Detrital zircon U-Pb geochronology of the Qinling Group in Wulichuan-Zhaigen area, West Henan
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摘要:
秦岭岩群为北秦岭微陆块的主要组成部分，其时代的准确厘定对秦岭造山带构造演化研究具有重要的地质意义。本次工作对五里川-寨根一带秦岭岩群雁岭沟岩组钠长二云片岩和郭庄岩组矽线二云二长片麻岩进行碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年代学研究。钠长二云片岩具有岩浆成因特征的碎屑锆石核部年龄主要存在545~551 Ma、754~778 Ma、900~1000 Ma、1340~1830 Ma和2300~2500 Ma 5个年龄段，并以900~1000 Ma段碎屑锆石的峰最明显；部分数据点在锆石U-Pb谐和图上拟合成一条上交点年龄为（2478 ±25）Ma的不一致线。矽线二云二长片麻岩年龄主要集中于1400~1800 Ma，另有4颗锆石年龄为1134~1243 Ma，其中最年轻的1颗碎屑岩浆锆石年龄为（1134±17）Ma。根据分析结果，推断本地区雁岭沟岩组的形成时代应晚于900 Ma，早于438 Ma的五垛山岩体。郭庄岩组的主体形成于中元古代晚期，时代应该晚于1122 Ma，老于962 Ma的新元古代花岗岩类。雁岭沟岩组最主要的物质来源为新元古代花岗岩，其次为新太古代-古元古代陆壳，少部分来源于郭庄岩组；郭庄岩组物质来源主要为的古元古代晚期至中元古代早期的花岗岩陆壳。雁岭沟岩组与郭庄岩组形成时代不同，二者之间存在沉积间断，主要物源区也不相同，雁岭沟岩组中甚至有少量郭庄岩组剥蚀后再沉积的物质。因此，二者是不同的构造岩片，本地区雁岭沟岩组应从秦岭岩群中解体出来。
Abstract:The Qinling Group is the main component of the Qinling microcontinent, and the accurate determination of its age is of great significance for the study of the tectonic evolution of the Qinling orogenic belt. This paper presents zircon LA-MC-ICPMS U-Pb geochronologic data of the albite two-mica schist from Yanlinggou Formation and the sillimanite two-mica monzo-gneiss from Guozhuang Formation of Qinling Group in Wulichuan-Zhaigen area. The dating results of the magmatic core of detrital zircons from albite two-mica schist show 5 age groups mainly, i.e., 545-551 Ma, 754-778 Ma, 900-1000 Ma, 1340-1830 Ma and 2300-2500 Ma, in which the 900-1000 Ma group exhibits most obvious peaks of detrital zircons, and an inconsistent line of the upper intersection point of (2478 ±25) Ma can be fitted to a part of data points. The sillimanite two-mica monzo-gneiss ages are mainly concentrated in 1400-1800 Ma, with only four data points being in the range of 1134-1243 Ma, and the youngest magmatic core of detrital zircons is (1103 ±6) Ma. According to the data, the authors hold that the age of Yanlinggou Formation was younger than 900 Ma, and older than 438 Ma pluton of Wuduoshan. Guozhuang Formation is mainly formed during late Mesoproterozoic, younger than 1122 Ma, and older than 962 Ma Neoproterozoic granitic rocks. The sedimentary material of Yanlinggou Formation complex was mainly from Neoproterozoic granitic rocks and Proterozoic continental crust, with a little from Guozhuang Formation. Most sources of Guozhuang Formation were from the late Paleoproterozoic to Mesoproterozoic granitic continental crust. Yanlinggou Formation and Guozhuang Formation were formed in different periods, and there was a discontinuity between them. Their sedimentary materials were also different, and even a small amount of material of Yanlinggou Formation was postredeposition material from Guozhuang Formation. The two formations are different tectonic sheets. Therefore, the Yanlinggou Formation should be separated from the Qinling Group.
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Keywords:
- west Henan /
- Qinling orogenic belt /
- Qinling Group /
- Yanlinggou Formation /
- Gaungzhou Formation /
- detrital zircon U-Pb /
- LA-ICP-MS
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1. 引言
秦岭造山带呈狭长带状分布于华北陆块和扬子陆块之间，经历了长期的演化历史，具复杂的物质组成和结构构造（张国伟等, 1995, 1997, 2001；裴先治等，1999）。根据岩石学和大地构造特征，可将其分为南秦岭和北秦岭两个微陆块或造山带（张国伟等，2001；Meng et al., 2000）。秦岭岩群为北秦岭微陆块的重要组成部分，主要呈几个巨大的透镜状岩片沿近东西向断续分布，是秦岭造山带中从组成到构造最为复杂的地带。
张宗清等（1994）对蛇尾及丹凤地区的秦岭岩群进行了系统的同位素测年研究（包括碎屑锆石TIMS U-Pb法、斜长角闪岩全岩Sm-Nd等时线法等），认为秦岭岩群形成于古元古代晚期（2.0 Ga）；陆松年等（2006）应用SHRIMP和LA-ICPMS法对秦岭岩群中的矽线黑云石英片岩中的碎屑锆石进行测年，认为秦岭岩群副变质岩蚀源区主要为古元古代晚期至中元古代早期以花岗岩为主的大陆地壳（1.5~1.9 Ga），其沉积时代至少新于1.5 Ga（并老于960 Ma的花岗岩侵入体），极可能为中元古代末期，并得到了许多学者的证实（时毓等，2009；杨力等，2010；万渝生等，2011；Diwu Chunrong et al., 2014）。但上述同位素年代学的研究仅限于秦岭岩群郭庄岩组，而对雁岭沟岩组的研究则相对缺乏。为限定雁岭沟岩组的时代，本文对五里川—寨根一带雁岭沟岩组下部石墨大理岩夹层中的变质碎屑岩进行了锆石LA-ICP-MS年代学研究，同时在寨根地区采集了郭庄岩组中比较典型的矽线二云二长片麻岩进行对比研究。
2. 地质背景和样品来源
原建立的秦岭群（又称秦岭杂岩），实际是一套包含不同时代地质体的构造岩石组合（张国伟等，2001；王涛等，1997），已逐步解体（包括最后被分离出来的峡河群（陈瑞保等，1993））。现在普遍认为秦岭岩群为一套中深变质杂岩系，变质程度普遍达角闪岩相，局部达麻粒岩相，有强烈的深熔混合岩化，多期变质变形和岩浆贯入，以深层塑性流变和韧性剪切带为主要变形特征（张国伟等，2001；游振东等，1991）。河南岩石地层（河南省地质矿产局，1997）将秦岭岩群由下到上依次划分为郭庄岩组、雁岭沟岩组和石槽沟岩组。但最新的区域地质调查成果❶认为石槽沟岩组和郭庄岩组实为同一套构造地层单元在不同构造部位的重复出露，而将秦岭岩群划为郭庄岩组和雁岭沟岩组，并认为二者为整合接触。但多数学者认为秦岭岩群由不同的构造岩片组成，并且经历了多期次的构造作用，现在各组成单元之间的接触关系已不能完全代表原来的接触关系，雁岭沟组厚层大理岩可能是推覆其上的外来岩片（万渝生等，2011；张国伟等, 1990, 1988；闫全人等，2009）。但由于没有合适的测试样品，秦岭岩群上部厚层大理岩，即雁岭沟岩组的形成时代、物质来源一直无法确定，所以与郭庄岩组的关系也没有确切的证据进行证实。
豫西地区郭庄岩组以石榴黑云斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩为主，夹透辉斜长角闪片麻岩及白云质大理岩，原岩以中基性及中酸性火山岩为主，夹钙泥质岩、砂质岩和碳酸盐岩等沉积夹层。区域上该岩组以岩石普遍发育深熔作用为典型特征，局部地区，如桐柏、松树沟、官坡等地含有高压-超高压变质岩透镜体，并有区域退变质叠加，总体为一套具中深变质的碎屑岩-碳酸盐夹火山岩组合。雁岭沟岩组以大套含石墨、橄榄石、透辉石、透闪石、海泡石等变质矿物的镁质大理岩为主，夹少量变质碎屑岩及基性火山岩。
此次工作的样品采于河南省洛阳市南部五里川乡—寨根乡一带，该地区是秦岭岩群出露最广、岩性组合特征最典型的地段（图 1，图 2）。2个样品分别采于雁岭沟岩组和郭庄岩组，岩相学特征描述如下：
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图 1 豫西地区地质略图（据万渝生等，2011）Figure 1. Geological sketch map of west Henan(after Wan et al., 2011)![]()
图 2 郭庄岩组二云二长片麻岩野外特征（a）及郭庄岩组中的深熔作用（b）Figure 2. Field features of two-mica feldspar gneiss (a) and anatexis(b) from Guozhuang formation complex10YX06：雁岭沟岩组钠长二云片岩，采于五里川南部一带，地理坐标：33° 45′ 03.53″ N，111° 06′ 52.15″E。岩石粒状鳞片变晶结构，片状构造，由白云母（40%~45%）、钠长石（25%）、石英（15%~20%）、蚀变黑云母（10%~15%）和少量绿泥石（< 5%）组成。白云母呈无色片状，黑云母已全部被褐铁矿、白云母取代，绿泥石呈浅绿色片状，均具定向排列，片径0.05~1.15 mm。石英呈他形、齿形粒状，粒内具波状消光和亚颗粒，粒径多在0.05~0.75 mm，有的聚集成条带状定向分布。钠长石呈他形粒状，有的沿裂隙被褐铁矿交代，粒径为0.25~1.45 mm。岩内少量裂隙被褐铁矿充填。
10YX13：郭庄岩组矽线二云二长片麻岩，采于寨根北部赛岭村一带，地理坐标：33°38′34.67″N，111°10′51.00″E。岩石为毛发状、鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，成分包括石英（25%±）、斜长石（10%~ 15%）、钾长石（15%~20%）、黑云母（25%±）、白云母（10%±）和矽线石（10%±）。斜长石呈他形粒状，具绢云母、碳酸盐化，粒径多为0.05~0.75 mm。钾长石呈它形粒状，具土化，粒径0.2~1.4 mm；石英呈他形、齿形粒状，粒内波状消光和亚颗粒发育，粒径0.1~1.2 mm；黑云母呈红褐色片状，白云母呈无色片状，两者具定向排列，片长0.1~2.1 mm；少量矽线石呈无色毛发状、针柱状，常呈集合体生长。
3. 样品处理及分析方法
锆石U-Th-Pb样品前处理包括了原岩粉碎、锆石分选、样靶制作等环节。将原岩粉碎到能够全部通过80目，人工淘洗岩石粉末，得到重砂部分，再经过电磁选、重液分选，之后在显微镜下挑选出锆石。10YX06样品5 kg原样挑选出锆石200粒；10YX13样品2 kg原样挑选出锆石1000粒。然后挑选裂纹少、透明度好、干净的锆石制靶，在样品靶固结干燥后，打磨并抛光，在大部分锆石颗粒的中心部位暴露出来后，拍摄锆石透反射光照片、阴极发光（CL）图像（图 3），以便做锆石成因分析。
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图 3 碎屑锆石代表性Cl图像及测点位置Figure 3. Representative CL images and dating spots of the detrital zircon grains在天津地质矿产研究所同位素实验室，利用激光剥蚀多接收器等离子体质谱仪（LA- MCICPMS）对样品锆石进行微区原位U-Th-Pb同位素测定。仪器配置和测试流程参见文献（李怀坤等, 2009, 2010）。采用标准锆石GJ-1作为外部年龄标准进行U、Pb同位素分馏校正（Simon et al., 2004），用中国地质大学刘勇胜博士编写的ICPMS Data Cal程序（Liu Yongsheng et al., 2008）对原始数据进行处理，用Ludwig博士编写的3.0版Isoplot程序（Ludwig, 2003）绘制U-Pb谐和图和计算加权平均值，以208Pb校正法对普通铅进行校正（Tom Anderson, 2002）。利用Nist612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。
对于锆石年龄大于10亿年的数据，采用207Pb/ 206Pb年龄，而对于锆石年龄小于10亿年的数据，采用206Pb/238U年龄（Gehrels et al., 1999; Sircombe, 1999; 李猛等, 2015）。以206Pb/238U年龄和207Pb/206Pb年龄比值为标准选择U-Pb年龄数据（Gehrels, et al., 1999; Nelson, et al., 2007；Kalsbeek, et al., 2008; Naipauer, et al., 2010; 李猛等, 2015），谐和度介于90%~110%的数据为有效数据。
4. 锆石特征和测年结果
雁岭沟岩组钠长二云片岩（10YX06）和郭庄岩组矽线二云二长片麻（10YX13）锆石U-Th-Pb同位素测定结果见表 1，图 3为2个样品代表性锆石CL（阴极发光）图像特征。测试过程中对不同形态、不同CL成相特征的锆石随机打点，以期能客观反映锆石群的年龄分布特征。图 4、图 5分别展示了2个样品分析的锆石U-Pb谐和曲线图和年龄直方图。
表 1 秦岭岩群碎屑锆石LA-MC-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定数据Table 1. U-Th-Pb isotope composition of detrital zircons from Qingling Group by LA-MC-ICP-MS
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图 4 雁岭沟岩组钠长二云片岩（10YX06）锆石U-Pb谐和图与年龄直方图Figure 4. Concordia diagram and histogram plot of the zircons U-Pb data of the albite two-mica schist from Yanlinggou Formation complex (10YX06)![]()
图 5 郭庄岩组矽线二云二长片麻岩（10YX13）锆石U-Pb谐和图与年龄直方图Figure 5. Concordia diagram and histogram plot of the zircons U-Pb data of the sillimanite two-mica monzo-gneiss from the Guozhuang Formation complex (10YX13)4.1 样品10YX06
雁岭沟岩组钠长二云片岩。代表性锆石多为椭圆状、次圆状，少数为次棱角状，基本不具完整晶形，并且许多颗粒发育振荡环带，为继承的碎屑岩浆锆石。少数发育增生边，但厚度都比较薄，难以进行测试。该样品共测试80个数据点，在锆石UPb谐和图上（图 4a），多数点落于谐和线上，部分位于谐和线下方，其中13个位于谐和线下方的点拟合的一条不一致线上交点年龄为（2478 ± 25）Ma，下交点年龄为（602 ± 320）Ma。上交点年龄代表了雁岭沟岩组碎屑岩源岩的年龄信息，而下交点误差较大，变质作用发生的时间不能准确确定。剔除谐和度较低的7个数据点，剩余的73个数据点。在年龄直方图上主要集中表现为多个峰值：545~551 Ma、754~778 Ma、900~1000 Ma、1340~1830 Ma和2300~ 2500 Ma（表 1，图 4b），并以900~1000 Ma为主峰值。另外还有2颗锆石比较古老：（2863±12）Ma和（3563±11）Ma。
4.2 样品10YX13
郭庄岩组矽线二云二长片麻岩。代表性锆石多为椭圆状、次圆状，少数为次棱角状，CL图像特征与10YX06样品相似，也含有发育震荡环带的碎屑岩浆锆石，部分也发育增生变质边。对该样品共进行80个测点分析，在锆石U-Pb谐和图上（图 5a），多数点落于谐和线上，部分位于谐和线下方。剔除谐和度较低的17个数据点，对剩下63个数据点进行统计分析，并显示在年龄直方图上（图 5b）。数据点年龄值主要集中于1400~1800 Ma，其余年龄值有4个点在1134~1243 Ma，有2个点年龄分别为（2358±15）Ma和（2829±13）Ma。另外还有一个比较年轻的年龄为（461±2）Ma，考虑到郭庄岩组被新元古代岩体侵入，该锆石可能为变质锆石，其形成可能与早古生代变质热事件有关（万渝生等，2011）。
5. 讨论
5.1 钠长二云片岩和矽线二云二长片麻岩原岩形成时代
本次工作所采取的雁岭沟岩组钠长二云片岩样品位于五里川东部至朱阳关的公路一侧，1:5万朱阳关幅和1:25万内乡县幅地质图都将该处岩石归于秦岭岩群雁岭沟岩组，但部分学者认为寨根地区峡河岩群中的大理岩块体应作为独立的单位划分出来（王涛等，1997），也有学者认为应该将其归为峡河岩群上部岩段（王世炎等，内部交流），有些学者对是否应将峡河岩群从秦岭岩群中划分出去也持否定意见（陆松年等，2003）。鉴于以上争论，本次研究所获得的雁岭沟岩组的时代仅代表朱阳关地区雁岭沟岩组的时代，其他地区的雁岭沟岩组，应进行更深入更系统的研究划分。测试结果表明，钠长二云片岩碎屑锆石年龄主要集中于900~ 1000 Ma，表明本地区雁岭沟岩组变质沉积岩主体形成于新元古代900 Ma之后，晚于张宗清等（1994）给出的978 Ma的可参考Nb模式年龄。最年轻的两组岩浆碎屑锆石因数量较少，不具有代表性，是否表明雁岭沟岩组沉积时代更晚还需要进一步的工作。另外，研究区东部马山口镇北部一带雁岭沟岩组被早古生代五垛山岩体（LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为438 Ma❷）侵入，因此雁岭沟岩组的形成时代应晚于900 Ma、早于438 Ma的早古生代侵入岩。
寨根地区郭庄岩组矽线二云二长片麻岩年龄值主要集中于1400~1800 Ma，谐和度在90%~110%的最年轻岩浆碎屑沉积锆石207Pb/206Pb年龄为（1134±17）Ma，该年龄与寨根地区秦岭岩群中的矽线黑云石英片岩中（1213±46）Ma的岩浆碎屑锆石年龄（陆松年等，2006）和狮子坪乡石架沟一带榴辉岩围岩1122 Ma的最小年龄（杨经绥等，2002）相近。蛇尾地区黑云斜长片麻岩中获得了更年轻的上交点年龄（1062±170）Ma（Diwu Chunrong et al., 2014），但误差较大。西峡地区侵入郭庄岩组的最老的新元古代片麻状花岗岩的年龄为（962±16）Ma（Diwu Chunrong, et al., 2014），因此郭庄岩组的时代应该晚于1122 Ma、老于962 Ma的新元古代花岗岩，主体形成于中元古代晚期。
从形成时代上，雁岭沟岩组形成于900 Ma片麻状花岗岩之后甚至更晚，而郭庄岩组被962 Ma的片麻状花岗岩侵入，二者之间存在沉积间断，雁岭沟岩组应从秦岭岩群中解体出去。
5.2 雁岭沟岩组钠长二云片岩和郭庄岩组矽线二云二长片麻岩物质来源
雁岭沟岩组钠长二云片岩最老的一组锆石年龄为2300~2500 Ma，并有两颗207Pb/206Pb年龄为（2863±12）Ma和（3563±11）Ma，可能来源于新太古代—古元古代的陆壳。1340~1830 Ma的一组年龄与郭庄岩组主体碎屑锆石的时代相近，可能是郭庄岩组剥蚀后再沉积的产物。900~1000 Ma为主峰值，与侵入秦岭岩群郭庄岩组的寨根、牛角山、德河片麻状花岗岩等新元古代岩体年龄相近（陆松年等，2003）。表明雁岭沟岩组最主要的物质来源为新元古代花岗岩，其次为新太古代—古元古代陆壳，少部分来源于郭庄岩组。
郭庄岩组矽线二云二长片麻岩有2颗锆石年龄较老，分别为（2358±15）Ma和（2829±13）Ma，可能来源于太古宙陆壳。其余锆石年龄在1134~1800 Ma，特别是绝大多数集中于1400~1800 Ma，物质来源主要为古元古代晚期至中元古代早期的花岗岩陆壳（陆松年等，2006）。
从物质来源上看，雁岭沟岩组蚀源区主要为新元古代花岗质侵入岩和2300~2500 Ma的太古宙岩石，甚至有少量郭庄岩组剥蚀后再沉积的物质，与郭庄岩组主蚀源区为1400~1800 Ma的古元古代—中元古代岩石明显不同，表明二者是不同的构造岩片，本地区雁岭沟岩组应从秦岭岩群中解体出来。
6. 结论
（1）五里川地区雁岭沟岩组的形成时代应晚于900 Ma、早于438 Ma的早古生代侵入岩；郭庄岩组的时代应该晚于1122 Ma、老于962 Ma的新元古代侵入岩，主体形成于中元古代晚期。
（2）雁岭沟岩组最主要的物质来源为新元古代侵入岩，其次为新太古代—古元古代陆壳，少部分来源于郭庄岩组；郭庄岩组物质来源主要为古元古代晚期至中元古代早期的花岗岩陆壳。
（3）形成时代上，雁岭沟岩组形成于900 Ma片麻状花岗岩之后甚至更晚，而郭庄岩组被962 Ma的片麻状花岗岩侵入，二者之间存在沉积间断；物质来源上，雁岭沟岩组蚀源区主要为新元古代花岗质侵入岩和2300~2500 Ma的太古宙岩石，甚至有少量郭庄岩组剥蚀后再沉积的物质，与郭庄岩组主蚀源区为1400~1800 Ma的古元古代—中元古代岩石明显不同。因此，二者是不同的构造岩片，本地区雁岭沟岩组应从秦岭岩群中解体出来。
注释❶王世炎, 刘振宏, 武太安, 张毅星, 崔霄峰, 付晓强. 2002. 1:25万内乡县幅区域地质调查报告[R].郑州：河南省地质调查院.注释❷李承东, 赵利刚, 常青松, 许雅雯, 张阔, 王世炎. 2013.豫西成矿带基础地质综合研究成果报告[R].天津：中国地质调查局天津地质调查中心. -
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图 1 豫西地区地质略图（据万渝生等，2011）
Figure 1. Geological sketch map of west Henan(after Wan et al., 2011)
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图 2 郭庄岩组二云二长片麻岩野外特征（a）及郭庄岩组中的深熔作用（b）
Figure 2. Field features of two-mica feldspar gneiss (a) and anatexis(b) from Guozhuang formation complex
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图 3 碎屑锆石代表性Cl图像及测点位置
Figure 3. Representative CL images and dating spots of the detrital zircon grains
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图 4 雁岭沟岩组钠长二云片岩（10YX06）锆石U-Pb谐和图与年龄直方图
Figure 4. Concordia diagram and histogram plot of the zircons U-Pb data of the albite two-mica schist from Yanlinggou Formation complex (10YX06)
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图 5 郭庄岩组矽线二云二长片麻岩（10YX13）锆石U-Pb谐和图与年龄直方图
Figure 5. Concordia diagram and histogram plot of the zircons U-Pb data of the sillimanite two-mica monzo-gneiss from the Guozhuang Formation complex (10YX13)
表 1 秦岭岩群碎屑锆石LA-MC-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定数据
Table 1 U-Th-Pb isotope composition of detrital zircons from Qingling Group by LA-MC-ICP-MS
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