苏尼特右旗温都尔庙地区作为内蒙古兴蒙造山带南侧晚古生代构造研究的重点区域,对该区石炭、二叠系地层进行沉积岩石学、古生物地层学和同位素年代学的研究有助于了解区内盆地的沉积年代、物质来源,对了解兴蒙造山带晚古生代盆地构造演化具有重要意义。本文选择温都尔庙地区晚古生代沉积地层中的酒局子组、阿木山组、“本巴图组”及三面井组地层进行包括剖面、古生物以及碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年的系统研究,确定了研究区内晚古生代沉积盆地沉积时限,并对研究区内晚古生代沉积地层的物质来源以及沉积构造背景进行了讨论。1.沉积盆地沉积时限对温都尔庙晚古生代沉积盆地中酒局子组、阿木山组、“本巴图组”及三面井组地层中样品进行碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析,结合区域地层接触关系以及古生物证据确定:酒局子组、阿木山组的沉积时代为晚石炭世;“本巴图组”、三面井组沉积时代应为早二叠世。研究区“本巴图组”无论从年代学还是生物学证据来看,其划分并不符合目前对本巴图组的定义,区内“本巴图组”应属早二叠世地层。2.沉积盆地物源分析阿木山组底部的石英粗砂岩、石英砾岩与酒局子组石英砂岩具有相对较为相同的矿物组成成分,可能具有相同的物源。定年分析结果显示,两组地层碎屑锆石具有相近的年龄谱特性,且非常均一,最年轻年龄均在440Ma±。两组地层主体物源均应来自于盆地周围早古生代造山带,除了来自早古生代造山带中的物质外,还存在极少量物源来自于南部的华北克拉通基底。本次工作中“本巴图组”两组样品碎屑锆石定年分析结果表明,锆石年龄分布比较集中,最年轻锆石年龄分别为298±6Ma、274±4Ma,可能代表早二叠世期间两期火山活动。另外,两组样品中均有来自华北克拉通基底年龄在~1850Ma、~2500Ma的物质,但样品TM-12中华北克拉通特征年龄所占比例比样品TM-14更高,表明板块的俯冲导致盆地向南发生偏移,物源中华北克拉通物质所占比例逐渐增大。三面井组粉砂质板岩样品中碎屑锆石的定年分析结果表明,主要分为晚-早古生代(271±3Ma-294±3Ma、378±4-411±4Ma、441±4-458±4Ma)以及华北克拉通基底(~1850Ma、~2500Ma)两期锆石,分别代表二叠早期盆地周围火山岩浆事件、早古生代造山带侵入岩或埃达克质岩石年龄以及华北克拉通的年龄。3.沉积环境上石炭统酒局子组不对称波痕以及一些植物化石显示湖相扇三角洲沉积;局部煤层显示沼泽相沉积环境。上石炭统阿木山组上部为海水强烈动荡的环境,下部采集到大量海百合茎为主的生物化石显示相对平静的浅海沉积环境,总体为由动荡-平静的滨-浅海沉积环境。下二叠统“本巴图组”出现火山活动,表明研究区到了早二叠世,可能处于后期造山挤压的环境。主要为夹有火山碎屑岩的滨-浅海相沉积,沉积环境动荡。下二叠统三面井组砾岩、岩屑长石杂砂岩、粉砂岩夹灰岩,形成于地壳不稳定的滨海-浅海沉积环境。4.盆地演化历史研究区沉积盆地经历了早期俯冲伸展与晚期造山挤压的沉积环境。早期伸展环境下,盆地沉积范围广,伸展环境导致早古生代造山带发生垮塌,在此基础上沉积了矿物成分成熟度相近的酒局子组的石英砂岩以及阿木山组底部的石英粗砂岩、石英砾岩,两组地层具有相似的年龄谱特征,生物时代同属晚石炭世,表明两组地层的沉积具有“同时异相”的特征。到了早二叠世“本巴图组”,出现火山活动。盆地南部早古生代物源被逐渐风化、剥蚀完全,在晚期挤压的环境下,地壳的隆升,盆地中心发生位置上由北向南的偏移,造成了样品物源组成中华北克拉通物质逐渐增多的结果。三面井组样品物源组成中除了早二叠世以及华北克拉通物质外,再次出现了少量早古生代物质,表明到了三面井组沉积时期,持续挤压作用导致盆地范围逐渐变小,先前沉积的早古生代物质于盆地转移方向的后方(古亚洲洋板块俯冲一侧)逐渐出露并再一次沉积在盆地中。