沐川地区白垩系碎屑锆石U-Pb年龄及对四川盆地西南部丹霞红层物源区的指示

邱子鑫，李彤彤，侯诗雨，张志清，乔恒忠

沐川地区白垩系碎屑锆石U-Pb年龄及对四川盆地西南部丹霞红层物源区的指示

邱子鑫，李彤彤，侯诗雨，张志清，乔恒忠

（乐山师范学院，四川 乐山 614000）

四川盆地是我国著名的中生代红层盆地，盆地内丹霞地貌分布较广。本文对沐川地区白垩系窝头山组（K1）砖红色长石石英砂岩碎屑锆石开展了LA-ICP-MS U-Pb定年分析，为探讨四川盆地西南部丹霞红层物质来源提供年代学证据。研究表明，样品20MC01碎屑锆石U-Pb年龄主要集中于2565～2398 Ma、1972～1794 Ma、821～728 Ma、449～408 Ma与301～205 Ma等5个年龄段，其峰值分别为2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma与211 Ma。结合前人成果，本文认为研究区窝头山组丹霞红层主要的碎屑沉积物来自扬子陆块西、北缘新太古代-古元古代基底杂岩与新元古代岩浆岩、松潘-甘孜地体以及义敦地体印支期岩浆岩。

四川盆地；沐川地区；白垩纪；丹霞地貌；红层；碎屑锆石

图1 （a）我国丹霞地貌主要集中分布区示意图（修改自Yan et al., 2019）；（b-c）四川盆地西南部沐川地区地质简图及综合地层柱状剖面图（修改自1:20万马边幅地质图）

丹霞地貌是一种以陡崖坡为特征的红层地貌（黄进，1982；彭华，2000，2020；郭福生等，2020）。四川盆地是我国最大的中生代红层盆地，区内丹霞地貌资源丰富（图1a；罗成德，2005；齐德利等，2005；黄进等，2015；Yan et al., 2019）。近年来，尽管部分学者对四川盆地丹霞地貌的时空分布、演化模式及成景机制等研究取得了长足的进展（Qiu et al., 2015; 罗成德和王付军，2018；王圻仲，2020），但是关于这些丹霞地貌岩石基础的关注较为有限。本次研究对沐川地区白垩系窝头山组（K1）砖红色长石石英砂岩进行碎屑锆石U-Pb定年分析，为理解四川盆地西南部丹霞红层物源特征提供重要的年代学约束。

1 地质背景与样品概况

乐山市沐川县位于四川盆地西南部，广泛出露三叠纪至白垩纪地层（图1b）。其中，白垩纪地层主要为窝头山组（K1）（图1c），构成了沐川地区内丹霞地貌的主要岩石基础。窝头山组岩性以砖红色长石石英砂岩为主，与粉砂岩、砂质页岩互层，底部发育有砾岩或含砾砂岩。该组与下伏的侏罗系上统蓬莱镇组（J3）呈平行不整合接触关系，研究区内未见其顶部。前人研究表明，沐川地区窝头山组红层为半干旱-干旱气候下河流相沉积的产物，常见水平层理、斜层理、波痕及泥裂等沉积构造（王圻仲，2020）。此外，该区内地层大多都受到了褶皱作用的改造（图1b），如沐川背斜、五指山背斜与靛兰坝向斜等，整体上背斜构造相对紧闭，而向斜则较开阔。窝头山组地层主要产出于向斜核部，地层倾角较平缓。

图2 （a）沐川地区白垩系窝头山组（K1）红层；（b）以丹霞赤壁为特征的“了情岩”；（c-e）砖红色长石石英砂岩样品20MC01的手标本、单偏光及正交偏光显微照片

本文样品20MC01采自沐川地区干剑口一带（图1b），采样点坐标为28°51.07′N, 103°59.66′E。野外观察可见，采样点附近窝头山组（K1）红层产状近水平（图2a），这些碎屑岩经过风化、剥蚀与崩塌等外动力作用，形成顶部相对平缓且坡度大于60°的丹霞赤壁，其中以“了情岩”现象较为典型（图2b）。样品20MC01为砖红色细粒长石石英砂岩（图2c），主要矿物成分为石英（75%～85%）、长石（10%～20%）以及岩屑（<10%），它们的粒径约为0.1～0.3 mm，多呈次圆状至棱角状，整体上分选性、磨圆度为中等至较差（图2d和e）。

2 碎屑锆石U-Pb定年方法与结果

本次研究样品20MC01经过粉碎后，按照常规流程分选出锆石，再将其制靶并适当剖光，随后依次进行锆石透射光、反射光及阴极发光（CL）照相。锆石原位U-Pb同位素测年在广州拓岩测试技术有限公司利用激光剥蚀-电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）完成，激光束斑直径为30 μm。本次实验测试将标准锆石91500作为外标进行同位素比值校正，同时以标准锆石Ple ovice（Sláma et al., 2008）为质量监控标样。原始实验测试数据处理采用ICPMSDataCal程序（Liu et al., 2010），锆石U-Pb年龄计算与谐和图绘制利用Isoplot程序完成（Ludwig, 2003）。本文对较老的锆石（>1000 Ma）和年轻锆石（<1000 Ma）分别使用它们的207Pb/206Pb年龄和206Pb/238U年龄进行讨论，单点分析的年龄误差为1σ。

样品20MC01锆石形态整体呈半自形-他形，以短柱状至椭圆状为主，粒径介于50～150 μm之间。CL图像揭示（图3），该样品中锆石大部分都具有清晰的振荡环带，表明它们是岩浆成因的锆石（吴元保和郑永飞，2004）。同时，部分岩浆锆石还发育了变质增生边。另外，还有少数暗色锆石无环带结构，其内部呈斑杂状或补丁状，可能为变质成因锆石。本次研究对样品20MC01中的59颗锆石进行了59个数据点的测试，实验结果详见表1和图4。其中，52个数据点不谐和度小于10%，被选择进行后续的年龄统计分析（图5）。它们的Th/U比值主要为0.32～1.11（表1），指示该样品碎屑锆石可能主要来源于岩浆岩。这些数据点年龄变化范围为2565～205 Ma，它们在碎屑锆石年龄谱图中呈现多峰分布的特征（图5），可以主要分为5个年龄组：2565～2398 Ma（19%）、1972～1794 Ma（17%）、821～728 Ma（19%）、449～408 Ma（12%）与301～205 Ma（23%），其峰值分别为2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma与211 Ma；另外5颗碎屑锆石（10%）的谐和年龄分别为1655 ± 29 Ma、1461 ± 32 Ma、1109 ± 75 Ma、907 ± 15 Ma与369 ± 4 Ma（表1）。

图3 样品20MC01碎屑锆石阴极发光（CL）图像及其U-Pb年龄

图4 样品20MC01碎屑锆石U-Pb年龄谐和图

3 讨论

前人曾对沐川地区西南部窝头山组（K1）丹霞红层进行地球化学分析，并推测其碎屑沉积物质来自于松潘-甘孜地区（王圻仲，2020），但缺乏相关年代学数据的制约。碎屑锆石U-Pb定年分析是探讨沉积岩物源问题的重要途经（万渝生等，2003；吴元保和郑永飞，2004）。本文对研究区窝头山组砖红色长石石英砂岩开展了相关测年工作。样品20MC01碎屑锆石CL图像和年龄谱特征显示（图3和5），窝头山组可能具有更复杂的物源区。样品的52个数据点明显集中分布于2565～2398Ma、1972～1794Ma、821～728Ma、449～408Ma与301～205Ma等5个年龄区间，其峰值分别为2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma与211Ma（图5）。现有资料表明，乐山大佛寺剖面白垩系夹关组（K1-2）丹霞红层存在类似的统计规律，其碎屑锆石U-Pb年龄主要划分为2521～2497Ma、1946～1817Ma、877～759Ma、500～420Ma与287～211Ma等5个年龄组（乔恒忠等，2021）。此外，Li et al. (2018)在川南地区白垩系红层中也报道了相近的碎屑锆石U-Pb定年结果。这些数据指示，四川盆地西南部丹霞红层物源具有明显的多元性，并且富含新太古代-古元古代、新元古代和印支期的年龄信息。

表1 样品20MC01锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析结果表

本文样品20MC01中的2565～2398Ma（19%）和1972～1794Ma（17%）的碎屑锆石占有一定的比例，它们和扬子陆块西缘、北缘新太古代-古元古代的构造热事件时间上能够较好地对应（崔晓庄等，2020；邓奇等，2020），表明扬子陆块周缘古老的基底杂岩为四川盆地西南部白垩系窝头山组（K1）红层提供了部分碎屑物质。同时，扬子陆块西缘还广泛出露新元古代（860～750Ma）岩浆岩（李献华等，2002；赖绍聪和朱毓，2020），样品20MC01中821～728Ma（19%）的年龄记录与这些岩浆活动时代十分相似，指示它们也是研究区窝头山组重要的沉积物质来源之一。样品中还发现一组449～408Ma（12%）的碎屑锆石，而四川盆地西南部缺乏加里东期岩浆-变质事件的记录，推测它们可能源自盆地北缘的秦岭造山带（Li et al., 2018）。此外，样品碎屑锆石年龄谱中存在一个301～205Ma（23%）的强峰（图4），该年龄组与四川盆地西侧松潘-甘孜地体及义敦地体中的大量印支期岩浆岩形成时代相吻合（侯增谦等，2001；胡建明等，2005），因此认为这些地体是沐川地区窝头山组重要的物源区。值得注意的是，本次研究样品与四川盆地内三叠系至侏罗系碎屑锆石年龄分布特征具有一定的相似性（Li et al., 2018），暗示盆地内先存地层的再循环也可能为窝头山组提供碎屑沉积物。

图5 样品20MC01碎屑锆石U-Pb年龄频率分布直方图

4 结论

本次研究对沐川地区白垩系窝头山组（K1）砖红色长石石英砂岩碎屑锆石开展LA-ICP-MS U-Pb定年分析，研究表明样品20MC01碎屑锆石年龄主要集中于2565～2398 Ma、1972～1794 Ma、821～728 Ma、449～408 Ma与301～205 Ma，其峰值分别为2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma与211 Ma。结合前人成果，本文认为四川盆地西南部白垩系丹霞红层碎屑沉积物可能主要来自扬子陆块西、北缘新太古代-古元古代基底杂岩与新元古代岩浆岩、松潘-甘孜地体以及义敦地体印支期岩浆岩。

Li Y Q, He D F, Li D, Lu R Q, Fan C, Sun Y P, Huang H P. 2018. Sedimentary provenance constraints on the Jurassic to Cretaceous paleogeography of Sichuan Basin, SW China. Gondwana Research, 60: 15-33.

Liu Y S, Hu Z C, Zong K Q, Gao C G, Gao S, Xu J, Chen H H. 2010. Reappraisement and refinement of zircon U-Pb isotope and trace element analyses by LA-ICP-MS. Chinese Science Bulletin, 55(15), 1535-1546.

Ludwig K R. 2003. User’s Manual for Isoplot 3.00, A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Special Publication No.4[M]. Berkeley: Berkeley Geochronology Centre, 1-70.

Qiu J T, Li P J, Yu Z F, Li P. 2015. Petrology and Spectroscopy Studies on Danxia Geoheritage in Southeast Sichuan Area, China: Implications for Danxia Surveying and Monitoring[J]. Geoheritage, 7(4): 307-318.

Sláma J, Košler J, Condon D J, et al. 2008. Plešovice zircon-a new natural reference material for U–Pb and Hf isotopic microanalysis[J]. Chemical Geology, 249(1-2): 1-35.

Yan L B, Peng H, Zhang S Y, Zhang R X, Kašanin-Grubin M, Lin K R, Tu X J. 2019. The Spatial Patterns of Red Beds and Danxia Landforms: Implication for the formation factors–China[J]. Scientific Reports, 9(1): 1-10.

崔晓庄, 任光明, 孙志明, 王鹏, 刘石磊, 邓奇, 任飞, 庞维华. 2020. 扬子陆块西南缘早前寒武纪撮科杂岩记录的多期岩浆-变质事件[J]. 地球科学, 45(8): 3054-3069.

邓奇, 汪正江, 任光明, 崔晓庄, 曹华文, 宁括步, 任飞. 2020. 扬子地块西北缘～2.09 Ga和～1.76 Ga花岗质岩石：Columbia超大陆聚合-裂解的岩浆记录[J]. 地球科学, 45(9): 3295-3312.

郭福生, 陈留勤, 严兆彬, 刘富军, 潘志新, 张炜强, 胡海平. 2020. 丹霞地貌定义、分类及丹霞作用研究[J]. 地质学报, 94(2): 361-374.

侯增谦, 曲晓明, 周继荣, 杨岳清, 黄典豪, 吕庆田, 唐绍华, 余今杰, 王海平, 赵金花. 2001.三江地区义敦岛弧碰撞造山过程:花岗岩记录[J]. 地质学报, 75(4): 484-497.

胡健民, 孟庆任, 石玉若, 渠洪杰. 2005. 松潘-甘孜地体内花岗岩锆石SHRIMP定年及其构造意义[J]. 岩石学报, 21(3): 867-880.

黄进, 陈致均, 齐德利. 2015. 中国丹霞地貌分布(上)[J]. 山地学报, 33(4): 385-396.

黄进. 1982. 丹霞地貌坡面发育的一种基本方式[J]. 热带地理, 3(2): 107-134.

赖绍聪, 朱毓. 2020. 扬子板块西缘新元古代典型中酸性岩浆事件及其深部动力学机制: 研究进展与展望[J]. 地质力学学报, 26(5): 759-790.

李献华, 李正祥, 周汉文, 刘颖, 梁细荣. 2002. 川西新元古代玄武质岩浆岩的锆石U-Pb年代学、元素和Nd同位素研究: 岩石成因与地球动力学意义[J]. 地学前缘, 9(4): 329-338.

罗成德, 王付军. 2018. 乐山市丹霞地貌研究[J]. 乐山师范学院学报, 33(8): 49-57.

罗成德. 2005. 四川丹霞地貌的区域差异[J]. 乐山师范学院学报, 20(12): 134-138.

彭华. 2000. 中国丹霞地貌研究进展[J]. 地理科学, 20(3): 203-211.

彭华. 2020. 丹霞地貌学[M]. 北京：科学出版社, 1-200.

齐德利, 于蓉, 张忍顺, 葛云健, 李加林. 2005. 中国丹霞地貌空间格局[J]. 地理学报, 60(1): 41-52.

乔恒忠, 孙永兴, 侯诗雨, 邱子鑫, 李彤彤, 张志清. 2021. 乐山大佛白垩纪丹霞红层物源分析: 来自碎屑锆石U-Pb年龄的制约[J]. 乐山师范学院学报, 36(8): 58-64.

万渝生, 张巧大, 宋天锐. 2003. 北京十三陵长城系常州沟组碎屑锆石SHRIMP年龄: 华北克拉通盖层物源区及最大沉积年龄的限定[J]. 科学通报, 48(18): 1970-1975.

王圻仲. 2020. 川西南地区莜坝-中都丹霞地貌成景机制及脆弱性研究[D]. 成都理工大学, 1-143.

吴元保, 郑永飞. 2004. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J]. 科学通报, 49(16), 1589-1604.

Zircon U-Pb Age of the Cretaceous Clastic Rock in the Muchuan Area and Its Significance to the Provenance of Danxia Beds in the Southwestern Sichuan Basin

QIU Zi-xin LI Tong-tong HOU Shi-yu ZHANG Zhi-qing QIAO Heng-zhong

(Leshan Normal University, Leshan, Sichuan 614000)

The Sichuan basin is a famous Mesozoic red basin in China, where Danxia landform is widely developed. Zircon U-Pb ages of the brick-red sandstone of the Lower Cretaceous Wotoushan Formation (K1) in the Muchuan area range from 2565–2398 Ma, 1972–1794 Ma, 821–728 Ma, 449–408 Ma to 301–205 Ma with the peak values of 2523 Ma, 1864 Ma, 805 Ma, 427 Ma and 211 Ma, respectively. These geochronological data in combination with previous studies indicate that sediments of the Wotoushan Formation were mainly derived from the Neoarchean-Paleoproterozoic basement complex and Neoproterozoic magmatic rock on the western and northern margin of the Yangtze Block and Indo-Sinian igneous rocks in the Songpan-Garzê terrane and the Yidun terrane.

Sichuan basin; Muchuan area; Cretaceous; Danxia landform; red bed; zircon; U-Pb age

A

1006-0995（2022）01-0003-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.001

2021-03-15

乐山市科技计划项目（20ZRKX011）；四川省社会科学规划重点研究基地重大项目（SC20EZD015）；四川旅游发展研究中心项目（LY21-24）；乐山师范学院科研项目（PTZZ202001）；国家级大学生创新训练计划项目（202010649019）

邱子鑫（2000— ），女，四川绵阳人，本科生，研究方向：自然地理学

乔恒忠（1991— ），男（壮族），广西河池人，博士，副教授，研究方向：构造地质学