鋯石記錄下三疊紀澳洲沉積物來源的轉變

一條已經消失兩億多年的河流，要怎麼知道它曾經從哪裡流來？河道早已被埋入地下，山脈也經過漫長的侵蝕與變形，但被河水搬運的砂粒可能留下線索。澳洲東部博文盆地（Bowen Basin）的三疊紀岩層，就保存了這樣一套沉積紀錄。研究者分析砂岩中的碎屑鋯石與岩屑組成，試圖重建當時河流從哪些地區取得沉積物與東岡瓦納大陸的排水系統如何隨時間重新組織。

博文盆地（圖片來源：Wikipedia，採用 CC BY 4.0 授權）

研究焦點放在昆士蘭北部博文盆地的雷萬群（Rewan Group）與較晚形成的克萊瑪蒂斯群（Clematis Group）。博文盆地位於當時岡瓦納東緣造山帶的內側，東方鄰近塔斯曼造山帶（Tasmanides）與新英格蘭造山帶（New England Orogen），西側則連向大陸內部。晚二疊紀至三疊紀的杭特-博文（Hunter-Bowen）造山作用持續改變地形、盆地下沉的位置與河流坡度，因此河川可以在不同時期接收到完全不同來源的沉積物。

當地的地層與對應年代（圖片來源：Scipione M et al. (2026)，採用 CC BY 4.0 授權）

研究者利用的主要線索是碎屑鋯石（detrital zircon）。鋯石常形成於火成岩中，其中的鈾會隨時間衰變成鉛，因此可藉由鈾鉛（U-Pb）定年測出鋯石結晶的年代。當岩石遭到侵蝕，鋯石進入河流並最後堆積成砂岩，它原先形成時的年代仍會保留下來。一層砂岩如果含有大量約 2.45 億年前的鋯石，代表其集水區很可能能夠接觸到這個年代形成的岩石；若其中出現大量更古老的鋯石，沉積物來源便可能包含古老基盤或曾經沉積、侵蝕，再被重新搬運的舊砂岩。

研究分析了雷萬群與克萊瑪蒂斯群的 12 件砂岩樣本，取得超過兩千顆符合篩選條件的鋯石資料，並檢查 35 件砂岩薄片。砂岩薄片可以用來判斷砂粒主要由石英、長石，還是各種岩屑組成。研究者再把這些資料與過去發表的古水流方向與鄰近加利利盆地（Galilee Basin）和金皮地體（Gympie Terrane）的鋯石資料放在同一套框架下比較。這樣做的目的，是避免只憑某一群鋯石年代就直接指定來源。

不同地層砂岩樣本的偏光顯微鏡影像。每組左圖為交叉偏光（XPL），右圖為單偏光（PPL）。（A）Taroom 8 鑽井 552 公尺深處的班丹納層（Bandanna Formation）；（B）Theodore NS150 鑽井 171 公尺深處的人馬座砂岩；（C）Drake NS27 鑽井 131 公尺深處的人馬座砂岩；（D）Taroom 8 鑽井 408 公尺深處的人馬座砂岩。縮寫：黑雲母（bt，biotite）；方解石（cal，calcite）；鐵氧化物/不透明礦物（opq，Fe-oxide/opaque grain）；長石（fsp，feldspar）；白雲母（ms，muscovite）；斜長石（pl，plagioclase）；石英（qz，quartz）；火山岩碎屑（lv，volcanic rock fragment）；鋯石（zrn，zircon）（圖片來源：Scipione M et al. (2026)，採用 CC BY 4.0 授權）

阿卡迪亞層與克萊瑪蒂斯群砂岩樣本的偏光顯微鏡影像。每組左圖為交叉偏光（XPL），右圖為單偏光（PPL）。（A）Taroom 14 鑽井 1144 公尺深處的阿卡迪亞層；（B）Taroom 8 鑽井 217 公尺深處的阿卡迪亞層；（C）Taroom 13 鑽井 765 公尺深處的克萊瑪蒂斯群；（D）Taroom 14 鑽井 904 公尺深處的克萊瑪蒂斯群（圖片來源：Scipione M et al. (2026)，採用 CC BY 4.0 授權）

雷萬群位於下部的人馬座砂岩（Sagittarius Sandstone）有明顯約 2.46 億年前的鋯石峰值，也有約 3.03 億與 3.53 億年前的成分；上覆阿卡迪亞層（Arcadia Formation）的主要峰值約為 2.45 億年前，另外也有不少鋯石形成於約 3.15 億與 3.3 億年前。兩者的比例並不完全相同，但整體鋯石年齡分布十分接近。以統計方法比較不同樣本後，多數雷萬群樣本也聚集在相近的位置，代表不同沉積區接受到的沉積物來源組合有相當程度的一致性。

克萊瑪蒂斯群的丹尼森坳陷與塔魯姆坳陷、阿卡迪亞層、人馬座砂岩的鋯石定年（圖片來源：Scipione M et al. (2026)，採用 CC BY 4.0 授權）

雷萬群砂岩普遍含有大量岩石碎屑，其中許多屬於火山岩碎片。部分樣本的石英比例很低，並含有較多長石與火山岩碎屑。許多鋯石的結晶年代與砂岩沉積年代相隔不久。綜合這些現象，研究者認為雷萬群形成時，博文盆地持續接受來自東方活動大陸邊緣的火山與火成岩物質，其中新英格蘭造山帶及相關岩漿系統是合理的主要來源。古水流資料也與這個方向相符，推測沉積物大多從東側進入盆地，再沿著受到構造限制的低地向盆地內部輸送。

到了較晚的克萊瑪蒂斯群，沉積物的組成開始改變。塔魯姆坳陷（Taroom Trough）的樣本缺少雷萬群中非常醒目的約 2.4 至 2.5 億年前鋯石峰值，主要峰值轉為約 2.94 億、3.73 億與 5.12 億年前。這批樣本只有 6.5% 的鋯石落在 2.2 至 2.85 億年前，超過 4 億年的鋯石卻達到 55.8%。丹尼森坳陷（Denison Trough）的變化較溫和，主要是約 3.5 億年前的鋯石，但仍保留少量約 2.36 億年前的鋯石，顯示克萊瑪蒂斯群的不同地區變化程度並不一樣。雖然克萊瑪蒂斯群形成的年代比雷萬群晚，但較古老的鋯石反而增加，意味著當時沉積物的來源已經發生明顯變化。

雷萬群與克萊瑪蒂斯群沉積物流向重建（圖片來源：Scipione M et al. (2026)，採用 CC BY 4.0 授權）

克萊瑪蒂斯群的石英比例普遍較高，長石很少，而且鋯石結晶與沉積之間的時間差普遍拉長。這種組合與東側年輕火山弧物質減少、來自大陸內部較老岩石的沉積物增加相符。可是較老鋯石增加並不一定代表更多沉積物直接來自大陸內部，因為這些鋯石也可能來自盆地內較舊地層被侵蝕後的再次搬運。博文盆地經歷過構造抬升、侵蝕與地層缺失，先前已經堆積的二疊紀沉積岩可能再次遭到侵蝕。這些舊岩層本來就混有更古老的鋯石，只要它們被重新搬運，也能產生類似的年齡訊號。因此研究者將兩種可能性同時保留下來，克萊瑪蒂斯群可能接收到更多來自大陸內部的物質，也可能有更強烈的沉積物再循環，兩個過程甚至可能會同時發生。

雷萬群的鋯石組成較接近金皮地體以及較早期的班丹納層（Bandanna Formation），這些地層都帶有較強的活動大陸邊緣訊號。塔魯姆坳陷的克萊瑪蒂斯群則更接近加利利盆地的瓦朗砂岩（Warang Sandstone）與波丘派恩峽谷層（Porcupine Gorge Formation），這些樣本含有較高比例的古老鋯石。

更晚的穆萊恩伯層（Moolayember Formation）又出現較多較年輕的鋯石，其組成重新靠近雷萬群的型態。如果這項區域比較成立，克萊瑪蒂斯群所記錄的來源轉換可能只存在於三疊紀的一段時間，排水系統後來又再次調整。目前地層年代與樣本覆蓋仍不足以把這項變化的持續時間精確定下來。

這些砂岩留下的訊息描繪出一個不斷重組的三疊紀澳洲東部。雷萬群形成時，博文盆地大致屬於一套由東方活動大陸邊緣供應沉積物的整合型河流系統；到了克萊瑪蒂斯群沉積期間，大陸內部來源與舊沉積岩再循環的影響增加，而且不同沉積區受到的程度並不相同。山脈的抬升、盆地的下沉與河川改道沒有留下可以直接觀看的地表景觀，卻把每一次排水系統的調整，藏進了砂岩中一顆顆帶著年代的鋯石。

作者：水也佑

參考文獻：

Scipione M et al. (2026). Integrated Triassic sediment routing along eastern Gondwana (Australia). EarthArXiv.

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