華北克拉通南緣欒川群大紅口組形成時(shí)代及其對(duì)新元古代構(gòu)造演化的制約*

胡國(guó)輝 張拴宏 張琪琪 王世炎

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 1000812. 自然資源部古地磁與古構(gòu)造重建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000813. 河南省地質(zhì)調(diào)查院，鄭州 450001

華北克拉通南緣豫西地區(qū)保存有較為完整的變質(zhì)結(jié)晶基底，其上被中-新元古代沉積蓋層不整合覆蓋，該套沉積蓋層主要包括熊耳群火山-沉積巖系(1.80～1.75Ga)及其上的中-新元古代陸源碎屑巖-碳酸鹽巖沉積序列(李欽仲等, 1985；關(guān)保德等，1988；河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989；周洪瑞等，1998；高林志，2002；左景勛，2002；趙太平等，2002，2004；Heetal., 2009；Wangetal., 2010；Cuietal., 2011, 2013)。按照長(zhǎng)期以來(lái)的地層劃分方案，豫西地區(qū)中-新元古代沉積地層主要包括嵩萁地區(qū)中-新元古代五佛山群、澠池-確山地區(qū)中元古代汝陽(yáng)群和新元古代洛峪群以及熊耳山地區(qū)中元古代官道口群和新元古代欒川群等(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)，其上被震旦系-寒武系地層不整合覆蓋。以往的研究認(rèn)為豫西地區(qū)中-新元古代沉積地層發(fā)生在1.8～0.6Ga漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)(關(guān)保德等，1988；河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989；河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，1990[注]河南省地質(zhì)科學(xué)研究所. 1990. 河南省欒川群研究. 1-84；胡健民等，1996；Xiaoetal., 1997；周洪瑞等，1998；尹崇玉和高林志，2000；高林志等，2002；Gaoetal., 2009)，但是近年來(lái)洛峪群洛峪口組凝灰?guī)r夾層的鋯石U-Pb年齡(1.61～1.64Ga)限定了該區(qū)汝陽(yáng)群-洛峪群的形成時(shí)代為1.75～1.60Ga(蘇文博等，2012；蘇文博，2016；李承東等，2017)。同時(shí)鋯石U-Pb年代學(xué)研究結(jié)果表明燕遼地區(qū)中-新元古代沉積主體(長(zhǎng)城系、薊縣系和下馬嶺組)可能在中元古代中期(～1.32Ga)已經(jīng)結(jié)束(高林志等，2007，2008; Suetal.，2008；李懷坤等，2009；蘇文博等，2010)，華北克拉通中部和南部普遍缺失中元古代中-晚期沉積記錄(蘇文博，2016)。因此，以往認(rèn)為的燕遼地區(qū)和華北南緣的部分被認(rèn)為是新元古代的地層應(yīng)該形成于中元古代，這使得地層的劃分和對(duì)比發(fā)生了較大的變化。

近年來(lái)很多學(xué)者對(duì)豫西地區(qū)中元古代沉積地層的厘定和構(gòu)造演化作了大量研究(趙太平等，2004，2015；高林志等，2009；蘇文博等，2012；Zhangetal., 2016a; 蘇文博，2016； Liuetal., 2019)，但由于新元古代地層沒(méi)有準(zhǔn)確的劃分，對(duì)該地區(qū)新元古代的構(gòu)造演化缺乏進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。豫西地區(qū)新元古代欒川群分布于華北南緣與秦嶺造山帶相鄰的欒川-盧氏地區(qū)，沿洛南-欒川斷裂帶(LL斷裂帶)分布(圖1)。洛南-欒川斷裂帶是秦嶺造山帶與華北克拉通南緣的拼合帶，帶內(nèi)發(fā)育大量的斷層和韌性剪切帶，具有左旋斜向俯沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(宋傳中等，2009)。目前，大量的年齡數(shù)據(jù)表明，秦嶺、大別-蘇魯造山帶和華南板塊具有強(qiáng)烈的新元古代早-中期巖漿活動(dòng)(Lietal., 2003; Zhengetal., 2004, 2008; Zhouetal., 2006, 2009; Yuetal., 2008; Dongetal., 2014; Dong and Santosh, 2016)，并且可能與Rodinia超大陸的裂解有關(guān)，但該時(shí)期的巖漿活動(dòng)在華北南緣較少出現(xiàn)。欒川群是目前發(fā)現(xiàn)的華北南緣出露最早的新元古代火山-沉積地層，主要由下部的碎屑巖-碳酸鹽巖和上部的堿性火山巖組成，形成于淺海-潮坪相沉積環(huán)境(蔣干清等，1994)，并有大量輝長(zhǎng)巖侵入，已有的研究結(jié)果表明其具有多期侵入特征(830Ma和849Ma, Wangetal., 2011; Lingetal., 2015)。欒川群大紅口組堿性火山巖以粗面質(zhì)熔巖為主，前人根據(jù)大紅口組粗面巖的Sm-Nd、Rb-Sr等時(shí)線年齡(682±60Ma和660±29Ma)認(rèn)為欒川群形成于震旦紀(jì)晚期(張宗清等，1991；魯祖惠等，1994；石銓曾等，1996)，但是年齡誤差較大，不能準(zhǔn)確限定欒川群的形成時(shí)代，且與近期獲得的大紅口組粗面巖(～860Ma，閻國(guó)翰等，2010)和變流紋斑巖(854±8Ma，賈超，2018)的鋯石U-Pb年齡相差較大。由于欒川群侵入巖具有多期次侵入特征，已有的年齡不能很好的限定其形成時(shí)代，而大紅口組火山巖斷續(xù)分布于華北南緣欒川斷裂帶附近，延伸約320km(王躍峰，2000)，其是否具有多期次噴發(fā)尚不確定。因此，需要對(duì)大紅口組堿性火山巖的年齡進(jìn)行精確測(cè)定，以更好的限定欒川群的沉積時(shí)代。

為了探討秦嶺造山帶新元古代構(gòu)造演化以及與華北克拉通的構(gòu)造關(guān)系，前人對(duì)秦嶺造山帶內(nèi)的新元古代巖漿活動(dòng)做了大量研究，認(rèn)為北秦嶺和華北克拉通南緣在新元古代早期(1000～900Ma)發(fā)生碰撞(董云鵬等，2003a；陸松年等，2003；王濤等，2005；丁仨平等，2006；劉會(huì)彬等，2006；Dongetal., 2014；Dong and Santosh, 2016)，在～890Ma進(jìn)入后碰撞伸展演化階段(張成立等，2004)，844Ma左右北秦嶺造山帶由碰撞后伸展轉(zhuǎn)換為板內(nèi)非造山拉張階段(包志偉等，2008)。華北克拉通南緣發(fā)現(xiàn)的欒川群大紅口組堿性火山巖和侵入到欒川群的輝長(zhǎng)巖具有“雙峰式”巖石組合特征，表現(xiàn)為板內(nèi)裂谷環(huán)境(石銓曾等，1996；王躍峰，2000；Wangetal., 2011)，是否與北秦嶺同時(shí)期的板內(nèi)非造山事件有關(guān)需要進(jìn)一步研究。因此，精確限定大紅口組堿性火山巖的年齡，結(jié)合已有的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征以及區(qū)域構(gòu)造分析，對(duì)于研究華北南緣新元古代巖漿事件和構(gòu)造演化及其與北秦嶺新元古代構(gòu)造關(guān)系具有重要意義。

圖1 華北克拉通南緣欒川地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，1990修改)Fig.1 Simplified geological map of Luanchuan area in the southern margin of the NCC

圖2 豫西地區(qū)欒川群地質(zhì)剖面(圖1中的F-F′剖面)(據(jù)河南省地質(zhì)科學(xué)研究所, 1990修改)Fig.2 Representative geological section showing the volcanic rocks and gabbro intrusions within the Neoproterozoic Luanchuan Group in western Henan Province (Line F-F′ in Fig.1)

1 地質(zhì)背景

華北克拉通自古元古代末最終碰撞拼合之后，發(fā)生裂解形成了西北部的渣尓泰-白云鄂博裂谷、東北部的燕遼裂谷和南部的熊耳裂谷，沿著這三大裂谷帶發(fā)育巨厚的中-新元古代沉積蓋層(關(guān)保德等，1988；高林志和喬秀夫，1992；李懷坤，1995；趙太平等，2002，2004； Luetal., 2002, 2008；Lietal., 2007；高林志等，2008；胡波等，2009)。華北克拉通南緣沉積蓋層非常發(fā)育，尤其是與秦嶺造山帶相鄰的欒川地區(qū)，沉積蓋層分布廣泛，主要由熊耳群火山-沉積巖系(趙太平等，2002，2004)、中元古代官道口群(Zhuetal., 2011)和新元古代欒川群以及更年輕的沉積地層組成。熊耳群以火山熔巖為主，主要為玄武安山質(zhì)巖石，夾有火山碎屑巖和沉積巖。官道口群角度不整合覆蓋于熊耳群之上，主要由下部的石英砂巖和上部的燧石條帶白云巖、泥砂質(zhì)白云巖和隱晶質(zhì)白云巖組成，含少量的砂礫頁(yè)巖，且疊層石發(fā)育。

欒川群整合覆蓋于官道口群之上，為一套陸源碎屑巖-碳酸鹽巖建造，沉積厚度達(dá)2000m左右，以含碳質(zhì)和石煤層為主要特征，沉積環(huán)境主要為淺海-潮坪相(蔣干清等，1994)。欒川群自下而上分為三川組、南泥湖組、煤窯溝組和大紅口組。三川組上部為條帶狀大理巖，頂部為絹云鈣質(zhì)片巖，下部為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)石英砂巖夾千枚巖，底部為含礫變質(zhì)砂巖；南泥湖組上部為片狀大理巖和炭質(zhì)絹云片巖，局部為云母片巖夾石英巖和大理巖，下部為薄層狀細(xì)粒石英巖；煤窯溝組上部為白云石大理巖夾千枚巖、含炭大理巖和鈣質(zhì)片巖(河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，1990)，中部為白云石大理巖、疊層石大理巖，下部為石英大理巖與石英巖、片巖互層，底部為變質(zhì)白云細(xì)砂巖；大紅口組以堿性粗面質(zhì)熔巖為主，少量粗面質(zhì)集塊巖、角礫巖、凝灰?guī)r和粗玄巖，夾絹云石英片巖和白云石大理巖(圖2)(關(guān)保德等，1988；河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989；河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，1990；王志宏等，2008)。

圖3 欒川群大紅口組火山巖典型野外照片F(xiàn)ig.3 Representative field photographs of the volcanic rocks in the Dahongkou Formation of the Luanchuan Group

圖4 欒川群大紅口組火山巖顯微照片Q-石英; Kfs-鉀長(zhǎng)石; Ser-絹云母; Pl-斜長(zhǎng)石Fig.4 Micrographs of the volcanic rocks in the Dahongkou Formation of the Luanchuan GroupQ-quartz; Kfs-K-feldspar; Ser-sericite; Pl-plagioclase

秦嶺造山帶是揚(yáng)子板塊和華北板塊之間的復(fù)合造山帶，主要包括前寒武紀(jì)基底(早前寒武紀(jì)深變質(zhì)結(jié)晶基底和中-新元古代淺變質(zhì)基底)、新元古代-中三疊世受板塊構(gòu)造控制的相關(guān)構(gòu)造巖石單元、中新生代陸內(nèi)斷陷盆地和廣泛的巖漿活動(dòng)(張國(guó)偉等，2001)，記錄了秦嶺造山帶不同階段多種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和特征。以商丹和勉略縫合帶為界可劃分為北秦嶺構(gòu)造帶、南秦嶺構(gòu)造帶和揚(yáng)子板塊北緣構(gòu)造帶，與華北克拉通南緣相連的北秦嶺構(gòu)造帶呈狹窄帶狀分布在洛南-欒川斷裂帶和商丹縫合帶之間，北秦嶺主要構(gòu)造單元自北向南依次為寬坪群、二郎坪群、秦嶺群、松樹溝蛇綠巖和丹鳳混雜巖，是秦嶺造山帶中變形變質(zhì)、巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地帶，各構(gòu)造單元之間均以斷裂帶為界，表現(xiàn)為透鏡體狀相互拼接在一起(張國(guó)偉等，2001；Dongetal., 2011；Shietal., 2013；Zhaoetal., 2015)。

寬坪群呈帶狀分布于最北部，是北秦嶺構(gòu)造活動(dòng)帶的主要組成部分，其下部主要由斜長(zhǎng)角閃巖和綠片巖組成，中部以石英片巖為主，上部主要為大理巖(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989；張本仁等，2002；李承東等，2018)，變質(zhì)程度達(dá)綠片巖相-角閃巖相。二郎坪群位于寬坪群和秦嶺群之間，主體為一套火山-沉積巖系，巖石組合主要為鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖、層狀鎂鐵質(zhì)熔巖、石英角斑巖及凝灰?guī)r，出現(xiàn)大量碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖(張宗清等，1994；孫勇等，1996)，該地層遭受了綠片巖相-低角閃巖相變質(zhì)作用。秦嶺群為該區(qū)最古老的結(jié)晶基底，主要由黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、鈣硅酸鹽和石墨大理巖組成，夾少量變基性巖(張國(guó)偉等，2001；張宗清等, 2006；Caoetal., 2017；Shietal., 2018)。松樹溝蛇綠巖總體呈北西向展布的透鏡狀構(gòu)造巖片，主要是一套變質(zhì)的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石，以斜長(zhǎng)角閃質(zhì)或角閃質(zhì)糜棱巖為主，夾高壓基性麻粒巖或石榴單斜輝石巖殘塊(劉良和周鼎武，1994；董云鵬等，1997；陳丹玲等，2002)。丹鳳雜巖主體為變火山巖系，伴隨少量變碎屑沉積巖，火山巖以變玄武巖為主，其次為少量變安山巖類(張宗清等，1994；張國(guó)偉等，2001；張本仁等，2002)，遭受了綠片巖-角閃巖相變質(zhì)作用。

2 大紅口組巖石學(xué)特征

粗面巖為大紅口組火山巖的主要組成部分，呈青灰-褐紅色(圖3)，具變余斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為變余粗面結(jié)構(gòu)。巖石局部發(fā)生變質(zhì)作用，有少量細(xì)小的絹云母片。斑晶主要由鉀長(zhǎng)石及少量石英組成，總體來(lái)看，鉀長(zhǎng)石斑晶大小約0.28～1.94mm，多為微斜長(zhǎng)石及條紋長(zhǎng)石，局部顆粒隱約可見(jiàn)條紋及格子雙晶發(fā)育，且晶內(nèi)裂紋發(fā)育普遍；石英斑晶粒徑為0.24～0.56mm，部分可見(jiàn)晶內(nèi)裂紋發(fā)育?；|(zhì)具微粒結(jié)構(gòu)，主要由長(zhǎng)石、石英組成，粒徑均小于0.20mm，長(zhǎng)石基本絹云母化及粘土化強(qiáng)烈，石英局部顆粒發(fā)育靜態(tài)重結(jié)晶作用，顆粒間呈平直接觸，絹云母呈他形細(xì)鱗片狀(圖4a)。

圖5 欒川群大紅口組火山巖鋯石CL圖像圓圈內(nèi)數(shù)字為分析點(diǎn)號(hào)，碎屑鋯石下方數(shù)據(jù)為其206Pb/238U年齡Fig.5 Representative CL images for zircons from the volcanic rocks in the Dahongkou Formation of the Luanchuan GroupThe numbers in the circles are analytical spots and the data under each photo is 206Pb/238U age

欒川群南泥湖組大理巖和煤窯溝組片巖中有大量輝長(zhǎng)巖侵入(圖2)，而正長(zhǎng)斑巖侵入到大紅口組片巖中，發(fā)生不同程度的蝕變，獨(dú)居石U-Pb年齡表明其形成于早古生代(作者未發(fā)表數(shù)據(jù))。正長(zhǎng)斑巖呈淺紅色，具有斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要由鉀長(zhǎng)石組成，少量的斜長(zhǎng)石和石英，斑晶約占全巖含量的35%。其中，鉀長(zhǎng)石呈板狀，裂紋發(fā)育，被石英和后期粘土雜質(zhì)充填，部分發(fā)育絹云母化、黏土化和綠簾石化；斜長(zhǎng)石聚片雙晶發(fā)育，發(fā)育粘土化、絹云母化；石英晶內(nèi)裂紋發(fā)育，沿裂紋部位充填有后期粘土等雜質(zhì)。基質(zhì)具細(xì)粒結(jié)構(gòu)，成分與斑晶一致。其中石英呈他形粒狀，部分分布于長(zhǎng)石裂隙中；鉀長(zhǎng)石部分發(fā)生絹云母化和黏土化；斜長(zhǎng)石呈半自形板狀；絹云母呈鱗片狀，大部分分布于長(zhǎng)石周圍。副礦物見(jiàn)鋯石及磷灰石，另見(jiàn)不透明金屬礦物(圖4b)。

3 樣品及分析方法

本文用于鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析的粗面巖樣品采自河南省欒川縣陶灣鎮(zhèn)以北約5km處，樣品17Y05-2、18Y015和18Y017的GPS位置分別為33°52′12.0″N/111°27′15.1″E、33°52′16.0″N/111°27′13.7″E和33°52′17.4″N/111°27′14.8″E。

選取新鮮的粗面巖樣品破碎到40～60目，然后用常規(guī)方法分選鋯石，并在雙目鏡下挑純。將鋯石樣品置于環(huán)氧樹脂中，然后磨至約1/3，使鋯石露出核部，用于陰極發(fā)光及LA-ICP-MS分析。測(cè)試前用體積百分比為3%的HNO3清洗樣品表面，以除去樣品表面的污染。然后進(jìn)行透射光和反射光照相，鋯石陰極發(fā)光照相在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。典型陰極發(fā)光圖像見(jiàn)圖5。

樣品17Y05-2的鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析在西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)條件及方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)Yuanetal. (2004，2008)。實(shí)驗(yàn)中所使用的激光剝蝕系統(tǒng)為美國(guó)相干(Cohernet)公司生產(chǎn)的GeoLas 200M 深紫外(DUV)193nm UArF準(zhǔn)分子(excimer)激光剝蝕系統(tǒng)，使用的ICP-MS型號(hào)為Agilent 7500a。實(shí)驗(yàn)中采用的激光斑束直徑為32μm。U、Th、Pb及其它微量元素以29Si作為內(nèi)標(biāo)，NIST 610作外標(biāo)進(jìn)行校正。數(shù)據(jù)處理采用GLITTER (ver 4.0)程序，年齡計(jì)算以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行同位素比值分餾校正，鋯石諧和圖用Isoplot程序(ver 3.0)獲得(Ludwig, 2003)。

樣品18Y015和18Y017的鋯石U-Pb同位素分析在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司使用Agilent 7700e型ICP-MS進(jìn)行測(cè)試，加載COMPexPro 102 ArF 193nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)。詳細(xì)的儀器參數(shù)和分析流程見(jiàn)Zongetal. (2017)。所測(cè)鋯石的粒徑在80～200μm，采用激光束斑直徑和剝蝕頻率分別為32μm和5Hz，能量密度為8J/cm2，U-Pb同位素分析處理過(guò)程中采用鋯石91500和NIST610作外標(biāo)進(jìn)行同位素和微量元素分餾校正。數(shù)據(jù)處理采用軟件ICPMSDataCal (Liuetal., 2008, 2010)完成。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制采用Isoplot程序(ver 3.0)完成(Ludwig, 2003)。

4 分析結(jié)果

3個(gè)粗面巖樣品的鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 欒川群大紅口組火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

Table 1 LA-ICP-MS U-Pb dating results for zircons from the volcanic rocks in the Dahongkou Formation of the Luanchuan Group

測(cè)點(diǎn)號(hào)ThU(×10-6)Th/U207Pb/206Pb206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb(Ma)206Pb/238U(Ma)207Pb/235U(Ma)比值±σ比值±1σ比值±1σ年齡±1σ年齡±1σ年齡±1σ17Y05-2粗面巖-012052840.720.09610.00180.26310.00213.48850.0564155034150611152513 -023372371.420.11780.00210.33380.00285.42320.0858192432185714188914 -034835470.880.06730.00120.14030.00101.30130.02018453784658469 -045876190.950.06700.00150.13830.00111.27770.026183746835683612 -0587.21120.780.09810.00200.27640.00243.74150.0689158938157312158015 -0668.21340.510.10090.00230.27420.00263.81780.0793164141156213159717 -072583800.680.09860.00150.27840.00193.78520.0469159728158310159010 -0888.02000.440.13190.00210.32420.00255.89760.0780212327181012196111 -093293810.860.06860.00170.13890.00121.31460.029688750839785213 -1056.887.80.650.06650.00300.13960.00191.27970.0563821928431183725 -112201731.280.11640.00200.33760.00275.41700.0788190130187513188812 -127067011.010.06790.00120.13930.00091.30410.01898663584158488 -131913530.540.06820.00150.13910.00111.30850.025287644839685011 -141623260.500.13490.00190.39500.00287.34680.0812216324214613215510 -151595200.310.13070.00170.31040.00195.59360.051921072217431019158 -164064670.870.07110.00120.13850.00091.35700.01899593383658718 -174684201.120.06800.00130.13930.00101.30610.021886839841684810 -1842.560.70.700.06730.00310.13990.00201.29840.0585848948441184526 -191231630.760.10110.00250.26990.00283.76230.0871164545154014158519 -2076.41380.550.10150.00430.21310.00352.98150.1210165276124518140331 -212663090.860.10590.00160.22500.00163.28650.041617312813088147810 -223525220.680.13920.00170.41080.00267.88130.069722172122191222188 -2367.81280.530.09670.00190.27620.00233.68370.0642156236157212156814 -242606120.420.12700.00150.28560.00175.00120.04262057211620918207 -254244181.020.11340.00160.24060.00163.76250.04021855251390815859 -2672.261.61.170.09950.00250.27600.00293.78510.0895161446157115159019 -271001650.610.10020.00270.27060.00303.73750.093416274915441515792018Y015粗面巖-0146.61220.380.06900.00250.13980.00161.33480.048789875843986121 -021763140.560.06600.00200.13990.00141.27750.036480968844883616 -031963250.600.06910.00200.14040.00141.34220.039390261847886417 -0438.41060.360.06680.00250.13970.00171.28660.045783176843984020 -0526.684.10.320.07430.00330.13980.00171.43510.06471050898431090427 -0671.41650.430.07020.00260.14130.00161.37180.0500100078852987721 -076696311.060.07010.00200.14020.00141.36640.038993158846887517 -081232410.510.11640.00300.33830.00355.47800.1413190246187917189722 -092583390.760.06940.00210.13940.00131.34060.037790956841786316 -101762660.660.13330.00300.39440.00347.32200.1615214240214316215120 -1163.981.50.780.10400.00330.26780.00343.86320.1177169859152917160625 -121111590.700.10030.00250.26970.00273.76990.0915162946154014158620 -1330.368.00.450.09790.00360.26970.00363.68090.1369158465153918156730 -141073070.350.11220.00280.30430.00294.75920.1171183645171315177821 -152443100.790.06520.00180.14010.00141.27360.036678359845883416 -162683860.690.06690.00190.13630.00121.26670.034283559824783115 -1756.592.90.610.09660.00300.26650.00283.56480.1074156159152314154224 -181982870.690.07210.00220.14030.00161.40920.046398963846989320 -191001470.680.06910.00220.14000.00151.34770.042690267844986718 -2064.384.80.760.09630.00300.27550.00323.68700.1132155459156916156925 -212844580.620.06650.00170.14020.00131.29230.032982056846784215

續(xù)表1

Continued Table 1

測(cè)點(diǎn)號(hào)ThU(×10-6)Th/U207Pb/206Pb206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb(Ma)206Pb/238U(Ma)207Pb/235U(Ma)比值±σ比值±1σ比值±1σ年齡±1σ年齡±1σ年齡±1σ-2246.971.20.660.09670.00300.27230.00293.64280.110815615915531515592418Y017粗面巖-0174.537.12.010.17420.00980.49260.010112.02440.6329259999258244260649 -0287.276.31.140.06650.00440.13940.00291.28300.07888201398411683835 -031011460.690.06880.00380.14010.00231.35860.07108941148451387131 -041081380.780.10960.00460.30480.00444.73310.18681794109171522177333 -056495391.210.06640.00290.14000.00181.31440.0508818908451085222 -061181650.720.09250.00430.28140.00433.68960.1568148089159821156934 -071102310.480.09040.00410.25560.00383.28040.1331143586146819147632 -081461800.810.07050.00230.14000.00171.36130.041894467845987218 -091614930.330.11780.00400.32700.00375.47870.1682192461182418189726 -101771810.980.11130.00400.35210.00445.55890.1837182165194521191028 -112543020.840.06190.00280.13920.00181.21990.0526672968401081024 -121481920.770.09090.00400.26090.00333.35550.1393144481149417149432 -1377.54750.160.12520.00540.39710.00527.04930.2868203176215624211836 -1426.813.12.050.15610.00870.44280.00999.66780.5142241495236344240449 -151301320.980.10530.00520.30440.00484.55570.2236172092171324174141 -1675.21610.470.10810.00590.31880.00494.88470.26011769100178424180045 -171592350.670.06510.00220.14010.00151.26900.041777677845983219 -1836.31580.230.06510.00480.14010.00271.29590.09447891548451584442 -191701840.920.06700.00230.13980.00171.30190.044083972844984719 -2065.692.00.710.06880.00290.14000.00181.32860.0516894868441085822 -211251810.690.06570.00260.14450.00211.31750.0557798858701285324 -2263.41210.520.06830.00370.13770.00271.28150.06948761128311583831 -2340.849.70.820.06730.00550.14020.00331.30930.10728561368461985047

圖6 欒川群大紅口組火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.6 U-Pb concordia diagrams for zircons from the volcanic rocks in the Dahongkou Formation of the Luanchuan Group

樣品18Y015分選出的鋯石較大，粒徑為80～180μm，大部分鋯石呈次圓狀和棱角狀， CL圖像上大多數(shù)鋯石顯示巖漿震蕩環(huán)帶(圖5)。對(duì)該樣品共測(cè)定了22個(gè)點(diǎn)，諧和度均較好，鋯石Th/U比值為0.32～1.06。9個(gè)測(cè)點(diǎn)為繼承鋯石，其207Pb/206Pb年齡為1554～2142Ma，其中6個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為1542±12Ma(MSWD=1.14)。其余12個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡為841～852Ma(去除信號(hào)區(qū)間較窄的測(cè)試點(diǎn)16)，加權(quán)平均年齡為845±5Ma(MSWD=0.11)(圖6)，該12顆鋯石的陰極發(fā)光圖像較均勻，多數(shù)鋯石具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，其Th/U比值較高(0.32～1.06)，顯示出巖漿結(jié)晶鋯石的特點(diǎn)，所以該206Pb/238U加權(quán)平均年齡(845±5Ma)應(yīng)該代表欒川群大紅口組火山巖的結(jié)晶年齡。

樣品18Y017分選出的鋯石大小不一，粒徑為50～200μm，大部分鋯石呈次圓狀和棱角狀，表現(xiàn)為亮白色和灰黑色，部分鋯石具有較明顯的巖漿震蕩環(huán)帶(圖5)。對(duì)該樣品共測(cè)定了23個(gè)點(diǎn)，諧和度均較好，鋯石Th/U比值為0.16～2.05。11個(gè)測(cè)點(diǎn)為繼承鋯石，其207Pb/206Pb年齡為1435～2599Ma，其余12個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡為841～870Ma，加權(quán)平均年齡為846±6Ma(MSWD=0.52)(圖6)，該12顆鋯石的陰極發(fā)光圖像較均勻，呈灰白色和灰黑色，環(huán)帶較為明顯，其Th/U比值較高(0.23～1.21)，為巖漿成因的鋯石，所以該206Pb/238U加權(quán)平均年齡(846±6Ma)代表了欒川群大紅口組火山巖的結(jié)晶年齡。

5 討論

5.1 欒川群的沉積時(shí)代

欒川群大紅口組雖然發(fā)現(xiàn)有很多堿性火山巖和正長(zhǎng)斑巖、輝長(zhǎng)巖等侵入巖，但由于分布相對(duì)較少，且適于定年的礦物含量不多，其年齡一直沒(méi)有很好的限定。張宗清等(1991)測(cè)得大紅口組粗面巖的Sm-Nd等時(shí)線年齡為682±60Ma，Rb-Sr等時(shí)線年齡為660±29Ma,認(rèn)為時(shí)代應(yīng)屬震旦紀(jì)。魯祖惠等(1994)通過(guò)磷灰石裂變徑跡方法所得到的第二組年齡值(550±38Ma)認(rèn)為大紅口組火成巖的形成年齡應(yīng)該大于550±38Ma。閻國(guó)翰等(2010)在欒川群大紅口組堿性粗面巖中獲得了約860.3±8.2Ma的鋯石SHRIMP U-Pb年齡，認(rèn)為欒川群主體應(yīng)早于這一年齡，形成于新元古代青白口紀(jì)。由于欒川群內(nèi)輝長(zhǎng)巖侵入體的年齡已經(jīng)被限定在～849Ma(Lingetal., 2015)和～830Ma(Wangetal., 2011)，因此，欒川群的年齡應(yīng)早于830Ma。欒川群下伏的官道口群上部白術(shù)溝組最年輕的一組碎屑鋯石年齡介于1100～1000Ma之間(Liuetal., 2019)，賈超(2018)獲得的白術(shù)溝組變質(zhì)沉積巖最年輕的碎屑鋯石年齡為991±72Ma，表明欒川群應(yīng)該晚于1000Ma。蘇文博(2016)通過(guò)巖性特征和地層疊覆關(guān)系以及大紅口組堿性火山巖的年齡(～860Ma，閻國(guó)翰等，2010)認(rèn)為欒川群三川組可與魯山一帶的董家組對(duì)比，欒川群主體應(yīng)歸屬于傳統(tǒng)的“青白口系”(1000～850Ma)。本文新獲得的3個(gè)大紅口組堿性火山巖樣品的鋯石U-Pb年齡為840±4Ma、845±5Ma和846±6Ma，結(jié)合閻國(guó)翰等(2010)的研究成果，可以限定大紅口組火山巖的形成時(shí)代主要在840～860Ma，從而限定欒川群的時(shí)代為新元古代早期(1000～840Ma)。

5.2 華北南緣與北秦嶺新元古代構(gòu)造意義

華北克拉通自～1.85Ga完成最終碰撞拼合，之后經(jīng)歷了四期巖漿活動(dòng)，分別為～1780Ma的熊耳群火山巖和基性巖墻(趙太平等，2002，2004；Pengetal., 2005, 2008; Heetal., 2009; Wangetal., 2010；胡國(guó)輝等, 2010)、1720～1620Ma的非造山巖漿組合(楊進(jìn)輝等, 2005; Zhangetal., 2007; 高維等, 2008; Zhao and Zhou, 2009; 張拴宏等, 2013)、～1320Ma的輝綠巖床(Zhangetal., 2009, 2012a, b, 2017; 李懷坤等, 2009)和～900Ma的鎂鐵質(zhì)巖墻群(Wangetal., 2011; Pengetal., 2014; 翟明國(guó)等，2014；Zhaietal., 2015)。邵濟(jì)安等(2002)認(rèn)為華北克拉通存在1.8～1.7Ga、1.3～1.2Ga和0.8～0.7Ga三次伸展事件，閻國(guó)翰等(2007)提出華北克拉通板內(nèi)拉張性巖漿作用分別與哥倫比亞(Columbia)和羅迪尼亞(Rodinia)超大陸的拉張裂解事件有關(guān)。已有的研究資料表明，華北克拉通古元古代末-中元古代巖漿活動(dòng)的頻率強(qiáng)度大，空間分布廣，但是新元古代巖漿活動(dòng)較為局限，主要分布于華北克拉通東南緣(邵濟(jì)安等，2002; Pengetal., 2011a, b;王清海等，2011; Zhaietal., 2015; Zhangetal., 2016b)，而華北南緣的新元古代巖漿活動(dòng)較少，主要為豫西地區(qū)欒川群大紅口組火山巖和侵入欒川群的輝長(zhǎng)巖等。欒川群大紅口組火山巖高硅(SiO2=60%～67%)、富鉀(K2O=6%～10%)(王躍峰，2000)，與輝長(zhǎng)巖(SiO2=44.8%～50.1%，Wangetal.，2011)構(gòu)成典型的雙峰系列，地球化學(xué)特征均表明其形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境(石銓曾等，1996；王躍峰，2000；Wangetal.，2011)。由于欒川群所處的地理位置的特殊性和復(fù)雜性，其與秦嶺-大別造山帶的構(gòu)造演化關(guān)系密切。

秦嶺造山帶是華北陸塊與揚(yáng)子陸塊之間的匯聚帶，以蛇綠巖、微陸塊和強(qiáng)烈的構(gòu)造推覆為特點(diǎn)，經(jīng)歷了自中元古代以來(lái)多次的板塊碰撞和分離過(guò)程(Meng and Zhang, 2000; 董云鵬等，2003a；包志偉等，2008；Dong and Santosh, 2016)，其內(nèi)部被北部商丹縫合帶和南部勉略縫合帶分割成北秦嶺、南秦嶺和南部揚(yáng)子地塊北緣帶。已有的研究表明，北秦嶺至新元古代早期為一獨(dú)立地體(Dong and Santosh, 2016; Yuetal., 2016; Caoetal., 2017; Shietal., 2018)，在980～900Ma發(fā)生碰撞造山事件(陸松年等，2003；王濤等，2005；丁仨平等，2006；劉會(huì)彬等，2006)，北秦嶺商洛地區(qū)形成于碰撞后構(gòu)造環(huán)境的蔡凹花崗巖體(889±10Ma)，是秦嶺新元古代碰撞造山強(qiáng)烈擠壓之后碰撞階段巖漿作用的產(chǎn)物(張成立等，2004)。包志偉等(2008)通過(guò)總結(jié)秦嶺造山帶新元古代的巖漿活動(dòng)認(rèn)為890～860Ma秦嶺造山帶進(jìn)入碰撞后伸展構(gòu)造演化階段，北秦嶺方城堿性正長(zhǎng)巖(～844Ma)具有板內(nèi)裂谷環(huán)境巖漿巖的地球化學(xué)特征，形成于板內(nèi)非造山構(gòu)造環(huán)境，表明北秦嶺可能在～844Ma已經(jīng)完成了由碰撞后向板內(nèi)非造山拉張構(gòu)造環(huán)境的轉(zhuǎn)變(包志偉等，2008)。北秦嶺860～710Ma的巖漿活動(dòng)記錄較少，主要分布在南秦嶺和揚(yáng)子陸塊周邊地區(qū)，發(fā)育有大量與拉張環(huán)境有關(guān)的雙峰式巖漿活動(dòng)(Lietal., 2002；陸松年等，2003；Lingetal., 2003；李獻(xiàn)華等，2005；Wangetal. 2012)。

前人對(duì)華北克拉通和秦嶺造山帶中-新元古代巖漿活動(dòng)做了大量的研究和對(duì)比，探討兩者的構(gòu)造演化關(guān)系。張本仁等(1998)和董云鵬等(2003a)認(rèn)為北秦嶺于中元古代早期拼接到華北克拉通南緣，在1300～1000Ma發(fā)生擴(kuò)張裂解，形成寬坪裂谷-洋盆構(gòu)造。松樹溝蛇綠巖的存在則表明1000Ma以前華北克拉通和揚(yáng)子克拉通之間存在一洋盆(古秦嶺洋)，全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡(～1030Ma)和Nd模式年齡(1271～1440Ma)限定了古洋盆存在時(shí)限大約為1.0～1.4Ga(董云鵬等，1997，2003b)。秦嶺雜巖中的長(zhǎng)英質(zhì)高壓麻粒巖(礦物對(duì)Sm-Nd等時(shí)線年齡為983±140Ma，李曙光等，1991；劉良等，1996)和大量同碰撞型花崗巖的發(fā)現(xiàn)(裴先治等，1996，2003；陸松年等，2003)表明華北克拉通、北秦嶺和揚(yáng)子克拉通在新元古代早期(1000～900Ma)匯聚靠攏，北秦嶺再次拼貼于華北克拉通南緣(Dong and Santosh, 2016)，可能與Rodinia超大陸聚合的造山過(guò)程有關(guān)(陸松年等, 2003, 2004; Wangetal., 2003, 2013a)。北秦嶺新元古代早期主要有979～911Ma和889～844Ma兩期巖漿活動(dòng)，分別形成于碰撞/同碰撞和碰撞后構(gòu)造背景(Wangetal., 2013b; Dongetal., 2014; Dong and Santosh, 2016)。商洛地區(qū)蔡凹花崗巖體(889±10Ma)表明秦嶺在～ 890Ma由主碰撞擠壓轉(zhuǎn)向后碰撞伸展演化階段(張成立等，2004)。華北南緣形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境的欒川群火山巖(840～860Ma)和輝長(zhǎng)巖(830Ma和849Ma)與北秦嶺形成于板內(nèi)非造山構(gòu)造環(huán)境的方城堿性正長(zhǎng)巖(～844Ma)等巖漿活動(dòng)共同指示了華北南緣與北秦嶺在新元古代早期已經(jīng)碰撞拼合，而在～845Ma均處于板內(nèi)拉張階段。

6 結(jié)論

(1)華北克拉通南緣欒川群大紅口組堿性火山巖以粗面質(zhì)巖石為主，粗面巖主要由鉀長(zhǎng)石和石英組成，高硅富鉀，與侵入到欒川群的輝長(zhǎng)巖構(gòu)成典型的雙峰式巖石組合。

(2)欒川群大紅口組三個(gè)粗面巖樣品的鋯石年齡為840±4Ma、845±5Ma和846±6Ma，結(jié)合已有的欒川群下伏地層最年輕的碎屑鋯石年齡(～1000Ma)，限定欒川群的形成時(shí)代為新元古代早期(1000～840Ma)。

(3)欒川群大紅口組堿性火山巖形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境，與北秦嶺同時(shí)期的巖漿活動(dòng)指示了華北南緣與北秦嶺在～845Ma均處于板內(nèi)拉張階段。

致謝 野外工作和樣品測(cè)試得到了中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所趙太平研究員、河南省地質(zhì)調(diào)查院韓江偉高級(jí)工程師和西北大學(xué)第五春榮教授的大力幫助；王孝磊教授、包志偉研究員、彭頭平研究員、祝禧艷副研究員和周艷艷副研究員對(duì)本文提出了寶貴的修改意見(jiàn)；在此表示衷心感謝！