李 超,胡修棉
內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室,南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,南京 210023
大別—蘇魯造山帶是東亞地區(qū)最重要的碰撞造山帶之一,構(gòu)成了華南華北板塊的界線(Wu and Zheng, 2013; Zhang et al., 1996),出露大規(guī)模的高壓/超高壓變質(zhì)帶(Ernst et al., 2007; Wang et al.,1989; Xu et al., 1992), 前人已在超高壓變質(zhì)帶的空間分布范圍、變質(zhì)作用時代、折返機(jī)制等方面取得了重要進(jìn)展(鄭永飛, 2008)。大別造山帶是從何時開始抬升成為周緣盆地物源區(qū)的?由于持續(xù)的構(gòu)造改造和剝蝕作用,與這一時間節(jié)點有關(guān)的證據(jù)保存較少,尚未得到清晰限定。最有效的研究方式是在與造山過程耦合的盆地中尋找早期沉積記錄。在大別造山帶的形成過程中,其周邊產(chǎn)生了一系列沉積盆地,保存或部分保存了造山帶剝露過程的信息(Liu and Zhang, 2013; 李任偉, 2010)。前人對這些沉積物進(jìn)行了物源分析,通過沉積學(xué)、礦物學(xué)、同位素年代學(xué)等方法(Li et al., 2019; Liu et al., 2005;Liu and Zhang, 2013; Yang et al., 2010),基于對變質(zhì)巖礫石成分的分析,以及對碎屑多硅白云母、含柯石英包裹體的造山期碎屑鋯石、碎屑石榴子石等礦物的分析(Li et al., 2005; Wang et al., 2009; 李任偉,2010),獲得了秦嶺—大別造山帶,特別是高壓—超高壓變質(zhì)帶作為區(qū)域內(nèi)主物源區(qū)的系列認(rèn)識。在造山帶北側(cè),以秦嶺—大別造山帶為主要源區(qū)的最早沉積記錄時代體現(xiàn)了南北向的穿時性,在距離造山帶較近的合肥盆地、南召盆地,最早沉積記錄為上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)地層(Wang et al., 2020; Yang et al., 2018),在距離較遠(yuǎn)的濟(jì)源盆地則為中三疊統(tǒng)(Yang et al., 2014);在造山帶南側(cè),以秦嶺—大別造山帶為主要源區(qū)的最早沉積記錄沒有顯示穿時性,黃石盆地和秭歸盆地均被認(rèn)為自早侏羅世開始以秦嶺—大別造山帶為主要物源區(qū)(Wang et al.,2009; Yang et al., 2010; 佘振兵, 2007),Liu(2005)基于秦嶺—大別造山帶南側(cè)中生代沉積盆地系統(tǒng)性物源分析,反演了從晚三疊世至早白堊世揚子板塊北緣由東向西的沉積構(gòu)造格局演化過程,并提出大別造山帶南部至少在晚三疊世已經(jīng)開始剝蝕,并成為揚子板塊北緣的主要源區(qū)。
如上所述,前人研究區(qū)域多集中在大別造山帶西側(cè)、南側(cè)、北側(cè),關(guān)注超高壓變質(zhì)巖的早期剝露等問題,對現(xiàn)今造山帶東側(cè)中生代盆地的研究較少。夏邦棟和李培軍(1996)認(rèn)為下?lián)P子區(qū)東北緣中三疊統(tǒng)黃馬青組屬于大別造山帶抬升形成的前陸盆地記錄,但更詳細(xì)的研究仍有待開展。本文對寧蕪盆地南京地區(qū)的中三疊統(tǒng)黃馬青組進(jìn)行了碎屑組分統(tǒng)計、碎屑中礦物鑒定、碎屑鋯石U-Pb定年等分析,并與南京地區(qū)晚古生代陸源碎屑巖和大別造山帶東部其他盆地的陸源碎屑巖進(jìn)行對比,對下?lián)P子地區(qū)中三疊世盆地與大別造山帶的關(guān)系進(jìn)行了探討,認(rèn)為寧蕪盆地中三疊統(tǒng)黃馬青組接受了大別造山帶早期抬升、剝蝕產(chǎn)生的沉積物,記錄了造山帶最早剝露的信息。
一般認(rèn)為,華南、華北板塊在三疊紀(jì)時期碰撞拼貼,形成了秦嶺—桐柏—大別—蘇魯造山帶(Li et al., 2017; Meng and Zhang, 1999; Yin and Nie,1993; 圖1)。華北板塊東南及南向以秦嶺-大別-蘇魯造山帶與華南板塊相隔,向西為塔里木克拉通,華北板塊廣泛分布太古代基底物質(zhì)2.6~2.4 Ga(Darby and Gehrels, 2006);泛華北造山帶形成于東部和西部的古元古代拼貼過程,保存有1.9~1.8 Ga巖漿巖(Yang et al., 2010; Zhao et al., 2008);華北板塊南緣,即秦嶺造山帶北緣,出露古生代變巖漿巖、侵入巖(年齡約為~480 Ma和~400 Ma)(Hacker et al., 1998)。華南板塊由北部的揚子板塊和南部的華夏板塊沿江山—紹興斷裂帶拼貼而成;揚子板塊具有早于3.2 Ga的太古代基底(Qiu et al.,2000),其北緣分布有1.9~2.0 Ga巖漿巖(Ames et al., 1996),揚子板塊南部的江南造山帶分布有大量古代巖漿,年齡集中在0.8~0.87 Ga之間(Wang et al., 2008; Wu et al., 2006; Zheng et al., 2008);南部的華夏板塊具有2~1.8 Ga的古元古代基底(Xia et al., 2012)和廣泛分布的早古生代的415~460 Ma巖漿巖(Li et al., 2010)。另外,華南板塊晚古生代中廣泛出現(xiàn)250~350 Ma碎屑鋯石,可能與太平洋板塊向華南板塊的早期俯沖有關(guān)(Hu et al., 2015;Hu et al., 2012; Li et al., 2020; Li et al., 2012; 李超等,2017)。大別造山帶由南至北包括宿松雜巖帶、南大別低溫榴輝巖帶、中大別超高壓變質(zhì)帶、北大別雜巖帶及北淮陽帶,分別屬于華南俯沖板塊地殼的不同部位,并在碰撞過程中分期折返(Li et al.,2003; 李遠(yuǎn), 2018)。
圖1 中國大陸東部大地構(gòu)造簡圖(修改自李遠(yuǎn), 2018和吳躍東, 2009)Fig. 1 Tectonic framework of eastern China
伴隨著碰撞過程中的大陸深俯沖作用,華南、華北板塊及造山帶內(nèi)部形成了若干周緣盆地(Liu and Zhang, 2013),記錄了大陸碰撞過程的信息(Chai et al., 2020; Wang et al., 2013; Yang et al., 2010; 李忠等, 2002; 劉少峰 等, 1999)。下?lián)P子區(qū)位于揚子板塊的東北緣,在大別造山帶的東側(cè),其區(qū)域內(nèi)蘇北、無為、南陵、句容、南京等地區(qū)均被報道有中—晚三疊世和(或)早—中侏羅世地層存在,被認(rèn)為是華南—華北板塊碰撞的前陸盆地(朱光等, 1998)。大別造山帶以東的郯廬斷裂帶自晚三疊世開始發(fā)生左行平移(張岳橋和董樹文, 2008),最大左行走滑斷距約400 km(萬天豐和朱鴻, 1996), 因此,下?lián)P子三疊紀(jì)沉積盆地(如下?lián)P子區(qū)寧蕪盆地等)在沉積時期應(yīng)位于現(xiàn)今位置的西南方向、緊鄰大別造山帶南部的位置。
寧蕪盆地南起安徽蕪湖,北至江蘇南京,呈NNE方向展布(圖1)。寧蕪盆地巖石地層屬于華南地層大區(qū)揚子地層區(qū),其古生代—中生代地層保存較好,包含若干碳酸鹽巖和陸源碎屑巖的轉(zhuǎn)換,如志留紀(jì)至早石炭世、晚二疊世、中三疊世晚期至中侏羅世以陸源碎屑巖沉積為主,其間的晚石炭世至早二疊世、早三疊世以碳酸鹽巖沉積為主,且地層間多以整合或平行不整合接觸(徐學(xué)思, 1997)。
寧蕪盆地南京地區(qū)的三疊系地層自下至上包括青龍群、周沖村組、黃馬青組、范家塘組。
青龍組厚度可達(dá)400 m以上,自下而上分為湖山段T1qh和滄波門段T1qc,主要巖性為含泥質(zhì)的深灰色薄—中層微晶灰?guī)r,夾黃綠色泥頁巖、頁巖或與之互層(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,2003)。青龍組產(chǎn)出孢粉組合Ellipsovelatisporites plicatus,Ellipsovelatisporites reticorpus等,菊石化石Paranonnites、Anasibirites、Columbites等,指示青龍組時代為早三疊世奧倫尼克期—印度期(黃嬪, 1991),沉積環(huán)境為深?!肷詈-h(huán)境(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 2003)。
周沖村組厚度達(dá)600 m以上,中厚層礫屑灰?guī)r與泥晶灰?guī)r互層,見膏溶礫屑灰?guī)r,主要產(chǎn)出Eumorphotis (Asoella) illyrica組合的瓣鰓類化石雙殼,鑒于其上伏地層產(chǎn)出可確定為中三疊世早拉丁期的化石,周沖村組時代被歸為中三疊世安尼期或拉丁早期(吳其切, 1980),形成于蒸發(fā)巖—碳酸鹽巖潮坪—瀉湖環(huán)境(張宗言等, 2014);
黃馬青組與下伏周沖村組為角度不整合接觸關(guān)系,總厚度達(dá)1000 m以上,其上段發(fā)育粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)泥晶灰?guī)r段,下段為灰色、深灰色細(xì)粒砂巖與粉砂巖互層,上段為紫紅、暗紫色薄至厚層砂巖、泥巖。黃馬青組產(chǎn)廣鹽度咸水的雙殼類、介形類、植物及輪藻等化石(張宗言 等, 2014),野外可見板狀交錯層理、槽狀交錯層理、波痕等構(gòu)造,蟲管等遺跡化石豐富。黃仁金(1983)在南京地區(qū)黃馬青組中發(fā)現(xiàn)輪藻Stellarochara sellingii,
Stellarochara maedleri,Stellarochara maedleriformis,Porochara voiformis,stenochara paraovata,Porosphaera subglobosa等,與瑞典、德國及中國安徽、湖北等地中三疊統(tǒng)地層中產(chǎn)出的輪藻化石面貌相似,楊文達(dá)和吳其切(1986)發(fā)現(xiàn)Darwinuloides suboviformissp., Darwinula subtriassiana等介形類化石,與俄羅斯伏爾加—烏拉爾及中國新疆準(zhǔn)噶爾盆地中三疊統(tǒng)地層可以對比,因此黃馬青組時代歸為中三疊世拉丁期(李金華和丁保良,1982),形成于淺水、低能且底質(zhì)不時露出水面的沉積環(huán)境,為三角洲沉積環(huán)境(岳文浙 等,1999),記錄沉積區(qū)由海向陸的過渡過程。
范家塘組與黃馬青組呈整合接觸關(guān)系,在寧蕪盆地厚度在0~200 m以上,區(qū)域上范家塘組巖性主要為灰、深灰色中厚—厚層粉砂巖與細(xì)砂巖互層,夾中薄層灰黑色碳質(zhì)泥巖,煤線及煤層,含黃鐵礦結(jié)核。范家塘組產(chǎn)出不早于晚三疊世的雙殼化石Unio leei,以及Cladophlebis shansiensis,Podozamites lanceolatus,Dictyophyllumsp.等常見的晚三疊世植物化石,且與上覆早、中侏羅世地層假整合接觸,因此時代定于晚三疊世卡尼期(李金華和丁保良, 1982; 閔慶魁 等, 1981),沉積環(huán)境為湖泊沼澤相。
本次采樣點位于南京市江寧區(qū)官塘地區(qū)(樣品12JSG03、12JSG04、12JSG05、20NJ01,中三疊統(tǒng)黃馬青組下部,GPS:N32°2′52.69″, E118° 57′ 28.21″)、南京市玄武區(qū)鐘山地區(qū)(樣品17NJ03、17NJ06, 中三疊統(tǒng)黃馬青組中部,GPS:N32°4′35.01″,E118°51′49.33″)。選擇12JSG03、12JSG04、12JSG05做砂巖碎屑統(tǒng)計;選擇17NJ03、20NJ01做砂巖碎屑重礦物分選鑒定;選擇12JSG04、17NJ06、20NJ01做砂巖碎屑鋯石U-Pb定年(圖2)。
圖2 寧蕪盆地南京地區(qū)中—晚二疊統(tǒng)至中三疊統(tǒng)綜合地層柱狀圖(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 2003; 徐學(xué)思, 1997)Fig. 2 The Middle-Upper Permian to Middle Triassic stratigraphic framework for Ningwu Basin, Nanjing area
樣 品12JSG03、12JSG04、12JSG05、20NJ0位于黃馬青組中下部,巖石顏色呈灰紫色,粒度范圍60~120 μm,顆粒磨圓較好,分選一般至較好;樣品17NJ03、17NJ06位于黃馬青組中部,為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖,粒度范圍50~100 μm,磨圓分選較好。
碎屑統(tǒng)計按照Gazzi-Dickinson方法,對薄片隨機(jī)區(qū)域進(jìn)行柵格統(tǒng)計。樣品平均粒徑為40~80 μm,為避免相鄰柵格節(jié)點落入同一顆顆粒,選擇150 μm作為柵格節(jié)點間距,規(guī)定若節(jié)點落在巖屑顆粒中的某一礦物直徑大于62.5 μm,直接計入單礦物端元,而不計入巖屑端元(Ingersoll et al., 1984)。本文每個樣品統(tǒng)計顆粒在400顆以上,樣品中蝕變嚴(yán)重的礦物、重礦物、雜基、假雜基以及孔隙上的節(jié)點不參與統(tǒng)計。統(tǒng)計數(shù)據(jù)使用基于R環(huán)境的provenance軟件包進(jìn)行運算、投圖(Vermeesch et al., 2016)。砂巖QFL投圖中包含的砂巖分類及命名方法的原理為:依據(jù)三類骨架顆粒(石英、長石、巖屑)的含量來命名砂巖,并直接反映其中各類顆粒的相對富集程度,某類顆粒的數(shù)量大于QFL總數(shù)量的10%即可參與命名,并按照由少到多的順序添加前綴(如:巖屑長石石英砂巖代表Q>F>L>10%QFL)(Garzanti, 2019)。
對砂巖樣品去除風(fēng)化層之后清洗干凈并烘干,放入清洗干凈的巖石破碎機(jī),至100目篩網(wǎng)通過(篩孔直徑為150 μm),利用密度為2.90 g/cm3的重液進(jìn)行輕重礦物分離,形成重礦物富集砂,并制作重礦物砂薄片,進(jìn)行重礦物鑒定。從重礦物富集砂中,手工隨機(jī)挑選出碎屑鋯石和金紅石顆粒制作礦物靶。為獲取碎屑金紅石Ti含量,使用Bruker M4 Tornado儀器進(jìn)行微區(qū)XRF掃描,探測器為XFlash硅漂移探測器,X射線束斑直徑為20 μm。輕重礦物分離實驗、微區(qū)XRF實驗在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床國家重點實驗室進(jìn)行。
碎屑鋯石U-Pb定年實驗在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床國家重點實驗室進(jìn)行,使用LA-ICP-MS儀器測試,激光束斑直徑為30 μm(Jackson et al.,2004)。使用GLITTER 4.4 進(jìn)行相關(guān)同位素比值計算。碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)以核概率密度估計曲線(Kernel Density Estimation)形式進(jìn)行可視化,使用的軟件工具為基于JAVA環(huán)境的DensityPlotter程序(Vermeesch, 2012)。用于可視化分析的碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)滿足以下篩選條件:(1)不諧和度低于10%;(2)當(dāng)顆粒年齡大于1000 Ma時,選用207Pb/206Pb年齡, 且滿足分析誤差小于50 Ma (1σ),當(dāng)顆粒年齡小于1000 Ma時,選用206Pb/238U年齡,且滿足分析誤差小于20 Ma(1σ),保證誤差值不超過鋯石年齡的10%。每個樣品具有超過60個諧和年齡,可保證所有占比超過8.5%的年齡峰值都將被有效可視化和分析(Vermeesch, 2004)。
石英、長石、巖屑骨架顆粒數(shù)據(jù)顯示(表1,圖3a),中三疊統(tǒng)黃馬青組下部的12JSG03、12JSG04、12JSG05樣品普遍含有較高含量的石英(QFL總量的76%~84%),巖屑含量(10%~14%)略高于長石含量(6%~11%)。
巖屑類型分析顯示(表1,圖3b),3個樣品均以變質(zhì)巖巖屑為主(變質(zhì)巖巖屑含量占巖屑總量比值65%~73%),主要為富含石英的淺變質(zhì)巖巖屑(變粉砂巖或變長英質(zhì)火成巖,圖4d)或變泥質(zhì)巖(圖4e;Garzanti and Vezzoli, 2003);含有無明顯變質(zhì)特征的泥巖顆粒、少量燧石顆粒和具有磨圓特征的盆外碳酸鹽巖顆粒,統(tǒng)一歸入沉積巖巖屑端元(占巖屑總量比值為19%~25%);可見少量高石英含量、具霏細(xì)結(jié)構(gòu)的噴出巖巖屑,歸入火成巖巖屑端元(占巖屑總量比值為7%~15%)。
圖3 南京地區(qū)中三疊統(tǒng)黃馬青組(T2h)碎屑組分特征及前人碎屑組分統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯總Fig. 3 Detrital modes of the Middle Triassic Huangmaqing Formation (T2h) sandstones in Ningwu basin, Nanjing area, and a summary of existing detrital modes data
表1 寧蕪盆地南京地區(qū)中三疊統(tǒng)黃馬青組(T2h)砂巖碎屑統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Point counting results of the Middle Triassic Huangmaqing Formation (T2h) sandstones in Ningwu basin, Nanjing area
經(jīng)鏡下觀察黃馬青組樣品17NJ03和20NJ01分選出的重礦物,發(fā)現(xiàn)類型一致,主要可見鋯石、金紅石、磷灰石、電氣石、角閃石、石榴子石、白云母、磁鐵礦等重礦物(圖4f)。
黃馬青組碎屑鋯石以自型—半自型為主,顆粒直徑在50~70 μm之間,可見巖漿鋯石特征的震蕩環(huán)帶,部分鋯石可見薄的變質(zhì)增生邊(圖4f);碎屑金紅石TiO2含量均在90%以上(完整數(shù)據(jù)見附件1),大部分顆粒短邊直徑在50~80 μm之間(圖4f),具良好的四方柱狀晶型或針狀晶型,顏色可見暗紅色、黃色或橘黃色,少量金紅石發(fā)育包裹體。
本文對南京地區(qū)中二疊統(tǒng)龍?zhí)督M樣品12LT01中也進(jìn)行了相同的分選流程,未發(fā)現(xiàn)碎屑金紅石和石榴子石。
本文對樣品17NJ06、12JSG04、20NJ01中分選出的273顆碎屑鋯石進(jìn)行U-Pb測試,共獲得217個符合篩選條件的諧和年齡(圖5c,d,e)。碎屑鋯石U-Pb定年的完整數(shù)據(jù)詳見附件2。
如圖5c所示,樣品17NJ06具有古元古代晚期年齡特征區(qū)間(1668~1937 Ma,占比52%,峰值為1820 Ma),晚古生代年齡特征區(qū)間(251~296 Ma,占比8%,峰值為262 Ma),早古生代年齡特征區(qū)間(365~447 Ma,占比9%,峰值為420 Ma),以及零散的新元古代年齡(613~915 Ma)和古元古代早期年齡(2151~2380 Ma),最年輕碎屑鋯石年齡為251±3 Ma。
如圖5d所示,樣品12JSG04與17NJ06類似,具有古元古代晚期年齡特征區(qū)間(1822~2000 Ma,占比53%,峰值為1880 Ma)和晚古生代年齡特征區(qū)間(250~358 Ma,占比14%,峰值為280 Ma),同時包含少量早古生代年齡(391 Ma和409 Ma)、古元古代早期年齡(2024 ~2235 Ma,2404~2703 Ma),最年輕碎屑鋯石年齡為250±5 Ma。
如圖5e所示,樣品20NJ01具有新元古代早期年齡特征區(qū)間(750~979 Ma,占比28%,峰值為870 Ma)和早古生代年齡特征區(qū)間(401~479 Ma,占比23%,峰值為420 Ma)、晚古生代年齡特征區(qū)間(232~322 Ma,占比14%,峰值為269 Ma)。包含少量的中元古代年齡(1011~1387 Ma)和古元古代年齡(1613~2444 Ma)。最年輕年齡為232±3 Ma和253±4 Ma。
(a)中三疊統(tǒng)黃馬青組(T2h)與下伏周沖村組(T2z) 野外宏觀圖像,角度不整合接觸,南京市江寧區(qū)官塘地區(qū);(b)中三疊統(tǒng)黃馬青組(T2h)紫紅色巖屑石英砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖,南京市玄武區(qū)鐘山地區(qū);(c)黃馬青組樣品12JSG03全巖正交偏光顯微圖像,顯示巖石具有較高石英含量;(d)黃馬青組樣品12JSG03變質(zhì)巖巖屑顆粒(原巖為變石英質(zhì)巖);(e)黃馬青組樣品12JSG03變質(zhì)巖巖屑顆粒(原巖為變泥質(zhì)巖);(f)黃馬青組樣品20NJ01主要重礦物及白云母顯微圖像,第1行為碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像,第2行是碎屑金紅石顯微圖像(拍攝自透射光下的環(huán)氧樹脂金紅石靶),第3行是其他碎屑重礦物及白云母(拍攝自單偏光下的礦物薄片)。 Q: 石英; F: 長石; Lm: 變質(zhì)巖巖屑; Lv: 火成巖巖屑; Ls: 沉積巖巖屑; Ch: 燧石; Mi: 云母
黃馬青組砂巖中的巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主,多為有顯著定向性的中—低級變泥質(zhì)巖和變石英質(zhì)巖巖屑(圖4d,e),而龍?zhí)督M陸源長石石英砂巖中的巖屑以火成巖巖屑為主(李超等, 2017);同時,相對于下伏龍?zhí)督M,黃馬青組的碎屑重礦物以含有金紅石、石榴子石為特征,鋯石多發(fā)育有薄的變質(zhì)增生邊, 可能指示源區(qū)中—低級變質(zhì)作用。綜上,本文認(rèn)為加入源區(qū)的變質(zhì)巖應(yīng)為中—低級變質(zhì)巖。
黃馬青組樣品與前人分析的龍?zhí)督M樣品(李超等, 2017)在碎屑鋯石年齡分布上也表現(xiàn)出明顯不同(圖5c-f):(1)黃馬青組早古生代碎屑鋯石年齡集中在~420 Ma,龍?zhí)督M為~440 Ma;(2)黃馬青組新元古代早期碎屑鋯石集中在900~700 Ma,龍?zhí)督M為~970 Ma;(3)除樣品20NJ01外,黃馬青組具有顯著的古元古代年齡特征區(qū)間(1800~1900 Ma),龍?zhí)督M則未有表現(xiàn)。
圖5 寧蕪盆地中三疊統(tǒng)黃馬青組及合肥盆地下侏羅統(tǒng)防虎山組砂巖碎屑鋯石U-Pb年齡分布特征曲線Fig. 5 U-Pb age spectra of detrital zircon of the sandstone from Middle Triassic Huangmaqing Formation in Ningwu Basin, Nanjing area and the Lower Jurassic Fanghushan Formation in Hefei basin
黃馬青組碎屑鋯石表現(xiàn)出華南板塊北緣與華北板塊南緣的混合信號。~420 Ma的碎屑鋯石可能來自于華北板塊南緣的早—中古生代巖漿弧活動(Lerch et al., 1995),700~900 Ma碎屑鋯石可能來自于華南板塊北緣新元古代基底(Li, 1999),對于古元古代碎屑鋯石,由于華南板塊武夷地體和華北板塊都具有相似年齡的基底巖石(Li et al., 2012;Weislogel et al., 2006; Xia et al., 2012),我們無法確定該類鋯石的來源。此外,黃馬青組~270 Ma的年齡峰值與龍?zhí)督M一致,可能來自東部沿海曾經(jīng)存在的晚古生代大陸弧(Hu et al., 2015; Li et al., 2020;Li et al., 2012),也可能來自秦嶺-大別造山帶內(nèi)部,盡管在該造山帶內(nèi)尚未有相同年齡基巖報道,但在其演化過程中很可能形成相似年齡的巖漿巖體(Yang et al., 2014)。鑒于黃馬青組較高的石英含量,不能排除上述碎屑鋯石來自(或部分來自)造山帶沉積蓋層的再旋回沉積的可能。
在黃馬青組沉積時期,大別造山帶高壓/超高壓變質(zhì)帶尚未折返至地表(Li et al., 2005),但造山帶的初始隆起可能已經(jīng)隨著碰撞帶上地殼的早期折返而發(fā)生。本文認(rèn)為,大別造山帶南部的宿松雜巖帶、華北板塊南緣基底及沉積蓋層物質(zhì)最可能為黃馬青組物源。據(jù)前人報道,大別造山帶宿松雜巖帶可能早于造山帶內(nèi)其他構(gòu)造單元折返(李遠(yuǎn),2018),產(chǎn)出云母石英片巖、石英巖、白云母二長片巖、花崗片麻巖等中—低級變質(zhì)巖,含有石榴子石、金紅石、多硅白云母等重礦物(魏春景和單振剛,1997),變質(zhì)原巖包含新元古代花崗巖、古—中元古代變質(zhì)火山沉積巖等(江來利等, 2003)。
前人在秦嶺—大別造山帶周緣盆地所做的物源分析顯示造山帶的物源供應(yīng)范圍相當(dāng)廣泛。本文選擇以秦嶺—大別造山帶為主要物源的典型盆地作為分析對象,分別位于大別造山帶四個不同方位(圖1):(1)北東方位為合肥盆地,最老的出露地層為下侏羅統(tǒng)防虎山組,物源區(qū)為大別造山帶內(nèi)部的高壓—超高壓變質(zhì)巖、古生代弧巖漿巖及宿松雜巖等(Wang et al., 2020);(2)南東方位為黃石盆地,最老的陸相地層為上三疊統(tǒng)雞公山組,物源區(qū)以華夏板塊武夷地體為主,向上逐漸變?yōu)槿A南、華北混合物源(Yang et al., 2010; 佘振兵, 2007);(3)南西方位為秭歸盆地和當(dāng)陽盆地,最老的中生代陸相地層為上三疊統(tǒng)九里崗組,秭歸盆地上三疊統(tǒng)物源區(qū)在早侏羅世從華南轉(zhuǎn)變?yōu)榍貛X—大別造山帶(Chai et al., 2016, 2020),當(dāng)陽盆地上三疊統(tǒng)物源區(qū)為大別造山帶隆升早期表層沉積巖和低級變質(zhì)巖(Liu et al., 2005);(4)北西方位為濟(jì)源盆地和南召盆地,其中濟(jì)源盆地在三疊紀(jì)以秦嶺造山帶和泛華北造山帶為主要物源區(qū);南召盆地位于濟(jì)源盆地南側(cè)約200 km處(Yang et al., 2014),距離秦嶺—大別造山帶更近,中生代最老地層為晚三疊統(tǒng)太山廟組和太子山組,物源區(qū)包括南、北秦嶺造山帶和華北板塊南緣(Yang et al., 2018)。
使用基于Kolmogorov-Smirnov空間的多維標(biāo)定 法(Multidimensional Scaling, MDS)(Vermeesch,2013),對這些中生代盆地最老陸相地層(中—晚三疊世或早侏羅世地層)的碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化對比,來觀察樣品之間的相似性。在MDS圖中,每個點代表一個樣品,兩點之間以實線相連,說明其中兩點所代表的樣品的數(shù)據(jù)具有最高相似性,兩點之間以虛線相連,說明其中一個點代表的樣品與另一個點所代表的樣品的數(shù)據(jù)相似性僅次于最高,當(dāng)多個點形成緊密的團(tuán)組時,代表這一部分點所代表樣品的數(shù)據(jù)普遍相似。由于本文樣品時代為中三疊統(tǒng),為避免其他樣品的年輕鋯石影響對比效果,選取各樣品大于237 Ma的年齡值進(jìn)行對比和相似性分析(圖6a,7)。
圖6 大別造山帶周緣盆地早中生代樣品對比分析Fig. 6 Comparison plots based on age spectra of detrital zircons of the Early Mesozoic sandstones from the peripheral basins of Dabie orogen
如圖6a所示,以上盆地樣品分為2個組合,組合1包括華北板塊南緣濟(jì)源盆地、合肥盆地和華南板塊北緣黃石盆地、秭歸盆地、寧蕪盆地的中三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)樣品(圖6b);組合2包括華北板塊南緣南召盆地和華南板塊北緣的當(dāng)陽盆地,以及寧蕪盆地的1個樣品(圖6c)。組合1顯示在中—晚三疊世,秦嶺—大別造山帶各方位的沉積盆地具有物源相似性,指示秦嶺—大別造山帶已初步形成高地,組合2中的南召盆地、當(dāng)陽盆地由于距離造山帶較近,可能代表了局部水系的物源信息。本文認(rèn)為,在碰撞早期,華南板塊俯沖前緣上地殼最早折返導(dǎo)致了古地理高地的形成,構(gòu)成了以碰撞早期中—低級變質(zhì)巖、板塊邊緣陸表沉積蓋層、侵入巖和基底物質(zhì)為主的復(fù)雜源區(qū),該源區(qū)向周緣各方位的古地理低地提供物源。其中,寧蕪盆地中三疊統(tǒng)黃馬青組是該源區(qū)在的最早陸相碎屑記錄(夏邦棟和李培軍, 1996;圖7a)。
圖7 寧蕪盆地中—晚二疊世及中—晚三疊世物源體系示意圖(改自Li,2003)Fig. 7 The provenance system in Middle-Late Permian and Middle-Late Triassic in the Ningwu Basin
(1)寧蕪盆地南京地區(qū)中三疊統(tǒng)黃馬青組巖性為巖屑石英砂巖、長石巖屑石英砂巖,巖屑以富含石英的變質(zhì)巖或變泥質(zhì)巖巖屑為主,重礦物類型包括鋯石、金紅石、磷灰石、電氣石、角閃石、石榴子石、白云母等;碎屑鋯石年齡主要分 布 在350~250 Ma、420~400 Ma、900~700 Ma、2000~1600 Ma、2500~2100 Ma等區(qū)間。
(2)基于寧蕪盆地中三疊統(tǒng)黃馬青組沉積學(xué)與物源分析數(shù)據(jù),并與前人在該地區(qū)報道的中二疊統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖物源分析數(shù)據(jù)對比,發(fā)現(xiàn)明顯的物源體系轉(zhuǎn)變,形成于海陸過渡環(huán)境的黃馬青組,其主要物源區(qū)為初始抬升時期的大別造山帶,包括宿松雜巖帶以及華北板塊南緣基底及沉積蓋層物質(zhì)構(gòu)成了成分復(fù)雜的源區(qū)。
(3)基于寧蕪盆地中三疊統(tǒng)黃馬青組與大別造山帶周緣的濟(jì)源、南召、合肥、秭歸、當(dāng)陽、黃石等盆地的上三疊統(tǒng)或下侏羅統(tǒng)地層碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,認(rèn)為各盆地在中—晚三疊世均屬于秦嶺-大別造山帶這一物源體系,黃馬青組代表了整個物源體系形成初期的沉積記錄。
致謝感謝審稿人對本文的寶貴建議。感謝呂璇、孫高遠(yuǎn)、李偉、韓中、董小龍、梁文棟協(xié)助野外調(diào)查和實驗分析,以及在此過程中進(jìn)行的有益討論。