现代河流沉积物的碎屑锆石记录

【摘要】：河流作为自然界中最基本的物质运输通道,是岩石圈和水圈之间主要的物质交换场所。河流沉积物中的部分矿物颗粒记录了原岩形成的年代、元素组成等信息,一定程度上能反映地质演化历史,因此,沉积物的物源分析一直是当前国内外的研究热点。锆石是一种常见的重副矿物,广泛存在于现代河流沉积物中,其本质来源都是现今或地质历史时期上出露的岩体,在经历地壳抬升、风化、剥蚀、搬运等外营力的作用下仍能被保存在沉积物中。因此,通过对沉积物中碎屑锆石年龄组成的测定反映不同地质体的潜在物质来源,已经成为当下物源分析最热门的方法之。近二十年,激光剥蚀器与等离子体质谱仪联用技术(LA-ICP-MS)得到快速发展,并以其原位、实时、灵敏度高、分析速度快,成本低等特点使碎屑锆石U-Pb年代学趋于完善,有力地促进了碎屑锆石物源示踪法的进步。该方法依赖于沉积物中碎屑锆石年龄分布特征与潜在物源区结晶岩体的年龄对比,进而判别物质来源。但前人对这种示踪方法的机理及应用时需要考虑的问题鲜有讨论,尤其是在流域范围大、地质背景复杂、结晶岩分布零散的流域范围内,影响因素更多且复杂。对现代河流系统而言,河流水动力作为碎屑锆石在侵蚀-搬运-沉积过程中的主要动力,直接影响锆石微观的搬运沉积过程,同时也会对最终沉积物的物源比例产生一定影响。针对碎屑锆石在河流搬运过程上研究的不足,本文选取湖南省舂陵水流域作为研究区开展相关定量研究。舂陵水干流长270 km,流域面积约6600 km2。流域岩性主要由石炭系灰岩,古生代砂岩以及河流上游的少量花岗岩组成。上游花岗岩是该流域锆石颗粒的主要来源。本文基于LA-ICP-MS锆石U-Pb测年法对流域18个样品、2100个锆石样品点进行测年,结果表明全流域18件样品的碎屑锆石年龄谱分布特征一致,单峰峰值年龄为～150 Ma,与花岗岩的结晶年代吻合。在单一结晶岩物源条件下,沉积物中源区锆石比例上游高于下游,上游受结晶岩源区范围的影响,中游和下游主要受河流水动力的影响;河流中下游锆石贡献率的变化与碎屑锆石的中值粒径变化一定程度上呈正相关,在原岩锆石颗粒相对较大时(100～150 μm),河流水动力的减弱会导致源区锆石比例的降低。河流水动力条件在部分河段受地形和水利设施的影响,这会改变河流局部的水动力条件,影响局部锆石贡献率的变化和物源比例。