華北中部造山帶左權(quán)變質(zhì)雜巖ca. 2.5Ga和ca. 1.9Ga變質(zhì)年齡記錄及其地質(zhì)意義*

肖玲玲 劉福來 張健

1. 北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083 2. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037 3. 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170

華北克拉通作為中國三大古老克拉通之一，經(jīng)歷了漫長的、復(fù)雜的、多階段構(gòu)造演化過程，是研究地球早期形成和演化歷史的重要場所。Zhaoetal. (1998)在華北克拉通中部識別出一條重要的碰撞造山帶，稱之為“華北中部造山帶”(the Trans-North China Orogen, 圖1)。該造山帶以兩條深大斷裂為界、總體呈南北向展布，形成于古元古代末期，其內(nèi)部雜巖普遍記錄了順時針型、含近等溫降壓片段的變質(zhì)作用P-T軌跡，所記錄的主要區(qū)域變質(zhì)作用與碰撞造山帶有關(guān)。Zhaoetal. (1998)據(jù)此以華北中部造山帶為界，將華北克拉通前寒武紀(jì)基底劃分為東部陸塊(the Eastern Block)和西部陸塊(the Western Block)兩部分。在1.85Ga左右，西部陸塊發(fā)生東向俯沖，繼而與東部陸塊沿華北中部造山帶發(fā)生碰撞拼合，導(dǎo)致華北克拉通早前寒武紀(jì)統(tǒng)一基底的最終形成。東、西部陸塊與華北中部造山帶的變質(zhì)演化特征存在明顯差異，大部分變質(zhì)雜巖擁有逆時針型、含近等壓降溫片段的P-T軌跡，其形成與25億年左右大規(guī)模地幔巖漿底侵作用有關(guān)(Zhaoetal., 1998, 2001b, 2005)。

華北中部造山帶內(nèi)分布的早前寒武紀(jì)變質(zhì)雜巖區(qū)，由北向南主要包括：冀北、承德、宣化、懷安、恒山、五臺、阜平、呂梁、贊皇、左權(quán)、中條、太華和登封等。按變質(zhì)作用程度不同，華北中部造山帶早前寒武紀(jì)基底可以進(jìn)一步分為高級區(qū)和花崗-綠巖帶。前者變質(zhì)程度可達(dá)高角閃巖相-麻粒巖相，包括太華、阜平、恒山、懷安、宣化、承德等變質(zhì)雜巖區(qū)，花崗-綠巖帶的變質(zhì)程度較低，多為綠片巖相-角閃巖相，包括登封、中條、贊皇、呂梁、五臺、冀北等變質(zhì)雜巖區(qū)(Zhaoetal., 2003)。前期變質(zhì)演化研究表明，贊皇雜巖南部經(jīng)歷了高達(dá)高角閃巖相至麻粒巖相過渡區(qū)的變質(zhì)作用(肖玲玲等, 2011, 2012; Xiaoetal., 2011, 2014)；呂梁變質(zhì)雜巖局部地區(qū)也有典型基性麻粒巖出露(Xiaoetal., 2017)。

盡管不同變質(zhì)雜巖區(qū)的變質(zhì)程度存在差異，但華北中部造山帶各變質(zhì)雜巖中均可識別出至少三個變質(zhì)作用階段，擁有類似的變質(zhì)演化歷史，反映與華北克拉通中部發(fā)生的俯沖碰撞有關(guān)的大地構(gòu)造環(huán)境。然而，華北克拉通早前寒武紀(jì)基底的主期拼合時代仍存在較大爭議。大量年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示，華北中部造山帶變質(zhì)雜巖中至少存在1.85Ga、1.95Ga和2.5Ga左右的三組變質(zhì)年齡，且其所代表的地質(zhì)含義尚無定論。其中，約1.85Ga的變質(zhì)年齡占據(jù)了主導(dǎo)地位，反映了近峰期或退變質(zhì)階段的變質(zhì)時代；約1.95Ga的變質(zhì)年齡代表了峰期前的某個進(jìn)變質(zhì)片段或峰期變質(zhì)時代；2.4～2.5Ga的變質(zhì)年齡目前僅在阜平、承德和贊皇等少數(shù)地區(qū)有零星報道(程裕淇等，2004；劉樹文等，2007a；Xiaoetal., 2014)。這些變質(zhì)年齡的分布范圍及所代表的構(gòu)造意義對認(rèn)識華北中部造山帶乃至華北克拉通的基底早期演化至關(guān)重要，尤其是～2.5Ga變質(zhì)年齡，它在華北中部造山帶的分布是否廣泛？所代表的變質(zhì)事件是什么？與華北中部造山帶區(qū)域變質(zhì)事件是否同期？這一問題制約著人們對華北中部造山帶構(gòu)造演化歷史完整性的認(rèn)識。

左權(quán)變質(zhì)雜巖向東緊鄰贊皇雜巖(圖1)，二者在構(gòu)造、巖性和變質(zhì)演化等方面具有明顯親緣性。本文對左權(quán)地區(qū)多種巖石類型進(jìn)行了細(xì)致的鋯石年代學(xué)研究，獲得了約1.9Ga和2.5Ga兩組變質(zhì)年齡，且～2.5Ga的變質(zhì)年齡在該地區(qū)有廣泛分布，這一信息為全面理解華北中部造山帶、乃至整個華北克拉通的構(gòu)造演化提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

左權(quán)變質(zhì)雜巖位于太行山主脈中段西側(cè)，呈細(xì)條狀、沿北東-南西向展布，主體出露于山西省晉中市和長治市。構(gòu)造上屬華北克拉通中部造山帶中南段(圖1)。雜巖區(qū)出露以長英質(zhì)片麻巖為主的多種前寒武紀(jì)變質(zhì)巖石，局部發(fā)育黑云斜長片麻巖、(斜長)角閃片麻巖、(斜長)角閃巖和云母片巖等。片麻巖類均以似層狀方式產(chǎn)出，局部暗色礦物富集，擁有協(xié)調(diào)一致的穩(wěn)定片麻理。(斜長)角閃巖主要以似層狀或斷續(xù)“透鏡狀”方式產(chǎn)出于長英質(zhì)(黑云斜長)片麻巖中，大部分地區(qū)二者接觸關(guān)系截然，局部偶見侵入接觸關(guān)系。石榴石在不同巖石類型中分布不均勻，且發(fā)育不同程度的后成合晶反應(yīng)結(jié)構(gòu)。其中，含榴黑云斜長片麻巖和含榴斜長角閃巖中至少可識別出早期進(jìn)變質(zhì)、峰期和峰期降壓等多個階段的變質(zhì)礦物組合，記錄了順時針近等溫降壓型的變質(zhì)作用P-T軌跡，反映與碰撞造山有關(guān)的構(gòu)造過程(肖玲玲等, 2014)。區(qū)內(nèi)分布多個小型沉積變質(zhì)鐵礦床，鐵礦石為富含磁鐵礦的黑云斜長片麻巖、黑云母片巖、斜長角閃巖和石英巖等。磁鐵礦多呈條帶狀分布，與(長英質(zhì))黑云斜長片麻巖相伴產(chǎn)出。長英質(zhì)淺色體可分為早、晚兩期，早期長英質(zhì)淺色體作為深熔產(chǎn)物，無規(guī)則產(chǎn)出于長英質(zhì)片麻巖、黑云斜長片麻巖、云母片巖或斜長角閃巖中，總體平行于寄主巖石的片麻理；晚期長英質(zhì)淺色體呈脈體出現(xiàn)，多穿切片麻理，與圍巖接觸界線截然。

2 巖相學(xué)特征

本文樣品包括采自晉中市左權(quán)縣碾草渠村的3件樣品(ZZ8-2、ZZ8-3和ZZ8-5)和南冶村的1件樣品(ZZ9-5)，以及長治市黎城縣西井鎮(zhèn)彭莊的2件樣品(ZZ12-2和ZZ12-6)。

圖1 華北克拉通前寒武紀(jì)地質(zhì)簡圖(a,據(jù)Zhaoetal., 2005)、左權(quán)變質(zhì)雜巖構(gòu)造位置圖；(b,據(jù)Zhaoetal., 2001b)和地質(zhì)簡圖(c,據(jù)楊崇輝等，2011和河北省地質(zhì)局，1968[注] 河北省地質(zhì)局. 1968. 1:200000高邑幅、邢臺幅地質(zhì)圖及山西省地質(zhì)局，1972[注] 山西省地質(zhì)局. 1972. 1:200000左權(quán)幅、長治幅地質(zhì)圖和地質(zhì)圖說明書等資料編制)及采樣點(diǎn)

1-古生代地層；2-中元古代地層；3-新太古代TTG片麻巖；4-采樣點(diǎn)；HS-恒山雜巖；WT-五臺雜巖；FP-阜平雜巖；LL-呂梁雜巖；ZH-贊皇雜巖；ZQ-左權(quán)雜巖

Fig.1 Geological sketch map of the North China Craton (a, after Zhaoetal., 2005), showing location of the Zuoquan metamorphic complex in the Trans-North China Orogen (b, after Zhaoetal., 2001b), and the geological sketch map of the Zuoquan metamorphic complex, with sample locations (c, after Yangetal., 2011)

1-Paleozoic strata; 2-Mesoproterozoic Changcheng Group; 3-Neoarchean TTG gneiss; 4-sample locations; HS-Hengshan metamorphic complex; WT-Wutai metamorphic complex; FP-Fuping metamorphic complex; LL-Lüliang metamorphic complex; ZH-Zanhuang metamorphic complex; ZQ-Zuoquan metamorphic complex

樣品ZZ8-2為深熔長英質(zhì)淺色體，順片麻理產(chǎn)出于黑云斜長片麻巖中，主要由斜長石和石英組成，與片麻巖接觸處含少量細(xì)小黑云母(圖2a)。含榴角閃片麻巖樣品ZZ8-3和ZZ12-2的主要組成礦物為石榴石、角閃石和石英，含少量磁鐵礦和斜長石(圖2b, e)，角閃石強(qiáng)烈定向。樣品ZZ8-3中石榴石發(fā)生明顯變形，長軸方向與片麻理大致平行。石榴石內(nèi)部的角閃石包裹體定向明顯，且礦物總體跡線與片麻理小角度相交(圖2b)。磁鐵礦黑云母石英片巖樣品ZZ8-5由磁鐵礦、黑云母和石英等組成。黑云母定向排列，多發(fā)生綠泥石化(圖2c)。磁鐵礦角閃片麻巖樣品ZZ9-5的主要組成礦物為磁鐵礦、角閃石和石英。角閃石呈細(xì)小的他形粒狀(圖2d)。含磁鐵礦石榴黑云斜長片麻巖樣品ZZ12-6由石榴石、黑云母、斜長石和石英等組成，含少量磁鐵礦(圖2f)。黑云母定向明顯。

肖玲玲等(2013)對采自左權(quán)變質(zhì)雜巖區(qū)的25件(斜長)角閃巖樣品進(jìn)行詳細(xì)的巖石地球化學(xué)研究，認(rèn)為其原巖可分為基性火成巖和泥砂質(zhì)沉積巖兩種類型。根據(jù)尼格里參數(shù)(al+fm)-(c+alk)-Si原巖恢復(fù)圖解，包括ZZ8-3和ZZ12-2在內(nèi)的19件樣品落入基性火山巖區(qū)；元素比值Zr/TiO2-Nb/Y圖解中，所有19件變質(zhì)基性巖樣品均落在亞堿性玄武巖附近區(qū)域；由AFM圖解可知，多數(shù)樣品(包括ZZ8-3和ZZ12-2)屬拉斑系列(肖玲玲等, 2013)。結(jié)合野外特征，雜巖區(qū)多數(shù)(斜長)角閃巖的產(chǎn)狀與圍巖片麻巖協(xié)調(diào)一致，推測其原巖為亞堿性玄武巖；部分巖石產(chǎn)狀與片麻巖呈侵入接觸關(guān)系，其原巖應(yīng)為基性巖墻或巖脈。前期研究表明，雜巖區(qū)多數(shù)片麻巖在野外產(chǎn)狀和巖石組合上無明顯差別，且具有一致、穩(wěn)定的片麻理，原巖類型大體可分為中酸性火成巖和泥砂質(zhì)沉積巖兩種類型(肖玲玲等, 2013)。

圖2 左權(quán)雜巖區(qū)巖石樣品的顯微巖相學(xué)照片(a)深熔長英質(zhì)淺色體樣品ZZ8-2；(b)含榴角閃片麻巖樣品ZZ8-3；(c)磁鐵礦黑云母石英片巖樣品ZZ8-5；(d) 磁鐵礦角閃片麻巖樣品ZZ9-5；(e)含榴角閃片麻巖樣品ZZ12-2；(f)含磁鐵礦石榴黑云斜長片麻巖樣品ZZ12-6Fig.2 Photomicrographs of representative samples from the Zuoquan metamorphic complex(a) leucosome, Sample ZZ8-2; (b) garnet-bearing hornblende gneiss, Sample ZZ8-3; (c) magnetite-biotite-quartz schist, Sample ZZ8-5; (d) magnetite-hormblende gneiss, Sample ZZ9-5; (e) garnet-bearing hornblende gneiss, Sample ZZ12-2; (f) magnetite-bearing garnet-biotite-plagioclase gneiss, Sample ZZ12-6

圖3 深熔長英質(zhì)淺色體(樣品ZZ8-2)的鋯石年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c) 鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(Sun and McDonough, 1989)；(d)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測試點(diǎn)號參見表1Fig.3 Chronological diagrams for the analyzed zircons from anatectic leucosome (Sample ZZ8-2)(a) CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken; (b) Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram; (c) chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough, 1989); (d) U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Table 1

3 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)和微量元素地球化學(xué)

本文在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)完成對樣品ZZ8-2、ZZ9-5、ZZ12-2和ZZ12-6的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)和稀土、微量元素分析測試；在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成對樣品ZZ8-3和ZZ8-5的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)測試。

中國地質(zhì)大學(xué)(北京)使用多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀Agilent 7500a ICP-MS和激光器Geolas-193 UV。中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心使用多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀NEPTUNE和準(zhǔn)分子激光器NEW WAVE 193-FX ArF。激光束斑直徑為35μm。實(shí)驗(yàn)分別采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)；1065.4Ma，Wiedenbecketal., 1995)和GJ-1(天津地質(zhì)調(diào)查中心; 609Ma, Jacksonetal., 2004)為外部標(biāo)準(zhǔn)校正U-Th-Pb同位素比值；以國際標(biāo)樣NIST610玻璃作為外標(biāo)、29Si作為內(nèi)標(biāo)計算微量元素含量；依據(jù)Steiger and J?ger (1977)方法校正普通Pb；利用ICPMSDataCal(Liuetal., 2010)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用ISOPLOT程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行諧和曲線繪制。同位素比值和單個年齡實(shí)測誤差為1σ，加權(quán)平均年齡誤差為95%置信度。同位素測試數(shù)據(jù)見表1和表2(稀土和微量元素測試數(shù)據(jù)未附，如有需要請聯(lián)系第一作者)。

3.1 深熔長英質(zhì)淺色體(ZZ8-2)

該樣品中鋯石無色、透明，顆粒較大，直徑約200～500μm，呈柱狀或渾圓狀，個別顆粒含有礦物包裹體。陰極發(fā)光(CL)圖像中，鋯石核部偶見被嚴(yán)重改造的韻律環(huán)帶，其年齡無意義，未做測試；多數(shù)顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均勻，為變質(zhì)重結(jié)晶鋯石(圖3a)，對19顆該類鋯石進(jìn)行了20個點(diǎn)的同位素年代學(xué)和稀土微量元素分析。所有鋯石稀土元素配分模式均具有輕稀土虧損、重稀土富集特征，Eu存在明顯負(fù)異常(圖3c)。鋯石Th、U含量分別為49×10-6～240×10-6和202×10-6～503×10-6，Th/U比值為0.23～0.48，207Pb/206Pb年齡介于2426～2528Ma之間(圖3b)。所有點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為2493±11Ma(MSWD=3.0)、207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2494±8Ma(MSWD=3.6)(圖3d)。

圖4 含榴角閃片麻巖(樣品ZZ8-3)的鋯石年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測試點(diǎn)號參見表2Fig.4 Chronological diagrams for the analyzed zircons from garnet-bearing hornblende gneiss (Sample ZZ8-3)(a) CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken; (b) Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram; (c) U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Table 2

3.2 角閃片麻巖(ZZ8-3、ZZ9-5和ZZ12-2)

所有鋯石均為淺色，樣品ZZ8-3和ZZ12-2中鋯石顆粒較小，粒徑約為20～100μm，柱狀或渾圓狀。樣品ZZ9-5中鋯石粒度較大，約200～500μm，多呈渾圓狀。CL圖像顯示，鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致，無韻律環(huán)帶，為變質(zhì)成因鋯石，部分顆粒見白色增生邊(圖4a、圖5a和圖6a)。

含榴角閃片麻巖樣品ZZ8-3中19顆鋯石的19個點(diǎn)分析表明，鋯石U含量變化不大，為74×10-6～235×10-6，17個點(diǎn)的Th/U比值非常小(0.002～0.039)，點(diǎn)No.7和No.17的Th/U比值分別為0.363和0.417(圖4b)。除點(diǎn)No.17(2666±13Ma)外，18個分析點(diǎn)的207Pb/206Pb年齡介于1870～1925Ma之間(圖4b)，207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1903±7Ma(MSWD=1.05)(圖4c)。

對磁鐵礦角閃片麻巖樣品ZZ9-5中20顆鋯石進(jìn)行了20個點(diǎn)的同位素年代學(xué)和微量元素分析。結(jié)果表明，多數(shù)鋯石的稀土元素配分模式具有輕稀土明顯虧損、重稀土富集特征，Eu負(fù)異常明顯；少數(shù)鋯石輕稀土較為富集，個別顆粒具有Eu正異?；驘o異常特征(圖5b)。所有鋯石Th、U含量分別為94×10-6～230×10-6和185×10-6～381×10-6，Th/U比值為0.48～0.72，207Pb/206Pb年齡介于2469～2524Ma之間(圖5c)。所有點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為2488±16Ma(MSWD=0.82)、207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2492±6Ma(MSWD=1.08)(圖5d)。13個具有一致稀土配分模式數(shù)據(jù)點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為2487±18Ma(MSWD=0.63)、207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2497±8Ma(MSWD=1.03)(圖5e)。圖5d和圖5e中兩組年齡在誤差范圍內(nèi)一致，但圖5d中有部分鋯石的稀土配分模式明顯與眾不同，故推測相同成因鋯石的U-Pb年齡與其稀土配分模式相關(guān)性不大。

含榴角閃片麻巖樣品ZZ12-2中23顆鋯石的23個點(diǎn)分析表明，絕大多數(shù)鋯石的稀土元素配分模式一致，具有輕稀土明顯虧損、重稀土富集特征，Eu存在明顯負(fù)異常；鋯石No.12、No.15和No.19的輕稀土較為富集，后兩者Eu正異常(圖6c)。多數(shù)鋯石Th、U含量很低(除No.15和No.19外)，分別為3×10-6～29×10-6和23×10-6～91×10-6。所有點(diǎn)的Th/U比值為0.16～0.90，207Pb/206Pb年齡介于2441～2572Ma之間(圖6b)。具一致稀土配分模式的20個分析點(diǎn)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2507±15Ma(MSWD=3.3)(圖6d)。結(jié)合CL圖像可知，該年齡應(yīng)為變質(zhì)鋯石形成年齡。但稀土元素配分模式顯示，鋯石重稀土并沒有表現(xiàn)平坦特征，顯然該類鋯石的生長并非與石榴石同期，應(yīng)早于石榴石，故早于巖石峰期礦物組合所代表的變質(zhì)時代。

3.3 磁鐵礦黑云母石英片巖(ZZ8-5)

該樣品中鋯石多淺色，粒度100～200μm不等，呈柱狀或渾圓狀。陰極發(fā)光圖像顯示，多數(shù)鋯石發(fā)育明顯的核邊結(jié)構(gòu)(圖7a)，分為兩種成因類型。第一類鋯石或鋯石核部具有明顯韻律環(huán)帶，為典型巖漿成因。第二類鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致，發(fā)光性均勻，顯示變質(zhì)成因鋯石特征，表現(xiàn)為第一類鋯石的邊部或獨(dú)立的鋯石顆粒，部分暗色邊部外圍發(fā)育亮白色窄邊。

圖5 磁鐵礦角閃片麻巖(樣品ZZ9-5)的鋯石年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測試點(diǎn)位；(b)鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(Sun and McDonough, 1989)；(c)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(d、e)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測試點(diǎn)號參見表1Fig.5 Chronological diagrams for the analyzed zircons from magnetite-hormblende gneiss Sample ZZ9-5)(a) CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken; (b) chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough, 1989); (c) Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram; (d, e) U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Table 1

在20顆第一類鋯石上進(jìn)行了20個點(diǎn)分析，測試點(diǎn)U含量變化非常大，為106×10-6～2385×10-6，Th/U比值為0.14～0.62，207Pb/206Pb年齡分散于2220～2562Ma之間(圖7b)。諧和圖中多數(shù)點(diǎn)表現(xiàn)出明顯Pb丟失，不一致線上交點(diǎn)年齡為2493±41Ma(MSWD=10.4)(圖7c)。這類鋯石可能受后期變質(zhì)作用的強(qiáng)烈影響，U-Pb體系發(fā)生明顯重置，因此該年齡可能無實(shí)際意義。第二類鋯石在23個顆粒上進(jìn)行了23個點(diǎn)分析，結(jié)果表明，該類鋯石U含和Th/U比值變化均很大，分別為53×10-6～2306×10-6和0.02～1.57。207Pb/206Pb年齡集中在2471～2550Ma(圖7b)，點(diǎn)No.5、No.24、No.28和No.35的U含量相對較高，207Pb/206Pb年齡分別為1841±17Ma、2373±20Ma、2394±14Ma和1643±19Ma(圖7b)。所有點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為2506±33Ma(MSWD=17)，位于諧和曲線附近的19個分析點(diǎn)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2500±9Ma(MSWD=1.5)(圖7d)，代表變質(zhì)鋯石形成年齡。

3.4 含磁鐵礦石榴黑云斜長片麻巖(ZZ12-6)

該樣品中鋯石粒度20～300μm不等，形態(tài)多為柱狀。CL圖像顯示兩類鋯石特征。一類鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，個別顆粒隱約可見環(huán)帶，可能受到后期熱事件影響，因此未做年齡測試；另一類鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻(圖8a)，表現(xiàn)變質(zhì)成因特征，對29顆該類鋯石進(jìn)行了31個點(diǎn)的同位素年代學(xué)和微量分析測試。多數(shù)鋯石的稀土元素配分模式顯示輕稀土明顯虧損、重稀土富集特征，Eu明顯負(fù)異常。鋯石No.15、No.18和No.31重稀土較為平坦(圖8c)。鋯石Th、U含量和Th/U比值分別為2×10-6～280×10-6、80×10-6～388×10-6和0.03～1.01，207Pb/206Pb年齡集中在2427～2551Ma，點(diǎn)No.13和No.17年齡分別為1943±12Ma和2211±29Ma(圖8b)。26個有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的不一致線上交點(diǎn)年齡為2492±14Ma(MSWD=2.5)，諧和線附近的20個分析點(diǎn)的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2483±9Ma(MSWD=2.6)(圖8d)，表明該巖石同樣經(jīng)歷了新太古代末期-古元古代初期的變質(zhì)事件。與樣品ZZ12-2類似，該樣品鋯石的稀土元素配分模式中，重稀土顯示明顯富集特征，故推測鋯石的生長并非與石榴石同期，而應(yīng)早于石榴石，即早于巖石峰期礦物組合的代表的變質(zhì)時代。

圖6 含榴角閃片麻巖(樣品ZZ12-2)的鋯石年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(Sun and McDonough, 1989)；(d)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測試點(diǎn)號參見表1Fig.6 Chronological diagrams for the analyzed zircons from garnet-bearing hornblende gneiss (Sample ZZ12-2)(a) CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken; (b) Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram; (c) chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough, 1989); (d) U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Table 1

4 討論

4.1 華北克拉通前寒武紀(jì)基底構(gòu)造演化

華北克拉通前寒武紀(jì)基底由先存多個微陸塊經(jīng)后期的拼貼作用形成，在拼貼機(jī)制和拼貼時代等方面仍存在不同見解：(1)Zhaoetal. (1998, 2001b, 2005)提出華北克拉通基底的最終拼合發(fā)生在約1.85Ga，是由兩個前寒武紀(jì)微陸塊(東部陸塊和西部陸塊)沿“華北中部造山帶”(the Trans-North China Orogen)發(fā)生東向俯沖-碰撞-拼合形成的。(2)李江海等(2000)和Kusky and Li (2003)認(rèn)為東部陸塊和西部陸塊的碰撞作用發(fā)生在約2.5Ga，且為西向俯沖，并將碰撞帶定義為“中央造山帶”(the Central Orogenic belt)，該造山帶的劃分與趙國春等提出的“華北中部造山帶”類似，但邊界略有不同。(3)Faureetal. (2007a)認(rèn)為華北克拉通基底的形成是三個微陸塊經(jīng)～2.1Ga和1.9～1.8Ga兩次碰撞事件完成的。約2.1Ga時，東部陸塊發(fā)生西向俯沖，首先與阜平微陸塊發(fā)生碰撞，形成聚合的東部陸塊，而后整體繼續(xù)俯沖，在1.9～1.8Ga與西部陸塊發(fā)生再次碰撞，形成最終的華北克拉通基底。(4)Zhai (2011)和Zhai and Santosh (2011, 2013)認(rèn)為華北克拉通的形成經(jīng)歷了兩期克拉通化事件，第一期克拉通化發(fā)生在2.60～2.53Ga，七個微陸塊被火山-沉積巖系焊接，完成初步克拉通化過程，形成現(xiàn)今規(guī)模的華北古陸；第二期克拉通化發(fā)生在1.95～1.82Ga，華北克拉通出現(xiàn)了以三條古元古代活動帶為代表的裂谷-俯沖-增生-碰撞的陸內(nèi)造山事件。

圖7 磁鐵礦黑云母石英片巖(樣品ZZ8-5)的鋯石年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)第一類鋯石的U-Pb諧和曲線圖；(d)第二類鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測試點(diǎn)號參見表2Fig.7 Chronological diagrams for the analyzed zircons from magnetite-biotite-quartz schist (Sample ZZ8-5)(a) CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken; (b) Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram; (c, d) U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Table 2

近三十年來，不同學(xué)者對“華北中部造山帶”進(jìn)行了全面的變質(zhì)演化歷史研究(綜述參見肖玲玲和劉福來，2015)，發(fā)現(xiàn)該造山帶內(nèi)各雜巖區(qū)的變質(zhì)巖石中普遍保留了早期進(jìn)變質(zhì)、峰期、峰后快速降壓和晚期冷卻等3～4階段的變質(zhì)礦物組合，記錄了順時針近等溫降壓型的變質(zhì)作用P-T軌跡(王仁民等, 1991; Zhaietal., 1993; 梅華林, 1994; 劉福來, 1995; Guoetal., 1996, 2002; 劉樹文, 1996; 王凱怡等, 1996; 郭敬輝等, 1998, 1999; 劉福來和沈其韓, 1999; Zhaoetal., 1999, 2000a, b, 2001a, 2010b; 蔣宗勝等, 2011; 肖玲玲等, 2011, 2012, 2014; Xiaoetal., 2011, 2014, 2017; Luetal., 2013, 2014; Qianetal., 2013, 2015; Wangetal., 2014; Chenetal., 2015; Qian and Wei, 2016; Zhangetal., 2016)，這一變質(zhì)過程顯然與造山帶的俯沖-碰撞-隆升作用有關(guān)。同時，大量的高精度的年代學(xué)數(shù)據(jù)表明，華北中部造山帶幾乎所有變質(zhì)雜巖區(qū)均存在約1.9～1.8Ga的變質(zhì)年齡記錄，例如宣化(郭敬輝和翟明國, 2000; 郭敬輝等, 2001; Guoetal., 2005)、懷安(郭敬輝等, 1993; Guoetal., 2005; Xiaetal., 2006; Zhaoetal., 2008, 2010a; Wangetal., 2010; Liuetal., 2012; Santoshetal., 2013)、恒山(Kr?neretal., 2006; Faureetal., 2007b; Trapetal., 2007)、阜平(Liuetal., 1985; Guan, 2000; Guanetal., 2002; 吳昌華等, 2000; Zhao, 2000; 孫敏和關(guān)鴻, 2001; Zhaoetal., 2002; 程裕淇等, 2004; 楊崇輝等, 2004; 趙蘭等, 2006; Trapetal., 2008; Zhangetal., 2009; Lietal., 2014)、五臺(劉樹文等, 2004; Liuetal., 2006; Trapetal., 2007)、呂梁(Liuetal., 2006; 劉樹文等, 2007b; Trapetal., 2009b)、贊皇(Wangetal., 2003; Trapetal., 2009a; 肖玲玲等, 2011; 肖玲玲和王國棟, 2011; Xiaoetal., 2013, 2014)、中條(劉樹文等, 2007b)和太華(王國棟等, 2012, 2013; Wangetal., 2014)等雜巖區(qū)。近年來，約1.95Ga的變質(zhì)年齡在華北中部造山帶的懷安(Zhaoetal., 2008, 2010a; Santoshetal., 2013)、恒山(Zhangetal., 2013; Qianetal., 2015)、五臺(劉樹文等, 2004; Liuetal., 2006; Qianetal., 2013)、呂梁(Liuetal., 2006; 劉樹文等, 2007b; Trapetal., 2009b; Xiaoetal., 2017)、中條(劉樹文等, 2007b)和太華(蔣宗勝等, 2011; Huangetal., 2012; 王國棟等, 2012, 2013; Luetal., 2013, 2014, 2015; 盧俊生等, 2014; Wangetal., 2014; Chenetal., 2015)等雜巖區(qū)相繼被報道，這些數(shù)據(jù)支持華北中部造山帶發(fā)生古元古代變質(zhì)作用事件的時間至少應(yīng)提前至約1.95Ga，且變質(zhì)事件持續(xù)達(dá)100Myr。

圖8 含磁鐵礦石榴黑云斜長片麻巖(樣品ZZ12-6)的鋯石年代學(xué)相關(guān)圖(a)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像，圓圈代表測試點(diǎn)位；(b)鋯石207Pb/206Pb年齡與Th/U相關(guān)關(guān)系圖；(c)鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(Sun and McDonough, 1989)；(d)鋯石的U-Pb諧和曲線圖. 測試點(diǎn)號參見表1Fig.8 Chronological diagrams for the analyzed zircons from magnetite-bearing garnet-biotite-plagioclase gneiss (Sample ZZ12-6)(a) CL images, and the circles represent the spots from which LA-ICP-MS measurements were taken; (b) Th/U ratios and 207Pb/206Pb relation diagram; (c) chondrite-normalized REE distribution pattern (Sun and McDonough, 1989); (d) U-Pb concordia diagram. The numbers refer to the analytical data listed in Table 1

4.2 華北克拉通～2.5Ga構(gòu)造熱事件

～2.5Ga構(gòu)造熱事件在全球早前寒武紀(jì)地質(zhì)歷史上占據(jù)重要地位，為大規(guī)模的巖漿作用伴隨強(qiáng)烈變質(zhì)作用事件，巖漿作用與變質(zhì)作用幾乎同時發(fā)生。關(guān)于華北克拉通～2.5Ga巖漿事件的構(gòu)造機(jī)制，目前存在島弧巖漿作用和幔源巖漿底板墊托作用兩種不同認(rèn)識。前一觀點(diǎn)認(rèn)為微陸塊拼貼作用導(dǎo)致俯沖板片的部分熔融，形成了華北克拉通大規(guī)模的巖漿事件(Lietal., 2002; Kr?neretal., 2005; Wildeetal., 2005; Nutmanetal., 2011)，華北克拉通東部大規(guī)模的TTG巖漿巖便形成于該過程。底板墊托觀點(diǎn)認(rèn)為高溫的幔源基性巖漿侵入于下地殼或地殼底部，使上覆地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融從而形成了花崗質(zhì)巖漿(肖慶輝等, 2005; Yangetal., 2008)。

Zhaoetal. (1998, 2001b, 2005)從變質(zhì)作用角度支持地幔柱是新太古代晚期地殼形成和演化的主要構(gòu)造機(jī)制。認(rèn)為～2.5Ga變質(zhì)事件主要發(fā)生在東、西部陸塊，基底巖石擁有近等壓降溫型的逆時針P-T軌跡，其形成與大規(guī)模地幔巖漿底侵作用有關(guān)；三條造山帶內(nèi)僅記錄1.95～1.80Ga變質(zhì)事件，巖石普遍擁有近等溫降壓型的順時針變質(zhì)作用P-T軌跡，所記錄的主要區(qū)域變質(zhì)作用與大陸碰撞過程有關(guān)。然而，近年來的研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，造山帶內(nèi)的部分雜巖區(qū)高壓麻粒巖和角閃巖相變質(zhì)巖石中同時記錄了2.5～2.4Ga和1.95～1.80Ga兩期變質(zhì)事件，例如孔茲巖帶中大青山-烏拉山地區(qū)(Dongetal., 2013; Wanetal., 2013; Liuetal., 2014)；華北中部造山帶的贊皇(Xiaoetal., 2014; 杜利林,未發(fā)表數(shù)據(jù))、阜平(程裕淇等, 2004)和承德(劉樹文等, 2007a)等地區(qū)；位于華北克拉通東部陸塊西北緣、緊鄰中部造山帶的建平(盧俊生,未發(fā)表數(shù)據(jù))和冀東(魏春景, 2018)雜巖區(qū)也有類似年齡記錄。另外，關(guān)于華北克拉通～2.5Ga變質(zhì)事件，最近有部分擁有順時針變質(zhì)作用P-T軌跡的高壓麻粒巖相繼在膠東(Liuetal., 2015)、冀東(Luetal., 2017)和陰山(Wang and Guo, 2017)等地區(qū)被報道。由此看來，華北克拉通前寒武基底的構(gòu)造演化是一個相當(dāng)漫長且復(fù)雜的構(gòu)造演化過程。

4.3 左權(quán)變質(zhì)雜巖區(qū)變質(zhì)年齡記錄及其構(gòu)造指示

本文LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，左權(quán)變質(zhì)雜巖記錄了～1.9Ga和～2.5Ga的兩組變質(zhì)年齡。

第一組變質(zhì)年齡(1903Ma)僅在1件樣品(含榴角閃片麻巖樣品ZZ8-3)中有所體現(xiàn)，鋯石的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1903±7Ma，該變質(zhì)年齡與華北克拉通中部造山帶廣泛記錄的1.95～1.80Ga的變質(zhì)事件時代一致，且與研究區(qū)的區(qū)域片麻理同期形成，應(yīng)代表雜巖區(qū)峰期或近峰期階段變質(zhì)時代。

第二組變質(zhì)年齡(2483～2507Ma)具有明顯普遍性，同時被多種類型的巖石記錄，包括深熔成因的長英質(zhì)淺色體樣品ZZ8-2、磁鐵礦黑云母石英片巖樣品ZZ8-5、磁鐵礦角閃片麻巖樣品ZZ9-5、含榴角閃片麻巖樣品ZZ12-2和含磁鐵礦石榴黑云斜長片麻巖樣品ZZ12-6。其中，樣品ZZ8-2中鋯石的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為2494±8Ma，由于該淺色體與寄主片麻巖具有協(xié)調(diào)一致的片麻理，故相應(yīng)變質(zhì)深熔事件應(yīng)與片麻理同期或早于片麻理形成。樣品ZZ8-5、ZZ9-5、ZZ12-2和ZZ12-6獲得了類似的變質(zhì)年齡，其鋯石的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡分別為2500±9Ma、2497±8Ma、2507±15Ma和2483±9Ma。稀土配分模式特征表明，變質(zhì)鋯石的生長早于石榴石，而后者為代表的峰期礦物組合定向排列構(gòu)成了片麻理，故變質(zhì)鋯石的形成應(yīng)早于區(qū)域片麻理(～1.9Ga)。

區(qū)域上，與左權(quán)鄰近的贊皇變質(zhì)雜巖區(qū)巖石中更完整地保留了三個階段的變質(zhì)礦物組合，擁有類似的變質(zhì)作用P-T軌跡(肖玲玲等, 2011, 2012; Xiaoetal., 2011, 2014)。但不同的是，贊皇變質(zhì)雜巖普遍記錄了古元古代晚期(1821～1868Ma; Xiaoetal., 2013)的變質(zhì)年齡信息，且該年齡與區(qū)域片麻理的形成時間大體一致(Xiaoetal., 2013)。另外，贊皇個別長英質(zhì)片麻巖樣品中獲得了2507±15Ma的變質(zhì)年齡(Xiaoetal., 2014)，時間早于贊皇地區(qū)基底巖石約1.85Ga的大規(guī)模變質(zhì)作用時代。

綜上所述，左權(quán)變質(zhì)雜巖2483～2507Ma的變質(zhì)年齡指示了比區(qū)域片麻理更早的一期變質(zhì)事件，是華北克拉通～2.5Ga構(gòu)造熱事件的反映。但相應(yīng)巖石是來源于與雜巖區(qū)緊鄰的華北克拉通東部陸塊，還是代表了中部造山帶太古宙古老基底？形成于何種構(gòu)造環(huán)境？仍需做進(jìn)一步工作加以核實(shí)。

5 結(jié)論

本文通過細(xì)致的野外地質(zhì)調(diào)查、巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)和微量元素地球化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，左權(quán)變質(zhì)雜巖區(qū)多種巖石類型中記錄了新太古代末期和古元古代晚期兩組變質(zhì)年齡信息。

(1)在含榴角閃片麻巖樣品中獲得了1903Ma的變質(zhì)年齡，該年齡代表了巖石所經(jīng)歷的變質(zhì)高峰期或近峰期階段變質(zhì)時代。

(2)在深熔成因的長英質(zhì)淺色體、磁鐵礦黑云母石英片巖、磁鐵礦角閃片麻巖、含榴角閃片麻巖和含磁鐵礦石榴黑云斜長片麻巖共5件樣品中獲得了2483～2507Ma的變質(zhì)年齡，相應(yīng)變質(zhì)事件早于雜巖區(qū)區(qū)域片麻理發(fā)生，與華北克拉通前寒武紀(jì)基底約25億年大規(guī)模構(gòu)造熱事件有關(guān)。

致謝感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)激光等離子質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)測試過程中給予的幫助；感謝審稿專家給予本文的中肯建議。