李啟文, 毛新武, 楊青雄, 霍 炬

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

基于碎屑鋯石U-Pb定年的長(zhǎng)江中游陽(yáng)邏礫石層物源示蹤應(yīng)用探討

李啟文, 毛新武, 楊青雄, 霍 炬

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

陽(yáng)邏礫石層是長(zhǎng)江中下游新生代的一個(gè)重要的巖石地層單位,其物源信息對(duì)長(zhǎng)江中下游古地理和古環(huán)境研究具有重要科學(xué)價(jià)值,但目前學(xué)術(shù)上對(duì)于陽(yáng)邏礫石層的物源研究還存在較大爭(zhēng)議。通過(guò)對(duì)陽(yáng)邏礫石層潛在源區(qū)表殼巖系時(shí)空分布特征的總結(jié),認(rèn)為大別源區(qū)基巖同位素年齡主要以新元古代、晚三疊紀(jì)以及早白堊紀(jì)的年齡譜峰值為主,并且可能含有較多的變質(zhì)成因鋯石,這與以現(xiàn)代長(zhǎng)江河流沉積物為代表的更為廣闊的物源信息具有明顯差異,后者出現(xiàn)新太古代—古元古代等老的年齡峰值,而缺少白堊紀(jì)時(shí)期的年齡峰值,主要由巖漿成因鋯石組成。旨在探討運(yùn)用沉積物碎屑鋯石U-Pb定年手段,結(jié)合傳統(tǒng)的地貌學(xué)及沉積學(xué)理論,來(lái)示蹤陽(yáng)邏礫石層的物質(zhì)來(lái)源以及從源到匯的過(guò)程,并對(duì)開(kāi)展此項(xiàng)研究提出新的思路。

陽(yáng)邏礫石層;碎屑鋯石;U-Pb定年;物源示蹤

1 陽(yáng)邏礫石層物源研究現(xiàn)狀及意義

陽(yáng)邏礫石層主要分布于大別山南麓、長(zhǎng)江北岸,位于武漢市陽(yáng)邏經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)及其周邊地區(qū),地貌上構(gòu)成海拔50～90 m的基座階地,面積約200 km2[1]。作為江漢盆地東緣丘陵區(qū)白堊—古近系紅層沉積之后最早的堆積物,是江漢盆地露頭區(qū)第四系下更新統(tǒng)一個(gè)重要的巖石地層單位,具有重要的地層學(xué)研究意義。

前人對(duì)陽(yáng)邏礫石層的研究,主要集中在陽(yáng)邏化石木[2-4]、礫石層的時(shí)代[5-7]及沉積環(huán)境分析[1,8-9]等方面。關(guān)于陽(yáng)邏礫石層的物源研究程度低且存在較大爭(zhēng)議,目前主要有大別源[3,7],長(zhǎng)江源[9-11],大別與長(zhǎng)江混合源[1,5,12]三種說(shuō)法。鄧建如等[3]、黃寧生等[7]基于礫石層分布的區(qū)域地質(zhì)地貌特征及沉積學(xué)特征研究,表明陽(yáng)邏礫石層和其中硅化木是由大別山南坡沖積至此,且主要與灄水、倒水有關(guān)。楊懷仁等[13]認(rèn)為包括陽(yáng)邏礫石層在內(nèi)的長(zhǎng)江中下游廣泛發(fā)育一套砂礫石層與長(zhǎng)江演化有關(guān),因此形象的稱之為“長(zhǎng)江礫石層”,且多數(shù)學(xué)者運(yùn)用這套礫石層來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)江的演化研究。近年來(lái),李長(zhǎng)安等[5]、張玉芬等[12]通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江宜昌以下高階地礫石層的系統(tǒng)追蹤調(diào)查及磁性特征研究,認(rèn)為陽(yáng)邏礫石層的物源既有來(lái)自長(zhǎng)江上游的物質(zhì)組分,也有來(lái)自江漢平原周圍河流的物質(zhì)組分,指示陽(yáng)邏礫石層物源的多源性特點(diǎn)。

研究長(zhǎng)江中下游河流基座階地沉積物的物源就繞不開(kāi)對(duì)長(zhǎng)江演化這一科學(xué)問(wèn)題的探討。關(guān)于長(zhǎng)江何時(shí)貫通三峽,學(xué)術(shù)界一直存在爭(zhēng)議[13-18]?；诮瓭h盆地第四紀(jì)沉積物的三峽貫通時(shí)限的研究表明[13-14]在1.1—1.2 Ma之間江漢平原的沉積環(huán)境和物質(zhì)成分均發(fā)生了重大改變,可能指示早更新世中晚期長(zhǎng)江才貫通三峽。而近年,有人也認(rèn)為在前第四紀(jì)時(shí)期,現(xiàn)代意義上的長(zhǎng)江已經(jīng)形成[15-18]。因此,陽(yáng)邏礫石層的來(lái)源是否與長(zhǎng)江有關(guān),或是否曾經(jīng)受到長(zhǎng)江的改造,研究形成于早更新世時(shí)期的陽(yáng)邏礫石層物源為探討古長(zhǎng)江演化歷史具有重要意義。與此同時(shí),大別山南麓作為陽(yáng)邏礫石層碎屑沉積物的潛在源區(qū),對(duì)其開(kāi)展物源研究將有助于正確認(rèn)識(shí)鄂東地區(qū)晚新生代以來(lái)的地質(zhì)演化歷史。

2 運(yùn)用碎屑鋯石U-Pb定年研究陽(yáng)邏礫石層物源的構(gòu)想

針對(duì)碎屑沉積物的物源研究及從源到匯的過(guò)程探討是近年來(lái)科學(xué)研究的熱點(diǎn)[19-28]。碎屑鋯石U-Pb 定年是當(dāng)前沉積物物源示蹤較為成熟的手段之一,最近此方法在長(zhǎng)江流域[29-33]及江漢平原地區(qū)[34-35,19-20]碎屑沉積物的物源研究中被廣泛運(yùn)用且成效顯著。因此,本文旨在探討運(yùn)用沉積物碎屑鋯石U-Pb定年的方法,為陽(yáng)邏礫石層的物源示蹤研究提供新的思路。

2.1 研究的可行性分析

2.1.1 大別地區(qū)源巖時(shí)空分布特征

為弄清陽(yáng)邏礫石層物質(zhì)的潛在源區(qū)物質(zhì)組成特征,本文收集了大別造山帶表殼巖系的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查資料。大別地區(qū)主要的侵入巖為新元古代的花崗質(zhì)片麻巖、片巖和白堊紀(jì)中酸性侵入巖,出露面積分別為1 300 km2和1 800 km2,統(tǒng)計(jì)的年齡值為700—824 Ma[21-23]和80—137 Ma[20],其中白堊紀(jì)時(shí)期的中酸性巖體主要分布于大別造山帶東部。該地區(qū)尚報(bào)道有古元古代及更老的巖體年齡,其中大別山東部出露面積300 km2的古元古代年齡為2 010—2 147 Ma花崗質(zhì)片麻巖[23]和約10 km2年齡為2 741—2 811 Ma的變基性巖[24]。

本文根據(jù)最新的1∶50萬(wàn)湖北省地質(zhì)圖11∶50萬(wàn)湖北省地質(zhì)圖,湖北省地質(zhì)調(diào)查院,2015。編制了大別山地區(qū)府河、灄水、倒水、舉水流域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(圖1),基巖出露格局為:東部及北部出露古元古代“大別巖群”,為一套遭受中、深區(qū)域變質(zhì)作用及強(qiáng)烈混合巖化作用形成的各種片麻巖、角閃巖等;中部及北部主要為新元古代“紅安巖群”,由一套經(jīng)淺—中區(qū)域變質(zhì)作用而形成的花崗質(zhì)片麻巖、片巖等組成;南部主要為新元古代“武當(dāng)巖群”變質(zhì)沉積巖巖組及變質(zhì)火山巖巖組,上覆角度不整合接觸的震旦紀(jì)陡山沱組碳酸鹽巖。該區(qū)不僅東部表殼巖系中出露新元古代二長(zhǎng)花崗巖及花崗閃長(zhǎng)巖侵入體,還廣泛出露有早白堊紀(jì)中酸性侵入巖體以及白堊紀(jì)—新近紀(jì)公安寨組紫紅色碎屑巖。作為陽(yáng)邏地區(qū)早更新世礫石層潛在物源區(qū)的灄水、倒水、舉水流域,其表殼巖系主要為 “紅安巖群”、“武當(dāng)巖群”以及震旦紀(jì)地層構(gòu)成,少量“大別巖群”及早白堊紀(jì)時(shí)期的中酸性侵入巖體。

2.1.2 潛在源區(qū)表殼巖系同位素年齡譜特征對(duì)比

碎屑鋯石年齡譜系特征可直接反映沉積物源區(qū)表殼巖系的年齡組成[25],從而能揭示潛在源區(qū)的構(gòu)造巖漿事件及物質(zhì)組成。因此,本文收集了大別地區(qū)已報(bào)道的主要巖體同位素年齡數(shù)據(jù)(包括不同礦物的Ar-Ar、K-Ar、U-Pb、Rb-Sr等同位素測(cè)年數(shù)據(jù))[28-29,33-36]以及長(zhǎng)江中游流域河流碎屑鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)[21-23,26],分析其作為陽(yáng)邏礫石層潛在源區(qū)的物質(zhì)特征。

圖1 大別地區(qū)府河、灄水、倒水及舉水流域地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 The geological map of Fuhe,Seshui,Daoshui,Jushui basins in Dabie region1.全新世松散沉積物;2.更新世松散沉積物;3.公安寨組；4.陡山沱組;5.武當(dāng)巖群;6.紅安巖群;7.大別巖群;8.白堊紀(jì)中酸性侵入巖體;9.新元古代中酸性侵入巖體;10.斷層;11.水體;12.長(zhǎng)江流域邊界;13.地名。

由圖2所示,漢江流域現(xiàn)代河流沉積物碎屑鋯石的年齡譜峰值主要有768—759 Ma、444—434 Ma、220—212 Ma和124 Ma,分別記錄了南秦嶺和揚(yáng)子克拉通北部新元古代、早古生代、晚三疊紀(jì)和早白堊紀(jì)時(shí)期的巖漿活動(dòng)或構(gòu)造事件[26]。長(zhǎng)江中游流域宜昌段、岳陽(yáng)段與武漢段的現(xiàn)代河流沉積物碎屑鋯石年齡譜具有相似性,且與支流漢江流域碎屑鋯石存在顯著差別,都具有230—260 Ma、780—820 Ma、1 827—1 878 Ma和2 477—2 528 Ma四個(gè)主要年齡峰值[21],說(shuō)明長(zhǎng)江河流沉積物并未受漢江水系沉積物的明顯影響。受長(zhǎng)江中上游流域地區(qū)的義敦島弧、崆嶺地體及松潘—甘孜盆地中古老基底的影響,長(zhǎng)江流域中游段均出現(xiàn)新太古代—古元古代的較大年齡峰值。大別山是印支期華北板塊和揚(yáng)子板塊之間的碰撞造山帶,這可能記錄了三疊紀(jì)的超高壓變質(zhì)事件和發(fā)生于125—135 Ma的強(qiáng)烈而廣泛的燕山期巖漿活動(dòng)[29,33-36],而受麻城—團(tuán)風(fēng)斷裂帶控制,新洲盆地及以西地區(qū)的舉水、倒水以及灄水流域表殼巖系主要為新元古代“紅安巖群”,古老的“大別巖群”分布較少,主要出露于大別造山帶北部及東部(見(jiàn)圖1)。因此,圖2所示的大別造山帶表殼巖系同位素年齡出現(xiàn)了新元古代、晚三疊紀(jì)和早白堊紀(jì)時(shí)期的年齡峰值,但新太古代—古元古代等老的年齡峰值不明顯。通過(guò)以上分析,能直接反映物源區(qū)構(gòu)造巖漿事件的大別山地區(qū)表殼巖系同位素年齡譜特征與代表長(zhǎng)江中上游流域原巖特征的河流碎屑鋯石U-Pb年齡譜特征存在明顯差別,并且大別造山帶地區(qū)受古老變質(zhì)基底及印支期的區(qū)域變質(zhì)作用改造,可能存在較多的變質(zhì)成因鋯石;而有證據(jù)表明代表更廣闊古長(zhǎng)江水系控制的源區(qū)物質(zhì),則以巖漿成因的鋯石占主導(dǎo)[19-20]。因此,對(duì)陽(yáng)邏礫石層開(kāi)展沉積物碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究可以有效區(qū)別其物源到底是單一的大別源還是疊加了長(zhǎng)江中上游流域物質(zhì)的混合源。

圖2 大別造山帶主要巖體同位素年齡及長(zhǎng)江流域中游段河流碎屑鋯石U-Pb年齡相對(duì)概率分布圖(大別造山帶地區(qū)同位素年齡數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[28-29,33-36];河流碎屑鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[21-23,26])Fig.2 The relative probability distribution of isotope age data in Dabie orogenic belt and detrital zircon U-Pb age data in the middle Yangtze River basin

2.2 物源示蹤研究思路

2.2.1 地貌及沉積學(xué)特征分析

陽(yáng)邏地區(qū)早更新世礫石層的地貌及沉積學(xué)特征是其物源研究的基礎(chǔ)。前人認(rèn)為陽(yáng)邏地區(qū)北部早更新世礫石層為沖積扇的地貌特點(diǎn),而南部靠近長(zhǎng)江河道一側(cè)則構(gòu)成長(zhǎng)江的基座階地。因此,開(kāi)展此項(xiàng)研究首先應(yīng)進(jìn)行大比例尺路線地質(zhì)調(diào)查,具體為在大致垂直長(zhǎng)江河流階地延伸方向上布置2～3條地質(zhì)調(diào)查路線,從淘金山以北基巖出露區(qū)往南穿越長(zhǎng)江北岸陽(yáng)邏地區(qū)主要早更新世沉積物分布區(qū),運(yùn)用第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)理論,分析陽(yáng)邏礫石層所處的地貌位置,揭示該套礫石層在地貌上由北至南的空間展布特征。

圖3 陽(yáng)邏地區(qū)早更新世礫石層剖面礫石AB面傾向玫瑰花圖Fig.3 The AB face tendency rose figures of early Pleistocene gravel layer sections in Yangluo regionA.半邊山剖面(據(jù)文獻(xiàn)[1]);B.陽(yáng)邏電廠剖面(據(jù)文獻(xiàn)[1]);C.陽(yáng)邏地區(qū)12個(gè)代表性剖面(據(jù)文獻(xiàn)[7])。

梅慧等[1,8]通過(guò)露頭剖面的巖性和沉積結(jié)構(gòu)分析,表明陽(yáng)邏礫石層為礫質(zhì)辮狀河沉積,測(cè)得的陽(yáng)邏半邊山剖面礫石AB面傾向優(yōu)勢(shì)方向?yàn)槟衔?陽(yáng)邏電廠剖面則為北西和南東(如圖3);黃寧生等認(rèn)為陽(yáng)邏地區(qū)早更新世礫石層不是洪流堆積,而是源于大別山南麓的古河流沖積物,在陽(yáng)邏地區(qū)所測(cè)12個(gè)陽(yáng)邏組礫石AB面傾向也不盡一致,指示的古水流來(lái)水方向主要為北西、北北西向(如圖3),這指示其物源具有復(fù)雜性。本次工作擬重新對(duì)陽(yáng)邏地區(qū)早更新世礫石層開(kāi)展廣泛的礫石統(tǒng)計(jì)分析,選擇陽(yáng)邏電廠、香爐山、半邊山、淘金山、馬安山、錦屏山、龍口、鳳凰山等地區(qū)的典型露頭剖面,且對(duì)一個(gè)剖面的不同層位詳細(xì)研究,利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析各項(xiàng)礫石組構(gòu)的特征,繪制各剖面各層位的礫石成分柱狀圖和礫石AB面傾向玫瑰花圖,研究沉積物古流向的特點(diǎn)以及礫石巖性組成與潛在源區(qū)表殼巖系的對(duì)應(yīng)關(guān)系,為陽(yáng)邏地區(qū)早更新世礫石層的物源研究提供證據(jù)。再者,運(yùn)用沉積地層學(xué)理論,結(jié)合陽(yáng)邏地區(qū)礫石層分布的地貌特點(diǎn),重點(diǎn)對(duì)該區(qū)北部的淘金山剖面(30°44′N,114°35′E)、中部的半邊山剖面(30°43′N,114°32′E)和陽(yáng)邏香爐山附近的電廠剖面(30°43′N,114°32′E)以及南部的陽(yáng)邏鎮(zhèn)剖面(30°40′N,114°33′E)進(jìn)行詳細(xì)的巖性、沉積構(gòu)造及剖面巖相分析,探討陽(yáng)邏礫石層形成的沉積環(huán)境。

2.2.2 碎屑鋯石U-Pb定年研究

田望學(xué)等[37]對(duì)武漢地區(qū)開(kāi)展1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí),認(rèn)為陽(yáng)邏組礫石層宏觀特征上分為兩層:下部礫石以淺紫紅、灰白色為主,粒徑大,分選、磨圓稍好,礫石表面潔凈;上部礫石顏色較深,為棕紅、棕黃色,磨圓次圓,分選中—差,礫石表面混染有黃褐色花紋。上下兩層礫石成分差異明顯,由下至上,中淺變質(zhì)巖礫石減少,深變質(zhì)巖礫石增多。該巖性特征分析與黃寧生等對(duì)陽(yáng)邏電廠剖面的研究結(jié)果一致,表明陽(yáng)邏礫石上下兩層物質(zhì)成分變化可能受物源遷移影響。

本次研究將在前人工作的基礎(chǔ)上,選擇研究程度高,測(cè)年資料豐富,處于長(zhǎng)江北岸河流基座階地上的陽(yáng)邏電廠剖面(30°40′N,114°32′E)進(jìn)行。擬在陽(yáng)邏電廠剖面的下層礫石層頂部及上層礫石層的砂質(zhì)透鏡體或砂層中各采集一件碎屑鋯石U-Pb測(cè)年樣品(如圖4所示),分析上下兩套礫石層的物質(zhì)來(lái)源和變化特點(diǎn)。與陽(yáng)邏電廠剖面所不同的是,北部的淘金山剖面(如圖3所示)處于由北至南發(fā)育的沖積扇地貌單元內(nèi),筆者在野外考察時(shí)也發(fā)現(xiàn)其礫石的礫徑、礫向、礫態(tài)、礫性均與陽(yáng)邏電廠剖面礫石層有所不同。因此,為探討空間上古水系對(duì)陽(yáng)邏礫石層的物源貢獻(xiàn),在北部的淘金山剖面的砂層中采集一件砂質(zhì)碎屑鋯石樣進(jìn)行U-Pb測(cè)年分析(如圖4所示)。并且陽(yáng)邏礫石層北部典型剖面尚缺乏年代學(xué)數(shù)據(jù),本次工作也擬對(duì)淘金山剖面開(kāi)展沉積物ESR測(cè)年研究,具體采樣位置見(jiàn)圖4。最后將測(cè)試結(jié)果與潛在的大別山物質(zhì)源區(qū)的表殼巖系同位素年齡譜以及代表更為廣闊源區(qū)的現(xiàn)代長(zhǎng)江河流沉積物鋯石U-Pb年齡譜進(jìn)行對(duì)比,分析陽(yáng)邏礫石層沉積物碎屑鋯石年齡譜特征指示的源巖區(qū)巖漿構(gòu)造事件,結(jié)合礫石層的沉積學(xué)特征和ESR測(cè)年數(shù)據(jù),從空間上和時(shí)間上探討陽(yáng)邏礫石層碎屑沉積物的物質(zhì)來(lái)源和變化特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

陽(yáng)邏礫石層潛在物源地大別山地區(qū)表殼巖系同位素年齡譜特征與代表長(zhǎng)江中上游流域源巖特征的河流碎屑鋯石U-Pb年齡譜特征存在明顯差別。大別山南麓灄水、倒水、舉水流域表殼物質(zhì)主要具有新元古代、晚三疊紀(jì)及早白堊紀(jì)時(shí)期的同位素年齡峰值,可能含有較多的變質(zhì)成因鋯石;而后者提供的物源信息則出現(xiàn)新太古代—古元古代等老的年齡峰值,且沒(méi)有白堊紀(jì)時(shí)期的年齡峰值,主要以巖漿成因鋯石組成。因此,利用碎屑鋯石U-Pb定年示蹤陽(yáng)邏礫石層物源是一種可行手段。

圖4 陽(yáng)邏礫石層碎屑鋯石及ESR測(cè)年樣品采集位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of collection place of detrital zircon and ESR dating samples in Yangluo gravel layersA.淘金山剖面;B.陽(yáng)邏電廠剖面;1.礫石層;2.砂礫石層;3.砂層;4.網(wǎng)紋化礫石層;5.紫紅色厚層砂巖;6.鐵殼;7.ESR年齡(數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[6]);8.擬開(kāi)展的碎屑鋯石采樣點(diǎn);9.擬開(kāi)展的ESR測(cè)年采樣點(diǎn)。

本次研究擬在淘金山剖面和陽(yáng)邏電廠剖面的砂質(zhì)透鏡體或砂層中共采集3個(gè)碎屑鋯石U-Pb年齡樣進(jìn)行測(cè)試分析,并在多個(gè)剖面露頭開(kāi)展礫石層宏觀沉積學(xué)特征研究,再結(jié)合典型剖面的ESR測(cè)年結(jié)果,探討陽(yáng)邏地區(qū)礫石層的物源以及從源到匯的過(guò)程。以期恢復(fù)鄂東地區(qū)第四紀(jì)早更新世時(shí)期的古地理環(huán)境演化格局,并可能為大別地區(qū)廣泛出露的“紅安巖群”及“大別巖群”的年代學(xué)研究提供重要參考。

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

Discussion on the Application of Provenance of Yangluo Gravel Layer in the MiddleReach of Yangtze River Based on the Detrital Zircon U-Pb Dating

LI Qiwen, MAO Xinwu, YANG Qingxiong, HUO Ju

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Yangluo gravel layer is an important Cenozoic stratigraphic unit in the lower Yangtze River,whose provenance is of great scientific valuable to the research of paleo-geography and paleo-environment of lower Yangtze River. However,there is a hot debate about the provenance of Yangluo gravel. This paper summarizes the temporal and spatial distribution characteristics of the surface rock in the potential provenance field,and comes to the conclusions:the isotope dating age of Dabie bedrock mainly contains three major peaks of the age spectrum,which appears in the Neoproterozoic,late Triassic and early Cretaceous,besides,the bedrock may contain many metamorphic zircons;the modern sediments in Yangtze river has a vast provenance information,which is obvious different from Dabie. It has a peak age as old as Neoarchaean to Paleoproterozoic and without the young peak of Cretaceous. The sediments may contain many magmatic zircons. The authors held a discussion about the application of tracing the provenance and the process from source to sink of Yangluo gravel by using U-Pb dating of detrital zircons and the theory of geomorphology and sedimentary in this paper,and put forward a new idea to carry out this study.

Yangluo gravel layer; detrital zircon; U-Pb dating; provenance

2015-05-13;改回日期:2015-07-06

李啟文(1988-),男,助理工程師,第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)專業(yè),從事第四紀(jì)地質(zhì)相關(guān)研究。E-mail:liqiwen1237@sina.com

P58

A

1671-1211(2016)01-0001-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601001

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20151217.1333.022.html 數(shù)字出版日期:2015-12-17 13:33