青藏高原东北缘西宁黄土物源研究

碎屑锆石U-Pb年代学被认为是研究沉积物物源的有效手段。然而,应用碎屑锆石U-Pb年代学对中国黄土高原进行物源研究时却获得了非常复杂的物源信息。西宁黄土沉积于青藏高原东北缘地区,对其开展碎屑锆石U-Pb年代学研究不仅可以获得其物源信息,同时可以为探讨青藏高原北缘碎屑物质对黄土高原的贡献提供重要依据。碎屑锆石形貌学研究结果表明其可能经历了强烈的物理风化以及多次再循环,同时也可能暗示了物源的高度复杂性。来自不同沉积层位的碎屑锆石U-Pb年龄结果表明,西宁黄土碎屑物质的最终来源可能是青藏高原北缘和中亚造山带,且物源区自约1.3 Ma以来可能没有显著变化,但是两者对西宁黄土的相对贡献可能在不同的时期具有微弱的差异。西宁黄土与中国黄土高原中、西部典型剖面的碎屑锆石年龄分布具有高度相似性,暗示了两者的物源区可能很大程度上具有一致性,但具少量差异。      

沉积再循环碎屑锆石的地质意义及其识别——以长江流域的碎屑物源研究为例

碎屑锆石U-Pb年代学分析被广泛应用于限定地层沉积时代、重建沉积物源和古地理格局,结合Lu-Hf-O同位素的分析可以进一步制约地壳生长演化历史。锆石在地表过程中具有极强的稳定性,沉积再循环的碎屑锆石长期以来被认为广泛存在于各类碎屑沉积岩中,对碎屑锆石的数据解读产生重要影响,但是目前还没有简单直接的方式进行有效识别。本文对沉积再循环作用和再循环碎屑锆石判别手段的原理和相关地质应用做了简要总结,包括碎屑矿物结构、岩石化学成分、锆石多同位素年代学分析、多种碎屑副矿物联合示踪和放射性损伤评估等方法,评述了不同方法的优劣和适用条件。本文以长江流域的碎屑物源研究为例,使用源归一化的辐射剂量（α-dose）评估流域内再循环碎屑锆石的存在及其对物源重建的意义。我们强调基于碎屑锆石的研究应该综合区域的沉积记录和岩浆构造历史,考虑沉积再循环作用对数据解读的可能影响,为碎屑锆石数据赋予更加合理的地质解释。     

北祁连北大河沉积物碎屑组成及物源正演分析

开展现代河流沉积物的物源分析正演研究,对厘清河流搬运分选过程对不同碎屑成分的影响、不同源区对汇区沉积物的贡献机制以及物源定量分析具有重要意义。对北祁连北大河与洪水坝河现代河流沉积物的物源开展了正演研究,结合砾石成分统计、重矿物分析和碎屑锆石U-Pb测年方法,分析了流域内不同物源对现代河流不同碎屑成分贡献的差异性。结果表明,两条河流沉积物的特征显示汇区不同碎屑成分对物源区岩性的反映各有侧重。其中砾石岩性能够反映整个流域的主要岩性;砂粒中的重矿物组合也可以反映源区主要岩性,且对重矿物含量较高的岩体或地层（如铁矿）十分敏感;碎屑锆石年龄谱反映了整个流域物源端元锆石的综合贡献,各年龄峰锆石占比与源区各年龄峰锆石贡献呈较好的正相关关系,其中源区沉积岩碎屑锆石的贡献比较显著。通过河流物源正演分析进一步建立现代河流源汇模式是实现物源量化分析的一个可行方向。     

物源与沉积相对鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气优质储层的控制

利用LA-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年方法,建立了鄂尔多斯盆地北部上古生界下石盒子组盒8段与山西组山1段砂岩碎屑锆石的年龄谱系,结合砂岩重矿物分析、显微镜下碎屑矿物的定量统计与阴极发光鉴定,通过与源区地层同位素年代学的对比,分析了研究区上古生界天然气储层的物源区和母岩的时代、性质。在大量岩心观察与沉积相研究的基础上,通过镜下对砂岩薄片中碎屑矿物、填隙物、孔隙类型及其含量的观察与定量统计,结合砂岩图像粒度、孔隙度、渗透率、毛细管压力测试,研究了各砂岩类型及其骨架矿物与胶结物的特征、孔隙类型、储集物性及平面分布规律。讨论了源区母岩的性质、沉积相及空间展布、沉积作用与水动力条件等对形成天然气优质储层及储层储集性能演化的影响。     

物源与沉积相对鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气优质储层的控制

利用LA-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年方法,建立了鄂尔多斯盆地北部上古生界下石盒子组盒8段与山西组山1段砂岩碎屑锆石的年龄谱系,结合砂岩重矿物分析、显微镜下碎屑矿物的定量统计与阴极发光鉴定,通过与源区地层同位素年代学的对比,分析了研究区上古生界天然气储层的物源区和母岩的时代、性质。在大量岩心观察与沉积相研究的基础上,通过镜下对砂岩薄片中碎屑矿物、填隙物、孔隙类型及其含量的观察与定量统计,结合砂岩图像粒度、孔隙度、渗透率、毛细管压力测试,研究了各砂岩类型及其骨架矿物与胶结物的特征、孔隙类型、储集物性及平面分布规律。讨论了源区母岩的性质、沉积相及空间展布、沉积作用与水动力条件等对形成天然气优质储层及储层储集性能演化的影响。     

碎屑锆石U-Pb年代学在地学应用中的现状

锆石U-Pb年代学作为地学研究中一种有效的定年方法,通过半个世纪的发展,已经形成了完善的理论体系和实验方法。随着其测试效率和精度不断提高,成本逐渐降低,其研究也朝更广的邻域延伸,近年来碎屑锆石U-Pb年代学在地学中得到了广泛的应用。本文重点介绍碎屑锆石U-Pb年代学在最大沉积年龄分析、物源分析、构造演化分析三方面的应用和扩展,以及碎屑锆石研究中需要注意的再循环锆石、锆石Pb丢失、锆石的滞后时间、锆石生产力差异以及分析结果存在误差导致的年龄偏差的问题。     

碎屑锆石年代学在沉积物源研究中的应用及存在问题

近年来,碎屑锆石U-Pb定年技术的不断突破极大地促进了沉积盆地物源分析的发展,该方法被进一步应用于分析古地理环境、沉积盆地演化以及物源区剥蚀速率等。在广泛应用的同时,国际学者逐渐意识到诸多不确定因素可影响分析结果、导致偏差。在系统总结碎屑锆石年代学在沉积物源研究中值得关注的几个问题的基础上,分析结果认为:①采样过程中要注意采样间隔和水动力对锆石的分选作用;②实验过程中合理地选择U-Pb定年方法,根据特定科学问题选定待测锆石和确定分析数量;③物源对比过程中不应简单地将沉积岩的碎屑锆石年龄谱与周缘造山带结晶岩体（包括岩浆岩和变质岩）的年龄进行对比,还应关注较老沉积岩提供的再旋回锆石、不同源岩的锆石产出能力、剥蚀区适当的隆升时间及碎屑锆石的“滞后时间”等因素。     

石臼坨凸起西南陡坡带扇三角洲锆石定年与源汇示踪

为了示踪渤海湾盆地石臼坨凸起西南陡坡带扇三角洲源汇体系,对其东三段层序（Ed₃）的6个砂岩样品进行碎屑锆石U-Pb定年分析.西部扇体（C6-4-4井）富含白垩纪（K）锆石并具有110 Ma峰值,母岩以白垩系义县组火成岩为主;中部（C6-4-3、C6-4-6D井）、东部扇体（C6-4-5D）富含侏罗纪（J）锆石并具有152 Ma或168 Ma峰值,母岩以侏罗系蓝旗组火成岩为主,古生代（Pz）锆石则来自中生界碎屑岩.所有样品都含有太古代（Ar）、元古代（Pt）锆石,母岩为花岗岩基底.研究表明,除古生界碳酸盐岩外,源区的母岩地层均可通过碎屑锆石U-Pb年龄示踪,各扇体物源的差异性是由母岩地层倾向控制的,由于中生界向西北倾斜,白垩系主控西部扇体沉积,侏罗系则是中部、东部扇体的主要物源区.      

小兴安岭“晚古生代”地层的时代与物源：地质与碎屑锆石 U-Pb 年代学证据

本文对出露于小兴安岭的"晚古生代"红山组和黑龙宫组进行了碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb定年,旨在准确限定红山组和黑龙宫组的沉积时限,并揭示其物源组成。样品中大多数锆石呈自形—半自形,显示典型的岩浆生长环带或条痕状吸收,暗示其岩浆成因。研究结果显示,采自红山组标准剖面泥板岩中的碎屑锆石42个分析点产生以下年龄峰值:747、807、849、903、956、1 167和1 811 Ma,表明红山组沉积于747 Ma之后;采自伊春地区黑龙宫组泥板岩中的碎屑锆石97个分析点产生以下年龄峰值:700(发生Pb丢失)、805、902、1 764、2 446和2 467Ma,确定黑龙宫组沉积于805Ma之后。近年来在该地区"晚古生代"地层中碎屑锆石的定年结果显示普遍存在561 Ma年龄,鉴于红山组和黑龙宫组中缺乏上述锆石年龄组合,认为研究区的红山组和黑龙宫组的形成时代分别为747~561 Ma和805~561 Ma,时代置于新元古代。基于两组碎屑锆石的年龄频数和区域地质年代学资料的对比分析,两个地层单元中出现大量新元古代岩浆锆石,证明研究区可能存在新元古代岩浆事件,岩浆产物为两组地层提供物源;而中—古元古代碎屑锆石的存在,同时暗示该区沉积时地表或地表浅部应存在更为古老的前寒武纪残片。     

中国铝土矿沉积中的碎屑锆石记录: 对铝土矿物源模式与矿床分类的启示*

通过收集、整理和分析来自中国20个铝土矿床/矿点的3439个碎屑锆石U-Pb年龄数据以及297个来自铝土矿沉积下伏碎屑岩基底的碎屑锆石U-Pb年龄数据,对近年来中国铝土矿床的碎屑锆石年代学研究进展进行了综述。对现代热带地区红土剖面中锆石矿物稳定性评估认为在强化学风化条件下锆石颗粒仍然能保持化学与物理的稳定性,因此锆石是铝土矿沉积中良好的物源指示物。对中国铝土矿沉积物源研究表明,即使是形成在碳酸盐岩基底上的铝土矿,其中仍有大量硅铝酸盐沉积物风化产物的加入。此前的铝土矿床分类体系,多依照基岩岩性与矿体形态结构特征进行分类,在使用时可能会造成分类的模糊性与不确定性。中国铝土矿沉积中广泛存在指示准原地及异地成因的碎屑锆石组分,使用原地/异地指标也无法进行有效区分。基于以上原因,建议在考虑铝土矿分类方案时,除考虑铝土矿的风化产物属性外,还应对其作为沉积物/沉积岩的属性加以考量,新的铝土矿床分类方案是当前铝土矿研究中亟待解决的问题。此外,铝土矿的碎屑锆石年代学研究虽然为铝土矿物源研究提供了重要约束,但仍然需要结合区域地质背景及地球化学研究来提供更全面的铝土矿物源信息。     

碎屑岩物源研究进展与展望

沉积物物源研究作为沟通沉积盆地与剥蚀区的纽带,有助于恢复源区构造背景、估计沉积物搬运路径与距离、重建古水系和恢复沉积盆地充填演化历史等,在源-汇系统分析中有着非常重要的作用。传统的方法如岩石学、沉积学、重矿物和元素地球化学等方法在物源体系分析中起着重要的作用。随着同位素测试技术的进步,越来越多的碎屑矿物同位素测年开始大量地被应用到物源分析当中。近些年碎屑锆石测年被广泛地应用到沉积盆地物源体系恢复和古水系重建中,而针对碎屑矿物如金红石、独居石和磷灰石等的同位素测年也同样发挥着巨大的作用。多种矿物组合分析以及单矿物多重定年,可以更全面地恢复物源区的构造演化史,从而更准确地恢复构造演化与盆地充填过程之间的耦合关系。同时随着碎屑锆石U/Pb数据的日益增多,越来越多的数学和统计学方法开始被引入用于定量分析不同物源区对沉积区砂体展布的影响。现今和未来的物源分析将是不断引入新的研究技术、将传统方法与新技术的结合、从单一方法到多种方法的综合、从定性分析到定量化研究、从单一学科到多学科交叉的过程,从而更好地让我们认识沉积物在地表的剥蚀搬运沉积的整个过程。     

The complexity of sediment recycling as revealed by common Pb isotopes in K-feldspar

Detrital zircon U-Pb geochronology has become the gold standard in evaluating source to sink relationships in sedimentary basins. However, the physical and chemical robustness of zircon, which make it such a useful mineral for provenance studies, is also a hindrance as zircon can be recycled through numerous sedimentary basins, thus obscuring the first cycle source to sink relationship. An elegant approach to addressing this potential issue is to compare the Pb isotope composition of detrital K-feldspar, a mineral which is unlikely to survive more than one erosion-transport-deposition cycle, with that of magmatic K-feldspar from potential basement source terranes. Here we present new in situ Pb isotope data on detrital K-feldspar from two Proterozoic arkosic sandstones from Western Australia, and magmatic K-feldspar grains from potential igneous source rocks, as inferred by the age and Hf isotope composition of detrital zircon grains. The data indicate that the detrital zircon and K-feldspar grains could not have been liberated from the same source rocks, and that the zircon has most likely been recycled through older sedimentary basins. These results provide a more complete understanding of apparently simple source to sink relationships in this part of Proterozoic Western Australia.     

兴蒙造山带中部晚古生代构造格局:来自晚泥盆-早石炭世色日巴彦敖包组碎屑锆石和火山岩岩浆锆石年代学的制约

内蒙古苏尼特左旗地区位于兴蒙造山带中段,是研究古生代俯冲-增生造山作用和地壳生长的关键地区。在苏尼特左旗南部,晚泥盆-早石炭世色日巴彦敖包组角度不整合在早古生代增生楔之上,已有研究对于其沉积环境、盆地属性及区域构造意义一直存在较大分歧。本文对色日巴彦敖包组敖木根呼都格剖面和阿拉塔特剖面碎屑岩和火山岩夹层开展锆石UPb测年及Hf同位素分析,并进行了沉积相分析进一步查明了地层层序、时代及物源特征,并对沉积环境和盆地属性进行了探讨。研究表明,敖木根呼都格剖面色日巴彦敖包组底部含砾粗砂岩最小谐和碎屑锆石年龄为391±5Ma,中下部凝灰质砂岩最小谐和碎屑锆石年龄为338.2±4.3Ma,凝灰岩锆石年龄为336±2Ma、333±3.5Ma,结合古生物化石,表明底部形成于晚泥盆世,中上部地层形成于早石炭世晚期。阿拉塔特剖面中上部安山质火山碎屑岩最小谐和碎屑锆石年龄加权平均值为320.4±6.2Ma,表明其形成于晚石炭世。碎屑锆石年龄谱及Hf同位素组成表明底部及中部砂岩碎屑物主要来自近源的早古生代白音宝力道和二连东乌旗地区弧岩浆岩,少量来自北侧南蒙古弧。结合沉积相分析,推测苏尼特左旗南部色日巴彦敖包组下部为一套形成于弧陆碰撞后被动陆缘滨浅海相沉积建造,中上部为形成于弧前盆地的一套杂砂岩夹火山岩建造。以上资料表明,该区从早石炭世开始转为活动陆缘背景,暗示古亚洲洋中东段在晚古生代仍未封闭。     

Unravelling the protracted U-Pb zircon geochronological record of high to ultrahigh temperature metamorphic rocks: Implications for provenance investigations

The assessment of detrital zircon age records is a key method in basin analysis, but it is prone to several biases that may compromise accurate sedimentary provenance investigations. High to ultrahigh temperature (HT-UHT) metamorphism (especially if T > 850 °C) is herein presented as a natural cause of bias in provenance studies based on U-Pb detrital zircon ages, since zircon from rocks submitted to these extreme and often prolonged conditions frequently yield protracted, apparently concordant, geochronological records. Such age spreading can result from disturbance of the primary U-Pb zircon system, likewise from (re)crystallization processes during multiple and/or prolonged metamorphic events. In this contribution, available geochronological data on Archean, Neoproterozoic and Palaeozoic HT-UHT metamorphic rocks, acquired by different techniques (SIMS and LA-ICP-MS) and showing distinct compositions, are reassessed to demonstrate HT-UHT metamorphism may result in modes and age distributions of unclear geological meaning. As a consequence, it may induce misinterpretations on U-Pb detrital zircon provenance analyses, particularly in sedimentary rocks metamorphosed under such extreme temperature conditions. To evaluate the presence of HT-UHT metamorphism-related bias in the detrital zircon record, we suggest a workflow for data acquisition and interpretation, combining a multi-proxy approach with: (i) in situ U-Pb dating coupled with Hf analyses to retrieve the isotopic composition of the sources, and (ii) the integration of a petrochronological investigation to typify fingerprints of the HT-UHT metamorphic event. The proposed workflow is validated in the investigation of one theoretical and one natural example allowing a better characterization of the sedimentary sources, maximum depositional ages, and the tectonic setting of the basin. Our workflow allows to the appraisal of biases imposed by HT-UHT metamorphism and resulting disturbances in the U-Pb detrital zircon record, particularly for sedimentary rocks that underwent HT-UHT metamorphism and, finally, suggests ways to overcome these issues.     

准噶尔盆地南缘中-新生界碎屑锆石的U-Pb 年代学和沉积学记录及其反映的盆山构造演化

针对准噶尔盆地南缘(天山北麓)中生界及新生界4个砂岩样品的碎屑锆石,本文开展了LA-ICP-MS分析,解析了其U-Pb年代学、沉积物源及其构造属性等信息,探索了天山及其邻近盆地的表壳演化过程及动力学机制。研究显示,准噶尔盆地南缘上三叠统-中侏罗统碎屑锆石年龄构成总体宽泛复杂,在490～160 Ma之间出现多个谱峰:除310～260 Ma主峰外,尚有180～160 Ma、240～210 Ma、370～340 Ma、450～390 Ma和490～460 Ma等5个次峰; 上侏罗统-下白垩统碎屑锆石年龄构成相对简单,但仍然保留400～250 Ma较宽范围内的2～3个谱峰:除310～260 Ma主峰外,尚有340～315 Ma等次峰; 上白垩统-古近统,主物源碎屑锆石年龄构成趋向单一,峰值区间集中于310～260 Ma。研究说明天山与准噶尔盆地之间的构造分异活动可以分为4个阶段:中晚三叠世-中侏罗世平稳或渐弱,向准噶尔盆地输运碎屑物的天山水系较宽,可达南天山北缘; 晚侏罗世-早白垩世欧亚板块与拉萨块体碰撞的远程效应对天山古生代构造格局造成了强烈的叠加改造,天山区域整体抬升剥露加剧,并伴随主分水岭相对北移; 晚白垩世-古近纪北天山继续隆升(尽管相对变弱),并直接构成向准噶尔盆地(南缘)输运碎屑物的主水系,新近纪由于欧亚板块与印度板块碰撞引发的天山陆内强烈隆升并未明显改变这一物源输运系统。     

锆石铀-铅定年激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱原位微区分析进展

激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术是目前最常用的锆石U-Pb同位素年龄测定方法之一。该方法能够对单颗粒锆石内部年龄差异实现快速、准确的原位微区分析。文章总结了近年来激光剥蚀系统、ICP-MS技术以及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法、相关应用实例研究的进展和现状。系统评述了激光发生器,剥蚀池,剥蚀参数(激光波长、脉冲宽度、剥蚀气体、孔径大小)以及四极杆和扇形磁场质谱仪对锆石U-Pb年龄数据的精度和准确度的影响。详细介绍了基于锆石年龄标准样品、标准溶液及其他标样的外标定量校准方法,单个U/Pb比值计算方法,普通铅校正方法以及同位素年龄与微量元素同时测定的方法。目前LA-ICP-MS锆石U-Pb定年技术主要应用于碎屑锆石的沉积物源区示踪和岩浆事件的年代学约束研究。     

碎屑金红石:沉积物源的一种指针

近年来,碎屑金红石的研究已成为沉积物源区分析的一个新前沿。金红石的地球化学组成,尤其是Cr,Nb,Zr等微量元素的含量,对其母岩的形成条件和所经历的地质过程都具有重要的指示意义,同时,碎屑金红石在沉积、成岩过程中表现出极高的稳定性,因而是物源分析的理想指针矿物。首先介绍金红石的矿物学和地球化学基本性质,分析不同来源的金红石典型特征,重点阐述碎屑金红石在物源分析中运用的5个方面:①金红石重矿物比值;②金红石矿物化学成分Cr-Nb判别图解;③金红石Zr含量温度计;④金红石的U-Pb和(U-Th)/He定年;⑤金红石Lu-Hf同位素。综合上述5个方面的物源分析研究,可以获取金红石的母岩类型、形成温度及后期所经历的热演化史等信息。碎屑金红石的物源研究处于起步和探索阶段,仍存在一些亟需解决的问题。     

The provenance of Western Irish Namurian Basin sedimentary strata inferred using detrital zircon U–Pb LA‐ICP‐MS geochronology

The Western Irish Namurian Basin (WINB) preserves classic examples of basin floor sequences through to slope deposits and deltaic cyclothems. Despite over 50 years of research into the WINB, its sediment provenance remains highly contested. Sedimentological arguments, including palaeocurrent vectors and palaeoslope indicators have been invoked to propose a sediment source from the NW or the west (i.e. from within Laurentia). These same indicators have been subsequently reinterpreted to reflect a southern provenance. It is not clear from sedimentological arguments alone which interpretation more accurately reflects the infilling of the WINB. Regional‐scale constraints on WINB provenance may be obtained with detrital zircon U–Pb geochronology. U–Pb LA‐ICP‐MS detrital zircon analysis was undertaken on samples from three sandstone units at different stratigraphic levels within the WINB siliciclastic sedimentary fill (Ross Formation, Tullig Sandstone, Doonlicky Sandstone). The samples are dominated by 500–700 Ma zircons, which can be correlated with Cadomian–Avalonian orogenic activity within terranes to the south of the WINB (Avalonia/Ganderia, Armorica and Iberia). In contrast, Eastern Laurentia, to the north of the WINB, was devoid of orogenic activity at this time. WINB samples also yield age populations younger than 500 Ma, and older than 700 Ma. These are not diagnostic of a particular source terrane and thus could be derived from terranes north and/or south of the WINB. WINB detrital zircon age spectra can be reconciled by an Avalonian or combined Avalonian–Laurentian provenance for WINB sedimentary strata. Further research is required in order to distinguish between these two possibilities. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.