斯堪的纳维亚加里东山COSC-2钻孔下古生界碎屑锆石年代学揭示波罗的古陆南缘活动带物源特征

本研究通过LA-ICPMS分析斯堪的纳维亚加里东山COSC-2钻孔1200米厚寒武-奥陶系沉积序列的碎屑锆石年龄谱，揭示波罗的古陆被动边缘沉积物中0.75-0.52 Ga颗粒的物源争议，证实南缘Sandomirian弧（而非北部Timanian造山带）是主要物源区，为古大陆旋转期拉分盆地演化提供新证据。

　　

在探索古大陆演化历程中，波罗的古陆（Baltica）早古生代沉积记录一直存在关键谜题：为何斯堪的纳维亚加里东造山带广泛分布的0.75-0.52 Ga碎屑锆石，传统认为源自北部Timanian造山带，却与南部Sandomirian弧活动带的年代学特征高度吻合？这个争议直接影响对波罗的古陆旋转期构造-沉积响应的理解。国际大陆钻探计划（ICDP）实施的COSC-2钻孔项目，在瑞典耶姆特兰地区获取2276米连续岩芯，为破解这一难题提供了珍贵材料。

由波兰科学院、美国爱荷华大学等机构组成的国际团队，对钻孔中1200米厚的寒武-奥陶系沉积序列展开系统研究。通过高精度激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICPMS）分析碎屑锆石U-Pb年龄，结合非度量多维标度（MDS）等统计方法，首次建立了中央斯堪的纳维亚地区完整的物源演变序列。

关键技术包括：1）从COSC-2钻孔岩芯（德国联邦地球科学与自然资源馆藏）选取5个代表性样品（深度359-1180米）；2）采用传统重矿物分选结合阴极发光（CL）成像筛选锆石；3）以FC锆石（1099 Ma）为基准物质进行LA-ICPMS年龄校正；4）应用最大似然年龄算法（MLA）计算最大沉积年龄（MDA）；5）通过Kuiper检验进行物源区统计对比。

研究结果揭示三个重要发现：

1. 寒武系物源垂向演变规律
下寒武统Sjout?lven群底部（1180米）以1.77-1.44 Ga的Sveconorwegian造山带东段（Eastern Segment）物源为主；中部（1018米）转为1.87-1.79 Ga的Transscandinavian火成岩带（TIB）和Svecofennian基底物质；上部（847米）出现2.67 Ga太古宙、2.12-1.64 Ga古元古代及0.72-0.53 Ga新元古代-寒武纪混合信号，最大沉积年龄530.5±4 Ma指示早寒武世沉积。

2. 奥陶系物源突变特征
T?sj?n群浊积岩（530-359米）以1.47-0.95 Ga的Sveconorwegian造山带物质主导，仅含零星Cryogenian颗粒（最年轻642±5 Ma），与南部斯堪的纳维亚同时代地层富含0.75-0.52 Ga颗粒的特征形成鲜明对比。

3. 构造控盆新认识
沉积厚度分析显示，COSC-2位点寒武系厚达350米，远超周边露头（<100米），结合Hornavan-Vattudal盆地（HVB）300米厚的记录，证实Grong-Olden隆起（GOC）南侧存在早古生代拉分盆地。物源演变指示该盆地早期接受本地物源，中寒武世开始接收经陆架环流输送的南缘Sandomirian弧物质。

讨论部分通过三项关键证据否定了Timanian物源假说：1）北部Timanian前陆盆地（TFB）样品缺乏中央斯堪的纳维亚常见的2.1 Ga和1.2 Ga特征峰；2）锆石Hf同位素显示南部样品ε_Hf值（-30至+15）比北部（-5至+15）更负；3）早奥陶世南部仍持续输入0.75-0.52 Ga物质而中部已中断，符合Sandomirian弧晚寒武世裂离波罗的古陆的模型。

这项发表在《Geoscience Frontiers》的研究具有三重意义：1）修正了波罗的古陆北缘物源主导的传统认知，确立南缘活动带对斯堪的纳维亚沉积的重要贡献；2）揭示寒武纪Vergalian-Rausvian海侵事件是南源物质北输的关键通道；3）为重建早古生代波罗的-阿瓦隆尼亚大陆相互作用提供新约束。钻孔揭示的异常沉积厚度（350米 vs 区域100米）更暗示需重新评估斯堪的纳维亚加里东带前陆盆地构造格架。