质细粒岩屑砂岩      25.8m

18.灰黑色厚层状砾岩夹灰色中层状细砂岩      46.4m

17.灰色中层状沉凝灰岩      24.9m

16.灰色厚层状砂砾岩      17.5m

15.灰白色中层状凝灰质粉砂岩      19.1m

14.灰黑色厚层状复成分砂砾岩      15.3m

13.灰色英安质岩屑晶屑凝灰岩      64.9m

12.灰色沉凝灰岩      48.3m

11.灰黑色薄层状泥岩夹中层状细砂岩      39.0m

10.灰色薄层状粉砂岩      4.1m

9.灰黑色薄层状泥岩夹中层状细砂岩,产冷杉粉Abiespollenites、双束松粉Pinuspollenites       75.6m

8.灰色厚层状凝灰质含砾砂岩夹中薄层状凝灰质砂岩      33.6m

7.灰色凝灰质泥岩夹凝灰质细粒岩屑砂岩,产薄壁粉Perinopollenites、双束松粉(Pinuspollenites)      11.8m

——————整合——————

下段(J2x1):      122.1m

6.灰色英安质晶屑凝灰岩      22.8m

5.灰黑色中层状细砂岩、凝灰质中细粒岩屑砂岩      0.7m

4.浅灰色中薄层-厚层状凝灰质含砾砂岩、灰色凝灰质砂岩      10.7m

3.灰色英安质晶屑岩屑凝灰岩      7.2m

2.灰色英安质角砾凝灰岩      10.6m

1.灰色英安流纹质晶屑凝灰岩      40.1m

~~~~~~~~~不整合~~~~~~~~~

下伏地层:晚三叠世林西组(P3l)灰色薄层粉砂岩

综合剖面和地质调查资料,新民组岩性组合划分为上、下2段,其中下段为一套浅灰色中酸性火山碎屑岩为主夹火山碎屑沉积岩组合,岩性以英安质晶屑凝灰岩为主,少量流纹质晶屑凝灰岩、流纹岩,局部夹泥岩、沉凝灰岩等;上段主要为一套粗-细的碎屑岩组合,岩性为灰色复成分砾岩、砂砾岩、长石岩屑砂岩凝灰质粉砂岩、粉砂质板岩、粉砂质凝灰岩等,整体呈下细上粗的递变韵律,平行层理发育,砾石磨圆度好,局部泥岩由于热液蚀变发生角岩化现象。在剖面的7层产薄壁粉Perinopollenites、双束松粉Pinuspollenites等,在剖面的9层产冷杉粉Abiespollenites、双束松粉Pinuspollenites等。

3 岩石地球化学特征 3.1 主量元素

新民组火山岩主要出露于下段,上段见有少量火山岩呈夹层产出,岩性主要为流纹质晶屑凝灰岩、英安流纹质晶屑凝灰岩、英安岩。本次工作在下段的粗面岩、英安质晶屑凝灰岩中获得2件岩石化学样品(编号分别为PM30-58、PM301-104)。硅酸盐、稀土元素配分和定量光谱的测试分析由福建省地质测试中心承担。

新民组火山岩主量元素含量(表 1)显示,SiO2含量介于68.50%~71.72%之间,平均70.11%;Na2O+K2O介于7.78%~8.37%之间,平均8.075%;CaO介于0.27%~1.82 %之间,平均1.045%;MgO介于0.40%~0.58 %之间,平均0.49%。

表 1 研究区火山岩主量、微量和稀土元素分析数据 Table 1 Major, trace elements and REE data of the study area

在TAS岩石分类命名图解上,样品点落入流纹岩类区(图 5-a)。在硅-碱关系图上,成分点主要落入碱性区,有1个样品点落入高铝岩系靠近碱性区附近(图 5-b)。在AR-SiO2碱度率图解上,投影点落入碱性系列区内,并靠近钙碱性区附近(图 5-c)。在AFM图解上,投影点落入钙碱性系列区(图 6-a)。σ值变化于0.78~4.32之间,大多在1.62~3.34之间,属钙碱性岩石类型[2]。在An-Ab’-Or图解上,岩石类型为普通类型(图 6-b)。经CIPW标准矿物计算,岩石均属于正常系列。K2O-SiO2图解显示,岩石属于高钾系列岩石(图 6-c),与其富钾特征相吻合[3-4]。利用华盛顿火山岩频率曲线图(图 7),将测区火山岩的分异指数(DI)对有关氧化物进行投影,新民组火山岩随极密脊线变化,属于正常岩浆演化趋势。

图 5 岩石分类命名(a)、硅-碱关系(b)和碱度率图(c) Fig.5 Classification(a), sillicon-alkali relationship(b) and alkalinity diagrams of rocks(c)
图 6 岩石AFM(a)、An-Ab’-Or(b)和SiO2-K2O图解(c) Fig.6 AFM(a), An-Ab'-Or(b) and SiO2-K2O(c) diagrams
图 7 华盛顿火山岩频率曲线 Fig.7 The frequency curves of volcanic rocks in Washingtion
3.2 微量元素特征

新民组火山岩获得2件定量光谱样品(表 1),与酸性岩维氏值相比,以贫Cr、Au、Li、Rb、La,富Pb、Zn、W、Ag、Zr、Ba为特征。Cr为维氏值的0.25~ 0.60,Au为维氏值的0.14~0.19,Li为维氏值的0.54~0.55,Rb为维氏值的0.44~0.62,La为维氏值的0.55~0.68;而Pb高于维氏值1.85~7.65倍,Zn高于维氏值0.98~2.55倍,W高于维氏值10.17~13.47倍,Ag高于维氏值0.94~1.80倍,Zr高于维氏值1.45~1.67倍,Ba高于维氏值1.14~1.43倍。其他元素接近于维氏值。

在火山岩微量元素对洋脊花岗岩标准化地球化学模式图(图 8)中,曲线形态均相似,表现为Ka、Ta、Yb负异常,K、Rb、Ba、Th比Ta、Nb、Ce、Hf、Zr、Sm、Y、Yb含量高,Yb含量明显低于标准化成分。

图 8 微量元素对洋中脊花岗岩标准化地球化学模式图(球粒陨石标准化值据参考文献[5]) Fig.8 Primitive mantle-normalized incompatible element spidergram
3.3 稀土元素特征

新民组火山岩稀土元素含量及特征值见表 1,其总量较高,为206.55 × 10-6~234.68 × 10-6;LREE/HREE值变化于7.68~8.55之间;δEu值为0.96~1.02,δCe值为0.68~0.80,Eu*/Sm*值为0.56~0.66,Sm*/Nd*值为0.52~0.60,La*/Sm*值为2.97~4.30,La*/Yb*值为6.76~7.60,Gd*/Yb*值为1.04~1.66,Ce*/Yb*值为5.55~6.21。在稀土元素配分模式图(图 9)中为左高右低较平坦的曲线,轻稀土元素部分较陡,重稀土元素部分平缓,具较弱的负Eu异常,弱的负Er异常。上述特征说明,新民组火山岩属于轻稀土元素弱富集型,轻、重稀土元素分馏较弱。

图 9 稀土元素配分模式图(原始地幔标准化值据参考文献[5]) Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns
4 时代讨论 4.1 同位素年龄成果

本次在新民组下段的粗面岩、英安质晶屑凝灰岩中各采集了1件配套样品及同位素年龄样品,岩石测年由中科院地质与地球物理研究所采用LAICP-MS锆石U-Pb定年方法测定,测试时尽量选择晶体完整、无裂纹、无包裹体、晶形呈柱状、具有明显环带结构的岩浆成因锆石[6-8],以获得较准确的火山岩成岩年龄。因年轻锆石中放射成因207Pb含量较少,分析中容易产生较大的误差,故采用206Pb/238U年龄[6-8]。单个测试点的误差均为1σ,206Pb/238U年龄加权平均值为95%的置信度。其年龄值分别为154.4 ± 2.3Ma(图 10图 11表 2)、162.1±1.3Ma(图 12图 13表 3)。

图 10 新民组锆石(PM301-58)阴极发光(CL)图像 Fig.10 Zircon CL images of Xinmin Formation (PM301-58)
图 11 PM301-58锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.11 Zircon U-Pb diagram of PM301-5
表 2 新民组LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定数据 Table 2 Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of Xinmin Formation
图 12 新民组锆石(PM301-104)阴极发光(CL)图像 Fig.12 Zircon CL images of Xinmin Formation (PM301-104)
图 13 PM301-104锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.13 Zircon U-Pb diagram of PM301-104
表 3 新民组孢粉组合 Table 3 Sporppollen assemblage of Xinmin Formation
4.2 微体古生物特征

本次研究在该套地层剖面上段第7层的灰黑色泥岩和第9层的粉砂岩中分别采集了15件孢粉样品,孢粉测试分析由南京古生物研究所完成。其中5件含有孢粉化石,第7层产薄壁粉Perinopollenites,双束松粉Pinuspollenites,第9层产冷杉粉?Abiespollenites,双束松粉Pinuspollenites等。其中在第9层含较丰富的孢粉(表 3)。孢粉组合中裸子植物花粉占97%,蕨类植物孢子稀少,仅占3%。裸子植物花粉中,以Concentrisporites最丰富,占组合的41%,其他较常见的依次为Cycadopites(5.5%),Quadraeculina(4.6%),Classopollis(3.7%),Callialasporites(2.8%)。蕨类植物孢子有CyathiditesBaculatisporites,仅个别出现。组合中的各个组分都是中生代各时期孢粉植物群的常见分子[1],以其缺乏具肋双囊类花粉和海金沙科植物孢子,以及Classopollis花粉含量较低等情况分析,时代应属早—中侏罗世。

另据辽宁西部中生界孢粉组合及其地层意义[9]Callialasporites花粉只见于中侏罗世的所谓“北票组”和郭家店组。虽然以富含Concentrisporites(占41%)为特征的当前组合与富含Cyathidites等光面三缝类孢子(占46%)的辽西中侏罗世的孢粉组合差别颇大,但它们都含Callialasporites花粉,说明当前组合的时代属中侏罗世的可能性更大。

综上所述,根据其岩性组合及同位素年龄、微体古生物等成果综合分析,与区域上新民组岩石特征及时代相当,因此将其划归中侏罗世。

5 结论

(1)本次工作在新民组下段的粗面岩、英安质晶屑凝灰岩中各取了1件配套样品及同位素年龄样,岩石测年采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法测定,其年龄值分别为162.1 ± 1.3Ma、154.4±2.3Ma。

在上段灰黑色泥岩、粉砂岩中获得薄壁粉、双束松粉,冷杉粉等微体古生物。组合中的各个组分都是中生代各时期孢粉植物群的常见分子,以其缺乏具肋双囊类花粉和海金沙科植物孢子及Classopollis花粉含量较低等情况分析,时代应属早—中侏罗世。

据其岩性组合及同位素年龄、微体古生物等成果综合分析,与区域上新民组岩石特征及时代相当,因此将其划归中侏罗世。

(2)新民组地层在该地区为本次工作新发现,以往均认为其分布在西乌珠穆沁旗—霍林郭勒市—乌兰浩特市一线以南的大兴安岭南部地区。本次发现为研究新民组在大兴安岭中段及其以北的分布提供了依据,也为今后在该地区开展地质调查工作提供了借鉴。

致谢: 本文是项目组成员共同劳动的成果,项目工作过程中得到沈阳地调中心张立东研究员、朱洪森教授级高级工程师,内蒙古地质调查院邵积东、许立权教授级高级工程师和福建省地调院马金清教授级高级工程师、卢清地高级工程师的悉心指导,在此一并致谢。

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