華北南緣中元古界高山河群 碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)及其地質(zhì)意義*

王 淼 周洪瑞 張 恒

1 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

華北克拉通是全球中—新元古界發(fā)育最好的地區(qū)之一，地層分布廣泛，研究歷史悠久。至20世紀(jì)末，華北克拉通中—新元古界基本地層層序、年代地層框架已經(jīng)建立(邢裕盛，1996；陳晉鑣，1999；項(xiàng)禮文等，1999)。其中燕遼地區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)剖面所在地，研究程度相對(duì)成熟，地層年齡數(shù)據(jù)豐富，而華北克拉通南緣、西南緣等區(qū)域的研究還相對(duì)薄弱，由于缺少古生物化石和同位素年齡資料，導(dǎo)致對(duì)華北克拉通南部中—新元古代地層的具體時(shí)代歸屬以及如何與華北克拉通中—北部地區(qū)進(jìn)行對(duì)比，一直沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)(周洪瑞等，1998；高林志等，2008a，2008b，2009；蘇文博，2014；譚聰?shù)龋?019)。

鋯石是各類巖石中常見的副礦物，在各種外力地質(zhì)作用過程中具有較強(qiáng)的抗風(fēng)化性和抗干擾性；并且鋯石的U-Th-Pb同位素體系具有較高的封閉溫度(Cherniaketal.， 1997；Cherniak and Watson，2001；胡國輝等，2012)，在成巖過程和低級(jí)變質(zhì)作用中能夠保持自身的穩(wěn)定，保留其原始的地質(zhì)信息。因此，在缺乏噴出巖夾層和可靠古生物記錄的地層中，可以根據(jù)單顆最年輕碎屑鋯石的諧和年齡或者同批次多顆最年輕碎屑鋯石組的加權(quán)平均年齡來限制沉積地層的最大沉積年齡。 同時(shí)，根據(jù)大量碎屑鋯石年齡值的統(tǒng)計(jì)分析與鋯石微量元素特征，可以確定沉積地層的物質(zhì)來源、恢復(fù)區(qū)域古地理格局和揭示陸殼演化歷史等(Sircombe and Freeman，1999；Cawood and Nemchin，2001；Wilde，2001)。

文中依據(jù)采集于豫西靈寶福地剖面高山河群碎屑巖樣品，通過碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和鋯石微量元素特征分析，試圖對(duì)豫西地區(qū)中元古代沉積地層的時(shí)代歸屬、物質(zhì)來源、區(qū)域古地理格局和大地構(gòu)造演化歷史等地質(zhì)問題進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖 1 豫西地區(qū)中—新元古界地層分布圖(據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳，1997，有修改)Fig.1 Map showing distribution of the Meso-Neoproterozoic strata in western Henan Province (modified from Henan Bureau of Geology and Mineral Resources, 1997)

華北克拉通構(gòu)造演化復(fù)雜，巖石類型多樣，后期改造強(qiáng)烈，是中國最大最古老的克拉通(Zhai，2011)。研究區(qū)位于華北克拉通南緣的河南省境內(nèi)(圖 1)。河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳(1997)將河南省中—新元古代地層劃分為3個(gè)地層小區(qū)，分別是澠池—確山地層小區(qū)、嵩萁地層小區(qū)和熊耳山地層小區(qū)，其以洛南—欒川—確山—固始深大斷裂帶為界，南側(cè)為揚(yáng)子陸塊邊緣區(qū)。研究區(qū)靈寶福地屬于熊耳山地層小區(qū)，前寒武紀(jì)地層廣泛發(fā)育： 新太古宇—古元古界發(fā)育有TTG片麻巖登封群和太華群；中元古代至新元古代地層自下而上為熊耳群、高山河群、官道口群(包括龍家園組、巡檢司組、杜關(guān)組和馮家灣組)、欒川群(包括白術(shù)溝組、三川組、南泥湖組、煤窯溝組、大紅口組和魚庫組)和陶灣群(包括三岔口組、風(fēng)脈廟組和秋木溝組)。

高山河群創(chuàng)名于洛南縣以北的高山河村，可進(jìn)一步劃分為鱉蓋子組、二道河組和陳家澗組。研究區(qū)的高山河群總厚度為548im，可分為3段： 下部為紫紅色或灰色礫巖、石英砂巖及巖屑石英砂巖，夾粉砂巖、頁巖；中部為紫紅色厚層石英砂巖及鈣質(zhì)石英砂巖，局部夾薄層灰綠色粉砂巖、頁巖；上部為灰白色、灰黃色石英砂巖與粉砂巖、頁巖薄互層。高山河群不整合于熊耳群火山巖之上，與上覆龍家園組呈平行不整合接觸(圖 2-e)。

a—紫紅色巖屑石英砂巖；b—灰紫色粉砂巖；c—巖屑石英砂巖(0730-2)，正交偏光；d—粉砂巖(0730-5)，正交偏光；e—高山河群柱狀圖圖 2 豫西靈寶福地剖面高山河群樣品巖石學(xué)特征和剖面柱狀圖Fig.2 Petrology characteristics of samples and lithological column of the Gaoshanhe Group at Fudi section in Lingbao area of western Henan Province

2 樣品采集與分析

采樣點(diǎn)位于河南省靈寶福地剖面高山河群的下部(圖 1；圖 2-e)。樣品(樣品號(hào)0730-2)采于靈寶福地村大路旁，采樣點(diǎn)坐標(biāo)為N34°20′43.63″，E110°57′46.143″，巖性為紫紅色與棕褐色細(xì)粒巖屑石英砂巖(圖 2-a)。

碎屑顆粒使用偏光顯微鏡柵格結(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)法人工統(tǒng)計(jì)，將粒徑大于50iμm的碎屑顆粒作為骨架成分統(tǒng)計(jì)，小于50iμm的顆粒視為基質(zhì)。為了降低誤差，每個(gè)樣品所統(tǒng)計(jì)的總顆粒數(shù)不少于400。共對(duì)3件高山河群樣品進(jìn)行了碎屑顆粒統(tǒng)計(jì)。

鋯石的分選由河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。鋯石的制靶和透射光及陰極發(fā)光(CL)照相由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量測(cè)試在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室礦床地球化學(xué)微區(qū)分析室完成： 激光剝蝕系統(tǒng)為美國Coherent公司的GeoLasPro193準(zhǔn)分子固體進(jìn)樣系統(tǒng)，ICP-MS為美國ThermoFisher公司的XSeries2型四極桿等離子體質(zhì)譜。測(cè)試過程中，激光束斑直徑為32iμm，頻率為6 Hz。測(cè)試完成后，采用Andersen(2002)方法(ComPbCorr#3-151程序)進(jìn)行普通鉛校正，所得數(shù)據(jù)通過軟件ICPMSDataCal(Liuetal.， 2010)進(jìn)行后期處理，年齡計(jì)算和諧和圖的繪制采用Isoplot3.0完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同Pei等(2017)。文中將諧和度大于90%的分析點(diǎn)視為諧和年齡，加權(quán)平均年齡計(jì)算和年齡頻譜圖繪制只采用具有諧和年齡的鋯石。由于本次研究的地層年齡大于1000iMa，因此諧和年齡采用207Pb/206Pb 年齡。

3 分析結(jié)果

3.1 巖石學(xué)特征

高山河群細(xì)粒巖屑石英砂巖(樣品號(hào)0730-2)主要由石英組成，含量為86%；長(zhǎng)石與巖屑含量相對(duì)較少，分別為4%與10%；雜基含量較少，且部分被方解石交代。碎屑顆粒粒徑為0.25～0.05imm，磨圓度較好，呈次圓狀，分選中等。鈣質(zhì)與硅質(zhì)膠結(jié)，硅質(zhì)膠結(jié)物次生加大于石英顆粒之上，致使磨圓較好的原始石英顆粒因次生加大作用而呈假的“棱角狀與次棱角狀”(圖 2-c左下角附圖)。高山河群粉砂巖(樣品號(hào)0730-5)呈灰紫色(圖 2-b)，石英含量約占70%，長(zhǎng)石含量3%，巖屑含量13%；顆粒磨圓度較好，呈次圓狀與次棱角狀，碎屑顆粒分選好。富含呈層分布的有機(jī)質(zhì)(圖 2-d)。

綜上所述： 研究剖面的高山河群巖屑石英砂巖與粉砂巖碎屑顆粒分選性好，磨圓度較高，多呈次圓狀，說明沉積物是經(jīng)過一定距離的搬運(yùn)后在較強(qiáng)的水動(dòng)力環(huán)境下沉積而成。

3.2 碎屑鋯石U-Pb年齡特征

a—CL 圖像及測(cè)年數(shù)據(jù)；b—Th/U-年齡圖；c—U-Pb 年齡諧和曲線圖；d—年齡頻率分布直方圖圖 3 豫西靈寶福地剖面高山河群巖屑石英砂巖(樣品0730-2)碎屑鋯石測(cè)年圖解Fig.3 Dating results of lithic quartz sandstone(sample No.0730-2)from the Gaoshanhe Group at Fudi section in Lingbao area of western Henan Province

對(duì)高山河群細(xì)粒巖屑石英砂巖樣品(樣品號(hào)0730-2)的82顆碎屑鋯石進(jìn)行了U-Pb年代學(xué)測(cè)試，共有76顆得到了比較諧和的年齡。鋯石多以無色、淡棕色為主，大小不等，粒徑最小為85iμm，最大達(dá)到230iμm，大多數(shù)介于90～180iμm之間；形狀多以短柱狀為主，少部分為長(zhǎng)柱狀，偶見碎片與不規(guī)則狀，外形多呈圓狀和次圓狀(圖 3-a)。陰極發(fā)光(CL)影像顯示鋯石形態(tài)主要有3類： (1)鋯石顆粒發(fā)育密集清晰的振蕩環(huán)帶，表明具有巖漿鋯石的性質(zhì)(點(diǎn)7、63、68、80)；(2)鋯石內(nèi)部均一，無明顯結(jié)構(gòu)，屬于變質(zhì)成因的鋯石(點(diǎn)12、26)；(3)鋯石顯示核邊結(jié)構(gòu)，核部具均一或者振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，邊部出現(xiàn)亮黑色狹窄的增生邊(點(diǎn)20、53)，暗示了不同成因鋯石的后期生長(zhǎng)，但大多增生邊由于寬度太窄，難以進(jìn)行測(cè)試，所以分析點(diǎn)選取該類鋯石顆粒的核部。筆者采集的樣品中，巖漿鋯石占多數(shù)，變質(zhì)成因鋯石其次，不同成因鋯石極少。

諧和鋯石的Th和U含量分別為20～278 μg/g和31～403 μg/g(表 1)，Th/U值變化范圍為0.13～1.25(圖 3-b；表 1)。Th/U值小于0.4的鋯石共有18顆，約占到全體分析點(diǎn)的26%，其中有14顆鋯石的陰極發(fā)光(CL)影像顯示鋯石內(nèi)部均一，無明顯的結(jié)構(gòu)，指示為變質(zhì)鋯石成因。這18顆鋯石的207Pb/206Pb 年齡主要集中于1850iMa左右與2400—2600iMa這2個(gè)年齡區(qū)段(圖 3-b)，可以推測(cè)這2個(gè)年齡段所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)期均可能發(fā)生強(qiáng)烈的變質(zhì)作用(由后文分析可知，該2個(gè)時(shí)間段分別對(duì)應(yīng)于華北克拉通的大規(guī)模陸殼增生地質(zhì)事件和碰撞造山地質(zhì)事件)。

在分析的82個(gè)點(diǎn)中，大部分測(cè)點(diǎn)落在諧和曲線上或者附近，只有少數(shù)點(diǎn)遠(yuǎn)離諧和曲線(圖 3-c)。剔除諧和度在90%以下的6個(gè)點(diǎn)(19、21、30、48、61、72)，對(duì)剩下的76個(gè)點(diǎn)進(jìn)行年齡統(tǒng)計(jì)。鋯石的207Pb/206Pb 年齡介于1685—2751iMa之間，可以分為4個(gè)年齡段： 1685—936iMa(n=21)、2118—2195iMa(n=8)、2279—2301iMa(n=3)、2412—2580iMa(n=30)。對(duì)應(yīng)年齡頻率圖中形成4個(gè)年齡主峰(圖 3-d)，根據(jù)加權(quán)平均求得這些年齡主峰值分別為： 1845±20iMa(MSWD=1.10，n=21)；2153±30iMa(MSWD=0.45，n=8)；2292±45iMa(MSWD=0.105，n=3)；2495±18iMa(MSWD=1.3，n=30)。其中1685—1936iMa(n=21)年齡段中除了有1845±20iMa的年齡加權(quán)平均主峰值外，還有1個(gè)次一級(jí)的年齡峰，峰值為1749±55iMa(MSWD=0.0094，n=3)；而單顆年齡最小的碎屑鋯石207Pb/206Pb 年齡值為1685±39iMa。

a—豫西高山河群與云夢(mèng)山組碎屑鋯石年齡頻率對(duì)比圖；b—高山河群鋯石年齡區(qū)間分布圖；c—云夢(mèng)山組鋯石年齡區(qū)間分布圖圖 4 豫西高山河群與云夢(mèng)山組碎屑鋯石年齡及其分布區(qū)間對(duì)比Fig.4 Ages and distribution comparison diagram of detrital zircons between the Yunmengshan Formation and the Gaoshanhe Group in western Henan Province

4 討論

4.1 物源區(qū)分析

高山河群碎屑鋯石年齡可分為4組。

1)2700iMa左右的碎屑鋯石。該時(shí)期的碎屑鋯石在高山河群所占比例較少，僅占到總數(shù)的6%(圖 4-b)。該時(shí)期被認(rèn)為是華北克拉發(fā)生大規(guī)模陸殼生長(zhǎng)的時(shí)期(Wuetal.， 2005；胡波等，2013)，在華北克拉通中出現(xiàn)的該時(shí)期地質(zhì)體相對(duì)比較有限，但在阜平、五臺(tái)、魯西、河南魯山等地區(qū)廣泛發(fā)育TTG質(zhì)片麻巖、基性火山巖以及少量表殼巖石(第五春榮等，2008)。高山河群2700iMa年齡段的碎屑鋯石可能是對(duì)這次大規(guī)模陸殼生長(zhǎng)地質(zhì)事件的反映。

2)2500iMa左右的碎屑鋯石。該時(shí)期碎屑鋯石數(shù)量占39%(圖 4-b)，是最為聚集的年齡區(qū)段，指示高山河群的物源區(qū)主要以2500iMa左右的地質(zhì)體為主。該時(shí)期的巖石記錄在華北克拉通廣泛存在，占到整個(gè)太古代出露基底的85%，主要為TTG質(zhì)片麻巖、殼源花崗巖以及少量的表殼巖石(第五春榮等，2008)。2500iMa是華北克拉通發(fā)生陸殼增生及克拉通化的重要時(shí)期，且該次地質(zhì)事件不是孤立的，而是與瑞芬、北美及其他相鄰大陸克拉通相關(guān)的全球范圍的重大地質(zhì)事件(翟明國，2010)。在豫西嵩山地區(qū)發(fā)現(xiàn)較多的該時(shí)期地質(zhì)體，如嵩山地區(qū)分布的嵩山群石英巖和路家溝鉀長(zhǎng)花崗巖都可以為高山河群提供沉積物質(zhì)(胡國輝等，2012)。

3)2400—2000iMa的碎屑鋯石。該時(shí)期的鋯石呈現(xiàn)雙峰的形式(圖 3-d)，集中于2000—2200iMa與2200—2400iMa這2個(gè)年齡區(qū)間，分別占到總體的16%與8%。在該時(shí)期，華北克拉通經(jīng)歷了1次陸內(nèi)拉伸裂谷事件，并在華北北緣、東緣和中部形成了豐鎮(zhèn)、膠遼和晉豫3個(gè)裂谷帶(翟明國等，2004；Zhaietal.， 2010)。已有該時(shí)期具有伸展性質(zhì)的基性巖墻、裂谷型火山巖和殼源A型花崗巖的報(bào)道(Pengetal.， 2005；Wilde and Zhao，2005；胡波等，2013)。該時(shí)期的地質(zhì)體在華北南緣周邊地區(qū)發(fā)現(xiàn)較多，如太華群變質(zhì)的中—基性火山巖、魯山和中條山地區(qū)的花崗巖等大量2100iMa左右的地質(zhì)體(胡國輝等，2012；李猛等，2013)，它們都可以成為高山河群的物質(zhì)源區(qū)。

4)1950—1700iMa的碎屑鋯石。在豐鎮(zhèn)、膠遼和晉豫3個(gè)裂谷帶形成之后的1950—1800iMa，這些裂谷帶又發(fā)生碰撞造山，被稱為豐鎮(zhèn)、膠遼和晉豫活動(dòng)帶(翟明國等，2004；翟明國和彭澎，2007；Zhaietal.， 2010；Zhai，2011)。在1950—1800iMa，華北克拉通發(fā)生的大規(guī)模變質(zhì)事件及與變質(zhì)作用有關(guān)的花崗巖和偉晶巖脈的侵入，是對(duì)該碰撞造山作用的指示(胡波等，2013)。該時(shí)期碎屑鋯石在高山河群所占比例也較為顯著，達(dá)到31%(圖 4-b)，表明高山河群的源區(qū)物質(zhì)同樣也以1950—1700iMa左右的地質(zhì)體為主。

高山河群與汝陽群均不整合于熊耳群之上，且在高山河群底部和汝陽群底部的云夢(mèng)山組中均夾有1層與熊耳群巖性相似的火山巖夾層，可以推測(cè)高山河群和汝陽群云夢(mèng)山組為等時(shí)地層。為了了解沉積盆地該時(shí)期的構(gòu)造古地理特征，選取“同時(shí)異位”的靈寶福地剖面的高山河群與魯山下湯剖面的云夢(mèng)山組進(jìn)行碎屑鋯石年齡頻率對(duì)比。由年齡頻率對(duì)比圖(圖 4-a)可以看出： (1)高山河群與云夢(mèng)山組具有相似的年齡譜，都具有1850iMa左右、2300iMa左右和2500iMa左右的3個(gè)明顯的年齡峰，但3個(gè)年齡峰在高山河群與云夢(mèng)山組中所占比重卻有著明顯的差異，2500iMa年齡峰鋯石的百分含量在高山河群比云夢(mèng)山組顯著增多，而1850iMa年齡峰鋯石的百分含量則相對(duì)減少。(2)2150iMa年齡譜峰只在高山河群出現(xiàn)，而云夢(mèng)山組未顯示該年齡峰。

在豫西嵩山地區(qū)發(fā)現(xiàn)較多的2500iMa的地質(zhì)體，如嵩山地區(qū)分布的嵩山群石英巖、路家溝鉀長(zhǎng)花崗巖和魯山耐莊巖組片麻巖(胡國輝等，2012)，但在高山河群與云夢(mèng)山組碎屑鋯石年齡頻率對(duì)比圖(圖 4-a)中，離嵩山地區(qū)較近的魯山下湯剖面的云夢(mèng)山組中年齡2500iMa鋯石百分含量少，反而遠(yuǎn)離嵩山地區(qū)的靈寶福地剖面高山河群中年齡2500iMa的鋯石百分含量較多，故可以推測(cè)豫西地區(qū)不僅在東北部的嵩山地區(qū)存在2500iMa的地質(zhì)體，還應(yīng)在豫西地區(qū)的西側(cè)存在2500iMa的地質(zhì)體，后者以往的報(bào)道較少。

Belousova等(2002)對(duì)不同成因巖漿巖中鋯石的微量元素含量進(jìn)行分析，用鋯石微量元素的二維密度分布投影構(gòu)建了巖性判別圖解。對(duì)高山河群唯一顯示2170iMa峰值年齡段的鋯石微量元素進(jìn)行投影(圖 5)，可知2170iMa峰值年齡段的鋯石在圖 5-a主要落在基性巖與正長(zhǎng)偉晶巖中；圖 5-b中只有部分落在了巖性判別區(qū)域內(nèi)，但總體趨勢(shì)是遠(yuǎn)離花崗巖類；在圖 5-c中同樣只有部分落在了巖性判別區(qū)域內(nèi)，總體趨勢(shì)也是遠(yuǎn)離花崗巖類；在圖 5-d中則主要落在金伯利巖與碳酸巖中，部分落在基性巖的周邊。因此，推斷2170iMa峰值年齡段的鋯石主要來自中—基性的巖漿巖。根據(jù)前文述及的 2300—2000iMa 的碎屑鋯石在華北南緣的分布特征，表明 2170iMa峰值年齡段的鋯石源區(qū)可能主要對(duì)應(yīng)于華北南緣發(fā)育的太華群變質(zhì)的中—基性火山巖。

花崗巖類中： 1—細(xì)晶巖；2—淺色花崗巖；3—花崗閃長(zhǎng)巖和英云閃長(zhǎng)巖圖 5 豫西靈寶福地剖面高山河群2170iMa年齡段碎屑鋯石微量元素巖性判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn) Belousova et al.， 2002)Fig.5 Detrital zircons lithological discrimination diagrams of trace elements of 2170iMa age group from the Gaoshanhe Group at Fudi section in Lingbao area of western Henan Province(base maps after Belousova et al.， 2002)

4.2 地層時(shí)代歸屬

前人曾依據(jù)在河南省靈寶朱陽鎮(zhèn)侵入到高山河群的小河花崗巖巖體K-Ar法全巖年齡值868iMa(胡云緒和付嘉媛，1982)與陜西省洛南高山河群絹云母板巖Rb-Sr等時(shí)線年齡1394iMa(李欽仲等，1985)，將高山河群的形成時(shí)代劃分在900—1400iMa范圍內(nèi)，屬中元古代“傳統(tǒng)”的薊縣紀(jì)。受早期測(cè)年方法局限性的限制，前人在高山河群獲得的同位素年齡的可信度已受到質(zhì)疑。蘇文博等(2012)、汪校鋒(2015)、李承東等(2017)和彭楠等(2018)在與高山河群相對(duì)應(yīng)的汝陽群之上的洛峪口組凝灰?guī)r中測(cè)得鋯石U-Pb年齡分別為1611±8iMa、1640±16iMa、1638±10iMa和1639±3iMa(表 2)。這一精確的年齡值將原先廣泛認(rèn)為的中元古界薊縣系汝陽群的時(shí)代推至中元古代長(zhǎng)城紀(jì)，顛覆了前人對(duì)該地區(qū)的諸多認(rèn)識(shí)(李猛等，2013)，因此再將與汝陽群對(duì)應(yīng)的高山河群歸于中元古代“傳統(tǒng)”的薊縣紀(jì)就顯得不盡合理。

表 2 華北克拉通中—新元古代地層劃分對(duì)比表
Table 2 Comparison chart of the Meso-Neoproterozoic strata of the North China Craton

碎屑鋯石是源區(qū)巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)之后沉積在相鄰盆地地層中的，因而沉積地層的沉積年齡不可能大于沉積地層中最年輕碎屑鋯石的年齡值，即最年輕碎屑鋯石的年齡值可以為地層沉積的最大年齡提供約束(張航川等，2018)。筆者通過對(duì)高山河群底部的巖屑石英砂巖碎屑鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb年齡測(cè)定，在高山河群獲得年齡最小的單顆碎屑鋯石207Pb/206Pb 年齡為1685±39iMa。譚聰?shù)?2019)在甘肅省華亭縣馬峽鎮(zhèn)高山群底部獲得鋯石U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)中207Pb/206Pb 年齡最小的一組鋯石共有6顆，其207Pb/206Pb 年齡加權(quán)平均值為1680±55iMa(MSWD=0.066，n=6)(圖 6-a)。筆者在河南省魯山縣大黑潭溝剖面獲得與高山河群相對(duì)應(yīng)的汝陽群底部云夢(mèng)山組碎屑鋯石年齡最小的一組共4顆，其207Pb/206Pb 年齡加權(quán)平均值為1658±63iMa(MSWD=0.064n=4)(王淼等，2020)(圖 6-b)。同時(shí)結(jié)合高山河群不整合覆蓋在熊耳群之上，新的定年結(jié)果顯示熊耳群形成于古元古代1800—1750iMa(趙太平等，2004，2007)。從而限制了高山河群最早的沉積年齡應(yīng)不早于1700iMa。根據(jù)張恒等(2019)在河南省欒川九里溝—三川剖面龍家園組底部凝灰?guī)r中獲得的鋯石U-Pb同位素年齡1594±12iMa(表 2)，筆者推斷豫西地區(qū)高山河群形成時(shí)限可能為1600—1700iMa，對(duì)應(yīng)于中元古代長(zhǎng)城紀(jì)的中晚期(屬國際地層年表的“固結(jié)紀(jì)”)。值得注意的是， 華北板塊北部燕遼地區(qū)的薊縣剖面長(zhǎng)城系底部的常州溝組底界年齡小于1673iMa(李懷坤等，2011)，與文中獲得的高山河群最大底界年齡1685iMa大致相同，因此華北板塊北部燕遼地區(qū)與華北板塊南部豫西地區(qū)在長(zhǎng)城紀(jì)沉積地層的底界年齡具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表 2)。

圖 6 甘肅華亭縣高山河群最年輕6顆鋯石年齡加權(quán)平均圖(a)和豫西魯山縣云夢(mèng)山組 最年輕4顆鋯石年齡加權(quán)平均圖(b)(數(shù)據(jù)據(jù)譚聰?shù)龋?019；王淼等，2020)Fig.6 Diagrams of weighted average age of the youngest zircons of the Gaoshanhe Group in Huating County, Gansu Province (a) and the Yunmengshan Formation in Lushan County, western Henan Province(b)(Data after Tan et al.， 2019;Wang et al.， 2020)

4.3 早期生命演化研究

20世紀(jì)80年代，胡云緒和付嘉媛(1982)在陜西洛南縣石門至陳耳溝一帶的高山河群中發(fā)現(xiàn)豐富的微古植物群，其以個(gè)體大、紋飾復(fù)雜、具核和規(guī)則網(wǎng)的較高級(jí)類型相伴出現(xiàn)為特征，表明高山河群沉積時(shí)期真核生物已相當(dāng)繁盛。李文厚(1987)在陜西洛南縣北部高山河村的高山河群下部地層中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量豐富的可能蠕形動(dòng)物實(shí)體化石和遺跡化石，這可能是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最古老的后生動(dòng)物實(shí)體化石。華洪等(1995)在該高山河村遺跡化石中發(fā)現(xiàn)新的遺跡類型—犁溝跡，證實(shí)了中元古代已經(jīng)出現(xiàn)了可能的原始節(jié)肢動(dòng)物。然而限于當(dāng)時(shí)缺乏精確的同位素測(cè)年資料，對(duì)在高山河群發(fā)現(xiàn)的微古植物群和可能蠕形動(dòng)物的出現(xiàn)時(shí)代未達(dá)到明確的認(rèn)識(shí)。然而，隨著目前洛峪口組和龍家園組時(shí)代的精確測(cè)定，加之本文對(duì)高山河群形成時(shí)代的限定，表明高山河群中形態(tài)復(fù)雜的真核生物群應(yīng)形成于1594—1685iMa，即中元古代長(zhǎng)城紀(jì)的中晚期。把過去一些一直認(rèn)為僅屬于新元古代的真核生物群出現(xiàn)的時(shí)代向前推移到1.6iGa之前，并且高山河群中的真核生物個(gè)體大、形態(tài)復(fù)雜，是進(jìn)化到較高級(jí)類型的微化石群體，因此完全可以推測(cè)，在更古老的地層中應(yīng)有更原始的微體化石出現(xiàn)。如果能在進(jìn)一步的深入研究中有所斬獲的話，這不僅對(duì)前寒武紀(jì)地層的時(shí)代劃分和沉積環(huán)境的確定有著重要的實(shí)際價(jià)值，而且對(duì)于探討地球上生命的起源和演化有著極其重要的意義。

4.4 地層形成環(huán)境與大地構(gòu)造意義

①：0730-1；②：0730-3；③：0730-4圖 7 豫西靈寶福地剖面高山河群砂巖粒度概率累積圖Fig.7 Cumulative probability diagram of sandstone from the Gaoshanhe Group at Fudi section in Lingbao area of western Henan Province

圖 8 豫西靈寶福地剖面高山河群K2O/Na2O-SiO2 構(gòu)造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)Roser和Korsch，1986； 數(shù)據(jù)部分據(jù)胡國輝等，2012)Fig.8 Discrimination plot of various tectonic settings in line with K2O/Na2O-SiO2 of sandstone from the Gaoshanhe Group at Fudi section in Lingbao area of western Henan Province(base map after Roser and Korsch，1986;data partly after Hu et al.， 2012)

高山河群巖屑石英砂巖中碎屑顆粒分選性好，磨圓度較高，多呈次圓狀，在沉積地層中可見沖洗交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理及對(duì)稱波痕。在粒度概率累積圖(圖 7)中： 高山河群0730-1由跳躍和懸浮2個(gè)次總體組成，缺乏牽引總體；以跳躍總體為主，占95%～97%，分選好，且跳躍總體存在“雙跳躍”現(xiàn)象；“T”截點(diǎn)為突變，反映海岸環(huán)境前濱亞相雙向水流的沉積特征。0730-3與0730-4樣品主要由跳躍和懸浮2個(gè)次總體組成，牽引總體含量較少，以跳躍總體為主，占89%～91%，且分選好，“S”與“T”截點(diǎn)均為突變，指示海岸環(huán)境臨濱亞相沿岸砂壩的沉積特征。因此，高山河群沉積環(huán)境為濱淺海。

構(gòu)造環(huán)境不僅可以控制沉積巖的物質(zhì)來源，而且也決定了沉積巖化學(xué)物質(zhì)從風(fēng)化剝蝕到固結(jié)成巖過程中在地表的相對(duì)停留時(shí)間，進(jìn)而決定了化學(xué)元素的分餾程度，因此分析保存在沉積巖中的地球化學(xué)特征已成為判別大地構(gòu)造背景的有效途徑。利用Roser和Korsch(1986)的砂巖K2O/Na2O-SiO2構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖 8)，推測(cè)高山河群沉積時(shí)期構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)。

綜上，高山河群代表被動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)的濱淺海沉積。

綜上，根據(jù)熊耳群火山巖及其對(duì)應(yīng)鋯石的地球化學(xué)特征和熊耳期盆地動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，并結(jié)合高山河群沉積相特征和沉積盆地構(gòu)造屬性，認(rèn)為熊耳群形成于與“島弧”共生的拉張性質(zhì)的弧后盆地，其上覆的高山河群為弧后盆地靠近大陸一側(cè)的具有被動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)的濱淺海沉積。

5 結(jié)論

1)通過對(duì)豫西靈寶福地地區(qū)高山河群碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素年代學(xué)研究，獲得的年齡最小(年輕)單顆碎屑鋯石年齡值為1685±39iMa，從而限制了高山河群最早沉積年齡不早于1700iMa。結(jié)合洛峪口組(1611—1640iMa)和覆蓋在高山河群之上的龍家園組年代學(xué)標(biāo)定(1581±14iMa)，表明高山河群的形成時(shí)限可能為1700—1600iMa，對(duì)應(yīng)于中元古代長(zhǎng)城紀(jì)中晚期，屬國際地質(zhì)年表的“固結(jié)紀(jì)”。

2)高山河群中碎屑鋯石年齡頻譜圖中的年齡峰值1845iMa、2153iMa、2292iMa和2495iMa對(duì)應(yīng)華北克拉通古元古代重要的地質(zhì)事件發(fā)生的時(shí)間，這些重要地質(zhì)事件所形成的地質(zhì)體為高山河群提供碎屑物質(zhì)，其中1850iMa和2500iMa峰值年齡段的地質(zhì)體為高山河群的主要物源區(qū)。靈寶福地剖面高山河群比魯山下湯剖面云夢(mèng)山組具有更多2500iMa年齡區(qū)段的鋯石含量，表明在豫西地區(qū)的西側(cè)存在以往報(bào)道較少的2500iMa的地質(zhì)體。只在高山河群出現(xiàn)的2153iMa峰值年齡段地質(zhì)體可能對(duì)應(yīng)于太華群變質(zhì)的中—基性火山巖。

3)高山河群中個(gè)體大、形態(tài)復(fù)雜的真核生物群形成于1638—1685iMa，而更原始的真核生物可能出現(xiàn)在更古老的地層中，因此對(duì)其進(jìn)一步深入研究，對(duì)探討地球上生命的起源和演化有著極其重要的意義。

4)根據(jù)熊耳群火山巖及其對(duì)應(yīng)鋯石的地球化學(xué)特征和熊耳期盆地動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，并結(jié)合高山河群沉積相特征和沉積盆地構(gòu)造屬性，認(rèn)為熊耳群形成于與“島弧”共生的拉張性質(zhì)的弧后盆地地區(qū)，而其上覆的高山河群為弧后盆地靠近大陸一側(cè)的具有被動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)的濱淺海沉積。