河南舞陽(yáng)凹陷底部火山巖的發(fā)現(xiàn)及其鋯石年代學(xué)和Hf同位素地球化學(xué)研究

佟子達(dá), 張　靜*, 周振菊, 夏小洪, 王偉中, 張?jiān)从?/p>

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083; 2.北京大學(xué) 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871; 3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第四地質(zhì)大隊(duì), 河南 鄭州 450016)

河南舞陽(yáng)凹陷底部火山巖的發(fā)現(xiàn)及其鋯石年代學(xué)和Hf同位素地球化學(xué)研究

佟子達(dá)1, 張靜1*, 周振菊2, 夏小洪2, 王偉中3, 張?jiān)从?

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083; 2.北京大學(xué) 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871; 3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第四地質(zhì)大隊(duì), 河南 鄭州 450016)

河南省中部的舞陽(yáng)凹陷長(zhǎng)期被認(rèn)為是一新生代鹽湖盆地。它位于華北克拉通南緣, 基底由新太古代–古生代地層組成, 盆地沉積物為新生代碎屑–化學(xué)巖系。最新鉆探發(fā)現(xiàn)盆地南緣發(fā)育一套火山–沉積建造, 火山巖與紅色砂礫巖互層,總厚度達(dá)一千多米。作者對(duì)粗面巖(WY-1)和粗安質(zhì)火山角礫巖(WY-2)開展了巖性組合、區(qū)域地層對(duì)比劃分以及LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年及Hf同位素研究。鋯石多具有生長(zhǎng)振蕩環(huán)帶, 個(gè)別鋯石顯示核-邊結(jié)構(gòu)。WY-1樣品中25顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為 129.1±1.0 Ma (MSWD=0.87); WY-2樣品中 4顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為132.5±9.8 Ma (MSWD=5.0), 兩者的年齡比較接近, 表明火山巖形成于133 Ma左右, 屬中生代早白堊世, 盆地地層并非前人認(rèn)為的全部屬于新生代。藉此, 我們認(rèn)為舞陽(yáng)凹陷乃至周口盆地的發(fā)育始于早白堊世或更早, 是揚(yáng)子–華北古板塊碰撞之后秦嶺造山帶巖石圈伸展的結(jié)果。WY-2樣品中其他13顆繼承鋯石或繼承核的207Pb/206Pb年齡介于1033～2931 Ma, 與華北克拉通南緣主要巖性的時(shí)代一致?；鹕綆r中的早白堊世鋯石εHf(t)為-21.82～ -19.10, tDM2變化于2.39～2.56 Ga之間, 與太華超群中部地層年齡和特征吻合, 表明火山巖主要源自華北克拉通南緣深部早前寒武紀(jì)巖石的部分熔融作用。

舞陽(yáng)凹陷; 早白堊世火山巖; 鋯石U-Pb年齡; 鋯石Hf同位素; 華北克拉通

0 引 言

舞陽(yáng)凹陷位于河南省中部的舞陽(yáng)、魯山、葉縣、西平等縣境內(nèi), 其構(gòu)造位置處于周口盆地中部凹陷帶西端, 平頂山凸起以南, 呈北西西向狹長(zhǎng)形展布,與周口盆地主體的走向基本一致, 為一北邊斷裂圍限、南部超覆沉積的箕狀斷陷盆地(陳衍景和富士谷, 1992)。舞陽(yáng)盆地因發(fā)育大量鹽巖和低成熟度油氣而備受關(guān)注, 前人開展了大量研究工作(陳光漢和張慶國(guó), 1989; 馬慶元, 1993; 趙全民等, 2002; 孔凡軍和李永林, 2004; 范傳軍和馬驤, 2005; 李風(fēng)勛等, 2009; 孔敏等, 2010; 趙鵬飛等, 2012)。然而, 關(guān)于舞陽(yáng)凹陷的形成時(shí)間, 長(zhǎng)期缺乏精確的同位素年代學(xué)約束。

鑒于舞陽(yáng)超大型鐵礦分布在舞陽(yáng)斷陷盆地南部,而舞陽(yáng)斷陷盆地中段南部存在一個(gè)低緩磁力異常帶,磁異常帶被解譯為深部鐵礦引起的異常(見后)。因此,河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局對(duì)舞陽(yáng)斷陷盆地的一系列低緩磁力異常區(qū)實(shí)施了以找鐵礦為目的鉆探工作,以期獲得深部鐵礦找礦突破。初步鉆探資料表明,盆地深部發(fā)育一套火山–沉積巖建造。該建造形成于盆地發(fā)育早期, 為探索盆地發(fā)育時(shí)間、機(jī)理和深部找礦潛力提供了良好的研究對(duì)象。

基于以上資料, 本文對(duì)舞陽(yáng)斷陷盆地底部火山–沉積建造的火山巖開展了鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素地球化學(xué)研究, 準(zhǔn)確厘定了舞陽(yáng)斷陷盆地初始形成時(shí)間, 探討了盆地發(fā)育機(jī)理、構(gòu)造演化, 以及與鐵礦勘查部署相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。

1 地質(zhì)背景和火山–沉積序列

秦嶺造山帶自北向南可劃分為華北板塊南緣、北秦嶺增生造山帶、南秦嶺褶皺帶和揚(yáng)子板塊北緣的前陸褶沖帶等4個(gè)構(gòu)造單元, 分別以欒川斷裂、商丹縫合帶、勉略縫合帶為界(圖1, 許志琴等, 1986; 張國(guó)偉等, 2001; Chen and Santosh, 2014)。華北板塊南緣指位于三門峽–寶豐斷裂與洛南–欒川–方城斷裂帶之間的部分, 具有典型華北型早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和中元古代以來(lái)的蓋層結(jié)構(gòu); 北秦嶺增生造山帶是指商丹斷裂帶與洛南–欒川–方城斷裂之間的秦嶺北部區(qū)域,主要包括了秦嶺巖群、寬坪巖群、丹鳳蛇綠巖和二郎坪弧后盆地; 南秦嶺褶皺帶為商丹斷裂帶和勉略斷裂帶之間的南秦嶺地區(qū), 具有揚(yáng)子板塊的雙層構(gòu)造,蓋層沉積于新元古代-三疊紀(jì); 揚(yáng)子板塊北緣以晉寧期統(tǒng)一基底和晚元古代-顯生宙蓋層為特征, 具有漢南基底巖系和前陸盆地沉積及其沖斷褶帶(陳衍景等, 1991; 陳衍景和富士谷, 1992; 張國(guó)偉等, 1995a, 1995b; Li et al., 2014; Chen and Santosh, 2014)。

舞陽(yáng)凹陷位于華北板塊南緣板內(nèi)區(qū), 南臨北秦嶺構(gòu)造帶, 處于周口盆地西緣, 北部與平頂山凸起相鄰, 南部與平輿凸起相接(圖 1b), 是一典型的斷裂構(gòu)造控制的箕狀伸展盆地, 內(nèi)部地層厚度北厚南薄(陳衍景和富士谷, 1992)。舞陽(yáng)斷陷盆地東西長(zhǎng)約140 km,南北寬約20 km, 屬于周口盆地眾多中新生代盆地之一, 呈北西西向狹長(zhǎng)展布, 與周口坳陷主體構(gòu)造走向基本一致(圖 1b; 李風(fēng)勛等, 2009)。斷陷盆地北邊界為三寶斷裂帶的次級(jí)斷裂——魯山–漯河斷裂; 南側(cè)是受到秦嶺造山帶擠壓隆起而形成褶皺基底, 主要為新元古界洛峪群、震旦系羅圈組及寒武系等。新生代以來(lái)盆地區(qū)持續(xù)沉降, 發(fā)育了鹽湖相沉積, 自下而上發(fā)育上白堊統(tǒng)胡崗組、古近系玉皇頂組、大倉(cāng)房組、核桃園組、廖莊組和新近系上寺組與全新統(tǒng)(圖2, 陳光漢和張慶國(guó), 1989; 陳衍景和富士谷, 1992; 馬慶元, 1993; 李風(fēng)勛等, 2009)。在舞陽(yáng)斷陷盆地南側(cè)有超覆現(xiàn)象, 總體表現(xiàn)為南部超覆、北側(cè)斷裂圍限的單剪斷陷沉積盆地(圖2, 馬慶元, 1993)。

圖1　舞陽(yáng)凹陷區(qū)域構(gòu)造位置圖(圖a和圖b分別據(jù)Shi et al., 2011; 郭巧珍等, 2009修改)Fig.1 Tectonic location of the Wuyang Sag

圖2　舞陽(yáng)凹陷構(gòu)造綱要圖(a)和剖面圖(b, c, 據(jù)孔敏等, 2010修改)Fig.2 Simplified tectonic map (a) and cross sections (b and c) of the Wuyang Sag

舞陽(yáng)凹陷南部存在楊樓–呂店低緩磁異常帶, 包括了斷續(xù)分布的10多個(gè)低緩磁異常(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì), 2010; 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì), 2013), 具有深部鐵礦找礦潛力。最近, 河南有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)等單位在呂店、祝樓、前藕池、楊樓等5個(gè)磁異常區(qū)實(shí)施了鐵礦找礦鉆探, 發(fā)現(xiàn)了盆地底部火山巖地層的存在, ZK01、ZK40012和ZK41612鉆孔還穿透火山巖層至盆地基底(圖 2), 不同鉆孔揭示的火山巖、沉積巖的巖性特征、巖石組合以及地層序列相似。以鉆孔ZK01為例予以說(shuō)明, 鉆孔深度369 m以上為第四系和第三系沖積物, 369～1343 m深度范圍為互層的火山巖–沉積巖, 1343 m深度以下為前寒武紀(jì)海相灰?guī)r和泥灰?guī)r(圖3)。在厚近千米的火山–沉積巖建造中,火山巖主要為紅色粗安巖、粗面巖和粗安質(zhì)火山角礫巖, 565～762 m 深度可見安山玢巖與凝灰質(zhì)粗安巖, 784～1252 m深度可見粗安質(zhì)火山角礫巖及粗面巖(圖3), 角礫成分主要為安山玢巖; 與火山巖互層的沉積巖主要是灰色、紫紅色砂巖、礫巖等粗碎屑巖類, 屬于河湖相的近源沖積或洪積扇相。鉆孔淺部沉積巖與底部類似, 并一直延續(xù)到古新世(馬慶元, 1993)。

2 樣品和測(cè)試方法

樣品WY-1和WY-2取自鉆孔ZK01深度950 m、1000 m處, 分別是紫紅色粗面巖和粗安質(zhì)火山角礫巖。

鋯石分選在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院完成, 然后在雙目鏡下挑出晶型較好的鋯石, 將其粘在雙面膠上, 用無(wú)色透明環(huán)氧樹脂固定, 固化之后拋光, 然后在顯微鏡下觀察, 陰極發(fā)光在 JSM-6510掃描電鏡上進(jìn)行。

鋯石激光剝蝕等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析及鋯石原位 Lu-Hf同位素分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 實(shí)驗(yàn)采用的ICP-MS為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 7500a, 激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas2005, 分析所用的激光斑束直徑為32 μm。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMS DataCal完成, 詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同Liu et al. (2008, 2010)。鋯石樣品的U-Pb 年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot3.0完成 (Ludwig, 2003)完成。鋯石Hf同位素分析在Neptune型MC-ICP-MS上完成,激光剝蝕斑束直徑為 44 μm, 標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品為 91500 及GJ-1。εHf和Hf模式年齡計(jì)算中采用的球粒隕石和虧損地幔的176Hf/177Hf比值分別為 0.282772和0.283200, 二階段Hf模式年齡計(jì)算中采用平均地殼的fCC值(-0.55)(吳福元等, 2007; Liu et al., 2010)。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡

樣品 WY-1(粗面巖)中的鋯石多為無(wú)色透明, 呈短柱狀或長(zhǎng)柱狀, 自形到半自形, 粒徑100～150 μm,大多數(shù)鋯石具有明顯的巖漿成因環(huán)帶(圖 4), Th、U含量分別為244～4023 μg/g, 435～3639 μg/g, Th/U比值為0.46～1.11, 顯示巖漿鋯石特征(表1; Hoskin and Ireland, 2000; Whitehouse and Platt, 2003; 吳元保和鄭永飛, 2004), 鋯石U-Pb定年結(jié)果代表巖漿結(jié)晶年齡, 對(duì)于火山巖而言, 則代表火山噴發(fā)的時(shí)間。25個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡介于 124～136 Ma,大多數(shù)鋯石位于其諧和線及其附近, 加權(quán)平均年齡為 129.1±1.0 Ma(MSWD=0.87)(圖 6a), 表明火山噴發(fā)時(shí)間為早白堊世。

圖3　鉆孔柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of drill holes

圖4　鋯石陰極發(fā)光圖像及測(cè)試位置(數(shù)字分別表示U-Pb年齡和εHf(t)值)Fig.4 CL images showing the testing spots and their U-Pb ages and εHf(t) values

鋯石原位微量元素分析結(jié)果(表 2)顯示其具有較高的稀土元素總量和重稀土元素含量, 25個(gè)分析點(diǎn)中18個(gè)點(diǎn)的LREE在31～91 μg/g之間, (La/Yb)N在0.000023～0.000689之間, 顯示輕稀土虧損、重稀土明顯富集的分配特征, 并具明顯的Ce正異常(δCe平均值為67.5)和Eu負(fù)異常(δEu平均值為0.13)(圖5a), 呈現(xiàn)典型的巖漿鋯石的稀土組成特征(Hoskin and Ireland, 2000; Whitehouse and Platt, 2003)。其余7個(gè)樣品具有最高的(La/Yb)N(0.0242～0.2740)、LREE(125～4190 μg/g)和P含量(713～24760 μg/g), 以及較高的 Sr含量(0.121～7.96 μg/g), 暗示鋯石中可能含有磷酸鹽(如獨(dú)居石和磷灰石)礦物包體(Whitehouse and Kamber, 2002)。

樣品WY-2(粗安質(zhì)火山角礫巖)中鋯石較WY-1顏色偏暗, 自形程度較好, 以短柱狀或長(zhǎng)柱狀為主,粒徑在60～150 μm, 可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)。17個(gè)分析點(diǎn)的Th、U含量分別為42～1906 μg/g和273～3708 μg/g(表1)。其中有4個(gè)點(diǎn)的Th/U值均大于0.5, 顯示巖漿鋯石特征(吳元保和鄭永飛, 2004), 其206Pb/238U年齡為 125～138 Ma, 加權(quán)平均年齡 132.5±9.8 Ma (MSWD=5.0)(圖6c), 在誤差范圍內(nèi)與WY-1樣品的年齡基本一致, 綜合二者206Pb/238U表面年齡, 峰值為128.6±0.8 Ma(MSWD= 2.4)(圖6d)。綜上, 說(shuō)明火山巖形成于早白堊世。其他13個(gè)分析點(diǎn)年齡>1000 Ma, 諧和度較差, Th/U比值介于0.1～0.78(表1), 為繼承鋯石(吳元保和鄭永飛, 2004)。鑒于這類鋯石可能發(fā)生鉛丟失, 而207Pb和206Pb在丟失過(guò)程可能同步變化,207Pb/206Pb比值保持相對(duì)穩(wěn)定, 故采用207Pb/206Pb年齡(Blank et al., 2003; Griffin et al., 2004)。WY-2樣品13顆繼承鋯石的207Pb/206Pb年齡為1033～2931 Ma(表1, 圖6b), 表明其源自華北克拉通南緣的前寒武紀(jì)巖石。

表1　舞陽(yáng)凹陷火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of the volcanic rocks from the Wuyang Sag

表2　舞陽(yáng)凹陷火山巖鋯石微量元素分析結(jié)果Table 2 Trace element data of zircon grains in the volcanic rocks from the Wuyang Sag

續(xù)表2?。?/p>

圖5　鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值引自Sun and McDonough, 1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for zircon grains

圖6　鋯石U-Pb諧和年齡圖和直方圖Fig.6 U-Pb concordia diagrams and histogram of the zircon grains

鋯石稀土含量略高于WY-1, LREE為10～250 μg/g, (La/Yb)N為0.000012～0.00507(表2), 呈輕稀土虧損、重稀土富集的分配特征(圖5b)以及明顯的Ce正異常(δCe平均值為51.9)和Eu負(fù)異常(δEu平均值為0.48),呈現(xiàn)典型的巖漿鋯石的稀土組成特征(Hoskin and Ireland, 2000; Whitehouse and Platt, 2003)。

3.2 Hf同位素特征

粗面巖(WY-1)中鋯石的 Hf同位素分析結(jié)果見表3, 其176Lu/177Hf比值均小于0.002, 說(shuō)明鋯石形成以后新增放射性成因Hf極低, 故176Hf/177Hf測(cè)試值可以代表鋯石形成時(shí)體系的初始176Hf/177Hf比值, 從而可以用 Hf同位素來(lái)有效示蹤一些重要的地球化學(xué)儲(chǔ)庫(kù)的源區(qū)(吳福元等, 2007)。樣品中鋯石的176Hf/177Hf比值介于0.282077～0.282155, fLu/Hf變化于-0.99～ -0.96, 平均值-0.98, 明顯小于鎂鐵質(zhì)地殼的 fLu/Hf值(-0.34)和硅鋁質(zhì)地殼的fLu/Hf值(-0.72) (Amelin et al., 1999), 表明樣品不是直接從虧損地幔熔融形成的, 而是經(jīng)歷過(guò)重融再結(jié)晶(Vervoort et al., 2000; Griffin et al., 2004)。根據(jù) Hf同位素計(jì)算公式(吳福元等, 2007), 采用硅鋁質(zhì)大陸地殼fLu/Hf計(jì)算獲得的舞陽(yáng)凹陷中火山巖的初始εHf(t)為-21.82～ -19.10, 平均值-20.59, tDM1變化于1.54～1.65 Ga, tDM2變化于2.39～2.56 Ga(表3)。

表3　舞陽(yáng)凹陷火山巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果Table 3 Hf isotopic compositions of zircon granis in the volcanic rocks from the Wuyang Sag

4 討 論

4.1 深部鐵礦勘查的問(wèn)題

本次研究的早白堊世火山巖帶僅發(fā)現(xiàn)于舞陽(yáng)斷陷盆地南緣, 緣于盆地沉積中心自南向北遷移, 使出露地層自北向南變老、層位變下(圖3), 這與磁異常主要出現(xiàn)在斷陷盆地南部相一致, 指示磁異常由盆地基底巖性引起?？紤]到斷陷盆地沉積中心的遷移, 我們認(rèn)為盆地深部可能依然發(fā)育早白堊世火山巖–沉積巖建造, 磁異常向北變?nèi)蹩赡芤簿売谂璧爻练e物變厚。

此前認(rèn)為舞陽(yáng)斷陷盆地沉積物為古近系, 古近系之下即為具有鐵礦勘查潛力的盆地基底, 勘探深度<3 km。本研究確定了這套早白堊世火山–沉積建造的發(fā)育, 為現(xiàn)行深部鐵礦勘查提出了一系列新的重大問(wèn)題, 突出地表現(xiàn)在古近系之下并非盆地基底,而是白堊系。即使不考慮上白堊統(tǒng), 僅是下白堊統(tǒng)火山–沉積建造厚度即達(dá) 1 km, 這使盆地基底的埋深增加了1 km以上(圖3), 盆地最深超過(guò)4 km。如此以來(lái), 亟需重新審查正在執(zhí)行的深部鐵礦勘查計(jì)劃的價(jià)值和工程部署方案。此外, 上白堊統(tǒng)在本區(qū)是否存在, 其與古近系之間的關(guān)系如何, 目前尚缺少調(diào)查和研究, 急需補(bǔ)充。

4.2 巖漿源區(qū)及成因

不同地球化學(xué)儲(chǔ)庫(kù)具有明顯不同的 Hf同位素組成, 球粒隕石和虧損地幔的176Hf/177Hf比值較大, εHf(t)值為零或正值; 而地殼的176Hf/177Hf比值相對(duì)較小, εHf(t)值為明顯負(fù)值(Amelin et al., 2000; Griffin et al., 2002)。舞陽(yáng)斷陷盆地內(nèi)火山巖鋯石Hf模式年齡(2.39～2.56 Ga)(表 3), 暗示其源區(qū)物質(zhì)為古老的地殼物質(zhì)。在εHf(t)-t圖上(圖7), 粗面巖鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)落在球粒隕石演化線之下、2.5 Ga地殼成分演化線附近, 相對(duì)集中, 呈現(xiàn)富集的特點(diǎn), 說(shuō)明舞陽(yáng)斷陷南側(cè)火山巖巖漿來(lái)源于富集地幔部分熔融, 上侵過(guò)程中可能受到過(guò)古老地殼的混染。

圖7　舞陽(yáng)凹陷火山巖鋯石εHf(t)-t圖解Fig.7 εHf(t)-t plot for zircon grains in the volcanic rocks from the Wuyang Sag

研究區(qū)普遍發(fā)育太華超群基底(圖2), 據(jù)魯山地區(qū)太華超群TTG建造中片麻巖和角閃巖的Hf同位素組成(李風(fēng)勛等, 2009; 第五春榮等, 2010), 計(jì)算獲得129 Ma時(shí)太華超群的εHf(t)變化范圍為-65.0～ -51.8, 明顯低于舞陽(yáng)凹陷中火山巖的εHf(t)值(-21.82～ -19.10)。華北克拉通南緣中生代中酸性侵入巖及火山巖的大部分 εHf(t)集中在-27～ -10, tDM2變化于1.8～2.9 Ga, 表明巖漿源區(qū)可能為華北板塊南緣的中下地殼巖層(包括太華超群和/或熊耳群)與俯沖于華北克拉通之下的秦嶺造山帶物質(zhì)混合, 巖漿侵入過(guò)程中又混入了太華超群和熊耳群的物質(zhì)(楊陽(yáng)等, 2012; Li et al., 2013; 柯昌輝等, 2013; 李鐵剛等, 2013; 李磊等, 2013; 曾令君等, 2013)。

4.3 舞陽(yáng)斷陷盆地形成時(shí)代與構(gòu)造環(huán)境

前人關(guān)于舞陽(yáng)斷陷盆地形成時(shí)代存在燕山晚期(馬慶元, 1993)和新生代(李風(fēng)勛等 2009; 孔敏等, 2010)兩種觀點(diǎn), 但均缺乏準(zhǔn)確的同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)支撐。本研究獲得盆地底部火山巖地層(圖 2、3)鋯石U-Pb年齡為129～133 Ma, 證明舞陽(yáng)斷陷盆地的發(fā)育始于早白堊世, 即133 Ma左右。

陳國(guó)達(dá)(1988)和陳國(guó)達(dá)等(2005)認(rèn)為, 中國(guó)東部大陸及邊緣海的新生代盆地均屬于山間構(gòu)造盆地, 盆地中沉積物屬于類磨拉石建造, 以陸相紅層占優(yōu)勢(shì), 均屬拉伸型, 一部分為裂谷; 它們形成于中國(guó)古地臺(tái)活化解體所形成的地洼區(qū)發(fā)展的晚期, 即后地臺(tái)造山的主要活動(dòng)期之后。應(yīng)該說(shuō), 舞陽(yáng)盆地屬于這一類型。

目前, 學(xué)者們普遍認(rèn)為秦嶺造山帶形成于中生代大陸碰撞造山作用, 在晚三疊世–侏羅紀(jì)發(fā)生陸內(nèi)俯沖作用, 揚(yáng)子板塊俯沖于華北板塊南緣之下,秦嶺造山帶巖石圈和地殼強(qiáng)烈擠壓縮短增厚(張國(guó)偉等, 2001; Chen et al., 2004; 陳衍景, 2010; Ni et al., 2012; 毛世東等, 2013); 晚侏羅世(150 Ma左右), 區(qū)域構(gòu)造體制發(fā)生轉(zhuǎn)變(任紀(jì)舜, 1991; 趙越等, 1994; Chen et al., 2000; 李諾等, 2007), 增厚地殼和巖石圈于早白堊世快速伸展減薄, 形成大規(guī)模花崗巖類和中酸性火山巖(陳衍景等, 1998; 毛景文等, 2003;翟明國(guó), 2010; Li et al., 2012, 2014)。本研究進(jìn)一步證實(shí)了在豫西地區(qū), 強(qiáng)烈的擠壓碰撞之后出現(xiàn)了伸展構(gòu)造作用(地臺(tái)活化的晚期), 在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)改變背景下, 原逆沖上升盤成為正斷下降盤, 并控制之后的沉積, 導(dǎo)致中生代箕狀斷陷盆地發(fā)育, 形成沿北西西向和北東向斷裂分布的一系列白堊紀(jì)斷陷盆地,并伴隨強(qiáng)烈的中酸性火山噴發(fā)(圖 2; 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 陳衍景和富士谷, 1992; 孫自明, 1998)。

5 結(jié) 論

(1) 通過(guò)對(duì)鉆探工程資料整理, 初步發(fā)現(xiàn)舞陽(yáng)斷陷盆地南部發(fā)育一套厚達(dá)千米的火山–沉積巖建造, 火山巖為陸相中酸性巖石, 沉積巖主要為河湖相, 二者互層產(chǎn)出。

(2) 盆地底部火山–沉積建造的發(fā)現(xiàn)使原認(rèn)為的盆地蓋層厚度增加1 km, 即盆地基底埋深增加1 km;據(jù)此提出, 現(xiàn)行深部鐵礦勘查項(xiàng)目的價(jià)值和工程部署方案亟需重新審查或調(diào)整。

(3) 鋯石同位素地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)研究確定火山巖形成于129～133 Ma, 屬于早白堊世, 成巖巖漿起源于造山帶加厚巖石圈的部分熔融, 特別是深部太華超群巖石的部分熔融。

(4) 秦嶺造山帶在侏羅紀(jì)–白堊紀(jì)之交發(fā)生構(gòu)造體制由擠壓向伸展轉(zhuǎn)變, 誘發(fā)了舞陽(yáng)斷陷盆地的發(fā)育, 使盆地發(fā)育始于 133 Ma, 盆地沉積蓋層具有南薄北厚的箕狀形態(tài)。

致謝： 研究工作得到北京大學(xué)陳衍景教授的指導(dǎo),野外工作得到河南有色地質(zhì)四隊(duì)的幫助, 樣品制備、測(cè)試、數(shù)據(jù)處理過(guò)程中得到了楊永飛、鐘軍、張成、鐘日晨博士的幫助, 在此一并感謝！

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Zircon U-Pb Dating and Hf Isotope Compositions of the Volcanic Rocks from the Bottom of the Wuyang Sag, Henan Province

TONG Zida1, ZHANG Jing1*, ZHOU Zhenju2, XIA Xiaohong2, WANG Weizhong3and ZHANG Yuanyou3
(1. State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. MOE Key Laboratory of Orogen and Crust Evolution, Peking University, Beijing 100871, China; 3. No.4 Team of Henan Geology and Mineral Resources Bureau of Non-Ferrous Metals, Zhengzhou 450016, Henan, China)

The Wuyang Sag in central Henan province is an important salt-bearing basin located in the southern margin of the North China Craton, which is considered to be formed in Cenozoic. The basement of the basin is composed of the Neoarchean-Paleoproterozoic Taihua Supergroup metamorphic rocks, and the cover has been considered to be a Cenozoic sedimentary sequence in previous studies. However, in the ongoing drilling work at the southern margin of the Wuyang Sag, a volcanic succession with thickness of >1000 m, intercalated with sandstones, conglomerates and limestones, was recently discovered. The volcanic rocks mainly include trachyandesitic to trachytic lava, tuffs and breccia. We conducted zircon LA-ICP-MS U-Pb dating combined with Hf-isotope analysis of the trachyandesitic breccia and trachyte samples collected from the drill holes. Zircon grains exhibit obvious oscillating zoning texture, and a few show core-rim structures. Twenty-five analyses of sample WY-1 yield a weighted mean age of 129.1±1.0 Ma (MSWD=0.87), while four analyses of sample WY-2 yield a weighted mean age of 132.5±9.8 Ma (MSWD=5.0). These ages are identical within errors and strongly suggest that the volcanic rocks were formed at 129～133 Ma. We thus conclude that the basins on the southern margin of the North China Craton began to sink since Early Cretaceous or somewhat earlier, coeval to post-collisional lithospheric extension of the Qinling Orogen suturing the Yangtze and North China cratons. Inherited zircon grains or cores yield207Pb/206Pb ages of 1033～2931 Ma, according with the ages of the main lithologies in the southern margin of the North China Craton. Zircons of Early Cretaceous yield εHf(t) values of -21.82 to -19.10, and tDM2(Hf) ages of 2.39 to 2.56 Ga, which are similar to the ages and features of the middle Taihua Supergroup. This implies that the Cretaceous volcanic rocks mainly originated from the partial melting of the Early Precambrian rocks at the depth of the southern margin of the North China Craton.

Wuyang Sag; Early Cretaceous volcanic rocks; zircon U-Pb ages; Hf isotope; North China Craton

P597

A

1001-1552(2016)03-0574-013

2014-11-8; 改回日期: 2015-03-07
項(xiàng)目資助: 國(guó)家973項(xiàng)目(2012CB416602)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41030423)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2652013017)聯(lián)合資助。

佟子達(dá)(1991–), 女, 碩士研究生, 礦床學(xué)專業(yè)。Email: tongzida@126.com

張靜(1977–), 女, 博士, 副教授, 主要從事礦床學(xué)研究。Email: zhangjing@cugb.edu.cn