华北克拉通南缘五佛山群沉积时代和物源区分析:碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素证据

河南嵩山地区位于华北克拉通南缘, 其早前寒武纪结晶基底主要由新太古代登封群表壳岩、TTG质片麻岩和古元古代嵩山群石英岩, 以及新太古代-古元古代的花岗质岩石组成。五佛山群角度不整合覆盖于登封群和嵩山群之上, 主要由石英砂岩组成, 夹少量的粉砂质页岩和薄层灰岩, 为该地区太古宙-古元古代结晶基底之上分布广泛的第一沉积盖层。探讨其沉积时代和物质来源, 对揭示华北克拉通南缘前寒武纪地壳演化过程具有重要意义, 并可为华北南缘前寒武纪地层框架的建立和对比提供依据。本文对五佛山群底部马鞍山组两个石英砂岩样品的碎屑锆石进行LA-ICP-MS U-Pb年龄测定, 获得最年轻的207Pb/206Pb年龄分别为（1732±11） Ma和（1655±22） Ma, 说明五佛山群形成时代的下限为古元古代晚期, 与华北克拉通南缘熊耳群火山-沉积岩系之后的其他沉积盖层年代相当。五佛山群碎屑锆石207Pb/206Pb年龄范围为2816~1655 Ma, 主要集中于2100~1800 Ma之间（约占60%）, 年龄主峰值为（1.93±0.10） Ga, 部分年龄分布于2500~2100 Ma之间（约占24%）, 说明其沉积物质主要来源于古元古代的地质体, 相比华北克拉通其他地区同时代的沉积地层碎屑锆石年代学研究结果, 本区来自太古宙的物源极少。五佛山群马鞍山组碎屑锆石的U-Pb年龄反映了嵩山地区在1.93 Ga左右发生过重要的构造-热事件, 与华北克拉通古元古代中期发生的变质作用时间（约1.91 Ga）一致。碎屑锆石εHf（t）值为-14.3~4.6, Hf的两阶段模式年龄分布于2363~3672 Ma之间, 明显大于其207Pb/206Pb年龄, 大部分锆石的Hf同位素组成集中于2.50 Ga和2.80 Ga地壳演化线区域内, 揭示了新太古代为华北克拉通南缘重要的陆壳生长期。

河南嵩山地区元古宙五佛山群沉积岩的地球化学特征及其对物源区和构造环境的制约

河南嵩山地区位于华北克拉通南缘,保存有较为完整的太古宙-古元古代变质结晶基底和之后的沉积盖层。五佛山群直接角度不整合覆盖于新太古界登封群和古元古界嵩山群之上,为嵩山地区结晶基底之上分布广泛的第一沉积盖层。其主要由(长石)石英砂岩组成,夹少量的粉砂质页岩、泥岩和薄层灰岩。从下而上岩性相变明显,代表两次较大的沉积旋回。地球化学特征上,五佛山群砂岩的SiO2含量(70.18%～95.21%)明显比泥质岩(20.79%～52.27%)高,但Fe2O3、MgO、CaO和K2O含量比泥质岩低,表明泥质岩中含有较多的基性组分和富钾矿物。泥质岩的稀土总量(∑REE=131×10-6～169×10-6)比砂岩(∑REE=7.30×10-6～158×10-6)高,反映泥质岩中较高含量的粘土矿物对稀土元素具有较强的吸附作用。砂岩样品的成分变异指数(ICV=0.89～3.59)较低,说明其成熟度较高,为稳定构造环境下沉积的产物。泥质岩的ICV值为4.04～17.50,SiO2/Al2O3比值(3.90～5.58)和La/V比值较低(0.45～0.65),说明其成熟度较低,形成环境相对比较活动。较低的化学蚀变指数(CIA=7.52～66.1)反映碎屑沉积岩的源区遭受相对较弱的化学风化作用,其中砂岩(CIA=27.6～66.1)的化学风化强度比泥质岩(CIA=7.52～24.9)高。五佛山群碎屑沉积物主要来源于古元古代中酸性组分,有少量基性组分的加入。其下部和中部的砂岩与华北南缘同时代的沉积地层均形成于被动大陆边缘的沉积环境,说明华北克拉通南缘在熊耳群之后进入了一个稳定的沉积阶段。而五佛山群上部泥质岩形成于与大陆岛弧相关的沉积盆地,显示地壳活动性增强,沉积环境上暗示由被动大陆边缘向活动大陆边缘过渡的过程,可能与秦岭造山带形成初期的板块活动有关。

河南省嵩山区五佛山群内的砂岩岩墙及构造解释

河南省嵩山地区中—新元古代五佛山群沉积岩中发育几百条砂岩岩墙、砂岩岩脉和砂岩岩床 ,形成一个壮观的砂岩岩墙群。它们的地质关系、几何学、组成和结构特征显示 ,其母源层是骆驼畔组含砾中粗粒砂岩及中细粒砂岩 ,主要是在五佛山群重力滑动构造发育过程中 ,准稳定的骆驼畔组砂岩经液化及流体化 ,由上向下注入到下伏的葡峪组页岩等岩层内断层、裂隙和节理中形成的。砂岩岩墙群的发育证明 ,五佛山群区域变形时 ,其整个地层序列的岩石虽已具有一定强度 ,可形成较规律性的重力滑动构造几何学和运动学图像 ,但是 ,总体尚未完全固结成岩。因此 ,五佛山群复杂的阿尔卑斯型构造属于软沉积变形 ,在中朝克拉通尺度上 。

河南箕山地区中元古界五佛山群沉积环境及岩相古地理特征

河南箕山地区中元古界五佛山群是太古界、下元古界褶皱变质基底之上的第一盖层 ,由于基底构造的差异性 ,造成五佛山群马鞍山组、峡组在海侵过程中处于不同的沉积环境 ,但总的看来 ,箕山地区中部为基底隆起区 ,东部为沉陷区 ,西部为一向西倾斜的缓坡区。在五佛山群马鞍山组沉积的早期 ,区内以河流相沉积为主 ;在马鞍山组沉积的中、晚期 ,东、西部均处于滨浅海环境 ,为滨浅海相碎屑岩沉积 ,中部隆起区呈多岛状 ,出现潮坪沉积环境 ,为潮坪相碎屑岩沉积。在五佛山群峡组沉积期 ,古地理分异格局消失 。

华北克拉通南缘中-新元古代沉积地层对比研究及其地质意义

华北克拉通南缘新太古代-古元古代变质结晶基底之上不整合覆盖着巨厚的中-新元古代陆源碎屑岩-碳酸盐岩沉积盖层,根据沉积建造特征,将其划分为三个不同的地层分布小区,分别为嵩箕地层小区、渑池-确山地层小区和熊耳山地层小区。嵩箕小区位于熊耳裂谷盆地东北缘,以硅质碎屑岩(砂岩)为主,渑池-确山地层小区位于熊耳裂谷盆地北缘,以硅质碎屑岩-碳酸盐岩(白云岩)过渡相为主,熊耳山地层小区位于熊耳裂谷盆地南缘,以碳酸盐岩为主。本文通过对三个地层小区的沉积地层剖面和岩石学特征进行研究,认为华北南缘从中元古代开始处于河流相-浅海相的沉积环境,从南向北,海水由深变浅。根据地层的岩性、沉积构造及其组合特征,将其划分为低水位、海侵和高水位沉积体系,最大海侵时期为青白口系早期。通过对熊耳山地区的官道口群的岩相学和地球化学分析,并结合其已有的碎屑锆石年龄和另外两个地层小区的五佛山群和汝阳群的碎屑锆石年龄以及它们的地球化学特征,表明三个地层区的沉积地层在中元古代均处于被动大陆边缘环境,而新元古代则可能处于与大陆岛弧相关的沉积盆地,这一结果表明从中元古代到新元古代华北南缘可能受到秦岭造山带早期微陆块俯冲碰撞的影响,由被动大陆边缘向活动大陆边缘过渡的过程。三套地层最年轻的碎屑锆石207Pb/206Pb年龄基本上在1600Ma左右,从而限定了其最大沉积时代不早于1600Ma。其锆石年龄大多数都分布于古元古代(1700～2400Ma),太古代的年龄极少,说明其物源区以古元古代的地质体为主,且碎屑锆石年龄峰值为～1.93Ga,反映了华北南缘在～1.93Ga发生过重要的构造-热事件,与华北克拉通古元古代中期发生的变质作用时间(～1.91Ga)一致。三套沉积地层的碎屑锆石εHf(t)值变化较大(-20～+6),表明既有新生地壳物质的加入,也有古老地壳物质的再循环。Hf两阶段模式年龄分布于2.3～3.8Ga之间,明显大于其207Pb/206Pb年龄,大部分锆石的Hf同位素组成集中于2.6Ga和3.0Ga地壳演化线区域内,峰值为2.75Ga,表明2.75Ga左右是华北克拉通南缘重要的陆壳生长期。