華北西部千里山地區長城系黃旗口組碎屑鋯石U-Pb年齡及其地質意義

喬恒忠

華北西部千里山地區長城系黃旗口組碎屑鋯石U-Pb年齡及其地質意義

喬恒忠

（樂山師范學院，四川 樂山 614000）

千里山地區中元古代長城系黃旗口組碎屑沉積巖保存完好，是研究華北克拉通西部長城系物質來源和沉積時代的理想對象。本文報道了千里山地區長城系黃旗口組底部的2個石英砂巖樣品碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果。研究表明，樣品20QL22最重要的碎屑鋯石年齡區間為1910～2074 Ma，峰值年齡為1986 Ma。另外兩個次重要的年齡段為1829～1872 Ma與2347～2486 Ma，峰值分別為1860 Ma與2387 Ma。樣品20QL15碎屑鋯石年齡呈現單峰分布的特征，主要集中于1733～1894Ma，峰值年齡為1820 Ma。結合前人研究成果，本文認為千里山地區長城系黃旗口組碎屑沉積物質主要來自華北克拉通西部陸塊內的孔茲巖帶，陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊也提供了部分物源。華北克拉通西部千里山地區長城系底界年齡小于1.73 Ga。

華北克拉通；中古元古代；長城系；黃旗口組；碎屑鋯石U-Pb定年

華北克拉通廣泛發育著中元古代長城系蓋層，它們是呂梁運動（2.0～1.85 Ga）后華北克拉通響應Columbia超大陸裂解過程的重要沉積記錄（萬渝生等，2003；Zhao et al., 2012；翟明國，2019）。華北克拉通西部千里山地區長城系黃旗口組形成于賀蘭山裂陷槽東側（史曉穎等，2008；李明濤等，2014；楊寶忠等，2018），這套地層不整合覆蓋于孔茲巖帶千里山群高級變質雜巖體上（盧良兆等，1996；Yin et al., 2020），其沉積時代及物源區特征研究能夠為理解華北克拉通西部陸塊早前寒武紀構造演化提供有效信息。本文對千里山地區長城系黃旗口組底部的石英砂巖開展碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年分析工作，并結合前人成果對研究區長城系物質來源及其底界年齡等問題進行探討。

圖1 華北克拉通前寒武紀基底構造劃分圖（據Zhao et al. 2012修改）

1 地質背景與樣品信息

千里山地區位于華北克拉通西部陸塊西北側（圖1），研究區內中元古代沉積蓋層自下而上包括長城系黃旗口組和薊縣系王全口組，它們主要出露于研究區南部的桌子山和北部的哈讓貴烏拉一帶（圖2）；（內蒙古自治區地質礦產局，1991）。千里山地區黃旗口組巖性以中-細粒石英砂巖為主，局部夾紫紅色頁巖，底部發育有紫紅色底礫巖。前人根據巖石組合、沉積構造與層序地層學等資料，認為研究區內黃旗口組整體形成于濱-淺海環境，區域上能夠與華北克拉通東部燕遼裂陷槽內的長城系大紅峪組進行對比（史曉穎等，2008；李明濤等，2014；楊寶忠等，2018）。值得注意的是，千里山地區黃旗口組不整合覆蓋于古元古代千里山群高級變質雜巖體之上，并與上覆的王全口組呈整合接觸關系（圖2）；（Yin et al., 2009, 2020; Qiao et al., 2016; 李文靜，2018；Wu et al., 2020）。

圖2 千里山地區地質簡圖及巖石單元組合（據Yin et al. 2020修改）

本文采集了兩個來自黃旗口組底部的石英砂巖樣品，它們均位于不整合面之上約1～2m，采樣點位置見圖2。樣品20QL22采自桌子山地區摩爾溝內（GPS：39°39′33.02″ N,107°1′21.59″E），野外露頭可見黃旗口組石英砂巖層理產狀為29°∠9°，而不整合面之下的千里山群石榴夕線片麻巖產狀為188°∠70°（圖3）。樣品20QL15采自哈讓貴烏拉北側山坡（GPS：39°59′35.02″N,106°57′16.28″E），該露頭黃旗口組石英砂巖層理產狀為350°∠18°（圖4）。這些石英砂巖成熟度較高，石英顆粒整體磨圓和分選很好，同時還發育有交錯層理和波痕等構造（圖3e）。

圖3 （a）千里山地區南部長城系黃旗口組不整合覆蓋于古元古代千里山群高級變質雜巖體之上；（b）千里山群石榴夕線片麻巖；（c-e）長城系黃旗口組底部發育的石英砂巖與底礫巖

2 鋯石U-Pb定年方法與結果

本次研究樣品20QL22和20QL15經過傳統的重選與磁選等技術挑選出鋯石顆粒，將它們制作成鋯石靶并適當地拋光，然后對這些鋯石進行透、反射光及陰極發光（CL）照相，以確定其內部結構特征與最佳測試點位。鋯石U-Th-Pb同位素分析在廣州拓巖測試技術有限公司利用激光剝蝕-電感耦合等離子質譜儀（LA-ICP-MS）完成，激光束斑直徑約為30 μm，同位素比值校正和質量監控分別采用標準鋯石91500與Ple?ovice（Sláma et al., 2008）。實驗數據處理分析使用ICPMSDataCal和Isoplot程序完成（Ludwig, 2003; Liu et al., 2010）。本文所有鋯石測試點均以207Pb/206Pb年齡進行分析，單個年齡數據誤差為1σ。

圖4 （a）千里山地區北部長城系黃旗口組與千里山群之間的不整合面；（b）不整合面之上的黃旗口組石英砂巖與底礫巖

樣品20QL22鋯石形態主要呈橢圓狀或渾圓狀，整體粒度約為80～250μm，顯示出較好的磨圓和分選。CL圖像表明（圖5a），大多數鋯石內部可見清晰的振蕩環帶，指示它們是典型的巖漿成因鋯石。部分鋯石經歷了變質重結晶的改造，發育有明顯的變質增生邊，另有少數鋯石為無規律分帶的變質鋯石。本次研究對石英砂巖樣品20QL22中的55顆鋯石進行了57個測試點分析，實驗測試結果詳見表1。這些數據點的不諧和度均小于10%，基本分布于諧和線上或附近（圖6a），其207Pb/206Pb年齡變化范圍為1776～2486 Ma，Th/U比值為0.13～4.58，絕大多數大于0.20。碎屑鋯石年齡譜圖顯示（圖6b），樣品20QL22最重要的年齡區間為1910～2074 Ma，峰值年齡為1986 Ma。另外兩個次重要的年齡段為1829～1872 Ma與2347～2486 Ma，峰值年齡分別為1860 Ma與2387 Ma。

樣品20QL15鋯石外形以短柱狀至橢圓狀為主，顆粒大小約為100～200μm，整體分選和磨圓程度較好。CL圖像顯示，這些鋯石絕大多數都是具有清晰的振蕩環帶或板狀環帶的巖漿成因鋯石（圖5b），個別鋯石為無環帶結構的變質成因鋯石。本文對石英砂巖樣品20QL15中的52顆鋯石進行了52個數據點分析（表2），所有數據基本都沿著諧和線分布（不諧和度<10%；圖6c），獲得的最小碎屑鋯石207Pb/206Pb年齡為1733±39 Ma，最大年齡為1946± 29 Ma。這些鋯石Th/U比值為0.33～1.43，說明它們可能主要來自于巖漿巖物源區。同時，樣品20QL15數據在碎屑鋯石年齡譜圖中明顯呈現單峰分布的特征，主要集中于1733～1894Ma，其峰值年齡為1820 Ma（圖6d）。

圖5 （a）樣品20QL22和（b）20QL15代表性碎屑鋯石陰極發光圖像及其年齡

3 討論

3.1 千里山地區長城系物質來源

千里山地區長城系黃旗口組碎屑鋯石U-Pb年代學數據能夠為認識其物質源區提供重要信息。現有統計資料顯示，千里山地區及賀蘭山北段黃旗口組碎屑鋯石峰值年齡主要分布于1.78～1.85 Ga、1.95～2.0 Ga與2.4～2.5 Ga（Darby and Gehrels, 2006; Pang et al., 2020; Zhang et al., 2020）。本次研究也獲得了相似的特征年齡峰值，樣品20QL22和20QL15碎屑鋯石年齡主要集中于1.73～1.89Ga、1.91～2.07Ga與2.35～2.49Ga，峰值年齡分別為1820 Ma、1860 Ma、1986 Ma及2387 Ma（圖6）。這些年齡數據與華北克拉通古元古代構造熱事件的時間能夠較好的對應，反映了千里山地區長城系與華北克拉通其他地區的長城系沉積蓋層類似（張健等，2015；白文倩等，2019），其碎屑物質主要來自于華北克拉通內部的變質基底巖石。

需要提出的是，千里山地區長城系直接不整合覆蓋于孔茲巖帶千里山群高級變質雜巖體之上（圖3和4），是陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊沿著孔茲巖帶拼合形成西部陸塊后的第一套穩定的沉積蓋層（盧良兆等，1996；萬渝生等，2003；Zhao et al., 2012）。孔茲巖帶經歷長期的碰撞造山過程，帶內廣泛發育多期古元古代（1.8～2.1 Ga）巖漿活動與變質作用（Zhao et al., 2012; Yin et al., 2020）。本次研究石英砂巖樣品中的碎屑鋯石結構與年齡譜特征與千里山群十分吻合（Yin et al., 2009, 2020; Qiao et al., 2016; 李文靜，2018；Wu et al., 2020），表明孔茲巖帶為研究區內長城系黃旗口組提供了最重要的物質來源。此外，陰山陸塊和鄂爾多斯陸塊也是千里山地區長城系黃旗口組潛在的碎屑物質源區（Darby and Gehrels, 2006; Pang et al., 2020; Zhang et al., 2020）。

3.2 千里山地區長城系底界年齡

華北克拉通西部長城系黃旗口組的時代問題存在著一定的爭議。前人曾報道過該組底部砂巖中的海綠石K-Ar年齡為1291 Ma，并據此將其歸入薊縣紀（陳晉鑣等，1999）。然而，部分學者通過微古生物沉積構造與區域地層對比等研究，認為本區內黃旗口組時代歸屬于長城紀，并與華北克拉通東部的長城系大紅峪組是可對比的，它們共同反映了古元古代末期華北克拉通構造體制由碰撞造山轉向伸展構造（萬渝生等，2003；史曉穎等，2008；李明濤等，2014；白文倩等，2019）。近年來，前人對千里山地區南部黃旗口組開展過一些碎屑鋯石U-Pb定年分析，先后獲得了1879 ± 32 Ma（Darby and Gehrels, 2006）、1800 ± 19 Ma（Pang et al., 2020）和1765 ± 30 Ma（Zhang et al., 2020）的最小碎屑鋯石年齡。相似地，本次研究中石英砂巖樣品20QL22也發現了1776 ± 7 Ma的年齡信息（表1）。同時，本文對千里山地區北部不整合面之上長城系最底部石英砂巖樣品20QL15的定年結果顯示，最年輕的3顆碎屑鋯石年齡分別為1733 ± 39 Ma、1739 ± 48 Ma與1740 ± 34 Ma（表2），它們較好地約束了研究區內長城系黃旗口組沉積時代的下限。這些數據也與賀蘭山北段黃旗口組報道的1735 ± 45 Ma最小碎屑鋯石年齡能夠相互佐證（Zhang et al., 2020）。因此，本文認為華北克拉通西部千里山地區長城系底界年齡應該小于1.73 Ga。

圖6 （a-b）樣品20QL22和（c-d）20QL15鋯石U-Pb年齡諧和圖與頻率分布直方圖

4 結論

1）華北克拉通西部千里山地區長城系黃旗口組碎屑鋯石年齡主要集中于1.73～1.89 Ga、1.91～2.07 Ga與2.35～2.49 Ga，峰值年齡分別為1820 Ma、1860 Ma、1986 Ma及2387 Ma，其碎屑物質主要來自華北克拉通西部陸塊內的孔茲巖帶，陰山陸塊與鄂爾多斯陸塊也提供了部分物源。

2）華北克拉通西部千里山地區長城系底界年齡小于1.73 Ga。

表1 樣品20QL22鋯石LA-ICP-MSU-Pb定年分析結果

3027.7237.460.740.14230.00358.71370.21180.44360.00662255432309222367304.74 3193.91165.490.570.11290.00225.59440.11880.35680.00451856351915181967215.67 3245.7742.421.080.13750.00288.35360.17590.43860.00482196352270192344226.33 3397.52128.040.760.11420.00215.72970.10660.36210.00361933331936161992172.96 3452.82113.140.470.11270.00195.68460.10660.36370.00361843301929161999177.83 3555.85145.350.380.11360.00215.66110.11020.36000.00421858381925171982206.28 36215.9647.194.580.10850.00245.21280.11970.34740.0037177671855201922187.61 3720.3266.500.310.11150.00225.49680.11730.35630.00391833371900181964196.67 38140.90125.171.130.11180.00224.72410.10510.30530.0037182935177219171718-6.52 3955.71154.590.360.11390.00215.68030.11080.36080.00391862331928171986196.25 4058.55152.430.380.11340.00185.69820.09530.36340.00351855281931151998177.18 4158.7166.250.890.15080.00269.61990.16710.46330.00502355302399162454224.03 4241.7864.730.650.12820.00246.58630.12820.37170.0037207432205817203717-1.79 43105.8179.901.320.11260.00215.26190.10300.33860.00391843331863171880191.99 4462.7457.161.100.15770.00219.18940.10250.42300.0045243122235710227420-6.90 45172.2591.031.890.15330.00179.60260.10760.45410.00402383192397102414181.26 4648.8982.230.590.15990.001910.54950.12860.47790.00402455202484112518182.50 4746.32120.190.390.12780.00186.62470.09080.37570.0037206925206312205617-0.61 4835.8588.820.400.15010.00169.44580.12080.45620.00472347192382122423213.15 4988.8897.220.910.15330.00209.16690.12300.43350.0046238322235512232121-2.65 5054.63172.750.320.11950.00126.03620.06480.36600.0033195017198192011153.01 51109.9595.471.150.16290.001610.52710.12460.46830.0048248617248211247621-0.40 52109.9493.011.180.15890.001810.01550.11880.45770.0051245620243611242923-1.08 5332.3662.670.520.11690.00155.46970.07360.33950.0038191023189612188418-1.35 5497.40123.050.790.11710.00135.60930.06660.34720.0031192220191810192115-0.05 5549.01176.540.280.12290.00125.92810.05800.34950.003019981819659193214-3.42 56109.62117.640.930.11880.00125.68720.06590.34650.0033193923192910191816-1.08 5745.42126.170.360.12120.00136.16320.07330.36790.00351976201999102020172.17

表2 樣品20QL15鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年分析結果

3059.12102.620.580.10720.00194.90450.09670.33200.00431754321803171848215.10 3180.35115.930.690.11070.00185.08190.09750.33220.00411813291833161849201.94 3268.5498.500.700.11070.00205.21450.10360.34200.00471813391855171897234.41 3349.6251.480.960.10640.00274.86770.12350.33300.00451739481797211853226.14 3494.3598.660.960.10880.00225.20230.11230.34650.00401789371853181918196.72 3577.4494.450.820.11170.00224.99610.10930.32440.0044182837181919181121-0.92 36198.83158.221.260.11060.00215.02910.10300.33000.00471809351824171839231.60 37141.32206.990.680.10880.00214.91320.10350.32660.00411779351805181822202.34 38112.12198.380.570.11240.00205.22820.10840.33640.00481839331857181869231.63 3931.0441.130.750.11170.00245.13840.11130.33420.00411828391842181859201.67 4047.5765.570.730.11590.00235.20350.10830.32610.0044189435185318181922-4.12 4153.7085.560.630.11360.00205.20040.09470.33150.0039185836185316184619-0.66 4262.8493.290.670.11200.00225.20370.10360.33570.00341832681853171866171.80 43171.06252.460.680.11340.00195.17570.08880.32990.0037185531184915183818-0.94 4466.3964.981.020.10960.00264.80010.12200.31570.0043179443178521176821-1.47 4599.99114.580.870.11340.00234.94360.09690.31530.0039185537181017176719-4.98 4648.6862.490.780.11380.00225.24640.10800.33310.0040186135186018185319-0.40 4750.8464.830.780.10810.00235.11560.10290.34230.00361769381839171898186.80 48126.42186.300.680.11190.00245.22950.10560.33810.00481831711857171877232.45 4940.7154.240.750.11320.00235.16410.11210.32910.0044185236184719183421-0.95 5086.97114.310.760.11240.00205.25190.09660.33730.00421839331861161874201.85 5125.1959.560.420.11000.00285.48250.15000.36030.00561799521898241983279.29 5284.45119.690.710.10970.00185.11730.09150.33700.00411794291839151872204.15

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Detrital Zircon U-Pb Ages of the Huangqikou Formation of the Changcheng System in the Qianlishan Area, western North China Craton and Their Geological Implications

QIAO Heng-zhong

(Leshan Normal College, Leshan, Sichuan 614000)

Clastic sedimentary rocks of the Mesoproterozoic Huangqikou Formation of the Changcheng System are well-preserved in the Qianlishan area, and they can provide important information for understanding the provenance and depositional age of the Changcheng System in the western North China Craton. This paper reports LA-ICP-MS U-Pb ages for detrital zircons from two quartz sandstones collected from the bottom of the Huangqikou Formation. The results show that detrital zircon age pattern of sample 20QL22 is characterized by a major age range of 1910–2074 Ma and its peak is at ～1986 Ma. Another two important age ranges are 1829–1872 Ma and 2347–2486 Ma, with their peaks at ～1860 Ma and ～2387 Ma, respectively. Meanwhile, detrital zircon U-Pb age values of sample 20QL15 mainly range from 1733 to 1894 Ma and yield a prominent peak at ～1820 Ma. Combined with previous studies, these new data suggest that detrital sediments of the Huangqikou Formation in the Qianlishan area were mainly derived from the Khondalite Belt, as well as a small amount of basement rocks in the Yinshan and Ordos blocks. Additionally, the oldest depositional age value of the Changcheng System in the Qianlishan area of the western North China Craton is younger than ～1.73 Ga.

North China craton; Mesoproterozoic; Changcheng System; Huangqikou Formation; Detrital zircon U-Pb dating

2020-11-22

四川省科技計劃項目（2020YJ0121）；四川旅游發展研究中心項目（LYX-06）；樂山師范學院科研啟動項目（RC202009）

喬恒忠（1991—），男（壯族），廣西河池人，博士，講師，研究方向：構造地質學

P548

A

1006-0995（2021）01-0033-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.006