华北板块北缘东段柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组碎屑锆石U-Pb定年及其地质意义

Detrital Zircon U-Pb Dating of Early Cretaceous Yingzuilazi Formation in Liuhe Basin, Northern Margin of North China Plate and Its Geological Significance

摘要

华北板块北缘在晚中生代受到古太平洋板块西向俯冲作用的影响，发育强烈的构造变形及大规模的岩浆活动.研究区柳河盆地地处华北板块北缘，对其开展研究能够为约束华北板块北缘晚中生代构造演化阶段提供沉积方面的证据.依据对盆地早白垩世鹰嘴砬子组样品碎屑组分、岩性序列、沉积相演化特征的研究，结合碎屑锆石U-Pb年代学判断，盆地样品矿物组成具有石英含量较低，岩屑和长石含量较高的特点，显示沉积物物源主要来自岩浆弧物源区.两组碎屑锆石U-Pb年龄组成相似，以晚中生代为主，古元古代为辅.L1-B178样品（岩心）碎屑锆石存在约127 Ma的主峰和约2 553 Ma的次峰；P303-B3样品（剖面）存在约126 Ma的主峰和约2 545 Ma的次峰，中生代沉积物物源可能来自盆地东北侧丰富的岩浆岩.早白垩世鹰嘴砬子组最年轻碎屑锆石颗粒的U-Pb年龄限定岩层的最大沉积年龄为（125±4） Ma，介于早白垩世巴雷姆阶与阿普特阶，与层内流纹岩样品（124.3±0.7） Ma的锆石加权平均年龄吻合.通过对柳河盆地样品矿物组成特点、沉积相演化和碎屑锆石U-Pb年代学特征综合判断，盆地在（125±4） Ma已接收到古太平板块俯冲作用带来的物源.

关键词

柳河盆地 / 早白垩世 / 鹰嘴砬子组 / 锆石U-Pb定年 / 物源 / 地质年代学 / 岩石学

Key words

Liuhe basin / Early Cretaceous / Yingzuilazi Formation / zircon U-Pb age / provenance / geochronology / petrology

0 引言

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，保存有大于38亿年的古老陆壳，在18亿年前进入稳定的克拉通阶段，基底构造单元可分为3个太古宙微陆块（东部陆块、阴山陆块和鄂尔多斯陆块）和3个早元古宙活动带（孔兹岩带、华北中部带和胶‒辽吉带）.古生代华北板块北缘经历了古亚洲洋构造体制的演化，随着古亚洲洋闭合，华北板块和西伯利亚板块的对接带上微陆块及岛弧地体不断向南北两大陆块俯冲‒消减，沿索伦山带闭合.早中生代华北板块受蒙古‒鄂霍茨克洋构造域和古亚洲洋自西向东闭合作用共同控制.晚中生代古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲，造成华北克拉通岩石圈减薄与克拉通破坏，华北板块北缘整体呈现出由古亚洲洋构造体系控制向古太平洋构造体系控制转变的构造演化趋势（吴福元等， 2003）.这一阶段华北克拉通内由区域收缩转变为区域伸展，伴随着大规模的岩浆活动和成矿作用，形成一系列各种类型的盆地（李武显等， 2013； 徐汉梁等， 2013）.目前对于古太平洋构造体系控制时限的确定仍存在争议：（1） 部分学者认为古太平洋板块对华北板块的俯冲作用发生在晚三叠世‒早侏罗世.华北板块北缘东段三叠纪开原地区尖子山岩体和树德屯岩体形成于造山阶段挤压环境下，挤压碰撞作用一直持续到晚三叠世，挤压引起的地壳加厚向伸展垮塌环境转换发生在晚三叠世‒早侏罗世（陈井胜等， 2016），古太平洋板块俯冲作用引起板内变形伸展是导致华北克拉通东部破坏的主要原因.（2） 部分学者认为古太平洋板块对华北板块的俯冲作用发生在早‒中侏罗世.辽西兴城早侏罗世花岗岩质岩体具有与俯冲作用下形成的活动陆缘花岗岩相似的岩石组合和岩石地球化学特征.（3） 还有学者认为古太平洋板块对华北板块的俯冲作用发生在早白垩世.燕山地区寿王坟杂岩体石英闪长岩和石英二长岩锆石U-Pb年龄为128 Ma，与太行山和华北部分地区中酸性岩石均具有相似的矿物组合和地球化学特征，类似于俯冲背景下的岩浆弧侵入岩，形成于早白垩世古太平洋板块向欧亚大陆发生俯冲引起大陆岩石圈伸展背景下.和政军等（1998）通过对燕山‒阴山大型EW向推覆构造带的研究提出古太平洋板块俯冲发生于早白垩世.吴福元等（2003）基于中国东部广泛发育的中生代岩浆作用，提出华北克拉通破坏的起始时间应在晚中生代，也赞同早白垩世该地区才进入到环太平洋动力学体系的演化阶段.近年来碎屑锆石定年技术的不断突破极大促进了沉积盆地物源分析的发展，该方法也被进一步应用于分析古地理环境、沉积盆地演化以及研究物源区剥蚀速率等（李武显等， 2013；郭佩等， 2017）.碎屑沉积物中不仅蕴含着丰富的源区信息，还可以反映沉积时的构造背景，而沉积物中的碎屑锆石年龄，可以精确快速地反映出沉积物源区及其构造演化信息.同时，由于沉积物中的碎屑锆石稳定性强，可以囊括大量的年龄信息，所以碎屑锆石可以用于讨论盆山耦合、大陆演化、盆地形成时的构造背景等关键问题（Dickinson and Gehrels， 2009）.

柳河盆地地处华北板块北缘，隶属于吉林东部盆地群，于早白垩世基本发育成型.在早白垩世欧亚大陆板块遭受了持续时间较长的来自古太平洋板块的周期性的俯冲作用（裴福萍， 2008； Xu et al.， 2013）.在持续性的俯冲作用影响下，欧亚大陆岩石圈形成一系列北东向‒北北东向的深大走滑断裂.此时，由于古太平洋板块与东亚大陆边缘相互作用及郯庐断裂带的大规模左行平移运动，构造格局也由早期的东西向为主转变为北东‒北北东向.因此我国东北地区开始广泛发育一系列呈北东‒北北东向展布的断陷盆地群.吉林东部盆地群位于佳一伊断裂和敦密断裂之间，断裂对其中盆地的演化和分隔起着相似和巨大的影响作用，将其改造成多个孤立的残留盆地（徐汉梁等， 2013）.华北板块早白垩世处于构造体制转换的关键时期，位于华北板块北缘的柳河盆地此时是否接收到了来自古太平洋板块俯冲的物源，是本文聚焦的关键问题.前人大部分是通过火成岩和变质岩的岩石地球化学和锆石U-Pb年龄对古太平洋板块俯冲时间进行限定（裴福萍， 2008；Li et al.， 2019）.本文希望通过对柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组钻井岩心和露头剖面的沉积岩开展矿物组分、碎屑锆石U-Pb定年研究，分析柳河盆地早白垩世沉积物物源区方向和沉积物源组成，为晚中生代华北板块北缘构造演化阶段的确定提供沉积物源方面的证据.

1 区域地质背景

华北板块自古元古代晚期形成至早中生代一直保持着相对稳定的构造特征.中元古代时期，华北板块内部和边缘发育大量狭长的裂陷槽，形成巨厚的海相沉积组合，同时发育典型的非造山型岩浆活动（池际尚和路凤香， 1996）.早寒武世华北板块大面积发育浅海相碳酸盐岩沉积，于早古生代开始遭受剥蚀，早‒中石炭世开始接受新的海陆交互相沉积，至早三叠世结束.中生代中晚期以来，华北板块受到古太平洋板块的俯冲作用以及印度板块与欧亚板块碰撞的影响，经历了数次伸展作用的改造， 形成众多裂谷盆地，以及呼和浩特、云蒙山、松辽、赤峰、小秦岭、瓦子峪、辽南等板内不同构造域的变质核杂岩.柳河盆地是在华北板块北缘基底上发育的中生代残余盆地，属于地堑和半地堑盆地.盆地的东、西两侧各分布着一条呈NNE向分布的的断裂带，控制着盆地的形态（徐汉梁等， 2013）.从平面上看，柳河盆地为一沿NNE向延伸的狭长盆地，总面积约为1 100 km².从构造位置来看，盆地位于敦‒密断裂带西侧，辉桦盆地南侧，通化盆地西北侧（蓝艺植等， 2018）（图1）.柳河盆地中生代发育大规模火山活动，以沉积岩和火山岩交互式充填为特征，后期盆地发育受走滑伸展‒走滑挤压控制，早白垩世末期挤压作用强烈.盆地内发育的主要地层为中侏罗统侯家屯组、下白垩统果松组、鹰嘴砬子组、林子头组、下桦皮甸子组、亨通山组和三棵榆树组等.侯家屯组下部为紫色砾岩夹红色粉砂岩；上部为紫色、紫灰色泥质粉砂岩，河漫‒沼泽相灰色泥页岩，整体发育河流‒湖沼相.果松组发育砂岩、粉砂岩和泥岩夹安山岩、流纹岩、凝灰岩，与下部地层不整合接触，主体为湖相‒火山岩相.鹰嘴砬子组含砾粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，产动植物化石，局部有流纹岩和辉长岩发育，为湖相‒火山岩相.林子头组以凝灰岩、泥岩和砂岩为主，下部局部有侵入岩，与下部地层整合接触，为火山岩相‒湖相.下桦皮甸子组双壳、鱼类化石丰富，砂岩泥岩互层，夹凝灰质砂岩，与下部地层整合接触，为湖相，形成于最大湖盆发育期.亨通山组下部为砂岩、砾岩、粉砂岩和泥岩；上部发育凝灰岩，双壳和鱼类发育，为湖相‒扇三角洲相（吉林省地质矿产局， 1988）.

2 样品采集与分析方法

碎屑岩中的碎屑组分和结构特征能直接反映物源区和沉积盆地的构造环境，碎屑组分三 端元间的含量比例关系可以反映出母岩的性质（Dickinson and Gehrels， 2009）.根据Dickinson and Gehrels（2009）提出的砂岩矿物成分分析方法，对样品中3个端元：石英质碎屑、长石碎屑，以及岩屑碎屑含量进行统计.本次分析选取L1-B123、L1-B137等31个样品进行砂岩矿物成分分析，每个样品将统计包含单晶石英、多晶石英、斜长石等十个端元组分.每个样品统计数目不低于300个颗粒，在镜下对其10个端元组分的碎屑颗粒以及杂基成分进行统计后，根据不同组分碎屑在各个图解中的位置，经计算后得出各个碎屑组分实际的百分含量，运用Dickinson三角图解，根据点的分布情况来确定物源类型.

选取盆地南部柳地1井砂岩样品L1-B178和盆地北部303国道剖面砂岩样品P303-B3进行碎屑锆石定年测试.首先在河北廊坊进行锆石重矿物的提取，经过淘洗、重液分离、磁选等操作，分离出锆石颗粒.将提取出来的锆石颗粒在湖北武汉上谱公司做成环氧树脂靶，拍摄透、反射电子影像及阴极发光影像.根据成像资料，选取合适的分析测试点，之后的锆石LA-ICP-MS U-Pb年代定年和微量元素测试在吉林大学自然资源部东北亚矿产资源评价重点实验室通过Agilent 7900完成，激光剥蚀系统为COMPEx Pro型193 nm ArF准分子激光器.同位素U-Pb定年分析采用91500 标准锆石外部校正法，每分析10个测试点就分析2次标样.用GLITTER软件计算出同位素比值，采用Andersen（2002）的方法对结果进行普通铅校正，锆石样品的U-Pb年龄谐和图及年龄分布图使用Isoplot（3.27）绘制.本文进行讨论的所有测试点谐和度均大于90%，对于年龄小于1 000 Ma的锆石年龄采用²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄，对于大于1 000 Ma的锆石年龄采用精确度更高的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄.

3 分析结果

3.1　岩石学和矿物成分分析

用于碎屑锆石定年测试的砂岩样品为L1-B178和P303-B3，结果如下：岩心样品L1-B178为块状构造，发育小型槽状交错层理，定名为灰色中砂岩（图2a）.镜下观察样品为碎屑结构，粒径为0.25~ 0.50 mm，为中粒级，分选较好，磨圆为次圆状‒次棱角状；整体为颗粒支撑，孔隙胶结，胶结物为钙质（图2b）.碎屑成分主要为长石（47%）和岩屑（35%），石英（18%）含量较低.石英以单晶石英为主，少见多晶石英.斜长石发育聚片双晶，表面常发生高岭石化（图2c），正长石发育卡氏双晶且部分蚀变为钠长石（图2d），微斜长石可见明显的格子双晶（图2e）.岩屑成分包括流纹岩岩屑、凝灰岩岩屑、安山岩岩屑，流纹岩岩屑呈隐晶质结构（图2f）；凝灰岩岩屑可见晶屑和玻屑，玻屑呈角状、弓状，晶屑呈棱角状且多为长石（图2g）；安山岩岩屑基质为玻璃质，常被铁质染成红褐色，斜长石呈板状，具玻晶交织结构（图2h）.定名为岩屑长石中砂岩.样品P303-B3为块状构造，发育小型槽状交错层理，定名为浅灰色中砂岩（图2i）.镜下观察样品为碎屑结构，粒径为0.2~0.4 mm，为细‒中粒级，分选较好，磨圆为次圆状‒次棱角状；整体为颗粒支撑，孔隙胶结，胶结物为钙质（图2j）.碎屑成分主要为长石（45%）和石英（33%），岩屑（22%）含量较低.石英以单晶石英为主，呈半自形，少见多晶石英.斜长石含量较正长石高，聚片双晶明显，部分斜长石蚀变，发生绢云母化（图2k），正长石常见卡式双晶，高岭土化现象明显（图2l）；条纹长石可见明显的条纹结构（图2m）.岩屑主要为流纹岩岩屑和凝灰岩岩屑，安山岩岩屑含量较少；安山岩岩屑中斜长石呈板状，具玻晶交织结构（图2n）；流纹岩岩屑呈隐晶质结构（图2o）；凝灰岩岩屑可见晶屑和玻屑（图2p）.镜下鉴定为岩屑长石细中砂岩.

本文共选取柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组31块符合要求的砂岩样品进行矿物成分分析（附表1），鹰嘴砬子组样品石英含量较低，岩屑和长石含量较高，其中石英以单晶石英为主，长石以斜长石为主，岩屑以火山成因岩屑和变质岩屑为主，沉积岩屑所占比重很小（图3），反映出鹰嘴砬子组近源沉积的特征.

3.2　沉积相类型

选取柳地1井和梅河口市303国道加油站剖面（下文简称303国道剖面）进行岩石学和锆石U-Pb定年研究.盆地内柳地1井为勘探井，钻遇完整的下白垩统鹰嘴砬子组，井位位于盆地南部. 303国道野外露头剖面出露下白垩统鹰嘴砬子组，剖面位于盆地北部.

柳地1井钻遇鹰嘴砬子组深度为785.24~ 1 500.40 m，结合岩性、岩相特征，柳河盆地鹰嘴砬子组沉积环境发生了多期次的变化（图4）.柳地1井1 374.0~1 500.4 m上部和下部以粒度较粗的砂岩占优势，两部分均呈现出向上变粗的粒序变化，为扇三角洲沉积.中部岩性以深灰色、灰黑色泥岩为主，夹有灰色粗砂岩，整体呈现向上变细的粒序变化，为湖泊沉积. 1 193.17~1 374.00 m下部发育大段砂砾岩、砾岩，夹薄层粉砂质泥岩.中上部粒度变细，以大段的粉砂质泥岩、泥岩为主，夹薄层细砂岩，为湖泊沉积. 1 041.14 m~1 193.17 m中下部砂泥互层，向上粒度变细，上部出现大段泥岩，为湖泊沉积.顶部发育薄层凝灰质粗砂岩和含砾粗砂岩，为扇三角洲沉积. 939.01~1 041.14 m发育辉绿岩脉，为侵入岩相. 785.24~939.01 m下部和上部以粒度较细的粉砂岩、细砂岩为主.中部发育厚层中砂岩.该段整体呈现出向上粒度逐渐变细的特点，为扇三角洲沉积.

柳河盆地中生代一直受伸展‒走滑挤压控制，在早白垩世末期挤压作用强烈（曲鹏展等，2018）.柳地1井鹰嘴砬子组1 047.9~1 500.4 m表现出由粗到细的粒度变化特征，沉积环境经历了由扇三角洲到湖泊的演化，表明鹰嘴砬子组早期至中期，沉积相带由盆地中心向盆地边缘收缩，垂向上呈现正粒序；785.24~1 047.90 m粒度变粗，垂向上表现为逆粒序，沉积环境由湖泊变为扇三角洲，反映中期至晚期沉积相带由盆地边缘向盆地中心推进.

303国道剖面的经纬度坐标为：42°23′37.3″N，125°45′18.6″E，累计厚度为122.4 m（图4）.该剖面下部岩性以砂岩、砂砾岩为主，其中，粗砂岩、砂砾岩层中多呈正粒序，为水下河道沉积；粉砂岩和细砂岩层中呈反粒序，表现为河口坝、远砂坝沉积；剖面上部岩性以细砂岩、粉砂岩为主，顶部发育薄层状凝灰岩，剖面整体为扇三角洲相.

3.3　锆石U-Pb定年分析

3.3.1　鹰嘴砬子组的碎屑锆石U-Pb定年分析

本次研究从L1-B178和P303-B3样品中共选取119颗锆石颗粒用于U-Pb定年，除去5颗不谐和数据，共获得了114组有效数据，详细数据结果见附表2，有效数据点的U-Pb谐和年龄图及年龄分布见图5.锆石形态与内部结构是判别锆石是否为岩浆锆石的依据之一，岩浆锆石一般自形程度高，粒径介于20~250 µm，在光学显微镜下呈无色、透明.这些锆石具有明显的振荡环带（Hoskin， 2003）.

柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组碎屑锆石样品中，年龄较大（>300 Ma）的锆石样品分选性中等，粒径在50~150 µm，长宽比介于1∶1到 3∶1之间，长宽比较大，颗粒大部分磨圆较好，呈次圆状‒浑圆状，可以观察到明显的振荡环带，表明其经历了长距离搬运或为多期次沉积的岩浆锆石.对于较年轻的碎屑锆石（<300 Ma），分选性中等，粒径约在50~150 µm，长宽比介于 1∶1到4∶1之间，长宽比较大，颗粒形态多为次棱角状‒次圆状，大都呈自形‒半自形，具有明显的振荡环带（图5），表明其具有岩浆锆石成因，经历了短距离的搬运，大部分是近源沉积的岩浆锆石.

碎屑锆石的Th、U含量以及Th/U比值常被用来判断其成因来源.对柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组样品L1-B178和样品P303-B3颗粒的微量元素进行分析，详细数据结果见附表2，其中样品L1-B178的Th的平均含量为233.04 µg/g，U的平均含量为284.11 µg/g，Th/U平均值为0.79；样品P303-B3的Th的平均含量为284.51 µg/g，U的平均含量为333.79 µg/g，Th/U值平均为0.89；鹰嘴砬子组样品所有颗粒的Th/U值均大于0.1，比值较高.根据不同年龄段的锆石Th/U比值分布（图6）可以看出，在早白垩世年龄段113~ 137 Ma，绝大多数锆石的Th/U值大于0.4，在古元古代年龄段1 635~2 600 Ma，大部分锆石的Th/U值大于0.4，少部分锆石的Th/U值介于0.1~0.4. Th/U值小于0.4的锆石主要分布在古元古代，少数分布在早白垩世.前人研究表明，不同成因锆石的Th、U含量以及Th/U比值含量具有差异，岩浆锆石通常具有较高的Th、U含量，且Th/U比值一般大于0.4，通常接近1；而变质锆石Th、U含量较低，且Th/U比值通常小于0.1（Hoskin， 2003）.但有些组成特殊、岩浆岩结晶出的锆石具有异常的Th/U比值，因此不能仅凭锆石的Th/U比值来判断锆石成因.综合锆石CL图像显示出的锆石形态以及Th/U比值特征推测柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组锆石颗粒基本上都是岩浆锆石.

对符合谐和条件的114个碎屑锆石颗粒作了年龄谐和曲线图、U-Pb年龄频率图以及球粒陨石标准化稀土元素配分图（图7）.由于小于1 000 Ma的锆石中放射成因²⁰⁷Pb含量少，分析中易产生较大的误差，而本次测得的碎屑锆石颗粒年龄跨度大，因此大于1 000 Ma锆石的真实年龄采用t（²⁰⁷Pb/²³⁵U）年龄代表；小于1 000 Ma锆石的真实年龄用 t（²⁰⁶Pb/²³⁸U）年龄代表.在锆石年龄谐和曲线图中（图7），几乎所有的测试点都分布在谐和曲线上，表明样品测试点没有经受明显的后期热事件改造.

鹰嘴砬子组样品L1-B178的锆石年龄介于123~2 657 Ma之间，存在约127 Ma（MSWD=0.045，n=14）的主峰和约2 553 Ma（MSWD=0.79，n=8）的次峰.其中，较年轻的中生代锆石（<250 Ma）共39颗，占68.4%.样品P303-B3的锆石年龄介于123~2 563 Ma，存在约 126 Ma（MSWD=0.37，n=17）的主峰和约 2 545 Ma（MSWD=5.3，n=13）的次峰，较年轻的中生代锆石（<250 Ma）共44颗，占77.2%.锆石年龄分布表明2个样品主要年龄组成相似，从古元古代至晚中生代均有分布，且各年龄段峰值接近，表明鹰嘴砬子组沉积物由古元古代至晚中生代沉积物组成，且主要来源于晚中生代.

3.3.2　鹰嘴砬子组的沉积年龄

目前最年轻的碎屑锆石颗粒的U-Pb年龄被广泛应用于限定岩层的最大沉积年龄.存在5种最可靠的方法来确认最年轻碎屑锆石颗粒的U-Pb年龄，5种方法中，YC1σ和YC2σ计算结果更加稳定准确，并且可以直观地从锆石年龄图表当中求得数值，但只适用于离散型较小的锆石数据（Dickinson and Gehrels， 2009）.

样品L1-B178和P303-B3的数据离散性较小，可以采取加权平均年龄（YC1σ）来确定岩层的最大沉积年龄.样品L1-B178的YC1σ年龄为（125±4） Ma（MWSD=0.044）（图8a），样品P303-B3的YC1σ年龄为（124±3） Ma（MWSD=0.017）（图8b），与国际地层表规定的侏罗纪‒白垩纪沉积界线年龄145 Ma相似，鹰嘴砬子组含有丰富的早白垩世植物化石（吉林省地质矿产局， 1988）：楔叶纲中归于Equisetites cf.exiliformis和Equisetites longevaginatus的标本茎干、里白科的Gleichenites等（郭琳娜等， 2018）；并含有丰富的早白垩世动物化石：鹰嘴砬子组中产出有早白垩世义县组热河生物群双壳类Arguniella- Sphaerium和腹足类Probaicalia vitimensis- Reesidella robusta组合（陈丕基和金帆， 1999）.依据这些证据推测鹰嘴砬子组的最大沉积年龄为（125±4） Ma，介于早白垩世巴雷姆阶与阿普特阶.

柳河盆地南侧柳地2井钻遇鹰嘴砬子组（4.00~1 086.99 m），累计厚度为1 082.99 m.柳地2井上部、中下部粒序均呈现出粗‒细‒粗的变化，上部发育大段灰黑色泥岩夹薄层粉砂岩、细砂岩，下部发育多层凝灰岩和厚层流纹岩.中部砂岩层厚度较薄，粗细互层.柳地2井由下至上粗‒细‒粗的粒序变化，反映出其经历了扇三角洲‒湖泊‒扇三角洲的演变，优势相为湖泊相.这与柳地1井沉积充填序列一致，均反映伸展盆地的充填特征.目前应用火山岩夹层定年是最常用且精确的限定地层沉积时代的方法（张艳斌和李秋立， 2017），为了更准确地判断鹰嘴砬子组的沉积时间，本文选取柳地2井695 m处灰白色流纹岩样品进行锆石U-Pb测年.

共选取30颗锆石颗粒用于U-Pb定年，其中11颗锆石颗粒的U-Pb年龄为不谐和数据，共获得了19组有效数据，详细数据结果见附表3.锆石U-Pb年龄分析结果显示，19个分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄数据在122~128 Ma之间，²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄的加权平均值为（124.3±0.7） Ma，MSWD=0.81（图8c、8d）.早白垩世流纹岩的锆石U-Pb年龄在误差范围内与国际地层表规定的侏罗纪‒白垩纪沉积界线年龄 145 Ma接近，与柳地1井L1-B178样品碎屑锆石YC1σ年龄（125±4） Ma和P303-B3的YC1σ年龄（124±3）Ma相一致.流纹岩层的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值限定了鹰嘴砬子组沉积的时间，进一步检验鹰嘴砬子组的最大沉积年龄（125±4） Ma的准确性.

4 讨论

4.1　物源分析

4.1.1　砂岩矿物成分分析

在砂岩矿物成分分析过程中，应用到的Dickinson三角图解包含QFL、QmFLt、QpLvLs、QmPK以及LmLvLs图.将柳河盆地鹰嘴砬子组31个样品统计出的各个端元颗粒数投入图解（图9）.

在QFL图解中，可以区分出陆块、岩浆弧，再旋回造山带物源区.陆块物源区包括基底抬升、转换大陆、克拉通内部物源区；岩浆弧物源区包括切割岛弧、转换岛弧、未切割岛弧三种物源区.由于鹰嘴砬子组样品石英含量较低，岩屑和长石含量较高，样品参数点落于岩浆弧物源区，其中少部分颗粒落入切割岛弧物源区，大部分颗粒落在了转换岛弧物源区.在QmFLt图解中，由于样品单晶石英含量较低，岩屑含量较高，大部分样品参数点落于岩浆弧物源区中的转换岛弧物源区.在QpLvLs图解中，可以区分出俯冲带杂岩体区，火山弧造山带物源区及碰撞造山带三种物源区；由于样品多晶石英和沉积岩屑含量较低，岩屑中火山岩屑含量较高，样品参数点落于火山弧造山带物源区及其附近.在QmPK图解中，样品单晶石英、斜长石、钾长石这三个端元组分含量差距并不大，其中钾长石含量相对较少，表明其成熟度或稳定性较低.样品参数点落于岩浆弧物源区.由于样品火山岩屑含量最高，变质岩屑含量次之，沉积岩屑含量最低，因此在LmLvLs图解中，样品参数点集中在近Lv端元，落入弧前盆地源区.综上所述，鹰嘴砬子组沉积物主要来自岩浆弧物源区.

4.1.2　碎屑锆石定年分析

目前研究表明稀土元素可以大致反映锆石成因，岩浆成因的锆石一般重稀土相对富集（Rubatto and Hermann， 2003）.柳河盆地L1-B178和P303-B3样品重稀土元素相对富集，几乎全部锆石颗粒均为陡倾的球粒陨石标准化稀土元素分配模式（图10a，10b）.结合Th/U比值及锆石内部形态特征，笔者推测研究区锆石大部分为岩浆锆石.

研究区早白垩世鹰嘴砬子组两个样品锆石年龄组成相似，以晚中生代（~127 Ma、~126 Ma）年龄组为主，古元古代（~2 553 Ma、~2 545 Ma）年龄组为辅.结合野外勘探与前人地质调查研究（吉林省地质矿产局， 1988），侏罗纪晚期到白垩世早期吉林东部盆地群（指四平‒德惠断裂以东，佳‒伊断裂与敦‒密断裂、鸭绿江断裂之间吉林省境内所分布的一系列中、新生代盆地）整体呈现持续的差异性下沉坳陷，沉积环境从冲积扇‒三角洲体系向大范围的陆相湖盆转变，沉积中心逐渐向北转移.早白垩世中期华北板块北缘处于挤压应力状态下，吉林东部地区呈现差异性抬升，西部地区被动沉降，结合岩相古地理资料综合判断，吉林东部盆地群古水流主要来自东北和东南方向（徐汉梁等， 2013）.为了进一步确定鹰嘴砬子组碎屑锆石的潜在源区，笔者将鹰嘴砬子组碎屑锆石典型的年龄峰值与佳木斯地块、张广才岭地块、延边‒绥芬河地块和辽源地块的典型岩浆岩资料进行了对比（图11）.

古元古代（1 786~2 600 Ma）的碎屑锆石颗粒共30颗，占26.3%.锆石CL图像反映出的锆石形态以及内部结构显示，这部分锆石颗粒磨圆较好，为次圆状‒浑圆状，表明经历了较远距离的搬运或多期次再旋回作用，锆石成因分析表明这部分锆石均为岩浆成因.样品L1-B178中来自古元古代的锆石颗粒年龄范围是1 878~2 557 Ma，存在约2 553 Ma的年龄峰值.样品P303-B3中来自古元古代的锆石颗粒年龄范围是2 417~2 563 Ma，存在约2 545 Ma的年龄峰值.位于研究区南部的辽吉古元古代裂谷带内集安群和辽河群中捕获的岩浆成因锆石加权平均年龄值为（2 533±22） Ma，代表岩浆事件年龄（秦亚， 2013），与本研究区锆石年龄基本吻合.因此推测该组年龄与盆地南部辽吉古元古代裂谷带发育的大量岩浆活动关系密切.L1-B178样品中还存在一个~1 800 Ma的微弱年龄峰值.研究区南部的通化地区在古元古代时期接收了大量的火山‒陆源碎屑‒碳酸盐岩沉积，在1 870 Ma发生了大规模的岩浆侵入事件（路孝平， 2004）.这些证据表明在古元古代，研究区南侧存在岩浆活动，形成的岩浆岩可能为研究区提供这部分物源.但也可能这部分碎屑锆石来自于古老地层的再旋回沉积，因此这部分锆石颗粒不具备源区指示意义.

研究区较年轻的中生代锆石（<250 Ma）共83颗，占72.8%.L1-B178样品中存在约127 Ma的年龄峰值；P303-B3样品中存在约126 Ma的年龄峰值.锆石CL图像反映出的锆石形态以及内部结构显示，这部分锆石颗粒自形程度较高，呈自形‒半自形.较年轻（<300 Ma）锆石颗粒磨圆中等，为次棱角状‒次圆状.可以观察到明显的振荡环带，显示研究区锆石为岩浆成因.推测这部分锆石是近源搬运，物源来源于研究区附近，并未经历长距离的搬运和磨蚀.在研究区北侧张广才岭地块和佳木斯地块中没有发现大规模的早白垩世岩浆岩体，在延边‒绥芬河以及辽源地块内存在早白垩世岩浆活动.如研究区东北侧延边地区存在（119±2） Ma，（116±1） Ma百里坪岩体.还存在锆石年龄范围在104.4~118.8 Ma之间的似斑状角闪花岗闪长岩.东北侧辽源地块内存在锆石年龄范围在120~ 126 Ma之间的白石砬子岩体.研究区东南侧朝鲜半岛发育晚侏罗世‒早白垩世岩浆岩体，但与研究区距离太远，无法提供物源.研究区西南侧辽西地区中生代发育多次火山活动，如彰武‒黑山地区存在年龄为（126±1） Ma和（122±2） Ma的火山岩，四合屯地区义县组安山岩年龄为120~130 Ma之间.研究区西侧辽源地块内还存在（123±2） Ma、（127±3） Ma砬子山岩体.但研究区古水流为东北、东南方向，因此辽西地区和辽源地块西侧的岩浆岩也无法为研究区提供物源.综合推测柳河盆地东北侧的岩浆岩为研究区提供了物源.

4.2　地质意义

在古太平洋板块向华北板块的强烈俯冲作用影响下，东北亚大陆边缘在中生代时发育规模宏大的火山岩带，主要活动时代为晚侏罗世至早白垩世，形成总体呈北北东向展布的火山弧带与弧后盆地，这类盆地群的弧后盆地层序表现为沉积物由粗碎屑向细碎屑转化的特点.柳河盆地鹰嘴砬子组剖面下部岩性以粒度较粗的砂岩为主，中部发育大段粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，表现出粗‒细的粒度变化特征，为正粒序，沉积相发生了扇三角洲‒湖泊相的变化，具有弧后盆地层序的充填特征.由于盆地内沉积物碎屑成分组成受周围构造背景所控制，那么根据盆地沉积物碎屑成分组成模式就能反演沉积盆地周缘构造背景（Dickinson et al.， 1983）.研究区样品岩性具有石英含量低，长石和岩屑含量较高的特点.其中火山成因岩屑占比大，样品成熟度、稳定性较低，分选和磨圆都较差.Dickinson图解和锆石成因图解反映，样品数据点主要集中在近Lv端的弧前（弧间）盆地源区，物源主要来自岩浆弧物源区，受岛弧俯冲作用影响而形成的碎屑物质占据大多数，大部分锆石来源于岛弧环境，表明盆地在发生沉积作用的同时可能伴有俯冲作用.鹰嘴砬子组两个样品存在约127 Ma和126 Ma的年龄峰值，锆石CL图像反映出的较年轻锆石自形程度高、磨圆中等、次棱角‒棱角状，具有明显的振荡环带等锆石特点，碎屑锆石主要是岩浆锆石，母岩位于研究区附近，搬运距离较短.在古太平洋板块向华北板块俯冲作用下，东北地区发育大规模的岩浆活动（隋振民和陈跃军， 2012； 刘雪松等， 2018； 邹孝文等， 2019），晚中生代吉林东部地区地壳发生大规模的隆起抬升，研究区古水流方向主要来自东北和东南方向，盆地东北侧发育的岩浆岩体为研究区提供晚中生代物源.柳河盆地鹰嘴砬子组U-Pb年龄限定岩层的最大沉积年龄为（125±4） Ma，介于早白垩世巴雷姆阶与阿普特阶之间，流纹岩的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值为（124.3±0.7） Ma，进一步检验了最大沉积年龄的准确性.综合柳河盆地矿物组成、锆石U-Pb年龄、沉积物物源组成和来源以及盆地周缘构造背景等研究资料，显示位于华北板块北缘的柳河盆地在（125±4） Ma接收到了来自古太平板块俯冲作用带来的物源.

5 结论

（1）柳河盆地鹰嘴砬子组两组样品锆石年龄以晚中生代为主，古元古代为辅.样品L1-B178的锆石年龄介于123~2 657 Ma，存在约127 Ma的主峰和约2 553 Ma的次峰.样品P303-B3的锆石年龄介于123~2 563 Ma，存在约126 Ma的主峰和约2 545 Ma的次峰.

（2）砂岩矿物成分特征显示鹰嘴砬子组沉积物物源主要来自于岩浆弧物源区，锆石形态及成因图解显示锆石以岩浆锆石为主，形成于岛弧/造山带环境，为近源搬运.晚中生代锆石主要来源于盆地东北侧强烈的岩浆活动.

（3）鹰嘴砬子组岩层的最大沉积年龄是（125±4） Ma，综合柳河盆地矿物组成、锆石U-Pb年龄、沉积物物源组成和来源以及盆地周缘构造背景等研究资料，位于华北板块北缘的柳河盆地在（125±4） Ma接收到了来自古太平板块俯冲作用带来的物源.

参考文献

[1] Andersen, T., 2002. Correction of Common Lead in U-Pb Analyses that do not Report ²⁰⁴Pb. Chemical Geology, 192(1-2): 59-79. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(02)00195-X

[2] Chen, J.S., Li, B., Yao, Y.L., et al., 2016. Comparison between Mesozoic Volcanic Rock Strata in Northeast of Liaoning: South of Jilin and Yixian Formationg in West of Liaoning. Acta Geologica Sinica, 90(10): 2733-2746 (in Chinese with English abstract).

[3] Chen, P. J., Jin, F., 1999. Jehol Biota. University of Science and Technology of China, Hefei (in Chinese).

[4] Chi, J. S., Lu, F. X., 1996. Characteristics of Kimberlite and Paleozoic Lithosphere Mantle in North China Platform. Science Press, Beijing (in Chinese).

[5] Dickinson, W. R., Beard, L. S., Brakenridge, G. R., et al., 1983. Provenance of North American Phanerozoic Sandstones in Relation to Tectonic Setting. Geological Society of America Bulletin, 94(2): 222. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1983)94222: ponaps>2.0.co;2

[6] Dickinson, W. R., Gehrels, G. E., 2003. U-Pb Ages of Detrital Zircons from Permian and Jurassic Eolian Sandstones of the Colorado Plateau, USA: Paleogeographic Implications. Sedimentary Geology, 163(1-2): 29-66. https://doi.org/10.1016/S0037-0738(03)00158-1

[7] Dickinson, W. R., Gehrels, G. E., 2009. Use of U-Pb Ages of Detrital Zircons to Infer Maximum Depositional Ages of Strata: A Test Against a Colorado Plateau Mesozoic Database. Earth and Planetary Science Letters, 288(1-2): 115-125. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2009.09.013

[8] Guo, L.N., Liu, W.Z., Su, B., et al., 2018. Determination of Lower Cretaceous Yingzuilazi Formation in Baishan Basin in Southeastern Jilin, China and Its Geological Significance. Global Geology, 37(3): 665-674 (in Chinese with English abstract).

[9] Guo, P., Liu, C.Y., Wang, J.Q., et al., 2017. Considerations on the Application of Detrital-Zircon Geochronology to Sedimentary Provenance Analysis. Acta Sedimentologica Sinica, 35(1): 46-56 (in Chinese with English abstract).

[10] He, Z.J., Li, J.Y., Niu, B.G., et al., 1998. A Late Jurassic Intense Thrusting-Uplifting Event in the Yanshan- Yinshan Area, Northern China, and Its Sedimentary Response. Geological Review, 44(4): 407-418 (in Chinese with English abstract).

[11] Hoskin, P. W. O., 2003. The Composition of Zircon and Igneous and Metamorphic Petrogenesis. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53(1): 27-62. https://doi.org/10.2113/0530027

[12] Jilin Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, 1988. Regional Geology No. 10, Ministry of Geology and Mineral Resources of the People’s Republic of China: Regional Geology of Jilin Province. Geological Publishing House, Beijing (in Chinese).

[13] Lan, Y.Z., Xu, Z.J., Cheng, R.H., et al., 2018. Sedimentary and Reservoir Developmental Characteristics of Early Cretaceous Yingzuilazi Formation in Liuhe Basin. Global Geology, 37(4): 1206-1220, 1225 (in Chinese with English abstract).

[14] Li, G. Y., Zhou, J. B., Li, L., et al., 2019. Paleoproterozoic Basement of the Xing’an Block in the Eastern Central Asian Orogenic Belt: Evidence from the Geochemistry and Zircon U-Pb Geochronology of Granitic Gneisses. Precambrian Research, 331: 105372. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2019.105372

[15] Li, W.X., Zhao, X.L., Xing, G.F., et al., 2013. Geochronology of the Detrital Zircons from Early Jurassic Sedimentary Rocks from the Dongkeng Basin and Its Geological Implications. Geotectonica et Metallogenia, 37(1): 78-86 (in Chinese with English abstract).

[16] Liu, X.S., Li, W., Zhang, M.S., et al., 2018. Geochronology and Geological Significance of Early Cretaceous Volcanic Rocks from Guosong Formation in Guosong Basin, Jilin. Global Geology, 37(1): 37-45 (in Chinese with English abstract).

[17] Lu, X.P., 2004. Paleoproterozoic Tectonomagmatic Events in Tonghua Area (Dissertation). Jilin University, Changchun (in Chinese).

[18] Pei, F. P., 2008. Zircon U-Pb Chronology and Geochemistry of Mesozoic Intrusive Rocks in the Liaonan-Jinnan Region: Constraints on the Temporal and Spatial Scope of the North China Craton Disruption (Dissertation). Jilin University, Changchun (in Chinese with English abstract).

[19] Qin, Y., 2013. Chronological Constraints on Tectonic Evolution of the Paleoproterozoic Rift Belt in Liaoji (Dissertation). Jilin University, Changchun (in Chinese with English abstract).

[20] Qu, P. Z., Cheng, R. H., Song, L. B., et al., 2018. Mesozoic Filling Characteristics and Evolution of Liuhe Basin. Global Geology, 37(1): 185-198 (in Chinese with English abstract).

[21] Rubatto, D., Hermann, J., 2003. Zircon Formation during Fluid Circulation in Eclogites (Monviso, Western Alps): Implications for Zr and Hf Budget in Subduction Zones. Geochimica et Cosmochimica Acta, 67(12): 2173-2187. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(02)01321-2

[22] Sui, Z.M., Chen, Y.J., 2012. Petrogenesis of Volcanic Rocks from Sankeyushu Formation in Southern Jilin: Evidences from Zircon U-Pb Ages and Hf Isotopes. Geoscience, 26(4): 627-634 (in Chinese with English abstract).

[23] Wu, F.Y., Ge, W.C., Sun, D.Y., et al., 2003. Discussions on the Lithospheric Thinning in Eastern China. Earth Science Frontiers, 10(3): 51-60 (in Chinese with English abstract).

[24] Xu, H.L., Fan, C.Y., Gao, X., 2013. Early Cretaceous Prototype Restoration of the Basin Group in Eastern Jilin. Global Geology, 32(2): 263-272 (in Chinese with English abstract).

[25] Xu, W. L., Pei, F. P., Wang, F., et al., 2013. Spatial-Temporal Relationships of Mesozoic Volcanic Rocks in NE China: Constraints on Tectonic Overprinting and Transformations between Multiple Tectonic Regimes. Journal of Asian Earth Sciences, 74: 167-193. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2013.04.003

[26] Zhang, Y.B., Li, Q.L., 2017. Determining the Depositional Age of Precambrian Clastic Sedimentary Rocks: Diagenetic Authigenic Xenotime Dating. Journal of Earth Sciences and Environment, 39(6): 711-720 (in Chinese with English abstract).

[27] Zou, X.W., Zhang, Y.L., Yan, W.B., et al., 2019. Geochronological and Geochemical Characteristics of Early Cretaceous Granites in Songling Area, Northern Great Xing’an Range. Global Geology, 38(3): 643-654 (in Chinese with English abstract).

基金资助

吉林省教育厅科研项目(JJKH20231139KJ)

国家自然科学基金面上项目(41872101)

国家自然科学基金重大项目(41790453)