鄂爾多斯盆地南緣南曹德組和莊河溝組鋯石u-pb年代學研究

在鄂爾多斯盆地南部的陜西禮泉-唐王嶺、永壽磨子溝和尖山-雕刻山區，以泥灰巖-碎屑巖（南曹德群）、泥砂巖夾砂巖（莊河溝群）、角礫巖（黃平群）和雜礫巖（昭陵群）為主要特征的海相沉積層組成。因此，人們習慣于將其稱為廣義的唐王陵礫巖或唐宋金陵群（zhangwentang等人，1979年；zhangyisen等人，1981年；janwangchou等人，1983年；李七喬等人，1983年；胡伊納等人，1985年；胡一瑤等人，1985年；據舒貴等人介紹，zhou在沉積物時代和沉積物來源之間有一個很大的爭論。早期部分學者將唐王陵礫巖與華北陸塊西南緣經典的震旦系正目觀組和羅圈組對比,認為其屬于晚前寒武紀晚期的冰磧礫巖或陸緣裂陷重力流沉積(ZhangWentangetal.,1979;LiuHongyunetal.,1980;ZhangJisenetal.,1981;YeJianetal.,1983;ZhouDingwuetal.,1云巖的沉積相鄂爾多斯盆地西南緣處于鄂爾多斯穩定地塊與秦嶺-祁連構造活動帶之間(圖1a)。受加里東期和燕山期造山運動的影響,該區地層發育不全,局部出露熊耳群基性火山巖和薊縣系白云巖,廣泛出露新元古界震旦系以及下古生界寒武系和奧陶系,普遍缺失志留系—石炭系,整體以海相沉積為主,之后轉入區域濱海沼澤、廣闊內陸盆地的發展階段,發育上古生界、中生界以碎屑巖為特征的陸相沉積。本次研究樣品分別采自磨子溝剖面南曹德組中部夾含的灰白色中粗粒石英砂巖樣品(NCS)和唐王陵柳樹溝剖面南段莊河溝組中部夾含的灰綠色細粒長石石英雜砂巖樣品(ZHS),采樣位置見圖1b,地理坐標分別為34°36′45.5″N,108°3′37.7″E和34°36′51.5″N,108°28′3.4″E。2試試儀器和方法鋯石分選工作在河北省區域地質礦產調查研究所實驗室完成,鋯石顆粒的樣品制靶和陰極發光(CL)照片的拍攝以及鋯石的LA-ICP-MS測試分析均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室進行。鋯石的陰極發光圖像在Quanta400FEG型電子顯微鏡和聯動的MonoCL3+型陰極發光探頭分析儀上拍攝完成;鋯石LA-ICP-MS測試儀器為準分子激光剝蝕系統Geolas200M和Elan6100DCR型四級桿質譜儀,激光剝蝕斑束直徑為30μm。采用國際標準鋯石91500作為外標進行同位素分餾校正,元素含量采用人工合成硅酸鹽玻璃NIST610作為外標,3分析的結果3.1鋯石u-pb-crc-l-pb-l-pb-l-pb-m-q-mscl特征樣品中分選出的鋯石主要呈淺黃色自形、半自形透明晶體,形態上多呈短柱狀和次圓柱狀,部分受到破碎作用而晶形不完整,斷口有磨蝕痕跡,粒徑一般為15~200μm,磨圓度和分選性較差。鋯石CL圖像顯示(圖2),大部分鋯石具有明顯的震蕩環帶,顯示巖漿鋯石特征;另有少數鋯石的CL發光性較差、無明顯的成分環帶。兩件樣品的鋯石Th、U含量分別為13.9×103.2聚合酶菌株中單顆粒鋯石u-pb年齡分布南曹德組砂巖樣品NCS中測試獲得了71個滿足諧和度要求的單顆粒鋯石U-Pb年齡(表1)。年齡分布范圍為827~2679Ma,主要集中在820~874Ma(n=5)、1088~1286Ma(n=19)、1319~1495Ma(n=20)、1505~1744Ma(n=12)、1782~1930Ma(n=11)和2017~2237Ma(n=6)共6個年齡區間,相應的峰值年齡分別為832Ma、1200Ma、1400Ma、1590Ma、1840Ma和2090Ma(圖4);其中,年輕年齡組分中包含有820Ma、833Ma和852Ma三個最為年輕的單顆粒鋯石;古老年齡組分中存在一顆2679±16Ma的太古宙鋯石。莊河溝組砂巖樣品ZHS中測試獲得了75個滿足諧和度要求的單顆粒鋯石U-Pb年齡(表1)。年齡分布范圍為825~2955Ma,主要集中在825~995Ma(n=8)、1041~1395Ma(n=22)、1449~1487Ma(n=5)、1553~1650Ma(n=11)和1688~1935Ma(n=23)共5個年齡區間,相應的峰值年齡分別為852Ma、1112Ma、1311Ma、1586Ma和1869Ma(圖4);其中,年輕年齡組分中包含有825Ma、834Ma、858Ma和867Ma四個最為年輕的單顆粒鋯石;古老年齡組分中存在2648±16Ma和2955±17Ma的兩顆太古宙鋯石。4峰值年齡分布特征南曹德組和莊河溝組兩件砂巖樣品的碎屑鋯石U-Pb測年結果表明,它們的年齡譜及其主值年齡區間對應的峰值年齡分布特征基本相似(圖4),總體顯示了它們應該屬于唐王陵礫巖下部層段沉積時代和物源相近的統一建造組合單元。因此,在進行相關問題討論的時候可以將這兩件樣品的碎屑鋯石測年數據合并處理(圖5b)。4.1地層內的最佳年齡碎屑鋯石的最小年齡可用來限定地層的最大沉積時代最近,DongXiaopengand綜合上述分析可以看出,研究區唐王陵礫巖下部層段南曹德組和莊河溝組的碎屑鋯石U-Pb年齡譜及其最小峰值年齡不僅與其上部層段昭陵組基本相似,而且總體可與盆地西、南緣近鄰剖面的震旦系正目觀組和羅圈組相比;但明顯不同于奧陶系上統的平涼組,尤其是顯著缺少平涼組砂巖主要源于晚奧陶世北秦嶺碰撞火山弧物源區的鋯石U-Pb高頻峰值年齡(454Ma)記錄(圖5)。進一步結合前人曾在莊河溝組和昭陵組海相沉積泥頁巖中獲得的大量屬于晚前寒武紀的碳質大化石、古植物化石和多組696~654Ma全巖Rb-Sr年齡等相關證據資料(4.2沉積物源分析4.2.1華北黨建大石山組鄂爾多斯盆地南緣研究區南曹德組和莊河溝組鋯石U-Pb測年數據中共有32顆鋯石年齡(1811~2955Ma)屬于古元古代-新太古代,約占鋯石測點總數的22%,主峰年齡主要集中在古元古代末的1.8Ga,其余次峰年齡分別接近2.1Ga、2.4Ga和2.6Ga。近鄰區域,華北(鄂爾多斯)陸塊南緣出露有太華群、登封群和安溝群等新太古代-古元古代的高變質結晶基底巖系。其中,太華群發育新太古代和古元古代兩次主要構造巖漿變質事件,主要包含2.7~2.6Ga、2.5~2.1Ga、2.0~1.9Ga三組峰期年齡(4.2.2主要年齡區間對應的峰值年齡占比較研究區南曹德組和莊河溝組的鋯石U-Pb測年數據中共有104顆鋯石年齡(1041~1790Ma)屬于中元古代,占樣品總測點數的71%,其中包含1041~1203Ma(n=23)、1223~1451Ma(n=36)和1458~1650Ma(n=24)三個主要年齡區間,對應的峰值年齡分別為1.12Ga、1.39Ga和1.60Ga。已有研究表明,華北陸塊自古元古代末期約1.8Ga的區域變質事件后進入地臺演化階段,發育約1.78Ga、1.72~1.62Ga、1.38~1.32Ga和0.9~0.8Ga四期中—新元古代巖漿作用4.2.3地質背景及構造熱年代學記錄研究區南曹德組和莊河溝組的鋯石U-Pb測年數據中共有10顆鋯石U-Pb年齡(825~995Ma)屬于新元古代,約占樣品總測點數的7%。近些年來,在華北(鄂爾多斯)陸塊西南緣相鄰北秦嶺古老變質雜巖中相繼發現了不少新元古代侵入巖的構造熱年代學記錄。諸如:拉雞廟973±6Ma的閃長巖體4.3由變質基底巖系控制的北風帶已有研究表明,華北陸塊的初始ε研究區唐王陵礫巖下部層段南曹德組和莊河溝組的碎屑鋯石U-Pb測年數據及其組合年齡譜特征均存在接近1.8Ga的高頻主峰年齡,以及相對偏低頻的2.44Ga最老峰值年齡和1.12Ga、0.83Ga的年輕峰值年齡,這不僅顯示了與其共同出露在華北(鄂爾多斯)陸塊西南緣統一構造單元的震旦系正目觀組和羅圈組具有沉積時代和物源的可比性,而且指示了這套新元古代晚期的濱淺海相陸源碎屑沉積具有來自華北陸塊與北秦嶺雜巖地體的雙向混合物源特征。其中,主峰年齡接近1.8Ga和2.44Ga的古老碎屑鋯石顆粒,應該主要來自于華北(鄂爾多斯)陸塊的變質基底巖系;年輕年齡組分(995~820Ma)及其峰值年齡接近0.83Ga的碎屑鋯石顆粒,顯然主要來自于北秦嶺新元古代晚期的中酸性巖漿巖系。由此推斷,這一時期華北(鄂爾多斯)陸塊與北秦嶺(雜巖)地體之間不存在分隔其南、北雙向物源的深海洋盆,至少此時(甚或在此之前?)的北秦嶺(雜巖)地體已經拼合為華北(鄂爾多斯)地塊南部增生型大陸邊緣的重要組成部分,并在此背景下發育形成了華北(鄂爾多斯)陸塊西南緣包括唐王陵礫巖及其近鄰區段正目觀組和羅圈組在內的新元古代晚期或震旦紀陸緣裂陷海槽沉積。研究區唐王陵礫巖下部層段南曹德組主要發育濱淺海相碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積,尤其是上部層段發育了一套厚達百余米的崩塌角礫巖沉積(鄂爾多斯盆地南緣南曹德組和莊河溝組的上述碎屑鋯石U-Pb年齡譜及其物源對比特征,從碎屑鋯石年代學的物源示蹤角度進一步提供或印證了北秦嶺地區中—新元古代洋盆轉換的構造巖漿變質事件記錄,碎屑鋯石年齡譜中包含有兩組來自北秦嶺物源區峰值年齡接近1120Ma和832Ma的年輕鋯石組分,一方面較好地記錄了北秦嶺地區與格林威爾期Rodinia超大陸拼合及其隨后初始裂解時間近乎接近的兩期構造巖漿活動事件,另一方面提供并支持了華北(鄂爾多斯)陸塊與北秦嶺地體的碰撞拼合-隆升事件主要發生在峰值年齡接近1.12Ga的格林威爾碰撞造山期,同時也限定了華北(鄂爾多斯)陸塊與北秦嶺地體拼合增生型大陸邊緣的碰撞后伸展斷陷沉積主要發生在峰值年齡接近0.83Ga之后的新元古代晚期,它們共同表明華北(鄂爾多斯)陸塊西南緣及其相鄰北秦嶺地區很可能經歷或至少一定程度上受到了Rodinia超大陸拼合-裂解事件的影響。5南蘇葉-莊河溝組患者u-pb年齡譜(1)鄂爾多斯盆地南緣唐王陵礫巖下部層段的南曹德組和莊河溝組碎屑鋯石U-Pb年齡主要包含820~995Ma(n=13)、1041~1203Ma(n=23)、1223~1451Ma(n=36)、1458~1650Ma(n=24)、1659~1935Ma(n=39)、2017~2445Ma(n=7)等6個主值年齡區間,對應832Ma、1120Ma、1330Ma、1590Ma、1856Ma、2090Ma多組峰值年齡。(2)南曹德組和莊河溝組碎屑鋯石U-Pb年齡譜與鄂爾多斯盆地西、南緣經典的震旦系正目觀組和羅圈組基本一致,最年輕的峰值