川西前陆盆地龙门山地区碎屑锆石u-pb年代学研究

川西前陆盆地龙门山地区碎屑锆石u-pb年代学研究

位于中国大陆印度支那半岛的龙门两侧。松潘甘孜和四川盆地是印支时期中国大陆粘合剂的最重要地区。本文将首次利用碎屑锆石U-Pb定年的方法对二者的物源直接进行对比,进而揭示晚三叠世松潘甘孜和与其一山之隔的川西前陆盆地在构造演化和古地理变迁上的联系。松潘甘孜三叠纪复理石盆地是一个具有复杂沉积体系的多物源盆地。Nie等(1994)通过将中—晚三叠世复理石地层的体积与被剥蚀掉的大别超高压变质岩上覆层的体积进行对比,推测其物源来自后者。砂岩组分或岩石地球化学分析显示盆地物源来自昆仑褶皱带(Gu,1994)或秦岭造山带(Sheetal.,2006)。此外,利用锆石U-Pb定年的手段在复理石地层中已发现海西期、加里东期、晋宁期、吕梁期等多年龄的碎屑锆石,但对这些锆石来源的认识仍存在分歧(Bruguieretal.,1997;Weislogeletal.,2006;苏本勋等,2006;Enkelmannetal.,2007)。在与松潘甘孜以龙门山相隔的川西前陆盆地,上三叠统须家河组的砂岩组分分析和古流向等资料显示其沉积物源主要来自西部古龙门山(林良彪等,2006;谢继容等,2006),但是盆地内的物源研究仍缺少必要的数据支撑。1以马尔康—地质历史及背景松潘甘孜褶皱带和四川盆地位于华南陆块西北缘,北部是东昆仑和秦岭造山带以及华北陆块,西侧为义敦岛弧和羌塘陆块(图1)。在中—晚三叠世(拉丁期—诺利期)松潘甘孜盆地复理石沉积期间,四川盆地西部主要沉积了马鞍塘组和小塘子组等浅海相的灰岩、砂泥岩地层,而龙门山古岛链间隔的海湾成为沟通松潘甘孜深海—半深海盆地和川西浅海的纽带(四川省地质矿产局,1991;刘树根等,1995)。华南陆块西北缘沿昆仑、阿尼玛卿缝合带向北以及西南缘沿金沙江缝合带向西南的双向俯冲(许志琴等,1992),导致松潘甘孜盆地沉积地层(西康群)在晚三叠世末期—早侏罗世发生强烈的褶皱变形并总体绿片岩化(Harrowfieldetal.,2005;Lietal.,2005)。近乎同时,龙门山迅速冲断隆升所产生的构造载荷使得山前形成挠曲的前渊(Mengetal.,2005),上扬子地区海水逐渐淡化,由此拉开了陆相河湖沉积的序幕。分布于松潘甘孜东缘马尔康—雅江地层分区的中—上三叠统自下而上包括杂谷脑组、侏倭组、新都桥组、雅江组,为一套以复理石碎屑岩为主的建造,其中作为最高层位的雅江组仅分布于雅江一带(四川省地质矿产局,1997)。而在四川盆地,上三叠统须家河组陆相含煤地层在西部最厚,达到4000多米,并向东减薄,下伏古生代到中—晚三叠世以碳酸盐岩为主的华南被动陆缘沉积(Jiaetal.,2006)(图2)。2分析方法及结果本次研究用于物源分析的样品MR-11和MR-12分别采自马尔康—理县地区新都桥组灰黑色炭质绢云板岩和侏倭组深灰色变质长石石英砂岩;MR-17和MR-18分别采自四川盆地都江堰地区须家河组上部细砂岩和须家河组下部灰色长石石英砂岩(图1)。碎屑锆石BSE照相和U-Pb定年工作均在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。BSE照相在JEOLJXA-8800M型电子探针上进行(图3);锆石U-Pb定年在Agillent7500a型LA-ICPMS上进行,激光束斑直径采用20μm,频率5Hz。使用Glitter软件进行信号选取和结果输出。用LA-ICPMSCommonleadcorrection3.15软件对分析结果进行普通铅校正,校正后的数据采用Isoplot3.0程序(Ludwig,2003)进行处理。本文讨论的数据已排除了不一致>20%和<-10%的测点(不一致通过207Pb/206Pb和206Pb/238U的年龄比较计算)。对于小于1000Ma的颗粒采用206Pb/238U年龄,大于1000Ma的采用更精准的207Pb/206Pb年龄,共获得269个有效分析点。碎屑锆石年龄分布概率曲线如图4。分析数据见表1。在测试过程中,结合透射光、反射光及背散射照片,尽量避开了颗粒上的裂缝、包裹体和表面不洁净之处。3年度测定中分离锆的结果3.1锆石u2004年生长量松潘甘孜地区两个样品中的锆石磨圆度较好,以次棱角状、椭圆状为主,偶见晶形较好的长柱状颗粒(图3)。两个样品的年龄分布特征近似。样品MR-11(图4a):参与讨论的82颗锆石年龄分布在213±3Ma～2679±16Ma。其中有19颗年龄小于245Ma,具有222Ma和240Ma的峰值年龄;17颗集中在250～280Ma,峰值年龄为268Ma。这两个年龄段的锆石占了总颗粒数的45%。其它颗粒年龄主要集中在1618～1998Ma(12颗)、2405～2513Ma(7颗)、409～453Ma(6颗)和774～969Ma(5颗)。样品MR-12(图4b):所采用的76个年龄分布在215±3Ma～2548±15Ma。其中有17个集中在250～280Ma,峰值年龄为256Ma。10个小于245Ma,具有216Ma和238Ma两个明显的峰值。年龄在以上两个集中段的锆石占了总颗粒数的35%。此外还有2412～2548Ma(12颗)、1783～1940Ma(9颗)和399～448Ma(7颗)等几个较为集中的年龄段。还有2颗新元古代的锆石722Ma和728Ma。分析点中明显缺少800～1600Ma的锆石颗粒。两个样品中最年轻的锆石年龄分别为213±3Ma和215±3Ma,说明地层沉积时期盆地周边存在岩浆活动。3.2锆石ufp-ms-18川西前陆盆地须家河组中两个样品中的锆石磨圆度普遍较好,以浑圆状、椭圆状为主,较自形的颗粒很少,粒径总体非常小,说明锆石经历了长距离的搬运磨蚀,或者经历了多期沉积旋回。样品MR-18(图4d):须家河组下部中的71个锆石年龄没有类似样品MR-11、MR-12中的具绝对优势的峰值年龄,年龄分布相对分散。最强的峰值出现在约1850Ma和268Ma。71颗锆石颗粒中,12个颗粒年龄在1800～1900Ma,占总颗粒数的17%。其余的锆石年龄主要集中分布在738～847Ma(10颗)、919～990Ma(4颗)、418～457Ma(6颗)。此外还有7个颗粒年龄>2200Ma。样品MR-17(图4c):须家河组上部40颗锆石所反映的年龄谱特征同下部相似,存在1801～1927Ma(8颗)、738～854Ma(7颗)、951～1176Ma(6颗)及>2200Ma(6颗)等几个主要的年龄集中段。其余少量古生代的锆石颗粒数少,在年龄谱曲线上表现为不连续的弱峰。4源分析4.1晚卡尼期—松潘甘孜盆地本文分析的两个样品中,均有大量锆石年龄集中在250～280Ma。杨经绥等(2005)在晚古生代发育的东昆仑岛弧花岗岩中获得了U-Pb年龄为250±20Ma的锆石。本文这一年龄段的锆石最可能来自盆地北部晚二叠世松潘洋向北俯冲于华北陆块之下所形成的东昆仑岛弧花岗岩。分析中存在锆石年龄在1800～1900Ma和2400～2500Ma的集中,这与华北陆块基底年龄特征值正相对应。2400～2500Ma代表了华北古陆核的年龄,1800～1900Ma则是吕梁期华北克拉通东西两大块体在中部发生碰撞,华北古陆进一步固结、扩大的时间(Zhaoetal.,2000;Kuskyetal.,2003)。这一中部带包含了继承的东西块体的太古宙物质和新生的火成岩和沉积岩,在中—晚三叠世,随着秦岭洋的关闭和碰撞造山,将大量碎屑物质经华北陆块南缘东西向的疏导体系(Weislogeletal.,2006;Enkelmannetal.,2007)注入松潘甘孜盆地。该地区晚卡尼期侏倭组中的碎屑锆石出现了216Ma和238Ma的峰值年龄(图4e);早诺利期新都桥组中,最年轻的峰值年龄为222Ma和240Ma(图4g)。这与盆地西南部的义敦岛弧三叠纪发生的两期岩浆活动(229～245Ma和216～219Ma)(Reidetal.,2007)(图4f)对应,说明义敦岛弧的碎屑物质在晚卡尼期—早诺利期被输送到盆地的东部地区。晚诺利期地层中的碎屑锆石数据体中几乎不存在这一年龄的锆石(Weislogeletal.,2006),说明到晚诺利期,义敦岛弧不再作为盆地的物源。分析中400～450Ma的年龄对应了北秦岭侵入体的形成时间,代表了加里东期南秦岭与北秦岭和华北陆块的拼合事件(Ratschbacheraetal.,2003;Hackeretal.,2004),然而这一年龄的锆石在柴达木北缘高压—超高压变质带也有发现(Songetal.,2006)。鉴于本文所分析的锆石普遍具有较高的Th/U,多属于岩浆结晶成因,笔者认为这一年龄的锆石更可能来自北秦岭。两个样品中共有7颗新元古代(722～969Ma)锆石。这在华南陆块北缘、西缘以及内部都有报道,形成于扬子陆块晋宁期陆壳增生事件(Hackeretal.,2004;Zhengetal.,2007)。此外,两个样品中共有4颗300～320Ma的锆石可能来自南秦岭(Sunetal.,2002)。4.2岩石学和地质背景在四川盆地西部都江堰一带,诺利期—瑞替期沉积的须家河组(四川省地质矿产局,1991)中的碎屑锆石年龄谱继承了松潘甘孜拉丁期—诺利期地层中的碎屑锆石数据特征(Weislogeletal.,2006;Enkelmannetal.,2007)。本文须家河组两个样品中的碎屑锆石年龄谱总体相似。如上述对松潘甘孜物源的讨论,其中年龄1800～1900Ma和2400～2500Ma的锆石来自华北陆块中央结合带;720～850Ma和920～1000Ma的来自华南陆块;400～450Ma的来自北秦岭;250～280Ma的来自东昆仑;少量300～320Ma的来自南秦岭。结合川西什邡地区须家河组74°的古流向(林良彪等,2006),并且地层中重矿物以锆石(约70%)、金红石(约11%)为主,砂岩底部含砾成分以石英岩、燧石为主(谢继容等,2006),说明须家河组沉积物来自西部松潘甘孜的再旋回沉积。需要指出的是,须家河组上部样品MR-17中有6颗锆石(占总分析颗粒数的15%)年龄分布在951～1176Ma。松潘甘孜盆地内迄今没有碎屑锆石年龄在这一区间集中的报道。该年龄段的锆石在邻近地区仅在龙门山地区彭灌杂岩沙坪花岗岩(锆石U-Pb年龄为1017Ma)和兴文坪辉长岩(1043Ma)(四川省地质矿产局,1991)以及康定杂岩花岗片麻岩(1007±14Ma)(Lietal.,2002)中有报道。说明须家河组上部的物源包括了扬子陆块西缘龙门山,亦可能有康定杂岩的贡献。5松潘甘孜盆地晚三叠世沉积体系的恢复和古地理变迁Weislogel等(2006)曾通过碎屑锆石物源研究对松潘甘孜晚三叠世的古水系进行了恢复,将沿秦岭造山带发育的侧向河流体系的概念引入对松潘甘孜物源的解释。本次研究发现了松潘甘孜盆地西南部陆块拼贴(义敦岛弧)对盆地沉积物供给的影响;将碎屑锆石定年手段运用于四川盆地的物源研究,并通过对比,初步探讨了川西前陆盆地与松潘甘孜在沉积和构造上的联系。在Weislogel等(2006)对松潘甘孜复理石盆地古水系恢复的基础上,结合前人在松潘甘孜盆地获得的碎屑锆石年龄数据(Weislogeletal.,2006;苏本勋等,2006;Enkelmannetal.,2007),本文更加全面系统地重现了松潘甘孜盆地晚三叠世的沉积体系及其演变过程,并进一步再现了印支末期多块体汇聚拼贴作用下松潘甘孜和四川盆地的构造演化和古地理变迁(图5)。拉丁期—早卡尼期,携带着华北陆块(中央块体)和扬子陆块基底物质的河流,一进入盆地便能量消耗殆尽,使得其所搬运的物质在这里完全沉积下来,而沿秦岭造山带发育的侧向河流体系进一步延伸到盆地的南部地区。晚卡尼期—早诺利期,义敦岛弧的一期构造热事件使得其成为盆地东缘的重要沉积物源。随着盆地双向俯冲的持续或者是源区环境的变化,携带着华北陆块基底物质的水道向南扩散,使得华北陆块的物质进入盆地相对南部地区。晚诺利期,经过短暂的沉积以后,松潘甘孜盆地迅速发生海退,地层褶皱隆起。而在整个复理石沉积阶段,东昆仑岛弧向盆地源源不断地提供大量碎屑物质。诺利期末—瑞替期,龙门山冲断隆升产生的载荷使得在川西形成了挠曲的前渊,褶皱隆起的松潘甘孜复理石地层和龙门山褶皱冲断带此时成为了前陆盆地须家河