川西前陸盆地龍門山地區(qū)碎屑鋯石u-pb年代學(xué)研究

位于中國大陸印度支那半島的龍門兩側(cè)。松潘甘孜和四川盆地是印支時(shí)期中國大陸粘合劑的最重要地區(qū)。本文將首次利用碎屑鋯石U-Pb定年的方法對二者的物源直接進(jìn)行對比,進(jìn)而揭示晚三疊世松潘甘孜和與其一山之隔的川西前陸盆地在構(gòu)造演化和古地理變遷上的聯(lián)系。松潘甘孜三疊紀(jì)復(fù)理石盆地是一個(gè)具有復(fù)雜沉積體系的多物源盆地。Nie等(1994)通過將中—晚三疊世復(fù)理石地層的體積與被剝蝕掉的大別超高壓變質(zhì)巖上覆層的體積進(jìn)行對比,推測其物源來自后者。砂巖組分或巖石地球化學(xué)分析顯示盆地物源來自昆侖褶皺帶(Gu,1994)或秦嶺造山帶(Sheetal.,2006)。此外,利用鋯石U-Pb定年的手段在復(fù)理石地層中已發(fā)現(xiàn)海西期、加里東期、晉寧期、呂梁期等多年齡的碎屑鋯石,但對這些鋯石來源的認(rèn)識仍存在分歧(Bruguieretal.,1997;Weislogeletal.,2006;蘇本勛等,2006;Enkelmannetal.,2007)。在與松潘甘孜以龍門山相隔的川西前陸盆地,上三疊統(tǒng)須家河組的砂巖組分分析和古流向等資料顯示其沉積物源主要來自西部古龍門山(林良彪等,2006;謝繼容等,2006),但是盆地內(nèi)的物源研究仍缺少必要的數(shù)據(jù)支撐。1以馬爾康—地質(zhì)歷史及背景松潘甘孜褶皺帶和四川盆地位于華南陸塊西北緣,北部是東昆侖和秦嶺造山帶以及華北陸塊,西側(cè)為義敦島弧和羌塘陸塊(圖1)。在中—晚三疊世(拉丁期—諾利期)松潘甘孜盆地復(fù)理石沉積期間,四川盆地西部主要沉積了馬鞍塘組和小塘子組等淺海相的灰?guī)r、砂泥巖地層,而龍門山古島鏈間隔的海灣成為溝通松潘甘孜深?！肷詈Ｅ璧睾痛ㄎ鳒\海的紐帶(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991;劉樹根等,1995)。華南陸塊西北緣沿昆侖、阿尼瑪卿縫合帶向北以及西南緣沿金沙江縫合帶向西南的雙向俯沖(許志琴等,1992),導(dǎo)致松潘甘孜盆地沉積地層(西康群)在晚三疊世末期—早侏羅世發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺變形并總體綠片巖化(Harrowfieldetal.,2005;Lietal.,2005)。近乎同時(shí),龍門山迅速?zèng)_斷隆升所產(chǎn)生的構(gòu)造載荷使得山前形成撓曲的前淵(Mengetal.,2005),上揚(yáng)子地區(qū)海水逐漸淡化,由此拉開了陸相河湖沉積的序幕。分布于松潘甘孜東緣馬爾康—雅江地層分區(qū)的中—上三疊統(tǒng)自下而上包括雜谷腦組、侏倭組、新都橋組、雅江組,為一套以復(fù)理石碎屑巖為主的建造,其中作為最高層位的雅江組僅分布于雅江一帶(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1997)。而在四川盆地,上三疊統(tǒng)須家河組陸相含煤地層在西部最厚,達(dá)到4000多米,并向東減薄,下伏古生代到中—晚三疊世以碳酸鹽巖為主的華南被動(dòng)陸緣沉積(Jiaetal.,2006)(圖2)。2分析方法及結(jié)果本次研究用于物源分析的樣品MR-11和MR-12分別采自馬爾康—理縣地區(qū)新都橋組灰黑色炭質(zhì)絹云板巖和侏倭組深灰色變質(zhì)長石石英砂巖;MR-17和MR-18分別采自四川盆地都江堰地區(qū)須家河組上部細(xì)砂巖和須家河組下部灰色長石石英砂巖(圖1)。碎屑鋯石BSE照相和U-Pb定年工作均在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。BSE照相在JEOLJXA-8800M型電子探針上進(jìn)行(圖3);鋯石U-Pb定年在Agillent7500a型LA-ICPMS上進(jìn)行,激光束斑直徑采用20μm,頻率5Hz。使用Glitter軟件進(jìn)行信號選取和結(jié)果輸出。用LA-ICPMSCommonleadcorrection3.15軟件對分析結(jié)果進(jìn)行普通鉛校正,校正后的數(shù)據(jù)采用Isoplot3.0程序(Ludwig,2003)進(jìn)行處理。本文討論的數(shù)據(jù)已排除了不一致>20%和<-10%的測點(diǎn)(不一致通過207Pb/206Pb和206Pb/238U的年齡比較計(jì)算)。對于小于1000Ma的顆粒采用206Pb/238U年齡,大于1000Ma的采用更精準(zhǔn)的207Pb/206Pb年齡,共獲得269個(gè)有效分析點(diǎn)。碎屑鋯石年齡分布概率曲線如圖4。分析數(shù)據(jù)見表1。在測試過程中,結(jié)合透射光、反射光及背散射照片,盡量避開了顆粒上的裂縫、包裹體和表面不潔凈之處。3年度測定中分離鋯的結(jié)果3.1鋯石u2004年生長量松潘甘孜地區(qū)兩個(gè)樣品中的鋯石磨圓度較好,以次棱角狀、橢圓狀為主,偶見晶形較好的長柱狀顆粒(圖3)。兩個(gè)樣品的年齡分布特征近似。樣品MR-11(圖4a):參與討論的82顆鋯石年齡分布在213±3Ma～2679±16Ma。其中有19顆年齡小于245Ma,具有222Ma和240Ma的峰值年齡;17顆集中在250～280Ma,峰值年齡為268Ma。這兩個(gè)年齡段的鋯石占了總顆粒數(shù)的45%。其它顆粒年齡主要集中在1618～1998Ma(12顆)、2405～2513Ma(7顆)、409～453Ma(6顆)和774～969Ma(5顆)。樣品MR-12(圖4b):所采用的76個(gè)年齡分布在215±3Ma～2548±15Ma。其中有17個(gè)集中在250～280Ma,峰值年齡為256Ma。10個(gè)小于245Ma,具有216Ma和238Ma兩個(gè)明顯的峰值。年齡在以上兩個(gè)集中段的鋯石占了總顆粒數(shù)的35%。此外還有2412～2548Ma(12顆)、1783～1940Ma(9顆)和399～448Ma(7顆)等幾個(gè)較為集中的年齡段。還有2顆新元古代的鋯石722Ma和728Ma。分析點(diǎn)中明顯缺少800～1600Ma的鋯石顆粒。兩個(gè)樣品中最年輕的鋯石年齡分別為213±3Ma和215±3Ma,說明地層沉積時(shí)期盆地周邊存在巖漿活動(dòng)。3.2鋯石ufp-ms-18川西前陸盆地須家河組中兩個(gè)樣品中的鋯石磨圓度普遍較好,以渾圓狀、橢圓狀為主,較自形的顆粒很少,粒徑總體非常小,說明鋯石經(jīng)歷了長距離的搬運(yùn)磨蝕,或者經(jīng)歷了多期沉積旋回。樣品MR-18(圖4d):須家河組下部中的71個(gè)鋯石年齡沒有類似樣品MR-11、MR-12中的具絕對優(yōu)勢的峰值年齡,年齡分布相對分散。最強(qiáng)的峰值出現(xiàn)在約1850Ma和268Ma。71顆鋯石顆粒中,12個(gè)顆粒年齡在1800～1900Ma,占總顆粒數(shù)的17%。其余的鋯石年齡主要集中分布在738～847Ma(10顆)、919～990Ma(4顆)、418～457Ma(6顆)。此外還有7個(gè)顆粒年齡>2200Ma。樣品MR-17(圖4c):須家河組上部40顆鋯石所反映的年齡譜特征同下部相似,存在1801～1927Ma(8顆)、738～854Ma(7顆)、951～1176Ma(6顆)及>2200Ma(6顆)等幾個(gè)主要的年齡集中段。其余少量古生代的鋯石顆粒數(shù)少,在年齡譜曲線上表現(xiàn)為不連續(xù)的弱峰。4源分析4.1晚卡尼期—松潘甘孜盆地本文分析的兩個(gè)樣品中,均有大量鋯石年齡集中在250～280Ma。楊經(jīng)綏等(2005)在晚古生代發(fā)育的東昆侖島弧花崗巖中獲得了U-Pb年齡為250±20Ma的鋯石。本文這一年齡段的鋯石最可能來自盆地北部晚二疊世松潘洋向北俯沖于華北陸塊之下所形成的東昆侖島弧花崗巖。分析中存在鋯石年齡在1800～1900Ma和2400～2500Ma的集中,這與華北陸塊基底年齡特征值正相對應(yīng)。2400～2500Ma代表了華北古陸核的年齡,1800～1900Ma則是呂梁期華北克拉通東西兩大塊體在中部發(fā)生碰撞,華北古陸進(jìn)一步固結(jié)、擴(kuò)大的時(shí)間(Zhaoetal.,2000;Kuskyetal.,2003)。這一中部帶包含了繼承的東西塊體的太古宙物質(zhì)和新生的火成巖和沉積巖,在中—晚三疊世,隨著秦嶺洋的關(guān)閉和碰撞造山,將大量碎屑物質(zhì)經(jīng)華北陸塊南緣東西向的疏導(dǎo)體系(Weislogeletal.,2006;Enkelmannetal.,2007)注入松潘甘孜盆地。該地區(qū)晚卡尼期侏倭組中的碎屑鋯石出現(xiàn)了216Ma和238Ma的峰值年齡(圖4e);早諾利期新都橋組中,最年輕的峰值年齡為222Ma和240Ma(圖4g)。這與盆地西南部的義敦島弧三疊紀(jì)發(fā)生的兩期巖漿活動(dòng)(229～245Ma和216～219Ma)(Reidetal.,2007)(圖4f)對應(yīng),說明義敦島弧的碎屑物質(zhì)在晚卡尼期—早諾利期被輸送到盆地的東部地區(qū)。晚諾利期地層中的碎屑鋯石數(shù)據(jù)體中幾乎不存在這一年齡的鋯石(Weislogeletal.,2006),說明到晚諾利期,義敦島弧不再作為盆地的物源。分析中400～450Ma的年齡對應(yīng)了北秦嶺侵入體的形成時(shí)間,代表了加里東期南秦嶺與北秦嶺和華北陸塊的拼合事件(Ratschbacheraetal.,2003;Hackeretal.,2004),然而這一年齡的鋯石在柴達(dá)木北緣高壓—超高壓變質(zhì)帶也有發(fā)現(xiàn)(Songetal.,2006)。鑒于本文所分析的鋯石普遍具有較高的Th/U,多屬于巖漿結(jié)晶成因,筆者認(rèn)為這一年齡的鋯石更可能來自北秦嶺。兩個(gè)樣品中共有7顆新元古代(722～969Ma)鋯石。這在華南陸塊北緣、西緣以及內(nèi)部都有報(bào)道,形成于揚(yáng)子陸塊晉寧期陸殼增生事件(Hackeretal.,2004;Zhengetal.,2007)。此外,兩個(gè)樣品中共有4顆300～320Ma的鋯石可能來自南秦嶺(Sunetal.,2002)。4.2巖石學(xué)和地質(zhì)背景在四川盆地西部都江堰一帶,諾利期—瑞替期沉積的須家河組(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)中的碎屑鋯石年齡譜繼承了松潘甘孜拉丁期—諾利期地層中的碎屑鋯石數(shù)據(jù)特征(Weislogeletal.,2006;Enkelmannetal.,2007)。本文須家河組兩個(gè)樣品中的碎屑鋯石年齡譜總體相似。如上述對松潘甘孜物源的討論,其中年齡1800～1900Ma和2400～2500Ma的鋯石來自華北陸塊中央結(jié)合帶;720～850Ma和920～1000Ma的來自華南陸塊;400～450Ma的來自北秦嶺;250～280Ma的來自東昆侖;少量300～320Ma的來自南秦嶺。結(jié)合川西什邡地區(qū)須家河組74°的古流向(林良彪等,2006),并且地層中重礦物以鋯石(約70%)、金紅石(約11%)為主,砂巖底部含礫成分以石英巖、燧石為主(謝繼容等,2006),說明須家河組沉積物來自西部松潘甘孜的再旋回沉積。需要指出的是,須家河組上部樣品MR-17中有6顆鋯石(占總分析顆粒數(shù)的15%)年齡分布在951～1176Ma。松潘甘孜盆地內(nèi)迄今沒有碎屑鋯石年齡在這一區(qū)間集中的報(bào)道。該年齡段的鋯石在鄰近地區(qū)僅在龍門山地區(qū)彭灌雜巖沙坪花崗巖(鋯石U-Pb年齡為1017Ma)和興文坪輝長巖(1043Ma)(四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)以及康定雜巖花崗片麻巖(1007±14Ma)(Lietal.,2002)中有報(bào)道。說明須家河組上部的物源包括了揚(yáng)子陸塊西緣龍門山,亦可能有康定雜巖的貢獻(xiàn)。5松潘甘孜盆地晚三疊世沉積體系的恢復(fù)和古地理變遷Weislogel等(2006)曾通過碎屑鋯石物源研究對松潘甘孜晚三疊世的古水系進(jìn)行了恢復(fù),將沿秦嶺造山帶發(fā)育的側(cè)向河流體系的概念引入對松潘甘孜物源的解釋。本次研究發(fā)現(xiàn)了松潘甘孜盆地西南部陸塊拼貼(義敦島弧)對盆地沉積物供給的影響;將碎屑鋯石定年手段運(yùn)用于四川盆地的物源研究,并通過對比,初步探討了川西前陸盆地與松潘甘孜在沉積和構(gòu)造上的聯(lián)系。在Weislogel等(2006)對松潘甘孜復(fù)理石盆地古水系恢復(fù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合前人在松潘甘孜盆地獲得的碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)(Weislogeletal.,2006;蘇本勛等,2006;Enkelmannetal.,2007),本文更加全面系統(tǒng)地重現(xiàn)了松潘甘孜盆地晚三疊世的沉積體系及其演變過程,并進(jìn)一步再現(xiàn)了印支末期多塊體匯聚拼貼作用下松潘甘孜和四川盆地的構(gòu)造演化和古地理變遷(圖5)。拉丁期—早卡尼期,攜帶著華北陸塊(中央塊體)和揚(yáng)子陸塊基底物質(zhì)的河流,一進(jìn)入盆地便能量消耗殆盡,使得其所搬運(yùn)的物質(zhì)在這里完全沉積下來,而沿秦嶺造山帶發(fā)育的側(cè)向河流體系進(jìn)一步延伸到盆地的南部地區(qū)。晚卡尼期—早諾利期,義敦島弧的一期構(gòu)造熱事件使得其成為盆地東緣的重要沉積物源。隨著盆地雙向俯沖的持續(xù)或者是源區(qū)環(huán)境的變化,攜帶著華北陸塊基底物質(zhì)的水道向南擴(kuò)散,使得華北陸塊的物質(zhì)進(jìn)入盆地相對南部地區(qū)。晚諾利期,經(jīng)過短暫的沉積以后,松潘甘孜盆地迅速發(fā)生海退,地層褶皺隆起。而在整個(gè)復(fù)理石沉積階段,東昆侖島弧向盆地源源不斷地提供大量碎屑物質(zhì)。諾利期末—瑞替期,龍門山?jīng)_斷隆升產(chǎn)生的載荷使得在川西形成了撓曲的前淵,褶皺隆起的松潘甘孜復(fù)理石地層和龍門山褶皺沖斷帶此時(shí)成為了前陸盆地須家河