滇东者海上二叠统宣威组下部地层碎屑锆石U-Pb测年及其地质意义

何冰辉，刘少峰，吴鹏

(1.西藏阿里地区国土资源局，西藏阿里 859000；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；3.太原理工大学地球科学与工程系，太原 030000)

滇东者海上二叠统宣威组下部地层碎屑锆石U-Pb测年及其地质意义

何冰辉1，刘少峰2，吴鹏3

(1.西藏阿里地区国土资源局，西藏阿里 859000；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；3.太原理工大学地球科学与工程系，太原 030000)

对滇东者海镇上二叠统宣威组下部砂岩样品进行了碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年，获得41个有效数据，年龄分布范围为252.4～2613.9 Ma.根据样品碎屑锆石晶体形态特征、Th/U值、稀土元素富集情况等，推测其物源区可能是川滇古陆。用样品中最年轻的碎屑锆石年龄来限定宣威组的最老沉积年龄，并约束峨眉山玄武岩喷发的结束时间为252.4±4.1 Ma，这为峨眉山大火成岩省活动过程的研究提供了重要信息。

峨眉山大火成岩省；川滇古陆；碎屑锆石；LA-ICP-MS U-Pb测年；宣威组；物源

在我国西南地区，中晚二叠世发生了一次规模巨大的火山喷发事件，形成了著名的峨眉山玄武岩。峨眉山玄武岩是我国最早被国际学术界认可的大火成岩省[1-4]，它影响着我国西南地区的海陆变迁[5]、沉积[6-8]以及成矿作用[9,10]，同时也可能导致了二叠纪全球气候变化和生物大灭绝事件[11-15]，因而受到了国内外学者的广泛关注。滇东者海地区位于峨眉山大火成岩省甘洛-小江断裂带东侧，沉积有上二叠统宣威组，对宣威组砂岩中碎屑锆石年代学的研究有助于反演盆地演化、构造事件，示踪源区及限定沉积时限等[16，17]。本文应用碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年对滇东者海宣威组下部地层进行了物源示踪研究，试图为探讨峨眉山大火成岩省构造活动提供新的信息。

1 地质概况

峨眉山大火成岩省(Emeishan Large Igneous Province，ELIP)位于扬子板块西缘，紧邻三江构造带，地质构造复杂[8，18]。在区域上，主要存在六条主干断裂，呈南北向展布，自东向西依次为：甘洛-小江断裂带、普雄河-普渡河断裂带、安宁河-易门断裂带、磨盘山-绿汁江断裂带、攀枝花-楚雄断裂带、箐河-程海断裂带。研究区内二叠系自下而上发育梁山组、栖霞组、茅口组、峨眉山玄武岩、宣威组。峨眉山玄武岩下伏地层茅口组，上覆宣威组。上二叠统宣威组以陆相砂岩、页岩夹煤层（线）为主，缺乏海相动物化石[19]。需要指出的是，本文所述的宣威组是研究区峨眉山玄武岩喷发后到晚二叠世末期之间沉积形成，由东向西超覆于峨眉山玄武岩之上，下部大体与龙潭组、吴家坪组相当，上部与长兴组相当[20]，与下伏峨眉山玄武岩呈假整合或整合接触关系（表1），与上覆下三叠统飞仙关组地层呈整合接触。

表1 峨眉山大火成岩省二叠纪地层对比表（据参考文献[20]）Tab.1 Permain stratigraphic correlation in Emeishan Large Igneous Province[20]

2 样品采集与分析方法

本次LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄研究区位于云南会泽者海镇，样品采自上二叠统宣威组下部地层的砂岩（图1），样品编号为G1110026。该采样区地层露头上发育有交错层理，同时进行了古流向分析。根据实测和收集的大量古流向数据，绘制出古流向玫瑰花图，确定该层段古流向的方向（图2）。从图中可以看出，该层段露头斜层理数据指示的古水流方向由西南向北东方向。

图1 研究区地层分布图和取样位置Fig.1 Distribution of the strata in the study area and the sampling location

图2 会泽者海镇宣威组下部地层古流向图Fig.2 Ancient flow graph of the underneath part of Xuanwei Formation in Zhehai town,Huize

锆石CL图像和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。锆石测年采用德国Lambda Physik公司的193nm的Com-Pex 102型ArF准分子激光器、MicroLas公司设计的光学系统以及Agilent 7500a型ICP-MS仪器，实验中采用He作为剥蚀物质的载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610对仪器进行校正。锆石年龄采用标准锆石91500作为外标标准物质，元素含量采用NIST SRM610作为外标，29Si作为内标元素。样品同位素比值以及元素含量计算采用Glitter程序，年龄计算以及谐和图采用Isoplot完成，测试数据年龄误差为1σ，详细分析步骤以及数据处理方法可参考相关已发表文献[21,22]。

3 结果分析

对G1110026砂岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得了41个有效数据，部分碎屑锆石阴极发光（CL）图像见图3，年龄分析结果见表2，锆石的稀土元素（REE）分析结果见表3。图3中大部分锆石为半自形-自形晶，且多具有较为明显的振荡环带；还有一部分锆石为不规则状，无振荡环带，内部结构相对均匀。从表3可以看出，样品中年龄谐和的碎屑锆石的Th、U含量较高，且Th/U值也较大（绝大部分锆石的Th/U值在0.4～3.5之间）。

从锆石稀土元素分析结果（表3）和球粒陨石标准化分布型式图（图4）中可以看出，该样品中稀土元素（REE）（不含Y）含量高，且变化范围大，在203.69～4729.10×10-6之间，轻稀土元素含量相对较低，富集重稀土元素。绝大多数锆石具有明显的Ce正异常和Eu负异常，δCe值为2.32～63.81，δEu值为0.012～0.682，具有岩浆锆石的特点；还有一小部分锆石具有弱的Ce正异常，δCe为1.04～1.45，具有热液锆石成因特点。

在碎屑锆石U-Pb谐和图上（图5），大部分碎屑锆石年龄数据分布在谐和线上或附近，还有一小部分锆石测试点年龄数据偏离谐和线较为明显，说明这一小部分锆石可能受到了后期热构造事件的影响，存在一定程度的Pb丢失。所测试的碎屑锆石大部分呈半自形、自形；少数锆石具有浑圆状外形，黑白无分带，内部结构均匀，可能受到了构造热事件影响，经历了重结晶作用，不能说明其是沉积再旋回作用或受到长距离搬运造成的。

图3 上二叠统宣威组G1110026砂岩样品部分碎屑锆石阴极发光图像Fig.3 The cathodoluminescence images of the detrital zircons for Upper Permain Xuanwei formation G1110026 sandstone sample

表2 者海上二叠统宣威组G1110026砂岩样品碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分析结果Tab.2 LA-ICP-MS U-Pb analyses of the zircons from Upper Permain Xuanwei formation G1110026 sandstone sample in Zhehai town

从年龄测定结果（表2、图6）可以看出，41个有效数据的年龄分布范围为252.4～2613.9 Ma（小于1 000 Ma的用206Pb/238U年龄作为形成年龄，大于1 000 Ma的用207Pb/206Pb年龄作为形成年龄[24]）。这些年龄可分为4组（锆石颗粒见图3），分别为252～268 Ma、268 Ma～400 Ma、550～1 200 Ma和2 100～2 800 Ma。

第一组碎屑锆石谐和年龄范围在252～268 Ma的数据共12个，U-Pb谐和图上靠近谐和线分布，占全部年龄数据的29.27%，这些锆石颗粒的晶体形态大都为自形、半自形，磨圆很差。该组碎屑锆石年龄的年龄加权平均值为（259.1±3.7）Ma（图7），与峨眉山大火成岩省的形成时间[12，25，26]相一致。该地测得的古水流方向显示为由西南向北东方向，并结合该时期研究区的古地貌特征，推测这些碎屑锆石可能来自于川滇古陆峨眉山玄武岩的风化剥蚀。

表3 者海上二叠统宣威组G1110026砂岩样品锆石稀土元素分析结果Tab.3 REE analyses of zircons from Upper Permain Xuanwei formation G1110026 sandstone sample in Zhehai town

第二组碎屑锆石年龄范围在268～400 Ma，共有21个数据，占全部年龄数据51.22%，除极个别锆石颗粒外，大都为自形、半自形。一部分碎屑锆石的稀土元素特征（图4）表现为轻稀土元素富集，弱的Ce正异常的热液锆石特征，表明曾遭受后期热液流体改造。该组年龄范围属于泥盆纪-早二叠世时期，其中17个数据集中于早二叠世。在华夏板块发现有出露的泥盆纪-早二叠世岩浆岩[27-29]，但由于碎屑锆石的磨圆较差，且晚二叠世时期川滇古陆与华夏板块之间有深水盆地间隔[30]，所以该地碎屑沉积物不可能来自华夏板块。考虑到研究区存在主干断裂带，在川滇古陆上发育有多条大断裂带，如攀枝花断裂带、安宁河断裂带、磨盘山断裂带等。沿安宁河、攀枝花断裂带等分布层状基性-超基性侵入岩，多侵位于前寒武纪地层内，少数侵位于奥陶纪、寒武纪地层，锆石U-Pb测定的攀枝花岩体上部辉长岩年龄为306 Ma[18]，对基性-超基性侵入岩体群测得的K-Ar同位素年龄为330～369 Ma[31]。骆耀南[32]也指出了自海西期早期以来，沿裂谷带就发生有岩浆侵入活动，在攀西地区形成了层状堆积杂岩体。肖荣吾[31]通过对川滇古陆演化的研究认为，攀西地区岩浆喷发活动可能在早二叠世，甚至石炭纪就已经开始了，存在有多个喷发旋回，少数玄武岩的K-Ar同位素年龄显示为288 Ma。四川省地矿局攀西地质大队①通过对会东一带进行区域地质调查，发现在锅筐崖和嘎吉地区茅口组和栖霞组地层之间夹有厚约十余米到二十余米的玄武岩。因此，推测这些反映泥盆纪-早二叠世物质来源的碎屑锆石可能也来源于川滇古陆。

图4 上二叠统宣威组G1110026砂岩样品锆石稀土元素球粒陨石标准化分布型式图（球粒陨石数据来自参考文献[23]）Fig.4 Chondrite-normalized REE diagram of the G1110026 sandstone zircons from Upper Permain Xuanwei formation(data of chondrite is from reference[23];红色曲线为Ce弱正异常的锆石颗粒)

图5 上二叠统宣威组G1110026砂岩样品碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图Fig.5 LA-ICP-MS U-Pb concorde diagram for Upper Permain Xuanwei formation G1110026 sandstone sample

图6 上二叠统宣威组G1110026砂岩样品碎屑锆石LAICP-MS U-Pb年龄概率密度图Fig.6 LA-ICP-MS U-Pb probability density diagram for Upper Permain Xuanwei formation G1110026 sandstone sample

图7 上二叠统宣威组G1110026砂岩样品碎屑锆石LAICP-MS U-Pb年龄加权平均图Fig.7 LA-ICP-MS U-Pb weighted average diagram for Upper Permain Xuanwei formation G1110026 sandstone sample

第三组碎屑锆石年龄范围为550～1 200 Ma，共有6个数据，反映了新元古代和中元古代晚期的物质来源。第四组锆石年龄为2 100～2 800 Ma，仅2个数据，锆石具浑圆状外形，黑白无分带，可能经历了热液蚀变改造。出现上述两组锆石年龄，可有两种解释，一种是由于川滇古陆上断裂活动的影响，暴露于地表环境的基底地层遭受风化剥蚀，提供了物源；另一种是这些锆石为岩浆捕获的，即峨眉山玄武质岩浆从地幔深处上升到地表的过程中捕获了围岩中的锆石。陶琰等[33]对形成年龄为260 Ma左右的云南金宝山岩体中辉石橄榄岩进行锆石SHRIMP定年时，认为远老于地层年龄的3颗锆石（年龄分别为545.2±12 Ma、1842±40 Ma、2632±73 Ma）为捕获锆石。作者认为后一种解释的可能性较大，因为此年龄范围内的锆石颗粒数较少，且不集中，也应为捕获锆石。

这一结果与He等[34]的观点相一致。He等[34]对ELIP宣威组的来源进行了研究分析，研究发现峨眉山大火成岩省东部最下部的宣威组沉积物与峨眉山长英质火山岩有地球化学亲缘性，而上覆沉积物在成分上类似于峨眉山大火成岩省的铁镁质成分，并结合古地理背景推测，宣威组可能来源于ELIP中心部位的风化剥蚀沉积，中心部位剥蚀前的火山岩由下部的铁镁质喷出岩（已部分剥蚀）和上部的长英质喷出岩（已完全剥蚀）组成。

G1110026砂岩样品采自于宣威组较下层位，在U-Pb谐和图上，较年轻的碎屑锆石年龄数据分布在谐和线附近，未显示受到后期热事件扰动的影响。因此，可以用最年轻的碎屑锆石年龄来限定地层的沉积年龄，进而约束峨眉山玄武岩喷发的结束时间。因而，峨眉山玄武岩喷发结束时间可能为252.4±4.1 Ma，这对峨眉山玄武岩喷发时限的研究提供了新的证据。也就是说，ELIP的火山作用延续到P-T边界处，可能与古-中生代之交生物灭绝存在着成因联系。

4 结论

（1）根据样品碎屑锆石晶体形态特征、Th/U值、稀土元素富集情况等，并结合古水流方向，研究推测其物源区可能是川滇古陆。

（2）本次进行锆石U-Pb测年的砂岩样品采自于宣威组较下部位置，可以用其年龄来限定峨眉山玄武岩喷发的结束时间，即为252.4±4.1 Ma，这为峨眉山玄武岩喷发时限的研究提供了新的证据，同时也暗示着ELIP可能与古-中生代之交生物灭绝可能存在着成因联系。

致谢：在文章的修改中，感谢审稿老师提出的详细修改意见；在锆石数据的处理中，感谢中国地质大学（北京）钱涛和张安东提供的帮助，并感谢与中国地质大学（北京）季慧丽、李王鹏、李超、姚翔、刘晓波、马鹏斐等的相互交流与学习，在此表示衷心的感谢！

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P597+.3

A

1672－4135（2017）02－0126-09

2016-10-15

国家重点基础研究发展计划项目“二叠纪地幔柱构造与地表系统演变—二叠纪大规模岩浆作用的地质和构造背景（2011CB808901）”

何冰辉（1989-），男，硕士，毕业于中国地质大学（北京），主要从事基础地质方面研究，Email：hbhhbh1989@163.com。