邱子鑫，李彤彤，侯詩雨，張志清，喬恒忠

沐川地區(qū)白堊系碎屑鋯石U-Pb年齡及對(duì)四川盆地西南部丹霞紅層物源區(qū)的指示

邱子鑫，李彤彤，侯詩雨，張志清，喬恒忠

（樂山師范學(xué)院，四川 樂山 614000）

四川盆地是我國著名的中生代紅層盆地，盆地內(nèi)丹霞地貌分布較廣。本文對(duì)沐川地區(qū)白堊系窩頭山組（K1）磚紅色長石石英砂巖碎屑鋯石開展了LA-ICP-MS U-Pb定年分析，為探討四川盆地西南部丹霞紅層物質(zhì)來源提供年代學(xué)證據(jù)。研究表明，樣品20MC01碎屑鋯石U-Pb年齡主要集中于2565～2398 Ma、1972～1794 Ma、821～728 Ma、449～408 Ma與301～205 Ma等5個(gè)年齡段，其峰值分別為2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma與211 Ma。結(jié)合前人成果，本文認(rèn)為研究區(qū)窩頭山組丹霞紅層主要的碎屑沉積物來自揚(yáng)子陸塊西、北緣新太古代-古元古代基底雜巖與新元古代巖漿巖、松潘-甘孜地體以及義敦地體印支期巖漿巖。

四川盆地；沐川地區(qū)；白堊紀(jì)；丹霞地貌；紅層；碎屑鋯石

圖1 （a）我國丹霞地貌主要集中分布區(qū)示意圖（修改自Yan et al., 2019）；（b-c）四川盆地西南部沐川地區(qū)地質(zhì)簡圖及綜合地層柱狀剖面圖（修改自1:20萬馬邊幅地質(zhì)圖）

丹霞地貌是一種以陡崖坡為特征的紅層地貌（黃進(jìn)，1982；彭華，2000，2020；郭福生等，2020）。四川盆地是我國最大的中生代紅層盆地，區(qū)內(nèi)丹霞地貌資源豐富（圖1a；羅成德，2005；齊德利等，2005；黃進(jìn)等，2015；Yan et al., 2019）。近年來，盡管部分學(xué)者對(duì)四川盆地丹霞地貌的時(shí)空分布、演化模式及成景機(jī)制等研究取得了長足的進(jìn)展（Qiu et al., 2015; 羅成德和王付軍，2018；王圻仲，2020），但是關(guān)于這些丹霞地貌巖石基礎(chǔ)的關(guān)注較為有限。本次研究對(duì)沐川地區(qū)白堊系窩頭山組（K1）磚紅色長石石英砂巖進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb定年分析，為理解四川盆地西南部丹霞紅層物源特征提供重要的年代學(xué)約束。

1 地質(zhì)背景與樣品概況

樂山市沐川縣位于四川盆地西南部，廣泛出露三疊紀(jì)至白堊紀(jì)地層（圖1b）。其中，白堊紀(jì)地層主要為窩頭山組（K1）（圖1c），構(gòu)成了沐川地區(qū)內(nèi)丹霞地貌的主要巖石基礎(chǔ)。窩頭山組巖性以磚紅色長石石英砂巖為主，與粉砂巖、砂質(zhì)頁巖互層，底部發(fā)育有礫巖或含礫砂巖。該組與下伏的侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3）呈平行不整合接觸關(guān)系，研究區(qū)內(nèi)未見其頂部。前人研究表明，沐川地區(qū)窩頭山組紅層為半干旱-干旱氣候下河流相沉積的產(chǎn)物，常見水平層理、斜層理、波痕及泥裂等沉積構(gòu)造（王圻仲，2020）。此外，該區(qū)內(nèi)地層大多都受到了褶皺作用的改造（圖1b），如沐川背斜、五指山背斜與靛蘭壩向斜等，整體上背斜構(gòu)造相對(duì)緊閉，而向斜則較開闊。窩頭山組地層主要產(chǎn)出于向斜核部，地層傾角較平緩。

圖2 （a）沐川地區(qū)白堊系窩頭山組（K1）紅層；（b）以丹霞赤壁為特征的“了情巖”；（c-e）磚紅色長石石英砂巖樣品20MC01的手標(biāo)本、單偏光及正交偏光顯微照片

本文樣品20MC01采自沐川地區(qū)干劍口一帶（圖1b），采樣點(diǎn)坐標(biāo)為28°51.07′N, 103°59.66′E。野外觀察可見，采樣點(diǎn)附近窩頭山組（K1）紅層產(chǎn)狀近水平（圖2a），這些碎屑巖經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕與崩塌等外動(dòng)力作用，形成頂部相對(duì)平緩且坡度大于60°的丹霞赤壁，其中以“了情巖”現(xiàn)象較為典型（圖2b）。樣品20MC01為磚紅色細(xì)粒長石石英砂巖（圖2c），主要礦物成分為石英（75%～85%）、長石（10%～20%）以及巖屑（<10%），它們的粒徑約為0.1～0.3 mm，多呈次圓狀至棱角狀，整體上分選性、磨圓度為中等至較差（圖2d和e）。

2 碎屑鋯石U-Pb定年方法與結(jié)果

本次研究樣品20MC01經(jīng)過粉碎后，按照常規(guī)流程分選出鋯石，再將其制靶并適當(dāng)剖光，隨后依次進(jìn)行鋯石透射光、反射光及陰極發(fā)光（CL）照相。鋯石原位U-Pb同位素測(cè)年在廣州拓巖測(cè)試技術(shù)有限公司利用激光剝蝕-電感耦合等離子質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）完成，激光束斑直徑為30 μm。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試將標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值校正，同時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)鋯石Ple ovice（Sláma et al., 2008）為質(zhì)量監(jiān)控標(biāo)樣。原始實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序（Liu et al., 2010），鋯石U-Pb年齡計(jì)算與諧和圖繪制利用Isoplot程序完成（Ludwig, 2003）。本文對(duì)較老的鋯石（>1000 Ma）和年輕鋯石（<1000 Ma）分別使用它們的207Pb/206Pb年齡和206Pb/238U年齡進(jìn)行討論，單點(diǎn)分析的年齡誤差為1σ。

樣品20MC01鋯石形態(tài)整體呈半自形-他形，以短柱狀至橢圓狀為主，粒徑介于50～150 μm之間。CL圖像揭示（圖3），該樣品中鋯石大部分都具有清晰的振蕩環(huán)帶，表明它們是巖漿成因的鋯石（吳元保和鄭永飛，2004）。同時(shí)，部分巖漿鋯石還發(fā)育了變質(zhì)增生邊。另外，還有少數(shù)暗色鋯石無環(huán)帶結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部呈斑雜狀或補(bǔ)丁狀，可能為變質(zhì)成因鋯石。本次研究對(duì)樣品20MC01中的59顆鋯石進(jìn)行了59個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表1和圖4。其中，52個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)不諧和度小于10%，被選擇進(jìn)行后續(xù)的年齡統(tǒng)計(jì)分析（圖5）。它們的Th/U比值主要為0.32～1.11（表1），指示該樣品碎屑鋯石可能主要來源于巖漿巖。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)年齡變化范圍為2565～205 Ma，它們?cè)谒樾间喪挲g譜圖中呈現(xiàn)多峰分布的特征（圖5），可以主要分為5個(gè)年齡組：2565～2398 Ma（19%）、1972～1794 Ma（17%）、821～728 Ma（19%）、449～408 Ma（12%）與301～205 Ma（23%），其峰值分別為2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma與211 Ma；另外5顆碎屑鋯石（10%）的諧和年齡分別為1655 ± 29 Ma、1461 ± 32 Ma、1109 ± 75 Ma、907 ± 15 Ma與369 ± 4 Ma（表1）。

圖3 樣品20MC01碎屑鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像及其U-Pb年齡

圖4 樣品20MC01碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖

3 討論

前人曾對(duì)沐川地區(qū)西南部窩頭山組（K1）丹霞紅層進(jìn)行地球化學(xué)分析，并推測(cè)其碎屑沉積物質(zhì)來自于松潘-甘孜地區(qū)（王圻仲，2020），但缺乏相關(guān)年代學(xué)數(shù)據(jù)的制約。碎屑鋯石U-Pb定年分析是探討沉積巖物源問題的重要途經(jīng)（萬渝生等，2003；吳元保和鄭永飛，2004）。本文對(duì)研究區(qū)窩頭山組磚紅色長石石英砂巖開展了相關(guān)測(cè)年工作。樣品20MC01碎屑鋯石CL圖像和年齡譜特征顯示（圖3和5），窩頭山組可能具有更復(fù)雜的物源區(qū)。樣品的52個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)明顯集中分布于2565～2398Ma、1972～1794Ma、821～728Ma、449～408Ma與301～205Ma等5個(gè)年齡區(qū)間，其峰值分別為2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma與211Ma（圖5）?，F(xiàn)有資料表明，樂山大佛寺剖面白堊系夾關(guān)組（K1-2）丹霞紅層存在類似的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，其碎屑鋯石U-Pb年齡主要?jiǎng)澐譃?521～2497Ma、1946～1817Ma、877～759Ma、500～420Ma與287～211Ma等5個(gè)年齡組（喬恒忠等，2021）。此外，Li et al. (2018)在川南地區(qū)白堊系紅層中也報(bào)道了相近的碎屑鋯石U-Pb定年結(jié)果。這些數(shù)據(jù)指示，四川盆地西南部丹霞紅層物源具有明顯的多元性，并且富含新太古代-古元古代、新元古代和印支期的年齡信息。

表1 樣品20MC01鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年分析結(jié)果表

本文樣品20MC01中的2565～2398Ma（19%）和1972～1794Ma（17%）的碎屑鋯石占有一定的比例，它們和揚(yáng)子陸塊西緣、北緣新太古代-古元古代的構(gòu)造熱事件時(shí)間上能夠較好地對(duì)應(yīng)（崔曉莊等，2020；鄧奇等，2020），表明揚(yáng)子陸塊周緣古老的基底雜巖為四川盆地西南部白堊系窩頭山組（K1）紅層提供了部分碎屑物質(zhì)。同時(shí)，揚(yáng)子陸塊西緣還廣泛出露新元古代（860～750Ma）巖漿巖（李獻(xiàn)華等，2002；賴紹聰和朱毓，2020），樣品20MC01中821～728Ma（19%）的年齡記錄與這些巖漿活動(dòng)時(shí)代十分相似，指示它們也是研究區(qū)窩頭山組重要的沉積物質(zhì)來源之一。樣品中還發(fā)現(xiàn)一組449～408Ma（12%）的碎屑鋯石，而四川盆地西南部缺乏加里東期巖漿-變質(zhì)事件的記錄，推測(cè)它們可能源自盆地北緣的秦嶺造山帶（Li et al., 2018）。此外，樣品碎屑鋯石年齡譜中存在一個(gè)301～205Ma（23%）的強(qiáng)峰（圖4），該年齡組與四川盆地西側(cè)松潘-甘孜地體及義敦地體中的大量印支期巖漿巖形成時(shí)代相吻合（侯增謙等，2001；胡建明等，2005），因此認(rèn)為這些地體是沐川地區(qū)窩頭山組重要的物源區(qū)。值得注意的是，本次研究樣品與四川盆地內(nèi)三疊系至侏羅系碎屑鋯石年齡分布特征具有一定的相似性（Li et al., 2018），暗示盆地內(nèi)先存地層的再循環(huán)也可能為窩頭山組提供碎屑沉積物。

圖5 樣品20MC01碎屑鋯石U-Pb年齡頻率分布直方圖

4 結(jié)論

本次研究對(duì)沐川地區(qū)白堊系窩頭山組（K1）磚紅色長石石英砂巖碎屑鋯石開展LA-ICP-MS U-Pb定年分析，研究表明樣品20MC01碎屑鋯石年齡主要集中于2565～2398 Ma、1972～1794 Ma、821～728 Ma、449～408 Ma與301～205 Ma，其峰值分別為2523 Ma、1864 Ma、805 Ma、427 Ma與211 Ma。結(jié)合前人成果，本文認(rèn)為四川盆地西南部白堊系丹霞紅層碎屑沉積物可能主要來自揚(yáng)子陸塊西、北緣新太古代-古元古代基底雜巖與新元古代巖漿巖、松潘-甘孜地體以及義敦地體印支期巖漿巖。

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, Ko?ler J, Condon D J, et al. 2008. Ple?ovice 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, Ka?anin-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.

崔曉莊, 任光明, 孫志明, 王鵬, 劉石磊, 鄧奇, 任飛, 龐維華. 2020. 揚(yáng)子陸塊西南緣早前寒武紀(jì)撮科雜巖記錄的多期巖漿-變質(zhì)事件[J]. 地球科學(xué), 45(8): 3054-3069.

鄧奇, 汪正江, 任光明, 崔曉莊, 曹華文, 寧括步, 任飛. 2020. 揚(yáng)子地塊西北緣～2.09 Ga和～1.76 Ga花崗質(zhì)巖石：Columbia超大陸聚合-裂解的巖漿記錄[J]. 地球科學(xué), 45(9): 3295-3312.

郭福生, 陳留勤, 嚴(yán)兆彬, 劉富軍, 潘志新, 張煒強(qiáng), 胡海平. 2020. 丹霞地貌定義、分類及丹霞作用研究[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 94(2): 361-374.

侯增謙, 曲曉明, 周繼榮, 楊岳清, 黃典豪, 呂慶田, 唐紹華, 余今杰, 王海平, 趙金花. 2001.三江地區(qū)義敦島弧碰撞造山過程:花崗巖記錄[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 75(4): 484-497.

胡健民, 孟慶任, 石玉若, 渠洪杰. 2005. 松潘-甘孜地體內(nèi)花崗巖鋯石SHRIMP定年及其構(gòu)造意義[J]. 巖石學(xué)報(bào), 21(3): 867-880.

黃進(jìn), 陳致均, 齊德利. 2015. 中國丹霞地貌分布(上)[J]. 山地學(xué)報(bào), 33(4): 385-396.

黃進(jìn). 1982. 丹霞地貌坡面發(fā)育的一種基本方式[J]. 熱帶地理, 3(2): 107-134.

賴紹聰, 朱毓. 2020. 揚(yáng)子板塊西緣新元古代典型中酸性巖漿事件及其深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制: 研究進(jìn)展與展望[J]. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào), 26(5): 759-790.

李獻(xiàn)華, 李正祥, 周漢文, 劉穎, 梁細(xì)榮. 2002. 川西新元古代玄武質(zhì)巖漿巖的鋯石U-Pb年代學(xué)、元素和Nd同位素研究: 巖石成因與地球動(dòng)力學(xué)意義[J]. 地學(xué)前緣, 9(4): 329-338.

羅成德, 王付軍. 2018. 樂山市丹霞地貌研究[J]. 樂山師范學(xué)院學(xué)報(bào), 33(8): 49-57.

羅成德. 2005. 四川丹霞地貌的區(qū)域差異[J]. 樂山師范學(xué)院學(xué)報(bào), 20(12): 134-138.

彭華. 2000. 中國丹霞地貌研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué), 20(3): 203-211.

彭華. 2020. 丹霞地貌學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社, 1-200.

齊德利, 于蓉, 張忍順, 葛云健, 李加林. 2005. 中國丹霞地貌空間格局[J]. 地理學(xué)報(bào), 60(1): 41-52.

喬恒忠, 孫永興, 侯詩雨, 邱子鑫, 李彤彤, 張志清. 2021. 樂山大佛白堊紀(jì)丹霞紅層物源分析: 來自碎屑鋯石U-Pb年齡的制約[J]. 樂山師范學(xué)院學(xué)報(bào), 36(8): 58-64.

萬渝生, 張巧大, 宋天銳. 2003. 北京十三陵長城系常州溝組碎屑鋯石SHRIMP年齡: 華北克拉通蓋層物源區(qū)及最大沉積年齡的限定[J]. 科學(xué)通報(bào), 48(18): 1970-1975.

王圻仲. 2020. 川西南地區(qū)莜壩-中都丹霞地貌成景機(jī)制及脆弱性研究[D]. 成都理工大學(xué), 1-143.

吳元保, 鄭永飛. 2004. 鋯石成因礦物學(xué)研究及其對(duì)U-Pb年齡解釋的制約[J]. 科學(xué)通報(bào), 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

樂山市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20ZRKX011）；四川省社會(huì)科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)研究基地重大項(xiàng)目（SC20EZD015）；四川旅游發(fā)展研究中心項(xiàng)目（LY21-24）；樂山師范學(xué)院科研項(xiàng)目（PTZZ202001）；國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202010649019）

邱子鑫（2000— ），女，四川綿陽人，本科生，研究方向：自然地理學(xué)

喬恒忠（1991— ），男（壯族），廣西河池人，博士，副教授，研究方向：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)