佟子达, 张　静*, 周振菊, 夏小洪, 王伟中, 张源有

(1.中国地质大学(北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083; 2.北京大学 造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京 100871; 3.河南省有色金属地质矿产局 第四地质大队, 河南 郑州 450016)

河南舞阳凹陷底部火山岩的发现及其锆石年代学和Hf同位素地球化学研究

佟子达1, 张静1*, 周振菊2, 夏小洪2, 王伟中3, 张源有3

(1.中国地质大学(北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083; 2.北京大学 造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京 100871; 3.河南省有色金属地质矿产局 第四地质大队, 河南 郑州 450016)

河南省中部的舞阳凹陷长期被认为是一新生代盐湖盆地。它位于华北克拉通南缘, 基底由新太古代–古生代地层组成, 盆地沉积物为新生代碎屑–化学岩系。最新钻探发现盆地南缘发育一套火山–沉积建造, 火山岩与红色砂砾岩互层,总厚度达一千多米。作者对粗面岩(WY-1)和粗安质火山角砾岩(WY-2)开展了岩性组合、区域地层对比划分以及LA-ICP-MS 锆石U-Pb定年及Hf同位素研究。锆石多具有生长振荡环带, 个别锆石显示核-边结构。WY-1样品中25颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为 129.1±1.0 Ma (MSWD=0.87); WY-2样品中 4颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为132.5±9.8 Ma (MSWD=5.0), 两者的年龄比较接近, 表明火山岩形成于133 Ma左右, 属中生代早白垩世, 盆地地层并非前人认为的全部属于新生代。藉此, 我们认为舞阳凹陷乃至周口盆地的发育始于早白垩世或更早, 是扬子–华北古板块碰撞之后秦岭造山带岩石圈伸展的结果。WY-2样品中其他13颗继承锆石或继承核的207Pb/206Pb年龄介于1033～2931 Ma, 与华北克拉通南缘主要岩性的时代一致。火山岩中的早白垩世锆石εHf(t)为-21.82～ -19.10, tDM2变化于2.39～2.56 Ga之间, 与太华超群中部地层年龄和特征吻合, 表明火山岩主要源自华北克拉通南缘深部早前寒武纪岩石的部分熔融作用。

舞阳凹陷; 早白垩世火山岩; 锆石U-Pb年龄; 锆石Hf同位素; 华北克拉通

0 引 言

舞阳凹陷位于河南省中部的舞阳、鲁山、叶县、西平等县境内, 其构造位置处于周口盆地中部凹陷带西端, 平顶山凸起以南, 呈北西西向狭长形展布,与周口盆地主体的走向基本一致, 为一北边断裂围限、南部超覆沉积的箕状断陷盆地(陈衍景和富士谷, 1992)。舞阳盆地因发育大量盐岩和低成熟度油气而备受关注, 前人开展了大量研究工作(陈光汉和张庆国, 1989; 马庆元, 1993; 赵全民等, 2002; 孔凡军和李永林, 2004; 范传军和马骧, 2005; 李风勋等, 2009; 孔敏等, 2010; 赵鹏飞等, 2012)。然而, 关于舞阳凹陷的形成时间, 长期缺乏精确的同位素年代学约束。

鉴于舞阳超大型铁矿分布在舞阳断陷盆地南部,而舞阳断陷盆地中段南部存在一个低缓磁力异常带,磁异常带被解译为深部铁矿引起的异常(见后)。因此,河南省有色金属地质矿产局对舞阳断陷盆地的一系列低缓磁力异常区实施了以找铁矿为目的钻探工作,以期获得深部铁矿找矿突破。初步钻探资料表明,盆地深部发育一套火山–沉积岩建造。该建造形成于盆地发育早期, 为探索盆地发育时间、机理和深部找矿潜力提供了良好的研究对象。

基于以上资料, 本文对舞阳断陷盆地底部火山–沉积建造的火山岩开展了锆石U-Pb年代学和Hf同位素地球化学研究, 准确厘定了舞阳断陷盆地初始形成时间, 探讨了盆地发育机理、构造演化, 以及与铁矿勘查部署相关的科学问题。

1 地质背景和火山–沉积序列

秦岭造山带自北向南可划分为华北板块南缘、北秦岭增生造山带、南秦岭褶皱带和扬子板块北缘的前陆褶冲带等4个构造单元, 分别以栾川断裂、商丹缝合带、勉略缝合带为界(图1, 许志琴等, 1986; 张国伟等, 2001; Chen and Santosh, 2014)。华北板块南缘指位于三门峡–宝丰断裂与洛南–栾川–方城断裂带之间的部分, 具有典型华北型早前寒武纪结晶基底和中元古代以来的盖层结构; 北秦岭增生造山带是指商丹断裂带与洛南–栾川–方城断裂之间的秦岭北部区域,主要包括了秦岭岩群、宽坪岩群、丹凤蛇绿岩和二郎坪弧后盆地; 南秦岭褶皱带为商丹断裂带和勉略断裂带之间的南秦岭地区, 具有扬子板块的双层构造,盖层沉积于新元古代-三叠纪; 扬子板块北缘以晋宁期统一基底和晚元古代-显生宙盖层为特征, 具有汉南基底岩系和前陆盆地沉积及其冲断褶带(陈衍景等, 1991; 陈衍景和富士谷, 1992; 张国伟等, 1995a, 1995b; Li et al., 2014; Chen and Santosh, 2014)。

舞阳凹陷位于华北板块南缘板内区, 南临北秦岭构造带, 处于周口盆地西缘, 北部与平顶山凸起相邻, 南部与平舆凸起相接(图 1b), 是一典型的断裂构造控制的箕状伸展盆地, 内部地层厚度北厚南薄(陈衍景和富士谷, 1992)。舞阳断陷盆地东西长约140 km,南北宽约20 km, 属于周口盆地众多中新生代盆地之一, 呈北西西向狭长展布, 与周口坳陷主体构造走向基本一致(图 1b; 李风勋等, 2009)。断陷盆地北边界为三宝断裂带的次级断裂——鲁山–漯河断裂; 南侧是受到秦岭造山带挤压隆起而形成褶皱基底, 主要为新元古界洛峪群、震旦系罗圈组及寒武系等。新生代以来盆地区持续沉降, 发育了盐湖相沉积, 自下而上发育上白垩统胡岗组、古近系玉皇顶组、大仓房组、核桃园组、廖庄组和新近系上寺组与全新统(图2, 陈光汉和张庆国, 1989; 陈衍景和富士谷, 1992; 马庆元, 1993; 李风勋等, 2009)。在舞阳断陷盆地南侧有超覆现象, 总体表现为南部超覆、北侧断裂围限的单剪断陷沉积盆地(图2, 马庆元, 1993)。

图1　舞阳凹陷区域构造位置图(图a和图b分别据Shi et al., 2011; 郭巧珍等, 2009修改)Fig.1 Tectonic location of the Wuyang Sag

图2　舞阳凹陷构造纲要图(a)和剖面图(b, c, 据孔敏等, 2010修改)Fig.2 Simplified tectonic map (a) and cross sections (b and c) of the Wuyang Sag

舞阳凹陷南部存在杨楼–吕店低缓磁异常带, 包括了断续分布的10多个低缓磁异常(河南省有色金属地质矿产局第四地质大队, 2010; 河南省有色金属地质矿产局第五地质大队, 2013), 具有深部铁矿找矿潜力。最近, 河南有色金属地质矿产局第四地质大队等单位在吕店、祝楼、前藕池、杨楼等5个磁异常区实施了铁矿找矿钻探, 发现了盆地底部火山岩地层的存在, ZK01、ZK40012和ZK41612钻孔还穿透火山岩层至盆地基底(图 2), 不同钻孔揭示的火山岩、沉积岩的岩性特征、岩石组合以及地层序列相似。以钻孔ZK01为例予以说明, 钻孔深度369 m以上为第四系和第三系冲积物, 369～1343 m深度范围为互层的火山岩–沉积岩, 1343 m深度以下为前寒武纪海相灰岩和泥灰岩(图3)。在厚近千米的火山–沉积岩建造中,火山岩主要为红色粗安岩、粗面岩和粗安质火山角砾岩, 565～762 m 深度可见安山玢岩与凝灰质粗安岩, 784～1252 m深度可见粗安质火山角砾岩及粗面岩(图3), 角砾成分主要为安山玢岩; 与火山岩互层的沉积岩主要是灰色、紫红色砂岩、砾岩等粗碎屑岩类, 属于河湖相的近源冲积或洪积扇相。钻孔浅部沉积岩与底部类似, 并一直延续到古新世(马庆元, 1993)。

2 样品和测试方法

样品WY-1和WY-2取自钻孔ZK01深度950 m、1000 m处, 分别是紫红色粗面岩和粗安质火山角砾岩。

锆石分选在河北省廊坊区域地质调查研究院完成, 然后在双目镜下挑出晶型较好的锆石, 将其粘在双面胶上, 用无色透明环氧树脂固定, 固化之后抛光, 然后在显微镜下观察, 阴极发光在 JSM-6510扫描电镜上进行。

锆石激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析及锆石原位 Lu-Hf同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成, 实验采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a, 激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas2005, 分析所用的激光斑束直径为32 μm。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMS DataCal完成, 详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liu et al. (2008, 2010)。锆石样品的U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot3.0完成 (Ludwig, 2003)完成。锆石Hf同位素分析在Neptune型MC-ICP-MS上完成,激光剥蚀斑束直径为 44 μm, 标准锆石样品为 91500 及GJ-1。εHf和Hf模式年龄计算中采用的球粒陨石和亏损地幔的176Hf/177Hf比值分别为 0.282772和0.283200, 二阶段Hf模式年龄计算中采用平均地壳的fCC值(-0.55)(吴福元等, 2007; Liu et al., 2010)。

3 测试结果

3.1 LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄

样品 WY-1(粗面岩)中的锆石多为无色透明, 呈短柱状或长柱状, 自形到半自形, 粒径100～150 μm,大多数锆石具有明显的岩浆成因环带(图 4), Th、U含量分别为244～4023 μg/g, 435～3639 μg/g, Th/U比值为0.46～1.11, 显示岩浆锆石特征(表1; Hoskin and Ireland, 2000; Whitehouse and Platt, 2003; 吴元保和郑永飞, 2004), 锆石U-Pb定年结果代表岩浆结晶年龄, 对于火山岩而言, 则代表火山喷发的时间。25个分析点的206Pb/238U表面年龄介于 124～136 Ma,大多数锆石位于其谐和线及其附近, 加权平均年龄为 129.1±1.0 Ma(MSWD=0.87)(图 6a), 表明火山喷发时间为早白垩世。

图3　钻孔柱状图Fig.3 Stratigraphic column of drill holes

图4　锆石阴极发光图像及测试位置(数字分别表示U-Pb年龄和εHf(t)值)Fig.4 CL images showing the testing spots and their U-Pb ages and εHf(t) values

锆石原位微量元素分析结果(表 2)显示其具有较高的稀土元素总量和重稀土元素含量, 25个分析点中18个点的LREE在31～91 μg/g之间, (La/Yb)N在0.000023～0.000689之间, 显示轻稀土亏损、重稀土明显富集的分配特征, 并具明显的Ce正异常(δCe平均值为67.5)和Eu负异常(δEu平均值为0.13)(图5a), 呈现典型的岩浆锆石的稀土组成特征(Hoskin and Ireland, 2000; Whitehouse and Platt, 2003)。其余7个样品具有最高的(La/Yb)N(0.0242～0.2740)、LREE(125～4190 μg/g)和P含量(713～24760 μg/g), 以及较高的 Sr含量(0.121～7.96 μg/g), 暗示锆石中可能含有磷酸盐(如独居石和磷灰石)矿物包体(Whitehouse and Kamber, 2002)。

样品WY-2(粗安质火山角砾岩)中锆石较WY-1颜色偏暗, 自形程度较好, 以短柱状或长柱状为主,粒径在60～150 μm, 可见环带结构。17个分析点的Th、U含量分别为42～1906 μg/g和273～3708 μg/g(表1)。其中有4个点的Th/U值均大于0.5, 显示岩浆锆石特征(吴元保和郑永飞, 2004), 其206Pb/238U年龄为 125～138 Ma, 加权平均年龄 132.5±9.8 Ma (MSWD=5.0)(图6c), 在误差范围内与WY-1样品的年龄基本一致, 综合二者206Pb/238U表面年龄, 峰值为128.6±0.8 Ma(MSWD= 2.4)(图6d)。综上, 说明火山岩形成于早白垩世。其他13个分析点年龄>1000 Ma, 谐和度较差, Th/U比值介于0.1～0.78(表1), 为继承锆石(吴元保和郑永飞, 2004)。鉴于这类锆石可能发生铅丢失, 而207Pb和206Pb在丢失过程可能同步变化,207Pb/206Pb比值保持相对稳定, 故采用207Pb/206Pb年龄(Blank et al., 2003; Griffin et al., 2004)。WY-2样品13颗继承锆石的207Pb/206Pb年龄为1033～2931 Ma(表1, 图6b), 表明其源自华北克拉通南缘的前寒武纪岩石。

表1　舞阳凹陷火山岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of the volcanic rocks from the Wuyang Sag

表2　舞阳凹陷火山岩锆石微量元素分析结果Table 2 Trace element data of zircon grains in the volcanic rocks from the Wuyang Sag

续表2　：

图5　锆石稀土元素球粒陨石标准化配分型式图(球粒陨石标准化值引自Sun and McDonough, 1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for zircon grains

图6　锆石U-Pb谐和年龄图和直方图Fig.6 U-Pb concordia diagrams and histogram of the zircon grains

锆石稀土含量略高于WY-1, LREE为10～250 μg/g, (La/Yb)N为0.000012～0.00507(表2), 呈轻稀土亏损、重稀土富集的分配特征(图5b)以及明显的Ce正异常(δCe平均值为51.9)和Eu负异常(δEu平均值为0.48),呈现典型的岩浆锆石的稀土组成特征(Hoskin and Ireland, 2000; Whitehouse and Platt, 2003)。

3.2 Hf同位素特征

粗面岩(WY-1)中锆石的 Hf同位素分析结果见表3, 其176Lu/177Hf比值均小于0.002, 说明锆石形成以后新增放射性成因Hf极低, 故176Hf/177Hf测试值可以代表锆石形成时体系的初始176Hf/177Hf比值, 从而可以用 Hf同位素来有效示踪一些重要的地球化学储库的源区(吴福元等, 2007)。样品中锆石的176Hf/177Hf比值介于0.282077～0.282155, fLu/Hf变化于-0.99～ -0.96, 平均值-0.98, 明显小于镁铁质地壳的 fLu/Hf值(-0.34)和硅铝质地壳的fLu/Hf值(-0.72) (Amelin et al., 1999), 表明样品不是直接从亏损地幔熔融形成的, 而是经历过重融再结晶(Vervoort et al., 2000; Griffin et al., 2004)。根据 Hf同位素计算公式(吴福元等, 2007), 采用硅铝质大陆地壳fLu/Hf计算获得的舞阳凹陷中火山岩的初始εHf(t)为-21.82～ -19.10, 平均值-20.59, tDM1变化于1.54～1.65 Ga, tDM2变化于2.39～2.56 Ga(表3)。

表3　舞阳凹陷火山岩锆石Hf同位素分析结果Table 3 Hf isotopic compositions of zircon granis in the volcanic rocks from the Wuyang Sag

4 讨 论

4.1 深部铁矿勘查的问题

本次研究的早白垩世火山岩带仅发现于舞阳断陷盆地南缘, 缘于盆地沉积中心自南向北迁移, 使出露地层自北向南变老、层位变下(图3), 这与磁异常主要出现在断陷盆地南部相一致, 指示磁异常由盆地基底岩性引起。考虑到断陷盆地沉积中心的迁移, 我们认为盆地深部可能依然发育早白垩世火山岩–沉积岩建造, 磁异常向北变弱可能也缘于盆地沉积物变厚。

此前认为舞阳断陷盆地沉积物为古近系, 古近系之下即为具有铁矿勘查潜力的盆地基底, 勘探深度<3 km。本研究确定了这套早白垩世火山–沉积建造的发育, 为现行深部铁矿勘查提出了一系列新的重大问题, 突出地表现在古近系之下并非盆地基底,而是白垩系。即使不考虑上白垩统, 仅是下白垩统火山–沉积建造厚度即达 1 km, 这使盆地基底的埋深增加了1 km以上(图3), 盆地最深超过4 km。如此以来, 亟需重新审查正在执行的深部铁矿勘查计划的价值和工程部署方案。此外, 上白垩统在本区是否存在, 其与古近系之间的关系如何, 目前尚缺少调查和研究, 急需补充。

4.2 岩浆源区及成因

不同地球化学储库具有明显不同的 Hf同位素组成, 球粒陨石和亏损地幔的176Hf/177Hf比值较大, εHf(t)值为零或正值; 而地壳的176Hf/177Hf比值相对较小, εHf(t)值为明显负值(Amelin et al., 2000; Griffin et al., 2002)。舞阳断陷盆地内火山岩锆石Hf模式年龄(2.39～2.56 Ga)(表 3), 暗示其源区物质为古老的地壳物质。在εHf(t)-t图上(图7), 粗面岩锆石数据点落在球粒陨石演化线之下、2.5 Ga地壳成分演化线附近, 相对集中, 呈现富集的特点, 说明舞阳断陷南侧火山岩岩浆来源于富集地幔部分熔融, 上侵过程中可能受到过古老地壳的混染。

图7　舞阳凹陷火山岩锆石εHf(t)-t图解Fig.7 εHf(t)-t plot for zircon grains in the volcanic rocks from the Wuyang Sag

研究区普遍发育太华超群基底(图2), 据鲁山地区太华超群TTG建造中片麻岩和角闪岩的Hf同位素组成(李风勋等, 2009; 第五春荣等, 2010), 计算获得129 Ma时太华超群的εHf(t)变化范围为-65.0～ -51.8, 明显低于舞阳凹陷中火山岩的εHf(t)值(-21.82～ -19.10)。华北克拉通南缘中生代中酸性侵入岩及火山岩的大部分 εHf(t)集中在-27～ -10, tDM2变化于1.8～2.9 Ga, 表明岩浆源区可能为华北板块南缘的中下地壳岩层(包括太华超群和/或熊耳群)与俯冲于华北克拉通之下的秦岭造山带物质混合, 岩浆侵入过程中又混入了太华超群和熊耳群的物质(杨阳等, 2012; Li et al., 2013; 柯昌辉等, 2013; 李铁刚等, 2013; 李磊等, 2013; 曾令君等, 2013)。

4.3 舞阳断陷盆地形成时代与构造环境

前人关于舞阳断陷盆地形成时代存在燕山晚期(马庆元, 1993)和新生代(李风勋等 2009; 孔敏等, 2010)两种观点, 但均缺乏准确的同位素年代学数据支撑。本研究获得盆地底部火山岩地层(图 2、3)锆石U-Pb年龄为129～133 Ma, 证明舞阳断陷盆地的发育始于早白垩世, 即133 Ma左右。

陈国达(1988)和陈国达等(2005)认为, 中国东部大陆及边缘海的新生代盆地均属于山间构造盆地, 盆地中沉积物属于类磨拉石建造, 以陆相红层占优势, 均属拉伸型, 一部分为裂谷; 它们形成于中国古地台活化解体所形成的地洼区发展的晚期, 即后地台造山的主要活动期之后。应该说, 舞阳盆地属于这一类型。

目前, 学者们普遍认为秦岭造山带形成于中生代大陆碰撞造山作用, 在晚三叠世–侏罗纪发生陆内俯冲作用, 扬子板块俯冲于华北板块南缘之下,秦岭造山带岩石圈和地壳强烈挤压缩短增厚(张国伟等, 2001; Chen et al., 2004; 陈衍景, 2010; Ni et al., 2012; 毛世东等, 2013); 晚侏罗世(150 Ma左右), 区域构造体制发生转变(任纪舜, 1991; 赵越等, 1994; Chen et al., 2000; 李诺等, 2007), 增厚地壳和岩石圈于早白垩世快速伸展减薄, 形成大规模花岗岩类和中酸性火山岩(陈衍景等, 1998; 毛景文等, 2003;翟明国, 2010; Li et al., 2012, 2014)。本研究进一步证实了在豫西地区, 强烈的挤压碰撞之后出现了伸展构造作用(地台活化的晚期), 在区域应力场改变背景下, 原逆冲上升盘成为正断下降盘, 并控制之后的沉积, 导致中生代箕状断陷盆地发育, 形成沿北西西向和北东向断裂分布的一系列白垩纪断陷盆地,并伴随强烈的中酸性火山喷发(图 2; 河南省地质矿产局, 1989; 陈衍景和富士谷, 1992; 孙自明, 1998)。

5 结 论

(1) 通过对钻探工程资料整理, 初步发现舞阳断陷盆地南部发育一套厚达千米的火山–沉积岩建造, 火山岩为陆相中酸性岩石, 沉积岩主要为河湖相, 二者互层产出。

(2) 盆地底部火山–沉积建造的发现使原认为的盆地盖层厚度增加1 km, 即盆地基底埋深增加1 km;据此提出, 现行深部铁矿勘查项目的价值和工程部署方案亟需重新审查或调整。

(3) 锆石同位素地质年代学和地球化学研究确定火山岩形成于129～133 Ma, 属于早白垩世, 成岩岩浆起源于造山带加厚岩石圈的部分熔融, 特别是深部太华超群岩石的部分熔融。

(4) 秦岭造山带在侏罗纪–白垩纪之交发生构造体制由挤压向伸展转变, 诱发了舞阳断陷盆地的发育, 使盆地发育始于 133 Ma, 盆地沉积盖层具有南薄北厚的箕状形态。

致谢： 研究工作得到北京大学陈衍景教授的指导,野外工作得到河南有色地质四队的帮助, 样品制备、测试、数据处理过程中得到了杨永飞、钟军、张成、钟日晨博士的帮助, 在此一并感谢！

陈光汉, 张庆国. 1989. 舞阳凹陷叶县盐田地质特征. 河南地质, 7(2): 1–7.

陈国达. 1988. 中国东部后地台造山带新生代盆地成因一解. 大地构造与成矿学, 12(1): 1–4.

陈国达, 彭省临, 戴塔根. 2005. 亚洲大陆中部壳体东、西部历史–动力学的构造分异及其意义. 大地构造与成矿学, 29(1): 7–16.

陈衍景. 2010. 秦岭印支期构造背景、岩浆活动及成矿作用. 中国地质, 37(4): 854–865.

陈衍景, 富士谷. 1992. 豫西金矿成矿规律. 北京: 地震出版社: 1–234.

陈衍景, 富士谷, 胡受奚, 陈泽铭, 周顺之. 1991. 华北克拉通的地块差异性及其成矿意义. 大地构造与成矿学, 15(3): 265–271.

陈衍景, 郭光军, 李欣. 1998. 华北克拉通花岗绿岩地体中中生代金矿床的成矿地球动力学背景. 中国科学(B辑), 28(1): 35–40.

第五春荣, 孙勇, 林慈銮. 2010. 河南鲁山地区太华杂岩LA-(MC)-ICPMS锆石U-Pb年代学及Hf同位素组成.科学通报, 55(21): 2112–2123.

范传军, 马骧. 2005. 舞阳凹陷核桃园组盐湖相烃源岩生油潜力研究. 江汉石油职工大学学报, 18(6): 3–5.

郭巧珍, 杨香华, 詹冶萍, 严永新, 张帆. 2009. 用锆石阴极发光与U-P 测年资料分析核桃园组物源. 新疆石油地质, 30(6): 686–688

河南省地质矿产局. 1989. 河南省区域地质志. 北京: 地质出版社: 245–772.

河南省有色金属地质矿产局第四地质大队. 2010. 河南省舞阳矿区外围师灵地区铁矿地球物理勘查工作报告.

河南省有色金属地质矿产局第五地质大队. 2013. 河南省舞阳地区铁矿深部预查物探工作报告.

柯昌辉, 王晓霞, 李金宝, 杨阳, 齐秋菊, 周晓宁. 2013.华北地块南缘黑山–木龙沟地区中酸性岩的锆石U-Pb年龄岩石化学和Sr-Nd-Hf同位素研究. 岩石学报, 29(3): 781–800.

孔凡军, 李永林. 2004. 舞阳凹陷古近系低熟–未熟油气系统特征. 石油勘探与开发, 31(3): 59–69.

孔敏, 石万忠, 宋志峰. 2010. 舞阳凹陷盐岩沉积与构造的响应关系. 沉积学报, 28(2): 299–306.

李风勋, 左丽群, 熊翠, 金贝贝, 王冶. 2009. 舞阳凹陷古近纪核桃园期岩相古地理研究. 吐哈油气, 14(4): 316–319.

李磊, 孙卫志, 孟宪锋, 杨小芬, 张灯堂, 冯建之. 2013.华北陆块南缘崤山地区燕山期花岗岩类地球化学、Sr-Nd-Pb同位素特征及其地质意义. 岩石学报, 29(8): 2635–2652

李诺, 陈衍景, 张辉, 赵太平, 邓小华, 王运, 倪智勇. 2007. 东秦岭斑岩钼矿带的地质特征和成矿构造背景. 地学前缘, 14(5): 186–198.

李铁刚, 武广, 陈毓川, 李宗彦, 杨鑫生, 乔翠杰. 2013.豫西银家沟杂岩体年代学地球化学和岩石成因. 岩石学报, 29(1): 46–66.

马庆元. 1993. 舞阳凹陷含盐地质特征. 中国煤田地质, 5(3): 32–34.

毛景文, 张作衡, 余金杰, 义天, 牛宝贵. 2003. 华北及邻区中生代大规模成矿的地球动力学背景: 从金属矿床年龄精测得到启示. 中国科学(D辑), 33(4): 289–299.

毛世东, 陈衍景, 周振菊, 鲁颖淮. 2013. 南秦岭东河群碎屑锆石U-Pb年龄及其板块构造意义. 岩石学报, 29(1): 67–82.

任纪舜. 1991. 论中国大陆岩石圈构造的基本特征. 中国区域地质, (4): 289–293.

孙自明. 1998. 周口坳陷的反转构造与构造演化. 石油地球物理勘探, 33(2): 251–257.

吴福元, 李献华, 郑永飞. 2007. Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用. 岩石学报, 23(2): 185–220.

吴元保, 郑永飞. 2004. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约. 科学通报, 49(16): 1589–1604.

许志琴, 卢一伦, 汤耀庆, 张治洮. 1986. 东秦岭复合山链的形成–变形、演化及板块动力学. 北京: 中国环境科学出版社: 1–193.

杨阳, 王晓霞, 柯昌辉, 李金宝. 2012. 豫西南泥湖矿集区石宝沟花岗岩体的锆石年龄岩石地球化学及Hf同位素组成. 中国地质, 29(6): 1525–1542.

曾令君, 星玉才, 周栋, 赵太平, 姚军明, 包志伟. 2013.河南卢氏八宝山花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成特征. 大地构造与成矿学, 37(1): 65–77.

翟明国. 2010. 华北克拉通的形成演化与成矿作用. 矿床地质, 29(1): 24–36.

张国伟, 孟庆任, 赖绍聪. 1995a. 秦岭造山带的结构构造.中国科学(B辑), 25(9): 994–1002.

张国伟, 张本仁, 袁学诚, 肖庆辉. 2001. 秦岭造山带与大陆动力学. 北京: 科学出版社: 1–855.

张国伟, 张宗清, 董云鹏. 1995b. 秦岭造山带主要构造岩石地层单元的构造性质及其大地构造意义. 岩石学报, 11(2): 101–114.

赵鹏飞, 严永新, 杨香华. 2012. 舞阳凹陷始新统核桃园组物源示踪与砂体展布模式. 海洋地质与第四纪, 32(3): 37–44.

赵全民, 刘喜林, 范传军, 乔桂林, 肖学, 何运平. 2002.舞阳、襄城盐湖盆地未熟–低熟油成藏模式. 地质科技情报, 21(4): 23–26.

赵越, 杨振宇, 马醒华. 1994. 东亚大地构造发展的重要转折. 地质科学, 29(2): 105–119.

AmelinY, Lee D C and Halliday A N. 2000. Early-Middle Archaean crustal evolution deduced from Lu-Hf and U-Pb isotopic studies of single zircon grains. Geochimica et Cosmochimica Acta, 64(24): 4205–4225.

Amelin Y, Lee D C, Halliday A N and Pidgeon R T. 1999. Nature of the Earth’s earliest crust from hafnium isotopes in single detrital zircons. Nature, 399: 252–255.

Blank L P, Kamo S L, Williams I S, Mundil R, Davis D W, Korsch R J and Foudoulis C. 2003. The application of SHRIMP to Phanerozoic geochronology: A critical appraisal of four zircon standards. Chemical Geology, 200: 171–188.

Chen Y J, Li C, Zhang J, Li Z and Wang H H. 2000. Sr and O isotopic characteristics of porphyries in the Qinling molybdenum deposit belt and their implication to genetic mechanism and type. Science in China (Series D), 43: 82–94.

Chen Y J, Pirajno F and Sui Y H. 2004. Isotope geochemistry of the Tieluping silver-lead deposit, Henan, China: A case study of orogenic silverdominated deposits and related tectonic setting. Mineralium Deposita, 39: 560–575.

Chen Y J and Santosh M. 2014. Triassic tectonics and mineral systems in the Qinling Orogen, central China. Geological Journal, 49: 338–358.

Griffin W L, Belousova E A, Shee S R, Pearson N J and O'Reilly S Y. 2004. Crustal evolution in the northern Yilam Craton: U-Pb and Hf-isotope evidence from detrital zircons. Precambrian Research, 131(3–4): 231–282.

Griffin W L, Wang X, Jackson S E, Pearson N J, O’Redly S Y, Xu X S and Zhou X M. 2002. Zircon chemistry and magma mixing, SE China: In-situ analysis of Hf isotopes, Tonglu and Pingtan igneous complexes. Lithos, 61(3-4): 237–269.

Hoskin P W O and Ireland T R. 2000. Rare earth element chemistry of zircon and its use as a provenance indicator. Geology, 7: 627–630.

Li N, Chen Y J, Pirajno F, Gong H J, Mao S D and Ni Z Y. 2012. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating, trace element and Hf isotope geochemistry of the Heyu granite batholith, eastern Qinling, central China: Implications for Mesozoic tectono-magmatic evolution. Lithos, 142-143: 34–47.

Li N, Chen Y J, Pirajno F and Ni Z Y. 2013. Timing of the Yuchiling giant porphyry Mo system, and implications for ore genesis. Mineralium Deposita, 48(4): 505–524.

Li N, Chen Y J, Santosh M and Pirajno F. 2014. Compositional polarity of Triassic granitoids in the Qinling Orogen, China: Implication for termination of the northernmost paleo-Tethys. Gondwana Research, DOI: 10.1016/j.gr.2013.09.017.

Liu Y S, Gao S, Hu Z C, Gao C G, Zong K Q and Wang D B. 2010. Continental and oceanic crust recycling-induced melt-peridotite interactions in the Trans-North China Orogen: U-Pb dating, Hf isotopes and trace elements in zircons of mantle xenoliths. Journal of Petrology, 51: 537–571.

Liu Y S, Hu Z C, Gao S, Günther D, Xu J, Gao C G and Chen H H. 2008. In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an internal standard. Chemical Geology, 257(1-2): 34–43.

Ludwig K R. 2003. ISOPLOT 3.00: A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. California, Berkeley: Berkeley Geochronology Center, Special Pubilication.

Ni Z Y, Chen Y J, Li N and Zhang H. 2012. Pb-Sr-Ndisotope constraints on the fluid source of the Dahu Au-Mo deposit in Qinling Orogen, central China, and implication for Triassic tectonic setting. Ore Geology Reviews, 46: 60–67.

Shi W Z, Wang H, Chen H H, Wang X L and Kong M. 2011. Tectonic control for evaporite formation in Wuyang Sag, Southern North China Basin. Journal of Asian Earth Sciences, 40: 240–251.

Sun S S and McDonough W F. 1989. Chemical and isotopic systematic of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processes // Sanders A D and Norry M J. Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society, London, Special Publications, 42: 313–345.

Vervoort J D, Patchett P J, Albarède F, Blichert-Toft J, Rudnick R and Downes H. 2000. Hf-Nd isotopic evolution of the lower crust. Earth and Planetary Science Letters, 181(1–2): 115–129.

Whitehouse M J and Kamber B S. 2002. On the overabundance of light rare earth elements in terrestrial zircons and its implication for Earth’s earliest magmatic differentiation. Earth and Planetary Science Letters, 204: 333–346.

Whitehouse M J and Platt J P. 2003. Dating high-grade metamorphism-constraints from rare earth elements in zircon and garnet. Contributions to Mineralogy and Petrology, 145: 61–74.

Zircon U-Pb Dating and Hf Isotope Compositions of the Volcanic Rocks from the Bottom of the Wuyang Sag, Henan Province

TONG Zida1, ZHANG Jing1*, ZHOU Zhenju2, XIA Xiaohong2, WANG Weizhong3and ZHANG Yuanyou3
(1. State Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. MOE Key Laboratory of Orogen and Crust Evolution, Peking University, Beijing 100871, China; 3. No.4 Team of Henan Geology and Mineral Resources Bureau of Non-Ferrous Metals, Zhengzhou 450016, Henan, China)

The Wuyang Sag in central Henan province is an important salt-bearing basin located in the southern margin of the North China Craton, which is considered to be formed in Cenozoic. The basement of the basin is composed of the Neoarchean-Paleoproterozoic Taihua Supergroup metamorphic rocks, and the cover has been considered to be a Cenozoic sedimentary sequence in previous studies. However, in the ongoing drilling work at the southern margin of the Wuyang Sag, a volcanic succession with thickness of >1000 m, intercalated with sandstones, conglomerates and limestones, was recently discovered. The volcanic rocks mainly include trachyandesitic to trachytic lava, tuffs and breccia. We conducted zircon LA-ICP-MS U-Pb dating combined with Hf-isotope analysis of the trachyandesitic breccia and trachyte samples collected from the drill holes. Zircon grains exhibit obvious oscillating zoning texture, and a few show core-rim structures. Twenty-five analyses of sample WY-1 yield a weighted mean age of 129.1±1.0 Ma (MSWD=0.87), while four analyses of sample WY-2 yield a weighted mean age of 132.5±9.8 Ma (MSWD=5.0). These ages are identical within errors and strongly suggest that the volcanic rocks were formed at 129～133 Ma. We thus conclude that the basins on the southern margin of the North China Craton began to sink since Early Cretaceous or somewhat earlier, coeval to post-collisional lithospheric extension of the Qinling Orogen suturing the Yangtze and North China cratons. Inherited zircon grains or cores yield207Pb/206Pb ages of 1033～2931 Ma, according with the ages of the main lithologies in the southern margin of the North China Craton. Zircons of Early Cretaceous yield εHf(t) values of -21.82 to -19.10, and tDM2(Hf) ages of 2.39 to 2.56 Ga, which are similar to the ages and features of the middle Taihua Supergroup. This implies that the Cretaceous volcanic rocks mainly originated from the partial melting of the Early Precambrian rocks at the depth of the southern margin of the North China Craton.

Wuyang Sag; Early Cretaceous volcanic rocks; zircon U-Pb ages; Hf isotope; North China Craton

P597

A

1001-1552(2016)03-0574-013

2014-11-8; 改回日期: 2015-03-07
项目资助: 国家973项目(2012CB416602)、国家自然科学基金项目(41030423)和中央高校基本科研业务费专项资金(2652013017)联合资助。

佟子达(1991–), 女, 硕士研究生, 矿床学专业。Email: tongzida@126.com

张静(1977–), 女, 博士, 副教授, 主要从事矿床学研究。Email: zhangjing@cugb.edu.cn