華北克拉通南緣官道口群和洛峪群的年代學(xué)研究新進(jìn)展
——來自凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Pb年齡的新證據(jù)*

張恒 高林志** 周洪瑞 宋彪 丁孝忠 張傳恒 劉昊崗 龔成強(qiáng)

1. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 1000372. 中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

圖1 華北克拉通南緣前寒武紀(jì)地質(zhì)簡圖及采樣位置1-省界；2-地質(zhì)界線；3-推測界限；4-斷層；5-深大斷裂；6-登封群(太華群)；7-嵩山群；8-熊耳群；9-汝陽群；10-官道口群；11-洛峪群；12-早元古代侵入體；13-欒川群；14-五佛山群；15-震旦系；16-采樣點Fig.1 Simplified geological map of the southern margin of the North China Craton

通常認(rèn)為，華北克拉通在1.85～1.80Ga期間固結(jié)，形成為穩(wěn)定的陸塊。隨后發(fā)生系列裂谷事件，其一即為“豫陜裂谷”，分布于豫-陜-晉交界地區(qū)，發(fā)育廣泛的中-新元古界陸源碎屑巖和碳酸鹽巖地層，主要包括汝陽群、洛峪群、官道口群、洛南群、欒川群、黃連垛組等(圖1)(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 高林志和喬秀夫, 1992; 高林志等, 2008a, b, 2009; 周洪瑞等, 1998; 李懷坤等, 2010; 蘇文博等, 2010; Luetal., 2008; Suetal., 2008; Gaoetal., 2009)。其下伏廣闊的中元古界熊耳群火山巖，其上被羅圈組冰磧巖平行不整合覆蓋，為華北中-新元古代相關(guān)研究的焦點地區(qū)之一(李懷坤等, 2009, 2011, 2014; 和政軍等, 2011; 蘇文博等, 2012; 張拴宏等, 2013; 田輝等, 2015; Lietal., 2013; Zhangetal., 2015, 2016)，也是探討中-新元古代華北克拉通與哥倫比亞、羅迪尼亞超大陸演化關(guān)系和早期生命演化進(jìn)程的重要地區(qū)(武鐵山, 1982; 杜汝霖, 1984; 石銓曾等, 1996; 高林志等, 2010; Zhaietal., 2000; Luetal., 2002; Wildeetal., 2002; Andersen, 2005, 2014; Zhaoetal., 2009; Zhao, 2011; Yangetal., 2012; Xiaoetal., 2014; Tangetal., 2015)。

圖2 欒川九里溝-三川剖面龍家園組巖性地層劃分(a)及樣品20180726-1 (b)和樣品20180726-7 (c)的巖層露頭1-厚層白云巖；2-豆?fàn)畎自茙r；3-藻礁白云巖，含隱生疊層石；4-條紋狀白云巖，含波狀、柱狀疊層石及核形石；5-含礫白云巖；6-含燧石團(tuán)塊條紋狀白云巖；7-燧石條帶白云巖；8-厚層-中厚層石英砂巖；9-頁巖；10-凝灰?guī)r；11-安山玢巖；12-采樣點Fig.2 Schematic stratigraphic section of the Longjiayuan Formation at Jiuligou-Sanchuan section (a) and outcrop of the sampling sites (b, c)

圖3 欒川九里溝-三川剖面龍家園組凝灰?guī)r野外(a、c)及鏡下(b、d)照片層凝灰?guī)r樣品20180726-1野外特征(a)和正交偏光鏡下特征(b)；晶屑凝灰?guī)r樣品20180726-7野外特征(c)和正交偏光鏡下特征(d)Fig.3 Outcrop (a, c) and photomicrographs (b, d) of the tuff in the Longjiayuan Formation at Jiuligou-Sanchuan section

由于缺少古生物化石和同位素年齡資料，對華北克拉通南部中-新元古界地層的對比和劃分，以及如何與華北中-北部地區(qū)進(jìn)行對比，一直有不同認(rèn)識和看法(吳瑞棠和關(guān)保德, 1988; 周洪瑞等, 1998; 高林志等, 2008a, b, 2009; 蘇文博, 2014)。二十世紀(jì)末，隨著洛峪群和高山河組中一些遺跡化石、微古植物及宏觀藻類的相繼發(fā)現(xiàn)，古生物研究者根據(jù)這些遺跡化石、微古植物等組合特征，認(rèn)為洛峪群、官道口群可能屬于中元古代末期(胡建民等, 1991; Xiaoetal., 1997; Yinetal., 2005)、新元古代青白口紀(jì)(邢裕盛等, 1996; 尹崇玉和高林志, 1999; 高林志等, 2002)，或者震旦紀(jì)(閻玉忠和朱士興, 1992; 尹崇玉和高林志, 2000)。在地層年代學(xué)方面，一直缺少高精度的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)。僅部分學(xué)者在洛峪群三教堂組和覆蓋在洛峪群之上的董家組獲得了一些海綠石和粘土礦物測年數(shù)據(jù)，由此將該組的頂界粗略地限定為900～800Ma之間(李懷坤等, 2009; 張拴宏等, 2013)，成為劃歸青白口系的年代學(xué)依據(jù)。直到近期，蘇文博等(2012)運用LA-ICP-MS方法，首次在河南汝州陽坡村附近洛峪口組的層凝灰?guī)r中獲得了鋯石U-Pb年齡為1611±8Ma，汪校鋒(2015)在洛峪口組上部和頂部的層凝灰?guī)r中分別獲得了1662±20Ma和1640±16Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡結(jié)果，李承東等(2017)在洛峪口村和陽坡村附近剖面洛峪口組中的層凝灰?guī)r中分別獲得了1638±9Ma、1634±10Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，彭楠等(2018)在河南汝州陽坡村洛峪口組凝灰?guī)r夾層中獲得了1639±3Ma的SHRIMP鋯石U-Pb年齡。這些精確的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)基本將該套地層包括下部的汝陽群限定為長城紀(jì)。但這套裂谷系最底部地層官道口群、汝陽群依舊缺乏可靠的數(shù)據(jù)。

本次工作在河南省欒川縣九里溝剖面龍家園組底部和下部首次獲得了2組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Pb年齡，在汝陽洛峪口村、汝州栗樹嶺村、陽坡村和魯山九女洞地區(qū)進(jìn)一步獲得4組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Pb年齡，從而首次精確厘定了官道口群龍家園組的地層時代，并進(jìn)一步精確限定了洛峪群洛峪口組的地層時代。這些年齡數(shù)據(jù)對于整個中國華北地區(qū)中-新元古界劃分、對比以及對認(rèn)識古生物演化具有非常重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品特征

研究區(qū)位于華北克拉通的西南部，分為嵩山-箕山地層小區(qū)、澠池-確山地層小區(qū)和盧氏-欒川地層小區(qū)。以洛南-欒川-確山-固始深大斷裂帶為界，其南側(cè)為揚子陸塊邊緣區(qū)秦嶺造山帶。區(qū)內(nèi)發(fā)育新太古宇-古元古界TTG片麻巖登封群、太華群和具有緊閉線性褶皺的嵩山群。在古元古代末期，區(qū)內(nèi)曾發(fā)生大幅度沉降，沿深大斷裂及其北側(cè)發(fā)育大量中-基性火山巖，形成近6000km2、厚達(dá)8000m、具似蓋層性質(zhì)的中元古界熊耳群。熊耳群構(gòu)造變形微弱，除脆性斷裂構(gòu)造較發(fā)育，褶皺構(gòu)造多為寬緩的穹隆，核部疊合于基底隆起區(qū)，表現(xiàn)為蓋層特征。在熊耳群之上發(fā)育未變質(zhì)的中元古界陸源碎屑巖和碳酸鹽巖。其中，嵩山-箕山地層小區(qū)發(fā)育兵馬溝組、馬鞍山組和五佛山群，澠池-確山地層小區(qū)發(fā)育汝陽群、洛峪群、黃連垛組、董家組、羅圈組，盧氏-欒川地層小區(qū)發(fā)育高山河組(群)、官道口群、欒川群等地層單元(圖1)。

(1)官道口群是勞子強(qiáng)等(1989[注]勞子強(qiáng)等.1989. 1:50萬河南省地質(zhì)圖)在《1:50萬河南省地質(zhì)圖》中于盧氏縣官道口地區(qū)創(chuàng)名，內(nèi)分高山河組、龍家園組、巡檢司組、杜關(guān)組、馮家灣組。官道口群主要分布于豫西地區(qū)的盧氏、靈寶一帶，向西延入陜西省，向東延入方城拐河一帶，與下伏熊耳群、上覆欒川群呈平行不整合接觸。其中，龍家園組底部為含砂礫白云巖、含礫白云巖，下部為紫紅色白云巖，中上部以燧石條帶白云巖和厚層白云巖為主，疊層石發(fā)育豐富。

本次研究所觀察的龍家園組剖面位于欒川九里溝-祖師廟-三川公路，地層由老到新依次為官道口群(包括高山河組、龍家園組、巡檢司組、杜關(guān)組、馮家灣組)、欒川群(包括白術(shù)溝組、三川組、南泥湖組和煤窯溝組)、南華系和震旦系。在龍家園組底部發(fā)現(xiàn)數(shù)層深灰綠色凝灰?guī)r夾層，厚度從1～10cm不等，取樣20180726-1(圖2a, b)。鏡下觀察，該樣品為凝灰結(jié)構(gòu)。巖石由玻屑、火山塵組成，玻屑主要呈弧面棱角狀、桿狀等，與火山塵混雜分布，部分已脫玻為隱晶狀長英質(zhì)并具輕微粘土化等假像(圖3)。在龍家園組下部發(fā)現(xiàn)厚層紫紅色晶屑凝灰?guī)r，取樣20180726-7(圖2a, c)。鏡下觀察，該樣品呈流紋構(gòu)造，巖石由晶屑、玻屑、火山塵組成，其晶屑和玻屑主要由斜長石和石英組成，占50%以上，火山塵混雜其中(圖3)。

(2)關(guān)保德等(1980)將大汝陽群(包括現(xiàn)汝陽群和洛峪群)解體，繼而將上部的3個組新建洛峪群，劃分為崔莊組、三教堂組和洛峪口組，其廣泛出露于豫西一帶。洛峪群與下伏汝陽群北大尖組呈整合接觸，與上覆黃連垛組呈平行不整合接觸。洛峪群中下部主要為石英砂巖和頁巖，上部主要為泥質(zhì)白云巖。其中，洛峪口組命名地點位于河南省汝陽縣洛峪口村(關(guān)保德等, 1980, 1988)。洛峪口組主要由一套白云巖-白云質(zhì)灰?guī)r夾泥頁巖組成，可見厚度30～220m，主要分布于洛陽-汝陽-確山一帶(圖1)，呈西北-東南向的帶狀展布。左景勛等(1997)最早在陽坡村附近剖面洛峪口組二段頂部發(fā)現(xiàn)“肉紅色沉凝灰?guī)r”，本次工作在汝州陽坡村、栗樹嶺村、汝陽洛峪口村和魯山九女洞地區(qū)共采集了4個凝灰?guī)r樣品，分別為：20161120-1、20161120-4、20161121-3和20180723-8(圖4)。

樣品20161120-1采自陽坡村剖面洛峪口組第二段中磚紅色層凝灰?guī)r夾層，該段發(fā)育多層磚紅色層凝灰?guī)r，每層厚度1～20cm不等，巖石堅硬。樣品20161120-4采自栗樹嶺村附近242省道旁的剖面。在該剖面發(fā)現(xiàn)兩層磚紅色凝灰?guī)r，每層厚度5～10cm。由于地表風(fēng)化，凝灰?guī)r夾層很容易與周圍巖層剝離。樣品20161121-3采自洛峪口組的命名地洛峪口村附近243省道旁的剖面(圖5a-c)。樣品20180723-8采自魯山縣九女洞剖面，為一層灰綠色薄層凝灰?guī)r，厚度約5cm(圖5e)。在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，樣品20161120-1、20161120-4、20161121-3均主要由玻屑、少量晶屑和火山塵組成，三者呈雜亂分布，粒度均小于0.5mm；玻屑呈各種弧面棱角狀，已脫?；纬呻[晶-微粒長英礦物集合體，有的具蒙脫石類粘土礦物蝕變；晶屑為鉀長石和少量單晶石英，呈棱角狀；火山塵和黏土質(zhì)礦物充填上述碎屑間，已重結(jié)晶為隱晶長英質(zhì)，粘土巖屑具褐鐵礦化(圖5d)。樣品20180723-8呈凝灰結(jié)構(gòu)，主要由火山塵組成，約占90%以上，偶見少量玻屑和晶屑，主要由斜長石和石英組成，呈雞骨狀、棱角狀等，夾雜于火山塵之中(圖5f)，因其火山物質(zhì)均>90%，應(yīng)定名為層凝灰?guī)r。

圖4 洛峪群洛峪口組柱狀對比圖及采樣層位(據(jù)左景勛等, 1997修改)1-白云巖；2-含燧石團(tuán)塊條帶白云巖；3-具菊花狀礫屑白云巖；4-疊層石白云巖；5-紋層狀疊層石白云巖；6-透鏡狀白云巖；7-透鏡狀灰?guī)r；8-頁巖；9-粉砂質(zhì)頁巖；10-凝灰?guī)r；11-寒武系辛集組；12-震旦系羅圈組；13-中元古代三教堂組；14-中元古代黃連垛組Fig.4 The correlation column map of Luoyukou Formation of the Upper Proterozoic Luoyu Group (modified after Zuo et al., 1997)

圖5 洛峪口組凝灰?guī)r野外及正交偏光鏡下照片F(xiàn)ig.5 Outcrop and photomicrographs under CPL of the tuff in the Luoyukou Formation

圖6 龍家園組和洛峪口組凝灰?guī)r樣品鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 Cathodoluminescence images of analyzed zircons from tuff samples in the Longjiayuan and Luoyukou formations

2 分析方法

鋯石單礦物分選在河北廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實驗室進(jìn)行。在無污染的條件下，將原巖樣品粉碎成全部通過60目的一次性篩網(wǎng)，淘洗巖石粉末，得到含鋯石的重砂。再經(jīng)重液和電磁分選后得到鋯石樣品，在雙目鏡下挑選出鋯石顆粒。將待測鋯石顆粒依照從大到小的順序排列，與鋯石標(biāo)樣(TEM)粘貼在已粘貼了雙面膠的玻璃板上，灌注環(huán)氧樹脂后制成樣品靶。待樹脂固結(jié)變硬后，打磨和拋光至鋯石中心部位暴露。然后拍攝鋯石的透、反射光顯微圖像和陰極發(fā)光(CL)圖像。測定時選取無裂隙和包裹體且CL圖像灰度單一的位置測定。SHRIMP鋯石U-Pb同位素測定在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所北京離子探針中心SHRIMP Ⅱ上完成。詳細(xì)的分析原理及流程參見相關(guān)文獻(xiàn)(宋彪等, 2002; Williams, 1998)。一次離子流O2-強(qiáng)度為2.5nA，束斑大小為25～30μm。標(biāo)準(zhǔn)鋯石M257(U含量840×10-6)和TEM(206Pb/238U年齡為416.8Ma)的測值分別用于校正待測樣品的U含量和206Pb/238U年齡(Blacketal., 2003)。根據(jù)實測204Pb扣除普通Pb。每個數(shù)據(jù)點由5次掃描構(gòu)成，誤差為1σ，而年齡加權(quán)平均值誤差為2σ。數(shù)據(jù)處理使用1.02版SQUID和2.49版ISOPLOT程序(Stacey and Kramers, 1975; Ludwig, 2001)。單個數(shù)據(jù)點誤差為1σ，加權(quán)平均年齡誤差為95%置信度。

表1 龍家園組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素測定結(jié)果

Table 1 SHRIMP U-Th-Pb isotopic compositions of zircons from tuff in the Longjiayuan Formation

測點號206PbcUTh(%)(×10-6)Th/U206Pb*年齡(Ma)不諧和度同位素比值(×10-6)206Pb238U207Pb206Pb(%)207Pb*206Pb*±%207Pb*235U±%206Pb*238U±%誤差相關(guān)系數(shù)20180726-1龍家園組深灰綠色層凝灰?guī)r1.10.56203840.4349.31,599±131,608±3210.09911.73.8481.90.28160.89.4682.10.164393890.921061,593±101,578±16-10.097580.883.7721.10.28040.73.6423.10.4072751.0617.51,596±181,623±3620.09992.03.8702.30.28091.3.5504.10.5097660.7127.11,807±181,752±28-30.10721.64.7821.90.32351.1.5895.10.0061741.2714.61,595±191,598±4100.09862.23.8172.60.28081.3.5216.10.151271441.1730.61,595±151,562±28-20.09671.53.7431.80.28071.0.5767.10.243544331.2685.21,586±111,582±1900.097751.03.7601.30.27900.76.6038.12.733314141.2981.01,577±121,578±8300.09764.43.734.50.27720.83.1849.10.103524551.3487.91,645±111,570±15-50.097160.833.8941.10.29060.75.67310.10.242273021.3755.01,596±121,612±2610.09941.43.8501.60.28100.87.52511.10.2172640.9126.82,320±242,264±23-20.14301.38.541.80.43311.2.68112.10.251061121.1025.41,588±151,564±30-20.09681.63.7291.90.27931.1.56913.10.3081781.0020.11,623±171,538±41-50.09552.23.7712.50.28641.2.48314.10.532081500.7545.31,445±111,577±2990.09751.63.3781.80.25130.88.49415.10.701641470.9340.01,604±131,539±38-40.09552.03.7222.20.28250.94.42720180726-7龍家園組晶屑凝灰?guī)r1.10.08363830.2483.61,530.4±9.91,520±15-10.094600.813.4951.10.26790.73.6672.10.25106930.9025.11,562±141,555±2600.09641.43.6411.70.27411.0.6013.10.1498860.9122.91,549±151,532±27-10.09521.43.5641.80.27151.1.6014.10.16406810.2193.21,523.6±9.61,506±16-10.093900.863.4521.10.26660.70.6325.10.15152850.5835.31,545±121,492±23-30.09321.23.4811.50.27090.91.5956.10.38152820.5635.61,551±131,500±32-30.09361.73.5091.90.27190.91.4757.10.21202830.4246.51,530±121,489±24-30.09311.33.4361.50.26780.85.5558.10.18116850.7627.21,555±141,547±3000.09601.63.6081.90.27271.0.5419.10.3870821.2216.41,561±171,492±45-40.09322.43.5212.70.27401.2.46010.10.1693840.9321.41,526±151,478±28-30.09251.53.4081.80.26711.1.58611.10.32229810.3653.21,538±111,541±2300.09561.23.5531.50.26950.82.55112.10.26149830.5835.01,554±131,480±27-50.09261.43.4801.70.27260.92.54113.10.2486820.9919.61,522±151,493±29-20.09331.53.4241.90.26631.1.58814.10.4589820.9521.31,575±151,477±41-60.09242.23.5272.40.27671.1.45315.10.30155820.5536.21,550±171,499±28-30.09351.53.5041.90.27171.2.63116.10.10198850.4445.91,539±121,525±19-10.094871.03.5271.30.26970.84.64517.10.46124850.7128.81,541±141,602±4640.09882.53.6792.70.27010.99.37218.10.1197830.8922.31,534±151,509±29-20.09401.53.4841.90.26871.1.584

圖7 龍家園組和洛峪口組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Pb諧和圖Fig.7 SHRIMP zircon U-Pb concordia diagrams of zircons from tuff samples in the Longjiayuan Formation and in the Luoyukou Formation

3 分析結(jié)果

通常，>1000Ma的樣品，因可能的鉛丟失及相對較高的放射性成因鉛含量，多采用207Pb/206Pb年齡；對<1000Ma，特別是更年輕的樣品，因不易得到準(zhǔn)確的207Pb/206Pb比值及鉛丟失可能較少的原因，采用206Pb/238U年齡。但這不是絕對的，需要根據(jù)樣品的具體情況來考慮，究竟是使用兩者中的哪一個更合理。如U含量很低，即使老的樣品，207Pb/206Pb比值也不能準(zhǔn)確得到，此時鉛丟失觀察不到，也應(yīng)使用206Pb/238U年齡。本研究中的樣品，20161120-1、20180723-8的年齡>1000Ma，且含有較高的放射性成因鉛，故采用207Pb/206Pb年齡；而20161120-4、20161121-3、20180726-1、20180726-7因U含量低，我們采用206Pb/238U年齡(宋彪等, 2015)。

龍家園組凝灰?guī)r樣品20180726-1、20180726-7鋯石CL

表2 洛峪口組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素測定結(jié)果

Table 2 SHRIMP U-Th-Pb isotopic compositions of zircons from tuff in the Luoyukou Formation

測點號206PbcUTh(%)(×10-6)Th/U206Pb*年齡(Ma)不諧和度同位素比值(×10-6)206Pb238U207Pb206Pb(%)207Pb*206Pb*±%207Pb*235U±%206Pb*238U±%誤差相關(guān)系數(shù)20161120-1洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r1.10.79138830.6231.11,484.6±8.31,667±30120.10241.63.6551.80.25900.63.3582.10.67116830.7428.11,598.7±9.71,665±3140.10221.73.9671.80.28150.68.3733.10.7145230.5312.01,715±161,573±51-80.09732.74.092.90.30491.1.3624.10.3147420.9419.92,592±212,509±17-30.16521.011.271.40.49490.99.7005.11.362001210.6235.11,183.9±6.11,604±41350.09892.22.7492.30.20160.56.2496.10.5466380.5917.01,678±381,564±27-70.09681.43.972.90.29732.6.8727.10.55120750.6529.51,617.2±9.41,578±29-20.09751.63.8351.70.28510.66.3888.10.8245200.4510.81,568±151,540±48-20.09562.63.632.80.27541.0.3779.10.5682640.8120.51,643±171,595±30-30.09851.63.9422.00.29031.2.59510.10.571621230.7936.71,504.0±7.71,601±2560.09871.33.5781.40.26280.58.40211.12.682121640.8040.71,270±121,591±73250.09833.92.954.10.21771.0.25012.11.0274620.8617.91,579±111,536±44-30.09542.33.6512.50.27750.81.32613.10.51102940.9520.51,345.7±8.81,655±29230.10171.53.2541.70.23210.72.42214.10.331392071.5434.91,645.7±8.81,606±21-20.09901.13.9721.30.29080.61.48315.10.53125620.5129.61,557.0±8.81,590±2620.09821.43.6991.50.27320.64.41316.10.4685430.5219.91,541±101,573±2920.09731.53.6221.70.27000.76.44517.12.91211346.465.281,582±221,195±160-240.07998.03.068.10.27811.6.19118.12.6872550.7918.11,608±131,236±100-230.08165.33.195.40.28330.89.16420161120-4洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r1.11.414021700.4435.9629.9±2.71,438±441280.09062.31.2822.30.102650.45.1942.10.56113530.4927.31,587.5±9.61,594±3300.09841.83.7891.90.27920.68.3613.12.95811441.8318.81,494±131,174±160-210.07918.02.848.00.26070.96.1194.11.02861211.4620.31,553±111,442±46-70.09082.43.4092.50.27240.78.3085.10.184922120.451061,436.0±4.91,408±12-20.089190.633.0680.70.249510.38.5116.10.401702041.2441.01,586.3±8.11,583±2100.09781.13.7641.30.27900.57.4547.10.58107690.6626.51,623±101,566±29-40.09691.63.8271.70.28630.70.4078.10.76915586.3122.61,620±121,506±38-70.09392.03.6992.20.28580.85.3929.10.6039350.9211.11,812±171,749±40-30.10702.24.792.40.32451.1.44910.10.73501432.9812.11,604±141,567±43-20.09702.33.7772.50.28250.99.39411.11.42312408.147.611,623±181,416±80-130.08964.23.544.40.28621.3.29512.11.29551132.1313.01,554±141,636±6750.10063.63.783.70.27260.98.26313.10.9167370.5615.11,489±111,557±4250.09652.33.4572.40.25990.85.35214.10.8747240.5411.71,639±151,501±50-80.09362.63.742.80.28941.0.36215.11.2044721.718.281,276±141,534±67200.09533.62.883.80.21891.2.31716.10.5398420.4523.61,587±101,591±2800.09821.53.7811.70.27910.72.43317.10.5379550.7219.11,599±111,551±32-30.09621.73.7321.90.28140.80.42818.10.461941961.0447.21,599.5±7.51,597±2000.09851.13.8261.20.28160.53.44020161121-3洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r1.10.60562444.4913.91,625±131,562±39-40.09672.13.8232.30.28670.90.4012.10.754342910.3410.61,624±151,584±44-20.09792.33.8642.60.28641.0.4013.10.55562374.3713.61,600±131,581±34-10.09771.83.7952.00.28170.90.4494.12.81211577.715.391,639±221,191±160-270.07988.33.188.40.28951.5.1825.10.122281110.5066.91,893.3±7.81,847±11-20.112930.605.3150.80.34140.47.6216.12.20913834.3415.01,105.8±8.11,285±87160.08374.42.1594.50.18710.80.1767.16.17854054.9221.11,547±25103±800-930.048341.80340.27121.8.0538.10.18223740.3436.21,113.1±5.21,111±2600.076591.31.9901.40.188470.51.3689.10.81393499.279.581,612±151,432±54-110.09032.83.543.00.28411.1.35710.11.23594517.8714.51,602±131,399±60-130.08883.13.453.20.28210.91.28211.11.52392115.599.291,557±151,418±73-90.08963.83.384.00.27321.1.273

續(xù)表2

Continued Table 2

圖像顯示(圖6)，鋯石多為長柱狀，多發(fā)育完整的巖漿生長環(huán)帶，少部分發(fā)育不完整巖漿生長環(huán)帶。鋯石呈自形，晶棱發(fā)育?？傮w表現(xiàn)為典型的酸性巖漿鋯石特征。樣品20180726-1的鋯石粒度多在100～150μm，樣品20180726-7的鋯石粒度多在50～100μm，樣品20180726-1的鋯石比樣品20180726-7的鋯石具有更好的生長環(huán)帶；洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r樣品20161120-1、20161120-4、20161121-3鋯石CL圖像顯示(圖6)，鋯石多為短柱狀和不規(guī)則方形，半自形，晶棱發(fā)育，部分發(fā)育不完整的生長環(huán)帶。鋯石粒度多小于100μm。鋯石的顏色較淺，顯示可能受后期熱變質(zhì)影響的特征。洛峪口組灰綠色層凝灰?guī)r樣品20180723-8鋯石CL圖像顯示(圖6)，鋯石多為短柱狀，自形，晶棱發(fā)育，多發(fā)育較完整生長環(huán)帶。鋯石顏色較深，粒度多在100μm左右。洛峪口組灰綠色層凝灰?guī)r樣品20180723-8的鋯石總體顯示比磚紅色凝灰?guī)r樣品20161120-1、20161120-4、20161121-3的鋯石具有更好更完整的晶形，顏色也較深，顯示可能為不同的火山巖漿來源。

(1)龍家園組深灰綠色層凝灰?guī)r(20180726-1)

共測試了15個數(shù)據(jù)點，測定時斑點均位于環(huán)帶區(qū)域。U含量變化范圍為61×10-6～439×10-6，Th含量變化范圍為64×10-6～455×10-6，Th/U值變化范圍為0.43～1.37(表1)。其中4.1和11.1的206Pb/238U年齡較大，分別為1807±18Ma和2320±24Ma；14.1和9.1偏離諧和線。余下11個測點均位于U-Pb諧和線或其附近，其206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為1594±8Ma(MSWD=0.63)，該年齡代表了該層層凝灰?guī)r的形成年齡(圖7)。

(2)龍家園組晶屑凝灰?guī)r(20180726-7)

共測試了18個數(shù)據(jù)點，測定時斑點均位于環(huán)帶區(qū)域。U含量變化范圍為70×10-6～406×10-6，Th含量變化范圍為81×10-6～93×10-6，Th/U值變化范圍為0.21～1.22(表1)。從U-Pb諧和圖中可以看出，所有測點均位于U-Pb諧和線附近。18個數(shù)據(jù)的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為1541.1±7.9Ma(MSWD=1.17)，207Pb/206Pb年齡平均值為1513±12Ma(MSWD=1.00)。206Pb/238U年齡加權(quán)平均值1541.1±7.9Ma代表了該套晶屑凝灰?guī)r的形成年齡(圖7)。

(3)洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r(20161120-1)

共測試了18個數(shù)據(jù)點，測定時斑點位于環(huán)帶區(qū)域或附近。U含量變化范圍為21×10-6～212×10-6，Th含量變化范圍為20×10-6～207×10-6，Th/U值變化范圍為0.45～6.46，放射成因206Pb含量為5.28×10-6～40.7×10-6(表2)。其中4.1的207Pb/206Pb年齡(2509±17Ma)較大，應(yīng)為繼承鋯石，或存在繼承核的影響。17.1和18.1在U-Pb諧和圖中的投影點落在了諧和線的左側(cè)。其余15個數(shù)據(jù)點具有相近的207Pb/206Pb年齡，其諧和度大多在75%～100%之間，諧和度在90%以上的數(shù)據(jù)點大于73%。這15個數(shù)據(jù)點擬合的不一致線與一致線的上交點年齡為1596±15Ma(MSWD=1.4)，該年齡代表了該層層凝灰?guī)r的形成年齡(圖7)。

(4)洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r(20161120-4)

共測試了18個數(shù)據(jù)點，測定時斑點位于環(huán)帶區(qū)域或附近。U含量變化范圍為31×10-6～492×10-6，Th含量變化范圍為24×10-6～558×10-6，Th/U值變化范圍為0.44～6.31，放射成因206Pb含量為7.61×10-6～106×10-6(表2)。9.1的206Pb/238U年齡較大(1812±17Ma)，應(yīng)為繼承鋯石，或存在繼承核的影響。1.1、15.1偏離諧和線。選取諧和度較高且206Pb/238U年齡較集中的8個數(shù)據(jù)，求得其206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為1596.5±7.2Ma(MSWD=1.39)，該年齡代表了該層層凝灰?guī)r的形成年齡(圖7)。

(5)洛峪口組磚紅色凝灰?guī)r(20161121-3)

共測試了15個數(shù)據(jù)點，測定時斑點位于環(huán)帶區(qū)域或附近。U含量變化范圍為16×10-6～228×10-6，Th含量變化范圍為74×10-6～451×10-6，Th/U值變化范圍為0.34～10.34，放射成因206Pb含量為4.03×10-6～66.9×10-6(表2)。其中5.1的206Pb/238U年齡(1893.3±7.8Ma)較大，應(yīng)為繼承鋯石，或存在繼承核的影響。6.1和8.1的206Pb/238U年齡較小(1105.8±8.1Ma和1113.1±5.2Ma)，鋯石可能受到了后期熱事件影響。測點7.1偏離諧和線和主群較遠(yuǎn)，且U含量較高。其余11個點的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為1608±17Ma(MSWD=2.33)，該年齡代表了該層層凝灰?guī)r的形成年齡(圖7)。

(6)洛峪口組灰綠色層凝灰?guī)r(20180723-8)

共測試了15個數(shù)據(jù)點，測定時斑點均位于環(huán)帶區(qū)域。U含量變化范圍為83×10-6～468×10-6，Th含量變化范圍為35×10-6～507×10-6，Th/U值變化范圍為0.44～1.12，放射成因206Pb含量為20.9×10-6～65.7×10-6(表2)。6.1、14.1偏離諧和線和主群較遠(yuǎn)，7.1的年齡較小(207Pb/206Pb年齡為1585±22Ma)。其余12個點的207Pb/206Pb年齡加權(quán)平均值為1620±16Ma(MSWD=0.72)，該年齡代表了該層層凝灰?guī)r的形成年齡(圖7)。

4 討論

4.1 地層時代的精確厘定

20世紀(jì)80年代以來，關(guān)保德等(1980, 1988)對該區(qū)作了系統(tǒng)的地層劃分和對比研究。由于缺乏生物證據(jù)和可信的同位素年齡數(shù)據(jù)，部分前寒武紀(jì)地質(zhì)學(xué)者根據(jù)巖性對比和疊層石資料認(rèn)為華北克拉通南緣汝陽群和洛峪群歸屬中元古界，與薊縣剖面中元古界地層對比(李欽仲等, 1985; 曹瑞驥, 1988; 關(guān)保德等, 1988; 華洪等, 1999; 薛耀松等, 2001)。隨著洛峪群和高山河組中微古植物和宏觀藻類的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，及在部分層位中獲得一些海綠石和粘土礦物測年數(shù)據(jù)，部分學(xué)者認(rèn)為洛峪群、官道口群可能屬于中元古代末期或新元古代青白口紀(jì)。近期，蘇文博等(2012)在洛峪口組中凝灰?guī)r獲得了1611±8Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡。汪校鋒(2015)、李承東等(2017)、彭楠等(2018)后續(xù)也在洛峪口組中凝灰?guī)r獲得了精確的鋯石U-Pb年齡，測年數(shù)據(jù)結(jié)果在1662～1634Ma之間。這些年齡數(shù)據(jù)限定了洛峪口組的地層時代。

但是，在華北克拉通南緣熊耳群之上的其它前寒武紀(jì)地層單元中一直未獲得精確的鋯石U-Pb年齡。本工作首次在龍家園組層凝灰?guī)r和晶屑凝灰?guī)r中獲得兩組SHRIMP鋯石U-Pb年齡(1594±12Ma和1541±8Ma)，精確厘定了其中火山事件的年齡，進(jìn)而標(biāo)定了龍家園組的形成時代。龍家園組形成于薊縣紀(jì)的早期。龍家園組之下發(fā)育有高山河組碎屑巖，但目前較多劃分意見是將高山河組單獨劃出，不再歸官道口群，可與汝陽群對比(其下部火山巖夾層、含鐵建造是很好的對比標(biāo)志)。本次工作，筆者進(jìn)一步在汝州陽坡村、栗樹嶺村、汝陽洛峪口村和魯山九女洞剖面洛峪口組凝灰?guī)r中獲得四組精確SHRIMP鋯石U-Pb年齡(1596±15Ma、1596±7Ma、1608±17Ma和1620±16Ma)，精確厘定了其中火山事件的年齡，進(jìn)一步標(biāo)定了洛峪口組的形成時代。確定洛峪口組形成于長城紀(jì)的末期。

4.2 華北南緣中-新元古代地層系統(tǒng)的初步厘定

熊耳群火山巖被認(rèn)為是華北克拉通南緣結(jié)晶基底之上第一套穩(wěn)定的蓋層型沉積，趙太平等(2004)對熊耳群中的英安-流紋斑巖和同期侵入的輝長-閃長巖等，首先進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb定年，認(rèn)為熊耳群形成于1.8～1.75Ga。后續(xù)，眾多學(xué)者對熊耳群火山巖以及同期侵入巖體的年齡進(jìn)行了測試(Pengetal., 2008; Heetal., 2009; Wangetal., 2010)，所獲得的鋯石U-Pb年齡基本都在1.78Ga或1.76Ga左右。因此，熊耳群火山巖的形成時代基本確定為1.8～1.75Ga。熊耳群曾長期成為華北克拉通南緣僅有的獲得高精度鋯石U-Pb年齡的地層。近期，蘇文博等眾多學(xué)者及筆者先后在洛峪群洛峪口組凝灰?guī)r中獲得精確鋯石U-Pb年齡，洛峪口組時代基本確定為1.65～1.60Ga。本研究在欒川縣官道口群龍家園組中首次獲得兩組SHRIMP鋯石U-Pb年齡(1594±12Ma和1541±8Ma)，成為該地區(qū)獲得的又一精確地層時代數(shù)據(jù)。

圖8 華北克拉通南緣晚前寒武紀(jì)地層對比簡表Fig.8 Correlation of the revised Precambrian chronostratigraphic of the southern margin of the North China Craton

王淼、周洪瑞及筆者對魯山縣大黑潭溝剖面汝陽群云夢山組和九女洞剖面黃連垛組進(jìn)行了碎屑鋯石U-Pb年齡測試(王淼等, 未發(fā)表)，其中云夢山組碎屑鋯石年齡頻譜最小峰值年齡為1785±34Ma，年齡最小的一組碎屑鋯石共有4顆，其207Pb/206Pb年齡加權(quán)平均值為1658±63Ma(MSWD=0.064)，指示汝陽群云夢山組沉積年齡不早于1700Ma，即汝陽群的地層時代下限約為1700Ma，或者更小。黃連垛組碎屑鋯石年齡頻譜最小峰值年齡為1786±60Ma，年齡最小的一批碎屑鋯石共有2顆，207Pb/206Pb年齡值分別為：1690±60Ma和1729±56Ma。同時，徐文超等(2015)、蘇文博(2016)認(rèn)為黃蓮垛組在巖性和疊層石組合上可與官道口群龍家園組—巡檢司組對比。因此，結(jié)合碎屑鋯石年齡信息，黃連垛組應(yīng)屬薊縣紀(jì)。高林志等(未發(fā)表)在欒川群大紅口組玄武安山巖中獲得了850±13Ma的SHRIMP鋯石U-Pb年齡；閻國翰等(2010)在大紅口組變質(zhì)粗面巖中獲得了約860Ma的SHRIMP鋯石U-Pb年齡。結(jié)合區(qū)域地層對比及巖石疊置關(guān)系，筆者認(rèn)為欒川群應(yīng)屬青白口系。綜合前人區(qū)域地層對比和最新相關(guān)研究成果，及以上高精度鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，本文給出了華北克拉通南緣晚前寒武系地層對比簡表(圖8)。

4.3 早期宏體生物時代討論

20世紀(jì)90年代以來，在華北克拉通南緣中-新元古界地層中發(fā)現(xiàn)了大量的后生動物遺跡化石、具刺疑源類、甚至多細(xì)胞宏觀藻類等化石(胡建民等, 1991; 閻玉忠和朱士興, 1992; 邢裕盛等, 1996; Xiaoetal., 1997; 尹崇玉和高林志, 1999, 2000; 高林志等, 2002; Yinetal., 2005; Pangetal., 2013)。但是，由于缺少精確的地層年代的約束和廣大古生物學(xué)者對生物演化階段的固有認(rèn)識，這些生物出現(xiàn)的時代多被認(rèn)為是新元古代。而近期華北克拉通南緣洛峪口組和龍家園組地層時代的精確厘定將洛峪口組、高山河組等地層中的微古植物和宏觀藻類的時代提前到1.60Ga或者更早，這些發(fā)現(xiàn)將傳統(tǒng)上認(rèn)為其出現(xiàn)的時代極大地往前提了。在華北克拉通北部的中元古界地層串嶺溝組、團(tuán)山子組和高于莊組中也均發(fā)現(xiàn)多細(xì)胞真核生物和大型宏觀藻類等化石(閻玉忠, 1995; 牛邵武, 2002; 梅冥相, 2008; Duetal., 1995; Zhu and Chen, 1995; Lambetal., 2009; Zhuetal., 2016; Quetal., 2018)。隨著大量高精度測年數(shù)據(jù)的獲得，這些多細(xì)胞真核生物和大型宏觀多細(xì)胞藻類被認(rèn)為出現(xiàn)在1.63Ga或者更早，也驗證了對這些早期宏體生物形成時代的認(rèn)識。

近期，劉軍平等(2018)在揚子板塊西南緣東川群鵝頭廠組灰黑色炭泥質(zhì)板巖中同樣發(fā)現(xiàn)了大量保存較好的宏體多細(xì)胞生物化石。東川群時代約在1742～1503Ma之間(孫志明等, 2009; 朱華平等, 2011; 王子正等, 2013; 侯林等, 2013; 郭陽等, 2014; 楊斌等, 2015; Zhaoetal., 2010; Wang and Zhou, 2014)，因此揚子板塊西南緣發(fā)現(xiàn)的宏觀多細(xì)胞生物同樣出現(xiàn)在中元古代的早期。在格林蘭島西北部和澳大利亞西北部的中元古界地層中亦有大量大型宏體生物的報道(彭楠等, 2018; Buick and Knoll, 1999; Samuelssonetal., 1999; Butterfield, 2015)。因此，越來越多中元古界早期地層中發(fā)現(xiàn)宏體生物化石的報道表明：先前認(rèn)為這些進(jìn)化程度較高的屬于新元古代的真核生物群或宏觀藻類，可能在中元古代早期就已經(jīng)出現(xiàn)了。中元古代早期可能是早期大型宏體生物演化的重要階段。這同樣啟發(fā)廣大古生物學(xué)者探索這一重要生命演化階段的環(huán)境信息。

5 結(jié)論

(1)通過對河南欒川九里溝-三川剖面龍家園組底部和下部的凝灰?guī)r進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究，獲得了1594±12Ma和1541±8Ma兩組高精度年齡，將龍家園組準(zhǔn)確地標(biāo)定為中元古代薊縣紀(jì)最早期沉積巖系；

(2)通過對河南汝州陽坡村、栗樹嶺村、汝陽洛峪村和魯山九女洞剖面洛峪口組中的層凝灰?guī)r進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究，獲得了1596±15Ma、1596±7Ma、1608±17Ma和1620±16Ma四組高精度年齡，進(jìn)一步標(biāo)定了洛峪口組的形成時代。確定洛峪口組形成于長城紀(jì)的末期；

(3)汝陽群-洛峪群的時限約為1700～1600Ma。官道口群應(yīng)是汝陽群之后的地層系統(tǒng)，而不是早前認(rèn)為的與汝陽群同期的地層。

致謝 本論文在成文過程中得到劉燕學(xué)、柳永清、耿元生、唐烽等專家的指導(dǎo)和幫助；野外工作得到了河南省地質(zhì)調(diào)查院王世炎教授、左景勛教授級高工、杜鳳軍教授級高工的支持和指導(dǎo)；采樣和實驗測試分析得到了王淼、張繼彪、倪敬波、張連祥、周星、廖博文、王宏宇等研究生的幫助；國家科技基礎(chǔ)條件平臺北京離子探針中心的楊淳女士、江南女士、車曉超博士在機(jī)時安排、樣靶制備、陰極發(fā)光圖像準(zhǔn)備等方面提供了幫助；審稿專家趙太平、王世炎、相振群、祝禧艷提出了建設(shè)性的意見；編輯部俞良軍老師為本文編排、勘誤付出了辛勤工作。在此對他們表示衷心感謝!