贊皇雜巖官都巖群時代與物源
——來自黑云變粒巖與石英巖碎屑鋯石U-Pb-Hf同位素與稀土元素組成的約束

劉平華，楊崇輝，杜利林，田忠華，鄒 雷，王義龍, 3，張宇佳, 3

(1. 中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)研究所， 北京 100037； 2. 中國科學院 地質(zhì)與地球物理研究所， 北京 100029； 3. 東華理工大學 核資源與環(huán)境國家重點實驗室， 江西 南昌 330013)

華北克拉通中部造山帶主要由太古宙-古元古代變質(zhì)基底和中元古代-新生代的蓋層組成(Zhaoetal., 2005， 2012； Zhao and Zhai， 2013； Tang and Santosh， 2018)，帶內(nèi)早前寒武紀變質(zhì)基底經(jīng)歷了長期而復雜的地質(zhì)過程，較為全面地記錄了華北克拉通太古宙-古元古代不同階段的演化歷史(Kusky and Li， 2003； Zhaoetal., 2005， 2012； Kr?neretal., 2005， 2006； Faureetal., 2007； Zhangetal., 2007， 2009； Trapetal., 2009a， 2009b， 2012； Wang Zetal., 2010； Diwuetal., 2011； Zhai and Santosh, 2011, 2013； Duetal., 2015， 2016a， 2016b， 2017； Wang J Petal., 2015， 2017a， 2017b； Kuskyetal., 2016)。中部造山帶太古宙-古元古代變質(zhì)基底的深入研究，不僅對準確刻畫華北克拉通早前寒武紀地質(zhì)過程，而且對探究地球早期的動力學演變過程具有重要意義。贊皇雜巖位于華北克拉通中部造山帶中南段東側(cè)，是研究華北克拉通中部造山帶新太古代-古元古代構(gòu)造演化的關鍵地區(qū)，近年來備受關注，尤其是前人對贊皇地區(qū)新太古代-古元古代花崗巖類、古元古代變沉積巖(如甘陶河群)和古元古代變質(zhì)作用都有較詳細的研究(牛樹銀等， 1994； 楊崇輝等， 2011a， 2011b， 2015； Xiaoetal., 2011, 2014； Yangetal., 2013； Duetal., 2016b； Wangetal., 2017a， 2017b； Zouetal., 2021)。而針對官都巖群的研究較為薄弱， 目前對官都巖群的形成時代與環(huán)境存在兩種截然不同的認識， 一種觀點認為其形成于古元古代的被動大陸邊緣(Lietal., 2016； Tangetal., 2016)； 而另一種觀點認為官都巖群屬于新太古代晚期混雜巖帶(Wangetal., 2017a， 2017b； Zhongetal., 2021)。因此， 本文以官都巖群中的黑云變粒巖與石英巖為研究對象， 在野外地質(zhì)觀測與薄片觀察的基礎上， 對其進行鋯石礦物包體、U-Pb-Hf同位素與稀土元素分析， 以期進一步限定官都巖群的沉積時代， 初步探討贊皇雜巖新太古代晚期變質(zhì)事件的地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)概況

贊皇雜巖位于華北克拉通中部造山帶中段東側(cè)， 北側(cè)為阜平雜巖， 東西寬40 ～ 60 km， 南北長約140 km， 總體呈紡錘形的北北東-南南西向展布(牛樹銀等， 1994； Trapetal., 2012)?，F(xiàn)有研究資料表明， 贊皇雜巖新太古代-古元古代變質(zhì)基底主要包括新太古代TTG片麻巖、新太古代晚期殼熔花崗質(zhì)片麻巖、新太古代贊皇巖群、新太古代-古元古代官都巖群、古元古代甘陶河群和古元古代變基性巖與花崗巖(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989； 王岳軍等， 2003； 楊崇輝等， 2011a， 2011b； Xieetal., 2012； Yangetal., 2013； Duetal., 2016b)。近年來， 前人對該雜巖陸續(xù)進行了相關研究(Wangetal., 2015， 2017a， 2017b； Tangetal., 2016； Lietal., 2016； 李倫等， 2017； Xiaoetal., 2021； Zouetal., 2021)。其中， 新太古代TTG片麻巖主要為2 750 ～ 2 700 Ma英云閃長質(zhì)片麻巖(Yangetal., 2013)和2 550 ～ 2 500 Ma 英云閃長質(zhì)-花崗閃長質(zhì)片麻巖(楊崇輝等， 2011b， 2015)， 這些TTG片麻巖被解釋為俯沖背景下板片熔融形成的(楊崇輝等， 2011b， 2015； Yangetal., 2013)； 而新太古代晚期殼熔花崗質(zhì)片麻巖則指示同碰撞或后碰撞的構(gòu)造環(huán)境(楊崇輝等， 2011b， 2015； Yangetal., 2013)， 并以黃岔巖體為代表， 該巖體呈巖株狀出露于河北省邢臺市西部山區(qū)， 主要由片麻狀、似斑狀二長花崗巖組成， 前人對該巖體開展了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年， 獲得巖體形成時代為2 488 Ma(李倫等， 2017)。贊皇巖群主要呈殘片狀分布于TTG片麻巖中， 為一套中高級變質(zhì)雜巖， 主要包括條帶狀黑云斜長/二長片麻巖、(石榴)斜長角閃巖與條帶狀石榴藍晶黑云斜長/二長片麻巖等巖石(Xiaoetal., 2011， 2014； Zouetal., 2021)。官都巖群呈NE-SW狹長的帶狀展布于贊皇雜巖中部， 主要包括(綠簾)斜長角閃巖、(透閃)大理巖、黑云變粒巖、(長石)石英巖以及少量石榴黑云斜長片麻巖與云母(石英)片巖等， 經(jīng)歷了高綠片巖相-高角閃巖相變質(zhì)作用(王啟超等， 2008； Trapetal., 2009b； Zhongetal., 2021)。甘陶河群出露于贊皇雜巖西北部， 呈近南北向分布， 主要巖石類型包括變質(zhì)砂巖與變質(zhì)玄武巖， 局部夾板巖與碳酸鹽巖， 普遍遭受了綠片巖相變質(zhì)(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989； Liuetal., 2012； Xieetal., 2012； 楊崇輝等， 2015； Duetal., 2016b)， 根據(jù)甘陶河群變質(zhì)中酸性火山巖與變質(zhì)砂巖中鋯石U-Pb定年結(jié)果， 甘陶河群的時代為2 100～1 900 Ma(Duetal., 2016b)。相關研究表明， 古元古代花崗巖主要分布于贊皇雜巖西北部(楊崇輝等， 2011a)， 以許亭花崗巖最為典型， 呈巖基狀侵入新太古代TTG片麻巖和贊皇巖群中， 主要由鉀長花崗巖與二長花崗巖組成， 含少量鈉長花崗巖， 無暗色包體， 偶見圍巖的捕擄體， 局部含少量鉀長石斑晶， 構(gòu)成似斑狀結(jié)構(gòu)。SHRIMP 鋯石U-Pb定年與地球化學研究結(jié)果表明， 許亭花崗巖侵位時代為2 090～2 070 Ma， 具有A型花崗巖的地球化學特征， 可能形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境(楊崇輝等， 2011a； Duetal., 2016a)。

2 野外地質(zhì)關系與巖石學特征

樣品21ZT20-1(黑云變粒巖)采自內(nèi)丘縣南賽鄉(xiāng)薩嶺村西北約2.5 km省道S328公路旁(圖1)， 經(jīng)緯度坐標為37°20′13.45″(北緯)、 114°16′32.64″(東經(jīng))， 屬于官都巖群下段(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989)。如圖2所示， 在省道S328公路旁約100 m范圍內(nèi)， 出露的主體為官都巖群黑云變粒巖和石英巖夾云母(石英)片巖； 在黑云變粒巖的露頭上斷續(xù)出露花崗質(zhì)細脈， 有的花崗質(zhì)細脈因遭受了強烈的剪切作用而透鏡化； 在弱變形域， 黑云變粒巖或石英巖常分布有云母石英片巖薄層， 顯示了變余粒序?qū)永淼奶卣鳌Ｒ巴鈽?gòu)造觀測表明， 云母石英片巖片理傾向西偏北310°， 傾角約為20°。黑云變粒巖新鮮面呈灰白色， 細粒鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造， 主要礦物包括鉀長石、石英與黑云母， 鉀長石以微斜長石為主， 含少量斜長石、電氣石與鈦鐵礦(圖3)， 副礦物主要包括鋯石、獨居石、磷釔礦、金紅石與磷灰石。根據(jù)野外產(chǎn)狀與礦物組成特征， 推測其原巖為泥砂質(zhì)沉積巖。

樣品21ZT22-1(石英巖)采自邢臺縣北小莊鎮(zhèn)雀寨村東約3 km板車山路旁(圖1)， 經(jīng)緯度坐標為37°17′41.88″(北緯)、114°10′35.83″(東經(jīng))， 亦屬于官都巖群下段(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989)。如圖2所示， 該點石英巖先后至少經(jīng)歷了兩期變形作用， 早期變形以形成露頭尺度的同斜緊閉褶皺為特征， 野外可見其軸面發(fā)生彎曲， 并疊加了第2期寬緩褶皺； 第2期構(gòu)造變形以形成相對較大的寬緩褶皺與窗欞構(gòu)造為特征， 并伴隨有花崗偉晶巖的侵入。石英巖新鮮面為灰白色， 中細粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)， 塊狀構(gòu)造， 局部因強烈的剪切與擠壓變形， 片理構(gòu)造與寬緩褶皺較為發(fā)育， 其主要組成礦物為石英， 含少量斜長石(圖3)， 副礦物主要包括鋯石、獨居石、磷釔礦、金紅石和磷灰石。

官都巖群石英巖與黃岔巖體以韌性剪切構(gòu)造接觸為主， 在接觸界線附近， 官都巖群的石英巖和黃岔巖體均發(fā)生了強烈的韌性剪切變形， 形成了典型的糜棱巖帶(李倫等， 2017)， 如圖2f～2i所示， 但局部仍可見黃岔花崗巖侵入并包裹官都巖群石英巖和細粒黑云斜長片麻巖， 表明官都巖群與黃岔巖體原來應為侵入接觸關系。

3 分析方法

對黑云變粒巖和石英巖樣品進行了鋯石U-Pb測年、鋯石稀土元素分析、鋯石TIMA礦物包體鑒定和鋯石Hf同位素測試。鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。鋯石靶制備完成后， 對鋯石顆粒進行透射光和反射光顯微照片的拍攝， 以便了解鋯石顆粒含包裹體和表面裂紋發(fā)育的情況。最后將鋯石靶鍍金， 進行陰極發(fā)光圖像(CL)照相以便觀察鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)拍攝在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術服務有限公司利用TESCAN 場發(fā)射掃描電鏡(型號MIRA 3LMH)完成， 實驗過程中加速電壓8 kV， 吸收電流1.2 nA， 每80 s掃描一次。鋯石內(nèi)部礦物包體TIMA分析在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術服務有限公司采用配有4個能譜探頭(EDAX Element 30)的Mira-3掃描電鏡完成， 鋯石靶在實驗前進行噴碳， 實驗中加速電壓25 kV， 電流9 nA， 工作距離15 mm， 電流和BSE信號強度使用鉑法拉第杯自動程序校準， EDS信號使用Mn標樣校準。測試中使用解離模式， 同時獲取BSE圖和EDS數(shù)據(jù)， 每個點的X射線計數(shù)為1 000。像素大小3 μm， 能譜步長9 μm。

鋯石U-Pb定年與稀土元素分析在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術服務有限公司完成。激光剝蝕平臺采用Resolution SE型193 nm深紫外激光剝蝕進樣系統(tǒng)(Applied Spectra， 美國)， 配備S155型雙體積樣品池。質(zhì)譜儀采用Agilent 7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent， 美國)。詳細的調(diào)諧參數(shù)見Thompson等(2018)， 采用束斑直徑30 μm、剝蝕頻率10 Hz、能量密度3.5 J/cm2、掃描速度3 μm/s的激光參數(shù)剝蝕NIST 612， 調(diào)節(jié)氣流以獲得高的信號強度(238U～6×105cps)、低的氧化物產(chǎn)率(ThO/Th<0.2%)。鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)處理采用Iolite程序(Patonetal., 2010)， 鋯石91500作為校正標樣， GJ-1作為監(jiān)測標樣， 每隔10～12個樣品點分析2個91500標樣及1個GJ-1標樣。通常采集20 s的氣體空白、35 ～ 40 s的信號區(qū)間進行數(shù)據(jù)處理， 按指數(shù)方程進行深度分餾校正(Patonetal., 2010)。以NIST 610 作為外標、91Zr作為內(nèi)標計算微量元素含量。

鋯石Lu-Hf 同位素分析在南京大學內(nèi)生金屬與成礦機制國家重點實驗室完成。分析過程中， 能量密度6.0 J/cm2， 束斑直徑50 μm， 頻率8 Hz， 共剝蝕40 s， 剝蝕氣溶膠由氦氣送入MC-ICP-MS完成測試。測試過程中每隔10顆樣品鋯石交替測試2顆標準鋯石(包括GJ-1、91500、Ple?ovice、Mud Tank、Penglai)， 以檢驗鋯石Hf同位素比值數(shù)據(jù)質(zhì)量。

鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)處理過程： 首先采用179Hf/177Hf=0.732 5 獲得Hf同位素質(zhì)量歧視因子βHf； 通過鋯石自身的172Yb/173Yb實測數(shù)據(jù)， 獲得Yb同位素質(zhì)量歧視因子βYb， 再采用176Yb/172Yb=0.588 7(Vervoortetal., 2004)扣除176Yb對176Hf的同量異位干擾； 由于Lu只有175Lu與176Lu兩個同位素， 因此假定βLu=βHf ， 再采用176Lu/175Lu=0.026 55(Vervoortetal., 2004)扣除176Lu對176Hf的同質(zhì)異位干擾。

4 鋯石陰極發(fā)光圖像特征

黑云變粒巖樣品(21ZT20-1)中的鋯石顆粒相對較小， 其粒度為50～140 μm， 呈紫紅色， 以短柱狀晶形為主， 少數(shù)顆粒為不規(guī)則狀晶形， 長寬比為1∶1～2.5∶1。在鋯石陰極發(fā)光圖像中(圖4)， 絕大多數(shù)碎屑鋯石具有中等發(fā)光效應(灰色-灰白色)， 并可見較為清晰的巖漿韻律環(huán)帶， 少數(shù)鋯石核部環(huán)帶明顯被切割或熔蝕(圖4i)。鋯石陰極發(fā)光圖像、背散射電子圖像與TIMA礦物相掃描分析表明(圖5)， 發(fā)育巖漿韻律環(huán)帶的核部含有少量長英質(zhì)礦物包體， 主要包括石英、鉀長石、斜長石與磷灰石(圖5)， 尤其是在有的巖漿型碎屑鋯石內(nèi)部鑒別出鉀長石+石英+斜長石的多相礦物包體， 進一步證明這些鋯石是從花崗質(zhì)巖漿中晶出的。

石英巖(21ZT22-1)中的鋯石顆粒相對較大， 其粒度為80 ～ 280 μm， 呈紫紅色， 多數(shù)為長柱狀晶形， 少數(shù)為渾圓狀晶形， 長寬比介于1∶1～3∶1之間。從石英巖鋯石的陰極發(fā)光圖像特征來看(圖6)， 多數(shù)鋯石為長柱狀晶形， 從核部至邊部具有相對中等的發(fā)光效應(灰色)， 普遍發(fā)育典型的巖漿韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)， 有的巖漿型碎屑鋯石核部明顯被切割或熔蝕， 顯示了變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的特征(圖6i； 吳元保等， 2004)。少數(shù)鋯石具有相對強的發(fā)光效應(灰白色)， 并發(fā)育十分典型的板狀環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖6)， 顯示了高溫巖漿鋯石的特征。鋯石陰極發(fā)光圖像、背散射電子圖像與TIMA礦物相掃描分析表明(圖7)， 石英巖中有的鋯石含有長英質(zhì)礦物包體， 主要包括鉀長石、石英、斜長石、綠泥石、黑云母、磁鐵礦與磷灰石(圖7)， 與樣品21ZT20-1類似， 在樣品21ZT22-1中有的鋯石中鑒別出鉀長石+石英+綠泥石+黑云母+磁鐵礦的多相礦物包體， 證明這些鋯石是從花崗質(zhì)巖漿中晶出的。

5 鋯石U-Pb年齡

對黑云變粒巖(21ZT20-1)中鋯石進行了U-Pb測年， 共分析了130個鋯石測點， 獲得了125個有效年齡， 其分析結(jié)果見表1與圖8a。依據(jù)分析點的鋯石陰極發(fā)光圖像與U-Pb年齡結(jié)果， 125個鋯石微區(qū)的207Pb/206Pb年齡可進一步劃分2組。其中， 第1組123個碎屑鋯石的Th與U含量變化較大， 分別為18.20×10-6～981.00×10-6與38.80×10-6～ 563.00×10-6， 相應的Th/U為0.24 ～ 2.44。如圖8a所示， 大部分該組鋯石獲得的207Pb/206Pb年齡比較分散， 介于2 574±27 Ma～2 434±97 Ma之間， 構(gòu)成的不一致上交點年齡為2 521±5 Ma， 略小于位于諧和線附近的15個最大的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡(2 544±9 Ma)， 大致代表該組鋯石的形成時代下限。此外， 2個變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的Th、U含量分別為28.70×10-6～82.50×10-6與59.60×10-6～141.40×10-6， 相應的Th/U值為0.48 ～0.58(表1)。2個測點獲得的207Pb/206Pb年齡相對集中(圖8)， 分別為2 519±40 Ma 與 2 531±69 Ma(表1)。

表1 贊皇雜巖官都巖群黑云變粒巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測試結(jié)果

續(xù)表1-1 Continued Table 1-1

續(xù)表1-2 Continued Table 1-2

續(xù)表1-3 Continued Table 1-3

選擇了石英巖(21ZT22-1)中156粒鋯石進行U-Pb測年， 共分析了160個測點的U-Pb同位素測試， 獲得了160個有效年齡， 其分析結(jié)果見表2與圖8b。依據(jù)分析點的鋯石陰極發(fā)光圖像與U-Pb年齡結(jié)果， 160個鋯石微區(qū)的207Pb/206Pb年齡可進一步劃分3組。其中， 第1組2個新太古代早期碎屑鋯石的Th、U含量分別為48.20×10-6、79.20×10-6與46.10×10-6、150.00×10-6， 相應的Th/U值分別為0.53 與 1.05， 2個測點的207Pb/206Pb年齡分別為2 677±20 Ma與2 671±32 Ma； 第2組146個新太古代晚期碎屑鋯石的Th與U含量變化較大， Th、U含量分別為10.30×10-6～ 1 433.00×10-6與17.50×10-6～ 690.00×10-6， 相應的Th/U值為0.07 ～ 3.11。如圖8b所示， 該組鋯石獲得的207Pb/206Pb年齡相對分散， 介于2 552±29 Ma～2 467±51 Ma之間， 構(gòu)成的不一致上交點年齡為2 512±3 Ma， 略小于位于諧和線附近15個最大的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡(2 536±6 Ma)， 大致代表該組鋯石的形成時代下限； 第3組12個變質(zhì)重結(jié)晶鋯石Th與U含量分別為22.50×10-6～ 674.20×10-6與 57.70×10-6～ 319.60×10-6， 相應的Th/U值為0.32 ～ 2.11(表2)， 12個測點獲得的207Pb/206Pb年齡為2 527±25 Ma 至 2 464±41 Ma， 對應的加權(quán)平均年齡為2 501±10 Ma(圖8c)。

表2 贊皇雜巖官都巖群石英巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測試結(jié)果

續(xù)表2-1 Continued Table 2-1

續(xù)表2-2 Continued Table 2-2

續(xù)表2-3 Continued Table 2-3

續(xù)表2-4 Continued Table 2-4

6 鋯石稀土元素組成與特征

對黑云變粒巖(21ZT20-1)與石英巖(21ZT22-1)中鋯石分別進行了125個與160個測點的稀土元素化學成分分析， 其分析結(jié)果見表3、表4， 稀土元素配分曲線如圖8所示。

表3 贊皇雜巖官都巖群黑云變粒巖鋯石稀土元素分析結(jié)果 wB/10-6

續(xù)表3-1 Continued Table 3-1

續(xù)表3-2 Continued Table 3-2

續(xù)表4-1 Continued Table 4-1

續(xù)表4-2 Continued Table 4-2

續(xù)表4-3 Continued Table 4-3

如圖8與表3所示， 黑云變粒巖中123個碎屑鋯石的稀土元素總含量變化范圍較大， 介于209.47×10-6～2 398.52×10-6之間(圖8b， 表3)， 從球粒隕石標準化稀土元素配分曲線特征可以明顯看出， 123個碎屑鋯石測點具有輕稀土元素相對虧損， 而重稀土元素相對富集的特征， 但不同測點輕稀土元素虧損與重稀土元素富集程度存在一些差異，其LuN/SmN值變化較大， 為8.62 ～ 299.91； 123個碎屑鋯石具有正Ce異常與負Eu異常， 但不同測點存在明顯差異， Ce/Ce*值為1.54 ～ 212.02， Eu/Eu*值為0.08 ～ 2.30。2個變質(zhì)鋯石測點稀土元素總含量變化較小， 分別為512.55×10-6與 987.45×10-6； 從球粒隕石標準化稀土元素配分曲線特征可以明顯看出， 2個變質(zhì)成因的鋯石輕稀土元素明顯虧損， 而重稀土元素明顯富集， 相應的稀土元素配分模式顯示重稀土元素明顯上翹， 相應的LuN/SmN值為33.47～52.55； 2個變質(zhì)鋯石具有正Ce異常與負Eu異常的特征， Ce/Ce*值為8.98～13.21； Eu/Eu*值為0.17～0.19(表3)。

石英巖中148個碎屑鋯石具有變化相對較大的稀土元素總量， 介于99.3×10-6～ 2 137.59×10-6之間(圖8d， 表4)。從球粒隕石標準化稀土元素配分曲線特征可以明顯看出， 148個碎屑鋯石具 有輕稀土元素相對虧損， 而重稀土元素相對富集的特征， 但不同測點輕稀土元素虧損與重稀土富集程度存在一些差異， 其LuN/SmN值為7.56 ～ 230.30， 有的碎屑鋯石稀土元素配分模式顯示重稀土元素明顯上翹； 148個碎屑鋯石多數(shù)具有正Ce異常與負Eu異常， 但不同測點存在一些差異， Ce/Ce*值為1.11～364.56， Eu/Eu*值為0.05～1.09。石英巖中12個變質(zhì)重結(jié)晶型鋯石的稀土元素總含量較高， 為271.93×10-6～ 740.36×10-6(圖8f， 表4)， 在球粒隕石標準化稀土元素配分圖中， 它們輕稀土元素虧損， 而重稀土元素富集， 相應的LuN/SmN值為42.99～92.57(表4)； 12個變質(zhì)重結(jié)晶型鋯石具有明顯的正Ce異常與負Eu異常， 但不同測點存在一些微小的差異， Ce/Ce*值為14.65 ～ 84.40， Eu/Eu*值為42.99～92.57。

7 鋯石Hf同位素特征

在鋯石U-Pb測年的基礎上， 選擇了51個新太古代晚期巖漿型碎屑鋯石進行了原位Lu-Hf同位素分析， 其具體分析結(jié)果見表5?？梢悦黠@看出， 51個測點的176Lu/177Hf值為0.000 384～0.001 917，176Hf/177Hf值為0.281 240～0.281 441。利用每個鋯石測點已獲得的207Pb/206Pb年齡進行計算， 獲得176Hf/177Hfi值為0.281 209 ～ 0.281 349，εHf(t)值為1.36 ～ 6.37， 一階段和兩階段模式年齡分別為 2 779～2 592 Ma和2 950～2 629 Ma(圖9)。

表5 贊皇雜巖官都巖群石英巖碎屑鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

8 討論

8.1 官都巖群沉積時代

官都巖群是贊皇雜巖中重要的變質(zhì)地層單元之一， 其沉積時代的準確限定對于客觀恢復贊皇雜巖與華北克拉通中部造山帶新太古代-古元古代構(gòu)造演化歷史具有重要的意義， 但有關其形成時代目前還存在不同認識。早期在開展贊皇地區(qū)1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時將贊皇巖群自下而上劃分為放甲鋪組、北賽組、紅鶴組與石家欄組(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局， 1989； 王啟超等， 2008)。1∶5萬臨城幅等區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與新編的1∶50萬河北省地質(zhì)圖認為贊皇地區(qū)存在以紅鶴組二段角閃質(zhì)巖層為核部的倒轉(zhuǎn)向斜， 并將紅鶴組改名為“官都組”或“官都群”； 同時指出官都巖群與新太古代變質(zhì)侵入體之間為不整合接觸關系， 而侵入官都巖群的黃岔巖體的鋯石U-Pb一致線年齡為2 210 Ma(王啟超等， 2008)。因此， 結(jié)合贊皇地區(qū)太古宙地質(zhì)體多數(shù)U-Pb、Sm-Nd年齡在2 450 Ma 左右， 1∶5萬臨城幅等區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告推測官都巖群的形成時代可能為2 450 ～ 2 061 Ma(王啟超等， 2008)。

近年來， 不同學者對官都巖群與黃岔花崗巖巖體進行了SHRIMP或LA-ICP-MS鋯石 U-Pb測年。其中， Tang 等(2016)對官都巖群大理巖開展了鋯石U-Pb測年， 獲得了13個鋯石U-Pb年齡， 并認為官都巖群的沉積時代為2 033 ～ 1 900 Ma； Li 等(2016)對官都巖群泥質(zhì)片巖也開展了類似的工作， 亦認為官都巖群沉積時代為古元古代。值得指出的是， Tang等(2016)與Li 等(2016)盡管對官都巖群開展了碎屑鋯石U-Pb測年， 但由于測點數(shù)相對較少， 且對于經(jīng)歷了高綠片巖相-高角閃巖相變質(zhì)的官都巖群而言， 其獲得碎屑鋯石的最小一組表面年齡可能比其真實年齡偏小， 提出官都巖群形成屬于古元古代的認識值得商榷。

Wang等(2015) 與李倫等(2017)對侵入官都巖群的黃岔巖體開展系統(tǒng)的鋯石U-Pb測年， 從4個樣品巖漿鋯石中獲得了十分一致的U-Pb年齡， 分別為2 517±20 Ma、2 513±13 Ma、2 506±10 Ma與2 488±6 Ma， 并根據(jù)黃岔巖體局部侵入官都巖群的野外地質(zhì)關系， 推測官都巖群的形成時代為太古宙， 而非古元古代。

本文對官都巖群中黑云變粒巖與石英巖中碎屑鋯石開展了系統(tǒng)U-Pb測年， 并獲得了271個有效的碎屑鋯石年齡， 2個樣品獲得最年輕一組碎屑鋯石中靠近諧和線附近且最大206Pb/206Pb加權(quán)平均年齡分別為2 544±9 Ma與2 536±4 Ma， 大致限定了官都巖群的最大沉積時代。結(jié)合區(qū)域上， 官都巖群被黃岔花崗巖巖體侵入的地質(zhì)關系(Wangetal., 2017a； 李倫等， 2017)， 初步限定官都巖群的沉積時代為新太古代末期， 但更準確的沉積時代及其與贊皇巖群的關系有待進一步研究。

8.2 官都巖群物質(zhì)源區(qū)

從官都巖群碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像與稀土元素配分曲線圖(圖4， 圖6)可以明顯看出， 絕大多數(shù)碎屑鋯石發(fā)育典型的巖漿震蕩環(huán)帶與巖漿鋯石稀土元素配分模式， 指示官都巖群的物源區(qū)主要來自中酸性巖漿巖。此外， TIMA礦物相掃描分析結(jié)果(圖5， 圖7)表明， 在官都巖群部分碎屑鋯石內(nèi)部含有長英質(zhì)礦物包體， 如鉀長石+斜長石+石英+黑云母+綠泥石+磁鐵礦等(圖7)， 進一步證明贊皇地區(qū)官都巖群的物源區(qū)主要為中酸性巖漿巖。

從圖10可以明顯看出， 贊皇地區(qū)官都巖群307顆碎屑鋯石的207Pb/206Pb年齡組成的年齡頻率直方圖顯示其主峰年齡為2 512 Ma， 但其中也保留少量2 700 ～ 2 650 Ma的碎屑鋯石年齡信息。贊皇地區(qū)新太古代晚期2 550 ～ 2 500 Ma巖漿巖分布廣泛， 主體為TTG片麻巖(楊崇輝等， 2011b， 2015； Wangetal., 2017a； 李倫等， 2017； 趙保強等， 2019)， 該階段的巖漿活動為官都巖群黑云變粒巖和石英巖的原巖提供了重要的物源。從圖10還可以看出， 官都巖群的碎屑鋯石年齡圖譜與贊皇巖群相似， 以出現(xiàn)新太古代碎屑鋯石的主峰年齡為特征， 而與甘陶河群的碎屑鋯石年齡圖譜明顯不同， 后者以出現(xiàn)新太古代與古元古代中期碎屑鋯石年齡為特征， 這可能暗示官都巖群與甘陶河群是屬于不同沉積時代的變質(zhì)地層。

鋯石Lu-Hf同位素體系具有與Sm-Nd體系相似的特性而廣泛應用于巖石的物質(zhì)演化研究(吳福元等， 2007)。本文所研究的2 550 ～ 2 500 Ma碎屑鋯石εHf(t)值為1.36 ～ 6.37， 計算結(jié)果位于2 850 ～ 2 700 Ma 地殼演化線之間(圖9)。與自然鉛丟失不同， 由于早期地質(zhì)事件引起鋯石的鉛丟失會導致計算獲得εHf(t)值偏低。碎屑鋯石兩階段Hf模式年齡主要為2 854～2 629 Ma， 對應的峰值年齡為2 780 Ma， 與贊皇雜巖主體的新太古代TTG片麻巖鋯石Hf和全巖Nd同位素結(jié)果一致。上述有關官都巖群中2 550～2 500 Ma碎屑鋯石Hf同位素特征表明， 贊皇與華北克拉通其它地區(qū)類似(杜利林等， 2020； 王建龍等， 2020)， 2 850 ～ 2 700 Ma為贊皇雜巖大陸地殼生長的重要階段。

8.3 構(gòu)造意義

華北克拉通東部陸塊與西部陸塊內(nèi)部廣泛發(fā)育～2 500 Ma區(qū)域變質(zhì)事件， 而在中部造山帶內(nèi)1 950 ～ 1 800 Ma變質(zhì)作用非常強烈(Zhaoetal., 2012； Qianetal., 2013； Tang and Santosh, 2018)。因此， 長期以來中部造山帶被認為是一個典型的古元古代碰撞造山帶。如圖1所示， 近年來， 在中部造山帶的登峰、贊皇、左權(quán)、阜平和恒山等地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有新太古代晚期～2 500 Ma變質(zhì)年齡(程裕淇等， 2004； Xiaoetal., 2014； 楊崇輝等， 2015； 肖玲玲等， 2019； 王建龍等， 2020)。利用SHRIMP鋯石U-Pb測年技術， 程裕淇等(2004)在阜平雜巖長英質(zhì)麻粒巖中獲得2 538±14 Ma的變質(zhì)年齡； 類似地， 王建龍等(2020)也在阜平雜巖元坊巖組淺粒巖中獲得了2 531±15 Ma的變質(zhì)年齡。Xiao 等(2014)從贊皇雜巖含榴黑云斜長片麻巖變質(zhì)鋯石中獲得了2 531±15 Ma變質(zhì)年齡； 肖玲玲等(2019)在左權(quán)雜巖3件角閃質(zhì)片麻巖中分別獲得了2 500±9 Ma、2 492±6 Ma與2 507±15 Ma變質(zhì)年齡。Huang 等(2020) 在登峰雜巖石榴斜長角閃巖中獲得了2 531±15 Ma變質(zhì)榍石年齡。Qian 等(2021)在恒山雜巖TTG質(zhì)片麻巖中獲得了2 501±25 Ma的變質(zhì)年齡。此外， 筆者在懷安雜巖含榴紫蘇斜長片麻巖中也獲得了2 501±25 Ma的變質(zhì)年齡(劉平華等， 未發(fā)表數(shù)據(jù))。

本文在官都巖群黑云變粒巖和石英巖變質(zhì)鋯石中均獲得了新太古代晚期變質(zhì)年齡信息， 分別為2 522±34 Ma與2 501±10 Ma。本文所得變質(zhì)重結(jié)晶鋯石微區(qū)與核部鋯石微區(qū)具有清晰的界線， 部分切割或改造了核部鋯石， 均指示了變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的特征(吳元保等， 2004)， 說明官都巖群或其源區(qū)巖石經(jīng)歷了一次重要的變質(zhì)事件， 這與前人在官都巖群石英巖中獲得一組2 485±9 Ma的變質(zhì)年齡相似(張帆等， 2019)。結(jié)合區(qū)域上在中部造山帶登峰、左權(quán)、阜平、恒山和懷安地區(qū)均陸續(xù)報道了新太代晚期～2 500 Ma的變質(zhì)年齡信息， 表明中部造山帶經(jīng)歷了十分強烈的～2 500 Ma區(qū)域變質(zhì)作用， 該期變質(zhì)事件可能與新太古代晚期華北克拉通初步克拉通化有關， 有關其明確的構(gòu)造意義還有待進一步研究。

9 結(jié)論

對官都巖群黑云變粒巖與石英巖中鋯石開展了內(nèi)部礦物包體、U-Pb測年、鋯石Hf同位素與稀土元素的綜合研究與分析， 結(jié)合已發(fā)表的相關數(shù)據(jù)， 獲得以下初步認識：

(1) 根據(jù)官都巖群黑云變粒巖與石英巖中碎屑鋯石內(nèi)部礦物包體、陰極發(fā)光圖像結(jié)構(gòu)與U-Pb年齡結(jié)果， 認為碎屑鋯石中最年輕一組諧和的207Pb/206Pb年齡為2 544 Ma或2 536 Ma， 大致限定了其原巖的最大沉積時代， 結(jié)合區(qū)內(nèi)官都巖群被黃岔花崗巖巖體侵入的地質(zhì)關系， 說明官都巖群的沉積時代為新太古代末期， 而非古元古代。

(2) 官都巖群黑云變粒巖與石英巖碎屑鋯石年齡圖譜十分相似， 最主要的峰值年齡為2 512 Ma， 說明官都巖群主要物源為新太古代晚期中酸性巖漿巖； 鋯石Hf同位素分析揭示2 850 ～ 2 700 Ma代表贊皇地區(qū)最強烈的地殼生長階段。

(3) 與中部帶其它雜巖類似， 官都巖群黑云變粒巖與石英巖中的變質(zhì)鋯石記錄了～2 500 Ma的變質(zhì)年齡， 表明華北克拉通中部造山帶經(jīng)歷了十分強烈的～2 500 Ma區(qū)域變質(zhì)作用， 該期變質(zhì)事件可能與新太古代晚期華北克拉通初步克拉通化有關。

致謝感謝南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術服務有限公司袁秋云、武現(xiàn)偉、杜軍與李利博士在實驗測試過程和數(shù)據(jù)處理過程中提供的幫助； 感謝中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所張進研究員在論文寫作過程中的指導與幫助； 感謝兩位審稿專家認真審閱了本文， 并提出了寶貴的修改意見。

本文獻給沈其韓院士100周歲壽誕， 并向先生始終如一的嚴謹治學態(tài)度和在變質(zhì)地質(zhì)學與前寒武紀地質(zhì)學領域的卓越貢獻致敬！