內(nèi)蒙古商都地區(qū)白云鄂博群尖山組碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究：對華北克拉通西部陸塊北緣前寒武紀(jì)地殼演化的制約*

李長海 劉正宏 趙慶英 徐仲元 石強(qiáng) 王師捷 陳煜嵩

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 1300612.吉林大學(xué)自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130061

鋯石具有較高的穩(wěn)定性和抗風(fēng)化性，是沉積地層中常見的重礦物。近年來，碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究在確定地層最大沉積時(shí)代及其物源等方面發(fā)揮了越來越重要的作用 (Fedoetal.，2003；Liuetal.，2018b)。同時(shí)，鋯石U-Pb年代學(xué)與原位Hf同位素分析的結(jié)合也成為示蹤鋯石源區(qū)、了解區(qū)域地殼演化與生長歷史的重要手段 (Gerdes and Zeh，2006；Hawkesworth and Kemp，2006；Zehetal.，2007；Wanetal.，2011；Matteinietal.，2012；Liuetal.，2017a，2018a,b；Priyatkinaetal.，2020；Wangetal.，2020)。

地球早前寒武紀(jì)地殼生長過程一直是人們研究早期地球演化的核心問題。地球上前寒武紀(jì)地殼生長的峰期可能主要集中在3.6Ga、2.7Ga和1.8Ga (McCulloch and Bennett，1994)，但也有學(xué)者認(rèn)為2.7Ga、1.9Ga和1.2Ga是全球大陸地殼的主要生長時(shí)間 (Condie，1998，2000)。其中2.7Ga的構(gòu)造熱事件在全球主要克拉通上均有發(fā)現(xiàn)，代表了一次主要的地殼生長事件，表現(xiàn)為TTG巖系(英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖)和火山巖的形成。比如加拿大蘇必利爾地區(qū)(Mortensen，1993a，b；Beakhouseetal.，1999；Percivaletal.，2001；Percival and Helmstaedt，2004)、西加拿大地盾(Sandemanetal.，2006)、波羅的地盾(Bibikovaetal.，2001，2005；Halla，2005；Samsonovetal.，2005)、西格陵蘭克拉通南部 (Thrane，2002；Steenfeltetal.，2005)、南非和津巴布韋克拉通(Kr?neretal.，1999；Poujoletal.，2003；Hofmannetal.，2004)以及西澳大利亞的Pilbara和Yilgarn 克拉通等(Batemanetal.，2001；Blake，2001)都記錄有2.7Ga的構(gòu)造熱事件。

華北克拉通經(jīng)歷了漫長而復(fù)雜的演化歷史，在鞍山、冀東、遼北等地的基底巖石中保存著年齡為3.0～3.8Ga的古老巖石，表明古陸核的存在(Liuetal.，1992，2017b；Wuetal.，2008；萬渝生等，2009)，中新太古代以這些古陸核為中心發(fā)生巨量陸殼增生形成微古陸塊。華北克拉通被認(rèn)為由數(shù)個(gè)微古陸塊碰撞拼合而成并廣泛分布有～2.5Ga的構(gòu)造熱事件(Zhaietal.，2000；Zhai，2011)，在遼西、吉南、魯西、冀東、河北阜平、山西五臺山以及內(nèi)蒙古固陽、大青山等地區(qū)都有這期巖漿活動(dòng)的記錄(Dongetal.，2012；任鵬等，2015；徐仲元等，2015；李鵬川等，2016，2018；Lietal.，2019b)。與世界其他主要克拉通不同，華北克拉通內(nèi)～2.7Ga的巖漿活動(dòng)只有零星記錄，主要分布在膠東、魯西、霍邱、贊皇、左權(quán)、武川-固陽等地(董曉杰等，2012；Wanetal.，2014；宋會(huì)俠等，2018；肖玲玲等，2019)。全巖Nd同位素和鋯石Lu-Hf同位素的研究表明，華北克拉通新太古代晚期的巖石可能來自于中太古代晚期到新太古代早期地殼再循環(huán)，即強(qiáng)烈的～2.5Ga構(gòu)造熱事件使～2.7Ga的地殼巖石發(fā)生再循環(huán)而保留較少(Zhai，2011，2013，2014；Wanetal.，2014)。因此，華北克拉通上應(yīng)該也存在～2.7Ga和～2.5Ga兩次地殼生長事件，而～2.5Ga的構(gòu)造熱事件不僅代表了華北克拉通一次重要的地殼生長過程(Wanetal.，2014)，同時(shí)也標(biāo)志著第一次克拉通化完成(Zhai，2011，2014)。除了這兩次主要的地殼生長過程，華北克拉通前寒武紀(jì)是否存在其他階段的地殼生長過程仍需要進(jìn)一步探討。

白云鄂博群是華北克拉通北緣分布的一套中新元古代沉積地層，前人對其進(jìn)行了大量的碎屑鋯石U-Pb定年工作，并對白云鄂博群的物源和沉積時(shí)限等問題進(jìn)行了較深入的研究(馬銘株等，2014；Zhongetal.，2015；Liuetal.，2017a；Lietal.，2019a)。作為華北克拉通北緣結(jié)晶基底上最古老的沉積蓋層，白云鄂博群中的碎屑鋯石記錄了豐富的基底巖石信息，對這些碎屑鋯石的年代學(xué)和Hf同位素研究，可以為該地區(qū)前寒武紀(jì)的地殼生長過程提供很好的制約。本文以白云鄂博群底部尖山組為研究對象，利用碎屑鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析，對該地層的沉積時(shí)限及物源區(qū)進(jìn)行了限定，并綜合前人研究對華北克拉通西部陸塊北緣前寒武紀(jì)地殼生長過程進(jìn)行了探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一(Zhai，2013，2014)，一般認(rèn)為它由東部陸塊和西部陸塊在約1.85Ga時(shí)沿中部造山帶拼合而成(Zhaoetal.，2000，2004，2008，2011，2012)(圖1a)。1.80Ga開始華北克拉通經(jīng)歷了廣泛伸展過程，代表性的巖漿活動(dòng)包括1.78Ga基性巖墻群和熊耳火山巖系(Pengetal.，2007；趙太平等，2007；Peng，2015)以及1.72～1.62Ga的非造山型巖漿巖活動(dòng)(趙太平等，2004，2007;Zhangetal.，2007;Zhao and Zhou，2009)。上述巖漿活動(dòng)表明華北克拉通在中元古代經(jīng)歷了持續(xù)裂解過程(Luetal.，2002；Zhai and Liu，2003；Zhangetal.，2007；Zhai，2011；Zhai and Santosh，2011;Zhaietal.，2015)。在這一裂解過程中，華北克拉通東部、北緣和南部分別形成了燕遼裂陷槽(Luetal.，2008；Lietal.，2013)、狼山-渣爾泰山-白云鄂博裂谷系(Liuetal.，2014，2018b；Zhongetal.，2015)以及熊耳裂陷槽(Zhaoetal.，2003，2004)。

圖1 華北克拉通(NCC)前寒武紀(jì)基底構(gòu)造劃分(a，據(jù)Zhao et al.，2006，2012；劉超輝和劉福來，2015修改)及商都地區(qū)地質(zhì)簡圖(b，據(jù) Li et al.，2019a)Fig.1 The Precambrian tectonic division of the North China Craton (NCC) (a,modified after Zhao et al.，2006，2012;Liu and Liu,2015) and geological sketch map of Shangdu area (b,modified after Li et al.，2019a)

狼山-渣爾泰山-白云鄂博裂陷槽位于華北克拉通北緣中部，根據(jù)同位素年代學(xué)證據(jù)，該裂陷槽形成于中新元古代，該裂陷槽與燕遼、熊耳裂陷槽一起，可能為哥倫比亞超大陸裂解在華北克拉通上的響應(yīng)(Zhaoetal.，2004)。狼山-渣爾泰山-白云鄂博群裂陷槽中沉積有狼山群、渣爾泰山群、化德群和白云鄂博群。狼山群位于裂陷槽西側(cè)，主要由二云母石英片巖、角閃大理巖、變質(zhì)砂巖、云母石英片巖、結(jié)晶灰?guī)r、碳質(zhì)絹云母石英千枚巖等組成(Huetal.，2014)，該地層中較年輕的碎屑鋯石年齡峰值為1187～810Ma?；谠摰貙又邪l(fā)現(xiàn)的～804Ma和～817Ma的變質(zhì)酸性火山巖，狼山群被認(rèn)為是新元古代裂谷中沉積物，而不同于渣爾泰山-白云鄂博裂谷系中的沉積地層 (Huetal.，2015)。渣爾泰山群分布在內(nèi)蒙古中部陰山山脈中段的渣爾泰山地區(qū)，東至察哈爾右翼中旗紅召鄉(xiāng)紅通巷 (舊稱馬家店群)，西至阿拉善左旗敖倫布拉格蘇木東北的巴彥哈拉南 (劉超輝和劉福來，2015)。渣爾泰山群主要由淺變質(zhì)沉積巖組成，包括變礫巖、含礫長石石英砂巖、石英巖、白云巖、千枚巖和炭質(zhì)千枚巖等(Lietal.，2007)，自下而上該群可劃分為書記溝組、增隆昌組、阿古魯溝組和劉鴻灣組。書記溝組基性火山巖夾層鋯石U-Pb年齡為1743±7Ma，表明渣爾泰山群沉積早于這一時(shí)間(Lietal.，2007)。渣爾泰山群中碎屑鋯石年齡主要集中于1.8～1.9Ga和2.5Ga，從沉積序列上可將其與燕遼裂陷槽長城系進(jìn)行對比(公王斌等，2016)。但也有學(xué)者提出渣爾泰山群物源主要來自華北克拉通內(nèi)部，根據(jù)碎屑鋯石年齡特征便將其與長城系完全對比是不恰當(dāng)?shù)?Liuetal.，2018b)。位于渣爾泰山群東側(cè)的化德群主要分布在化德、商都、康保和太仆寺旗一帶，總體上呈北東東向分布(劉超輝和劉福來，2015)，是一套淺變質(zhì)或未變質(zhì)的沉積巖系，主要由砂巖、雜砂巖、長石砂巖、泥質(zhì)巖、鈣硅酸鹽巖和灰?guī)r等組成，有些經(jīng)歷了低級變質(zhì)作用而成為石英巖、片巖、千枚巖、板巖、透輝巖和大理巖，部分層位含有低品位赤鐵礦和褐鐵礦(胡波等，2009)。化德群中碎屑鋯石主要有2530Ma、1837Ma、1718Ma、1575Ma、1508Ma和1360Ma等幾個(gè)年齡峰值(胡波等，2009；Liuetal.，2014)，其頂部三夏天組可與白云鄂博群白音寶拉格組、渣爾泰山群劉洪灣組和燕山地區(qū)薊縣剖面下馬嶺組對比(Liuetal.，2018b)。

白云鄂博群以白云鄂博礦區(qū)附近為典型出露地，向東可到錫林郭勒盟南部化德縣，向西可達(dá)達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗熊包子等地(劉超輝和劉福來，2015)。白云鄂博群南部出露有華北克拉通新太古代基底(Zhangetal.，2014；Wangetal.，2015；Ma and Zhong，2018)以及中元古代孔茲巖系(Santoshetal.，2007；Jiaoetal.，2013；馬銘株等，2015)。在地層層序上，研究區(qū)內(nèi)蒙古商都地區(qū)白云鄂博群可與東側(cè)化德群相對比，本文依據(jù)近年來在研究區(qū)內(nèi)進(jìn)行的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果(吉林大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院，2015(1)吉林大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院.2015.1/25萬集寧市(K49C003004)幅區(qū)調(diào)修測報(bào)告)，暫將這一套中新元古代地層稱為白云鄂博群。研究區(qū)白云鄂博群自下而上可分為長城系都拉哈拉組(Chd)、尖山組(Chj)，薊縣系哈拉霍疙特組(Jxh)、比魯特組(Jxb)，青白口系白音寶拉格組(Qbby)、呼吉爾圖組(Qbhj)(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)(圖2)。都拉哈拉組以碎屑巖為主，主要巖性為變質(zhì)含礫石英砂巖、變質(zhì)砂巖等，地層內(nèi)可見發(fā)育水平層狀構(gòu)造及交錯(cuò)層理等原生層狀構(gòu)造。該組中獲得的最小碎屑鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡有1827Ma (馬銘株等，2014)、1822Ma (Zhongetal.，2015)、1809Ma(Zhouetal.，2018)、1810Ma (Lietal.,2019a)和1871Ma (胡波等，2009)。尖山組以絹云千枚巖、變質(zhì)粗砂巖、變質(zhì)長石石英砂巖為主，局部變形強(qiáng)烈的地方發(fā)育片巖，該組中獲得的最小碎屑鋯石U-Pb年齡在1847～1716Ma(Zhongetal.，2015；Zhouetal.，2018)。哈拉霍疙特組為一套砂礫巖夾礫巖、變質(zhì)細(xì)礫巖、深灰色石英大理巖、灰白色細(xì)晶灰?guī)r，該組中獲得的最小碎屑鋯石U-Pb年齡有1710～1834Ma以及1513Ma (Zhongetal.，2015；Liuetal.，2017a；Lietal.，2019a)。比魯特組其巖性以絹云千枚巖為主，是白云鄂博群中的軟弱層，在地質(zhì)演化過程中遭受了較高程度的變形改造，褶皺發(fā)育，該組中最小的碎屑鋯石U-Pb年齡有1387Ma、1561Ma和1777Ma (Liuetal.，2017a；Zhouetal.，2018；Lietal.，2019a)。白音寶拉格組巖性為灰白色中厚層石英巖、變質(zhì)石英巖，該組巖性與厚度穩(wěn)定，發(fā)育有波痕、斜層理等原生層理構(gòu)造，前人在該組中獲得了1247Ma和1251Ma的最小碎屑鋯石U-Pb年齡 (Zhouetal.，2018；Lietal.，2019a)。呼吉爾圖組巖性以藻紋層粉晶灰?guī)r、絹云母板巖、粉砂質(zhì)板巖和綠簾綠泥鈉長陽起片巖等為主，其中最小的碎屑鋯石U-Pb年齡在1116～1156Ma之間 (Liuetal.，2017a；Lietal.，2019a)。

圖2 白云鄂博群地層序列及巖性(據(jù)Zhong et al.，2015；Liu et al.，2017a；Li et al.，2019a修改)Fig.2 The sequence stratigraphic frame of the Bayan Obo Group (modified after Zhong et al.，2015；Liu et al.，2017a；Li et al.，2019a)

2 樣品特征

本文2個(gè)樣品均采自內(nèi)蒙古商都地區(qū)北東白云鄂博群底部尖山組(圖1b、圖3)。樣品TM33為白云母石英片巖，采自尖山組中部(采樣坐標(biāo)：41°41′18″N、113°57′12″E)，細(xì)粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造(圖4 a，b)。主要礦物有黑云母(5%)，白云母(25%)和石英(70%)。黑云母，片狀，粒徑0.2～0.5mm，淺褐色-深褐色多色性，干涉色二級；白云母，片狀，粒徑0.3～0.6mm，干涉色二級，黑云母和白云母定向排列形成片理；石英，粒狀，粒徑0.2～0.5mm，一級灰白干涉色，部分顆粒受構(gòu)造變形影響，具有波狀消光特征。

圖3 區(qū)域地質(zhì)簡圖示TM33和Z1724采樣位置Fig.3 The geologic sketch map showing sampling locations of TM33 and Z1724

樣品Z1724為二云母石英片巖，也采自尖山組中部 (采樣坐標(biāo)：41°39′40″N、113°58′38″E)，層位上位于樣品TM33之下，細(xì)粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造(圖4 c，d)。主要礦物有黑云母(15%)，白云母(20%)和石英(65%)。黑云母，片狀，0.3～0.5mm，多色性明顯，干涉色二級；白云母，片狀，粒徑0.4～0.6mm，二級干涉色，同時(shí)片理也由黑云母和白云母定向排列而成；石英，粒狀，粒徑0.2～0.5mm，一級灰白干涉色，部分顆粒具有波狀消光。根據(jù)巖相學(xué)特征判斷，2個(gè)樣品原巖均為碎屑巖，樣品中黑云母+白云母+石英的變質(zhì)礦物組合表明該碎屑巖應(yīng)該經(jīng)歷了綠片巖相變質(zhì)作用。

圖4 TM33和Z1724野外及顯微鏡下照片(a)TM33白云母石英片巖野外露頭照片；(b)TM33鏡下照片，白云母定向構(gòu)成片理S1；(c、d)Z1724二云母石英片巖野外露頭照片.Qtz-石英；Ms-白云母Fig.4 Representative field photos and photomicrograph for TM33 and Z1724(a) the photo of outcrop for mica quartz schist (TM33)；(b) the photomicrograph for TM33,the oriented mica form foliation S1;(c,d) the photos of outcrop for two-mica quartz schist (Z1724).Qtz-quartz;Ms-muscovite

3 測試方法

3.1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年

鋯石單礦物分選由河北省廊坊市科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，用鍔破機(jī)將樣品粉碎到合適粒度，用淘砂盤淘洗出重礦物后再進(jìn)行磁選，最后在實(shí)體顯微鏡下挑選出鋯石。鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)、透射及反射照相由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb 測年在吉林大學(xué)東北亞礦產(chǎn)資源評價(jià)自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用LA-ICP-MS分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為德國COMPEx公司生產(chǎn)的GeoLasPro型193nm ArF準(zhǔn)分子激光器，采用直徑32μm、頻率7Hz的激光束斑進(jìn)行樣品分析。與激光器聯(lián)用的是Agilent 7900型ICP-MS儀器，采用He 作為剝蝕物質(zhì)的載氣(Egginsetal.，1998；Jacksonetal.，2004)。儀器最佳化采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST610，采用91500 標(biāo)準(zhǔn)鋯石外部校正法進(jìn)行鋯石原位U-Pb分析，具體實(shí)驗(yàn)測試過程參見Yuanetal.(2004)。用ICPMASDATACALL 軟件計(jì)算同位素比值和207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U 的年齡值(Liuetal.，2010)，采用Andersen (2002)的方法對結(jié)果進(jìn)行普通鉛校正，最后利用Isoplot程序計(jì)算其年齡。

3.2 鋯石Hf同位素測定

鋯石 Hf 同位素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實(shí)驗(yàn)室 LA-MC-ICPMS上完成。使用儀器為Thermo Fisher Neptune 型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)和193nm 氟化氬準(zhǔn)分子激光器(NEW WAVE193nm FX)，分析方法見耿建珍等(2011)。采用靜態(tài)信號采集模式，背景采集時(shí)間30s，積分時(shí)間為0.131s，采集200組數(shù)據(jù)，總計(jì)約0.5min。激光能量密度為10～11J/cm2，頻率為8～10Hz，束斑直徑為 35μm。采用179Hf/177Hf=0.7325(Patchett and Tatsumoto，1981)對Hf同位素比值進(jìn)行指數(shù)歸一化質(zhì)量歧視校正，采用173Yb/172Yb=1.35274(Chuetal.，2002)對Yb同位素比值進(jìn)行指數(shù)歸一化質(zhì)量歧視校正。計(jì)算參數(shù)如下：176Lu衰變常數(shù)為1.876×10-11a-1，球粒隕石的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf比值分別為0.0332和0.282772，現(xiàn)今虧損地幔的176Hf/177Hf為0.28325。

4 測試結(jié)果

4.1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)

2個(gè)樣品的鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年數(shù)據(jù)見表1。樣品TM33中的鋯石呈柱狀或粒狀，粒徑在100～150μm，中等磨圓，顯示搬運(yùn)特征。在CL圖像上，少部分鋯石環(huán)帶不明顯，顏色較深，顯示出變質(zhì)鋯石的特點(diǎn)；大部分鋯石可見韻律環(huán)帶，但是CL圖像上顯示其也經(jīng)受了輕微重結(jié)晶作用改造(圖5)。Th/U比值0.06～1.23，并主要集中在0.15～0.6之間，表明既有巖漿鋯石，也有變質(zhì)鋯石，并且?guī)r漿鋯石可能經(jīng)受輕微重結(jié)晶作用，導(dǎo)致Th/U比值降低，這與CL圖像上顯示的特征一致。在80顆鋯石上獲得了70個(gè)諧和度在90%～105%之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在鋯石U-Pb諧和圖上部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)位于諧和線之下，表明有輕微鉛丟失，可能與鋯石變質(zhì)重結(jié)晶有關(guān)(圖6a)。70個(gè)碎屑鋯石的207Pb/206Pb年齡范圍在1872～2785Ma之間，并集中于1872～2100Ma (n=64)，具有1960Ma和2000Ma兩個(gè)峰值 (圖6b)。同時(shí)，該樣品諧和線上最年輕的一組鋯石的加權(quán)平均年齡為1885±16Ma(n=3，MSWD=0.92)(圖6a)。

表1 碎屑鋯石LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)Table 1 LA-ICP-MS detrital zircon U-Pb data

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

圖5 典型鋯石CL圖像實(shí)線圈為年齡位置，虛線圈為Hf同位素打點(diǎn)位置，括號中為對應(yīng)年齡的 εHf(t)值Fig.5 Representative zircon cathodoluminescence (CL) imagesThe solid circles is the position of ages,the spotted circles are positions of Lu-Hf analysis,the εHf(t) values are in the brackets

樣品Z1724鋯石呈柱狀或粒狀，粒徑在100～120μm，弱到中等磨圓，具搬運(yùn)特征。在CL圖像上，大部分鋯石環(huán)帶不明顯，鋯石核部陰極發(fā)光弱，顏色較深，顯示出變質(zhì)鋯石的特點(diǎn)(圖5)，Th/U比值0.14～2.34。在60顆鋯石上獲得了44個(gè)諧和度在90%～105%之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)，207Pb/206Pb年齡范圍在1784～2200Ma之間，具有1965Ma和2080Ma兩個(gè)峰值年齡 (圖6d)。該樣品給出的諧和線上最年輕一組鋯石的加權(quán)平均年齡為1794±73Ma(n=2，MSWD=0.016)(圖6c)。

圖6 碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖、加權(quán)平均年齡及207Pb/206Pb年齡頻率分布直方圖Fig.6 Detrital zircon U-Pb concordia diagram,weighted average ages and binned frequency histograms of 207Pb/206Pb ages for the two samples

4.2 鋯石Hf同位素

2件樣品(TM33、Z1724)的鋯石原位Hf同位素測試結(jié)果顯示大部分鋯石的176Lu/177Hf小于0.002 (表2)，表明鋯石中放射性成因的176Hf積累較少。2件樣品中的fLu/Hf平均值分別為-0.97和-0.98，小于鎂鐵質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.34)和硅鋁質(zhì)地殼的fLu/Hf(-0.72)(Amelinetal.，1999)，因此二階段模式年齡更能反映其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔中被抽取的時(shí)間。采用平均地殼176Lu/177Hf比值0.015，利用相關(guān)計(jì)算公式計(jì)算各樣品的εHf(t)、tDM1和tDM2。

表2 碎屑鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果Table 2 Detrital zircon Lu-Hf isotope data

樣品TM33中22顆鋯石對應(yīng)的22個(gè)分析點(diǎn)的176Hf/177Hf比值在0.281044～0.281724之間(平均值為0.281593)。其中1個(gè)點(diǎn)(TM33.9)εHf(t)為較低的負(fù)值(-17.6)，對應(yīng)較老的Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)(4386Ma)。其余21個(gè)點(diǎn)εHf(t) 在-2.6～7.9 之間(平均值為2.2)(圖7a)，Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)變化范圍在2240～3095Ma之間(除1個(gè)測點(diǎn)為4386Ma)。樣品Z1724中22顆鋯石對應(yīng)的22個(gè)分析點(diǎn)176Hf/177Hf比值在0.281446～0.281680之間 (平均值為0.281591)，εHf(t)在-5.4～3.2之間(平均值為0.3)(圖7b)，Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)變化范圍在2584～3203Ma之間(平均值為2801Ma)。

圖7 白云母石英片巖(TM33)(a)和二云母石英片巖(Z1724)(b)碎屑鋯石年齡- εHf(t)圖解虧損地幔(DM)、球粒隕石及平均地殼(CHUR)演化線據(jù) Bitchert-Toft and Albarède,1997；Griffin et al.,2000，2002Fig.7 The age vs.εHf(t) diagrams for detrital zircons of muscovite quartz schist (TM33) (a) and two-mica quartz schist (Z1724) (b)The evolution lines of DM,CHUR and Average Crust are after Bitchert-Toft and Albarède,1997；Griffin et al.,2000，2002.DM-depleted mantle;CHUR-chondrite uniform reservoir

5 討論

5.1 白云鄂博群尖山組沉積時(shí)限

前人對白云鄂博群的沉積時(shí)間存在不同的認(rèn)識，爭議的焦點(diǎn)在其沉積時(shí)間到底是早古生代還是中新元古代 (孫淑芬，1992；譚勵(lì)可和史鐵錚，2000；周志廣等，2016)。碎屑鋯石年齡可以給出地層沉積下限，因此基于新獲得的碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)以及前人研究成果，本文對白云鄂博群尖山組沉積時(shí)限進(jìn)行了探討。

本文2個(gè)樣品給出的尖山組碎屑鋯石年齡范圍在1784～2785Ma之間，樣品Z1724給出的諧和線上最年輕一組鋯石的加權(quán)平均年齡為1794±73Ma(n=2,MSWD=0.016)。前人發(fā)表的尖山組碎屑鋯石最小年齡有1810Ma(Zhouetal.，2018)、1847Ma(Zhongetal.，2015)等，之所以在同一個(gè)層位獲得的最小年齡有所不同，可能和采樣位置不同有關(guān)。結(jié)合前人數(shù)據(jù)結(jié)果，可以推斷尖山組沉積時(shí)間應(yīng)該晚于1800Ma。前人從尖山組之下的都拉哈拉組中獲得的碎屑鋯石最小年齡有1827Ma(馬銘株等，2014)、1822±9Ma(n=3，MSWD=0.72)(Zhongetal.，2015)、1809±9Ma(n=3，MSWD=0.72)(Zhouetal.，2018)和1810±32Ma(n=6，MSWD=0.25)(Lietal.，2019a)，表明都拉哈拉組也應(yīng)該在1800Ma之后沉積。都拉哈拉組給出的最小加權(quán)平均年齡和尖山組誤差范圍內(nèi)一致，并且兩個(gè)地層組中碎屑鋯石年齡峰值相近，可能表明這兩個(gè)組具有相同的物源區(qū)(圖8)。結(jié)合侵入都拉哈拉組中年齡為1670±14Ma的輝長巖(周志廣等，2016)以及全巖207Pb-206Pb等時(shí)線年齡為1649±45Ma的沉積碳酸鹽巖(楊奎鋒等，2012)，可以將白云鄂博群尖山組的沉積時(shí)代進(jìn)一步限定在1800～ 1650Ma之間，表明白云鄂博群尖山組于中元古代早期沉積。

圖8 白云鄂博群都拉哈拉組和尖山組碎屑鋯石207Pb/206Pb年齡統(tǒng)計(jì)分布直方圖數(shù)據(jù)來自Zhong et al.，2015；Liu et al.，2017a；Zhou et al.，2018；Li et al.,2019a及本文Fig.8 The binned frequency histograms of 207Pb/206Pb ages for Dulahala Formation and Jianshan Formation of Banyan Obo GroupData from Zhong et al.，2015；Liu et al.，2017a；Zhou et al.，2018；Li et al.,2019a and this paper

5.2 白云鄂博群尖山組物源

本文尖山組2個(gè)樣品中的鋯石年齡主要集中在1800～2100Ma之間，并且具有～1960Ma的主峰值，以及～2000Ma和～2080Ma兩個(gè)次峰值。雖然只有在樣品TM33中有幾顆年齡大于2500Ma的鋯石，但是結(jié)合前人發(fā)表的尖山組碎屑鋯石年齡數(shù)據(jù)，尖山組中也具有～2500Ma的年齡峰值，本文樣品不具有明顯的～2500Ma峰值可能和采樣位置有關(guān)。根據(jù)鋯石CL圖像判斷，2個(gè)樣品中的碎屑鋯石既有變質(zhì)鋯石，也有巖漿鋯石?！?050Ma、～2100Ma和～2500Ma巖漿作用和變質(zhì)作用在陰山陸塊上的固陽、西烏蘭不浪等地發(fā)育。比如固陽地區(qū)2535±8Ma的閃長巖(Ma and Zhong，2018)，2502±14Ma的角閃石巖、2581±7Ma的片麻狀花崗巖和2479±21Ma的藍(lán)晶-石榴二長片麻巖(Wangetal.，2015)，2511±11Ma的變質(zhì)輝長巖和2512±10Ma的紫蘇花崗巖(Zhangetal.，2014)，固陽地區(qū)斜長角閃巖2538±9 Ma的原巖年齡和2452±7 Ma的變質(zhì)年齡以及2523±13 Ma的贊岐巖(Maetal.，2014)，2465±18Ma英云閃長巖和2523±7Ma的閃長巖(Maetal.，2013)，西烏蘭不浪地區(qū)2503±10Ma的角閃二長麻粒巖和2472±14Ma的黑云二長麻粒巖(Dongetal.，2012)。同時(shí)孔茲巖帶東部卓資地區(qū)夕線-堇青-石榴片麻巖中碎屑鋯石加權(quán)平均年齡為2027±9Ma(Caietal.，2017)，含石榴石長英質(zhì)片麻巖中碎屑鋯石具有2040Ma的峰值年齡(Jiaoetal.，2013)。因此固陽、西烏蘭不浪和卓資地區(qū)存在的巖漿巖和變質(zhì)巖可能提供了白云鄂博群新太古代晚期以及古元古代早中期的碎屑物質(zhì)。

古元古代晚期 ～1950Ma的碎屑鋯石構(gòu)成了尖山組的一個(gè)年齡峰值，區(qū)域上孔茲巖帶中具有大量1.95～1.80Ga的變質(zhì)事件。卓資地區(qū)夕線-石榴片麻巖中獲得1945±15Ma、1902±16Ma以及1842±20Ma的年齡(Xiaetal.，2006)，同時(shí)出露有1919±10Ma的麻粒巖(Santoshetal.，2007)，該地區(qū)含石榴石英透鏡體給出了1896±4Ma、1916±6Ma和1891±5Ma的加權(quán)平均年齡(Jiaoetal.，2013)。在大青山地區(qū)，榴云片麻巖中變質(zhì)鋯石給出～1.90 Ga的變質(zhì)年齡(馬銘株等，2015)，糜棱巖化紫蘇花崗巖中變質(zhì)鋯石的年齡從1846Ma到1945Ma(Liuetal.，2017c)，角閃石巖中鋯石變質(zhì)邊給出的加權(quán)平均年齡為1941±14Ma和1910±9Ma(Wangetal.，2018)。根據(jù)以上年齡信息，孔茲巖帶中的大青山和卓資地區(qū)可能為白云鄂博群古元古代晚期碎屑物質(zhì)的主要來源。綜上所述，尖山組物源可能主要來自陰山陸塊固陽、西烏蘭不浪地區(qū)新太古代基底以及大青山和卓資地區(qū)古元古代晚期孔茲巖帶。

5.3 華北克拉通西部陸塊北緣前寒武紀(jì)地殼演化

沉積地層具有較為廣泛的物質(zhì)來源，其中的碎屑鋯石可以反映區(qū)域上構(gòu)造熱事件的發(fā)育情況，同時(shí)利用鋯石原位Lu/Hf同位素，可以更加全面和深入地了解區(qū)域上地殼演化過程。本文在已獲得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人發(fā)表的華北克拉通西部陸塊北緣中新元古代沉積地層中碎屑鋯石Lu/Hf同位素研究結(jié)果，來探討該區(qū)域前寒武紀(jì)地殼演化歷史。

本文2個(gè)樣品碎屑鋯石給出的年齡集中在1850～2200Ma之間，年齡在1850～1950Ma的碎屑鋯石大部分的εHf(t)為較低的正值，少部分為負(fù)值，表明區(qū)域上1850～1950Ma的巖石源區(qū)主要為新生地殼，同時(shí)也有少量古老地殼物質(zhì)的混染。源區(qū)為新生地殼的鋯石相對應(yīng)的tDM2年齡主要分為兩組，一組是～2500Ma，另一組是2600～2750Ma，且大致沿2500Ma地殼演化線分布。這表明在～2500Ma 和2600～2750Ma該區(qū)域發(fā)生殼幔分離事件，與華北克拉通上前寒武紀(jì)地殼生長規(guī)律相一致。除此之外，有四顆年齡在2000～2100Ma 的鋯石也具有較高的正εHf(t)值，表明這一時(shí)間段內(nèi)華北克拉通西部可能也存在一期地殼增生事件。前人對在區(qū)域上可以和白云鄂博群相對比的化德群和渣爾泰山群也進(jìn)行了大量的碎屑鋯石定年以及原位Hf同位素分析 (Liuetal.，2014；Zhouetal.，2018)。為了進(jìn)一步探討該區(qū)域前寒武紀(jì)地殼生長規(guī)律，我們對前人數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，鋯石tDM2也主要集中在～2500Ma 和2600～2750Ma，與本文所得結(jié)果相近。但同時(shí)也存在一些年齡為2000～2100Ma的碎屑鋯石，并且它們中大部分εHf(t)值也為較大的正值，少部分為負(fù)值(圖9)，Hf同位素二階段模式年齡(tDM2)介于2000～2500Ma之間，表明2000～2100Ma的鋯石源區(qū)應(yīng)為新生地殼，可能也受到少量地殼物質(zhì)的混染。因此，華北克拉通西部陸塊可能還存在一次2000～2100Ma的地殼生長事件，這與對集寧雜巖中碎屑鋯石的Hf同位素研究結(jié)果相一致(Xiaetal.，2008)。但是總體來看，此次地殼增生事件的年齡信息記錄相對較少，表明其規(guī)?？赡芤?500Ma和2600～2750Ma的兩次生長事件要小。

圖9 華北克拉通西部板塊北緣中新元古代沉積物(化德群和白云鄂博群)中2000～2100Ma碎屑鋯石age- εHf(t)與age-tDM2圖解數(shù)據(jù)來自Liu et al.，2014；Zhou et al.，2018.虧損地幔、球粒隕石及平均地殼演化線據(jù) Bitchert-Toft and Albarède,1997；Griffin et al.,2000，2002Fig.9 The age vs.εHf(t) and age vs.tDM2 diagrams for the 2000～2100Ma detrital zircons from the Meso-Neoproterozoic strata in northern western block of North China CratonData from Liu et al.，2014；Zhou et al.，2018.The evolution lines of DM,CHUR and average crust are after Bitchert-Toft and Albarède,1997；Griffin et al.,2000，2002

6 結(jié)論

本文對白云鄂博群尖山組進(jìn)行了碎屑鋯石U-Pb 年代學(xué)和原位Hf同位素分析，并對尖山組沉積時(shí)限、物源以及華北克拉通西部北緣的前寒武紀(jì)地殼演化進(jìn)行了探討，主要得出以下結(jié)論：

(1)白云鄂博群尖山組1個(gè)樣品給出的諧和線上最年輕一組鋯石的加權(quán)平均年齡為1794±73Ma(n=2，MSWD=0.016)。結(jié)合前人發(fā)表的年代學(xué)結(jié)果，將白云鄂博群尖山組沉積時(shí)間限定在1800～1650Ma之間；

(2)通過對比區(qū)域上發(fā)育的巖漿以及變質(zhì)事件，認(rèn)為尖山組的碎屑物質(zhì)主要來自于固陽、西烏蘭不浪地區(qū)新太古代基底以及大青山和卓資地區(qū)古元古代晚期孔茲巖帶；

(3)華北克拉通經(jīng)歷了～2500Ma和2600～2750Ma兩個(gè)主要的地殼生長期，同時(shí)在2000～2100Ma 可能還有一次地殼生長事件，但規(guī)模相對前兩次較小。

致謝感謝天津地質(zhì)調(diào)查中心王惠初研究員和中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院劉錦博士后兩位審稿人對本文提出的寶貴意見！謹(jǐn)以此文祝賀楊振升先生90華誕暨從事地質(zhì)事業(yè)70周年！