古太平洋板块俯冲过程中构造继承性对造山剥蚀的控制：韩国半岛侏罗系万松群楔顶沉积物的多方法物源示踪

《Geoscience Frontiers》：Multi-proxy provenance of the Jurassic Bansong Group wedge-top deposits, Korean Peninsula: Structural inheritance controls orogenic unroofing during paleo-Pacific subduction

　　

本研究对位于韩国半岛东北部沃川带（太白山盆地）的万松群进行了多方法物源分析，该群代表了侏罗纪古太平洋板块俯冲期间形成的楔顶沉积物。研究人员综合运用古水流模式、砾岩与砂岩岩石学、碎屑锆石U–Pb年代学以及全岩地球化学等多种方法，以约束沉积物来源。古水流数据显示整体向东南方向搬运，与逆冲推覆方向一致，表明西北部的构造高部位是主要的沉积物来源。砾石成分以各种（变质）沉积岩碎片为主，砂岩呈现再循环造山带特征，指示先存沉积地层的再循环是主要的物源供给方式。碎屑锆石U–Pb年龄谱与平阳超群高度匹配，明确了物源区位于这些构造高部位内的特定地层。这种选择性剥蚀记录了一种逆冲体系结构：以平阳超群为主的上盘地层覆盖并屏蔽了下伏的朝鲜超群碳酸盐岩地层，使其免于侵蚀。与层底火山碎屑岩年龄一致的同期锆石群体（约186?Ma）将沉积作用的起始时间限定为早侏罗世，暗示逆冲作用的再活化至少始于此时。中-晚三叠世锆石的出现，结合地球化学特征（显示相对更高的初旋回长英质火成岩贡献），表明还存在来自远距离火成岩体的额外物质输入。早侏罗世的挤压变形集中发生在沃川带，而同期相邻地区却处于伸展环境，表明收缩变形沿继承自松林期的褶皱-逆冲构造发生了局部化。带内及周缘地区约186?Ma弧岩浆活动的同步发生，提示热弱化作用可能促进了此次逆冲构造的再活化与改造。研究结果表明，先存的造山格架与地壳热状态是控制汇聚边缘体制转变时构造响应的关键因素。

在地质历史中，造山带中的沉积盆地是记录地球深部动力学过程与地表响应复杂相互作用的关键档案。近年来，物源分析技术，尤其是碎屑锆石U–Pb年代学的发展，极大地提升了研究人员解码造山系统时空演化的能^力。楔顶沉积物直接记录了活跃造山过程中逆冲系统的剥蚀过程以及相关岩浆弧的信息，为理解汇聚边缘演化提供了独特窗口。然而，在地壳汇聚作用叠加于先存造山带之上的地区，继承的构造格架会深刻影响逆冲体系几何形态，导致沉积物输送路径可能偏离经典模型。东亚早中生代构造演化代表了从古特提斯到古太平洋构造体制的关键转变。位于中朝克拉通边缘的韩国半岛，其大同超群记录了这一转变过程中的两次重要造山事件：与古特提斯洋闭合相关的二叠纪-三叠纪松林碰撞造山运动，以及随后与古太平洋板块俯冲相关的侏罗纪-白垩纪大^泊造山运动。其中，早-中侏罗世的万松群是古太平洋俯冲期间，在沃川带（太白山盆地）沿主要逆冲断裂分布的楔顶沉积物实例。尽管它是造山楔中的典型楔顶沉积，但此前尚未对其物源与构造意义开展系统研究。为填补这一空白，本研究对万松群开展了综合物源分析，整合了碎屑锆石U–Pb年代学、全岩地球化学、砾石成分、古水流模式及砂岩岩石学等多种方法。研究不仅阐明了东亚边缘的侏罗纪演化，也为理解俯冲主导的汇聚边缘的造山楔行为及相关沉积响应提供了概念框架。本研究的核心问题在于揭示继承构造格架与地壳热状态如何控制造山带对板块汇聚体制转变的响应。研究区位于韩国半岛东北部沃川带（太白山盆地），万松群不整合覆盖在变形的古生代沉积序列（包括寒武-奥陶纪朝鲜超群和石炭纪-早三叠世平阳超群）之上，并被加^德洞和公^水院逆冲断层及其分支所切割。本研究选取了丹阳、宁越、^旌善、平昌等多个露头区的砾岩、砂岩和泥岩样品进行分析。研究人员首先对砾岩进行了砾石成分统计和古_水流方向测量，随后对砂岩进行了薄片鉴定与模^式成分分析，并采集了10件砂岩样品进行碎屑锆石LA-ICP-MS U–Pb定年，同时对25件细粒沉积岩进行了全岩主微量元素地球化学分析。通过多指标综合约束，旨在揭示万松群的物源特征及其对沃川带侏罗纪构造演化的启示。

**古水流与砾岩成分分析**
在丹阳、宁越、平昌及^旌善等露头，研究人员对万松群底部砾岩进行了详细研究。砾岩主要由砾石支撑，砾石分选中等，磨圆度好，呈扁平或板状，具有a轴或b轴叠_瓦状构造，指示其为河流或冲积扇成因。通过对共计1803颗砾石的成分统计发现，砾石主要由各种颜色（变质）沉积岩（如砂岩、粉砂岩）组成，火山碎屑岩含量较少（<11%），未发现碳酸盐岩砾石。砾石成分在各地点间存在一定差异，但整体以硅质碎屑沉积岩为主。古水流分析显示，砾石叠_瓦状构造经校正后，指示沉积物整体向东南方向搬运，呈扇形分散模式，与逆冲推覆的东南向迁移趋势一致，表明西北部的构造高部位是主要的沉积物来源区。

**砂岩岩石学特征**
对18件砂岩样品的薄片分析显示，其主要矿物成分为石英（平均含量69%）、岩屑（平均28%）和少量长石（平均3%）。砂岩主要类型为岩屑砂岩和亚岩屑砂岩。在_Dickinson（1985）的QFL三角图上，绝大多数样品点落在“再循环造山带”物源区，仅一件样品因蚀变严重落入“过渡大陆”区。这表明万松群砂岩的物源主要来自先前存在的、经过改造的沉积岩，符合造山带内沉积物再循环的特征。

**碎屑锆石U-Pb年代学**
对10件砂岩样品共分析了1000颗碎屑锆石，获得839个有效年龄（从太古宙到侏罗纪）。年龄谱显示两个主要峰值：一个在古元古代（约1870–1860?^Ma），另一个在侏罗纪（约189–186?^Ma）。此外，还存在少量太古宙、泥盆纪、石炭纪、二叠纪和三叠纪年龄峰值。根据最大沉积年龄（MDA）估算，结合前人发表的层底火山岩年龄，将万松群的沉积时代限定为早-中侏罗世。空间上，碎屑锆石年龄谱存在显著差异：研究区北部样品以古元古代锆石为主（>83%），几乎不含中生代锆石；而中部和南部样品则含有显著的侏罗纪和三叠纪锆石群体。特别是，三叠纪锆石主要出现在公^水院逆冲断层下盘的样品中。与已发表的朝鲜超群和平阳超群碎屑锆石年龄谱对比及多维尺度（MDS）分析表明，万松群的前中生代锆石群体与平阳超群（尤其是其上部层位）的特征高度吻合，而明显区别于朝鲜超群，证实平阳超群是主要的物源区。

**全岩地球化学分析**
对25件细粒沉积岩样品的地球化学分析显示，相对于后太古宙平均页岩（PAAS），所有样品普遍富硅、贫钠、钙、镁、铁等元素，具有较高的成分成熟度。在Th/Sc vs. Zr/Sc图解上，所有样品均显示较高的Th/Sc比值（>1），指示长英质物源背景。同时，多数样品具有较高的Zr/Sc比值，落在沉积物再循环趋势线上，进一步佐证了物源区以再循环沉积岩为主。地球化学数据也显示出空间差异：位于公^水院逆冲断层下盘的宁越-2、^旌善-2和丹阳-3等样品组，其SiO₂含量相对较低，Zr/Sc比值也较低，可能反映了较少受到成分成熟、再循环沉积物源的影响。

**讨论**
万松群楔顶沉积物的物源特征揭示了沃川带逆冲系统的剥蚀过程。古水流、砾岩成分和砂岩岩石学一致表明，物源主要来自西北部的构造高部位，且以再循环的平阳超群沉积岩为主。碎屑锆石年代学为此提供了直接证据，精确匹配了平阳超群的特征年龄。这种物源格局与逆冲片的几何形态密切相关：以平阳超群为主体的逆冲上盘构成了主要的剥蚀区，而下伏的朝鲜超群碳酸盐岩则被屏蔽，未被大量剥蚀，这解释了为何砾石中缺乏碳酸盐岩组分。少量同期（侏罗纪）火山碎屑锆石的存在，记录了盆地填充期间的同期火山活动。而公^水院逆冲下盘样品中出现的三叠纪锆石，结合地球化学特征（如较低的SiO₂和Zr/Sc比值），提示可能有来自远距离三叠纪火成岩体的初旋回物质输入，表明当时的排水系统可能超越了局部逆冲带范围。

在构造意义上，约186?^Ma万松群沉积的启动，标志着沃川带褶皱-逆冲作用的再活化，其时代与古太平洋板块俯冲引起的弧岩浆活动同步。关键的是，这一期收缩变形在空间上具有选择性：沃川带发生挤压，而相邻的地区（如洪城-临津江带）同期却处于伸展状态。研究人员认为，这种变形局部化很可能是先存的松林期褶皱-逆冲构造格架与同期弧岩浆活动导致的地壳热弱化共同作用的结果。继承的逆冲构造控制了变形的几何形态与极性，使得沉积物源主要位于西北部的再循环沉积岩区，而非同期的东南部弧前区。这导致万松群的沉积充填特征与典型的安第斯型弧后前陆盆地系统有所不同。

**结论**
本研究通过多方法物源分析，系统揭示了早-中侏罗世万松群楔顶沉积物记录了沃川带逆冲系统的系统性剥蚀。物源主要来自西北部构造高部位剥蚀的平阳超群再循环沉积岩，逆冲片几何形态控制了地层的选择性出露。约186?^Ma沉积作用的启动，指示了沃川带逆冲作用的再活化，这可能与古太平洋板块俯冲引发的构造活动有关，同时受到先存松林期构造和同期岩浆热弱化作用的共同影响。在叠加造山环境中，先存的构造格架与地壳热状态可能对再活化的发生位置以及随后的沉积物输送路径具有重要的控制作用。