平南盆地是中朝古陆(华北古陆)朝鲜半岛分布面积最大且演化时间最长的盆地，主体位于平城以南，开城以北，盆地中广泛发育古元古界-古生界地层(图 1)。大部分研究者认为平南盆地地层可以与邻区华北进行对比(Paek et al.，1993； Choi and Kim，1997；Park et al.，2004; Park，2012；Kim et al.，2006，2008; Zhai et al.，2015)。最近，通过中朝两国科学院地质学研究团队的合作，在朝鲜半岛与华北地质对比研究，尤其是结晶基底对比方面，取得了重要成果(Zhao et al.，2006；Wu et al.，2007a，b；Zhai et al.，2007a，b)。赵磊等(2016) 和李秋立等(2016) 还报道了古元古界甑山群变质作用及其时代的研究成果，但地层对比工作相对薄弱，多仅涉及新元古代祥原超群(Peng et al.，2011a；Hu et al.，2012；朴贤旭等，2016a)。本文利用古元古界甑山群和中元古界黄海群、新元古界直岘群、下寒武统黄州群中和组的碎屑锆石年龄，解释平南盆地古元古代-寒武纪沉积物源区的演化特征，通过与华北其他地区的对比，探讨其地质意义。

图 1

Fig. 1

图 1 平南盆地西部地质简图(据Paek et al.，1993改编) 图中样品15-OB-1附近甑山群范围即为店古隆起 Fig. 1 Simplified geological map of the western part of the Pyongnam Basin(revised after Paek et al.，1993)

古元古界甑山群(杂岩)原始地层包括富铝质的片麻岩，基性火山岩和碳酸盐岩互层，以及变砂泥质岩石，可能形成于弧后盆地(Kim et al.，2006，2008；彭澎等，2016)。Paek et al.(1993) 曾将甑山群分为5个组，后来把部分片麻岩和混合岩归属于狼林群(杂岩)(Kim et al.，2006，2008；Han et al.，2011)。甑山群主要分布在南浦-甑山-平原地区，变质级别达高角闪岩相-麻粒岩相，但店古隆起带等其它地区变质相只达到角闪岩相(Paek et al.，1993；Han et al.，2011)。店古隆起是平南盆地内部前寒武纪基底地层出露最广的隆起带之一。在这一地区，甑山群岩石与太古宙莲花山花岗岩以韧性剪切带为界相接(Kim et al.，2006)，出露面积各占百分之五十(Paek et al.，1993)，甑山群主要出露于隆起带的边缘地区，主要以长英质片麻岩和变质砂岩组成，夹少量石墨片麻岩和斜长角闪岩、大理岩。其中，变质砂岩主要出露于祥源-燕滩地区。本研究采集燕滩地区变质石英砂岩样品(15-OB-1) 。该岩石几乎全部为石英，定向分布，残留半径大于0.5mm的碎斑(图 2a)，发育的定向(图 2b)。开城东部甑山群分布于泥盆系(?)临津群东侧，与临津群构造较好接触，变质程度较高(Han et al.，2011)，我们在这一地区采集了1件样品(K-01-47) ，岩性为夕线榴片麻岩，采样点位置如图 1。

图 2

Fig. 2

图 2 甑山群与直岘群部分露头和样品照片 (a)甑山群变砂岩(15-OB-1) (锤子手柄长为30cm)；(b)甑山群变砂岩偏光显微镜照片(正交偏光)；(c)直岘群长寿山组第2段上部砂岩(15-JY-06) ；(d)15-JY-06的偏光显微镜照片(正交偏光)；(e)直岘群长寿山组第3段下部砂岩(15-JY-11) ；(f)15-JY-11的偏光显微镜照片(单偏光)；(g)直岘群长寿山组中砾岩野外剖面;(h)长寿山组砾岩岩石照片 Fig. 2 Representative photos for the Jungsan and Jikhyon groups

中元古界黄海群分布于平南盆地南部瓮津-碧城-率拉地区(Paek et al.，1993)，可以分为三个部分，最下部是泥质片岩为主，中部以石英片岩为主，上部由酸性火山岩和斜长角闪岩、大理岩组成(Kim et al.，2006，2008；Han et al.，2011)。酸性火山岩岩性为石英斑岩和长石斑岩等，与瓮津花岗岩均形成于~12.5亿年(朴贤旭等，2016b)。本研究在碧城地区黄海群下部层位石英片岩(PK-12) 和瓮津地区火山沉积岩(含云母长石石英片岩，原岩或为变质长石石英砂岩，14-HW-1) 中各取样品做碎屑锆石年龄谱分析。

新元古界直岘群是平南盆地中分布最广的地层之一，从下往上由长峰组砾岩-砂岩、五峰组泥质-石灰质片岩、长寿山组砂岩-砂质片岩、安心岭组泥灰岩组成，长峰组砾岩主要在平南盆地中南部地区，北部地区未见，但可见砂岩，主要由中细粒石英砂岩、石英长石砂岩组成，夹1~2m硅质千枚岩(Han et al.，2011；Park，2012)。平城附近砂岩层厚度10~20m，样品12-CK-1来自该层。第三个组长寿山组分布广，平南盆地南部地层厚，分层性好；北部薄，分层性差。盆地西南部长渊地区厚度尤其大，自下而上可以划分4个段：第1段厚度120m，主要由灰白色厚层状细粒砂岩、互层状砂岩、石英质千枚岩、灰白色细粒砂岩、薄层状石英质千枚岩组成；第2段厚350m，主要由厚层状灰白色层状细粒砂岩、灰白色厚层状中细粒砂岩、砂岩组成；第3段厚度为100m左右，含铁矿，称为中部含矿段(Ryu et al.，1990；Park et al.，2012)，岩石组成较复杂，主要由砾岩(图 2g，h)、石英质千枚岩、浅灰绿色砂岩、暗灰色磁铁矿石英千枚岩、含铁砂岩、铁绿泥石砂岩、紫红色千枚岩、灰黄色千枚岩等组成；第4段厚400m，由厚层状细粒砂岩、灰白色中细粒砂岩、砂岩状硅岩、薄层状砂岩组成，最上部广泛发育薄层状砂岩，是与其上安心岭组之间界限标志层(Han et al.，2011；Park et al.，2012)。本研究对第2段和第3段分别采样：第2段上部砂岩(样品号15-JY-06) 为灰白色细粒砂岩，由90%石英和1%~2%的黏土矿物组成，含少量金属矿物，石英粒度0.45~0.95mm(图 2c，d)；第3段上部砂岩(样品号15-JY-11) 为浅灰绿白色砂岩，椭圆形或角砾状，无定向，主体为石英，可分0.15~0.35mm的砂质(60%)和0.03~0.1mm的粉砂质(40%)(图 2e，f)。

下古生界黄州群共分4个组，从下往上为坪山组、中和组、黑桥组、林村组(Park et al.，2012)。以前所称的黄州系(Paek et al.，1993)，现在称为黄州超群(Park et al.，2012)，包括黄州群与法洞群。黄州群属于下寒武-中寒武统，而法洞群属于上寒武统-志留系。黄州群的最下部层位为含磷硫化物的坪山组黑色页岩粉砂岩，仅见于盆地南部(Choi and Kim，1997；Park et al.，2004)。其上中和组由砂岩，粉砂岩，板岩、碳酸盐组成，底部有含磷粉砂岩，本研究在最底部砂岩中取样(14-UR-7) ，该砂岩层厚10~15m，白色，或浅黄色，石英含量95%，含绢云母、长石、金属矿物、粘土矿物，石英颗粒大小为0.03~0.9mm，有粘土矿物胶结，砂状结构，绢云母无定向排列。

图 3是平南盆地古元古界-古生界地层柱状图及取样位置图。

图 3

Fig. 3

图 3 平南盆地甑山群、黄海群、直岘群、黄州群地层柱状图及取样位置图(据Paek et al.，1993; Peng et al.，2011a;朴贤旭等，2016a改编) 坐标轴为非等比例，地层柱高度不代表时限长短 Fig. 3 Stratigraphy column and the sampling localities for the Jungsan，Hwanghae，Jikhyon，Hwangju groups(modified after Paek et al.，1993; Peng et al.，2011a; Park et al.，2016a)

将样品粉碎至60目以下，在双目镜下挑出锆石。将锆石粘在双面胶上，固定于透明的环氧树脂中，打磨抛光，分别照透射光和反射光照片，在中国科学院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室用LEO 1450VP扫描电镜拍摄CL图像。锆石颗粒大小在80~230μm范围内。用带有Geolas 200M激光剥蚀系统的Agilent 7500a ICP-MS同时原位测定锆石U-Pb同位素和元素含量。U-Pb同位素的外标为哈佛大学的标准锆石91500，参考值加权平均²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为1065.4±0.6Ma(Wiedenbeck et al.，1995)；元素含量的计算外标为硅酸盐玻璃NIST SRM 610，内标为²⁹Si。年龄测试激光束斑直径为 40μm，剥蚀深度为 20~40μm。U-Pb 同位素和元素含量原始数据使用GLITTER 4.0软件进行处理。锆石的U-Pb年龄结果使用Isoplot3.0软件(Ludwig，2003)计算。

所有样品，锆石晶体大多显示不同程度的磨圆，大部分锆石发育岩浆环带(图 4)。锆石受后期变质作用等过程的影响，U-Pb封闭体系可能发生破坏，一些年龄点可能不在谐和线上，并可能造成年龄误差较大，因此，我们去掉谐和度较差(谐和度低于90%)或者年龄误差(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄)大于50Ma的数据点(表 1)。所有年龄统计结果见图 5。

图 4

Fig. 4

图 4 部分锆石阴极发光图像 15-OB-1：甑山群变质石英砂岩(浅粒岩)； 14-HW-1：黄海群变质石英砂岩(石英片岩)；PK-12：黄海群浅变质砂岩(石英片岩)；12-CK-1：直岘群长峰组砂岩；15-JY-06：直岘群长寿山组砂岩；14-UR-7：黄州群砂岩 Fig. 4 Representative cathodoluminescent(CL)images of zircon grains

图 5

Fig. 5

图 5 平南盆地样品碎屑锆石年龄谱图 15-OB-1：甑山群变质石英砂岩(浅粒岩)；K-01-47：甑山群夕线榴片麻岩；14-HW-1：黄海群变质石英砂岩(石英片岩)；PK-12：黄海群浅变质砂岩(石英片岩)；12-CK-1：直岘群长峰组砂岩；15-JY-6和15-JY-11：直岘群长寿山组砂岩;14-UR-7：黄州群砂岩 Fig. 5 Spectrum of U-Pb ages of the detrital zircons from the samples in the Pyongnam basin

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 锆石 U-Pb LA-ICP MS 数据表 Table 1 Zi

表 1 锆石 U-Pb LA-ICP MS 数据表 Table 1 Zi

店古隆起甑山群样品(15-OB-1) 碎屑锆石年龄大部分为2700~2100Ma，其中1个颗粒(15-OB-1-15) U-Pb年龄为3644±17Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄与 ²⁰⁷Pb/²³⁵U 年龄，²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄各为 3644Ma与 3638Ma、3628Ma)。还有1个颗粒(15-OB-1-48) ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为3560Ma，但年龄不谐和。这些锆石具有长英质岩浆岩锆石特点，主要表现为岩浆韵律环带发育(图 4)。年龄谱存在明显的2420Ma的峰值(图 5)。开城东部甑山群样品(K-01-47) 碎屑锆石年龄峰值为为1900~1800Ma(图 5)，28个²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄接近的点给出了1859±9Ma加权平均年龄(n=28；MSWD=4.0) 。这一年龄与前人揭示的甑山群变质时代一致(Kim et al.，2006，2008；Han et al.，2011；赵磊等，2016)。合并甑山群2件样品(15-OB-1、K-01-47) ，可以看出，~2500Ma和~1850Ma是两个最为明显的峰值，前者可能代表平南盆地的基底岩石年龄，而后者代表变质年龄(Kim et al.，2006，2008；朴贤旭等，2016a)。

黄海群样品(14-HW-1) 碎屑锆石多具有高级变质岩变质锆石特征，环带不发育，浑圆状(图 4)，尤其是古元古代年龄锆石，少部分锆石(中元古代年龄锆石)发育环带，具有岩浆锆石特征。合并2件样品，可以看出，~1850Ma和~1250Ma的年龄峰值明显，并有少量~2500Ma年龄记录(图 5)，其中~1250Ma的年龄和黄海群下部酸性火山岩以及邻区瓮津花岗岩年龄一致(朴贤旭等，2016b)。

祥原超群直岘群长峰组样品12-CK-1碎屑锆石多发于岩浆环带(图 4)，但年龄大多不谐和，少数谐和年龄中，除了1个~2500Ma的年龄，其他多集中在~1850Ma。长寿山组2件样品(15-JY-6、15-JY-11) 碎屑锆石年龄显示明显的1100~1200Ma和1400~1600Ma年龄峰值，尤其是后者，另外，还有很少的~1850Ma或者更老的年龄。将朴贤旭等(2016a)长寿山组碎屑锆石年龄放在一起，可以明显看出~1200Ma和1400~1600Ma以及次要的~1850Ma峰值(图 5)。

黄州群样品(14-UR-7) 碎屑锆石有明显岩浆条带(环带)，锆石多磨圆较好(图 4)，年龄峰值为~1850Ma和~2500Ma，另外，也有1100~1200Ma和1400~1600Ma次要年龄峰(图 5)。

甑山群两件样品碎屑锆石中，店古隆起的样品(15-OB-1：变质砂岩)出现ca.2500~2100Ma的年龄峰(图 5)，该样品变质程度较低(角闪岩相：Paek et al.1993) ，可能多记录碎屑年龄而未记录变质年龄，代表物源信息，并且限定沉积岩最大沉积时限为~2100Ma。另外，3650Ma的碎屑锆石是目前为止朝鲜发现的最古老碎屑锆石。开城东部样品K-01-47(夕线榴片麻岩)锆石年龄峰值为~1850Ma(²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb加权平均年龄为1859±9Ma)，代表变质时代。该样品几乎没有记录碎屑锆石年龄信息，可能与样品变质程度高(麻粒岩相)或者原岩为泥质岩有关。

黄海群浅变质石英砂岩中碎屑锆石年龄谱有三个大的特点，1) ~2500Ma年龄少，以~1850Ma峰值为主，而且，根据锆石形态和CL照片特征，判断沉积物源可能包括岩浆岩和变质岩(参见彭澎等，2016)；2) 未见1600~1400Ma的峰值，考虑到华北古陆该时期正好处于蓟县群盖层稳定发育阶段(翟明国等，2014)，缺少这一峰值是华北古陆本身的特点；3) 可见~1250Ma的年龄值，这与黄海群下部酸性火山岩以及邻区瓮津花岗岩年龄一致(朴贤郁等，2016)，这些年龄可能来自翁津花岗岩或同期岩浆岩，但这与上部层位火山岩~1250Ma的年龄矛盾(朴贤郁等，2016b)。

直岘群砂岩锆石年龄谱的研究最为系统，Hu et al.(2012) 和朴贤旭等(2016a)通过对第二个组五峰组和第三个组长寿山组碎屑锆石的分析提出直岘群形成晚于~1000Ma。本次工作，我们对第一组长峰组(1件样品)和第三组长寿山组(2件样品)砂岩碎屑锆石年龄谱进行了分析(图 5)，得知：1) 长峰组有明显的~1850Ma前后的年龄峰值，说明沉积物源可能来自基底变质岩系；但长寿山组~1850Ma的年龄不明显，说明长寿山组主要物源可能不是基底变质岩系。2) 长寿山组具有明显的ca.1000~1200Ma和ca.1400~1600Ma的碎屑锆石年龄峰值，而长峰组没有，这说明物源有大量中元古代的物质；前人的工作表明，直岘群第二个组五峰组砂岩碎屑锆石也有这两个峰值(Hu et al.，2012；朴贤旭等，2016a)，但华北并不发育这些时代的岩浆岩；另外，黄海群未见ca.1400~1600Ma的峰值，这更加说明中元古代的年龄可能不是华北古陆物质。根据直岘群ca.1200~1000Ma的碎屑锆石，结合前人对侵入其上部层位~900Ma岩床年龄(Peng et al.，2011a)，我们推测，直岘群沉积于ca.1000~900Ma。

黄州群中和组砂岩碎屑锆石显示明显的~1850Ma和~2500Ma年龄峰值；另外，还有次要的ca.1000~1200Ma及1400~1600Ma年龄。这些年龄数量较少，而且锆石磨圆度好(图 4)，我们推测这些锆石可以来自黄海群-直岘群沉积岩的再沉积。

综合分析，可以得出：1) 甑山群作为平南盆地的基底岩系，其物源区为中朝古陆晚太古代-古元古代岩石，同时在1.85亿年经历变质作用；2) 平南盆地沉积始于黄海群，从中元古代-古生代断续接收沉积，其物源有中朝古陆年龄的印记：均不同程度的记录~2500Ma和~1800Ma的年龄峰值(图 5)；3) 黄海群未记录1400~1600Ma碎屑锆石年龄，但直岘群这一峰值是非常明显的，然而，中朝古陆上并未发育这一峰值的岩浆活动，这可能说明，这些沉积物来源于中朝古陆之外的古陆；4) 从黄海群-黄州群，均有ca.1000~1200Ma的年龄信息，考虑到华北只有少量这一时代的岩浆活动，华北古陆能否作为主源区值得怀疑。朴贤旭等(2016b)提出瓮津花岗岩可以作为沉积物物源。不过这些岩浆活动出露面积非常小，是否可以作为物源尚不清楚。

胡波等(2013) 研究的山东半岛新元古界土门群，Luo et al.(2006) 研究辽东大连盆地榆树砬子群，陆松年等(2012) 研究胶东新元古界蓬莱群等时，都注意到了1600~1400Ma和1200~1000Ma的峰值。这些相似性，说明平南盆地与这些盆地可能经历了相似的演化。陆松年等(2012) 认为华北古陆曾经可能与劳伦大陆格林威尔造山带、西伯利亚东南缘相连。这一模型能够解释ca.1200~1000Ma碎屑锆石的来源。研究者根据平南盆地~900Ma岩床群及相关地层的对比，提出华北古陆东缘存在一个徐淮-大连-平南裂谷系(简称徐淮裂谷系)(Peng et al.，2011a)，并根据岩墙群的对比，提出华北古陆东缘在中元古代-新元古代早期可能和圣弗朗西斯科(São Francisco)克拉通相连(Peng et al.，2011b)。这一模型最近得到了古地磁工作的支持(Cederberg et al.，2016)。圣弗朗西斯科及周缘1400~1600Ma以及1000~1200Ma均有广泛的岩浆活动(Söllner and Trouw，1997；Valladares et al.，2004；Danderfer et al.，2009；Heilbron et al.，2010；Babinski et al.，2012)。如果华北古陆东缘中新元古代曾经与圣弗朗西斯科相邻，本文得到的平南盆地碎屑锆石年龄谱可以得到很好的解释。按照Peng et al.(2011b)以及Cederberg et al.(2016) 古地理重建模型，平南盆地可能与Macaúbas盆地接近。Macaúbas盆地是一个新元古代盆地，其沉积序列由陆内裂谷(碎屑岩系)演化到内海盆地(碳酸岩系)，其碎屑锆石U-Pb年龄峰值与直岘群砂岩相似：它们都具有明显的1000~1200Ma及1400~1600Ma的峰值(Uhlein et al.，1999；Kuchenbecker et al.，2015)。

本文选取了平南盆地变质基底(古元古界甑山群)以及浅变质沉积岩系(中元古界黄海群、新元古界直岘群和下古生界黄州群)进行碎屑锆石年龄谱分析，得出如下结论：

(1) 甑山群物源主体是基底岩石，其沉积时代为ca.2100~1900Ma，变质时代为~1850Ma；另外，甑山群变质砂岩中3650Ma碎屑锆石是目前发现的朝鲜半岛最古老锆石。

(2) 黄海群物源包括古元古代基底岩浆岩和变质岩，也涉及中元古代(~1250Ma)物源，其沉积时代为ca.1250~1000Ma。

(3) 直岘群下部长峰组沉积物源主体为基底岩系，其上(五峰组-长寿山组)地层中有大量ca.1000~1200Ma和ca.1400~1600Ma中元古代物质，直岘群的沉积时代为ca.1000~900Ma。

(4) 黄州群沉积物源以晚太古代-古元古代基底岩系为主，可能也有部分为中新元古代沉积岩系(黄海群-直岘群)的再沉积。

(5) 平南盆地黄海群-直岘群中有大量1000~1200Ma及1400~1600Ma的物质，这些物质很可能来自中朝古陆之外的地块；我们之前提出的华北古陆东缘与圣弗朗西斯科相邻的模型能够很好的解释这一数据特征。