冀北单塔子群凤凰嘴杂岩的年代学研究

引用本文

曲军峰, 李锦轶, 刘建峰. 2012. 冀北单塔子群凤凰嘴杂岩的年代学研究. 岩石学报, 28(9): 2879-2889 复制到剪切板

QU JF, LI JY and LIU JF. 2012. Geochronological study on the Fenghuangzui complex of Dantazi Group at northern Hebei Province. Acta Petrologica Sinica, 28(9): 2879-2889(in Chinese with English abstract) 复制到剪切板

冀北单塔子群凤凰嘴杂岩的年代学研究

曲军峰, 李锦轶, 刘建峰

中国地质科学院地质研究所, 北京 100037

2011-10-08 收稿; 2012-02-27 改回.

基金项目: 本文受中国地质调查局地质调查工作项目(1212011085476)、国家自然科学基金(40872058) 和地科院地质所所长基金联合资助

第一作者简介: 曲军峰, 男, 1979年生, 博士, 副研究员, 岩石学专业, E-mail: qujf@cags.ac.cn

摘要: 冀北地区基底的研究对理解华北克拉通早前寒武纪的演化具有重要意义。本文通过对冀北地区单塔子群凤凰嘴杂岩的锆石年代学工作探讨早前寒武纪华北克拉通北缘所经历的构造事件。单塔子群凤凰嘴杂岩主要由糜棱岩化的花岗质片麻岩和侵入其中的变质的基性岩墙组成。其中花岗质片麻岩的锆石呈明显的核边结构, 岩浆核的谐和年龄为2.45Ga, 变质边的年龄为1.95Ga。变质岩墙中的锆石未见明显的核边结构, 阴极发光照片显示为变质锆石的特征, 得到的年龄为1.9Ga。此年龄与花岗质片麻岩锆石的变质年龄相似, 说明二者共同经历了古元古代的造山事件。此外, 尽管没有得到岩墙的确切形成时代, 但单塔子群内普遍发育的大规模岩墙说明在2.54~1.9Ga之间, 该区经历了一次规模较大的伸展事件。

关键词: 锆石年代学凤凰嘴单塔子冀北

Geochronological study on the Fenghuangzui complex of Dantazi Group at northern Hebei Province

QU JunFeng, LI JinYi, LIU JianFeng

Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China

Abstract: The study of the basement of the northern Heibei Province plays an important role in understanding the Early Precambrian evolution of the North China Craton. In this paper, detailed geochronological study on Fenghuangzui complex of the Dantazi Group was reported, which indicate at least two tectonic events between Late Archean and Early Proterozoic. The Fenghuangzui complex of Dantazi Group, occupies the northern Hebei Province, is mainly composed of granitic mylonite gneiss and is intruded by metamorphic dyke. Zircons from the granitic mylonite gneiss show typical core-rim structure, and the age of magmatic core is 2.45Ga and the metamorphic rim 1.95Ga.However, zircons from the metamorphic dyke occur as only single grains and cathodoluminescence images constrain their metamorphic origin. Their concordant age of 1.9Ga, similar to metamorphic age of the granitic mylonite gneiss, indicate the granitic gneiss and the dyke underwent Paleoproterozoic orognic event together. Though the original age of the dyke is unknown, prominent Paleoproterozoic extension in the study area, occurred between 2.45~1.9Ga, can be deduced by existence of large-scale massive dykes.

Key words: Zircon geochronology Fenghuangzui Dantazi Northern Hebei Province

1 引言

冀北地区位于华北克拉通北缘中段, 早前寒武纪的变质基底被广泛剥露, 是研究和理解华北地区早前寒武纪构造演化的关键地区。通常认为冀北地区以崇礼-赤城-大庙-平泉断裂为界, 南北分为两个部分(图 1)。断裂以北地区为华北北缘隆起, 也称内蒙隆起或内蒙地轴, 发育前寒武纪变质基底和浅变质的中新元古代地层, 其中前寒武纪的变质基底杂岩通常被归为红旗营子群, 其形成时代仍争议于新太古代和古元古代(王启超, 1992；王启超和张少卿, 1995；胡学文等, 1996a；Liu et al., 2006；刘树文等, 2007a)。近年来的研究显示红旗营子群内部分原划为早前寒武纪的变质杂岩实际上形成于古生代(张拴宏等, 2004；Liu et al., 2006；王惠初等, 未发表), 其中还发现有古生代的榴辉岩(倪志耀等, 2004；Ni et al., 2006)。即便是形成于早前寒武纪的变质杂岩也记录了多期变质事件(刘树文等, 2007a), 其中尤以晚古生代-早中生代的变质事件最为强烈(刘树文等, 2007a), 可能与晚古生代古亚洲洋与华北克拉通之间的俯冲碰撞有关。说明形成于晚太古-古元古代的红旗营子群普遍经历了古生代以来的变质改造。

图 1 冀北地区前寒武纪变质杂岩地质简图(据刘树文等, 2007a修改) Fig. 1 Geological map of the Precambrian metamorphic complexes in northern Hebei (after Liu et al., 2007a)

分布于断裂以南地区变质基底一般被划分为上太古界的单塔子群, 前人研究认为单塔子群的下部以变质火山岩为主, 经历了高角闪岩相到麻粒岩相的变质作用, 而上部以变质沉积岩为主, 夹有少量的变质火山岩。单塔子群下部变质杂岩中发现有高压麻粒岩(李江海等, 1998；毛德宝等, 1999), 与桑干地区高压麻粒岩(翟明国等, 1995；Zhai et al., 1996；郭敬辉等, 1993；Guo et al., 2002, 2005) 和恒山地区高压麻粒岩(Zhao et al., 2001；Kröner et al., 2005) 共同组成了一条近南北走向高压麻粒岩带, 被解释为一条古老的缝合带, 为古元古晚期华北地区东西两个古老的陆块碰撞拼合而形成的高压变质带(Zhao et al., 2000, 2005；Zhao, 2001)。与红旗营子群不同, 目前的研究还没有显示单塔子群内的深变质岩经历过古生代以来的变质改造。

1：20万承德幅(河北省地质局第二区域地质测量大队, 1975^①) 将单塔子群自下而上划分为燕窝铺组、白庙组, 凤凰嘴组、刘营组、南店子组和太平庄组, 后胡学文等曾将单塔子群予以解体(胡学文和朱英西, 1989), 认为下部燕窝铺组和白庙组地层仍归为太古界单塔子群, 而上部的凤凰嘴组及上部层位归为下古元古界的红旗营子群, 并且提出红旗营子群与下覆单塔子群呈角度不整合接触(胡学文等, 1996b)。最新的隆化县1：25万区域调查中又将单塔子群进行了解体和重新划分厘定(河北省地质调查院, 2001^②), 将片麻岩类分为凤凰嘴杂岩和白庙杂岩两组, 认为其形成于太古界, 并从中分离出大量的变质侵入体。由于变形变质强烈, 单塔子群确实难于区分其内各组。根据野外考察, 单塔子群内的凤凰嘴杂岩和白庙杂岩主体都是由一套黑云石英二长变粒岩、黑云二长花岗片麻岩和后期侵入其中的变质岩墙组成, 仅是不同地区糜棱岩化的强度不同；原划分的太平庄组和燕窝铺组主体上都是由一套斜长角闪片麻岩和后期侵入的岩墙组成；南甸子组最为特殊, 由一套变沉积岩二云母石英片岩和侵入其中的花岗片麻岩及岩墙组成。此外, 几乎所有侵入到单塔子群内的岩墙都经历了角闪岩相-麻粒岩相的变质。

①河北省地质局第二区域地质测量大队.1975. 1：20万承德幅区域调查报告

②河北省地质调查院区域地质矿产研究所.2001. 1：25万隆化县幅区域调查报告

2 区域地质概况

单塔子群主要分布在承德、滦平、丰宁一带, 是华北地区太古代的变质基底, 主要由一套高角闪岩相到麻粒岩相变质程度和区域重熔型混合岩化作用的各种片麻岩、斜长角闪片麻岩、云母石英岩及侵入其内的岩墙组成。其中的凤凰嘴杂岩主要分布在团榆树-四道窝铺、桥头、大北沟、二道湾一带, 近东西向延伸展布, 但地层出露情况并不理想, 野外仅在陈家营村和伊茨渠隧道口两处观察到较清晰的露头(图 2、图 3a, c)。

图 2 承德地区单塔子群地质简图 Fig. 2 Geological map of distribution of the Dantazi Group in Chengde

图 3 凤凰嘴杂岩野外露头 (a)-陈家营剖面；(b)-野外露头；(c)-伊茨渠剖面 Fig. 3 Field photographs of the Fenghuangzui Complex (a)-section of Chenjiaying; (b)-field photographs; (c)-section of Yiciqu

陈家营村剖面地理坐标41°7′45″N, 117°47′28″E, 为一套互层出现的细粒石榴斜长角闪岩和糜棱岩化的黑云二长花岗片麻岩(图 3a, b), 面理一致, 产状21°∠62°, 其中变基性岩层厚度1m到20m不等, 而糜棱花岗岩岩层厚度2m到10m。伊茨渠隧道口剖面地理坐标41°11′33″N, 117°47′22″E, 岩性组合与陈家营露头完全一致。面理产状为125°∠40°。凤凰嘴杂岩两处露头岩性组合完全一致, 产状却截然不同, 虽然在野外没有见到明显的地层变形, 但仍能推断凤凰嘴杂岩后期经历过变形褶皱, 不过具体形态已难于恢复。从岩石组合推断, 凤凰嘴杂岩既可能是后期大规模的岩墙侵入到早期花岗岩之中后共同经历变质变形后形成, 也有可能为一套原生的呈双峰式特征的火山岩互层出现并共同经历后期变质形成(图 3c)。野外观察未见到明显的冷凝边, 但无法排除后期的变质作用使得冷凝边消失, 因此从现有资料无法判断两种可能究竟属于哪一种, 由于在单塔子群其它地区也有大量变质的岩墙产状的基性岩存在, 所以我们倾向于后期岩墙侵入的解释。我们于两处剖面按照不同层位分别取样以进行岩石学和地球化学的研究工作, 同时对陈家营剖面中的变基性岩和花岗片麻岩分别挑选锆石进行定年工作, 拟通过这些工作解决凤凰嘴杂岩的时代归属及其地质意义等科学问题。

3 岩石学特征

凤凰嘴杂岩主要由铁镁质和长英质两类岩石组成, 具体成分见表 1。其中长英质岩类为主体, 主要为一套糜棱岩化的黑云石英二长变粒岩和二长花岗片麻岩组成。岩石呈褐黄色-浅肉红色, 片麻状构造, 粒状变晶结构, 主要由斜长石、钾长石、石英构成, 含少量黑云母和角闪石等矿物。其中斜长石呈他形粒状, 大小0.2~1.0mm, 绢云母化强烈, 被钾长石交代, 形成净边、蠕英等交代结构(图 4c, d)；钾长石呈他形粒状, 大小0.1~0.2mm, 格子双晶发育, 常交代斜长石, 显示钾质活化的特点(图 4c, d)；石英他形粒状, 大小0.2~0.5mm, 见波状消光；此外可见帘石、磁铁矿、榍石、锆石等副矿物。

表 1 凤凰嘴杂岩主量元素组成(wt%) Table 1 Representative major elements of the Fenghuangzui complex (wt%)

样品号	TD89-1	TD89-3	TD89-5	TD89-7	TD101-1	TD101-3	TD101-5	TD89-2	TD89-4	TD89-6	TD101-2	TD101-4	TD101-6
岩性	变基性岩							二长花岗片麻岩
SiO₂	49.7	49.7	49.3	50.6	51.6	49.0	49.0	64.1	64.3	62.4	72.0	63.2	66.5
TiO₂	0.73	0.86	0.78	0.75	1.38	0.84	0.79	0.79	0.56	0.71	0.14	0.93	0.37
Al₂O₃	13.80	13.79	13.86	13.78	12.70	14.38	14.82	15.56	16.24	16.16	13.34	15.50	16.44
Fe₂O₃^T	12.22	13.07	12.93	11.42	14.79	12.42	11.46	5.39	4.18	5.26	1.52	5.21	2.50
MnO	0.19	0.20	0.20	0.18	0.19	0.19	0.18	0.08	0.06	0.08	0.03	0.10	0.04
MgO	7.24	7.11	6.89	6.82	4.17	7.22	6.93	1.28	0.89	1.12	0.27	1.45	0.68
CaO	11.43	10.65	10.64	10.59	7.44	10.96	10.56	3.54	2.64	3.00	0.99	3.07	1.21
Na₂O	2.12	2.11	2.09	2.12	2.57	2.07	1.84	4.11	4.28	3.96	3.03	3.94	4.42
K₂O	0.56	0.57	0.49	1.06	1.34	0.66	1.26	3.02	4.87	4.91	6.01	4.11	4.78
P₂O₅	0.07	0.09	0.07	0.09	0.20	0.07	0.07	0.30	0.21	0.29	0.04	0.33	0.09
LOI	1.27	1.17	1.35	1.88	2.11	1.17	1.76	1.55	1.09	1.17	0.97	1.33	1.62
TOTAL	99.34	99.33	98.64	99.36	98.57	99.01	98.69	99.79	99.51	99.20	98.50	99.33	98.82
注：样品TD89采自陈家营剖面；样品TD101采自伊茨渠剖面

表 1 凤凰嘴杂岩主量元素组成(wt%) Table 1 Representative major elements of the Fenghuangzui complex (wt%)

铁镁质岩类主要为一套石榴斜长角闪岩, 灰绿-灰黑色, 块状构造, 粒状变晶结构, 主要由石榴石、单斜辉石、角闪石和斜长石构成。其中石榴石呈自形或他形粒状, 含量10%~15%, 内部见角闪石、单斜辉石等矿物包体, 石榴石边部常见围绕生长绿泥石, 形成独特的眼圈结构(图 4a)；单斜辉石他形粒状, 大小0.1~0.2mm, 多数被后期形成的角闪石替代, 少量单鞋辉石得以保存, 其边部已经退变为角闪石(图 4b)；角闪石他形粒状, 大小0.2~0.5mm, 边部常见退变为绿泥石；斜长石他形粒状, 大小0.1~0.2mm。从矿物之间的穿切关系可以判断该岩石至少经历了四期变质阶段：(M1) 残余的早期角闪石(被后期形成的石榴石所截断, 图 4a, b)、石榴石内部的斜长石和角闪石包体等代表了早起绿片岩相或角闪岩相的进变质阶段；(M2) 石榴石和单斜辉石的形成代表了峰期高角闪岩相阶段(虽未见斜方辉石, 但不排除可能经历过麻粒岩相变质)；(M3) 石榴石的部边形成角闪石和斜长石的后成合晶(已经完全被最后期的绿泥石取代, 图 4a, b), 以及单斜辉石被角闪石替代, 代表了由峰期向角闪-绿片岩相的退变过程, (M4) 角闪石、斜长石退变为绿泥石则代表了最晚一期的变质改造。

图 4 凤凰嘴杂岩显微结构照片 (a)-样品TD89-5 (单偏光)；(b)-样品TD89-5 (正交偏光)；(c、d)-样品TD89-4 (正交偏光).图中标尺长度为200μm Fig. 4 Microphotographs of the Fenghuangzui complex (a)-sample of TD89-5(PPL); (b)-sample of TD89-5 (CPL); (c, d)-sample of TD89-4 (CPL). Scales on the photographs equal to 200μm

4 锆石特征及测年结果 4.1 技术手段

测试用锆石选自陈家营剖面样品, 其中样品TD89-4为黑云二长花岗片麻岩, 样品TD89-5为变基性岩；锆石CL照片在北京大学造山带与陆壳演化教育部重点实验室完成；锆石U-Pb定年在中国地质调查局天津地质调查中心实验室进行, 实验采用激光烧蚀多接受器电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS) 系统, 利用193nm激光器对锆石进行激光剥蚀, 激光剥蚀的直径为30μm, 具体实验手段和操作方法见李怀坤等(2009)；年龄数据计算处理采用国际标准程序Isoplot (ver 3.23)。

4.2 锆石CL图像及测年结果 4.2.1 变基性岩锆石CL图像及测年结果

来自变基性岩样品TD89-5中的锆石多成浑圆状, 直径在30~100μm之间, 内部多见包体, 未见明显的核幔边结构, 部分锆石在CL图像下有类似核边结构, 但实际测年结果显示年龄一致。锆石无明显的震荡环带, 内部见云雾状或扇叶状结构(图 5)。虽然锆石的Th/U值较高, 介于0.3~1.9之间(表 2), 但岩石经历了高角闪岩相程度以上的变质作用, 锆石无论形态还是结构都更类似于变质成因锆石而非岩浆成因锆石。测年结果显示有效的32个数据点加权平均年龄为1905±9Ma (图 6)。

图 5 变基性岩样品TD89-5 CL图像及部分定年结果 Fig. 5 Representative cathodoluminescence (CL) images of zircon from the sample TD89-5

表 2 样品TD89-5的锆石U-Pb年龄分析结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data for the sample of TD89-5

测点号	²³²Th/²³⁸U	同位素比值						年龄(Ma)
测点号	²³²Th/²³⁸U	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1 σ	err%	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1 σ	err%	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1 σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1 σ
1	1.3961	0.3428	0.0025	0.72	5.4556	0.0849	1.56	1900	14	1894	29
2	0.5028	0.3450	0.0023	0.66	5.4639	0.0768	1.41	1911	13	1895	27
3	0.9363	0.3430	0.0023	0.68	5.4594	0.0771	1.41	1901	13	1894	27
4	1.2373	0.3435	0.0025	0.72	5.5392	0.0855	1.54	1904	14	1907	29
5	0.5009	0.3440	0.0024	0.71	5.4737	0.0764	1.40	1906	14	1896	26
6	0.9427	0.3411	0.0025	0.73	5.4652	0.0819	1.50	1892	14	1895	28
7	0.9314	0.3436	0.0025	0.71	5.5174	0.0771	1.40	1904	14	1903	27
8	0.4930	0.3428	0.0025	0.74	5.5056	0.0793	1.44	1900	14	1901	27
9	0.5418	0.3442	0.0024	0.71	5.5026	0.0788	1.43	1907	13	1901	27
10	1.9950	0.3456	0.0028	0.82	5.5744	0.0979	1.76	1914	16	1912	34
12	0.8012	0.3419	0.0024	0.70	5.5422	0.0768	1.39	1896	13	1907	26
13	0.5505	0.3418	0.0023	0.67	5.4748	0.0765	1.40	1896	13	1897	26
14	0.5332	0.3450	0.0023	0.67	5.5674	0.0767	1.38	1911	13	1911	26
15	1.1084	0.3439	0.0023	0.66	5.4744	0.0835	1.52	1906	13	1897	29
16	0.5759	0.3416	0.0023	0.67	5.5535	0.0793	1.43	1894	13	1909	27
18	0.3169	0.3429	0.0022	0.65	5.5251	0.0760	1.38	1901	12	1905	26
19	1.5375	0.3416	0.0023	0.67	5.5689	0.0859	1.54	1894	13	1911	29
20	0.8518	0.3399	0.0024	0.70	5.5109	0.0918	1.67	1886	13	1902	32
21	0.6518	0.3459	0.0025	0.74	5.6067	0.0823	1.47	1915	14	1917	28
22	1.0208	0.3435	0.0026	0.76	5.5654	0.0791	1.42	1904	15	1911	27
23	0.5782	0.3407	0.0025	0.73	5.5127	0.0811	1.47	1890	14	1903	28
24	0.5384	0.3431	0.0026	0.76	5.5032	0.0809	1.47	1902	15	1901	28
25	0.5508	0.3427	0.0026	0.75	5.5433	0.0784	1.41	1900	14	1907	27
26	0.4895	0.3413	0.0025	0.74	5.5324	0.0782	1.41	1893	14	1906	27
27	0.6945	0.3439	0.0029	0.83	5.5565	0.0808	1.45	1906	16	1909	28
28	0.6204	0.3409	0.0024	0.70	5.4580	0.0815	1.49	1891	13	1894	28
29	0.8069	0.3429	0.0026	0.75	5.5195	0.0782	1.42	1901	14	1904	27
30	0.5852	0.3428	0.0025	0.73	5.5110	0.0774	1.40	1900	14	1902	27
31	0.9122	0.3439	0.0025	0.72	5.5171	0.0775	1.41	1906	14	1903	27
32	1.0619	0.3438	0.0027	0.77	5.5248	0.0792	1.43	1905	15	1904	27
33	0.7698	0.3449	0.0028	0.80	5.5193	0.0796	1.44	1910	15	1904	27
34	0.8093	0.3458	0.0027	0.79	5.5025	0.0826	1.50	1915	15	1901	29
35	1.2751	0.3459	0.0029	0.85	5.5236	0.0899	1.63	1915	16	1904	31

表 2 样品TD89-5的锆石U-Pb年龄分析结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data for the sample of TD89-5

图 6 样品TD89-5锆石U-Pb同位素谐和线图 Fig. 6 U-Pb isotopic concordia diagram of sample TD89-5

4.2.2 花岗片麻岩锆石CL图像及测年结果

来自黑云二长花岗片麻岩样品TD89-4中的锆石多呈长椭圆形, 长度大于100μm, 锆石CL图像显示有明显的核边结构(图 7), 几乎所有的锆石都具有大小不一的浅色明亮边, 这种明显的变质边代表了后期一次强烈的变质热事件对原有锆石的改造。但锆石核部和边部的Th/U值并无明显的差别(表 3)。其中锆石的核有两种形态, 一种是无法明确观察到内部结构的深黑色的核, 另外一种是具有明显的振荡环带结构的典型岩浆成因的核, 定年结果显示两种锆石核的年龄一致, 说明只是Th、U含量的差异导致CL图像的不一致。锆石核部32个数据点的测年结果见图 8a。有数颗年龄点不在谐和线上, 说明这些锆石在后期发生不同程度的Pb丢失。集中在谐和线上的数据点加权平均年龄为2454±6Ma。锆石变质边17个数据点的测年结果见图 8b, 测年结果较为复杂, 有多组年龄, 最年轻的一组5个数据的加权平均年龄为1951±12Ma。

图 7 样品TD89-4 CL图像及部分定年结果 Fig. 7 Representative cathodoluminescence (CL) images of zircon from the sample TD89-4

表 3 样品TD89-4的锆石U-Pb年龄分析结果 Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data for the sample of TD89-4

测点号	²³²Th/²³⁸U	同位素比值						年龄(Ma)				位置
测点号	²³²Th/²³⁸U	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1 σ	err%	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1 σ	err%	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1 σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1 σ	位置
1	0.5283	0.4611	0.0029	0.64	10.4704	0.1230	1.17	2444	16	2477	29	c
2	0.5967	0.4607	0.0030	0.66	10.2574	0.1235	1.20	2443	16	2458	30	c
3	0.5039	0.4621	0.0027	0.59	10.1695	0.1193	1.17	2449	15	2450	29	c
4	0.5852	0.4651	0.0028	0.61	9.7844	0.1172	1.20	2462	15	2415	29	c
5	0.6912	0.4616	0.0036	0.79	10.5099	0.1349	1.28	2447	19	2481	32	c
6	0.4963	0.4585	0.0027	0.59	10.1010	0.1177	1.17	2433	14	2444	28	c
7	0.5252	0.4592	0.0029	0.64	10.4184	0.1250	1.20	2436	16	2473	30	c
8	0.5427	0.4620	0.0065	1.42	9.9629	0.1888	1.90	2448	35	2431	46	r
9	0.6421	0.4590	0.0027	0.60	10.0947	0.1242	1.23	2435	15	2443	30	c
10	0.2663	0.3549	0.0024	0.67	5.8262	0.0833	1.43	1958	13	1950	28	r
11	0.4106	0.4650	0.0037	0.79	10.4791	0.1395	1.33	2462	20	2478	33	r
12	0.7021	0.4661	0.0029	0.62	10.6243	0.1331	1.25	2466	15	2491	31	r
13	0.5074	0.4641	0.0031	0.66	10.5975	0.1294	1.22	2458	16	2488	30	c
14	0.5916	0.4662	0.0028	0.59	10.2680	0.1209	1.18	2467	15	2459	29	c
15	0.4766	0.4639	0.0032	0.68	10.5458	0.1283	1.22	2457	17	2484	30	c
16	0.3169	0.4666	0.0032	0.69	10.5267	0.1361	1.29	2468	17	2482	32	r
17	0.4851	0.4626	0.0035	0.76	10.2275	0.1279	1.25	2451	19	2456	31	c
18	0.3920	0.4226	0.0030	0.70	9.2375	0.1194	1.29	2272	16	2362	31	c
19	0.0628	0.4097	0.0035	0.86	8.2595	0.1192	1.44	2213	19	2260	33	r
20	0.4398	0.4132	0.0034	0.82	8.0948	0.1017	1.26	2229	18	2242	28	r
21	0.4704	0.4667	0.0028	0.60	10.1524	0.1190	1.17	2469	15	2449	29	c
22	0.4461	0.4109	0.0029	0.70	8.2110	0.1010	1.23	2219	15	2255	28	r
23	0.5413	0.4650	0.0031	0.67	10.1643	0.1255	1.23	2462	17	2450	30	c
24	0.2939	0.2802	0.0020	0.72	6.1965	0.0867	1.40	1593	11	2004	28	c
25	0.4468	0.3830	0.0024	0.62	6.8442	0.0800	1.17	2090	13	2091	24	r
26	0.1218	0.3805	0.0024	0.63	7.4826	0.0885	1.18	2078	13	2171	26	c
27	0.3800	0.3527	0.0021	0.60	5.9073	0.0715	1.21	1948	12	1962	24	r
28	0.4937	0.4102	0.0027	0.65	8.1581	0.0987	1.21	2216	14	2249	27	c
29	0.4261	0.4672	0.0029	0.62	10.1623	0.1190	1.17	2471	15	2450	29	c
30	0.4492	0.4640	0.0031	0.66	10.2612	0.1231	1.20	2457	16	2459	30	r
31	0.4986	0.4117	0.0035	0.85	8.3509	0.1168	1.40	2222	19	2270	32	c
32	0.5762	0.4695	0.0028	0.60	10.2758	0.1194	1.16	2481	15	2460	29	c
33	0.4911	0.4618	0.0032	0.70	10.4585	0.1275	1.22	2447	17	2476	30	c
34	0.3765	0.3836	0.0027	0.71	8.3438	0.1585	1.90	2093	15	2269	43	c
35	0.4052	0.3524	0.0023	0.64	5.8444	0.0802	1.37	1946	12	1953	27	r
36	0.5066	0.4631	0.0031	0.68	10.4412	0.1257	1.20	2453	17	2475	30	c
37	0.3568	0.4645	0.0032	0.69	10.6098	0.1306	1.23	2459	17	2490	31	c
38	0.4897	0.4579	0.0031	0.68	10.6057	0.1275	1.20	2430	17	2489	30	c
39	0.3368	0.4157	0.0024	0.58	8.5182	0.0978	1.15	2241	13	2288	26	c
40	0.5998	0.4626	0.0027	0.59	9.9952	0.1191	1.19	2451	14	2434	29	c
41	0.3473	0.4590	0.0032	0.69	10.5074	0.1294	1.23	2435	17	2481	31	c
42	0.7850	0.4578	0.0030	0.66	9.8251	0.1224	1.25	2430	16	2419	30	c
43	0.5094	0.4202	0.0026	0.63	8.1960	0.0971	1.19	2262	14	2253	27	r
44	0.5508	0.4638	0.0034	0.73	10.0809	0.1292	1.28	2456	18	2442	31	c
45	0.4258	0.4637	0.0028	0.61	9.8869	0.1154	1.17	2456	15	2424	28	c
46	0.5356	0.3562	0.0028	0.79	5.6982	0.0834	1.46	1964	15	1931	28	r
47	0.5997	0.4123	0.0030	0.72	8.2791	0.1033	1.25	2225	16	2262	28	r
48	0.3414	0.3516	0.0028	0.79	5.8083	0.0792	1.36	1942	15	1948	27	r
49	0.6100	0.4649	0.0030	0.65	10.1327	0.1210	1.19	2461	16	2447	29	c
50	0.7238	0.4612	0.0032	0.69	10.3853	0.1267	1.22	2445	17	2470	30	c
注：c代表锆石核部, r代表锆石边部

表 3 样品TD89-4的锆石U-Pb年龄分析结果 Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data for the sample of TD89-4

图 8 样品TD89-4锆石U-Pb同位素谐和线图 Fig. 8 U-Pb isotopic concordia diagram of sample TD89-4

4.3 年龄解释

变基性岩样品TD89-5中的锆石均为变质锆石, 因此锆石定年结果1905±9Ma代表后期的一次变质热事件, 是变质年龄。花岗片麻岩样品TD89-4中岩浆锆石核的测年结果2454±6Ma代表了成岩年龄, 即原岩的成岩年龄；锆石变质边的测年结果比较复杂, 为获得准确的解释我们在锆石经历过激光剥蚀之后重新对锆石进行了CL图像的拍摄。锆石CL图像显示锆石变质边在经历激光剥蚀后有两种情况。一种是在激光剥蚀后锆石边部的CL图象仍是浅色明亮或者是深黑色的树脂(图 9a, b), 表明在仪器采集数据时可能没有受到或较少受到锆石核部的影响；另外一种是在激光剥蚀后原本CL图像中明亮的变质边变成同锆石核部一样的深色(图 9e, f), 说明实验测试过程中激光剥蚀到锆石核部, 这种测年结果只能代表混合年龄, 因此样品TD89-4锆石变质边测年结果中的2.4~2.1Ga的年龄均是混合年龄没有意义, 而最年轻的一组锆石CL图像显示激光剥蚀后仍是变质锆石或树脂, 因此可能没有受到岩浆锆石核的影响或者受到的影响非常小, 这种特征测得的五个数据的加权平均年龄1951±12Ma。

图 9 激光剥蚀后花岗片麻岩样品TD89-4锆石CL图像 Fig. 9 Representative cathodoluminescence (CL) images of zircon from the sample TD89-4

从野外关系判断, 变基性岩和花岗片麻岩在形成后应该共同经历了后期的变质, 因此变基性岩和花岗片麻岩的变质年龄应该一致。但实际测年结果显示二者年龄相差约50Ma, 我们认为形成这种差异主要有两个原因：一是变酸性岩中测得的锆石变质边的有效数据太少, 多数是混合年龄, 因而造成误差的增大；二是尽管可能的影响不大, 但还是无法排除激光剥蚀变质锆石的过程中有锆石核部的影响, 从而使得年龄偏大。因此我们认为变基性岩锆石的年龄更准确的代表了后期变质事件的时间, 即变质的时间为约1.9Ga。

5 讨论

单塔子群和红旗营子群是冀北地区出露的重要的前寒武纪变质基底, 是研究冀北前寒武纪变质地块形成与演化的关键, 但研究程度较华北其它地区明显偏低, 其中一个主要原因就是单塔子群和红旗营子群各自的性质、时代归属及其二者之间的关系都未明确。从岩石组合及已有的年龄资料上区分, 单塔子群和红旗营子群比较相似, 且主体都经历了高角闪岩相-麻粒岩相的变质作用。根据现有的锆石定年资料(本文；刘树文等, 2007b；孙会一等, 2010), 单塔子群形成时代为2.55~2.45Ga, 而红旗营子群则复杂的多, 既有形成于晚太古代的片麻岩类, 也有形成于1.90~1.80Ga的片麻岩。前人从地层时代区分, 将单塔子群划分为太古界地层, 而红旗营子群代表下元古界地层。事实上单塔子群和红旗营子群均是传统的地层概念, 但它们内部包含的信息却远远超过地层的意义。从现有资料看, 能有效区分单塔子群和红旗营子群的方法同通过二者记录的变质事件, 以崇礼-赤城-平泉断裂为界, 断裂以南的单塔子群变质杂岩普遍记录了1.9~1.8Ga的变质事件, 而断裂以北的红旗营子变质杂岩普遍记录了古生代以来的多期变质事件(张拴宏等, 2004；Liu et al., 1996；刘树文等, 2007a；王惠初等, 未发表)。因此可以以此为依据将二者区分, 断裂以南为华北克拉通较稳定地区, 而断裂以北经历过了古生代以来复杂的变质改造。

野外地质考察发现, 单塔子岩群中普遍发育经历角闪岩相-麻粒岩相变质的基性岩墙, 本文的年代学工作没有获得岩墙中的岩浆成因, 因此无法确定岩墙的侵位年龄, 但如此规模的岩墙侵位可以推断在古元古代早期2.5~1.9Ga之间该区曾有一次较大规模的伸展事件, 该事件可能与华北克拉通内部早前寒武纪发育陆内凹陷盆地的事件统一(翟明国, 2004；翟明国和彭澎，2007；Zhai, 2003；Zhai and Liu, 2005)。

此外, 在对花岗片麻岩锆石变质边的定年过程中注意到, 在用激光剥蚀法进行定年时应尤其小心, 由于制靶时磨制的位置和厚度影响, 在CL图像下看似很大变质增生锆石可能只有很薄的一层, 使得激光剥蚀后得到的数据实际上是一个无意义混合数据, 因此激光剥蚀的方法可能并不适用于锆石的变质增生边的定年, 容易得到错误的数据, 为年龄解释造成误导。

6 结论

(1) 承德北部单塔子群凤凰嘴杂岩由一套糜棱岩化的黑云二长花岗片麻岩和侵入的基性岩墙组成, 二者在后期共同经历了高角闪岩相-麻粒岩相的变质作用, 冀北地区高压麻粒岩可能是这些岩墙产状的基性侵入岩经历后期高级变质作用后形成；

(2) 花岗片麻岩中岩浆锆石的年龄记录了二长花岗岩的形成年龄, 约2.45Ga；

(3) 两类岩石共同经历了一期重要的变质事件, 变质时间约1.9Ga, 说明该地区卷入了冀北地区广泛发育的古元古代的造山事件；

(4) 冀北地区在在2.45~1.9Ga之间至少发生过一次成规模的伸展事件, 其特征是单塔子群内广泛发育的基性岩墙；

(5) 根据已有资料推断, 崇礼-赤城-平泉-大庙断裂可能为一重要构造界线, 其南为华北克拉通较稳定区域, 其北则经历了古生代以来的多期构造事件的改造。

致谢感谢杨崇辉研究员和另外一名匿名审稿人对本文的审阅和提出的建议；本文在写作过程受益于与翟明国院士的讨论；电镜工作和锆石定年工作分别在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室和天津地质调查中心完成, 得到张波老师和李怀坤研究员的指导和帮助；在此一并致谢。

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岩石学报 2012, Vol. 28 Issue (9): 2879-2889	PDF