鄂爾多斯盆地南緣南曹德組和莊河溝組鋯石u-pb年代學(xué)研究

鄂爾多斯盆地南緣南曹德組和莊河溝組鋯石u-pb年代學(xué)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(qū)，以泥灰?guī)r-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(xí)慣于將其稱(chēng)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(jù)舒貴等人介紹，zhou在沉積物時(shí)代和沉積物來(lái)源之間有一個(gè)很大的爭(zhēng)論。早期部分學(xué)者將唐王陵礫巖與華北陸塊西南緣經(jīng)典的震旦系正目觀組和羅圈組對(duì)比,認(rèn)為其屬于晚前寒武紀(jì)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(wěn)定地塊與秦嶺-祁連構(gòu)造活動(dòng)帶之間(圖1a)。受加里東期和燕山期造山運(yùn)動(dòng)的影響,該區(qū)地層發(fā)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(zhuǎn)入?yún)^(qū)域?yàn)I海沼澤、廣闊內(nèi)陸盆地的發(fā)展階段,發(fā)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(shù)溝剖面南段莊河溝組中部夾含的灰綠色細(xì)粒長(zhǎng)石石英雜砂巖樣品(ZHS),采樣位置見(jiàn)圖1b,地理坐標(biāo)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(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成,鋯石顆粒的樣品制靶和陰極發(fā)光(CL)照片的拍攝以及鋯石的LA-ICP-MS測(cè)試分析均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。鋯石的陰極發(fā)光圖像在Quanta400FEG型電子顯微鏡和聯(lián)動(dòng)的MonoCL3+型陰極發(fā)光探頭分析儀上拍攝完成;鋯石LA-ICP-MS測(cè)試儀器為準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)Geolas200M和Elan6100DCR型四級(jí)桿質(zhì)譜儀,激光剝蝕斑束直徑為30μm。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)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(biāo),3分析的結(jié)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(tài)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(huán)帶,顯示巖漿鋯石特征;另有少數(shù)鋯石的CL發(fā)光性較差、無(wú)明顯的成分環(huán)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(cè)試獲得了71個(gè)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(gè)年齡區(qū)間,相應(yīng)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(gè)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(cè)試獲得了75個(gè)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(gè)年齡區(qū)間,相應(yīng)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(gè)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(cè)年結(jié)果表明,它們的年齡譜及其主值年齡區(qū)間對(duì)應(yīng)的峰值年齡分布特征基本相似(圖4),總體顯示了它們應(yīng)該屬于唐王陵礫巖下部層段沉積時(shí)代和物源相近的統(tǒng)一建造組合單元。因此,在進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題討論的時(shí)候可以將這兩件樣品的碎屑鋯石測(cè)年數(shù)據(jù)合并處理(圖5b)。4.1地層內(nèi)的最佳年齡碎屑鋯石的最小年齡可用來(lái)限定地層的最大沉積時(shí)代最近,DongXiaopengand綜合上述分析可以看出,研究區(qū)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(tǒng)的平?jīng)鼋M,尤其是顯著缺少平?jīng)鼋M砂巖主要源于晚奧陶世北秦嶺碰撞火山弧物源區(qū)的鋯石U-Pb高頻峰值年齡(454Ma)記錄(圖5)。進(jìn)一步結(jié)合前人曾在莊河溝組和昭陵組海相沉積泥頁(yè)巖中獲得的大量屬于晚前寒武紀(jì)的碳質(zhì)大化石、古植物化石和多組696~654Ma全巖Rb-Sr年齡等相關(guān)證據(jù)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(qū)南曹德組和莊河溝組鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)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(cè)點(diǎn)總數(shù)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(qū)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(zhì)結(jié)晶基底巖系。其中,太華群發(fā)育新太古代和古元古代兩次主要構(gòu)造巖漿變質(zhì)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(qū)間對(duì)應(yīng)的峰值年齡占比較研究區(qū)南曹德組和莊河溝組的鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)中共有104顆鋯石年齡(1041~1790Ma)屬于中元古代,占樣品總測(cè)點(diǎn)數(shù)的71%,其中包含1041~1203Ma(n=23)、1223~1451Ma(n=36)和1458~1650Ma(n=24)三個(gè)主要年齡區(qū)間,對(duì)應(yīng)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(qū)域變質(zhì)事件后進(jìn)入地臺(tái)演化階段,發(fā)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(zhì)背景及構(gòu)造熱年代學(xué)記錄研究區(qū)南曹德組和莊河溝組的鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)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(cè)點(diǎn)數(shù)的7%。近些年來(lái),在華北(鄂爾多斯)陸塊西南緣相鄰北秦嶺古老變質(zhì)雜巖中相繼發(fā)現(xiàn)了不少新元古代侵入巖的構(gòu)造熱年代學(xué)記錄。諸如:拉雞廟973±6Ma的閃長(zhǎng)巖體4.3由變質(zhì)基底巖系控制的北風(fēng)帶已有研究表明,華北陸塊的初始ε研究區(qū)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(cè)年數(shù)據(jù)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(duì)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(tǒng)一構(gòu)造單元的震旦系正目觀組和羅圈組具有沉積時(shí)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(lái)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(yīng)該主要來(lái)自于華北(鄂爾多斯)陸塊的變質(zhì)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(lái)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(shí)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(shí)(甚或在此之前?)的北秦嶺(雜巖)地體已經(jīng)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(fā)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(qū)段正目觀組和羅圈組在內(nèi)的新元古代晚期或震旦紀(jì)陸緣裂陷海槽沉積。研究區(qū)唐王陵礫巖下部層段南曹德組主要發(fā)育濱淺海相碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積,尤其是上部層段發(fā)育了一套厚達(dá)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(duì)比特征,從碎屑鋯石年代學(xué)的物源示蹤角度進(jìn)一步提供或印證了北秦嶺地區(qū)中—新元古代洋盆轉(zhuǎn)換的構(gòu)造巖漿變質(zhì)事件記錄,碎屑鋯石年齡譜中包含有兩組來(lái)自北秦嶺物源區(qū)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(qū)與格林威爾期Rodinia超大陸拼合及其隨后初始裂解時(shí)間近乎接近的兩期構(gòu)造巖漿活動(dòng)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(fā)生在峰值年齡接近1.12Ga的格林威爾碰撞造山期,同時(shí)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(fā)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(qū)很可能經(jīng)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(gè)主值年齡區(qū)間,對(duì)應(yīng)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(jīng)典的震旦系正目觀組和羅圈組基本一致,最年輕的峰值