东秦岭印支造山过程的沉积响应

【摘要】：随秦岭古特提斯分支洋盆在三叠纪的闭合,华北和华南板块完成最终的碰撞拼贴。碰撞造山之后,秦岭造山带向华南内陆发生了大规模的逆冲推覆,形成了以大巴山为代表的褶皱逆冲带,结束了中上扬子北缘以浅水碳酸盐岩为主的海相沉积。学界普遍认为这一洋-陆转换和碰撞造山事件发生在三叠纪,但是对于其构造转换的具体时间和空间过程仍然存在争议,且秦岭造山带的隆升剥蚀过程也没有得到很好的约束。伴随秦岭印支期造山作用的发生,在华南北缘形成了系列前陆盆地,其空间展布和沉积物充填与秦岭造山带的演化密切相关。本研究以秭归盆地三叠-侏罗纪的碎屑沉积记录为研究对象,该盆地是扬子北缘印支期前陆盆地系统的重要组成部分。为深入理解秦岭造山带的碰撞造山和折返隆升历史,本文对秭归盆地中三叠统-下侏罗统开展了详细的沉积学、岩石学、碎屑锆石U-Pb年代学及微量元素和Hf同位素等研究,综合分析了秭归盆地对秦岭印支期造山过程的沉积响应。秭归盆地位于大巴山的南部,三叠-侏罗纪的沉积序列保存较为完整。中三叠-早侏罗世的地层由下至上分别为:中三叠统巴东组,上三叠统九里岗组和下侏罗统桐竹园组。沉积学及岩石学研究表明,巴东组沉积环境为滨岸平原和潮坪相,其粉砂岩中颗粒多为单晶石英,可见大量的沉积岩岩屑。九里岗组沉积于三角洲环境,砂岩富含有单晶石英和极少量的长石和岩屑颗粒。桐竹园组底部砾岩为冲积扇-辫状河道沉积,含有大量的硅质岩砾石,砂质杂基中可见有较多的多晶石英颗粒,并含有少量的低级变质岩和沉积岩岩屑。桐竹园组中-下部发育有曲流河相的砂岩和泥岩,其中的砂岩中含有石英和少量长石颗粒,此外还见有大量的火山岩岩屑。从晚三叠世到早侏罗世,砂岩碎屑颗粒组分中的多晶石英颗粒含量先升高后降低,在桐竹园组底部达到最大,而火山岩岩屑含量逐步增多,在桐竹园组中部的砂岩中达到最大。巴东组碎屑锆石记录了三个主要年龄组,即950-650 Ma、500-350 Ma和270-230 Ma,以及1950-1550 Ma和2350-2150 Ma两个次要年龄组。九里岗组砂岩碎屑锆石由2100-1700 Ma、900-700 Ma、500-400 Ma三个主要年龄组和950-700Ma、250-200 Ma两个次要年龄组构成。桐竹园组底部砾岩具有与九里组砂岩相似的碎屑锆石U-Pb年龄分布特征,而砾岩之上的砂岩碎屑锆石则仅具有230-200 Ma的主要年龄组和900-700 Ma的次要年龄,尽见有少量早古生代年龄的碎屑颗粒。结合盆地下侏罗统发育的以向南为主的古水流和沉积古地理,对比前人在扬子北缘前陆盆地获得的碎屑锆石U-Pb年龄数据,本文推测2100-1700 Ma和900-700 Ma碎屑锆石来源于华南板块内部,后者也可能来源于北部的秦岭造山带。结合桐竹园组砂岩中大量的火山岩岩屑,推测250-200 Ma的碎屑锆石可能来源于秦岭造山带,指示了该造山带发育有与三叠纪花岗质侵入岩同期的火山活动。综合分析认为,秭归盆地在中三叠世-早侏罗世其沉积物源经历了从华南地块内部向秦岭造山带的转变。在Th/U-Nb/Hf、Th/Nb-Hf/Hf锆石微量元素判别图解上,年龄小于400 Ma的碎屑锆石整体具有与弧/造山带岩浆锆石一致的化学组成,且其Th/Nb、U/Yb比值和Hf同位素组成在～240-210 Ma和～210-175 Ma发生了显著变化。在240-210 Ma,碎屑锆石的Th/Nb和U/Yb比值快速升高,而εHf(t)值显著降低;在～210-175Ma期间,碎屑锆石Th/Nb和U/Yb比值快速降低,而εHf(t)值显著升高。结合秦岭造山带三叠纪岩浆岩的年代学、地球化学和同位素数据,本文报道的碎屑锆石Th/Nb、U/Yb比值和εHf(t)值的变化表明,秦岭造山带在～240 Ma开始发生强烈的碰撞造山作用和造山带地壳的显著增厚,而在～210-200 Ma开始发生造山带的折返隆升和地壳减薄。在三叠纪末-早侏罗世早期经历大规模逆冲推覆的同时,秦岭大巴山北部开始发生快速隆升,给盆地带来大量来自同碰撞火山岩源区的碎屑沉积物。依据碎屑沉积记录,本文将东秦岭碰撞造山启动的时间限定在～240 Ma,将其大规模向南逆冲推覆和隆升剥蚀开始的时间约束为～210-200 Ma。这一研究不仅为秦岭造山带的沉积-构造演化提供了新的地质约束,同时也为盆-山耦合演化研究提供新的思路和方法。