江西省石城县通天寨因发育国内罕见的龟裂凸包丹霞地貌景观而备受瞩目^①。近年来，一些学者对该类型景观的成因进行了探讨，但多侧重于构造特征和外动力条件的研究^[1-2]，对于丹霞地貌赋存的物质基础——白垩纪红层的沉积序列、沉积相和构造演化研究相对薄弱，制约了对该特殊地貌成因的深入认识。本文在对该景观分布区的白垩纪地层较详细的实地调查的基础上，从沉积学角度出发，分析红层的岩性岩相特征、物质聚集分布规律，同时利用沉积物中碎屑锆石U-Pb年龄谱进行物源分析，获得物源区构造热事件的年龄记录，提出构造热事件与大地构造演化响应的初步认识，为客观认识龟裂凸包丹霞地貌发育的成因提供翔实可靠的基础资料和科学依据，也为红层地区1：5万地质填图科研一体化提供新思路。

该区位于武夷山中段西麓的南丰-会昌盆地带内^[3]，是典型的中生代红层盆地^[4]。研究区大地构造位置位于华夏造山系的武夷造山带^[5]。区域内主要有青白口纪—南华纪变质地层、白垩纪茅店组和河口组、第四纪全新世地层。区内白垩纪红层盆地东南缘与南华系洪山组之间为断层接触，断层走向为NE向，为盆缘控盆断裂（图 1）。该盆地是南丰-会昌断陷盆地带的一部分。研究区中—新生代陆相盆地主要为晚白垩世河口组（K₂h），其次为晚白垩世茅店组（K₂m），河口组与下伏茅店组呈平行不整合接触(图 1)。

图  1  江西省石城县通天寨地质公园地质简图与采样位置图（据参考文献②修改）

Figure  1.  Geological sketch map of Tongtianzhai Geopark, Shicheng County, Jiangxi Province, and sampling location

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.   晚白垩世河口组沉积序列与沉积相

河口组主要由紫红色砾岩、砂质砾岩、含砾砂岩、砂岩、红褐色粉砂岩、粉砂质泥岩等陆相红色碎屑岩系组成，为冲积扇沉积体系建造（图 2、图 3）。在剖面上河口组自下向上划分为3个岩性岩相段。

图  2  江西省石城县通天寨地质公园晚白垩世河口组沉积期岩相古地理图

Figure  2.  Lithofacies palaeogeographic map of the Late Cretaceous Hekou Formation in Tongtianzhai Geopark, Shicheng County, Jiangxi Province

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  3  江西省石城县通天寨地质公园晚白垩世河口组岩性岩相柱状图

Figure  3.  Lithologic and lithofacies histogram for the Late Cretaceous Hekou Formation in Tongtianzhai, Shicheng County, Jiangxi Province

下载: 全尺寸图片 幻灯片

河口组一段（K₂h¹）：由紫红色砾岩、砂质砾岩、含砾粗砂岩组成多个旋回性基本层序，单个基本层序厚度约2m，每个基本层序底部发育底冲刷面，下部砾石层内部分层位发育叠瓦状构造（图版Ⅰ-A），上部发育有槽状交错层理和板状交错层理（图版Ⅰ-B、C），从下向上砂岩单层变薄，砾石大小和含量向上变小、变少。多数砾石分选性较差，大小混杂堆积，以次棱角状居多，含量高达65%左右。本段以冲积扇的扇根相为主，夹扇中相沉积。

  图版Ⅰ 

A.具叠瓦状构造砾岩；B.扇根相基本层序（砾岩→含砾粗砂岩）；C.扇根相（杂砾岩及底冲刷面）；D.扇根相和扇中相（具槽状和楔状交错层理砂岩）；E.扇中相（具波状层理砂岩）；F.扇中相（具底冲刷面和波状层理砂岩）；G.扇缘相基本层序（粉砂岩、泥质粉砂岩→粉砂质泥岩、泥岩）；H.河口组岩层

  图版Ⅰ. 

下载: 全尺寸图片 幻灯片

河口组二段（K₂h²）：由紫红色砾岩、含细砾砂岩、砂岩互层产出。砾石含量较一段减少，砾石多为次棱角状，粒度较细，分选性中等。单个基本层序厚度约1.5m，底冲刷面发育，下部发育楔状交错层理和板状交错层理（图版Ⅰ-D），利用前积纹层恢复的古流向为SSE→NNW，向上砂岩含量增多，并发育平行层理和波状交错层理（图版Ⅰ-E、F）。本段以冲积扇的扇中相为主，夹扇根相沉积。

河口组三段（K₂h³）：由红褐色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、粉砂质泥岩构成的基本层序（图版Ⅰ-G）为主，泥岩和粉砂质泥岩发育水平层理和块状层理，产少量孢粉化石，夹少量细砾岩、含细砾砂岩和砂岩层；砾岩层的砾石以次圆状为主，分选性较好，发育平行层理。单个基本层序厚约1m。本段以冲积扇的扇缘相为主，夹少量扇中相沉积。

2.   碎屑锆石测年

2.1   样品与测试

本文分析的2件样品均采自石城县通天寨地质公园内。样品SD4-1，GPS坐标为北纬26°17′21.6″、东经116°22′37.6″，H=560m，岩性为中-细粒长石石英细砂岩，野外颜色为红褐色，块状构造，矿物成分由石英碎屑（70%）、长石（25%）、白云母（5%）构成，杂基支撑。样品SD5-1，GPS坐标为北纬26°17′ 13.64″、东经116°22′45.32″，H=482m，岩性为中细粒含砾石英细砂岩，样品为深红褐色，矿物成分主要由石英（40%）、长石（15%）、砂屑（40%）、白云母（5%）构成，杂基支撑。锆石在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司经常规重液和电磁选方法完成分选过程。然后在南京宏创地质勘查技术服务有限公司制靶，并进行透射光、反射光和阴极发光（CL）图像的采集。在测试前先结合透射光、反射光和阴极发光图像，标定合适的锆石颗粒以备年龄测定。LAICP-MS锆石U-Pb定年测试在湖北省地质实验测试中心GeoLas Pro全自动版193nm ArF准分子激光剥蚀系统和Agilent 7700X型质谱仪上进行。锆石年龄采用标准锆石GJ-1和91500作为外标准物质进行校正，每隔6个分析点，加测2个标样各1次。原始数据采用ICPMSDataCal 10.2^[6-7]软件处理，锆石年龄谐和图应用ISOPLOTE 3. 0^[8]程序完成。对于锆石年龄大于1000Ma的数据，采用²⁰⁷Pb/²³⁵U年龄；小于1000Ma的数据，采用²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄^[9]。

2.2   分析结果

2.2.1   阴极发光图像

样品SD4-1与SD5-1中的部分碎屑锆石颗粒大多呈柱状、次圆状，长度为50~200μm不等，长宽比为2：1，透射光下大部分无色透明或呈黄褐色，阴极发光图像显示，大部分锆石具有典型的振荡生长环带，CL图像强弱不等，部分呈黑色，这种差异可能反映了不同锆石颗粒之间Th、U等元素含量的不同（图 4）。对样品SD4-1与SD5-1的126粒和120粒锆石数据处理后分别得到111个与108个有效数据，其谐和度大于90%。

图  4  江西省石城县通天寨地质公园晚白垩世河口组代表性碎屑锆石CL图像

Figure  4.  CL images of representative detrital zircon for the Late Cretaceous Hekou Formation in Tongtianzhai, Shicheng County, Jiangxi Province

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.2.2   样品SD4-1锆石U-Pb年龄

样品SD4-1的锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄谐和图与年龄分布图见图 5-A与图 6-A。U-Pb年龄值变化于95.2±1.8~3010±18Ma之间。U-Pb有效年龄主要集中分布于104~180Ma、400~527Ma、730~ 795Ma和1617~2110Ma四个区间。

图  5  江西省石城县通天寨地质公园晚白垩世河口组锆石年龄谐和图

Figure  5.  Zircon U-Pb age concordia diagrams for the Late Cretaceous Hekou Formation in Tongtianzhai, Shicheng County, Jiangxi Province

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  6  江西省石城县通天寨地质公园晚白垩世河口组锆石年龄分布

Figure  6.  Age distribution map of zircon for the Hekou Formation of Late Cretaceous in Tongtianzhai, Shicheng, Jiangxi Province

下载: 全尺寸图片 幻灯片

95.2Ma仅有1个测点，占总有效数据的0.89%。CL图像显示为自形晶体，锆石内部呈现清晰的振荡环带。Th/U值为0.63，大于0.1，为岩浆成因。

104~180Ma区间共有27个碎屑锆石测点，占总有效数据的24.11%。CL图像显示，以分析点106、86、118、24、123、58、50、47、53、13、102、51和120为代表的锆石呈清晰、规则的振荡环带，这些锆石的Th/U值变化范围为0.18~1.25，均大于0.1，为岩浆成因。

200~398Ma区间共有17个碎屑锆石测点，占总有效数据的15.18%。CL图像显示，以分析点26、96、48、5、6、16和54为代表的锆石呈现略清晰的振荡环带。Th/U值介于0.1~2.14之间，均大于0.1，为岩浆成因。

400~527Ma区间共有21个碎屑锆石测点，占总有效数据的18.75%。CL图像显示，以分析点99、126、52、104和66为代表的锆石呈现清晰的振荡环带。除分析点87和124的Th/U值低于0.1（分别为0.01和0.04）外，其他分析点的Th/U值介于0.16~ 1.33之间，为岩浆成因。

620~703Ma区间共有3个碎屑锆石测点，占总有效数据的2.68%。Th/U值介于0.3~0.64之间，均大于0.1。CL图像显示，以分析点59和33为代表的锆石呈现清晰的振荡环带，为岩浆成因。

730~795Ma区间共有15个碎屑锆石测点，占总有效数据的13.39%。CL图像显示，以分析点94、115、43和69为代表的锆石呈现清晰规则的振荡环带。Th/U值介于0.37~1.05之间，均大于0.1，为岩浆成因。

926~1166Ma区间共有6个碎屑锆石测点，占总有效数据的5.36%。CL图像显示，以分析点83和108为代表的锆石呈现清晰的振荡环带。Th/U值介于0.18~0.63之间，均大于0.1，为岩浆成因。

1617~2110Ma区间共有16个碎屑锆石测点，占总有效数据的14.29%，位于谐和线上。CL图像显示，以25、76、1为代表的锆石具有明显的磨蚀痕迹，锆石内部呈现弱环带结构。除分析点25的Th/ U值低于0.1（为0.02）外，其他分析点的Th/U值介于0.1~0.98之间，均大于0.1，为岩浆成因。

此外，还有5颗碎屑锆石的表面年龄分别为2463Ma、2737Ma、2725Ma、2807Ma、3010Ma，锆石呈次圆状，CL图像显示，以114、63和119为代表的锆石，其内部呈现弱振荡环带。除分析点114的Th/U值低于0.1（为0.08）外，其他分析点的Th/U值为0.26~0.49，均大于0.1，为岩浆成因。

2.2.3   样品SD5-1锆石U-Pb年龄

样品SD5-1的锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄谐和图与年龄分布图见图 5-B与图 6-B。U-Pb年龄值变化于105±1~2654±16Ma之间。U-Pb有效年龄主要集中分布于105~229Ma、360~465Ma、750~ 808Ma、1632~1933Ma和2257~2654Ma五个区间。

105~229Ma区间共有17个碎屑锆石测点，占总有效数据的15.74%。CL图像显示，以分析点46、14、107、83、108、55、70和89为代表的锆石呈现清晰规则的振荡环带。Th/U值为0.43~1.42，均大于0.1，为岩浆成因。

360~465Ma区间共有46个碎屑锆石测点，占总有效数据的42.60%。CL图像显示，以分析点57、28、12、32、31、2、15、78、36、38、93、61、90和92为代表的锆石呈现清晰的振荡环带。Th/U值在0.1~ 1.28之间，均大于0.1，为岩浆成因。

639~744Ma区间共有12个碎屑锆石测点，占总有效数据的11.11%。CL图像显示，以分析点6、49、7、16和41为代表的锆石呈现韵律清晰的振荡环带。Th/U值介于0.52~1.87之间，均大于0.1，为岩浆成因。

750~808Ma区间共有8个碎屑锆石测点，占总有效数据的7.41%。CL图像显示，以分析点54、96、101和64为代表的锆石呈现较清晰的振荡环带。Th/U值介于0.54~1.46之间，均大于0.1，为岩浆成因。

928Ma的锆石有1颗，黑色，呈现弱分带结构；978Ma的锆石有1颗，二者的Th/U值分别为0.51和0.29，均大于0.1，为岩浆成因。

1632~1933Ma区间共有16个碎屑锆石测点，占总有效数据的14.81%。CL图像显示，以分析点77、24和56为代表的锆石呈现较清晰的振荡环带，以分析点88为代表的锆石呈弱环带结构。Th/U值介于0.02~0.55之间，为岩浆成因。

2257~2654Ma区间共有7个碎屑锆石测点，占总有效数据的6.48%。CL图像显示，以分析点115、50、112和22为代表的锆石呈现面状分带结构。Th/U值介于0.06~1.10之间，为变质成因。

3.   讨论

3.1   构造热事件的界定

江西石城地区晚白垩世河口组样品SD4-1碎屑锆石的U-Pb有效年龄记录了至少6期构造热事件，分别为104~180Ma、400~527Ma、730~795Ma、926~1166Ma、1617~2110Ma和2725~2807Ma。其中，主峰值为400~418Ma，次峰值为104~ 115Ma、752Ma、1854~1881Ma的碎屑锆石在SD4-1中具有明显的优势，结合CL图像，说明江西石城地区104~115Ma、400~418Ma、752Ma、1854~1881Ma发育大规模的岩浆活动。

样品SD5-1碎屑锆石的U-Pb有效年龄记录了6期构造热事件，分别为105~137Ma、213~ 229Ma、400Ma、750Ma、1850~1895Ma和2481Ma。其中，主峰值为400Ma，次峰值为105~137Ma、750Ma、1850~1895Ma的碎屑锆石在SD5-1中具有明显的优势，结合CL图像，说明江西石城地区在105~137Ma、400Ma、750Ma、1850~1895Ma发育大规模的岩浆活动，与样品SD4-1反映的104~ 115Ma、400~418Ma、752Ma、1854~1881Ma的岩浆活动年龄大体一致。

已有同位素年代学资料显示，区域上发育99.0 ± 0.7Ma、124.51 ± 11.9Ma、194.4 ± 2.0Ma、422 ± 6Ma、769±8Ma、840±6Ma、1154±5Ma、1869±40Ma的岩浆活动^[10-17]，这与碎屑锆石限定的部分岩浆活动时间吻合。

3.2   地质意义

样品SD4-1获得20个太古宙—古元古代锆石年龄，样品SD5-1共获得19个太古宙—古元古代锆石年龄。这些锆石具有较清晰的振荡环带，为岩浆成因。部分年龄与星子岩群的一套片状-片麻状无序中深变质表壳岩类中的锆石同位素年龄1869± 40Ma^[17]大体一致。这说明，在晚白垩世河口组沉积期，星子岩群出露区可能是沉积物的源区之一。

研究区河口组2个样品的碎屑锆石记录的构造热事件中，具有明显优势的年龄与该地区发育的岩浆活动年龄（124.51±11.9Ma、422±6Ma、769±8Ma、1869±40Ma）相当，说明碎屑锆石的峰值年龄与该地区早白垩世、晚志留世—早泥盆世、南华纪、古元古代的岩浆活动匹配。利用上白垩统河口组板状交错层理前积纹层恢复古流向，推测当时的水流方向为SSE→NNW，说明上白垩统河口组物源区应该处于盆地SSE方向（图 1、图 2）。

从样品SD4-1与样品SD5-1两组锆石年龄值统计可以看出，分别有94.59%和93.52%的沉积物源自104~180Ma和105~229Ma侵入岩，与赣南兴国县良村花岗岩锆石147~158Ma相似^[18]，而且锆石形态呈自形、柱状，为近源沉积，说明研究区晚侏罗世—早白垩世的侵入体在晚白垩世河口组沉积期已经抬升到地表并开始被剥蚀，成为该区主要的沉积物源区。而400~527Ma和400Ma左右，受加里东期构造运动影响，发生大规模的褶皱-断块造山^[19]，地壳整体抬升，加里东期花岗岩沿宜黄-宁都-安远断裂带^[20]侵入，是石城地区晚白垩世河口组沉积物的另一重要物源区。752Ma和750Ma的年龄值与罗迪尼亚（Rodinia）超大陆裂解^[21]的锆石年龄700~ 900Ma^[22]一致，导致地幔柱或超级地幔柱活动产生大陆溢流玄武岩省（CFBs），说明752Ma和750Ma的岩浆岩发育区也为江西石城地区的河口组沉积物提供了物源。

4.   结论

（1）江西石城县通天寨地质公园晚白垩世以冲积扇沉积为主，发育扇根→扇中→扇缘沉积亚相。

（2）通过LA-ICP-MS方法，从上白垩统河口组碎屑锆石中分别获得了111个和108个U-Pb有效年龄，二者均记录了多期构造热事件。其中，样品SD4-1主峰值为400~418Ma，次峰值为104~ 115Ma、752Ma、1854~1881Ma；样品SD5-1主峰值为400Ma，次峰值为105~137Ma、750Ma、1850~ 1895Ma的碎屑锆石占优势。说明江西石城地区存在早白垩世、晚志留世—早泥盆世、南华纪、古元古代等多期岩浆活动。

（3）样品SD4-1和样品SD5-1碎屑锆石的UPb年龄显示，共有39个太古宙—古元古代锆石年龄，综合前人资料，推测石城地区在太古宙—古元古代发育基底。

（4）1854~1895Ma和750~752Ma的热事件可能分别是对哥伦比亚和罗迪尼亚超大陆聚散的响应；400~418Ma是对华夏造山带洋陆转换的响应；104~137Ma是古太平板块西缘转化为活动陆缘对华南东缘构造岩浆热事件的响应。