LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and Hf isotopic compositions of rocks from the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area and their geological significance
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摘要:
涑水杂岩作为华北克拉通南部早前寒武纪变质基底杂岩的重要组成部分，以中条山地区出露最好且研究程度最高。在晋陕交界处的韩城和河津地区也有零星的古老变质基底杂岩出露，通常认为是中条山地区涑水杂岩的西延。用LA-ICP-MS锆石U-Pb方法测得研究区内的基底岩石角闪斜长片麻岩、透辉斜长片麻岩和二长花岗片麻岩原岩的形成年龄分别为2260±28Ma、2053±34Ma和2098±27Ma，表明晋陕交界处涑水杂岩的形成年龄明显小于中条山地区的涑水杂岩，其形成时代主要应为古元古代早期，而非太古宙。锆石Hf同位素显示，所分析的锆石多数具有低εHf(t) 值，最低可达-6，其二阶段模式年龄为2630~2933Ma，表明这些形成于古元古代的岩石为太古宙岩石再循环的产物，暗示在晋陕交界处可能存在太古宙的古老地壳物质，同时也支持华北克拉通南部太古宙地块划分的推论。
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关键词:
- 华北克拉通 /
- 涑水杂岩 /
- 基底岩石 /
- LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄 /
- Hf同位素
Abstract:The Sushui complex is one of the main component parts of basement rocks in southern North China Craton (NCC). It is typically exposed in Zhongtiaoshan area and has been studied in detail. The Early Precambrian metamorphic basement complex rocks sporadically exposed in Shanxi-Shaanxi border area are traditionally regarded as the western extension and equivalents of Sushui complex in Zhongtiao region. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating reveals that the protolithic ages of amphibolite-plagioclase gneiss, diopside-plagioclase gneiss and two-feldspar granite gneiss are 2260 ± 28Ma, 2053 ± 34Ma and 2098 ± 27Ma, respectively, significantly younger than the ages of rocks in Zhongtiaoshan area, suggesting that the Sushui complex was likely formed in Early Paleoproterozoic rather than in Archean. The majority of zircons of the samples have negative εHf(t) values (the lowerest being-6) with two-stage crustal model ages of 2630~2933Ma, which suggests that these samples were derived from recycled Mesoarchean to Neoarchean crust, and continental crustal materials as old as 2630~2933Ma probably preexisted in the Shanxi-Shaanxi border area. These results provide further evidence for the inference that the southern NCC was likely a coherent ancient terrane at the end of the Neoarchean.
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Keywords:
- North China Craton /
- Sushui complex /
- basement rocks /
- LA-ICP-MS zircon U-Pb ages /
- Hf isotope
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华北克拉通南部广泛分布新太古代—古元古代的前寒武纪变质基底和较完整的中、新元古代盖层，是中国前寒武纪地质研究的经典地区之一[1-3].这些古老变质基底杂岩主体呈近东西向展布，自北向南可分为涑水杂岩（图 1-a）、登封杂岩和太华杂岩.类似的杂岩体向西可延伸至甘肃陇山地区，称为陇山杂岩[6]；向东可延伸至安徽的霍邱和蚌埠地区，分别称为霍邱群和五河群[7-9].鉴于这些杂岩具有明显相似的岩石组成、形成时代、变质变形等特征，最近一些研究者提出这些杂岩在太古宙末期就已经拼合形成一个统一的南部古老块体[1，10]，而且这一块体明显跨越赵国春等[4，11-13]划分的中部带的南部，也显著不同于翟明国等[14-15]划分的许昌地块.
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在晋陕交界的韩城和河津地区也有零星的古老变质杂岩出露，亦被陕西和山西区域地质调查单位命名为“涑水杂岩”，并认为其是中条山地区涑水杂岩的西延[2-3]（图 2），但主要依据残缺不全的岩石特征和组合及变质变形的区域性对比研究，缺少精确的年代学证据.本文报道了晋陕交界涑水杂岩的锆石U-Pb年龄及其Hf同位素组成，探讨涑水杂岩的时空展布、形成和演化规律，并讨论其地质意义.
1. 区域地质概况
作为华北克拉通南部前寒武纪变质基底杂岩的重要组成部分，“涑水杂岩”早期曾被称为“五台系”或“中条系”.后称其为“涑水杂岩”，并于1959年的全国地层会议上正式启用，主要指呈北东—南西向分布在中条山脉西侧绛县—闻喜—夏县—解州—永济一带的中高级变质基底岩石，延伸上百千米[2-3]（图 1-b）.根据岩石组合及其年代学数据，中条山地区的涑水杂岩由形成于新太古代—古元古代早期的深成侵入岩和表壳岩组成[5，16-18]：前者包括新太古代北峪、寨子、西窑TTG质片麻岩和横岭关、解州二长花岗片麻岩，以及古元古代烟庄钾长花岗岩；后者主要由冷口和柴家窑表壳岩组成.这些岩石后期遭受了角闪岩相变质作用，局部变质程度较深，如稷山地区的涑水杂岩变质程度可达麻粒岩相[19].其上依次被古元古代绛县群、中条群、担山石群及中元古代西阳河群和汝阳群覆盖.
晋陕交界处的韩城市阳山庄村和河津市禹门口—西磑口地区的大地构造位置处于鄂尔多斯地块的东南缘，涑水杂岩在这里仅零星出露（图 2）.在韩城的阳山庄地区涑水杂岩出露非常有限[2]，主要见于矿坑之中，岩性多为斜长闪长（花岗）片麻岩、黑云更长片麻岩、角闪更长片麻岩、夹角闪斜长片麻岩、磁铁石英岩及脉状磁铁矿，岩石遭受强烈深熔-混合岩作用和改造.阳山庄铁矿的磁铁矿体赋存于该区涑水杂岩中.在河津市禹门口—西磑口地区涑水杂岩以二长花岗片麻岩为主.研究区的涑水杂岩均被霍山组砂岩覆盖（图 3-a），其上为华北克拉通典型的寒武系和奥陶系.其中霍山组砂岩主要由石英岩夹石英砂岩组成，中上部夹长石石英砂岩，底部为砾岩；砂岩发育板状斜层理.对于霍山组砂岩的时代归属，长久以来存在很大争议.由于该砂岩呈角度不整合覆盖于太古宙的片麻岩之上，一些研究者将其划为前震旦系（当时属震旦系）；另一些研究者则认为，霍山组砂岩与上覆寒武系不同层位之间均为连续沉积，故而将其归属为寒武系[3，20-21].
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图 3 晋陕交界涑水杂岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成Figure 3. Zircon U-Pb dating and Hf isotopic compositions of rocks from the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area2. 样品采集和岩石学特征
样品12YSZ03和12YSZ031采自韩城市阳山庄村西北的铁矿矿坑，样品12XWK03则采自河津市西磑口.
样品12YSZ03为角闪斜长片麻岩（图版Ⅰ-b、c），由于含铁矿而使岩石呈肉红色，为中-粗粒变晶结构，片麻状构造；主要由斜长石（60%）、角闪石（35%）和少量石英（2%）、磁铁矿（3%）和透辉石（＜1%）组成，副矿物有锆石、磷灰石等.其中斜长石表面混浊，多呈土灰色或褐灰色，已被蚀变为绢云母或粘土矿物；角闪石部分被蚀变为绿泥石，且有磁铁矿析出.样品12YSZ031为透辉斜长片麻岩（图版Ⅰ-d），中-粗变晶结构，片麻状构造；主要由斜长石（55%）和透辉石（45%）组成，其中透辉石局部蚀变为角闪石，有磁铁矿析出.样品12XWK03为二长花岗片麻岩（图版Ⅰ-e），岩石呈肉红色，为中粗粒花岗变晶结构，弱片麻状构造；主要由微斜长石（35%）、斜长石（30%）、石英（30%）和少量云母（＜5%）组成，副矿物为磷灰石、锆石等.该岩石直接被灰白色厚层块状的霍山组砂岩覆盖，二者之间可见褐铁矿化古风化壳.
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图版Ⅰ a.河津市西磑口样品；b.韩城市阳山庄角闪斜长片麻岩；c.角闪斜长片麻岩；d.透辉斜长片麻岩；e.二长花片麻岩.Pl—斜长石；Mic—微斜长石；Di—透辉石；Amp—角闪石；Qz—石英；Mt—磁铁矿3. 分析方法
本次研究的锆石从约5kg的样品中挑选出来，经人工重砂、重液、电磁仪等多种方法分离，在双目显微镜下将其镶嵌在环氧树脂中并抛光至锆石颗粒的2/3裸露，然后进行阴极发光（CL）显微图像、激光拉曼光谱、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及LA-MCICP-MS锆石Lu-Hf同位素分析.锆石挑选工作在河北省区域地质矿产调查研究所完成，其余的分析测试均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成.
锆石U-Pb定年工作在连接Geolas-193型紫外激光剥蚀系统的Agilient 7500a型ICP-MS上进行.激光剥蚀斑束直径为32μm, 频率为6Hz.采样为单点剥蚀方式.以氦气作为剥蚀物质的载气.ICP-MS数据采集选用跳峰（Peak jumping）方式，数据处理采用Glitter（ver 4.0）程序，年龄计算时以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正.样品的谐和图、加权平均年龄计算及绘制均采用Isoplot（ver 2.49）[22].元素浓度采用NIST610作外标，Si作内标计算.
锆石原位Lu-Hf同位素测定在英国Nu公司生产的Nu Plasma HR多接收器等离子体质谱仪上完成，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的Geo-Las200M.激光剥蚀的脉冲频率为10Hz, 激光束直径为44μm, 能量密度为10J· cm-2，剥蚀时间约为50s.锆石原位Lu-Hf同位素测定用176Lu/175Lu=0.02669和176Yb/172Yb=0.5886进行同量异位干扰校正计算，测定样品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值[23].εHf (t) 的计算采用176Lu衰变常数为1.867×10-11a[24]，球粒陨石现今的176Hf/177Hf=0.282785、176Lu/177Hf=0.0336 [25]；Hf亏损地幔模式年龄（TDM1）的计算采用现今的亏损地幔176Hf/177Hf=0.28325和176Lu/177Hf=0.0384[26].Hf同位素单阶段模式年龄TDM以亏损地幔为参考计算.回算二阶段Hf模式年龄（TDM2）时，采用的平均地壳176Lu/177Hf值为0.015[27].
4. 分析结果
4.1 锆石U-Pb年龄
晋陕交界涑水杂岩中锆石的U-Pb和Hf同位素组成分析结果见表 1和图 4.
表 1 晋陕交界涑水杂岩锆石U-Th-Pb年龄Table 1. Zircon U-Th-Pb dating of the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area样品号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 角闪斜长片麻岩 (12YSZ03) 12YSZ03-01 133 233 299 0.78 0.1397 0.0045 7.405 0.135 0.3847 0.0063 2223 54 2162 16 2098 29 12YSZ03-02 128 210 304 0.69 0.1416 0.0045 7.095 0.129 0.3637 0.0060 2247 54 2123 16 2000 28 12YSZ03-03 86 132 195 0.68 0.1435 0.0047 7.506 0.142 0.3797 0.0063 2269 55 2174 17 2075 29 12YSZ03-04 147 326 340 0.96 0.1421 0.0045 7.311 0.128 0.3732 0.0061 2253 54 2150 16 2045 28 12YSZ03-05 86 93 188 0.50 0.1439 0.0047 7.760 0.148 0.3913 0.0065 2275 55 2204 17 2129 30 12YSZ03-06 97 125 205 0.61 0.1433 0.0046 8.022 0.151 0.4062 0.0067 2268 55 2234 17 2197 31 12YSZ03-07 136 234 314 0.75 0.1403 0.0045 7.209 0.132 0.3729 0.0061 2231 54 2138 16 2043 29 12YSZ03-08 95 151 206 0.74 0.1402 0.0046 7.695 0.150 0.3984 0.0067 2229 56 2196 18 2162 31 12YSZ03-09 114 202 261 0.77 0.1395 0.0045 7.232 0.135 0.3763 0.0062 2220 55 2141 17 2059 29 12YSZ03-10 110 231 253 0.91 0.1401 0.0045 7.264 0.134 0.3761 0.0062 2229 55 2144 16 2058 29 12YSZ03-11 83 81 186 0.44 0.1414 0.0046 7.518 0.144 0.3859 0.0064 2244 55 2175 17 2104 30 12YSZ03-12 140 249 329 0.76 0.1395 0.0045 7.087 0.130 0.3688 0.0060 2221 55 2123 16 2024 28 12YSZ03-13 92 137 213 0.64 0.1403 0.0046 7.169 0.138 0.3707 0.0062 2231 56 2133 17 2033 29 12YSZ03-14 99 125 202 0.62 0.1439 0.0047 8.371 0.162 0.4221 0.0070 2275 55 2272 18 2270 32 12YSZ03-15 92 73 197 0.37 0.1392 0.0053 7.746 0.211 0.4038 0.0076 2217 65 2202 25 2187 35 12YSZ03-16 131 227 286 0.80 0.1403 0.0045 7.658 0.141 0.3960 0.0065 2231 55 2192 17 2151 30 12YSZ03-17 139 265 306 0.87 0.1428 0.0048 7.725 0.161 0.3925 0.0067 2262 57 2200 19 2134 31 12YSZ03-18 107 118 238 0.50 0.1404 0.0046 7.539 0.142 0.3895 0.0064 2233 55 2178 17 2121 30 12YSZ03-19 131 221 285 0.78 0.1403 0.0049 7.665 0.172 0.3964 0.0069 2231 59 2193 20 2152 32 12YSZ03-20 111 133 257 0.52 0.1422 0.0046 7.295 0.133 0.3723 0.0061 2254 54 2148 16 2040 29 透辉斜长片麻岩 (12YSZ031) 12YSZ031-01 104 259 432 0.60 0.1272 0.0049 3.652 0.103 0.2083 0.0039 2060 66 1561 22 1220 21 12YSZ031-02 95 403 408 0.99 0.1330 0.0050 3.755 0.100 0.2047 0.0038 2138 64 1583 21 1200 20 12YSZ031-03 94 270 373 0.72 0.1310 0.0044 3.933 0.086 0.2178 0.0038 2111 58 1620 18 1270 20 12YSZ031-04 95 248 379 0.65 0.1335 0.0049 4.007 0.104 0.2176 0.0040 2145 63 1636 21 1269 21 12YSZ031-05 104 471 423 1.11 0.1344 0.0047 4.012 0.093 0.2163 0.0038 2156 59 1637 19 1263 20 12YSZ031-06 97 225 376 0.60 0.1326 0.0056 4.067 0.134 0.2225 0.0045 2133 72 1648 27 1295 24 12YSZ031-07 96 394 364 1.08 0.1316 0.0051 4.160 0.119 0.2293 0.0044 2119 66 1666 23 1331 23 12YSZ031-08 106 266 371 0.72 0.1291 0.0051 4.349 0.130 0.2444 0.0047 2086 68 1703 25 1410 24 12YSZ031-09 98 226 358 0.63 0.1321 0.0042 4.372 0.084 0.2399 0.0041 2126 55 1707 16 1386 21 12YSZ031-10 54 78 187 0.41 0.1286 0.0071 4.488 0.214 0.2530 0.0063 2079 94 1729 40 1454 32 12YSZ031-11 112 79 386 0.20 0.1300 0.0041 4.588 0.087 0.2558 0.0043 2098 55 1747 16 1468 22 12YSZ031-12 98 252 328 0.77 0.1278 0.0043 4.602 0.100 0.2612 0.0045 2067 58 1750 18 1496 23 12YSZ031-13 82 154 265 0.58 0.1311 0.0043 4.881 0.098 0.2701 0.0046 2112 56 1799 17 1541 23 12YSZ031-14 85 202 257 0.79 0.1266 0.0044 5.011 0.118 0.2870 0.0051 2052 60 1821 20 1627 25 12YSZ031-15 103 207 294 0.70 0.1283 0.0046 5.336 0.132 0.3016 0.0055 2075 62 1875 21 1699 27 12YSZ031-16 89 70 251 0.28 0.1269 0.0041 5.393 0.105 0.3083 0.0052 2055 56 1884 17 1732 26 12YSZ031-17 76 107 200 0.54 0.1306 0.0047 6.070 0.154 0.3367 0.0062 2107 62 1986 22 1871 30 样品角闪斜长片麻岩（12YSZ03）中的锆石呈短柱状或椭圆状，长度多为50~150μm, 长宽比为1:1~2:1，其阴极发光性较差.对20粒锆石进行LA-ICP-MS U-Pb年龄测定，分析点均位于无明显岩浆成分韵律环带的核部区域（图 3-a），分析点具有中等的Th（73×10-6~326×10-6）和U（186×10-6~340×10-6）含量，以及高的Th/U值（0.37~0.96），且具有与岩浆锆石类似的稀土元素配分模式特征，表明这些锆石为岩浆成因.在锆石U-Pb年龄谐和图（图 3-a）上，除少数分析点位于谐和线上外，多数沿不一致线分布，表明锆石可能经历了后期变质作用的扰动，放射成因铅有不同程度的丢失，上交点年龄为2260±28Ma（MSWD=0.64），此年龄代表该片麻岩原岩的形成年龄.
对样品透辉斜长片麻岩（12YSZ031）中的17粒锆石进行U-Pb同位素年龄分析.所分析的锆石多为短柱状或椭圆状，粒径多为80~120μm.具有较低-中等的Th（70×10-6~472×10-6）和U（187×10-6~432×10-6）含量，以及高的Th/U值（0.20~1.11），且具有与岩浆锆石类似的稀土元素配分模式特征，表明这些锆石为岩浆成因.在锆石U-Pb年龄谐和图（图 3-b）上，所有分析的锆石均有不同程度的铅丢失，数据点沿不一致线分布，不一致线与谐和线的交点年龄为2053±34Ma（MSWD=0.97），此年龄应为透辉斜长片麻岩原岩的形成年龄.
采自西磑口的二长花岗片麻岩（12XWK03）中的锆石呈黄褐色，半自形-自形柱状，长80~120 μm, 宽50~70μm, 长宽比介于1:1~2:1之间.大多数锆石具有较强的阴极发光性，具核-边结构，锆石核部具有明显的岩浆振荡环带，锆石边部阴极发光性弱，表明后期遭受了明显的构造-热事件作用，边部由于太窄未做分析.对12个锆石的核部进行UPb年龄分析，其Th、U含量和Th/U值分别为83×10-6~405×10-6、162×10-6~423×10-6、0.51~1.24，且锆石具有与岩浆锆石类似的稀土元素配分特征，因此所分析的锆石为岩浆成因.由于锆石核部受到后期地质构造-热事件的影响，所有分析的锆石均发生了不同程度的铅丢失，在谐和图上的投点位于U-Pb年龄谐和线下方，且构成一条线性很好的不一致线，不一致线与谐和线的交点年龄为2098±27Ma（MSWD=0.27）（图 3-c），该年龄代表了二长花岗片麻岩原岩的侵位年龄.
4.2 锆石Hf同位素组成
晋陕交界涑水杂岩中锆石的Hf同位素组成分析结果见表 2和图 3-d.所有锆石的176Lu/177Hf值均小于0.002，表明锆石在形成后具有较低的放射性成因Hf的积累，测得的Hf同位素组成可以代表其形成时的Hf同位素组成.
表 2 晋陕交界涑水杂岩锆石Hf同位素组成Table 2. Zircon Hf isotopic compositions of the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area样品号 年龄/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf (176Hf/177Hf)0 (176Hf/177Hf)i 2σ εHf (t) 2σ TDM1 TDM2(CC) TDM2(CC_2014) fLu/Hf 角闪斜长片麻岩(12YSZ03) 12YSZ03-01 2260 0.043486 0.001403 0.281450 0.281389 0.000010 1.9 0.3 2545 2709 2648 -0.96 12YSZ03-02 2260 0.026787 0.000923 0.281402 0.281362 0.000013 0.9 0.5 2578 2768 2700 -0.97 12YSZ03-03 2260 0.070682 0.002234 0.281411 0.281315 0.000013 -0.8 0.5 2657 2871 2789 -0.93 12YSZ03-05 2260 0.021740 0.000804 0.281432 0.281398 0.000019 2.2 0.7 2529 2690 2632 -0.98 12YSZ03-06 2260 0.046220 0.001520 0.281452 0.281387 0.000015 1.8 0.5 2549 2714 2654 -0.95 12YSZ03-07 2260 0.019108 0.000645 0.281372 0.281344 0.000010 0.2 0.4 2600 2807 2734 -0.98 12YSZ03-08 2260 0.054515 0.001778 0.281421 0.281344 0.000014 0.3 0.5 2611 2807 2734 -0.95 12YSZ03-09 2260 0.039883 0.001260 0.281414 0.281360 0.000014 0.8 0.5 2585 2773 2704 -0.96 12YSZ03-11 2260 0.103130 0.003122 0.281435 0.281300 0.000016 -1.3 0.6 2688 2903 2816 -0.91 12YSZ03-12 2260 0.015796 0.000542 0.281387 0.281363 0.000017 0.9 0.6 2574 2765 2697 -0.98 12YSZ03-14 2260 0.046732 0.001466 0.281372 0.281309 0.000021 -1.0 0.8 2657 2884 2800 -0.96 12YSZ03-15 2260 0.051977 0.001629 0.281432 0.281362 0.000012 0.9 0.4 2585 2768 2700 -0.95 12YSZ03-16 2260 0.050081 0.001567 0.281417 0.281349 0.000013 0.4 0.5 2601 2795 2723 -0.95 12YSZ03-17 2260 0.042134 0.001347 0.281401 0.281343 0.000016 0.2 0.6 2608 2809 2735 -0.96 12YSZ03-18 2260 0.051399 0.001622 0.281402 0.281332 0.000015 -0.2 0.5 2626 2833 2756 -0.95 12YSZ03-20 2260 0.038482 0.001219 0.281425 0.281372 0.000011 1.2 0.4 2567 2746 2681 -0.96 透辉斜长片麻岩 (12YSZ031) 12YSZ031-01 2053 0.024452 0.000861 0.281505 0.281472 0.000013 0.0 0.5 2433 2661 2579 -0.97 12YSZ031-02 2053 0.040618 0.001427 0.281492 0.281436 0.000021 -1.3 0.7 2488 2738 2646 -0.96 12YSZ031-04 2053 0.027679 0.000941 0.281520 0.281483 0.000014 0.4 0.5 2418 2636 2558 -0.97 12YSZ031-05 2053 0.032882 0.001127 0.281486 0.281442 0.000018 -1.1 0.6 2477 2725 2635 -0.97 12YSZ031-07 2053 0.033591 0.001111 0.281519 0.281475 0.000014 0.1 0.5 2431 2653 2572 -0.97 12YSZ031-08 2053 0.033288 0.001114 0.281475 0.281432 0.000023 -1.4 0.8 2490 2747 2654 -0.97 12YSZ031-09 2053 0.034142 0.001181 0.281528 0.281482 0.000026 0.4 0.9 2422 2638 2559 -0.96 12YSZ031-10 2053 0.032118 0.001058 0.281483 0.281442 0.000019 -1.1 0.7 2476 2725 2635 -0.97 12YSZ031-11 2053 0.023981 0.000759 0.281487 0.281457 0.000027 -0.5 0.9 2452 2692 2606 -0.98 12YSZ031-12 2053 0.059430 0.001923 0.281543 0.281468 0.000018 -0.1 0.6 2449 2668 2586 -0.94 12YSZ031-13 2053 0.050933 0.001590 0.281517 0.281455 0.000016 -0.6 0.6 2464 2697 2611 -0.95 12YSZ031-14 2053 0.015522 0.000548 0.281519 0.281498 0.000010 0.9 0.4 2395 2603 2529 -0.98 12YSZ031-16 2053 0.047364 0.001547 0.281555 0.281494 0.000011 0.8 0.4 2409 2611 2536 -0.95 12YSZ031-17 2053 0.014949 0.000507 0.281501 0.281481 0.000008 0.3 0.3 2417 2640 2561 -0.98 二长花岗片麻岩 (12XWK03) 12XWK03-01 2098 0.041136 0.001278 0.281353 0.281302 0.000020 -5.0 0.7 2669 3000 2879 -0.96 12XWK03-02 2098 0.072607 0.002298 0.281365 0.281274 0.000051 -6.0 1.8 2726 3063 2933 -0.93 12XWK03-03 2098 0.059392 0.001697 0.281394 0.281326 0.000025 -4.1 0.9 2642 2948 2834 -0.95 12XWK03-04 2098 0.062262 0.001884 0.281386 0.281311 0.000020 -4.7 0.7 2667 2982 2864 -0.94 12XWK03-06 2098 0.048828 0.001484 0.281346 0.281287 0.000019 -5.5 0.7 2693 3033 2908 -0.96 12XWK03-07 2098 0.043049 0.001330 0.281395 0.281342 0.000019 -3.6 0.7 2615 2915 2805 -0.96 12XWK03-08 2098 0.051850 0.001573 0.281423 0.281360 0.000017 -2.9 0.6 2593 2874 2770 -0.95 12XWK03-09 2098 0.065822 0.001815 0.281376 0.281303 0.000024 -5.0 0.9 2676 2999 2878 -0.95 12XWK03-11 2098 0.022580 0.000708 0.281324 0.281296 0.000017 -5.2 0.6 2669 3015 2892 -0.98 12XWK03-12 2098 0.037852 0.001223 0.281403 0.281354 0.000014 -3.2 0.5 2597 2888 2782 -0.96 角闪斜长片麻岩（12YSZ03）样品的16个分析点的176Hf/177Hf值分布于0.281300~0.281389之间，以其形成年龄2260Ma计算Hf（t）为-1.0~2.17，对应的二阶段模式年龄（TDM2）为2630~2816Ma.对透辉斜长片麻岩（12YSZ031）中14粒锆石进行了Hf同位素分析，176Hf/177Hf值变化范围为0.281432~0.281498，以其上交点年龄计算对应的εHf (t) 值，其εHf (t) 值平均为-1.3~0.9，并计算得到其TDM2范围为2536~2646Ma.对二长花岗岩片麻岩（12XWK03）中10粒锆石进行了Hf同位素分析，176Hf/177Hf值变化范围为0.281274~0.281354，以其上交点年龄计算对应的εHf (t) 值，结果均为负值（-6.0~-2.9），并计算得到其TDM2范围为2770~2933Ma.
5. 讨论
5.1 涑水杂岩的形成年代
如前所述，涑水杂岩以中条山地区出露最典型，由深成侵入岩和表壳岩组成[5，16-18].目前已知中条山最古老的岩石出露在西南的运城市常平地区，主要岩石类型为奥长花岗片麻岩和闪长质片麻岩，其原岩的形成年龄为2722~2702Ma[28].广泛分布在中条山地区的北峪、寨子、西窑TTG片麻岩，以及横岭关、解州二长花岗片麻岩等花岗质岩石的原岩形成年龄为2620~2436Ma, 其中TTG质片麻岩在中条山地区的中部和东北部占据主要地位，而钙碱性花岗质片麻岩所占规模较小.涑水杂岩中的表壳岩主要出露在运城市柴家窑和绛县冷口地区，其中柴家窑表壳岩以柴家窑一带最为发育，呈规模不等的包体、构造片体分布于西姚片麻岩中，岩石类型为大理岩、浅粒岩、石英岩等.冷口表壳岩则出露于冷口和钻天岭一带，面积约6km2，主要由黑云斜长阳起片岩、黑云片岩、角闪黑云片岩、角闪片岩、斜长角闪岩等组成.Kröner等[29]采用单颗粒锆石蒸发法测得冷口变质英安质凝灰岩锆石的207Pb/206Pb年龄为2521±3Ma, 孙大中等[19]通过Sm-Nd等时线测年方法获得其年龄为2497±51Ma.最近张瑞英[30]利用LAICP-MS锆石U-Pb测年方法测得冷口变质火山岩的年龄为2562±22Ma, 而后期形成年龄为2351±37Ma的烟庄钾质花岗岩在局部侵入于西姚片麻岩及寨子片麻岩和横岭关二长片麻岩中.
地处晋陕交界处的韩城市阳山庄村和河津市禹门口—西磑口地区也有少量基底岩石出露，陕西和山西地质矿产局通过区域对比，认为其为中条山涑水杂岩的延伸，将其形成时代归属于太古宙[2-3].本次通过LA-ICPMS锆石U-Pb方法测得该区内的角闪斜长片麻岩（12YSZ03）、透辉斜长片麻岩（12YSZ031）和二长花岗岩片麻岩（12XWK03）原岩的形成年龄分别为2260±28Ma、2053±34Ma和2098±27Ma, 据此表明本次所研究的晋陕交界处涑水杂岩的形成年龄明显小于中条山地区的涑水杂岩，其形成时代应为古元古代早期，而非太古宙.
5.2 地质意义
近十多年来，华北克拉通早前寒武纪地质研究取得了许多令人瞩目的进展.现今，研究者大都认为，华北克拉通的前寒武纪基底由多个陆块拼合而成，虽然对于其拼合机制、拼合时间及拼合的过程一直存在很大争议[11-15，31-37].如伍家善等[36]将华北克拉通变质基底划分为胶辽、迁怀、晋冀、豫皖和蒙陕5个微陆块.翟明国等[14-15，37]通过对重要的古老构造边界的识别，将华北克拉通划分为胶辽陆块、阜平陆块、迁怀陆块、许昌陆块、集宁陆块和阿拉善陆块，认为这些微古陆块在2.5Ga左右聚合成为统一的华北克拉通.Zhao等[11-13]根据变质作用特点差异并结合相关岩石学、年代学、地球化学等资料，最初将华北克拉通三分，划分为东部陆块、西部陆块及夹持于二者之间的中部造山带.后他们又对上述前寒武纪构造单元划分方案进一步细分，把原西部陆块划分为北部阴山地块、南部的鄂尔多斯地块及二者之间的孔兹岩带；在原东部陆块中识别出胶-辽-吉活动带，将东部陆块二分，最终将华北克拉通基底六分；认为阴山地块和鄂尔多斯地块是在1.95Ga沿孔兹岩带发生碰撞对接形成西部陆块，而后西北陆块与东部陆块沿中部带碰撞形成统一的华北克拉通结晶基底.Kusky等[33-34]承袭了东部地块、西部地块和中部造山带华北地块三分的构造格局，但认为东部地块与西部地块在2.5Ga时以弧/陆形式汇聚，而1.85Ga左右的吕梁运动属于陆内裂解事件.最近，Wan等[10]根据古老岩石（≥2.6Ga）的出露和年代学资料，将华北克拉通前寒武纪基底划分为东部、西部和南部3个古老陆块.
鉴于华北克拉通南部的古老杂岩体，如涑水杂岩、登封杂岩、太华杂岩等具有显著相似的岩石组成、形成时代、变质变形等特征，Diwu等[1]最近提出华北克拉通南部前寒武纪基底在太古宙末期（约2.5Ga）已经拼贴形成一个统一的块体，称为南部太古宙地块.这些古老变质基底岩石呈近东西向展布，向西可至甘肃陇山地区[6]，向东可延伸至安徽的霍邱和蚌埠地区[7-9]，主要由TTG质片麻岩、闪长质片麻岩、斜长角闪岩、钙碱性花岗岩等组成，其演化历史可以追溯至冥古宙时期[38-39].虽然在晋陕交界处的韩城市阳山庄村和河津市禹门口—西磑口地区至今未见太古宙岩石的报道，可是锆石Hf同位素组成显示，所分析的锆石多数具有低εHf (t) 值，最低可达-6，其二阶段模式年龄为2630~2933Ma（图 3-d），表明这些形成于古元古代早期的岩石均为太古宙的岩石再循环的产物，表明在晋陕交界处可能存在太古宙的古老地壳物质.本次研究也支持南部古老陆块或南部太古宙地块划分的推论.
6. 结论
（1）利用LA-ICP-MS锆石U-Pb方法测得晋陕交界涑水杂岩中的角闪斜长片麻岩、透辉斜长片麻岩和二长花岗片麻岩原岩的形成年龄分别为2260±28Ma、2053±34Ma和2098±27Ma, 表明本次所研究的晋陕交界处涑水杂岩的形成时代为古元古代早期，而非太古宙.
（2）锆石Hf同位素数据显示，所分析的锆石多数具有低εHf (t) 值，最低可达-6，其二阶段模式年龄为2630~2933Ma, 表明这些形成于古元古代的岩石为太古宙岩石再循环的产物，暗示在晋陕交界处可能存在太古宙的古老地壳物质.
致谢: 感谢陕西省地质调查院李海平教授级高工和中国科学院地质与地球物理研究所樊龙刚博士在野外给予的帮助；感谢审稿专家提出的宝贵修改意见. -
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图 3 晋陕交界涑水杂岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成
Figure 3. Zircon U-Pb dating and Hf isotopic compositions of rocks from the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area
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图版Ⅰ a.河津市西磑口样品；b.韩城市阳山庄角闪斜长片麻岩；c.角闪斜长片麻岩；d.透辉斜长片麻岩；e.二长花片麻岩.Pl—斜长石；Mic—微斜长石；Di—透辉石；Amp—角闪石；Qz—石英；Mt—磁铁矿
表 1 晋陕交界涑水杂岩锆石U-Th-Pb年龄
Table 1 Zircon U-Th-Pb dating of the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area
样品号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 角闪斜长片麻岩 (12YSZ03) 12YSZ03-01 133 233 299 0.78 0.1397 0.0045 7.405 0.135 0.3847 0.0063 2223 54 2162 16 2098 29 12YSZ03-02 128 210 304 0.69 0.1416 0.0045 7.095 0.129 0.3637 0.0060 2247 54 2123 16 2000 28 12YSZ03-03 86 132 195 0.68 0.1435 0.0047 7.506 0.142 0.3797 0.0063 2269 55 2174 17 2075 29 12YSZ03-04 147 326 340 0.96 0.1421 0.0045 7.311 0.128 0.3732 0.0061 2253 54 2150 16 2045 28 12YSZ03-05 86 93 188 0.50 0.1439 0.0047 7.760 0.148 0.3913 0.0065 2275 55 2204 17 2129 30 12YSZ03-06 97 125 205 0.61 0.1433 0.0046 8.022 0.151 0.4062 0.0067 2268 55 2234 17 2197 31 12YSZ03-07 136 234 314 0.75 0.1403 0.0045 7.209 0.132 0.3729 0.0061 2231 54 2138 16 2043 29 12YSZ03-08 95 151 206 0.74 0.1402 0.0046 7.695 0.150 0.3984 0.0067 2229 56 2196 18 2162 31 12YSZ03-09 114 202 261 0.77 0.1395 0.0045 7.232 0.135 0.3763 0.0062 2220 55 2141 17 2059 29 12YSZ03-10 110 231 253 0.91 0.1401 0.0045 7.264 0.134 0.3761 0.0062 2229 55 2144 16 2058 29 12YSZ03-11 83 81 186 0.44 0.1414 0.0046 7.518 0.144 0.3859 0.0064 2244 55 2175 17 2104 30 12YSZ03-12 140 249 329 0.76 0.1395 0.0045 7.087 0.130 0.3688 0.0060 2221 55 2123 16 2024 28 12YSZ03-13 92 137 213 0.64 0.1403 0.0046 7.169 0.138 0.3707 0.0062 2231 56 2133 17 2033 29 12YSZ03-14 99 125 202 0.62 0.1439 0.0047 8.371 0.162 0.4221 0.0070 2275 55 2272 18 2270 32 12YSZ03-15 92 73 197 0.37 0.1392 0.0053 7.746 0.211 0.4038 0.0076 2217 65 2202 25 2187 35 12YSZ03-16 131 227 286 0.80 0.1403 0.0045 7.658 0.141 0.3960 0.0065 2231 55 2192 17 2151 30 12YSZ03-17 139 265 306 0.87 0.1428 0.0048 7.725 0.161 0.3925 0.0067 2262 57 2200 19 2134 31 12YSZ03-18 107 118 238 0.50 0.1404 0.0046 7.539 0.142 0.3895 0.0064 2233 55 2178 17 2121 30 12YSZ03-19 131 221 285 0.78 0.1403 0.0049 7.665 0.172 0.3964 0.0069 2231 59 2193 20 2152 32 12YSZ03-20 111 133 257 0.52 0.1422 0.0046 7.295 0.133 0.3723 0.0061 2254 54 2148 16 2040 29 透辉斜长片麻岩 (12YSZ031) 12YSZ031-01 104 259 432 0.60 0.1272 0.0049 3.652 0.103 0.2083 0.0039 2060 66 1561 22 1220 21 12YSZ031-02 95 403 408 0.99 0.1330 0.0050 3.755 0.100 0.2047 0.0038 2138 64 1583 21 1200 20 12YSZ031-03 94 270 373 0.72 0.1310 0.0044 3.933 0.086 0.2178 0.0038 2111 58 1620 18 1270 20 12YSZ031-04 95 248 379 0.65 0.1335 0.0049 4.007 0.104 0.2176 0.0040 2145 63 1636 21 1269 21 12YSZ031-05 104 471 423 1.11 0.1344 0.0047 4.012 0.093 0.2163 0.0038 2156 59 1637 19 1263 20 12YSZ031-06 97 225 376 0.60 0.1326 0.0056 4.067 0.134 0.2225 0.0045 2133 72 1648 27 1295 24 12YSZ031-07 96 394 364 1.08 0.1316 0.0051 4.160 0.119 0.2293 0.0044 2119 66 1666 23 1331 23 12YSZ031-08 106 266 371 0.72 0.1291 0.0051 4.349 0.130 0.2444 0.0047 2086 68 1703 25 1410 24 12YSZ031-09 98 226 358 0.63 0.1321 0.0042 4.372 0.084 0.2399 0.0041 2126 55 1707 16 1386 21 12YSZ031-10 54 78 187 0.41 0.1286 0.0071 4.488 0.214 0.2530 0.0063 2079 94 1729 40 1454 32 12YSZ031-11 112 79 386 0.20 0.1300 0.0041 4.588 0.087 0.2558 0.0043 2098 55 1747 16 1468 22 12YSZ031-12 98 252 328 0.77 0.1278 0.0043 4.602 0.100 0.2612 0.0045 2067 58 1750 18 1496 23 12YSZ031-13 82 154 265 0.58 0.1311 0.0043 4.881 0.098 0.2701 0.0046 2112 56 1799 17 1541 23 12YSZ031-14 85 202 257 0.79 0.1266 0.0044 5.011 0.118 0.2870 0.0051 2052 60 1821 20 1627 25 12YSZ031-15 103 207 294 0.70 0.1283 0.0046 5.336 0.132 0.3016 0.0055 2075 62 1875 21 1699 27 12YSZ031-16 89 70 251 0.28 0.1269 0.0041 5.393 0.105 0.3083 0.0052 2055 56 1884 17 1732 26 12YSZ031-17 76 107 200 0.54 0.1306 0.0047 6.070 0.154 0.3367 0.0062 2107 62 1986 22 1871 30 
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表 2 晋陕交界涑水杂岩锆石Hf同位素组成
Table 2 Zircon Hf isotopic compositions of the Sushui complex in Shanxi-Shaanxi border area
样品号 年龄/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf (176Hf/177Hf)0 (176Hf/177Hf)i 2σ εHf (t) 2σ TDM1 TDM2(CC) TDM2(CC_2014) fLu/Hf 角闪斜长片麻岩(12YSZ03) 12YSZ03-01 2260 0.043486 0.001403 0.281450 0.281389 0.000010 1.9 0.3 2545 2709 2648 -0.96 12YSZ03-02 2260 0.026787 0.000923 0.281402 0.281362 0.000013 0.9 0.5 2578 2768 2700 -0.97 12YSZ03-03 2260 0.070682 0.002234 0.281411 0.281315 0.000013 -0.8 0.5 2657 2871 2789 -0.93 12YSZ03-05 2260 0.021740 0.000804 0.281432 0.281398 0.000019 2.2 0.7 2529 2690 2632 -0.98 12YSZ03-06 2260 0.046220 0.001520 0.281452 0.281387 0.000015 1.8 0.5 2549 2714 2654 -0.95 12YSZ03-07 2260 0.019108 0.000645 0.281372 0.281344 0.000010 0.2 0.4 2600 2807 2734 -0.98 12YSZ03-08 2260 0.054515 0.001778 0.281421 0.281344 0.000014 0.3 0.5 2611 2807 2734 -0.95 12YSZ03-09 2260 0.039883 0.001260 0.281414 0.281360 0.000014 0.8 0.5 2585 2773 2704 -0.96 12YSZ03-11 2260 0.103130 0.003122 0.281435 0.281300 0.000016 -1.3 0.6 2688 2903 2816 -0.91 12YSZ03-12 2260 0.015796 0.000542 0.281387 0.281363 0.000017 0.9 0.6 2574 2765 2697 -0.98 12YSZ03-14 2260 0.046732 0.001466 0.281372 0.281309 0.000021 -1.0 0.8 2657 2884 2800 -0.96 12YSZ03-15 2260 0.051977 0.001629 0.281432 0.281362 0.000012 0.9 0.4 2585 2768 2700 -0.95 12YSZ03-16 2260 0.050081 0.001567 0.281417 0.281349 0.000013 0.4 0.5 2601 2795 2723 -0.95 12YSZ03-17 2260 0.042134 0.001347 0.281401 0.281343 0.000016 0.2 0.6 2608 2809 2735 -0.96 12YSZ03-18 2260 0.051399 0.001622 0.281402 0.281332 0.000015 -0.2 0.5 2626 2833 2756 -0.95 12YSZ03-20 2260 0.038482 0.001219 0.281425 0.281372 0.000011 1.2 0.4 2567 2746 2681 -0.96 透辉斜长片麻岩 (12YSZ031) 12YSZ031-01 2053 0.024452 0.000861 0.281505 0.281472 0.000013 0.0 0.5 2433 2661 2579 -0.97 12YSZ031-02 2053 0.040618 0.001427 0.281492 0.281436 0.000021 -1.3 0.7 2488 2738 2646 -0.96 12YSZ031-04 2053 0.027679 0.000941 0.281520 0.281483 0.000014 0.4 0.5 2418 2636 2558 -0.97 12YSZ031-05 2053 0.032882 0.001127 0.281486 0.281442 0.000018 -1.1 0.6 2477 2725 2635 -0.97 12YSZ031-07 2053 0.033591 0.001111 0.281519 0.281475 0.000014 0.1 0.5 2431 2653 2572 -0.97 12YSZ031-08 2053 0.033288 0.001114 0.281475 0.281432 0.000023 -1.4 0.8 2490 2747 2654 -0.97 12YSZ031-09 2053 0.034142 0.001181 0.281528 0.281482 0.000026 0.4 0.9 2422 2638 2559 -0.96 12YSZ031-10 2053 0.032118 0.001058 0.281483 0.281442 0.000019 -1.1 0.7 2476 2725 2635 -0.97 12YSZ031-11 2053 0.023981 0.000759 0.281487 0.281457 0.000027 -0.5 0.9 2452 2692 2606 -0.98 12YSZ031-12 2053 0.059430 0.001923 0.281543 0.281468 0.000018 -0.1 0.6 2449 2668 2586 -0.94 12YSZ031-13 2053 0.050933 0.001590 0.281517 0.281455 0.000016 -0.6 0.6 2464 2697 2611 -0.95 12YSZ031-14 2053 0.015522 0.000548 0.281519 0.281498 0.000010 0.9 0.4 2395 2603 2529 -0.98 12YSZ031-16 2053 0.047364 0.001547 0.281555 0.281494 0.000011 0.8 0.4 2409 2611 2536 -0.95 12YSZ031-17 2053 0.014949 0.000507 0.281501 0.281481 0.000008 0.3 0.3 2417 2640 2561 -0.98 二长花岗片麻岩 (12XWK03) 12XWK03-01 2098 0.041136 0.001278 0.281353 0.281302 0.000020 -5.0 0.7 2669 3000 2879 -0.96 12XWK03-02 2098 0.072607 0.002298 0.281365 0.281274 0.000051 -6.0 1.8 2726 3063 2933 -0.93 12XWK03-03 2098 0.059392 0.001697 0.281394 0.281326 0.000025 -4.1 0.9 2642 2948 2834 -0.95 12XWK03-04 2098 0.062262 0.001884 0.281386 0.281311 0.000020 -4.7 0.7 2667 2982 2864 -0.94 12XWK03-06 2098 0.048828 0.001484 0.281346 0.281287 0.000019 -5.5 0.7 2693 3033 2908 -0.96 12XWK03-07 2098 0.043049 0.001330 0.281395 0.281342 0.000019 -3.6 0.7 2615 2915 2805 -0.96 12XWK03-08 2098 0.051850 0.001573 0.281423 0.281360 0.000017 -2.9 0.6 2593 2874 2770 -0.95 12XWK03-09 2098 0.065822 0.001815 0.281376 0.281303 0.000024 -5.0 0.9 2676 2999 2878 -0.95 12XWK03-11 2098 0.022580 0.000708 0.281324 0.281296 0.000017 -5.2 0.6 2669 3015 2892 -0.98 12XWK03-12 2098 0.037852 0.001223 0.281403 0.281354 0.000014 -3.2 0.5 2597 2888 2782 -0.96
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