冀北围场一带张家口组同位素测年研究及地层学意义

张家口组广泛分布于冀北—辽西—内蒙古南部地区,为一套巨厚的酸性火山岩夹中酸性火山岩,岩石组合为流纹质火山碎屑岩、流纹岩、粗安岩、石英粗面岩、粗面岩、火山碎屑沉积岩,底部往往发育不稳定的凝灰质砾岩,角度不整合于土城子组或前白垩纪地质体之上。冀北围场县山湾子一带张家口组火山—沉积地层发育,1:100万张家口幅和1:20万棋盘山幅区域地质测量报告、《河北省(北京市、天津市)区域地质志》及《河北省岩石地层》将其时代置于晚侏罗世,1:25万西老府幅及《中国区域地质志·河北志》将其时代置于早白垩世。冀北围场县山湾子一带张家口组处于中生代冀北火山喷发带与大兴安岭火山喷发区(兴蒙造山带)南部边缘的交接部位,该组沉积夹层发育,但发现化石数量少、时距长,对确定地层时代意义不大。本研究在野外标志层和地层接触关系追索的基础上,对张家口组开展了系统的同位素年代学研究,研究成果对冀北地区张家口组地层划分对比具有重要的意义。

 

 

 

 

1 张家口组岩性组合特征

 

 

 

 

研究区地处冀北围场县山湾子中生代火山—沉积盆地,位于中生代冀北火山喷发带与大兴安岭中南部火山喷发区过渡地带。通过野外调查及剖面测制,将研究区内张家口组重新厘定为3套岩石组合。

 

 

 

 

下部岩石组合出露于研究区北东部,出露面积约138.3km2,呈不规则环状分布,被晚侏罗世侵入岩侵入,区内未见底。岩石主要为酸性、酸偏碱性火山岩,岩性主要为流纹质(角砾)凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩及流纹岩,偏下部夹沉凝灰岩。由南向北,地层厚度由160.5m逐渐增大至425.7m。

 

 

 

 

中部岩石组合整合覆盖于下部酸性火山岩组合之上,二者为整合接触关系,主要出露于研究区东南部,少量出露于研究区西部,出露面积约41.22km2。下部为1套火山碎屑沉积岩一沉火山碎屑岩夹酸性火山岩组合,岩性以凝灰质砾岩、砂岩、粉砂岩、沉凝灰岩为主,夹薄层流纹质熔结凝灰岩、流纹岩,厚度为54.7~152.7m;中部主要为l套中基性—中性火山岩熔岩组合,主要岩性为安山玄武岩、玄武安山岩、安山岩,厚度<50m;上部主要为石英粗面质熔结(角砾)凝灰岩、粗面岩、安山岩及流纹质熔结(角砾)凝灰岩、凝灰岩、流纹岩、夹凝灰质砂砾岩,厚度为276.14~549.20m。自下而上形成由正常沉积→中基性火山喷溢→中酸性火山爆发、喷溢的完整火山活动旋回。

 

 

 

 

上部岩石组合主要出露于研究区中南部,出露面积为47.51km2。平行不整合覆于中部岩石组合之上,被早白垩世大北沟组平行不整合覆盖。可划分为上、下两部分:下部为一套紫红色砾岩、砂岩组合,自东向西厚度由134.06m→35m→10m逐渐减薄;上部为流纹质角砾熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、流纹岩、石英粗面质角砾熔结凝灰岩等,厚87—201m,顶部发育厚0~100cm的风化残积层,风化剥蚀特征明显。自下而上形成由正常沉积→酸性、中酸偏碱性火山爆发、喷溢的完整火山活动旋回。

 

 

 

 

2 同位素测年研究

 

 

 

 

为了确定地层时代,正确建立岩石地层单位,在第一套砂砾岩层下部流纹岩(TW2221、PM37TWl)和流纹质熔结凝灰岩(PM02TW13)岩性组合、第二套玄武安山岩( PM02TW2)和流纹岩(PM06TWl)岩性组合及第三套石英粗面质熔结角砾凝灰岩(PM03TWl)和流纹岩(PM33TWOI)岩性组合中分别采集了同位素测年样品。

 

 

 

 

2.1分析方法

 

 

 

 

锆石挑选由河北省区域地质调查院实验室完成。样品加工采用常规粉碎淘洗后,经磁选和重液分离,然后在双目镜下人工挑选锆石。

 

 

 

 

锆石制靶和透射光、反射光、阴极发光照相由北京锆年领航科技有限公司完成。选择自形程度较高、包裹体少、裂隙不发育的锆石颗粒制成环氧树脂样品靶,然后打磨、抛光。测试前对锆石样品进行反射光、透射光显微照相,并用阴极发光扫描电镜进行图像分析,最终挑选具有明显韵律环带结构且无裂纹的岩浆锆石进行测试。

 

 

 

 

样品测年由天津地质矿产研究所完成,采用LA-ICP-MS法开展锆石U-Pb同位素定年测试,分析中采用的激光束斑直径为35μm,以氦气作为剥蚀物质的载气。测试数据计算处理采用ISO-PLOT3.0程序。

 

 

 

 

2.2测试结果

 

 

 

 

通过测年研究,在第一套砂砾岩层下部流纹岩和流纹质熔结凝灰岩中分别获得了154.7±0.6Ma(TW2221)、154.59±0.6Ma (PM37TWI)和150±0.6Ma(PM02TWl)的年龄值,时代为晚侏罗世;在第二套岩性组合玄武安山岩、流纹岩中分别获得了149.7±0.7Ma(PM02TW2)和143.1±0.7Ma。

 

 

3 区域地层对比

 

 

 

 

河北省境内张家口组火山—沉积地层发育,多年来,关于张家口组形成时代及地层划分对比问题一直争论不休,至今无定论。早期观点认为,张家口组形成时代为晚侏罗世,总体与大兴安岭火山喷发区(兴蒙造山带)满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组进行对比;目前主流观点认为,张家口组形成时代为早白垩世,可与大兴安岭火山喷发区(兴蒙造山带)白音高老组进行对比。本次调查研究在前人划分的张家口组中获取了多组高精度测年数据,年龄值介于(138±1.5)~(154.7±0.6) Ma,跨越了晚侏罗世—早白垩世,确认了研究区张家口组中存在晚侏罗世火山—沉积地层的事实。

 

 

 

 

通过追索野外标志层和接触关系,将张家口组划分为上、中、下3套岩性组合,下部岩性组合与中部(PM06TWI)的年龄值,时代为晚侏罗世;在第三套岩性组合石英粗面质熔结角砾凝灰岩和流纹岩中分别获得了140±lMa(PM03TWl)和138.0±1.9Ma(PM33TWOl)的年龄值,时代为早白垩世。

 

 

 

 

所有样品中的大部分锆石呈自形—半自形晶,韵律环带结构发育,为典型的岩浆成因锆石。分析结果显示,各件样品中所有锆石分析点的206Pb/238U年龄值变化范围均较小,在一致性曲线中数据点集中分布,206Pb/238U年龄加权平均值与单个分析年龄值在误差范围内基本一致,代表了各自的形成年龄。个别锆石年龄值偏大(215—1974Ma),为火山活动过程中捕获的下伏岩系中锆石的年龄,少数短柱状锆石年龄偏新(39~46Ma),反映了喜山期构造事件年龄。岩性组合为整合接触关系;中部岩性组合与上部岩性组合为平行不整合接触关系;上部岩性组合与早白垩世大北沟组为平行不整合关系。

 

 

 

 

根据岩性组合、接触关系及同位素测年成果综合分析发现,前人原划张家口组下部岩性组合与冀北地区原划张家口组下部酸性火—沉积岩系及内蒙古—大兴安岭中南部地区广泛分布的满克头鄂博组(143.6—163.1Ma)岩性、岩相一致性较好,具有较明显的可比性;中部岩性组合与冀北地区原划张家口组中下部以中性火山岩为主层位可以对比,与内蒙古—大兴安岭中南部地区广泛分布的玛尼吐组(143.1~154.0Ma)具有较好的可比性;上部岩性组合与冀北地区原划张家口组中上部以酸偏碱性为主的火山—沉积岩系具明显的可比性,其与大兴安岭中南部火山喷发区的白音高老组(123.5—137.9Ma)横向上紧密相连,岩性、岩相一致,可比性好。

 

 

 

 

4 结论

 

 

(1)将张家口组重新划分为下、中、上3套岩性组合,下部主要为酸性、酸偏碱性火山岩;中部自下而上为火山碎屑沉积岩一沉火山碎屑岩夹酸性火山岩—中基性—中性火山岩熔岩—酸性—中酸偏碱性火山岩夹火山碎屑沉积岩;上部自下而上为碎屑沉积岩→酸性—中酸偏碱性火山岩。

 

 

 

 

(2)在张家口组火山岩中获得锆石U-Pb年龄为138±1.5—154.7±0.6Ma,表明冀北围场一带张家口组中存在晚侏罗世火山—沉积地层,为进一步划分地层单位提供了新资料。

 

 

 

 

(3)张家口组3个岩性组合可分别与满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组对比,初步解决了河北省境内张家口组与内蒙古—大兴安岭中南部地区广泛分布的晚侏罗世—早白垩世火山—沉积地层对比的问题。

 

 

 

 

摘自:《现代矿业》2021年第10期

 

 

 

 

【来源:河北省自然资源厅_科技发展】

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