松潘地區尕海盆地上白堊統熱魯組物源分析及其意義

葛玉魁，王成善，，李亞林，張玉修

(1.中國地質大學 地質過程與礦產資源國家重點實驗室，北京100083;2.中國地質大學 地球科學與資源學院，北京100083)

松潘地區尕海盆地上白堊統熱魯組物源分析及其意義

葛玉魁1，2，王成善，1，2，李亞林1，2，張玉修2

(1.中國地質大學 地質過程與礦產資源國家重點實驗室，北京100083;2.中國地質大學 地球科學與資源學院，北京100083)

運用Dickinson三角圖解和碎屑鋯石年齡分析方法，對松潘地區白龍江隆起西段尕海盆地上白堊統熱魯組物源及沉積背景進行了研究。熱魯組砂巖巖屑以變質巖為主，碎屑物質成分和結構成熟度較低;Dickinson三角圖解顯示熱魯組砂巖物源主要來自再旋回造山帶的石英再旋回和過渡再旋回帶;碎屑鋯石分析顯示最新年齡為137 Ma，指示該地層時代應晚于早白堊世早期;碎屑鋯石U-Pb年齡基本上繼承了區域上三疊紀地層的碎屑鋯石年齡分布特征，說明熱魯組碎屑物質主要來自于區域上三疊紀地層，較少或幾乎沒有來自前三疊紀地層，而現今展布于盆地周圍的下伏前三疊紀地層，晚白堊世時期尚未出露遭受剝蝕，同時這一結論也與松潘地區的熱年代學數據揭示的構造背景相一致。

碎屑鋯石U-Pb年齡;物源分析;松潘地體;白龍江隆起

0 引 言

物源分析已成為研究沉積盆地與造山帶關系的紐帶，為學者提供了一個研究盆山相互作用的有效切入點(Dickinson，1985)。砂巖碎屑組分與所受大地構造背景密切相關，尤其是對碎屑鋯石U-Pb年齡的研究(Howard et al.，2009;Chew et al.，2010;Duan et al.，2010)，通過物源分析了解物源區的大地構造背景，將沉積巖的成分、結構、構造與所處的大地構造背景聯系在一起，對重建古地理面貌具有重要的意義(汪正江和陳洪德，2000;王成善和李祥輝，2003;趙紅格和劉池洋，2003)。因此，本文選用晚白堊世沉積砂巖作為研究對象，研究盆地物源及沉積背景。松潘地區幾乎全部為三疊系復理石所覆蓋(Dickinson et al.，1983;孟慶任等，2007;張季生等，2007)，區域上前白堊紀地層尤其是三疊系復理石前人已做過大量的研究工作，因白堊紀地層發育局限，地層零星分布，對白堊紀地層的沉積特征、物源情況及區域沉積背景研究較少。位于白龍江隆起之上的尕海盆地，發育白堊系陸相碎屑巖沉積地層，為研究該區構造、地層演化提供了有利條件。因此，對該盆地白堊系碎屑沉積的詳細研究，對理解松潘－甘孜地區晚中生代演化具有重要意義。本文對研究區內上白堊統熱魯組沉積砂巖碎屑成分、碎屑鋯石年齡等進行了系統分析，進而對尕海盆地沉積砂巖物源性質、沉積特征及其所處的大地構造背景進行了系統的研究。

1 區域地質概況

松潘－甘孜和西秦嶺地處中國西部，是中國大陸重要的基本構造單元(楊逢清和楊恒書，1994;張國偉等，2004;Weislogel et al.，2006)。三疊紀之前，松潘－甘孜和西秦嶺地區為多個有限洋盆(Chang，2000)，中－晚三疊世洋殼消減俯沖，形成一個三面圍限的殘余洋盆，廣泛發育巨厚復理石沉積(Yin and Nie，1993;王志鵬，2009)。下三疊統菠茨溝組、日拉溝組，局限分布于爐霍、九寨溝地區，沉積厚度相對薄;中三疊統雜谷腦組分布最為廣泛;上三疊統的扎尕山組、侏倭組、新都橋組、瓦多組、兩河口組、雅江組分布廣，厚度大，各地層之間均呈整合接觸關系(Yin，2003;蘇本勛等，2006;范曉，2009)。晚三疊世末，揚子板塊持續向北俯沖，松潘－甘孜復理石在北、西南和東側擠壓作用下，廣泛發生強烈的褶皺變形，奠定了現今松潘－甘孜褶皺帶的基本構造格架(許志琴，1992;Harrowfield and Wilson，2005)。熱年代學數據表明晚三疊世的印支運動導致松潘地區廣泛發育斷層和褶皺，直到30 Ma左右的古近紀變形，大約100 Ma時間內，該區保持相對穩定，構造變形較弱(Roger et al.，2011)。

尕海盆地(圖1)位于四川省若爾蓋和甘肅省瑪曲縣(西部)及迭部縣(東部)接壤帶，南鄰松潘－甘孜，北接西秦嶺。區域上位于阿尼瑪卿斷裂以北，白龍江隆起之上，北部控制邊界為迭山斷裂，南部為瑪曲斷裂。松潘地塊北緣和西秦嶺造山帶深地震反射探測表明，松潘地區和西秦嶺造山帶同屬一個穩定的大陸地塊——松潘甘孜地塊，白龍江隆起的大地構造屬性應歸屬于松潘甘孜地塊(高銳等，2006;牛新生等，2010)。

研究區出露震旦系至古生界，白龍江隆起兩側坳陷內大面積分布強烈變形、變質的三疊紀地層(Huang et al.，2003;Ratschbacher et al.，2003)，白堊系較為分散，現今孤立展布(圖2)。上白堊統熱魯組為一套紫紅色陸相粗碎屑巖組合，具有下粗上細的韻律結構，劃分為下部礫巖組和上部砂泥巖組。

圖1 研究區大地構造位置圖Fig.1 Geotectonic map showing the location of the Gahai basin

圖2 尕海盆地地質圖Fig.2 Simplified geologic map of the Gahai basin in Songpan-Ganze region

2 巖石學特征

熱魯組以陸源碎屑巖為主，含少量泥巖和石膏巖。碎屑巖以中粒砂巖為主，次為礫巖。由于碎屑巖的碎屑成分可以直接反應物源區巖石性質，碎屑結構可以揭示物源區構造活動特征，因此，碎屑巖物源區分析一直是沉積盆地分析的主要內容(Dickinson，1985;Miall，2000)。

2.1 礫巖

熱魯組礫巖為一套磚紅色厚層－塊狀中－粗礫巖。礫石成分以棕色、灰色灰巖、紫色泥灰巖、砂巖和石英巖為主，少量火山凝灰巖、粉砂巖等。礫徑以0.2～12 cm為主，含礫約為60%，次圓－次棱角狀，分選差，多為鈣質和鐵質基底式膠結，填隙物主要為細礫、砂質和泥質。礫巖物源區巖性以變質石英砂巖、硅質巖、灰巖為主。

2.2 砂巖

砂巖多呈透鏡狀產出，紫紅色、紫灰色，中－細粒，以巖屑砂巖主，少量石英巖屑砂巖和巖屑石英雜砂巖。巖屑砂巖碎屑物質成分和結構成熟度較低，碎屑含量88%～95%，以變質巖巖屑為主，伴有沉積巖和巖漿巖巖屑，巖屑含量20%～40%，結構以次棱角、次圓狀為主，石英和長石的磨圓度比巖屑好，顆粒支撐，鈣質膠結(圖3)。

3 研究方法與結果

3.1 碎屑成分研究法

碎屑含量的統計采用數點法，即在顯微鏡下對砂巖薄片中的石英、長石、巖屑顆粒個數分別進行統計，單個薄片統計總數在400顆以上。每個薄片以統計碎屑顆粒總數為總體，對石英、長石、巖屑相對比例進行換算，獲得碎屑顆粒實際百分含量。之后利用TriPlot三角圖軟件，將碎屑顆粒實際百分含量投點到Dickinson 1983年修改版三角圖圖解和Dickinson 1985年輔助三角圖圖解之上(Dickinson et al.，1983;Dickinson，1985)，從而獲得物源區的巖石類型以及構造背景信息。雖然巖石存在成巖作用的改造，但這并不影響碎屑含量的統計，誤差小于3%(魏玉帥等，2006)。投影結果顯示碎屑組分主體落在再旋回造山帶的石英再旋回和過渡再旋回區域(圖4)。

圖3 熱魯組巖屑砂巖典型顯微照片(放大倍數5×10)Fig.3 Representative micrographs of the Relu Formation sandstones

圖4 尕海盆地熱魯組砂巖碎屑成分三角圖解(Dickinson et al.，1983;Dickinson，1985)Fig.4 Triangular Qm-F-L and Qm-F-Lt plots for the sandstones from the Relu Formation of Gahai basin

3.2 碎屑鋯石分析法

3.2.1 樣品處理及分析方法

本區晚白堊世熱當壩剖面位于若爾蓋縣紅星鄉北(圖2)，起點距紅星鄉塔瑪村南4 km左右，終點為熱當壩磚瓦廠。本文研究碎屑砂巖樣品(K2)取自該剖面。鋯石分析在河北區調隊(廊坊)完成，約5 kg的中粒砂巖樣品，經淘洗、電磁選和重液分選后，在雙目鏡下隨機選取大小和形態各異的鋯石顆粒。鋯石制靶和鋯石陰極發光(CL)圖像的拍攝在中國地質科學院完成。碎屑鋯石U-Pb年齡測定在西北大學大陸動力國家重點實驗室激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS)上完成。標樣采用91500std、GJ-1 和 GSE-1G;pulse=350;rep rate=8 HZ;激光斑束直徑為35 μm。首先要進行樣靶(a771、a772)的安裝，在完成樣靶的清洗后，用酒精溶液將樣靶表面的鍍金拭去，然后等待LA-ICP-MS儀預熱完畢，最后安裝樣靶。實驗流程為每測定5個樣品點測定一次鋯石標準(Wiedenbeck et al.，1995)，每測定20個樣品測定一次GSE、GJ。試驗中采用He作為剝蝕物質的載氣，用標準參考物質NIST SRM610進行儀器最佳化，使儀器達到最大靈敏度、最小氧化物產率、最低背景值和穩定的信號。采樣方式為單點剝蝕，信號采集選用快速跳峰方式(Peak jumping)，接收物質有202Hg、204Pb(204Hg)、206Pb、207Pb、和238U。

樣品選取85顆鋯石點采集數據。對于碎屑鋯石年齡大于1000 Ma的樣品，由于大量放射性成因Pb的存在因而采用207Pb/206Pb表面年齡，而對于小于1000 Ma的樣品，由于可用于測量的放射性成因Pb含量較低和普通Pb校正的不確定性，因而采用更為可靠的206Pb/238U表面年齡(柳小明和袁洪林，2002)。

圖5 部分碎屑鋯石陰極發光圖片(圖片所標數值為分析點號及對應年齡)Fig.5 Cathodoluminscence images of analyzed zircons(the figures in circles denote spot numbers and ages)

3.2.2 鋯石的形態特征

鋯石陰極發光不僅對鋯石的成因、內部結構、環帶發育有重要指示作用，而且在測年及同位素測試過程中起著重要的參考作用(閆義等，2003;Yuan et al.，2004)。測試所選鋯石環帶發育良好，代表自巖漿活動形成后沒有遭受足以影響鋯石封閉系統受到破壞的構造熱事件。個別鋯石具有典型核－幔－邊環帶特點，核部代表成巖過程中鋯石結晶年齡，而邊部則代表變質年齡。鋯石整體呈現以下幾點特征(圖5):(1)鋯石的發光程度不均一，部分鋯石發光較差;(2)鋯石環帶發育，部分鋯石核－幔－邊較明顯;(3)具有復雜的成因構造，以巖漿成因鋯石為主，極少數可能受到變質干擾。(4)鋯石顆粒形態不一，部分磨圓較差，有明顯的棱角狀，并且受到一定的機械破壞，呈碎屑狀，可能時代較老造成的。(5)顆粒粒度較大。

3.2.3 鋯石年齡

共選取85顆鋯石進行LA-ICP-MS U-Pb測年，獲得78個諧和數據點(表1)。這些數據點均分布在諧和線附近，表明U-Pb同位素體系基本上保持封閉狀態，受巖漿活動或者變質作用導致的定年系統破壞擾動微弱或不存在。利用Isoplot繪出年齡分布頻率直方圖(圖6)。

圖6 尕海盆地晚白堊世碎屑沉積巖鋯石U-Pb年齡分布頻率圖Fig.6 Zircon U-Pb age distributing frequency diagram for the Late Cretaceous clastic sedimentary rocks in the Gahai basin

最古老鋯石年齡為(2575±10)Ma、(2575±12)Ma，編號分別為K2-13，K2-19。最新年齡(137±2)Ma，為早白堊世，編號為K2-24。表明該套地層時代應晚于早白堊世。盆內早白堊世財寶山組發育一套灰－灰白色中酸性流紋質英安巖及英安質流紋巖，可能是早白堊世碎屑物質的主要來源。年齡直方圖(圖6)顯示碎屑鋯石具有從2575～137 Ma很大的年齡譜范圍，年齡總體分布于兩個區間，為220～480 Ma(共29粒)和1600～2575 Ma(共44粒)，沒有具有絕對優勢的峰值年齡，相對較強的峰值出現在226 Ma、1786 Ma和1995 Ma附近。曲線特征表明尕海盆地鋯石年齡具有年齡跨度大的特點，很難從單個年齡段分析其物源。

表1 松潘地區尕海盆地上白堊統熱魯組碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb results of the detrital zircons from the Upper Cretaceous series in the Gahai basin of the Songpan region

(續表1)

4 分析與討論

據前人古生物研究結果及下伏地層中火山巖年齡為(112±27)Ma，熱魯組屬晚白堊世－古近紀(何萌，2009)。碎屑鋯石測年最新年齡為137 Ma，指示該地層時代應晚于早白堊世早期。

巖石成分和結構成熟度較低，推斷巖石搬運距離近或者來自地形高處。巖屑抗風化能力弱，其大量出現反映當時干燥的氣候條件和快速的剝蝕堆積環境，碎屑物離開源區后近源快速堆積。Dickinson三角圖解結果表明上白堊統熱魯組物源區主要為再旋回造山帶，反映物源區以沉積巖和變質巖為主。但是碎屑鋯石年齡曲線表明尕海盆地鋯石具有年齡跨度大的特點，很難從單個年齡段分析其物源。

前人對松潘甘孜地區三疊紀的沉積碎屑物物源進行了大量的研究工作，這為本文的研究奠定了基礎。盡管前人對松潘－甘孜地區碎屑鋯石研究數據各有不同的解釋，但碎屑鋯石年齡分布基本一致。Weislogel等(2006)認為松潘－甘孜三疊系復理石分為南部沉降中心和北部沉降中心。晚侏羅世早期南部沉降中心主要接受秦嶺－大別造山帶碎屑物，之后接受秦嶺－大別造山帶和華北地塊碎屑物質，晚侏羅世晚期以秦嶺－大別造山帶、華北地塊和華南地塊作為物源區。北部沉降中心主要以秦嶺－大別造山帶和華北地塊作為物源區。隆升前兩者又被后期的構造作用混合，使其具有基本一致的碎屑鋯石年齡分布特征。

將前人研究成果與尕海盆地碎屑鋯石年齡分布進行對比，整體分析碎屑鋯石年齡曲線特征，總結出尕海盆地物源特征。圖7為碎屑鋯石年齡分布曲線對比圖。其中主要與Weislogel等(2006)、王偉等(2007)和劉飛等(2006)、陳岳龍等(2008)在該區所做研究結果進行對比，Weislogel等(2006)研究的新都橋組和雅江組樣品取自阿壩－壤塘一線。阿壩－壤塘一線三疊紀復理石砂巖碎屑組分來源與瓦切－川主寺一線相似(王志鵬，2009);卡車組樣品位于白龍江隆起北部的洮河坳陷(Weislogel et al.，2006)，卡車組為若爾蓋地區一套上三疊統(Yin，2003)，王偉等(2007)和劉飛等(2006)的樣品均取自白龍江隆起南部的若爾蓋坳陷;陳岳龍等(2008)的樣品取自松潘－甘孜東北合作地區。盡管前人的研究區地理位置與本文研究區關系并不大，但樣品均采自松潘－甘孜中－上三疊統，且中－上三疊統在該區域分布廣，厚度大(Yin，2003;范曉，2009)。

本文所得年齡分布曲線與前人研究結果對比(圖7)顯示，碎屑鋯石年齡譜總體分布非常吻合。如圖6，尕海盆地碎屑鋯石年齡存在五個峰值，分別為 230 Ma、300 Ma、440 Ma、1700～2000 Ma 和2520～2500 Ma，中－上三疊統碎屑鋯石年齡數據也具有相同的峰值分布特點。尕海盆地碎屑鋯石年齡在800 Ma和1000 Ma附近也有少量分布，在中－上三疊統中如圖7所示，雜谷腦組、新都橋組、雅江組均有少量分布。盡管對比數據采集位置與研究區相差甚遠，但尕海盆地也廣泛發育中－上三疊統，扎尕山組、雜谷腦組、新都橋組、侏倭組等正好為晚白堊世盆地提供物質來源。說明尕海盆地物源主要來自該區內三疊紀地層，較少或幾乎沒有來自前三疊紀地層。

圖7 尕海盆地晚白堊世碎屑沉積巖鋯石U-Pb年齡與三疊紀碎屑鋯石年齡對比圖Fig.7 Comparison of zircon age distribution for the Late Cretaceous clastic sedimentary rocks in the Gahai basin and other sedimentary rocks in the region

晚三疊世以來松潘－甘孜造山帶形成，區域地層開始抬升剝蝕(Sengr，1987;饒榮標，1987;楊逢清和楊恒書，1994)。晚燕山期，西秦嶺－松潘一帶又發生了一次伸展作用而形成廣泛分散的白堊紀到古近紀斷陷紅色陸相盆地，并常沿走滑斷裂呈拉分盆地型斜列分布(郭福祥，1999;蘇本勛等，2006;王清晨和蔡立國，2007)。熱年代學數據顯示該區所有巖體冷卻歷史相似，侏羅紀和白堊紀非常緩慢有規律地冷卻，表明在該時期無重要的構造事件，松潘－甘孜地區經歷了晚三疊世末期快速隆升之后，在很長一段時間內保持相對穩定(Roger et al.，1995，2000，2011)。晚白堊世，盆地周圍地層遭受剝蝕，盆地接受沉積，測年結果顯示碎屑鋯石繼承了三疊紀地層的碎屑鋯石年齡分布特征，指示沉積物源主要為遭受了區域變質作用的三疊系，而受前三疊系影響較小，較少或幾乎沒有來自前三疊紀地層。說明尕海盆地熱魯組主要接受區域上三疊系的剝蝕物。盆地周圍物源區均出露三疊系，而現今展布于盆地周圍的前三疊系，晚白堊世還未出露遭受剝蝕。由于地形相對變化不大，盆地周圍整體以出露三疊系為主，松潘地區整體隆升以后，白龍江地區前三疊系還未剝露，表明白龍江地區在晚白堊世還未隆起。對于松潘－甘孜地區白堊紀整體的地貌形態和構造背景的確定還需要進一步研究。

5 結 論

(1)尕海盆地上白堊統熱魯組砂巖碎屑與區域三疊系巖石成分特征相似，成分和結構成熟度較低，顯示短距離搬運沉積的特點。熱魯組碎屑成分三角圖解投點主要落在再旋回造山帶的石英再旋回和過渡再旋回范圍，物源主要來自松潘－甘孜褶皺帶的再旋回沉積。

(2)碎屑鋯石年齡顯示該地層晚于早白堊世，碎屑鋯石U-Pb年齡基本繼承了三疊紀地層的碎屑鋯石年齡分布特征，指示熱魯組沉積物主要來自于松潘－甘孜和西秦嶺三疊紀地層，較少或幾乎沒有來自前三疊紀地層，說明晚白堊世尕海盆地主要接受三疊紀地層剝蝕物質，而現今展布于盆地周圍的下伏前三疊紀地層，晚白堊世時尚未出露遭受剝蝕，與前人熱年代學數據所得出的晚白堊世該區處于相對穩定構造背景相一致。

致謝:真誠感謝中國地質大學(武漢)馬昌前教授、李方林教授提出的寶貴意見，在寫作和修改過程中得到魏玉帥教授、戴緊根博士的熱心幫助和寶貴建議，在此表示衷心感謝!

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Provenance Study on Sediments in the Gahai Basin of the Songpan and its Geological Significance

GE Yukui1，2，WANG Chengshan1，2，LI Yalin1，2and ZHANG Yuxiu2
(1.State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing100083，China;2.School of Earth Sciences and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing100083，China)

The Songpan-Ganzi fold belt in central China is located in the junction of the Qiangtang Block，North China Block and Yangtze Block.In this region，the the pro-Triassic sequences are well developed，while the sediments of Jurassic and Cretaceous are rare.The research of the Gahai basin provides significant information about the evolution of the Jurassic and Cretaceous sedimentation.Using detrital zircon geochronology and Dickinson triangular plots，distinct sediment sources of the Relu Formation can be distinguished in the Gahai basin which is in the Bailongjiang uplift of Songpan-Ganze block.The types of detritus and quartz indicate that the provenance is mainly metamorphic rocks，with low compositional and textural maturities.The source originates from the quartzose recycled origin and transitional recycled origin as exhibited in the Dickinson triangular plots.The youngest concordant age of the detrital zircons from the Relu Formations is 137 Ma，which indicates that the Relu Formation was developed in Late Cretaceous.The results show that the detrital zircons in the Relu Formation were inheritance from the Triassic strata in Songpan-Ganze area.It suggests that the provenance of the Relu Formation was mainly derived from recycled Triassic sedimentary of the Songpan-Ganze complex near Bailongjiang uplift.Actually，the underlying pre-Triassic strata occurring around the basin were not uplifted as denudation areas and provided sediment material to the Gahai basin in Late Cretaceous，which is also supported by the thermochronological results.

detrital zircon;U-Pb ages;provenance analysis;Songpan block;Bailongjiang uplift

P597;P588.2

A

1001-1552(2012)02-0301-011

2011－05－22;改回日期:2011－10－31

項目資助:本文由“松潘地區構造－地層格架與油氣遠景”項目資助。

葛玉魁(1986－)，男，碩士研究生，主要從事含油氣盆地分析研究。Email:yukuige@126.com

王成善，Email:chshwang@cugb.edu.cn