大兴安岭克什克腾旗二叠系中统哲斯组岩石地层及形成环境

徐永　张磊　李好斌　张忠　贾戈

［关键词］哲斯组；化石；二叠系中统；沉积旋回；大兴安岭

中亚造山带东部的兴蒙造山带是华北板块与其周边各板块离合、接续的重要证据，这里不仅记载了西伯利亚与华北两大板块离合历史，并留下了古蒙古洋扩张、消亡以及古大陆边缘增生、对接和造山等重要信息[1]，而且蕴藏有丰富的金属矿产资源，成为内蒙古中南部重要的铜、金和铁金属矿产资源地[2]。目前，对于兴蒙造山带是如何演化形成，可谓众说纷纭。部分研究者认为兴蒙造山带是在中泥盆世之前因古亚洲洋的双向俯冲碰撞缝合形成[3，4]，部分则认为兴蒙造山带形成于晚二叠世末期，由各个微小陆块拼接而成[5]。因此，该地区的沉积环境、沉积建造、构造特征等重要标志是判别其形成过程的关键因素。尽管前人已做过一些成果[6，7]，但岩石地层、沉积环境等方面的资料还有所欠缺。本文对大兴安岭地区上古生界岩石地层及形成环境进行探讨，以期为兴蒙造山带的形成演化提供新证据。

1. 区域背景

研究区、行政区划属于内蒙古自治区东部的赤峰市克什克腾旗中部。大地构造位置位于华北板块北侧，中亚造山带东部的兴蒙造山带，属于西拉木伦缝合带，中新元古代与早古生代褶皱带交接部位，断裂、褶皱十分发育，岩浆活动十分频繁，尤以海西晚期—印支期最为明显。

2. 岩石地层

哲斯组在研究区分布广泛，呈北东向条带状展布，从散窝铺—克什克腾旗，下黑水和新井一带。据岩性及组合特征，结合区域地质资料[8]，研究区内哲斯组分为两段，即哲斯组一段、哲斯组二段（图1），由于区内构造、岩浆活动强烈，地层均未见顶、底。

2.1 哲斯组一段（P₂zs¹）

依据实测的剖面（图2），主要岩性为灰岩夹薄层砂岩和细砂岩、粉砂岩。灰岩风化面呈灰绿色，新鲜面灰黑色，局部为浅黄色，泥晶结构，具水平层理。灰岩局部大理岩化，可见有燧石结核、燧石条带以及珊瑚化石，层理发育；细砂岩、粉砂岩平行层理发育，粒序层理底部为细砂岩，顶部为粉砂岩，可见有交错层理，纹层与层系面小角度相交指示岩层顶面，与层系面小角度相交或相切指示岩层底部；细砂岩呈灰白—灰绿色，具平行层理，可见交错层理断口较为粗糙，碎屑以石英、长石为主，钙质胶结，其中钙质胶结物多为方解石[9]，细粒砂状结构，碎屑主要为长石、石英，粒度介于0.15～0.2 mm。哲斯组一段厚度>2416 m。

克什克腾旗四地至柳条沟哲斯组一段（P2zs1）实测地层剖面（图2）层序自上而下为：上覆地层白音高老组浅肉红色含角砾火山熔岩

角度不整合

48 层深灰色—灰绿色钙质粉砂岩夹泥岩、长石岩屑砂岩。可见有细晶方解石，具水平层理490 m

47 层灰黑色细粒石英长石砂岩，具平行层理20.2 m

46 层深灰色— 灰绿色砂质灰岩，泥晶结构，具水平层理20.7 m

45 层灰白色细粒石英长石砂岩，细粒砂状结构，胶结物为钙质，具平行层理43.3 m

44 层深灰色灰岩，泥晶质结构，具水平层理25.2 m

43 层灰白色细粒石英长石砂岩，细粒砂状结构，具平行层理83.6 m

42 层深灰色灰岩，泥晶结构，具水平层理，夹有细砂岩42.2 m

41 层灰白色石英长石细砂岩，细粒砂状结构，分选性较好，磨圆度一般。具平行层理23.6 m

40 层深灰色砂质灰岩5.5 m

39 层浅灰黄色—浅灰色细粒石英长石砂岩，具平行层理，沿节理裂隙有绿帘石化现象45.3 m

38 层深灰色中厚层灰岩，夹薄层灰岩、薄层灰白色细粒长石石英砂岩，具平行层理96.4 m

37 层灰白色细粒石英、长石砂岩，细粒砂状结构，钙、泥质胶结，具平行层理6.5 m

36 層中层灰绿色-浅灰黑色灰岩，夹薄层状灰岩，局部发育燧石结核155.2 m

35层灰白—灰绿色石英长石细砂岩，夹薄层灰岩，细粒砂状结构24.1 m

34 层灰绿色—灰黑色灰岩，水平层理发育，局部发育燧石结核，轻微大理岩化87.1 m

33 层灰黑色—灰绿色细砂岩，平行层理发育，可见有细晶岩脉16 m

32 层灰白色细粒钙质砂岩，具平行层理131 m

31 层灰白色细粒长石岩屑砂岩，胶结物为钙质，具平行层理42 m

30 层深灰色灰岩，夹有薄层砂岩53.5 m

29 层闪长岩脉体

28 层灰绿色—灰黑色灰岩夹有细砂岩，网脉状石英脉沿灰岩裂隙充填86 m

27 层深灰色钙质砂岩、细砂岩，沿节理裂隙有石英细脉充填133 m

26 层灰白色—灰黑色灰岩，局部大理岩化21.6 m

25 层浅灰白色钙质砂岩，局部有网脉状脉体沿裂隙充填43.8 m

24 层浅灰绿色石英长石细砂岩18.1 m

23 层灰白—浅灰绿钙质砂岩夹有薄层细砂岩58.9 m

22 层浅灰色灰岩夹薄层钙质砂岩及深灰色细粒长石岩屑砂岩，局部大理岩化，具平行层理37.6 m

21 层浅黄绿色—浅灰白色细砂岩19.5 m

19 层浅灰白—浅灰绿钙质长石岩屑砂岩42.7 m

18 层细粒长石岩屑砂岩，钙质胶结物3.6 m

17 层浅灰绿—灰绿色大理岩25.5 m

16 层深灰色中厚层状灰岩夹细砂岩，局部大理岩化58.5 m

15 层灰白色中细粒长石岩屑砂岩，钙质胶结，具平行层理5.4 m

14 层灰绿色—灰黑色灰岩夹有细砂岩，方解石晶体，层理发育104 m

13 层长石石英细砂岩，具水平层理6.6 m

12 层浅灰绿色钙质泥岩沿裂隙有透闪石化，层理发育18.9 m

11 层灰白色细粒长石岩屑砂岩，具水平层理24.3 m

10 层灰白色钙质细粒砂岩，层理发育，岩层产状9.7 m

9 层灰绿色灰岩，含少量砂屑，可见细粒方解石4.8 m

8 层灰白—灰绿色钙质细岩29.2 m

7 层灰绿色—灰黑色灰岩10.2 m

6 层灰绿色石英长石细砂岩2.54 m

5 层灰绿色硅化、大理岩化、绿帘石化灰岩，局部夹有细砂岩84.2 m

4 层灰绿色细砂岩，具平行层理、交错层里3.69 m

3 层灰绿色绿帘石化、大理岩化、硅化灰岩20.3 m

2 层浅黄色细砂岩，平行层理，纹层理发育，可见细砂岩裂隙中发育石英脉4.61 m

1 层灰绿色—灰黑色、浅黄色灰岩夹薄层砂岩，平行层理发育，发育粒序层理、交错层理15.7 m

未见底

0层：第四系坡积物覆盖。

2.2 哲斯组二段（P₂zs²）

依据实测的克什克腾旗下黑水剖面（图3），主要岩性为灰黑色或黑色板岩夹砂质板岩、灰黑色粉砂质板岩、浅灰色中砂岩、粗粒砂岩，灰色含砾状砂岩、绿灰色含砾粗砂岩。砂质板岩具粉砂状泥质结构，发育平行层理具板状结构，瓷状或贝壳状断口；浅灰色中砂岩，风化面呈褐灰色，粒度0.25～0.5 mm，具瓷状断口，水平层理；青灰色中—粗粒砂岩，砂状结构，粒度介于0.2～1.2 mm，具平行层理；灰色含砾状砂岩，风化面呈浅色褐红色，粗粒砂状结构；另夹薄层状粉砂岩，厚度约20 cm；绿灰色含砾粗砂岩，风化面呈浅灰红色，岩石中砾石分布均匀，砾石含量15%～20%，呈次圆状— 次棱角状，主要成分为石英，粒度介于3～20 mm。哲斯组二段厚度675 m。

克什克腾旗下黑水哲斯组二段（P₂zs²）实测地层剖面（图3）层序自上而下为：含黑云母中粒正长花岗岩侵入体

侵入接触

未见顶

27层灰黑色或黑色板岩夹砂质板岩、粉砂质板岩，发育平行层理52.4 m

26 层青灰色中—粗粒砂岩、灰色含砾砂岩、绿灰色含砾粗砂岩、灰褐色细砂岩、灰色粗砂岩具水平层理69.4 m

25 层灰白色长石岩屑砂岩、粉砂岩、灰黑色含砾中—粗砂岩薄层状灰色粉砂岩，局部发育平行层理。10.0 m

24 层灰色凝灰质粉砂岩夹薄层状灰绿色板岩中—粗砂岩37.0 m

23 层灰黑色细砂岩、灰色中—粗砂岩、灰色中—细粒砂岩、灰黑色粉砂质板岩，绿灰色细砂岩。具平行层理30.0 m

22 层灰黑色粉砂岩、细砂岩、细砂质板岩、灰色中—粗粒长石岩屑砂岩。局部发育平行层理，砂泥互旋回性特征15 m

21 层灰黑—浅灰黑凝灰质粉砂岩14.4 m

20 层浅灰色—灰黑色中—细砂岩、中砂岩、灰黑色粉砂岩、粗砂岩，具平行层理，局部可见板状交错层理24 m

19 层灰黑色中砂岩—细砂岩、黑色粉砂泥质板岩、青灰色长石岩屑细砂岩。具水平层理，局部发育平行层理、砂泥互层层理21 m

18 层灰褐色—灰绿色中粒长石岩屑砂岩、细粒长石岩屑砂岩、细粒砂岩、粉砂质板岩，平行层理发育，沿节理裂隙可见石英脉体充填148 m

17层灰黑色细砂岩、灰色—青色粉砂质板岩、黑色板岩。砂岩平行层理发育，粉砂质板岩，具平行层理，黑色板岩夹硅质条带34 m

16 层灰黑色粉砂质，局部具水平层理6 m15 层黄土覆盖

14 层灰色—灰黑色粉砂质、灰黑色中细粒长石岩屑砂岩，具平行层理，局部具板状构造12 m

13 层灰色—灰黑色中—细砂岩、灰黑—黑色细粒长石岩屑砂岩，可见钙质条带，具平行层理13.2 m

12 层灰黑色凝灰质粉砂岩、中细粒砂岩夹薄层狀灰黑色板岩7.9 m

11 层灰黑色中—粗粒泥灰质长石岩屑砂岩、凝灰质砂岩、泥质板岩、灰绿色中细粒砂岩，局部发育平行层理及板状交错层理33.9 m

10 层灰黑色中—细粒凝灰质砂岩、细砂岩、细粒长石岩屑砂岩、青黑色薄层状细砂岩。局部具波状层理和平行层理，水平层理发育9 m

9 层绿灰色或绿黑色细砂岩、长石岩屑砂岩，可见平行层理6.6 m

8 层灰黑色或黑色变质粉砂岩、青灰色中粒长石岩屑砂岩，夹薄层状浅灰色中—细粒砂岩。具平行层理16.6 m

7 层青灰色—灰黑色粉砂质板岩、含粉砂泥质板岩，沿节理及其裂隙可见碳酸盐细脉充填3 m

6 层青灰色含砾凝灰质粗砂岩、灰黑色中细粒砂岩，具平行层理、粒序层理，局部具板状交错层理45 m

5 层绿灰色含砾凝灰质粗砂岩、中粒石英砂岩、粉砂质板岩。局部具板状交错层理12.7 m

4 层绿黑色中粒砂岩、粉砂岩。局部具水平层理9.3 m

3 层灰绿色含砾凝灰质粗砾砂岩、灰黑色粉砂质板岩，岩层上部颜色稍变浅43 m

2 层灰黑色或黑色凝灰质细砂岩、灰黑色粉砂质板岩，向上颜色略浅

未见底

1 层：黄土覆盖，未见底。

3. 地层时代

区内可见海百合茎以及腕族类化石（碎片，难定种属），邻区及区域地质资料表明：灰岩层中产丰富的腕足、珊瑚化石及少量牙形石化石[10]。牙形石化石在该区是首次发现，主要分子有：Prioniodella ctenoides?Tatge，Mesogondolella neoprolongata Wang，Wardlawellajisuensis Wang，Hindeodus sp.，Mesogondolella sp，其中Mesogondolella neoprolongata 及Wardlawella jisuensis为中二叠世沃德晚期的常见分子[11]，哲斯组中的四射珊瑚全为单体型，主要分子有Lytvolasma sp；Lopho?phyllidiumsp；Tachylasma elongatum，T.magnum， T.zhe?siensis；Amplexocarinia sp；Timorphyllum sp.等，见于华南二叠系茅口组，故哲斯组时代应属中二叠世沃德晚期。

4. 讨论

哲斯组一段地层岩性有灰岩、大理岩化灰岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩等，层理发育。其中灰岩可见有燧石结核、燧石条带以及珊瑚化石，与前人研究的该组富含腕足、苔藓、珊瑚、海百合茎等海相化石相吻合[10]。砂岩平行层理、粒序层理发育，局部可见软沉积变形层理，总体表现为粗砂岩—细砂岩—泥岩、细砂岩—泥岩—灰岩的沉积旋回特点，推断哲斯组一段形成于相对扰动的条件下。

哲斯组二段出露含砾粗砂岩、变质细砂岩、变质粉砂岩、板岩等，多见水平层理及缓流型微斜层理，局部见黄铁矿晶体，指示其具有一定还原环境[12]，该段发育含砾粗粒砂岩—细砂岩—粉砂岩、细砂岩—粉砂质板岩沉积旋回特征。总体从下向上沉积环境的活动性逐渐减弱过程，海水变浅，哲斯组砂岩成分复杂，岩屑及长石含量较高，部分為凝灰质砂岩，未见到纯净的石英砂岩，局部见有层凝灰岩，表明附近有火山活动[13]，应属一种活动型的沉积建造— 大陆岛弧环境[14]。

本文通过对中二叠世晚期哲斯组剖面的详细观察、分析，哲斯组总体发育水平层理，含化石碎片，沉积旋回特征明显，以正常沉积互层为特点，说明处于分选条件较好的沉积环境，应属前三角洲相。另一方面，地层中发育凝灰质砂岩，表明沉积过程受到火山活动的影响，并开始接受火山物质，提供了充足的物源。

同时，结合区域地质调查资料推断该区构造演化。华北板块北缘增生带位于华北板块与西伯利亚板块之间，属于古亚洲洋构造域，古生代具完整的沟、弧、盆体系的多岛洋构造环境[15]。其经历了多期构造演化，于古生代末增生于华北板块北缘，华北板块与西伯利亚板块实现陆—陆碰撞对接的时间应为中二叠世，晚二叠世末海水退出本区。在华北板块北缘增生带范围内，广泛发育晚二叠世—早三叠世大面积的构造岩浆岩带[16，17]，将华北板块与增生带焊接为统一整体，共同进入陆内演化阶段。持续的挤压作用力在经过一定的地质发展时期后，其构造应力在逐渐向板块内部释放，波及深度由深变浅，从而形成大致平行华北地块北缘的本区中生代岩浆岩带。

华北板块北缘晚古生代增生带是以西拉木伦河深大断裂为代表，呈近东西向延伸，出露长度大于10 km，宽近5 km，是发育在大陆边缘的一条重要的板块碰撞造山带标志，它对研究古蒙古洋向华北地块俯冲及碰撞造山作用的发生与发展，以及陆壳增生具有重要的意义。

5. 结论

（1）研究区内海相化石中的Mesogondolella neo?prolongata 及Wardlawella jisuensis 分子为中二叠世沃德晚期。哲斯组中的四射珊瑚全为单体型，见于华南二叠系茅口组，故哲斯组时代应属中二叠世晚期。

（2）哲斯组一段具有粗砂岩—细砂岩—泥岩、细砂岩—泥岩—灰岩沉积旋回特点，厚度不等，是扰动条件下形成的产物。

（3）哲斯组二段砂岩成分复杂，同时伴有凝灰质出现，推断与火山活动有关，呈现为活动型的沉积建造—大陆岛弧环境。