山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素证据.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：胡漾，祝禧艳，张瑞英等 山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据 岩石学报，（）：，：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据胡漾祝禧艳张瑞英赵太平张成立 ，前寒武纪研究中心，大陆动力学国家重点实验室，西北大学，西安 中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室，广州 ，收稿，改回 ，：，（）：，：（），（），（）（），（）（），（）（），（）（），；本文受国家自然科学基金重大项目（、）、国家重点研发计划项目（）、自然科学基金创新群体（）以及大陆动力学国家重点实验室科技部专项（）联合资助 第一作者简介：胡漾，女，年生，博士生，岩石学专业，：通讯作者：张成立，男，年生，教授，主要从事火成岩类岩石及前寒武纪地质研究，：摘要长城系是华北克拉通统一结晶基底形成后的首套沉积盖层，其碎屑锆石 年代学及其 同位素特征分析对探讨地层形成时代、源区特征以及基底演化均具重要研究意义。本文对华北克拉通中部黎城地区长城系下部地层的碎屑锆石进行了 年龄和 同位素分析。结果表明，该区长城系碎屑锆石 年龄呈现了 、和 等三个主峰期，同时存在 和 的年龄次峰期。最年轻碎屑锆石的 加权平均年龄限定了该区长城系沉积发生于 之后。碎屑锆石的年龄分布和 同位素特征与华北克拉通中、南部基底物质记录的地质事件高度相似，区内长城系地层与南部熊耳地区长城系地层可对比性强，证明太行山南段在 后已与南部熊耳裂谷盆地相连，其沉积物质均主要来自华北克拉通中、南部地区。其中，的古老碎屑锆石 （），揭示中、南部地区存在古太古代地壳物质。新太古代早期 的锆石 （）以正值为主（占比 ），它们的 ，与其结晶年龄相同或接近，证明华北克拉通南部在新太古代早期以新生地壳生长为主。新太古代晚期 峰期的锆石也以正的 （）值为主（占比 ），而 峰期锆石的 （）值大多偏负（占比 ），说明华北克拉通南部地区从新太古代末期的新生地壳增生为主伴有陆壳再造转变为古元古代中期以古老陆壳物质再造为主，并有少量新生陆壳增生；古元古代晚期 年龄峰期的碎屑锆石 （），揭示至古元古代末期华北克拉通中南部进入到以古老陆壳物质再造为主的演化阶段。关键词中元古代早期；碎屑岩；物源分析；地壳演化；太行山南段中图法分类号 ；华北克拉通是世界上较完整记录前寒武纪多阶段地壳生长和构造热事件的古老克拉通之一（，；，）。中元古代早期，哥伦比亚超大陆开始解体，全球大部分克拉通经历了伸展事件并形成了大量裂陷沉积盆地（，；，；，；，；，）。华北克拉通也发育多个中 新元古代裂陷盆地，包括中北部的燕辽盆地、北部的渣尔泰 白云鄂博 化德盆地、西南部的贺兰 晋陕盆地以及南部的熊耳盆地（图 ），这些盆地多分布于克拉通边部（，；，；，）。其中，燕辽地区保存了华北克拉通中沉积最为连续的中 新元古代地层，由下至上划分为长城系、蓟县系、待建系和青白口系（陈晋镳等，；，；，）。下伏于长城系之下的基底花岗岩及侵入其中的岩脉测年结果已将该区长城系底界限定在 左右（王松山等，；万渝生等，；和政军等，；李怀坤等，；彭澎等，；，；周红英等，）。与其相比，华北地块南缘熊耳裂谷盆地内中 新元古代地层是由 的熊耳群火山 沉积岩系（赵太平等，；，；，）及其上覆 之后的沉积岩系组成（，；祝禧艳等，；，），明显早于北部燕辽裂谷区长城系的起始沉积，因而熊耳地区的早期火山沉积建造也被认为代表了吕梁运动后华北克拉通最初始裂解的产物（赵太平等，；汪校锋，；苏文博，）。中元古代早期是华北克拉通由广泛造山背景向非造山环境转换的重要阶段（，；，；翟明国等，），南部熊耳和北部燕辽地区均保存有较完整的中 新元古界非造山环境的裂谷沉积序列，分析和探讨这两个裂谷盆地中元古代早期长城系沉积特征及其相关性对了解华北克拉通中元古代早期的沉积格局具有重要意义。位于熊耳和燕辽裂谷之间的太行山南段地区也发育同期沉积地层，是研究两个裂谷区之间中部地区内中元古代沉积演化的理想对象。早期的研究大多将太行山南部归为燕辽裂谷向南延伸的分支（王鸿祯，；和政军，；侯贵廷等，）。然而，太行山南段长城系常州沟组之下还发育大河组和赵家庄组两套地层（武铁山，），说明其沉积早于北部的燕辽地区。因而有学者提出，太行山南段长城系与熊耳地区中元古代早期沉积地层更具可对比性（赵澄林等，）。近期，白国典等（）在不整合于大河组之下的花岗岩中获得了 的年龄，由此将太行山南段长城系的底界限定在 。此外，赵太平等（）认为赵家庄组页岩可与熊耳裂谷渑池 确山地区的汝阳群白草坪组页岩相对比，据此推断二者均为 之后的沉积产物。前人通过熊耳、燕辽以及太行山地区长城系沉积地层的对比和岩性变化特征构建了华北克拉通中元古代沉积演化模型，对中元古代裂谷盆地的阶段性演化关系进行了探讨，并提出两个裂谷在 阶段有过短暂相连的历史（，）。基于此，本文对太行山南段黎城地区长城纪早期沉积地层开展锆石 年代学和 同位素特征分析，揭示该区中元古代早期地层的沉积时代及碎屑物质来源，进而探讨两个裂谷的形成演化关系及其源区性质和早期地壳演化历史。地质概况及样品描述华北克拉通自吕梁运动后，由挤压转变为伸展构造背景，先后形成了熊耳、燕辽、贺兰 晋陕和渣尔泰 白云鄂博 化德等多个裂谷系（翟明国等，；，），并在每个裂谷盆地中均发育了中 新元古代沉积地层（翟明国，岩石学报 ，（）：武铁山 山西的震旦系 山西省地矿局区调队，图 华北克拉通中元古代裂陷盆地分布图（，据 ，）及太行山南段黎城地区地质图（）（，）（）；赵太平等，；，；，）。其中，熊耳裂谷位于华北克拉通南缘的豫 陕 晋交界区域，整体呈近等边三角形展布。盆地内中新元古界由下部熊耳群火山 沉积岩系及其上覆沉积地层构成，是华北克拉通保存最为完整且连续沉积的中 新元古代沉积（赵太平等，；，；，）。燕辽裂谷位于克拉通东北部，可分为南、北两支，太行山北部和沿燕 辽地区大致呈东西向展布的北部分支是中元古代地层最为发育和研究程度最高的地区（乔秀夫和王彦斌，）。该区域内不整合覆盖于变质基底岩系上的中元古代地层出露完整连续，作为沉降中心的天津蓟县地区成为该区中 新元古代地层标准剖面，由下至上划分为常州沟组、串岭沟组、团山子组和大红峪组（陈晋镳等，）。燕辽裂谷南部分支呈北北东向展布，向西南延伸至太行山中南部，该区长城系由下至上可分为大河组、赵家庄组、常州沟组、串岭沟组和大红峪组。其中，大河组不整合覆盖于太古代片麻岩之上，仅在晋豫交界一带零星出露，地层横向厚度变化大，自南向北明显变薄。赵家庄组在太行山中南段广泛出露，与下伏大河组整合接触或直接角度不整合于基底变质岩系之上。在黎城西井 左权拐儿镇一带，该组岩层厚度稳定在 之间，厚度向南北方向均呈现变薄趋势。常州沟组在太行山中南段分布范围广、沉积厚度大，在左权柏管寺 黎城西井镇一带，地层厚度可达 ，向西北和东南方向逐渐减薄。串岭沟组在太行山地区的分布范围明显变小，其沉降中心位于黎城大井盘 和顺半沟一带，沉积厚度变化于 之间，在南北方向上逐渐减薄。太行山中南段缺少团山子组的白云岩沉积组合，大红峪组直接平行不整合覆盖于串岭沟组之上。虽然岩石组合可与燕辽地区相对比，但太行山南段的大红峪组中不含火山岩夹层且分布范围有限，仅见于和顺半沟 平定南峪一线，在太行山中南段的大部分地区，胡漾等：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据图 太行山南段黎城地区大井盘剖面地层柱状图 串岭沟组之上均直接被寒武系馒头组平行不整合覆盖（李建荣等，）。研究区位于太行山南段的黎城县西井镇彭庄 大井盘地区，区内赵家庄组、常州沟组和串岭沟组出露良好，地层连续（图 ）。其中，底部赵家庄组直接不整合覆盖在太古宙赞皇群石家栏组之上（图 、图 ），主要由紫红色泥页岩夹中 薄层石英砂岩组成，厚度约为 ，其中的砂岩层发育水动力较强的平行层理（图 ）。常州沟组与下覆赵家庄组为整合接触，主要由浅灰红色、灰白色石英砂岩组成，厚度可达 ，羽状交错层理和波痕较为发育（图 ）。串岭沟组整合覆盖于常州沟组之上，为灰黑色、灰绿色泥页岩与灰白色薄层细粒砂岩互层，厚度约为 。在赵家庄组底部和常州沟组底部各采集 件砂岩样品。其中，采自赵家庄组底部的样品 为肉红色中 粗粒长石石英砂岩（、），岩石分选中等，碎屑颗粒以次圆状 圆状的石英为主，含有少量长石，孔隙式胶结，填隙物以杂基为主（图 ，）。采自常州沟组底部的样品 为浅灰红色中 细粒石英砂岩（、），该层发育大型板状和楔状交错层理，颗粒分选较好，但磨圆度中等，部分石英颗粒还发育次生加大边，填隙物仍以杂基为主，局部有少量硅质胶结（图 ，）。岩石学报 ，（）：李建荣，卫彦升，魏荣珠，孙占亮 中国区域地质志 山西志 山西省地质调查院，图 黎城地区长城系野外（、）和显微照片（）长城系赵家庄组长石石英砂岩单偏光（）和正交偏光（）镜下照片；长城系常州沟组石英砂岩单偏光（）和正交偏光（）镜下照片 石英；长石 （，）（）（）（）；（）（）；测试方法 锆石 测年锆石单矿物的分选和制靶工作分别在河北廊坊地质调查院实验室和西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。分选出的锆石颗粒置于环氧树脂中固定，打磨至锆石颗粒近一半再进行抛光。用体积分数为 的 清洗样靶表面后，在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室使用搭载 阴极荧光谱仪的 扫描电镜完成锆石阴极发光图像的拍摄。锆石 定年测试和微量元素含量分析在西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室完成。为了保证年龄数据的准确性，锆石测试点选在无裂隙和包裹体出现的均一区域进行。实验仪器为 准分子激光剥蚀系统和 联机。相较于传统剥蚀系统的圆形剥蚀坑，利用此种剥蚀系统进行剥蚀时得到的剥蚀坑为正方形，定年的束斑边长为 ，激光波长为 ，能量密度约 。国际标准锆石 （，）和人工合成硅酸盐标准参考物质 （，；，）作为外标，分别对 同位素定年和微量元素含量进行同位素和微量元素分馏校正。测试获得的原始数据通过 软件进行处理和校正（，），之后用 程序将处理后的数据进行 谐和图的绘制（，）。由于本研究中样品的锆石年龄基本均大于 ，因而采胡漾等：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据图 黎城地区赵家庄组和常州沟组典型碎屑锆石的阴极发光图像实线方框代表 测年分析点（束斑边长 ）；虚线方框代表 同位素分析点（束斑边长 ）；锆石下方的数字分别代表 年龄和 （）值 （）（），（）；（），用 年龄代表锆石的结晶年龄（，）。锆石 同位素测定锆石 同位素原位分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，所用仪器为 准分子激光剥蚀系统和 型高分辨率多接收等离子质谱仪。具体仪器性能和分析方法见 （）和 （）的描述。同位素测试点选在与 定年测试点位相同或一致的区域。测试过程中，每 个测点间插入一组由标准锆石 和 组成的监控标样，单点的剥蚀时间控制在 ，激光剥蚀束斑正方形边长为 ，频率为 。计算 （）值所采用 的 球 粒 陨 石 ，（，），的 衰 变 常 数 为 （，）。单阶段亏损地幔 模式年龄计算时，选择的现今亏损地幔 ，（，）。两阶段 模式年龄（）用平均地壳 和亏损地幔 计算获得（，；，）。测试结果 锆石 年代学赵家庄和常州沟组 个石英砂岩样品的锆石 年龄和微量元素分析结果分别列于电子版附表 和电子版附表，表中已将不谐和度大于 的数据剔除，不参与后续 岩石学报 ，（）：图 黎城地区赵家庄组长石石英砂岩（、）和常州沟组石英砂岩（、）碎屑锆石 比值和球粒陨石标准化稀土元素配分图（标准化值据 ，）（，）（，）（，）讨论。赵家庄组砂岩样品（）中的锆石以半自形柱状为主，粒径变化于 ，弱到中等磨圆，说明锆石离源区的距离不远。图像显示大部分锆石颗粒都可见清晰的岩浆振荡环带（图 ），它们的 比值（）均大于 （附表 、图 ），明显富集 （附表 ），并有显著的正 和负 异常（图 ），显示了岩浆成因锆石的特征（，）。大部分锆石位于谐和线及其附近，并获得了较高谐和度的年龄，仅有少量分析点偏离谐和线，说明有一定程度的 丢失（图 ）。所有谐和锆石的 年龄范围变化在 之间，并呈现出 的主年龄峰值和 、的两个次要年龄峰值（图 ）。三颗最年轻锆石的 加权平均年龄为 （）。常州沟组砂岩样品（）中的锆石也多呈半自形柱状，粒径为 ，锆石磨圆度中等，同样说明它们经历了不远距离的搬运。大部分锆石发育岩浆震荡环带（图），锆石的 比值（）基本上大于 （图 ），稀土组成也表现为 正异常、负异常和 富集（图 ），为岩浆成因锆石。多数谐和的锆石基本上位于谐和线上或附近，部分位于谐和线之下的锆石（图 ）是受后期地质事件改造使得 发生一定程度丢失的结果。谐和锆石的 年龄变化于 之间，除出现 和 的主要年龄峰值之外，还存在 、以及 的次级年龄峰值（图 ）。该样品获得一颗最年轻的谐和锆石 年龄为 。锆石 同位素特征根据 个样品锆石 定年结果，选择典型峰值年龄的代表性碎屑锆石进行了原位或邻近相同结构区域的微区 同位素分析，分析结果列于电子版附表 。件样品（和 ）的 锆 石 值 分 别 变 化 于 和 ，均低于 ，表明锆石结晶后基本少有放射性成因 的积累，因而测得的 值可以代表锆石形成时体系中的 同位素组成（，；吴福元等，）。样品 中 的碎屑锆石 ，由 它 们 的 结 晶 年 龄 计 算 获 得 的（），地壳模式年龄（）介于 胡漾等：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据图 黎城地区赵家庄组长石石英砂岩（、）和常州沟组石英砂岩（、）碎屑锆石谐和图和年龄直方图 （，）（，）之间；和 峰值年龄的碎屑锆石 值分别为 和 。由其结晶年龄计算获得变化较大的 （）值，分别为 和 ，分别为 和 。样品 中 的碎屑锆石 ，（），；和 峰值年龄的碎屑锆石 值 分 别 为 和 ，（）值分别为 和 ，为 和 。的碎屑锆石 ，（），。讨论 长城系沉积起始时限及地层对比华北克拉通中元古代长城系可划分为以火山 沉积建造为主的下统和以沉积碎屑岩为主的上统（李振生等，；庞岚尹等，），在华北克拉通南缘对应于熊耳群及其上部的碎屑沉积岩层（赵太平等，；，；，；，）。在燕辽地区，长城系下部缺失可与南部熊耳对比的火山 沉积岩层，由长城系上统的一套碎屑岩碳酸盐岩沉积建造组成，底界年龄在 左右（宋天锐，；李怀坤等，）。同样，太行山南段也缺乏可与熊耳火山 沉积岩系对比的地层，但该区存在较北部燕辽地区沉积层位更低的早期沉积地层。白国典等（）在太行山南段河南丰峪一带不整合下伏于长城系之下的花岗岩体中获得了 的结晶年龄，将该区长城系的沉积时代限定在 之后。（）在太行山南部的长城系赵家庄组中上部和常州沟组底部砂岩中分别获得 和 的最年轻锆石 年龄，但这些年龄还无法有效限定这两套地层的沉积时代。（）认为，至少个或 个以上的最年轻碎屑锆石年龄才能有效限定赋存其地层的沉积时代。本研究在赵家庄组底部的砂岩中获得了 个最年轻谐和碎屑锆石的 加权平均年龄为 ，在常州沟组底部也发现 锆石存在。因此，将太行山南段赵家庄组的起始沉积时代限定在 之后。熊耳地区直接覆盖于变质结晶基底之上的呈河湖相砂岩 泥岩沉积的大古石组和上覆熊耳火山岩构成了华北克拉通 期间的最早火山沉积地层（赵太平等，）。这一时期，华北克拉通呈现为北高南低的古地理格局，古流向大致为 向（李文超，；王淼，）。随着 之后火山活动的减弱，熊耳裂谷经历了短暂 岩石学报 ，（）：抬升后盆地再次沉降且范围逐渐扩大，并呈现为东北高、西南低的古地形特征，古水流将剥蚀的基底碎屑物质携带进入盆地，在该区形成了小沟背组和兵马沟组冲积扇 扇三角洲粗碎屑沉积（郑德顺等，；，；左鹏飞等，）。在兵马沟组和小沟背组沉积末期，熊耳裂谷活动渐趋稳定，经过短暂的地壳调整，海水由西南向东北大规模入侵（左鹏飞等，；庞岚尹等，）。太行山南段沉积的大图 黎城地区赵家庄组长石石英砂岩（）和常州沟组石英砂岩（）碎屑锆石 年龄与 （）值图 （）（）（）河组以及覆盖在小沟背组和兵马沟组之上的云梦山组底部仅有少量砾石，主体由大量中细粒 粗粒的红色石英岩状砂岩与灰紫色含铁质石英砂岩组成，并发育平行层理、板状交错层理和波痕构造（李建荣等，），反映了水动力较强的河流冲刷环境。古地理环境和沉积组合特征揭示，云梦山组和大河组早期河流相沉积主要来自北部古陆，随着后期的海侵，沉积环境逐渐由河口三角洲转变为滨海潮间带（李兵，；李建荣等，）。同时，大河组地层厚度由南向北逐渐减薄的特征也反映了在该阶段海水已经到达太行山南段地区，并逐渐占据主导地位。整合覆盖在大河组之上的赵家庄组以大量的砂岩和泥岩互层为特征，与南部白草坪组岩石组合基本相同，反映了潮间 潮上带砂泥坪的沉积环境（赵太平等，；李建荣等，）。其上的北大尖组以石英砂岩和长石石英砂岩为主，上部出现少量砂质页岩和海绿石铁质砂岩，整体与太行山地区常州沟组岩石组合一致，指示为滨海 潮间带沉积环境的产物（李建荣等，）。上述两个地区中元古代地层对比表明，太行山南段与华北克拉通南部熊耳地区的长城系有较大的可对比性，证明两个地区在中元古代早期基本处于同一沉积构造背景。沉积物源分析综合分析沉积岩的沉积构造及其所含碎屑锆石的 年龄、微量元素和 同位素特征，可以较为准确地提供关于沉积物潜在源区的相关信息（，；，；，）。赵家庄组和常州沟组是太行山南段中元古代长城系早期的连续沉积地层，它们的碎屑锆石年代学和 同位素特征可为揭示该地区中元古代早期物源区特征及其早期演化历史提供重要的信息。赵家庄组砂岩中碎屑锆石的物质源区赵家庄组底部的砂岩发育平行层理，反映高能急流环境。分选和磨圆度中等的石英颗粒以及一定长石的存在指示其物源区并非很远，因而这些砂岩碎屑锆石年代学和 同位素可以反映其下伏基底岩系的特征。赵家庄组底部的碎屑锆石以新太古代晚期（）年龄组占主导，同时存在少量新太古代早期（）和古元古代中期（）的锆石年龄峰期（图 、图 ）。个峰值年龄的锆石基本上均显示了花岗闪长岩和英云闪长岩类锆石的微量元素特征（图 ），说明它们主要代表了其源区基底花岗岩类形成的构造岩浆事件。其中，的碎屑锆石（）（图 ），与中部带吕梁地区的花岗质片麻岩（），）（赵娇等，；，）、阜平地区的花岗片麻岩（），）（，；，；王盟等，）以及南部小秦岭地区花岗岩类和 片麻岩（），）（，；贾晓亮，）中同期锆石的 同位素特征基本一致。新太古代早期（）碎屑锆石 （）（图 ），。相比于中部带中段的恒山 五台 阜平、吕梁以及赞皇地区同期花岗岩类或 岩石中的锆石（），）略有不同（，；，；宋会侠等，；，），而与南 段 中 条 和 小 秦 岭 地 区 同 期 基 底 花 岗 岩 类 锆 石（），）具有更高的可对比性（，；，；张瑞英，；，；，）。此外，赵家庄组砂岩中 碎屑锆石的 （）值具有较大的变化范围（），与中部阜平（）胡漾等：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据图 黎城地区赵家庄组和常州沟组碎屑锆石微量元素岩性判别图解（底图据 ，）（，），）、吕梁（），）以及南部小秦岭地区（），）基底同期花岗岩类的锆石具有大致相似的 同位素组成（，；，；李磊，；，）。由此，赵家庄组下部砂岩锆石 年龄分布以及 同位素特征与中部带中南段基底花岗岩类的高度可对比性和其下伏大河组地层由南向北逐渐尖灭的特点（李建荣等，）均指示，赵家庄组是以华北克拉通中部带中、南部地区基底物质为主要物源。常州沟组砂岩中碎屑锆石的物质源区常州沟组也发育大型板状交错层理，同样反映了较强的水动力条件，岩石分选较好、碎屑颗粒磨圆中等以及较高的成分成熟度说明碎屑物质经历了较长距离的搬运。该组砂岩中碎屑锆石除与其下覆赵家庄组砂岩一样具有新太古代晚期（）和古元古代中期（）的年龄峰值外，还存在 的年龄峰值和少量 、和 的年龄（图 ）。常州沟组碎屑锆石的微量元素与赵家庄组大致相同，也反映了主要源自花岗闪长岩和英云闪长岩类为主的源区（图 ）。从常州组沟碎屑锆石年龄分布看，年龄峰期的碎屑锆石占比最大，其中 的锆石都具有正的 （）值（），但相比于赵家庄组同期锆石还出现少量负值较大的 （）数据（）。该组 锆石按其磨圆程度大致可分为两类，其中磨圆度不高，呈半自形柱状且岩浆环带较清晰的锆石为主，（），对应的 ，不仅与中部带中部的阜平、吕梁基底杂岩中 岩石和花岗质片麻岩的 同位素特征类似，也与南部小秦岭地区太华群同期花岗岩类有很高的可对比性（，；王玺，；，；，；贾晓亮，）。呈椭圆 粒状的锆石也具较好的岩浆环带，但占比较低，并均为负的 （）值（）和明显高于其结晶年龄的 （），说明有更古老的陆壳物质源区存在。然而，目前在华北克拉通中部带内还未发现存在老于新太古代的陆壳物质。由此认为，常州沟组大部分 的碎屑锆石主要来自中部带中南段基底岩石，同时预示着该区可能存在更古老的陆壳物质。是华北克拉通古元古代岩浆活动较为活跃的时期，中部带许多地区都有该期事件的记录。除阜平、五台和吕梁地区外，中部带大部分地区出露的该阶段基底岩石都具有负 （）值占主导的 同位素特征（，；孙军刚，；，；，；李磊，）。常州沟组 的碎屑锆石同样也以负（）值为主（），的变化范围（）与中部带南部的中条和小秦岭地区同期花岗岩类锆石的 有很高的一致性（）（，；孙军刚，；李磊，），结合碎屑锆石磨圆度不高、多呈自形 半自形柱状的特征，说明这些地区的花岗岩类基底岩石为该阶段锆石的主要物源区。常州沟组 的碎屑锆石的 ，多数锆石都保留有岩浆振荡环带，应是古元古代晚期岩浆活动事件的记录。已有研究表明，中部带在 期间经历了强烈的变质作用，而同期的岩浆活动除北部的孔兹岩带外，在中部带的吕梁、中条和小秦岭地区也有报道（田伟等，；，；田辉等，；王玺，；王雪，）。南部中条地区涑水杂岩中的同期高钾钙碱性花岗岩和小秦岭地区同期花岗质脉体均具有变化较大的锆石（）值（）和 全 岩 （）值（），基本与常州沟组 锆石的 同位素特征（）类似，因而中部带中南段该期花岗岩类最有可能为该峰期锆石的物质来源。新太古代早期 的 岩石在华北克拉通中部带多地已有报道（，；，；路增龙等，；宋会侠等，），但 的中太古代岩石仅发现于小秦岭太华群中（，；，；贾晓亮，；，）。黎城地区常州沟组 碎屑锆石的 （）值总体以正值为主（岩石学报 ，（）：），与华北克拉通南缘小秦岭和鲁山地区中太古代基底花岗岩类的 同位素特征（），）较为一致（第五春荣等，；，；王雪，；，），与北部燕辽裂谷地区中太古代基底岩石中以负值 （）为主的锆石 同位素（万渝生等，；，）明显不同，说明只有华北克拉通南缘基底才可能成为黎城地区常州沟组中太古代晚期锆石的主要物源。此外，黎城地区常州沟组中 锆石年龄主要来自锆石核部和少量他形粒状锆石（图 ），它们的 （）值（）和 （）说明应有更为古老物质源区物质的供给。然而，目前在中部造山带内尚未发现早于 基底岩石的存在，只是在小秦岭地区太华群斜长角闪岩中有 继承锆石的报道（第五春荣等，），表明该区域极有可能有中太古代地壳物质的存在。目前，在燕辽裂谷北支的鞍山地区已有明确的 和老于 的基底岩石发现（，；万渝生等，；，；，），但在燕辽裂谷至太行山北段的长城系中至今尚未发现 的锆石记录，且该区沉积时代明显晚于太行山南段地区。因此推断，燕辽裂谷北部地区基底中太古代陆壳物质不太可能被搬运到太行山南部而成为黎城地区长城系中太古代碎屑物质的来源。最近，在华北克拉通南缘信阳地区的中生代火山岩麻粒岩包体（，；，）和熊耳地区铁炉坪闪长岩（，）中均确定存在 的古老锆石，说明这些地区深部存在更为古老的古太古代陆壳物质。黎城地区常州沟组 的锆石磨圆度高，具岩浆环带，（），应是较远距离物源区古太古代岩浆活动的记录。然而，华北克拉通南缘麻粒岩包体中古太古代锆石的 （）（，），显然该麻粒岩中锆石记录的古老陆壳物质还不太可能成为太行山南部常州沟组中 碎屑锆石的源区，而华北克拉通中、南部地区极有可能存在至今未被发现的更为古老的陆壳物质源区，这也可从常州沟组中新太古代晚期（）部分碎屑锆石有很高的负 （）值（图 ）和更为古老的 得到印证。沉积构造背景及源区演化一般来说，形成于不同构造背景下的碎屑沉积岩中的碎屑锆石往往会呈现出不同的年龄谱，处于汇聚板块边缘沉积岩的锆石年龄谱常呈现为一个接近沉积物沉积年龄的单峰，与板块碰撞造山带有关的沉积盆地中的碎屑锆石则以出现多个年龄峰值为特征，而被动大陆边缘和裂谷环境中的碎屑锆石往往由于记录了地壳演化历史的多期地质事件而呈现更为复杂的年龄峰值，并以大多数碎屑锆石的年龄都远大于其沉积年龄为特点（，；，；，）。基于此，图 黎城地区长城系中碎屑锆石年龄累积频率图（据 ，）汇聚环境；碰撞环境；伸展环境 （，）；（）提出可利用碎屑锆石年龄分布的不同判别它们的沉积环境，通过碎屑锆石结晶年龄（，简称 ）与沉积年龄（，简称 ）之间时间跨度累计频率图，划分出汇聚、碰撞和伸展三个主要的沉积环境类型（图 ）。黎城地区长城系赵家庄和常州沟组 件样品（和 ）的碎屑锆石结晶年龄与其沉积年龄的时间跨度均超过 ，与伸展构造背景沉积盆地的碎屑锆石年龄谱特征基本一致（图 ）。这两组砂岩均表现为滨海带的沉积特征（李建荣等，），而且它们的大地构造位置位于华北克拉通中部，因而表明在中元古代早期该区为一个伸展背景下的陆表海环境。太行山南段赞皇杂岩中大量 基性岩脉的侵入也说明该时期为一伸展构造背景（，；廖超林等，）。显然，太行山南段长城系下部的赵家庄组和常州沟组应是陆壳伸展环境下的沉积产物。中元古代早期是华北克拉通裂谷系广泛发育的重要阶段，地块南缘的熊耳地区通常被认为是最早开始伸展裂解的区域（赵太平等，；翟明国，），并受断裂控制呈三角形分布（赵太平等，）。近年来，在山西吕梁地区与熊耳火山岩成因类似火山岩的发现使得一些学者认为熊耳裂谷盆地的北向分支可向北延伸到吕梁地区（徐勇航等，；雷天，；王彦斌等，）。此外，地球物理资料揭示，熊耳裂谷除北向分支外，在北东方向上还存在一个穿过沁水盆地与太行山地区相通的分支（王同和，；武铁山，；王坤等，）。太行山南部与熊耳裂谷中类似的 辉绿岩墙群（，）和丰峪地区 型花岗岩体（，；白国典等，）的发现，进一步佐证了熊耳裂谷存在一个延伸至太行山地区的北东分支。黎城地区长城系早期陆缘滨海相沉积和这些沉积岩中碎屑锆石年龄分布及 同位素特征与中南部地区基底岩石地质事件和性质呈现胡漾等：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据图 华北克拉通中部带南段基底岩石（）及黎城地区和中部带南段长城系（）锆石年龄峰值及 同位素特征图中中部带南段基底岩石数据来自 ，；贾晓亮，；王雪，；李磊，；，；，；中部带南段长城系数据来自胡国辉等，；，；，；，（）（）（），；，；，；，；，；，；，；，；，高度一致性（图 ），也说明熊耳裂谷在中元古代早期就已延伸至太行山南段地区。（）通过地层对比研究提出，熊耳裂谷在中元古代晚期不断向北延伸，至 已与燕辽裂谷沟通相连。最近，太行山地区串岭沟组页岩中的古生物学研究揭示，太行山、熊耳地区的真核生物化石组合与燕辽地区相应地层中的化石组合存在差异（，），说明至串岭沟组沉积期南、北两个裂谷盆地还未沟通相连。显然，太行山中、南段中元古代早期沉积岩系主要为中部带南段地区物源供给的结果。沉积岩中的碎屑锆石常常被用来追溯其源区的地壳演化历史，将碎屑锆石的 年龄及其 同位素分析结果相结合，可限制年轻和古老地壳物质对锆石颗粒形成岩浆源的相对贡献，并有效限定沉积物源区的地壳演化。华北克拉通南部至今尚未发现始太古代 古太古代古老陆壳物质的存在，但中部带南部中生代火山岩中 长英质麻粒岩捕虏体的锆石 （），（，；，）以及太行山南段和熊耳地区长城系（胡国辉等，；，；，；，）中古太古代锆石的 （），表明华北克拉通中、南部地区存在更为古老的陆壳物质，因而也揭示华北克拉通南部在古太古代时期极有可能已有陆壳物质的形成。不同于燕辽地区存在多期的太古宙岩浆事件，华北克拉通南部直至新太古代早期阶段才开始出现大量岩浆活动和陆壳增生（图 ），在中条山、小秦岭以及鲁山地区均有 的 片麻岩和基性岩类的形成（第五春荣等，；，；，；张瑞英，；，；王雪，），这些岩浆活动的锆石 （）基本都以正值为主（），具有与（原岩）形成年龄相近的地壳模式年龄（），指示了大量新生地壳的形成。同时，部分岩浆锆石 （），反映新太古代初期大量新生陆壳形成的同时也有古 中太古代陆壳物质的再造，也说明这些地区有更为古老陆壳物质的存在。太行山南段和华北地块南缘长城系砂岩中的碎屑锆石均有新太古代早期事件的记录，且这些锆石 （），（胡国辉等，；，；，），与该区基底岩石同期岩浆结晶锆石具有较为一致的 同位素变化范围（图 ）。因此，华北克拉通中、南部在新太古代早期不仅有大量新生地壳的生长，而且还存在古老地壳物质的再造，也间接证明该区存在更为古老的古 中太古代陆壳物质。新太古代晚期是华北克拉通地壳演化最为活跃和岩浆活动最为广泛的时期。其中，在中部带南段有大量新太古代晚期花岗岩类和 片麻岩的形成（，；王玺，；，；李磊，），这些花岗岩类的锆石（），反映以新生陆壳的形成为主，同时还有古老陆壳物质的再造（，）。在太行山南部和熊耳地区的长城系中也存在相当的该期碎屑锆石，它们的 （）值也以正值为主（），（，；，；，），整体 同位素特征与中南部地区新太古代晚期基底岩浆活动特征较为一致（图 ），揭示华北克拉通南部在新太古代晚期经历了明显的新生陆壳增生和强烈的古老地壳改造。近年来，在华北克拉通中部带的中、南部确定存在大量 花岗岩浆活动（，；，；李磊，；，），揭示了中部带在古元古代中期存在一期强烈的岩浆热事件。该期基底花岗岩类的锆石 （）值具有较大的变化范围（），多以负值为主（图 ），。这一期岩浆事件在太行山南段黎城地区（），）以及南部熊耳地区的长城系砂岩碎屑锆石（），）（胡国辉等，；，；，；，）中均有记录，且它们的锆石 同位素组成与这些地区基底岩石的同期锆石 同位素一样显示了较大的变化范围（图 ），岩石学报 ，（）：一致揭示华北克拉通中、南部从古元古代中期开始新生地壳增生逐渐减弱，转而以古老地壳物质的再造为主。华北克拉通南部在古元古代末期（）也发生了一期岩浆活动，除了形成多种类型的花岗岩类外，还出现了基性岩墙的侵入（赵太平等，；，；贾晓亮，；王雪，）。黎城地区长城系碎屑锆石中也有该期事件的记录，且这些碎屑锆石有变化很大的 （）值（）和 （），与南部地区基底岩石中该期岩浆锆石（），）（，；王雪，；，）及其上覆长城系碎屑锆石（），）（胡国辉等，；，；，）具有一致的 同位素特征，证明华北克拉通中、南部地区在古元古代末期的岩浆事件主要是早期地壳物质活化再造的结果。结论（）黎城地区长城系底部砂岩中最年轻碎屑锆石 的 加权平均年龄将太行山南部长城系赵家庄组的最大沉积时代限定在 之后，该区长城系下部地层可与华北克拉通南缘长城系对应地层相比对，证明在中元古代早期（）太行山南部已与南部熊耳裂谷盆地相联通。（）太行山南段长城系下部地层碎屑锆石的年龄分布及其峰值 同位素特征与华北克拉通中部带的中、南部地区基底主要地质事件及 同位素十分类似，指示太行山南段长城系主要来自华北克拉通中、南部地区基底物质源区。（）长城系古 中太古代碎屑锆石及其负的 （）值证明华北克拉通中、南部存在古太古代的古老地壳物质，新太古代至古元古代晚期几个碎屑锆石峰期年龄及 同位素特征揭示，在新太古代早期华北克拉通南部以新生地壳生长为主，新太古代晚期 古元古代中期则由新生地壳增生与改造过渡为以早期地壳物质再造和少量新生陆壳增生的转换阶段，至古元古代末期则进入到以早期地壳物质改造为主的演化阶段。致谢感谢山西省地质调查院李建荣工程师和中国科学院广州地球化学研究所马建锋博士在野外地质工作中提供的帮助。感谢三位审稿人提出的建设性建议，这些建议对本文的提高和完善有很大帮助。，（）：，（）：，（）：（），：，：，：，（）：，（）：，（）：，：，：，：，（），：，（）：，：，（），（）：，（）：，：，：，：，（）：，：，（）：胡漾等：山西黎城地区长城系沉积时代及源区分析：碎屑锆石 年代学和 同位素证据 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