Evolution of Late Paleozoic sedimentary provenance of Lhasa block: Detrital zircons from Yongzhu Formation in Cuoqin area, Tibet
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摘要:
晚古生代是拉萨地块地质演化的重要转折期，一些关键地质问题存在争论，如拉萨地块来源问题。选择西藏措勤地区上石炭统永珠组为研究对象，石英砂岩中碎屑锆石U-Pb测年数据显示523Ma、920Ma两个年龄峰值。通过与拉萨地块及其周缘晚石炭世冰期之前地层碎屑锆石对比，认为拉萨地块永珠组920Ma年龄峰值更具有冈瓦纳大陆靠印度一侧的物源特征，其与南羌塘、拉萨、喜马拉雅微陆块在裂离之前具有显著的亲缘关系。而含有冰筏碎屑的拉嘎组和来姑组中包含的西澳大利亚物源信息（约1180Ma年龄峰值），暗示来自西澳大利亚的冰筏可能通过洋流作用漂移至拉萨地块而后沉积冰筏碎屑。
Abstract:The Late Paleozoic is an important transition period for the geological evolution of the Lhasa block, so there are some disputes on key geological issues, such as the origin of the Lhasa block. In this paper, the Upper Carboniferous Yongzhu Formation in the Cuoqin region of Tibet was selected as the study object. The U-Pb dating data of detrital zircons in quartz sandstone show the peak ages of 523Ma and 920Ma. Based on a comparison with the Lhasa block and the detrital zircons formed before the Lhasa blockin the Late Carboniferous glacial period, the authors hold that the 920Ma agepeak of the Yongzhu Formation in the Lhasa block is more characteristic of the provenance on the Indian side of the Gondwana opening, and that the Nanqiangtang, Lhasa and Himalayan microlandmasses were significantly related before splitting. The source information of western Australia (about 1180Ma age peak) in the Laga and Laigu groups containing ice raft debris suggests that ice rafts from western Australia might have drifted to the Lhasa block through ocean currents and then deposited ice raft debris.
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Keywords:
- Gondwana continent /
- Lhasa block /
- Yongzhu Formation /
- Laga Formation /
- detrital zircon
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鄂尔多斯盆地位于中国中西部地区，为中国第二大沉积盆地，跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，盆地面积达到25×104km2。鄂尔多斯盆地的中上三叠统—下白垩统发育，发现有多门类的动植物化石[1]，盆地沉积了巨厚的白垩系。含恐龙等脊椎动物足迹的地层属于下白垩统志丹群，自下而上包含宜君组、洛河组、华池组、环河组、罗汉洞组、泾川组，以及仅分布于东北部的喇嘛湾组[2]。在鄂尔多斯盆地西北部，恐龙足迹主要产于罗汉洞组和泾川组[3]。在鄂尔多斯盆地南部边缘旬邑县洛河组也发现过恐龙足迹[1]。
2017年9—11月，陕西省地质调查中心承担的“陕北丹霞地貌地质遗迹调查项目”及神木市公格沟丹霞地质公园申报项目，在鄂尔多斯盆地东北缘神木市中鸡一带的下白垩统洛河组(K1l)上部紫红色砂岩中发现恐龙与其他四足类足迹多处，该组合的发现在中国尚属首次。
1. 地质背景
洛河组由“洛河砂岩”演变而来，区域上平行不整合在中侏罗统安定组之上[4]。研究区，即鄂尔多斯东北部一带，洛河组厚度63.79m，以紫红色-暗紫红色厚-块状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与薄层中-粗粒长石石英砂岩、石英砂岩为主，构成典型的丹霞地貌景观。
鄂尔多斯盆地在中侏罗统安定组沉积末期，受晚侏罗世燕山运动末期的隆升影响，盆地抬升掀斜遭受剥蚀[5]。到早白垩世初期，鄂尔多斯盆地伸展，洛河组开始沉积。前人研究与1：5万区域地质调查资料①指出，洛河组的沉积环境属河流、湖泊相[6]，而近年来不少学者则认为其属于沙漠相[7-8]，在洛河期，鄂尔多斯盆地进入白垩纪第一个沙漠沉积发育的鼎盛期[8]。综合区调等资料，洛河组早期沉积时盆地具准平原性质，河流宽阔，河漫滩较发育，沉积了紫红色、棕红色、砖红色厚层砂岩，并夹有灰白色高岭石质细砂岩，砂岩体中发育以大-巨型槽状交错层、交错层理为特征的中粒长石砂岩夹少量粉砂岩沉积组合，属河流及冲积扇沉积；中期沉积形成紫红色、棕红色、砖红色厚层中粗粒砂岩，砂岩体中发育以大-巨型风成板状交错层、风成斜层理为特征的中粗粒长石砂岩，明显具有沙漠相沙丘、丘间亚相；晚期沉积则形成一套紫红色块状泥岩、粉砂质泥岩夹薄层泥质粉砂岩组合，发育水平层理、低角度斜层理、泥裂、雨痕等，指示了浅水沙漠湖泊相沉积沙丘砂岩发育的低角度斜层理方向，可能反映了以西北风为主，局部有东南暖风作用。
现将研究区含恐龙等脊椎动物足迹地层岩性描述如下。
上覆地层：第四纪全新世风成沙、黄土层
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早白垩世洛河组(K1l) ＞18.74m
6.紫红色薄层状细粒长石石英砂岩 0.51m
5.紫红色薄层中-粗粒长石石英砂岩，发育板状斜层理，有三趾型恐龙足迹 4.74m
4.紫红色薄层细粒石英砂岩，发育平行层理 5.20m
3.紫红色中厚层中粒长石石英砂岩，具平行层理 5.80m
2.紫红色薄层细粒长石石英砂岩，发育水平层理 1.53m
1.紫红色薄层中粒石英砂岩，有二趾型恐龙足迹与小型四足类足迹，未见底 0.96m
~~~~~~~~~~~~~~~~~不整合接触~~~~~~~~~~~~~~~~~
下伏地层：中侏罗统安定组(J2a)深灰色微-薄层粉砂质泥岩
2. 足迹点与足迹形态
2.1 足迹点概貌
神木市中鸡镇脊椎动物足迹化石分布在宝刀石梨村公格沟水库东岸边，在30km2红色丹霞景观范围内，目前已发现3处恐龙足迹点及2处小型四足类足迹点(图 1)。
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图 1 神木市中鸡镇恐龙等脊椎动物足迹化石分布Figure 1. Distribution map of footprint fossil from dinosaurs and other vertebrate in Zhongji town, Shenmu city1号足迹点目前发现两枚足迹，产于洛河组上部紫红色块状泥岩、粉砂质泥岩与微–薄层泥质粉砂岩中的湖泊相近底部薄层泥质粉砂岩层面上，层面发育泥裂。2~5号足迹点分布在洛河组上部滨岸相紫红色薄层中细粒石英砂岩中岩层面上。其中2号足迹点发现21枚三趾型足迹，层面发育雹痕、雨痕。3、5号足迹点为小型四足类所留。4号足迹点，目前发现16枚二趾型脚印，层面发育浅水流水波痕、雹痕、雨痕、虫迹。
2.2 小型四足类足迹
小型四足类足迹约200个，至少组成5道行迹。其中保存最好的行迹长约1.5m(图版Ⅰ-A)，由前足迹与后足迹组成，都呈扁椭圆形。前足迹平均长1.0cm，宽1.3cm；后足迹平均长1.1cm，宽1.6cm，前足迹位于后足迹的前内侧。因保存或后期风化的原因，绝大部分足迹的趾痕不清，保存最好的后足迹能观察到至少4个趾痕。这些小型四足类足迹的形态与尺寸都与巴西足迹(Brasilichnium) [9]非常相似。巴西足迹最初发现于巴西上侏罗统—下白垩统博图卡图组，传统上被归于哺乳形类(Mammaliamorpha)或衍生的兽孔类(Therapsida)。此类足迹为中国首次发现。
2.3 三趾型兽脚类足迹
三趾型兽脚类分布于1号和2号足迹点。1号足迹点仅1个足迹保存较好(图版Ⅰ-B)，长14.5cm，宽15.8cm，长宽比为0.9，三趾较纤细，第Ⅱ趾至第Ⅳ趾之间的趾间角约为110°。2号足迹点的21枚三趾型足迹形成一道拐弯的行迹(图版Ⅰ-C)。拐弯的行迹相对罕见。其中保存最好的足迹长12.5cm，宽10.0cm，长宽比为1.3，第Ⅱ趾至第Ⅳ趾之间的趾间角为69°，其趾垫不清，跖趾垫较发育。从整体形态看，2号足迹点的三趾型足迹与实雷龙足迹类(Eubrontidae) [10]较相似。实雷龙足迹类最初发现于北美的下侏罗统，但衍生的足迹形态广泛出现在中国的侏罗系—白垩系[11-12]，鄂尔多斯盆地的白垩系也有类似发现[13]。1号足迹点的孤立足迹的形态特征与实雷龙足迹类完全不同，但其较尖锐的爪痕与宽的趾间角表明其属于兽脚类足迹。
2.4 两趾型兽脚类足迹
2号足迹点的一道行迹揭示了有趣的受沉积物影响的保存现象。大多数足迹只留下明显的一个趾痕(图版Ⅰ-D)，但在一处沉积物条件适宜区，该造迹者留下了一个保存良好的两趾型足迹(图版Ⅰ-E)。该足迹长14.5cm，宽5.0cm，长宽比为2.9，第Ⅲ趾至第Ⅳ趾之间的趾间角为20°。这是二趾型足迹在陕西省的首次记录，与该区相邻的内蒙古鄂托克旗查布地区也曾有报道[3]。
由于与鸟类系统发育学上的紧密联系，近年来，恐爪龙类(deinonychosaurian)演化支得到学者们的充分研究。恐爪龙类包括驰龙类(dromaeosaurids)和伤齿龙类(troodontids)，该类群最具代表性的特征是其第Ⅱ趾上有一个高度发育的大爪，这个大爪可以伸出并高度延展[14]。恐爪龙类运动时，该特化的第Ⅱ趾处于扬起状态，因此留下足迹为两趾，仅由第Ⅲ趾和第Ⅳ趾的印迹组成[11]。因此，两趾型足迹对应恐爪龙类造迹者，是迄今为止特征最鲜明的兽脚类足迹之一。自1994年在中国首次发现以来[15]，现在至少发现了十余个足迹点[11]，均来自白垩系，分布于四川盆地与攀西地区的多个点，以及山东莒南与岌山、河北赤城、北京延庆、甘肃盐锅峡等。中鸡恐爪龙类足迹的尺寸与甘肃盐锅峡标本类似，该记录增加了该类造迹者的古地理分布范围。
3. 结论
在鄂尔多斯盆地东北缘神木市中鸡白垩系丹霞地貌中发现的恐龙与其他四足类的足迹化石，展示了一个非常独特的组合类型：哺乳形类/兽孔类足迹-实雷龙足迹类-恐爪龙类足迹。这种多样性的兽脚类行迹与小型四足类足迹的组合，在中国属首次发现。虽然其详细分类还有待进一步研究，但这无疑对中国白垩纪沙漠相恐龙动物群的类型与分布，乃至该地区的古气候、古地理和地层对比都具有重要的意义。
致谢: 感谢审稿专家对论文提出的宝贵意见，同时感谢贵州地质调查院高级工程师曾愚人、白培荣、李月森、黄建国，驾驶员徐方生等对野外工作的大力支持。 -
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图 1 西藏措勤地区区域地质背景图
LSSZ-龙木措-双湖结合带; BNSZ-班公湖-怒江结合带; SLYJSZ-狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎结合带; YZSZ-雅鲁藏布江结合带; Qhapl-第四系冲洪积; E3r-日贡拉组; C2y-永珠组; P2-3x1-下拉组一段; P1a-昂杰组; C2P1l2-拉嘎组二段; C2P1l1-拉嘎组一段
Figure 1. Regional geological background map of Cuoqin region, Tibet
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图 4 西藏措勤县杀穷下石炭统永珠组实测地层剖面
Figure 4. Stratigraphic section of Lower Carboniferous Yongzhu Formation in Shahau area, Cuoqin County, Tibet
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图 3 石英砂岩正交偏光镜下照片（a）和平行层理(b)
Figure 3. Microphotograph of quartz sandstone(crossed nicols)(a) and parallel bedding(b)
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图 5 永珠组石英砂岩典型碎屑锆石阴极发光图像
Figure 5. Representative cathodoluminescence images of clastic zircons from quartz sandstone of Yongzhu Formation
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图 6 永珠组碎屑锆石U-Pb谐和图（a）和年龄直方图（b）
Figure 6. Concordia diagram of U-Pb values for detrital zircons from Yongzhu Formation(a) and age histogram(b)
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图 7 拉萨微陆块及相邻微陆块晚石炭世—早二叠世地层碎屑锆石年龄频率分布对比
Figure 7. Age frequency distribution of detrital zircons from Late Carboniferous to Early Permian strata in Lhasa microcontinent and adjacent microcontinent
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图 8 拉萨地块永珠组与相邻微陆块碎屑锆石年龄频率分布对比s
Figure 8. Age and frequency distribution of detrital zircons from Yongzhu Formation and adjacent microcontinental blocks
表 1 西藏措勤地区永珠组石英砂岩碎屑锆石U-Th-Pb年龄分析结果
Table 1 U-Th-Pb data of detrital zircons from quartz sandstone in Yongzhu Formation, Cuoqin region, Tibet
样品编号 同位素比值 Th/U 同位素年龄/Ma 采用年龄 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ PM02-N1-01 0.058 0.003 0.773 0.048 0.097 0.002 0.014 0.001 0.376 534 134 582 27 598 10 598 PM02-N1-02 0.060 0.004 0.720 0.045 0.088 0.002 0.013 0.001 1.471 586 134 551 27 543 9 543 PM02-N1-03 0.077 0.004 2.105 0.099 0.197 0.004 0.026 0.002 0.303 1128 89 1151 33 1159 19 1128 PM02-N1-04 0.139 0.005 7.866 0.303 0.406 0.006 0.054 0.003 0.735 2212 63 2216 35 2198 27 2212 PM02-N1-05 0.098 0.005 4.180 0.200 0.308 0.005 0.040 0.002 0.769 1590 86 1670 39 1730 24 1590 PM02-N1-06 0.059 0.004 0.683 0.039 0.085 0.002 0.012 0.001 0.800 553 121 529 24 526 10 526 PM02-N1-08 0.077 0.003 1.653 0.055 0.154 0.002 0.041 0.002 0.060 1132 63 991 21 922 11 922 PM02-N1-09 0.107 0.010 2.650 0.219 0.181 0.006 0.034 0.003 0.296 1748 142 1315 61 1072 33 1748 PM02-N1-10 0.057 0.003 0.765 0.040 0.096 0.001 0.012 0.001 0.062 507 113 577 23 589 8 589 PM02-N1-11 0.067 0.004 1.418 0.085 0.151 0.003 0.022 0.001 0.452 849 120 897 36 906 17 906 PM02-N1-12 0.059 0.003 0.971 0.051 0.118 0.002 0.017 0.001 0.361 567 110 689 26 718 12 718 PM02-N1-13 0.096 0.005 3.960 0.195 0.293 0.005 0.043 0.003 0.474 1545 90 1626 40 1658 23 1545 PM02-N1-14 0.060 0.005 0.748 0.061 0.091 0.002 0.012 0.001 0.493 615 174 567 35 561 12 561 PM02-N1-15 0.073 0.005 1.743 0.113 0.171 0.003 0.023 0.002 0.709 1002 130 1025 42 1020 17 1002 PM02-N1-16 0.076 0.003 2.076 0.087 0.196 0.004 0.028 0.002 0.060 1085 76 1141 29 1154 20 1085 PM02-N1-17 0.077 0.004 1.911 0.110 0.178 0.004 0.023 0.002 0.625 1107 112 1085 39 1058 19 1107 PM02-N1-18 0.065 0.005 1.333 0.092 0.148 0.003 0.020 0.002 0.476 783 144 860 40 890 16 890 PM02-N1-19 0.154 0.005 9.895 0.309 0.459 0.006 0.055 0.004 0.324 2388 49 2425 29 2436 27 2388 PM02-N1-20 0.142 0.005 7.702 0.257 0.387 0.005 0.047 0.004 0.417 2249 54 2197 30 2110 24 2249 PM02-N1-21 0.077 0.003 1.851 0.079 0.173 0.003 0.025 0.002 0.232 1111 79 1064 28 1027 17 1111 PM02-N1-22 0.069 0.005 1.466 0.100 0.156 0.003 0.019 0.002 0.543 901 138 916 41 934 17 934 PM02-N1-23 0.070 0.004 1.527 0.081 0.159 0.003 0.020 0.002 0.654 936 103 941 32 951 18 951 PM02-N1-24 0.064 0.004 1.415 0.087 0.158 0.003 0.020 0.002 0.469 736 128 895 37 946 16 946 PM02-N1-25 0.061 0.004 0.734 0.041 0.087 0.002 0.011 0.002 0.229 644 115 559 24 539 10 539 PM02-N1-26 0.110 0.005 5.289 0.264 0.343 0.007 0.038 0.005 1.053 1802 86 1867 43 1899 32 1802 PM02-N1-27 0.110 0.005 3.323 0.162 0.217 0.004 0.025 0.003 1.064 1805 84 1486 38 1263 21 1805 PM02-N1-28 0.073 0.005 2.028 0.134 0.201 0.004 0.024 0.003 0.741 1010 132 1125 45 1178 21 1010 PM02-N1-29 0.107 0.007 4.928 0.282 0.339 0.009 0.039 0.005 0.730 1756 97 1807 48 1879 41 1756 PM02-N1-30 0.107 0.005 4.140 0.172 0.280 0.006 0.036 0.004 0.296 1749 68 1662 34 1590 28 1749 PM02-N1-31 0.075 0.005 1.728 0.094 0.171 0.003 0.021 0.002 0.847 1054 104 1019 35 1015 19 1054 PM02-N1-32 0.061 0.004 0.926 0.059 0.108 0.002 0.015 0.001 1.136 639 135 666 31 664 11 664 PM02-N1-33 0.072 0.004 1.486 0.085 0.149 0.004 0.021 0.002 0.232 982 108 925 35 897 20 897 PM02-N1-34 0.100 0.006 4.356 0.252 0.313 0.007 0.042 0.003 0.529 1631 103 1704 48 1757 32 1631 PM02-N1-35 0.069 0.005 1.070 0.072 0.112 0.002 0.017 0.001 0.671 885 137 739 35 687 13 687 PM02-N1-36 0.153 0.007 10.108 0.469 0.474 0.008 0.061 0.004 0.467 2377 76 2445 43 2503 34 2377 PM02-N1-37 0.075 0.005 1.867 0.114 0.179 0.004 0.026 0.002 0.292 1070 118 1069 40 1060 22 1070 PM02-N1-38 0.066 0.004 1.587 0.106 0.176 0.004 0.023 0.002 0.855 798 135 965 41 1044 22 798 PM02-N1-39 0.077 0.006 1.489 0.107 0.140 0.003 0.019 0.001 0.680 1122 140 926 44 845 18 845 PM02-N1-40 0.077 0.009 1.660 0.170 0.154 0.005 0.022 0.002 1.099 1122 200 993 65 924 29 924 PM02-N1-41 0.081 0.006 2.023 0.136 0.189 0.005 0.026 0.002 2.000 1212 125 1123 46 1113 27 1212 PM02-N1-42 0.074 0.004 1.958 0.115 0.189 0.003 0.028 0.002 0.538 1027 117 1101 40 1118 18 1027 PM02-N1-43 0.065 0.005 0.735 0.050 0.082 0.002 0.011 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