1、第 卷 第期 ，年 月 ，：华北克拉通西南部下白垩统六盘山群碎屑锆石年代学研究徐欢，刘望明，南芷妍，赵明海（陕西铁路工程职业技术学院 测绘与检测学院，陕西 渭南 ）摘要：研究区沉积盖层碎屑物组合可以很好地反映沉积环境，构造事件。下白垩统六盘山群李洼峡组长石石英砂岩广泛出露于华北克拉通（鄂尔多斯盆地）西南缘。文章报道了砂岩样品的碎屑锆石定年分析结果，发现碎屑锆石存在四期峰值年龄，反映华北克拉通在 至 期间依次经历了克拉通化（）之后的裂解作用、期间与裂解作用相关的岩浆事件、期间沿着中部造山带及北部孔兹岩系发生的俯冲作用及与之伴生的变质事件，之后进入后造山期，整个克拉通发生裂解。晚侏罗世开始，研究区
2、快速隆升，沉积上侏罗统芬芳河组巨砾砾岩。晚白垩世至古近纪以来，研究区主要受青藏高原隆升的影响，形成以六盘山断裂带为主的一系列脆性构造变形。关键词：六盘山群；碎屑锆石；沉积建造；构造演化；鄂尔多斯盆地中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言华北克拉通东邻太平洋，其北部和南部分别被兴蒙造山带和祁连秦岭大别造山带围限，是一个具有漫长演化历史的古老克拉通（约 亿年）。华北克拉通虽然面积不太大，但其经历了复杂的、多期次的构造演化，记录并保存了地球早期发展几乎所有的重大构造事件。探讨了华北克拉通在哥伦比亚超大陆中的位置及其拼合问题，使华北克拉通成为早前寒武纪地质研究的国际热点地区，并成为古元古代哥伦比亚
3、超大陆重建中一个不可或缺的参照点。华北克拉通在古元古代晚期到中元古代早期的陆内裂谷及大量的基性岩墙群的出现可能与哥伦比亚超大陆破坏有关。长期以来，有关华北克拉通早前寒武纪基底小块体划分及其拼合时间、拼合方式、岩浆作用、变质作用等一直吸引着国内外广大学者的关注，成为全球早前寒武纪地质演化研究的热点之一。目前，关于华北克拉通早前寒武纪的研究，前人已开展了大量地质工作，其中包括：构造地质学、岩浆作用与变质作用、地球化学、同位素年代学等多方面的研究工作，并取得了一系列重要研究进展，但是目前依旧存在大量争议，如克拉通基底的划分问题、小地块之间的拼合时间及拼合方式的问题等，另外研究工作主要集中于华北克拉通
4、南、北边缘和中东部地区，由于被巨厚的中元古代以来盖层覆盖，对于华北克拉通的重要组成部分，鄂尔多斯地块基底的研究缺乏直接的岩浆岩证据。碎屑锆石为沉积岩中最稳定的矿物，其年龄谱系不仅可限定沉积物的最大沉积年龄与物源性质，而且能够为探讨其形成构造环境提供关键约束，另外对于碎屑锆石年龄的研究，可以反映研究区经历的构造事件期次。下白垩统六盘山群是六盘山构造带内主要的组成地层之一，也是鄂尔多斯盆地西南部最常见的地层之一，论文试图通过对研究区下白垩统碎屑锆石的 年代学研究结果揭示该地区早白垩世之前的构造热事件信息，以便为鄂尔多斯西南的构造演化提供证据。为此，文章对铁马河剖面下白垩统六盘收稿日期：；修回日期：
5、基金项目：陕西省教育厅 年度一般专项科学研究计划项目（）资助。第一作者：徐欢（），男，博士，讲师，研究方向为区域地质学、岩石大地构造学。：引文格式：徐欢，刘望明，南芷妍，等华北克拉通西南部下白垩统六盘山群碎屑锆石年代学研究矿产与地质，（）：山群李洼峡组（）紫红色长石石英砂岩进行碎屑锆石 年代学研究。区域地质概况研究区处于华北地块西南边缘（图、图），研究区出露沉积地层与盆地内部地层一致，因此研究区仍处于鄂尔多斯盆地内部，但是相对构造活动更加强烈。鄂尔多斯盆地东为大同离石断裂、西为贺兰六盘山断裂带，南由秦岭造山带围限，内部被厚达 的中新元古代早古生代台地相浅海碎屑岩和碳酸盐沉积以及晚古生代中新生代
6、陆相碎屑岩覆盖。其演化主要经历了中新元古代大陆裂谷阶段、早古生代碳酸盐岩台地阶段、晚古生代克拉通内碎屑岩沉积阶段、中生代挤压挠曲阶段以及新生代周缘断陷发育阶段，与周围构造活动强烈的古老造山带和新生代断陷盆地相比，鄂尔多斯盆地内部断裂构造不甚发育，以构造活动较稳定为特点。鄂尔多斯盆地自三叠纪图研究区区域地质图 图陇县铁马河地区地质简图 第四系下白垩统中上三叠统延长组中奥陶统下奥陶统上寒武统中寒武统震旦系古元古代花岗斑岩 古元古代辉绿岩 地质界线 不整合接触界限 断层 推测断层 采样点矿 产 与 地 质 年以来一直处于掀斜构造演化过程，在三叠纪末期、中侏罗世、侏罗纪末期和早白垩世末期分别发生了次主
7、要的抬升剥蚀事件。野外实地考察发现，下白垩统紫红色砂岩广泛出露岩体，另外剖面还出露震旦系灰白色灰岩，古元古代岩浆岩体，由于第四系覆盖严重，接触关系不明，推测可能为断层接触（图）。研究区内断裂发育，断裂多以脆性断裂为主，呈 向展布，目前主要表现为逆断层，但历史时期经历了多次演化，断裂主要活动时期为燕山喜山期，古近纪以来的新构造断裂也较为发育。铁马河剖面中下白垩统六盘山群李洼峡组（）的长石石英砂岩出露广泛，层理清晰，部分区域可见砂岩与泥岩互层，泥岩野外破碎强烈（图、）。野外主体呈紫红色，致密坚硬，细粒砂状结构，分选磨圆都不好，碎屑颗粒以石英和长石为主，少量暗色矿物颗粒。胶结物为硅质或泥晶方解石，肉
8、眼观察不清楚。镜下观察，碎屑以石英为主，约占碎屑颗粒的，粒度约为，呈次棱角状，大小不均，可见波状消光，一级灰干涉色。其次为长石颗粒，约占碎屑颗粒的，颗粒相对于石英较大，自形或半自形柱状，表面清洁，突起较低，可见简单的卡氏双晶和聚片双晶。此外可见一些暗色矿物，如黑云母，角闪石等，重矿物可见锆石、电气石。胶结物约占，主要是硅质物和泥晶方解石，其次为氧化铁等，胶结类型为孔隙式（图、）。根据其矿物成分含量，应定名为长石石英砂岩。图铁马河剖面下白垩统六盘山群李洼峡组紫红色砂质泥岩露头和显微照片 （）紫红色粉砂质泥岩（）中厚层长石石英砂岩（，）长石石英砂岩同一视域单偏光和正交偏光镜下显微照片 碱性长石 石
9、英 电气石白垩系沉积建造研究区白垩系按照沉积环境及沉积特征可划分为东西部来分别讨论，在八渡虢镇断裂以西主要为六盘山香泉拉分盆地地层系统，出露下白垩统六盘山群（），自下而上出露有三桥组、和尚铺组、李洼峡组；断裂以东为东凤镇白马坊地层区，属鄂尔多斯大型沉降盆地地层系统，主要出露有下白垩统志丹群（）宜君组和洛河组。西部地区的六盘山群在研究区出露较多，在陇县八渡镇、千阳县郝家坡略家河滩等多个剖面都有出露，平面上呈 向长条带状分布，主要为一套第 卷第期徐欢等：华北克拉通西南部下白垩统六盘山群碎屑锆石年代学研究巨厚层紫红色砾岩、砂砾岩沉积，总厚度大于 ，角度不整合覆盖于上侏罗统芬芳河组之上，为山前断陷盆地
10、沉积，反映区域上的快速抬升。晚侏罗世开始，研究区快速隆升，六盘山断裂带开始活动，沉积上侏罗统芬芳河组巨砾砾岩，之后接受白垩系三桥组、和尚铺组、李洼峡组拉分盆地沉积。下白垩统李洼峡组在宝鸡陇县为稳定的湖泊相沉积，总厚度近 。研究区长石石英砂岩的碎屑矿物分选度和磨圆度都较差，且含长石颗粒较多，反映结构成熟度和成分成熟度均很低。碎屑锆石 定年 样品采集与分析方法本文采样点为下白垩统李洼峡组长石石英砂岩，砂岩出露于陕西省陇县保家山西铁马河西北地区，野外露头发育（图）。碎屑锆石 同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，锆石挑选工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。对下白垩统李洼峡组长石
11、石英砂岩中的碎屑锆石随机挑选了 颗进行 锆石 定年。锆石颗粒大小在 之间，长宽比接近，多数呈长柱状、长椭圆状或者浑圆状，磨圆程度中等，部分锆石仍保留棱角，表明锆石经历了一定距离的搬运，但是搬运距离不远，为碎屑锆石特征。样品中锆石多发育振荡环带，部分锆石颜色较暗，发光性不好，可能是由于锆石的、含量较高所致（图）。分析结果锆石 比值为 （平均为 ），较高的 比值说明样品中多数为岩浆成因锆石。根据 个测点的年代分析发现，铁马河长石石英砂岩中的碎屑锆石记录了（）、（）、（）和 四期年龄，结合前人的研究成果，将 的地质事件归为一期，则碎屑锆石反映的构造事件与张成立等在鄂尔多斯盆地基底中揭示的古元古代构造
12、事件的时间基本对应，但缺少 期间的一期构造事件的记录。图铁马河剖面下白垩统李洼峡组长石石英砂岩碎屑锆石阴极发光照片 讨论近年来，鄂尔多斯盆地基底的地质研究工作取得了很大进展，发表了一系列年代学数据，结合已经发表的数据和本文新获得的数据，可以建立鄂尔多斯盆地基底元古宙中晚期构造热事件序列框架。鄂尔多斯盆地从古元古代早期（）到古元古代晚期（）发育多期岩浆活动和一期变质作用，具体可划分为 岩浆作用、岩浆作用、变质作用和 岩浆作用（图）。结合本文研究内容及前人研究结果，对各期构造热事件的地质意义探讨如下。古元古代早期构造热事件研究区 的岩浆活动产物主要表现为铁马河剖面长石石英砂岩碎屑锆石的记录（），锆
13、石 比值显示岩浆锆石的特点，未发生变质作用，但野外未发现与其对应的岩浆岩体。对于鄂尔多斯盆地其他区域 的岩浆记录，主要表矿 产 与 地 质 年图鄂尔多斯盆地基底岩浆锆石及变质锆石年龄分布直方图（据张成立等）现为高钾的钾长花岗岩类和壳幔混合作用形成的高、和 花岗岩类以及同期基性岩浆活动，指示自 以来构造体制开始了由挤压向伸展转化，可能代表了地幔柱岩浆活动的结果。事实上，期间在鄂尔多斯盆地发生岩浆活动的同时，在华北克拉通东部地块也广为发育同时代的岩浆活动，形成 和二长花岗岩、花岗闪长岩及钾长花岗岩等壳源花岗岩类。此外，在 超镁铁质岩墙碱性正长岩脉侵入的同时，在华北克拉通基底相当大的范围内发生了逆时
14、针 演化轨迹的中压麻粒岩相变质作用，表明该变质作用很可能来自地幔的基性岩浆底侵于下地壳底部，底侵岩浆带来大量的热量导致中、下地壳物质部分熔融形成花岗质岩浆作用的同时，还引起中、下地壳岩石的变质改造，其机制与地幔柱底侵的构造热体制密切相关。另一方面，超镁铁质碱性岩脉的出现，指示太古宙末期华北克拉通岩石圈已有较大的厚度和较高的稳定性，此后出现陆内裂谷火山沉积盖层，代表华北克拉通克拉通化的第一套盖层沉积，标志着华北地块首次克拉通化的结束。古元古代中期构造热事件研究区 岩浆活动的产物以铁马河剖面长石石英砂岩碎屑锆石（）以及铁马河辉绿岩（）为代表。辉绿岩样品的（）值为 ，（）为正值（其中是辉绿岩的结晶年
15、龄）且变化范围在 之间，同位素一阶段模式年龄 为 ，与结晶年龄基本一致，表明物质直接来源与地幔，暗示一期地壳增长事件。鄂尔多斯盆地其他地区也揭示出结晶年龄约为 的岩浆锆石，表明 期间，鄂尔多斯盆地存在一期重要的岩浆事件。杜利林等确定五台地区花岗岩的形成时代为 ，并认为中部带内大量出现 的岩浆岩是古元古代中期（）岩浆活动的一个阶段；与同时期的基性岩墙群组成双峰式岩浆组合，和华北地块古元古代陆内裂谷活动有关。古元古代晚期构造热事件研究区 的变质作用没有记录，但在研究区北部区域的一系列变质碎屑岩、少量花岗岩类以及孔兹岩带各类变质岩均经历了 的麻粒岩相变质作用改造，并在泥质麻粒岩中清楚地记录了个变质演
16、化阶段，构成与典型碰撞造山有关的顺时针 演化轨迹，表明 期间鄂尔多斯盆地与北部阴山地块拼合形成华北克拉通西部陆块统一基底。研究区 的岩浆作用较广泛，在石嘴子、铁马河、白家沟剖面都有出露。华北克拉通其他区域这期岩浆活动也广泛发育，如华北克拉通南缘以熊耳群为主的火山岩系，及同期花岗闪长岩和斑岩和基性岩墙群；北缘大规模的基性岩墙群和碱性侵入岩；中部的铁镁质岩墙群和西南缘的花岗斑岩岩体 。这期岩浆活动与哥伦比亚超大陆的裂解相关联，其形成的动力背景可能与地幔柱活动有关。中元古代之后构造沉积中元古代以后研究区进入构造活动相对沉寂期，接受沉积。直至早古生代受到加里东期作用影响，研究区缺失志留系和石炭系沉积。晚古生代受秦岭造山带影响，在研究区南缘发育一些与造山带有关的岩浆岩，但主体仍然发育沉积岩。晚侏罗世开始，研究区快速隆升，研究区断裂构造开始发育，沉积上侏罗统芬芳河组巨砾砾岩，为棕红与紫灰色块状砾岩、巨砾岩夹少量棕红色砂岩及泥质粉砂岩，砾岩中等磨第 卷第期徐欢等：华北克拉通西南部下白垩统六盘山群碎屑锆石年代学研究圆，成分成熟度不高，分选较差。该组属盆地边缘山麓河流冲积扇沉积。之后接受三桥组、和尚铺组
