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造山带和沉积盆地是两个基本地质构造单元,它们在空间上相互依存,在物质上相互转换,二者构成一个相互联系有机结合的整体——盆山体系。盆地与造山带之间的时空耦合关系是目前大陆动力学研究的热门领域。宜昌地区位于湖北省北部,长江三峡东侧及江汉盆地西缘,紧邻黄陵隆起,并且夹于秦岭-大别造山带和江南雪峰造山带之间。论文以江汉盆地宜昌地区白垩系地层为研究对象,从沉积物中分选出足量的锆石颗粒,开展单颗粒锆石的LA-ICPMSU-Pb和裂变径迹(FT,Fissiontrack)双重定年分析,获得锆石形成时的结晶年龄和后期热冷却年龄,并结合古水流的分析,确定江汉盆地宜昌地区白垩系沉积物的物源区信息以及物源区的构造热演化史,为探讨江汉盆地形成演化与周缘山脉的盆山时空耦合作用过程提供重要资料和依据。
论文采集了宜昌地区白垩系5个地层样品:石门组,五龙组,罗镜滩组,红花套组和跑马岗组,随机选取了碎屑锆石427颗,进行了LA-ICPMSU-Pb和FT年龄测定和分析工作。白垩系碎屑锆石的U-Pb年龄主要分为7个群组,对应的峰值年龄如下:2500Ma,1800Ma,1150Ma,800Ma,400Ma,250Ma和170Ma,分别占总颗粒数的6％(25颗),22％(95颗),2％(7颗),24％(99颗),9％(35颗),25％(100颗),16％(64颗)。其中,存在2个古老的碎屑锆石U-Pb年龄,分别为3446.30Ma和2948.32Ma;存在最年轻的碎屑锆石U-Pb年龄为89.43Ma。碎屑锆石FT年龄的高斯拟合值主要分为5个峰值年龄:131.1+14Ma,218±22Ma,333±38Ma,583±75Ma和1146±140Ma;分别占总颗粒数的11％,43％,32％,11％,3％。宜昌地区白垩系地层中U-Pb年龄在～2500Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为4个峰值年龄:239±40Ma,388±65Ma,590±200Ma和914±190Ma,分别占总颗粒数的28％,53％,8％,11％。U-Pb年龄在～1800Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为5个峰值年龄:189±23Ma,282±30Ma,500±58Ma,1300±250Ma和1850±560Ma,分别占总颗粒数的23％,48％,22％,5％,2％。U-Pb年龄在～1150Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为2个峰值年龄:177±29Ma和383±83Ma,分别占总颗粒数的59％,41％。U-Pb年龄在～800Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为5个峰值年龄:121+21Ma,219.8±16Ma,362±73Ma,636±66Ma和970±200Ma,分别占总颗粒数的6％,49％,20％,18％,6％。U-Pb年龄在～400Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为4个峰值年龄:137±29Ma,206±48Ma,304±44Ma和407±120Ma,分别占总颗粒数的14％,28％,43％,15％。U-Pb年龄在～250Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为2个峰值年龄:175±21Ma和274.2±13Ma,分别占总颗粒数的16％,84％。U-Pb年龄在～170Ma范围内的碎屑锆石,对应的FT年龄高斯拟合值主要分为3个峰值年龄:112.7±13Ma,177.1±15Ma和212±77Ma,分别占总颗粒数的26％,65％,9％。其中,两个古老的碎屑锆石U-Pb年龄(3446.30Ma和2948.32Ma),对应的锆石FT年龄分别为601.15Ma和310.25Ma;最年轻的碎屑锆石U-Pb年龄(89.43Ma),对应的锆石FT年龄为85.27Ma。
通过分析实验数据,并与周缘造山带U-Pb年龄数据和热事件年龄数据进行对比分析,得到如下结论和认识:
(1)宜昌地区白垩系沉积物的主要物源区是黄陵隆起和秦岭-大别造山带。将锆石U-Pb实验数据与周缘造山带U-Pb年龄数据进行比较分析,得到白垩系地层中U-Pb年龄在～2500Ma,～1800Ma,～1150Ma和～800Ma的锆石颗粒,来源于黄陵隆起;U-Pb年龄在～400Ma,～250Ma和～170Ma的锆石颗粒,来源于秦岭-大别造山带。
(2)白垩系5套地层中只有石门组、五龙组和罗镜滩组存在U-Pb年龄在～2500Ma的碎屑锆石,红花套组和跑马岗组地层中没有发现锆石U-Pb年龄为～2500Ma的群组。表明从崆岭杂岩中剥蚀搬运到宜昌地区的太古宙锆石,由早白垩世到晚白垩世逐渐减少,直到上白垩统跑马岗组基本没有,说明崆岭杂岩自早白垩世到晚白垩世隆升剥蚀的强度逐渐减弱。
(3)根据白垩系各套地层中U-Pb年龄在～1800Ma和～2500Ma范围内的锆石所占比例的逐渐递减现象,推测在晚白垩世崆岭杂岩已经不给宜昌地区提供物源了,崆岭杂岩只是宜昌地区白垩系中部分U-Pb年龄为～1800Ma碎屑锆石的物源区;而侵入到崆岭杂岩中的圈椅淌钾长花岗岩也是宜昌地区白垩系中部分U-Pb年龄为～1800Ma碎屑锆石的物源区,特别是晚白垩世宜昌地区白垩系地层中U-Pb年龄为～1800Ma碎屑锆石的主要物源区。表明侵入崆岭杂岩中的圈椅淌钾长花岗岩与崆岭杂岩在早白垩世的剥蚀强度是相似的,但晚白垩世圈椅淌钾长花岗岩依然存在剥蚀而崆岭杂岩已经停止剥蚀。
(4)黄陵隆起存在四期明显的热事件,分别发生在晚侏罗世-白垩纪,三叠纪,奥陶纪和新元古代。研究发现来源于黄岭隆起的FT年龄在～253Ma的锆石(48％)所占比例最高,这有力的说明了黄陵隆起的主要抬升期应该是在晚二叠世-早三叠世。
(5)由于黄陵隆起中的崆岭杂岩和黄陵花岗岩在空间组合上存在一定的关系,导致它们在剥蚀时间和空间上存在差异。其中,最古老的崆岭杂岩经历的最明显一次热事件是华力西构造热事件;黄陵花岗岩经历的最明显一次热事件是印支构造热事件,经历的最后一次热事件是燕山构造热事件。综合分析认为220-240Ma是黄陵隆起经历的最主要构造热事件时期,这次热事件后只有黄陵花岗岩还在126Ma左右经历了一次热事件。从空间上分析认为,崆岭杂岩覆盖于黄陵花岗岩之上,因而埋藏深度不同,导致崆岭杂岩与黄陵花岗岩存在剥蚀差异,也使得它们各自经历的主要热事件和最后一次热事件时间不相同。
(6)秦岭-大别造山带存在存在五期明显的热事件,分别发生在白垩纪,侏罗纪,三叠纪,石炭纪和泥盆纪。其中三叠纪是秦岭-大别造山带经历的最主要热事件时期,这个时期是秦岭-大别造山带的造山活跃期。
(7)结合秦岭-大别造山带与黄陵隆起的主要热事件进行综合分析,发现三叠纪可能是秦岭-大别造山和扬子北缘同时经历的明显构造热事件时期。