山西云中山地区“界河口群”重新厘定

康健丽，王惠初，陈枫，曾乐，孙义伟，肖志斌，田辉

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；
2.华北地质科技创新中心，天津 300170）

山西云中山地区位于五台山和吕梁山之间，是华北克拉通早前寒武纪变质基底的重要组成部分[1-2]。五台和吕梁地区是早前寒武纪变质基底研究的典型地区，前人的研究已经取得了丰硕的成果[3-22]。五台地区变质基底以五台杂岩为主，吕梁地区变质基底以吕梁杂岩为主，二者之间无论变质建造还是岩浆活动都有很大的差别，作为中部造山带的重要组成部分，厘定二者的构造关系尤为重要。近年来，随着研究的不断深入，对五台杂岩和吕梁杂岩中变质表壳岩有了更深刻的认识，也产生了很多的争议，究其原因，很大程度上是由于地理位置的差距造成二者之间缺乏一个很好的连接纽带，云中山地区是吕梁杂岩中界河口群与五台杂岩中五台岩群交汇接壤地带[23]，是研究五台杂岩和吕梁杂岩天然的绝佳位置。界河口群是云中山地区最重要的变质地层之一，因此，对界河口群的深入研究对厘清五台杂岩和吕梁杂岩的构造关系具有重要的意义。

典型的界河口群位于吕梁地区，主要岩石类型包括（含石墨）大理岩、变泥砂质岩石和少量的斜长角闪岩，大部分建造经历角闪岩相变质作用，1/25万岢岚县幅中，该群呈带状展布于图幅中西部的界河口-奥家滩-阳坪上一带，该带也为吕梁山区该套古老表壳岩保留最好的地段，但是该套表壳岩组合已经过多期复杂的变形，变质作用的强烈改造，使得原生沉积构造、岩相标志、沉积厚度、层序等发生了根本性的改变，已不具地层学特征，也不符合地层学序律，而完全为一套构造地层单位，因此，对该套建造进行了构造地层单位划分，新建了界河口群，并给其以新的定义，界河口群包括园子坪岩组、阳坪上岩组、贺家湾岩组，将该群划归为中太古代（山西省地质调查院，2004①山西地质调查院.1/25万岢岚幅地质图.山西，2004.）。万渝生等[9]对奥家滩-阳坪上、西榆皮地区界河口群的研究显示其具有孔兹岩系的特征，形成年龄大致为2.2～2.3 Ga，为被动大陆边缘的产物；
而Liu et al.[24]则认为界河口群形成于～2.6 Ga，为大陆裂谷的产物，并经历了2.5 Ga的变质作用。耿元生等[25]利用锆石单颗粒测年方法以及变泥砂质全岩Sr-Nd同位素分析，推测界河口群可能形成于2.4～2.6 Ga。张兆琪等[26]根据碎屑锆石年龄，认为其沉积时代应不老于～1.9 Ga，与吕梁群、野鸡山群并非上下叠置的关系，而是属于年龄相近，变质程度不同的岩片。刘超辉等[22]对奥家滩组黑云斜长片麻岩进行了碎屑锆石年龄测定，认为其沉积时代介于1.8～2.0 Ga之间。田辉等[27]将不同地区界河口群做了详细的年代学研究，认为西榆皮地区的界河口群可与西部界河口-汉高山地区的界河口群对比，但杜交曲镇和云中山三交镇地区的界河口群均非典型的界河口群，娄烦县杜交曲镇的界河口群与五台群相当，云中山三交镇地区的界河口群应与野鸡山群或岚河群相当，属古元古代晚期的产物。米广尧等[23]则并不认同这一观点，根据侵入界河口群的峪口片麻岩的形成年龄（2 493 Ma），认为界河口群形成于新太古代，可能与五台群为横向上的并列关系。由此可见，对界河口群的归属和形成时代还存在很大的争议，本文拟通过对云中山地区界河口群的岩石组合、形成时代和构造背景详细研究，重新厘定界河口群的构造属性。

云中山地区大地构造位置位于五台山与吕梁山之间，属于Zhao et al.[28]所划分的华北克拉通中部带的中段（图1b），以发育古元古代末期云中山花岗岩而著称，是研究华北克拉通早前寒武纪构造演化的关键部位。云中山地区的早前寒武纪地质体呈北东东向展布，韧性剪切构造发育。研究区岩浆岩主要划分为两期，早期为新太古代TTG片麻岩和二长花岗质片麻岩，晚期为古元古代晚期云中山后造山黑云母二长花岗岩和花岗质伟晶岩。云中山花岗岩在研究区广泛发育，耿元生等[7-8]对五寨县东南的芦芽山辉石石英二长岩进行了锆石SHRIMP U-Pb测年，获得岩体结晶年龄为1 794±13 Ma，对宁武县堂儿上村北西的黑云母二长花岗岩的年代学研究显示其成岩年龄为1 801±11 Ma，二者均为后造山花岗岩，是古元古代末造山运动的产物。云中山地区新太古代TTG片麻岩和花岗质片麻岩的研究成果较少，对后河堡东英云闪长片麻岩的锆石进行U-Pb测年，得到其成岩年龄为2 499±9 Ma[13]，与恒山和阜平地区～2.5 Ga的TTG片麻岩相似，可能为大陆边缘弧的产物（图1a）。

图1 山西云中山南部三交地区地质图（a）（据文献[2]）及研究区位置（b）（据文献[28]）Fig.1 Geological map of the Sanjiao area,southern of Yunzhongshan,Shangxi Province(a)and studied area location after Zhao et al.(b)

在区域地质调查工作中（山西省地质调查院，2004），该区的变质表壳岩被划分为五台岩群（北部）和界河口岩群（南部），时代分别归属于新太古代和中太古代。五台岩群包括金岗库岩组和庄旺岩组，二者均形成于新太古代（未发表数据）。本次工作主要在云中山南部展开，重点研究对象为原界河口群。1/25万岢岚幅将研究区表壳岩划分为界河口群贺家湾组，将其时代置于中太古代（山西省地质调查院，2004），而1/5万三交村幅将研究区变质表壳岩都归入界河口群奥家滩岩组，将其时代置于新太古代，并根据岩石组合将其划分为变粒岩段、云母片岩段、石英岩段和角闪岩段（山西地质调查院，2013②山西省地质调查院.1/5万杜家村幅地质图.山西，2013.）。

项目组自2012年开始在三交镇地区开展调查工作，经过详细的野外地质调查和精细的填图，我们发现本区的界河口群与吕梁地区典型的界河口群有很大的区别，缺少代表孔兹岩系的富铝泥质变质岩，即贺家湾组的含榴矽线二云片岩、矽线白云石英片岩等云母类片岩，岩石组合多以变粒岩、石英岩和斜长角闪岩为主，发育少量大理岩。根据岩石组合的不同又可将这套变质建造分为两部分，一部分属新太古代（Ar3Y，Y代表云中山变质表壳岩），呈残留体保存在新太古代眼球状花岗闪长质片麻岩中，主要岩石类型包括：黑云变粒岩、石英岩、斜长角闪岩、角闪变粒岩、含石榴黑云（二云）变粒岩（片岩）等，岩石中普遍发育一组向西南（240°左右）倾斜（20°～40°）的拉伸线理，可与五台群金刚库岩组对比。另一部分归属古元古代（Pt1qz，qz代表石英岩建造），与围岩呈韧性剪切构造接触或被古元古代晚期侵入体分隔，主体为一套石英岩、长石石英岩、含磁铁矿变粒岩、含磁铁浅粒岩、二云片岩、大理岩、斜长角闪岩组合，局部褶皱构造发育。岩石中可见较多的花岗质脉体，长石石英岩和变粒岩中常见石榴石呈条带状或团块状分布，大理岩也具有矽卡岩化特征，可能是后期岩浆热液作用的产物[1-2]。这两部分岩石最大的区别在于：（1）石英岩变质变形程度不同。Pt1qz中石英岩糜棱岩化强烈，可见石英的拔丝构造（图2a），在该套岩石的顶部可见厚层状产出的变质杂砂岩，分选和磨圆均较差；
Ar3Y中石英岩变形程度较浅，虽然面理也已置换层理，但矿物形态没有发生大的变化（图2b）。（2）斜长角闪岩的产状不同。Pt1qz中斜长角闪岩发育杏仁构造（图3a）；
Ar3Y中斜长角闪岩则无此特征（图3b）。

图2 三交镇地区石英岩野外露头特征Fig.2 Field outcrop characteristics of quartzite in Sanjiao area

图3 三交镇地区斜长角闪岩野外露头特征Fig.3 Field outcrop characteristics of amphibolite in Sanjiao area

本次工作我们在三交镇地区分别采集了太古代的石英片岩和古元古代的长石石英岩进行LA-ICPMS法锆石U-Pb测年工作，从中获得了一些重要年龄信息。

从三交镇峪口村沟中采集石英岩大样两件（16JL38-1、16XZ01-1），年代学分析结果分别见表1和表2。两件样品的锆石特征很相似，振荡环带明显（图4），为典型的岩浆锆石，且谐和年龄和年龄图谱也基本一致，在年龄谱图上可见～2.52 Ga 和～2.65 Ga两个峰值，代表华北克拉通两次重要的地壳增生事件。16JL38-1样品部分锆石铅丢失严重，因此最小的207Pb/206Pb年龄已经不能限定界河口群的上限年龄，大部分的锆石年龄组成一条不一致线，其上交点年龄分别为2 516 Ma，其余部分锆石的不一致线上交点年龄为2 654 Ma（图5）。16XZ01-1样品中大部分的锆石年龄为2 501 Ma，剩余锆石的年龄则为2 657 Ma（图6）。

图4 三交镇地区石英岩中锆石CL图Fig.4 Zircon’s CL images of quartzite in Sanjiao area

图5 山西云中山地区石英岩（16JL38-1）锆石U-Pb谐和图Fig.5 U-Pb concordia diagrams of zircons from the quartzite（16JL38-1）in Yunzhong Mountain area, Shanxi

图6 山西云中山地区石英岩（16XZ01-1）锆石U-Pb谐和图Fig.6 U-Pb concordia diagrams of zircons from the quartzite（16XZ01-1）in Yunzhong Mountain area, Shanxi

表1 山西云中山地区石英岩（16JL38-1）锆石U-Pb定年结果Table 1 Zircon dating results of the quartzite（16JL38-1）in the Yunzhong Mountain,Shanxi

表2 山西云中山地区石英岩（16XZ01-1）锆石U-Pb定年结果Table 2 Zircon dating results of the quartzite（16XZ01-1）in the Yunzhong Mountain,Shanxi

界河口群斜长角闪岩和变粒岩的岩石地球化学分析结果见表3。“界河口群”变质火山岩主要为黑云变粒岩和角闪变粒岩，斜长角闪岩较少。在TiO2-SiO2图解上可以看出，无论是古元古代的斜长角闪岩、黑云变粒岩和角闪变粒岩，亦或是新太古代的斜长角闪岩、黑云变粒岩和角闪变粒岩，其原岩均为火成岩（图7）。结合镜下鉴定的结果，古元古代斜长角闪岩原岩为玄武岩，黑云变粒岩原岩为玄武安山岩；
新太古代斜长角闪岩原岩亦为玄武岩，而黑云变粒岩的原岩变化则较大，有安山岩、粗安岩和英安岩（图8）。

图7 山西云中山地区黑云变粒岩和斜长角闪岩TiO2-SiO2图解Fig.7 TiO2-SiO2 diagram of Bi-leptynite and amphibolite in Yunzhong Mountain area, Shanxi

3.1 主量元素

Pt1qz斜长角闪岩和黑云变粒岩的主量元素含量相近，SiO2含量为49.99%～55.71%；
TiO2含量为0.37% ～0.62%，属 低 钛 玄 武 岩；
Al2O3含 量 为14.24%～17.58%，斜长角闪岩铝含量较黑云变粒岩要高；
Fe2O3含量为1.27%～1.89%；
FeO 含量为7.81%～8.77%；
CaO 含量为4.88%～9.60%；
MgO 含量为6.87%～8.28%，相应的Mg#为60.13～65.62；
K2O含量为0.12%～0.50%，Na2O 含量为3.20%～4.20%，Na2O/K2O 值较高，为6.4～35，CaO/ Al2O3为0.34～0.55，反映岩浆浅成的特点。在火山岩TAS 图解中（图8），Pt1qz斜长角闪岩和黑云变粒岩属亚碱性系列。

Ar3Y斜长角闪岩与Pt1qz斜长角闪岩主量元素相似，低SiO2、TiO2，高Al2O3、CaO和MgO，区别之处在于Na2O/K2O，Ar3Y斜长角闪岩（Na2O/K2O=3.66）较Pt1qz斜长角闪岩（Na2O/K2O=16.52）要低很多。Ar3Y黑云变粒岩SiO2含量变化较大，为54.21%～66.72%；
TiO2含量也较低，为0.45%～0.84%；
Al2O3含量为14.70%～19.01%；
Fe2O3、FeO 和MgO 含量均较低；
CaO 含量相差较大，为1.58%～8.02%。在火山岩TAS图解中（图8），Ar3Y斜长角闪岩和黑云变粒岩多分布于亚碱性系列区域，有三个样品属于碱性系列。

图8 山西云中山地区黑云变粒岩和斜长角闪岩TAS图解Fig.8 TAS diagram of Bi-leptynite and amphibolite in Yunzhong Mountain area, Shanxi

3.2 微量元素

Pt1qz斜长角闪岩稀土元素总量较低，仅为14.10×10-6，黑云变粒岩稀土元素总量为66.79×10-6～80.28×10-6。球粒陨石标准化后的稀土元素配分曲线（图9a）表明，斜长角闪岩轻稀土亏损，重稀土较为富集，与N-MORB的稀土配分区线类似，δEu为1.41，呈现明显的正异常，表明斜长石未分异出去。黑云变粒岩的样品具有相似的稀土配分模式，即呈现出轻稀土富集，重稀土平坦，轻、重稀土分异较为显著（LREE/HREE=4.57～5.13）的特征，Eu异常并不显著（δEu=0.85～0.93），而且在薄片中可见斜长石普遍出现，表明虽然斜长石经历了分离结晶作用，但是它们没有从岩浆中分离出去。在微量元素原始地幔标准化图解中（图10a），斜长角闪岩和黑云变粒岩的配分区线也有明显的不同，斜长角闪岩富集Rb、K、P 和Sr，略亏损Nb、Ta、Zr和Ti，黑云变粒岩富集Rb、Th和U，但亏损Nb、Ta、Ti和P。

续表1

续表2

Ar3Y斜长角闪岩和黑云变粒岩稀土和微量元素具有基本相同的性质。稀土元素总量较低，为51.16×10-6～199.06×10-6。球粒陨石标准化后的稀土元素配分曲线显示轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型，斜长角闪岩δEu为1.16，显示斜长石的堆晶，黑云变粒岩δEu为0.3～0.92，表明斜长石有一定程度的分离结晶，并分异出去（图9b）。原始地幔标准化的微量元素配分曲线显示强烈富集大离子亲石元素K、Rb、Th 等，亏损Nb、Ta、Sr、P 和Ti，而无Zr、Hf 负异常，具有弧岩浆的特征（图10b）。

图9 山西云中山地区黑云变粒岩和斜长角闪岩球粒陨石标准化REE配分模式图（球粒陨石标准化值据Sun and McDonough, 1989）Fig.9 Chondrite-normalized REE pattern of Bi-leptynite and amphibolite in Yunzhong Mountain area, Shanxi（chondrite value of Sun and McDonough, 1989）

图10 山西云中山地区黑云变粒岩和斜长角闪岩原始地幔标准化微量元素蛛网图（PM标准值据Sun and McDonough[29]）Fig.10 PM-normalized incompatible element spider pattern of Bi-leptynite and amphibolite in Yunzhong Mountain area, Shanxi（chondrite value of Sun and McDonough[29]）

云中山地区界河口群岩石组成复杂，且变质变形强烈，缺乏合适的测年对象，因而研究程度较低，关于界河口群的形成时代和沉积环境一直尚未得到很好的解决。本次工作将云中山地区的界河口群做了系统的研究，认为应将传统意义上的界河口群进行解体。

4.1 界河口群的解体

云中山地区界河口群主要的岩石类型为黑云变粒岩、石英岩、云母片岩和斜长角闪岩等，缺乏代表孔兹岩系的富铝泥质变质岩，综合前人及本次的研究成果，将界河口群的岩石类型归纳为五类：黑云变粒岩、石英岩、二云母片岩、大理岩和斜长角闪岩。云中山地区界河口群存在两种产出状态，一种呈残留体保存在新太古代眼球状花岗闪长质片麻岩中，主要岩石类型包括：黑云变粒岩、石英岩、角闪变粒岩、含石榴黑云（二云）变粒岩（片岩）、斜长角闪岩等，其中石英岩的年代学研究显示其中碎屑锆石全部为～2.5 Ga和2.65 Ga的岩浆锆石，未见古元古代的年代学信息，同时，这部分变质建造以包裹体的形式存在于～2 486 Ma的花岗片麻岩中[1]，这表明该区界河

口群的形成年龄老于～2.5 Ga，为新太古代的变质建造，根据地球化学特征，二云母片岩的原岩应为泥砂质岩石，石英岩的原岩为砂岩，SiO2可达90%以上，二者应为新太古代晚期的沉积建造，可与五台群对比，表明在新太古代晚期已存在相对成熟的地壳；
另一种与新太古代古元古代花岗岩呈韧性剪切构造接触或被古元古代晚期侵入体分隔，主体为一套石英岩、长石石英岩、含磁铁矿变粒岩、含磁铁浅粒岩、二云片岩、大理岩、斜长角闪岩组合[1-2]，对其中石英岩的年代学研究显示，碎屑锆石年龄出现两个峰值，分别是2 143±15 Ma和2 599±11 Ma，～2.6 Ga的锆石为捕获的岩浆锆石，～2.14 Ga的这一组年龄与赤坚岭杂岩的形成时代相当，因此，这部分石英岩的形成时代应晚于～2.14 Ga，另外，该套岩石中大理岩被1 940 Ma含石榴二长花岗片麻岩侵入[27]，表明二者的沉积时限应在1.94～2.14 Ga，在长石石英岩中有斜长角闪岩夹层，可见明显的气孔杏仁构造，与“野鸡山群”白龙山组相似[27]，结合岩石组合与变形特征，我们推断该区界河口群大致可与滹沱群、岚河群和野鸡山群对比。

表4 山西云中山地区变质火山岩主量元素（wt%）和微量元素（×10-6）地球化学分析数据Table 4 Major（wt%）and trace elements（×10-6）compositions of the metavolcanics rocks in the Yunzhong Mountain,Shanxi

4.2 界河口岩群的形成环境与构造意义

研究区Ar3Y斜长角闪岩在TAS图解上显示为玄武岩，低SiO2、TiO2，高Al2O3、CaO和MgO，显示高铝玄武岩的特征。黑云变粒岩SiO2含量变化较大，在TAS图解中显示从玄武安山岩到英安岩均有分布。Ar3Y斜长角闪岩和黑云变粒岩均表现出大离子亲石元素和轻稀土元素明显富集及高场强元素Nb、Ta和Ti明显亏损的地球化学特征，显示其形成与大洋板块俯冲作用有关[30]。

Pt1qz斜长角闪岩和黑云变粒岩Mg#值较高（平均62.51），接近幔源玄武质原生岩浆镁质范围[33]，可能为部分熔融的产物。斜长角闪岩稀土总量极低，甚至低于N-MORB，配分区线与N-MORB也有一定的相似性，可能为伸展背景下的产物。黑云变粒岩轻重稀土分异比较明显，右倾型，微量元素相对富集大离子亲石元素Rb、Th 和U，略亏损Nb、Ta、Ti 和P等高场强元素，兼具消减和板内玄武岩的特征，但较高的Zr 含量（61.70×10-6～67.20×10-6）和Zr/Y 值（3.17～3.71），与板内玄武岩更为接近。另外，（Th/Nb）N 值为2.58～9.72（＞1），Nb/La 值为0.24～0.29（＜1），加之Nb、Ta、Ti的负异常，是受地壳混染大陆玄武岩的典型特征[34]。同时，在构造环境判别图解上（图11）可见，斜长角闪岩和黑云变粒岩的样品均落在陆内裂谷或陆源裂谷的区域内。结合Pt1qz的岩石组合特征，推测该套岩石有可能形成于陆内裂谷的构造环境，万渝生等[9]对赤坚岭地区界河口岩群的研究也得到相同的结论，而大理岩的发育则是陆内裂谷盆地向陆表海演化过程中的沉积建造。

图11 山西云中山地区Pt1qz变质火山岩的构造判别图解Fig.11 Tectonic discrimination diagrams of the Pt1qz metavolcanics rocks in Yunzhong Mountain area, Shanxi

界河口岩群在形成时代和构造环境上一直存在很大的争议，万渝生等[9]、吴昌华等[35]认为界河口岩群属孔兹岩系，形成于华北太古宙克拉通被动大陆边缘的构造环境，其时代为古元古代。李江海等[36]则认为界河口岩群的裂谷属性是由于古元古代裂谷环境的岩浆建造叠加于孔兹岩系之上造成的，实际上，界河口岩群孔兹岩系属于新太古代。本次工作对云中山地区界河口岩群的详细研究认为本区界河口岩群应划分为两部分，一部分归属于古元古代，另一部分归属于新太古代，地球化学特征的研究也显示，这两套岩石性质完全不同，放在一起建群并不合适。

近年来，吕梁-云中山地区早前寒武纪基底演化的研究取得了很大的进展，大量的证据表明新太古代处于俯冲消减的构造背景之下。云中山地区～2.5 Ga的TTG[1]和变质高镁火成岩组合[2]都是形成于消减俯冲的大陆岛弧环境，而且变质高镁火成岩组合从超镁铁质岩到高镁安山岩似乎具有从大洋岛弧向大陆岛弧演化的趋势，为太古宙板块俯冲和洋陆转换提供了新证据。2.45～2.20 Ga处于全球岩浆活动的“宁静期”，克拉通内部以陆内伸展、大陆裂开和被动大陆边缘沉积环境为典型特征[37]。然而，近年来的研究显示，越老越多该时期的岩浆记录被发现[38-40]。吕梁地区～2.38 Ga的盖家庄A型花岗岩[41]以及云中山地区～2.37 Ga的I型花岗岩（庞志斌未发表数据）的发现，表明吕梁-云中山地区这一时期岩浆活动依然活跃。盖家庄A2型花岗岩和云中山北段的I型花岗岩的确定揭示了华北克拉通在～2.5 Ga形成之后于～2.4 Ga开始转入陆块碰撞拼合之后的伸展拉张构造环境，并在此后相继发生裂解、消减和最终碰撞拼合形成统一稳定的华北克拉通[42]，而云中山地区Pt1qz、吕梁地区的岚河群和野鸡山群、五台地区的滹沱群即是在裂解阶段形成的沉积建造，同时，赞皇地区许亭花岗岩[43]和云中山北段～2.1 Ga的变质酸性侵入岩（庞志斌未发表数据）也是该期裂解事件的产物。

（1）云中山地区原“界河口群”变质表壳岩应划分为两部分：一部分为Ar3Y，形成年龄老于～2.5 Ga，呈残留体保存在新太古代花岗片麻岩中，主要岩石类型包括：黑云变粒岩、石英岩、角闪变粒岩、斜长角闪岩等；
另一部为Pt1qz，沉积时限应在1.94～2.14 Ga，与新太古代花岗岩呈韧性剪切构造接触或被古元古代晚期侵入体分隔，主体为一套石英岩、磁铁变粒岩、大理岩、斜长角闪岩组合。

（2）对两套岩石中变质火山岩的地球化学研究表明，Pt1qz形成于伸展背景下，有可能是陆内裂谷构造环境的产物，Ar3Y则形成于俯冲消减的岛弧构造背景下，两套岩石的产出展示了云中山地区由太古代的俯冲消减向后期伸展的过程。

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