華北陸塊南部平頂山砂巖的最大沉積年齡和物源區：來自碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡的證據*

曹高社 方磅磅 孫鳳余 余爽杰 徐海亭

1. 河南理工大學資源環境學院，焦作 4540002. 中原經濟區煤層(頁巖)氣河南省協同創新中心，焦作 454000

平頂山砂巖是華北陸塊晚古生代地層上部的一個重要標志層。以該標志層為界，下伏晚古生代以碎屑巖為主的地層，包括本溪組、太原組、山西組、下石盒子組和上石盒子組含有大量的煤層(線)，基本不含紅色地層(河南省地質礦產廳，1997；山西省地質礦產局，1997；陳晉鑣等，1997)；上覆地層，包括石千峰組、劉家溝組、和尚溝組、二馬營組和油坊莊組，盡管也以碎屑巖為主，但出現有大量的紅色地層(王仁農，1997；劉鴻允和劉憲亭，1984；胡斌等，2009；齊永安等，2007)。該標志層在區域上分布廣闊，不僅出露于其命名地豫西南一帶(河南省地質礦產廳，1997)，也廣泛分布于豫東、豫北和安徽、江蘇、山東、山西、陜西等省(王仁農，1981，1997；歐陽舒和王仁農，1985；張抗，1991；山西省地質礦產局，1997)，覆蓋了華北陸塊的大部分地區(陳晉鑣等，1997)。平頂山砂巖以發育灰綠、灰黃、灰白色中粗粒長石石英砂巖為特征，在豫西南地區，平頂山砂巖不僅厚度大，且膠結物中含有大量的硅質成分，抗風化能力強，形成了平頂山或單面山的顯著地貌。

由于平頂山砂巖分布廣泛、巖性特殊，而且在晚古生代地層劃分中所具有的顯著的意義，有關其沉積時代、沉積環境及其構造意義持續地引起了人們的關注，但也成為大家爭議的主要焦點。就其形成時代而言，陳晉鑣等(1997)、河南省地質礦產廳(1997)和山西省地質礦產局(1997)主張平頂山砂巖歸屬于上石盒子組的上部；王仁農(1981，1997)、歐陽舒和王仁農(1985)、張士(1987)、王斌(1988)則將平頂山砂巖歸屬于石千峰組的下部，但沉積時代均確定為晚二疊世，其主要的依據是平頂山砂巖中的孢粉組合，他們認為這一孢粉組合的面貌顯示了古生代色彩，缺乏典型的中生代成分。但平頂山砂巖的孢粉組合中以裸子植物花粉為主，蕨類植物孢子在組成和含量上皆不占重要地位，且含有三疊紀早期常見的Voltziaceaesporites裸子植物花粉(歐陽舒和王仁農，1985)，這與平頂山砂巖下伏地層主要為蕨類植物孢子顯著不同(楊起等，1989；胡俊卿等，1997)，這也是部分學者將平頂山砂巖劃分為三疊紀早期的主要原因(張士，1987；河南煤田地質公司，1991)。對于平頂山砂巖沉積環境的爭議，表現在平頂山砂巖是海侵所形成的濱海相砂巖(王仁農，1997)還是海退之后形成的陸相沖積河道-陸緣近海湖灘砂巖(河南省地質礦產局，1989；白斌等，2006)或辮狀河-辮狀河三角洲沉積的砂巖(鄭超等，2003)。

上述認識主要是依據沉積學和微體古生物學的基本研究方法，由于這些方法的局限性和對于同一地質現象的不同理解，所以，在某些問題上存在爭議是不可避免的。平頂山砂巖是華北陸塊沉積演化史中的關鍵一環，并且可能是二疊紀-三疊紀轉折時期的重要沉積記錄，關系到非海相碳酸鹽巖地層在這一轉折時期的古構造、古地理、古氣候和古生物的研究，所以對于其沉積時代和沉積環境的問題是必須要面對的，新的研究方法的介入就顯得尤為必要。

圖1 華北陸塊南部大地構造位置(a, 據Davis et al.，2001)和研究區地質簡圖(b, 據河南省地質礦產局，1989)Fig.1 Tectonic setting of the southern part of North China Block (a, modified after Davis et al., 2001) and geological map of study area (b, modified after BGMRH, 1989)

沉積巖中含有大量的碎屑鋯石，鋯石具有已知礦物中最高的U-Pb和Lu-Hf體系封閉溫度，基本不會受到風化、搬運、沉積、成巖和改造作用的影響，能夠很好地保留源巖的信息(Kinny and Maas，2003；吳元保和鄭永飛，2004)。所以，隨著LA-ICP-MS(激光剝蝕-電感耦合等離子體-質譜儀)微區分析技術成功應用于鋯石U-Pb同位素定年，結合鋯石成因礦物學和Lu-Hf同位素信息，已經形成了一種限定地層的最大沉積年齡(Dickinson and Gehrels，2009；Tuckeretal.，2013)和判斷沉積物源區(Sircombe，1999；Richardsetal.，2005)的成熟可靠的研究方法，并已得到了廣泛的應用(Bruguieretal.，1997；劉超等，2014；Usta?meretal.，2016；Nazari-Dehkordietal.，2017)。

本項研究選取華北陸塊南部平頂山砂巖的創名地點——平頂山地區，以及其北部鞏義地區和宜陽地區的平頂山砂巖地表露頭樣品，進行碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年，并輔以Hf同位素測定，分析平頂山砂巖的最大沉積年齡和沉積物源區，為確定平頂山砂巖的沉積時代和沉積環境提供依據。

1 區域地質概況

華北陸塊具有典型的雙層結構特征，基底由新太古界和古元古界變質巖系組成，蓋層由中元古界-中下三疊統基本未變質的以沉積巖為主的地層組成。古生界普遍缺失上奧陶統-志留系-泥盆系-下石炭統，上古生界上石炭統及其以上的地層平行不整合于下伏的下古生界臺地碳酸鹽之上，為一個完整的海侵-海退旋回(陳鐘惠，1993)，發育了華北陸塊主要的含煤地層，平頂山砂巖作為含煤地層的頂板具有顯著的分劃性質。晚三疊世以來，華北陸塊斷裂作用和巖漿作用活躍，已不再具有穩定板塊的性質(朱日祥等，2012；Gao and Zhao，2017；Zhaoetal.，2018)。

華北陸塊南部以欒川斷裂為界與北秦嶺造山帶相鄰(圖1)，北秦嶺造山帶南側以商丹斷裂為界與南秦嶺造山帶分界。欒川斷裂在中新生代構造活動強烈(張國偉等，2001；石銓曾等，2004)，商丹斷裂為早古生代商丹洋向北俯沖閉合的產物(eng?r，1985；Meng and Zhang，1999；Dong and Santosh，2016)。沿該斷裂向北依次殘存有早古生代形成的蛇綠混雜巖、北秦嶺島弧、二郎坪弧后盆地等地質單元(Dongetal.，2011)，上述地質單元中普遍侵入有大面積分布的與俯沖碰撞有關的加里東期花崗巖(盧欣祥，2000；王洪亮等，2006；劉丙祥，2014；Dong and Santosh，2016)，部分構造單元分布有～1000Ma的新元古代侵入巖(張宏飛等，1993；陳志宏等，2004；王濤等，2009)。

圖2 華北陸塊南部平頂山(a)、鞏義(b)和宜陽(c)地區平頂山砂巖柱狀圖及采樣位置Fig.2 Vertical sequence of Pingdingshan sandstone and sample locations in the southern part of North China Block

圖3 華北陸塊南部平頂山砂巖野外露頭和顯微特征(a)平頂山地區平頂山砂巖下部含礫粗砂巖(170727-11)正交偏光鏡下特征；(b)平頂山地區平頂山砂巖中部中粒砂巖(170727-10)正交偏光鏡下特征；(c)平頂山砂巖與下伏粉砂質泥巖的沖刷接觸現象，鞏義地區；(d)平頂山砂巖第三沉積序列輪廓，下部為含礫粗砂巖、粗砂巖，發育塊狀層理，向上部過渡為中砂巖和細砂巖，發育平行層理，頂部為粉砂巖和泥巖，水平層理發育，宜陽地區；(e)鞏義地區平頂山砂巖下部中粒砂巖(160909-8)正交偏光鏡下特征；(f)宜陽地區平頂山砂巖第三序列上部中粒砂巖(180408-3)正交偏光鏡下特征. Q-石英；Fsp-長石Fig.3 Outcrops and microscopic characteristics of Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block

華北陸塊北部以白云鄂博-赤峰斷裂為界與興蒙造山帶相鄰，該造山帶是中亞巨型復合造山帶的東段部分，系古亞洲洋多期次俯沖碰撞拼貼的結果(eng?retal.，1993；邵濟安等，1997；Wildeetal.，2003；Windleyetal.，2007；王慶龍等，2012)，其最終閉合時間被確定為晚泥盆世-早石炭世(徐備等，2014；邵濟安等，2015)或晚二疊世(Li，2006；Zhangetal.，2007，2009； Caoetal.，2013)。由于古亞洲洋的俯沖和拼合，也導致了華北陸塊北緣內蒙古隆起的形成，其中侵入有大量的晚古生代巖漿巖(Zhangetal.，2007，2009；邵濟安等，2015)。

2 樣品采集及分析方法

樣品采集的位置位于華北陸塊的南部平頂山地區，以及其北部的鞏義地區和宜陽地區。

平頂山地區的樣品采集于平頂山市北部沿山公路邊(33°46′23″N、113°23′12″E)，該地區平頂山砂巖出露厚度約110m，主要巖性為淺灰-灰白色長石石英砂巖，與下伏灰綠色砂質泥巖整合接觸，二者之間見有明顯的沖刷現象，底部為含礫粗砂巖，局部含3～10mm的礫石，向上為砂巖，砂巖的粒度往上變細。根據砂巖的粒度變化，該區平頂山砂巖含有6個向上變細的沉積序列，每個序列下部為含礫粗砂巖、粗砂巖或中砂巖，上部為細砂巖、粉砂巖或砂質泥巖(圖2a)。在下部含礫粗砂巖和中部中粒砂巖中各采集1個樣品。其中，下部含礫粗砂巖(樣品號170727-11)的碎屑顆粒主要為石英和微斜長石，多為棱角狀，呈凸凹接觸或縫合接觸，石英顆粒多見波狀消光顯示的亞顆粒，含量約60%，微斜長石見有簡單雙晶和格子狀雙晶，常見有表面蝕變留下的褐色斑點，含量約35%，膠結物主要為硅質，主要出現在顆粒邊緣，既有非晶質的蛋白石也有隱晶質的玉髓，含量約5%(圖3a)；中部中粒砂巖(樣品號170727-10)礦物成分和結構與下部含礫粗砂巖(170727-11)相似，但石英顆粒粒度變小，且含量也變少，約50%左右，微斜長石含量較高，約40%，硅質膠結物也有所增加，約10%(圖3b)。

鞏義地區樣品采集于鞏義市西村鎮窯嶺(34°35′53″N、112°56′23″E)，該地區平頂山砂巖出露厚度約30m，主要巖性為灰白色長石石英砂巖，與下伏白色粉砂質泥巖整合接觸，二者之間也見有明顯的沖刷現象(圖3c)，底部為不穩定的極薄層(<5cm)礫巖，下部為含礫粗砂巖，向上砂巖的粒度變細。根據砂巖的粒度變化，該區平頂山砂巖含有4個向上變細的沉積序列，每個序列下部為含礫粗砂巖、粗砂巖或中砂巖，上部為細砂巖、粉砂巖或泥巖(圖2b)。在下部中粒砂巖中采集1個樣品(樣品號160909-8)，鏡下觀察，砂巖的礦物成分也主要為石英和長石，與平頂山地區不同的是，石英顆粒的磨圓度有所提高，呈次圓狀-次棱角狀，含量約50%，長石的風化更加強烈，有時僅殘留有長石的解理，含量約40%，膠結物含量約10%，成分為非晶質的蛋白石和隱晶質的玉髓，呈鑲嵌式膠結(圖3e)。

宜陽地區樣品采集于宜陽縣李溝(34°30′25″N、112°10′5″E)，該地區平頂山砂巖出露厚度約160m，主要巖性為灰白色長石石英砂巖，底面凹凸不平，與下伏土黃色粉砂巖沖刷現象明顯。平頂山砂巖下部為含礫粗砂巖，向上砂巖的粒度變細。根據砂巖的粒度變化，該區平頂山砂巖含有7個向上變細的沉積序列(圖2c)，每個序列下部為含礫粗砂巖、粗砂巖，發育塊狀層理，向上部過渡為中砂巖和細砂巖，發育平行層理，頂部為粉砂巖和泥巖，水平層理發育(圖3d)。在第三序列中部采集1個樣品(樣品號180408-3)，鏡下觀察，顆粒成分主要為石英和長石，多為棱角狀，少數為次圓狀，石英顆粒波狀消光明顯，含量約50%，長石顆粒風化明顯，多呈淺褐色，有時風化為不透明的鐵質礦物，含量約45%，膠結物少量，主要為硅質，呈鑲嵌式膠結(圖3f)。

鋯石的挑選是在廊坊市地科勘探技術服務有限公司完成，制靶工作和陰極發光照相在北京地時科技有限公司完成，鋯石U-Pb年齡LA-ICP-MS測定在合肥工業大學資源與環境工程學院實驗中心完成。鋯石U-Pb LA-ICP-MS測定的激光剝蝕系統為Geo Las 2005，等離子體質譜儀為Agilent7500a，激光束斑直徑32μm，激光脈沖重復頻率為6Hz。每測定5個樣品選用標準鋯石91500進行兩次鋯石U/Pb比值及年齡校準，每測10個樣品點測一次NIST610和年齡監控樣Plesovice。鋯石測試原始數據的處理采用ICPMSDateCal 7. 5軟件，并采用Andersen(2002)的方法進行普通鉛作年齡校正，年齡計算和圖譜制作運用Isoplot處理，詳細的分析技術和參數見Liuetal.(2008，2010)。

鋯石Hf同位素在Neptune plus多接收等離子質譜及配套的ESI NWR193紫外激光剝蝕系統(LA-MC-ICP-MS)上進行的，實驗過程中采用He作為剝蝕物質載氣，剝蝕直徑采用40μm，測定時使用鋯石國際標樣GJ1作為參考物質，分析點與U-Pb定年分析點為鋯石的同一環帶。相關儀器運行條件及詳細分析流程見侯可軍等(2007)和Wuetal.(2006)。分析過程中鋯石標準GJ1的176Hf/177Hf 測試加權平均值分別為0.282007±0.000007(2σ，n=36)，與文獻報道值(Moreletal.，2008)在誤差范圍內一致。

3 測試結果

3.1 碎屑鋯石的形貌和微量元素

樣品170727-11中的古生代碎屑鋯石粒徑在125.1～173.2μm，平均粒徑149.0μm，前寒武紀鋯石粒徑在86.6～244.6μm，平均156.7μm(圖4a)；樣品170727-10中的古生代碎屑鋯石粒徑在154.2～230.0μm，平均192.1μm，前寒武紀鋯石粒徑在101.5～244.1μm，粒徑152.9μm(圖4b)；樣品160909-8中的古生代碎屑鋯石粒徑在71.6～158.4μm，平均111.5μm，前寒武紀鋯石粒徑在72.0～168.3μm，平均109.8μm(圖4c)；樣品180408-3中的古生代碎屑鋯石粒徑在90.5～174.5μm，平均139.6μm，前寒武紀鋯石粒徑在90.0～204.0μm，平均131.0μm(圖4d)。古生代鋯石一般具有清晰的明暗相間的震蕩環帶，少數具有扇形分帶，自形程度高，晶型較為完整，晶棱鋒銳清晰，多呈柱狀或細長柱狀，顯示了巖漿鋯石的形貌特征(圖4)。前寒武紀鋯石除少數見有震蕩環帶外，多見弱分帶，云霧狀分帶、斑雜狀分帶、面狀分帶、無分帶現象，多為自形，呈柱狀或細長柱狀，也可見渾圓狀，少數鋯石見有變質增生邊，顯示了變質鋯石或巖漿鋯石的變質增生鋯石的特征(圖4)。

圖4 華北陸塊南部平頂山砂巖代表性碎屑鋯石CL圖像(a)樣品170727-11；(b)樣品170727-10；(c)樣品160909-8；(d)樣品180408-3.紅圓圈為U-Pb分析點置，藍圓圈為Hf分析點置，數字為該測點的U-Pb年齡Fig.4 Cathodoluminescence images and detrital zircon U-Pb ages of Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block

4個樣品的古生代碎屑鋯石Th/U比值一般>0.4(表1、表2、表3、表4、圖5)，顯示了巖漿鋯石的Th/U比值特征(Hermannetal., 2001)，而前寒武紀碎屑鋯石盡管多數仍具有Th/U比值>0.1的特征，甚至有些Th/U比值接近于1，這明顯與U含量較低有關(圖5)，這可能是變質鋯石生長速度較快造成的(Vavraetal.，1999)。～1880Ma的碎屑鋯石在Th/U比值圖上是一個低谷(圖5)，這可能與該時期變質重結晶作用更加強烈有關(Hoskin and Black，2000)。

3.2 碎屑鋯石的U-Pb年齡

對于<1000Ma的鋯石，采用206Pb/238U表面年齡；>1000Ma采用207Pb/206Pb表面年齡(Sircombe，1999)。剔除諧和度<90%的數據后，剩余數據在U-Pb諧和圖上，大部分數據點落在了諧和線上或接近于諧和線(圖6a，d，g，j)，僅有極個別分析點稍偏離諧和線，反映極少部分鋯石可能存在一定程度的Pb丟失或U丟失。

樣品170727-11測試了102粒鋯石(表1)，其中14顆鋯石諧和度小于90%，不參與年齡的統計，88顆鋯石的諧和年齡可以分成2組：第一組10顆，年齡介于249～526Ma之間，占11%，主要峰值為～261Ma、～368Ma和～437Ma；第二組78顆，年齡介于1734～2519Ma之間，占89%，主要峰值為～1844Ma 和～2425Ma(圖6b，c)。

樣品170727-10測試了101粒鋯石(表2)，有6顆鋯石諧和度小于90%，不參與年齡的統計，95顆鋯石的諧和年齡可以分成2組：第一組10顆，年齡介于260～329Ma之間，占11%，峰值為～269Ma和～322Ma；第二組85顆，年齡介于1732～2684Ma之間，占89%，峰值為～1898Ma和～2563Ma(圖6e，f)。

表1 平頂山地區平頂山砂巖下部樣品(170727-11)碎屑鋯石U-Pb同位素測試結果

Table 1 U-Pb isotope analysis result of detrital zircons in lower part of Pingdingshan sandstone (Sample 170727-11) in Pingdingshan area

續表1

Continued Table 1

測點號PbThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-52153.644.24200.110.11440.00325.27810.15200.33290.0089187250186525185243 -53232.42485960.420.12430.00355.60010.16320.32480.0088201855191625181343 -5456.1557.81500.380.12220.00365.43210.16120.32100.0085198948189026179542 -5763.5953.51600.330.11710.00385.47190.17220.33750.0090192257189627187544 -58311.11989210.220.11400.00334.69410.13420.29700.0079186552176624167639 -60126.974.43800.200.11320.00324.69620.13810.30010.0084185451176725169242 -61161.462.94550.140.11820.00345.08930.15430.31270.0091192956183426175445 -63274.3114.710530.110.11560.00374.27450.14220.26740.0079188928168827152840 -6433.5400.06300.640.05590.00490.32040.02650.04160.0012449201282202638 -65108.977.53270.240.11580.00334.63110.13470.28920.0078189452175524163839 -66117.21952800.700.11470.00335.15200.14820.32470.0086187646184525181342 -67181.179.34280.190.13060.00376.63270.18900.36690.0098210549206425201546 -6893.23109820.320.06170.00180.71440.02130.08370.0022665655471351813 -69135.756.33550.160.11530.00335.46100.15780.34180.0091188456189425189544 -70120.687.53120.280.11520.00345.33180.15700.33410.0089188358187425185843 -71108.01022750.370.11350.00345.23420.15610.33250.0088185753185826185043 -7274.21251660.750.11930.00365.67200.17180.34360.0092194650192726190444 -73103.375.82600.290.11430.00345.45860.16430.34490.0094186955189426191045 -74120.043.33200.140.11540.00345.36600.15810.33550.0089188754187925186543 -75253.02286360.360.11430.00335.33060.15080.33670.0089186952187424187143 -76175.380.75290.150.11440.00324.90010.15160.30940.0090187051180226173845 -77155.786.14050.210.11490.00335.40060.15580.33900.0090188051188525188243 -78140.21203600.330.11330.00325.20640.14960.33140.0087185446185425184542 -79235.43035810.520.11180.00325.13620.14630.33180.0088182951184224184742 -80126.574.93330.220.11450.00335.23680.15260.33050.0087187253185925184142 -8187.21402060.680.11240.00335.19160.15200.33450.0089183954185125186043 -82194.863.05230.120.11400.00325.25020.14830.33270.0088186551186124185242 -8395.956.42500.230.11460.00325.29460.15010.33410.0088187451186824185843 -84214.230.05860.050.11470.00325.28130.14760.33230.0087187650186624185042 -85109.258.32850.200.11570.00335.42700.15730.33920.0091189052188925188344 -86311.41355580.240.16730.004910.51030.36550.44850.0135253149248132238960 -87208.781.75970.140.11580.00334.95860.14800.30940.0085189452181225173842 -88107.144.32810.160.11570.00345.45760.16200.34080.0091190053189426189044 -89229.758.86420.090.11380.00335.12400.14930.32490.0086186152184025181442 -9093.485.82300.370.11590.00345.48010.15940.34200.0091189453189725189644 -91186.32664550.590.11480.00335.21470.14750.32760.0086187751185524182742 -9216.2325.32510.100.05860.00220.48580.01810.06000.0016550774021237610 -949.7153.01520.350.06990.00350.40210.01900.05160.00999251073431432461 -95135.31273540.360.11500.00335.16340.14910.32340.0086188052184725180642 -97155.256.24130.140.11590.00335.31470.15270.33010.0087189452187125183942 -98266.81826670.270.11480.00325.43960.15450.34170.0092187751189124189544 -10082.485.72120.400.11040.00334.92320.14620.32240.0086180654180625180142 -101160.072.44100.180.11200.00325.29170.15370.34160.0092183247186825189444 -102120.01182810.420.10670.00335.20890.16250.35240.0095174456185427194645

表2 平頂山地區平頂山砂巖中部樣品(170727-10)碎屑鋯石U-Pb 同位素測試結果

Table 2 U-Pb isotope analyse result of detrital zircons in middle part of Pingdingshan sandstone (Sample 170727-10) in Pingdingshan area

測點號PbThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-01105.949.51900.260.16150.004710.37100.30320.46330.0122247243246827245454 -02168.558.14470.130.11430.00335.32500.15160.33650.0088186952187324187042 -0392.893.62710.350.11610.00344.82490.14060.30020.0080189853178925169240 -04119.264.33160.200.11330.00335.20710.14860.33190.0087185453185424184742 -05142.41373650.370.10990.00325.03460.14620.33060.0087179854182525184142 -06230.91397540.180.11730.00344.54180.13840.28000.0080191753173925159140 -0782.8651.02180.230.11260.00345.23940.15720.33530.0088184354185926186443 -08112.245.32980.150.11060.00355.22920.16020.34130.0091181057185726189344 -0919.4029.343.90.670.12370.00465.77910.21200.33770.0093201166194332187645 -1080.775.92030.370.11180.00345.22860.15810.33710.0089182956185726187243 -1291.079.52250.350.10760.00315.17000.15070.34620.0091175954184825191644 -13187.01894860.390.11010.00315.00670.14370.32770.0087181152182024182742 -14223.858.05940.100.10950.00315.19500.14970.34170.0090179152185225189543 -15190.31594830.330.10830.00315.04220.14410.33550.0087177252182624186542 -16121.342.83140.140.10990.00325.26420.15340.34520.0091179853186325191143 -17349.571913500.530.16300.34080.00920.09610.00330.9000174527182827189144 -18122.261.23230.190.11220.00335.21160.15190.33460.0088183652185525186143 -19141.61503460.430.12090.00415.39800.18750.32080.0085196960188530179441 -20220.51656470.260.11350.00324.92530.15100.31300.0091185752180726175544 -21138.01153860.300.11170.00324.90740.14350.31610.0083182853180425177141 -22102.693.92730.340.11810.00355.28180.15780.32190.0086192852186626179942 -23175.12304870.470.11750.00365.01520.15510.30960.0089191855182226173944 -24164.91304500.290.11080.00345.07880.15880.33030.0091181389183327184044 -26185.854.35100.110.11030.00374.96680.17360.32560.0087180361181430181742 -2787.159.91490.400.15990.005910.29310.41240.46620.0124245563246137246754 -2915.262312600.890.03750.04230.00140.01320.00040.7200395279281292678 -30139.454.03720.150.10680.00574.82070.30070.32930.0087174698178952183542 -31101.91102590.430.10690.00644.75320.33920.32510.00861748111177760181442 -32197.959.74910.120.11470.00775.52320.44440.35280.00931876121190469194844 -3316.721493360.440.05330.00350.30280.02300.04140.0012339150269182628 -3472.11021760.580.11030.00614.87160.31600.31840.00971806100179755178248 -35104.886.62670.320.10970.00534.97790.28170.32520.0106179489181648181551 -36242.13036050.500.10960.00474.86210.23910.31620.0110179474179641177154 -37460.328314670.190.11690.00454.64700.20340.28250.0111191069175837160456 -38173.070.54730.150.11260.00395.04730.19030.31650.0129184363182732177363 -39129.12023280.620.11200.00364.78450.16090.29950.0129183264178228168964 -40198.947.35230.090.11680.00355.42680.16860.32420.0151190754188927181073 -42178.874.54720.160.11660.00345.36760.15720.32230.0138190658188025180167 -43136.9348.73510.140.11530.00335.49370.16110.33460.0132188452190025186064 -4568.685.31680.510.11350.00345.17750.15600.32230.0108185749184926180153 -46138.364.03620.180.11220.00325.18460.15290.32760.0103183652185025182750 -47131.347.93450.140.10990.00325.12370.15120.33260.0099179854184025185148 -4896.652.72500.210.11270.00365.13730.15940.32640.0092184357184226182145 -4955.168.81290.530.11220.00355.19290.16040.33320.0089183651185126185443 -50172.12654480.590.12470.00385.41150.15880.31360.0083202555188725175841 -51187.43124260.730.11270.00335.25800.15240.33610.0089184352186225186843

續表2

Continued Table 2

表3 鞏義地區平頂山砂巖下部樣品(160909-8)碎屑鋯石U-Pb同位素測試結果

Table 3 U-Pb isotope analyse result of detrital zircons in lower prat of Pingdingshan sandstone (Sample 160909-8) in Gongyi area

測點號PbThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-01114.91192740.430.09430.00334.63770.15020.34770.0094151571175627192445 -0392.370.01560.450.14120.00459.27890.29310.47480.0128224354236629250556 -04227.72064910.420.13590.00427.29040.23770.38710.0109217653214829210951 -05188.458.94840.120.09980.00314.85580.14910.35170.0093162157179526194244 -0686.51371880.730.10710.00345.34960.16930.36130.0096175058187727198846 -07113.257.22780.210.10380.00335.11090.16390.35620.0095169458183827196445 -0813.591642190.750.05010.00240.34270.01520.04860.0013211109299123068 -09176.382.44420.190.10760.00335.22840.16460.35140.0094175956185727194145 -107.7975.51190.630.05990.00390.42280.02740.05170.00165981473582032510 -1237.83103900.790.06300.00220.65330.02200.07510.0020709795101446712 -1390.969.11500.460.15920.005010.62690.33260.48270.0132244753249129253958 -1439.375.564.41.170.15300.00509.15020.29930.43390.0128238056235330232358 -15143.393.23610.260.11330.00365.37900.16360.34330.0092185458188226190244 -1622.94574031.130.05390.00220.30930.01170.04160.00113656227492637 -1724.8158.568.80.850.09440.00363.55230.11940.27390.0075151772153927156038 -18101.967.52620.260.11510.00365.40010.16190.33930.0091188357188526188344 -20201.21524510.340.13050.00396.83180.20340.37880.0101210658209026207147 -2113.511832760.660.05760.00240.31450.01230.03990.001152297278102527 -2225.234.432.01.070.19980.006813.82280.46800.50270.0139282455273832262660 -2367.048.493.40.520.19580.006014.98970.46040.55400.0149279251281529284262 -2416.762342380.980.05940.00260.43590.01830.05340.001558396367133359 -2514.4120.636.10.570.10650.00404.80530.17720.32840.0094174069178631183146 -26206.62375030.470.11440.00345.42150.16430.34290.0091187055188826190144 -27104.578.72550.310.11320.00345.62130.17300.35980.0099185455191927198147 -28121.385.26990.120.07000.00211.60520.04990.16580.0045928629722098925 -29102.51022550.400.11310.00335.38160.16040.34410.0091185053188226190644 -30127.71801960.920.16440.004811.00410.32730.48410.0130250249252328254556 -31214.61055620.190.11330.00335.39820.15920.34440.0091185353188525190844 -3216.862942511.170.05780.00260.39590.01590.04970.001452098339123128 -338.221041540.670.05300.00260.32160.01590.04450.0013328113283122818 -34189.91134710.240.11230.00365.66640.17290.36460.0098183759192626200446 -35140.770.43650.190.11350.00345.41770.16200.34510.0091185750188826191144 -37189.22154980.430.11330.00375.12310.15570.32700.0088185458184026182443 -38183.21522930.520.16900.005211.63250.35590.49860.0137254852257529260859 -3995.1100.21460.680.16800.005411.62220.36520.50080.0137253954257429261759 -4063.1950.51510.340.11330.00385.80360.19260.37110.0105185461194729203549 -41153.990.72960.310.15350.00529.24680.30150.43590.0119238757236330233254 -4230.03524880.720.05080.00190.35070.01260.05000.001423290305103149

續表3

Continued Table 3

測點號PbThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ -438.151601151.390.05520.00330.37270.02070.04990.0015420133322153149 -4416.8927.724.81.120.16540.005710.61690.37240.46600.0134252258249033246659 -45166.41533900.390.12390.00386.20280.18830.36190.0098201354200527199147 -4675.72051531.330.11660.00355.53510.16950.34290.0092190654190626190144 -47368.763110930.580.11620.00344.71540.14610.29370.0086189948177026166043 -48328.681.09350.090.11150.00334.99090.14790.32320.0087182454181825180542 -4960.511083.91.310.15710.004810.61050.32120.48850.0132242451249028256457 -50154.566.94080.160.11060.00335.32950.16100.34800.0096180953187426192546 -51166.665.24370.150.11220.00325.43370.15900.34960.0094183652189025193345 -52114.62622581.020.13110.00386.05480.18260.33440.0095211352198426186046 -53162.91334550.290.11940.00355.29700.16100.32080.0089194853186826179343 -5479.876.92080.370.11200.00335.09560.14910.32870.0087183248183525183242 -55205.61615270.300.11190.00325.27480.15350.34080.0091183152186525189144 -5680.91091360.810.16470.004910.58150.31810.46500.0127250650248728246256 -5754948810480.470.15220.00459.13060.28690.43400.0122237250235129232455 -58188.32523240.780.16010.00479.80910.29220.44460.0120245750241728237154 -59110.51241770.700.16520.004810.98840.31910.48480.0131251049252227254857 -60100.31151650.700.16220.004810.43680.30440.46900.0125247950247427247955 -61121.31021990.510.16320.004810.85610.31360.48600.0129250050251127255356 -627.5090.61190.760.06070.00720.41630.04250.05120.0015628257353313229 -63128.056.93370.170.11070.00355.20020.15510.34460.0092181190185325190944 -64143.51872960.630.12350.00406.58470.20200.39170.0108200957205727213150 -6599.778.01810.430.15870.00499.77010.29300.45170.0122244253241328240354 -66144.783.13870.210.11520.00375.26080.16120.33400.0090188353186326185844 -67209.190.15810.160.11330.00345.06440.15010.32730.0088185454183025182543 -6832.642.151.50.820.16010.005110.54560.33640.48300.0134245654248430254058 -69216.71763700.480.16420.004910.67280.32050.47450.0127249950249528250356 -70111.01032760.380.11370.00345.42210.16900.34730.0093186154188827192245 -7148.074.774.41.000.16090.005110.39610.33570.47050.0128246653247130248656 -72159.86637290.910.07360.00231.71260.05590.16950.0046103165101321100925 -73177.12774470.620.11130.00344.98110.15690.32430.0087182156181627181142 -74152.542.53970.110.15910.00498.34480.32940.37720.0126244752226936206359 -7571.038410970.350.05290.00170.43140.01370.05910.0016324723641037010 -76269.73764360.860.16230.004810.59220.31890.47250.0127248050248828249556 -7748.869.11200.580.11070.00345.27290.16680.34490.0095181356186427191046 -7875.454.51420.380.15290.00529.39820.28650.44420.0119238958237828236953 -79149.42363230.730.15160.00467.69190.24060.36650.0101236547219628201348

表4 宜陽地區平頂山砂巖第三序列中部樣品(180408-3)碎屑鋯石U-Pb同位素測試結果

Table 4 U-Pb isotope analyse result of detrital zircons in middle part of the third sequence of Pingdingshan sandstone (Sample 180408-3) in Yiyang area

測點號PbThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-0163.973.3960.760.16860.005611.35330.36500.48580.0131254456255330255257 -02259.5120.16690.180.11350.00355.31060.16230.33700.0090185756187126187243 -0390.4127.41350.940.16090.005010.52680.32540.47170.0127246553248229249156 -0517.3295.22191.350.05490.00230.40690.01670.05370.001540988347123379 -06170.0232.83920.590.11330.00345.38840.16210.34270.0091185356188326190044 -0725.0182.44680.390.05200.00190.32930.01150.04580.00122837728992898 -08332.2133.97780.170.12370.00386.28850.18980.36630.0098201149201727201246 -0976.336.61930.190.11390.00365.37740.16780.34070.0093186357188127189045 -10114.3163.42600.630.11330.00375.37980.17360.34240.0094185458188228189845 -11162.8159.43930.410.11300.00355.31060.16280.33910.0091184856187126188244 -12135.738.23390.110.11340.00345.53580.16820.35210.0095185555190626194446 -13107.676.02670.290.11210.00345.27710.15880.33990.0091183355186526188644 -14170.9248.73900.640.11210.00335.29870.15870.34060.0091183549186926189044 -15283.0359.34350.830.15970.004610.41270.30190.46990.0125245449247227248355 -16168.4123.64220.290.11090.00325.27480.15580.34290.0093181586186525190145 -17104.4120.02510.480.11020.00335.14040.15530.33610.0090180355184326186844 -18492.3797.27551.060.16100.004710.29030.30020.46070.0123246649246127244355 -1969.0213.71641.300.10080.00324.00370.12580.28660.0078163953163526162439 -20435.6365.114000.260.11440.00374.31920.13710.27250.0081187258169726155341 -21243.1288.46770.430.11130.00334.73040.14490.30660.0085182154177326172442 -22141.4141.83450.410.11130.00335.22450.15450.33950.0092182054185725188444 -23277.0333.04380.760.15720.004610.09560.29310.46400.0123242649244427245754 -24127.1260.72261.150.16050.00479.02750.32190.40620.0134246150234133219861 -25156.8126.93840.330.11320.00335.28230.15840.33700.0091185253186626187244 -27140.1120.52220.540.16340.004810.88500.33160.48200.0131249249251328253657 -2814.4151.32960.510.05100.00230.28260.01240.04020.001124369253102547 -299.3119.91770.680.04980.00250.28340.01380.04170.0012183119253112637 -30107.486.11460.590.19680.006014.87230.47200.54740.0149280050280730281462 -31132.1150.41970.760.17020.005311.39750.36750.48520.0132256153255630255057 -32223.4127.95850.220.11520.00355.22480.16930.32860.0093188355185728183245 -33159.8107.54300.250.11830.00365.12960.15920.31420.0085193154184126176142 -34110.1122.32600.470.11680.00365.48500.17140.34030.0092190954189827188844 -35449.6377.313370.280.11630.00354.46170.14210.27780.0077189955172426158039 -3651.1122.13050.400.07330.00491.39170.09430.13520.003810201368854081822 -37114.6113.62780.410.11880.00385.42290.17710.33030.0089193957188828184043 -38243.6290.36350.460.11740.00385.09760.17120.31410.0086191759183629176142 -3995.1100.81410.720.17160.005811.65420.40290.49180.0134257356257732257958 -406.0101.81130.900.05600.00330.29960.01670.03950.0012454136266132507 -41223.3251.95790.430.11990.00405.11440.17410.30850.0084195559183929173341 -429.2148.81211.220.05680.00310.39640.01990.05090.0015483116339143209 -44220.981.05660.140.11570.00365.46700.17570.34170.0092190057189528189544 -45220.9118.55370.220.10990.00425.24630.16840.34440.00921798103186027190844 -46133.2155.33110.500.11220.00385.37310.17470.33830.0091183661188128187944

續表4

Continued Table 4

測點號PbThU(×10-6)Th/U同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-47160.3124.63910.320.11010.00435.20330.17020.34180.0094181172185328189545 -4978.080.21930.420.11530.00385.25220.17720.32920.0090188455186129183544 -50134.1280.93590.780.10030.00343.96640.13700.28600.0081163163162728162141 -51110.7106.12810.380.11400.00375.15670.17000.32890.0090186559184628183344 -5216.4231.03290.700.05710.00250.30590.01300.03930.001149898271102487 -539.598.31860.530.05070.00230.29460.01320.04260.0012228106262102698 -54258.795.26750.140.11390.00355.23160.16060.33660.0090186256185826187043 -55163.3101.32870.350.15680.00499.87040.30690.46200.0124242153242329244855 -56153.356.23930.140.11740.00375.42930.16570.34060.0091191755188926189044 -5723.2192.13350.570.05460.00210.41720.01490.05680.001539485354113569 -58677.1478.418580.260.13550.00435.68660.17630.31110.0087217256192927174643 -5923.7223.44800.470.05230.00200.29370.01050.04190.00123028926182657 -6013.3159.32280.700.06100.00330.37300.01990.04550.0013639199254202828 -61230.6153.75550.280.11570.00395.49800.16790.35420.0095189061190026195445 -6215.3195.32990.650.05470.00230.30390.01230.04140.001146799269102617 -64256.662.46700.090.11400.00375.29400.15760.34300.0091186560186825190144 -6562.671.71470.490.11570.00375.42360.16470.34560.0092189256188926191344 -66246.7132.95510.240.14340.00447.55930.24000.38590.0103226953218029210448 -67140.056.03500.160.11470.00355.51230.16900.35190.0093187656190326194344 -68113.462.83420.180.11010.00364.42710.13960.28720.0077181160171726162839 -69418.568.313100.050.11430.00364.56910.14730.29070.0079186956174427164539 -70294.1181.92740.660.39580.012539.75291.31940.72860.0201389342376533352875 -71137.999.23470.290.11460.00365.38410.17220.34010.0091187456188227188744 -7233.160.0740.810.11800.00425.43470.18850.33440.0091192863189030186044 -73168.764.14210.150.11320.00345.54750.16710.35490.0094185454190826195845 -74110.297.52730.360.11310.00345.29470.15790.33920.0089185054186826188343 -7598.3119.32250.530.11050.00335.39060.15960.35390.0093180755188325195344 -76198.0167.65290.320.11480.00335.17110.14980.32630.0086187752184825182042 -7770.495.11600.600.11390.00345.49290.16050.34980.0092186254189925193444 -7880.698.11970.500.11060.00335.06090.14870.33210.0087180955183025184942 -79285.9564.64921.150.16500.00559.30180.28940.40880.0112250757236829221052 -8095.285.92360.360.11380.00355.28250.15750.33690.0089186156186626187243 -8182.475.01980.380.11530.00365.50350.16790.34590.0092188756190126191544 -8295.650.92420.210.11370.00345.36420.16000.34200.0091185959187926189644 -83112.250.22860.180.11390.00345.36570.15610.34140.0090186554187925189343 -8430.5592.95391.100.04990.00170.28400.00960.04140.001119111425482627 -85102.0102.72570.400.11260.00335.15800.15200.33200.0089184353184625184843 -86270.5241.64340.560.16400.004710.81370.30670.47760.0124249748250726251754 -87232.3319.75440.590.11200.00335.21490.14990.33750.0089183247185525187543 -88158.9254.33460.740.11510.00335.65920.16700.35620.0096188153192526196446 -89172.996.24370.220.11510.00345.44420.16050.34260.0091188152189225189944 -90108.5103.63090.330.11120.00334.57870.14790.29810.0086181855174527168243 -91270.0105.66990.150.11100.00355.25210.15650.33460.0089181658186126186143 -9216.8119.52800.430.05320.00210.37840.01450.05210.001533989326113279

表5 鞏義地區平頂山砂巖下部樣品(160909-8)碎屑鋯石Hf同位素數據

Table 5 Hf isotope date of detrital zircons of lower Pingdingshan sandstone (Sample 160909-8) in Gongyi area

測點號Age (Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(0)εHf(t)tDM1(Ma)tDM2(Ma)fLu/Hf-115150.0134230.0005050.2816380.000023-40.1-7.022312672-0.98 -516210.0247050.0008730.2816260.000026-40.5-5.422702659-0.97 -617500.0082480.0002930.2816120.000026-41.0-2.422552571-0.99 -83060.0292420.0012460.2822470.000035-18.6-12.114262082-0.96 -103250.0164730.0006610.2823670.000030-14.3-7.312391796-0.98 -124670.0176570.0006060.2824520.000029-11.3-1.211191519-0.98 -162630.0804670.0028980.2823690.000031-14.3-9.013131854-0.91 -212520.0266710.0011280.2822510.000031-18.4-13.114162103-0.97 -243350.0157750.0007280.2820820.000028-24.4-17.216352424-0.98 -2517400.0206490.0007120.2815260.000027-44.1-6.123962794-0.98 -289890.0200520.0006920.2820570.000022-25.3-3.916682081-0.98 -323120.0146720.0005900.2823780.000032-13.9-7.212211777-0.98 -332810.0328800.0011840.2823940.000034-13.4-7.412181769-0.96 -3925390.0091370.0003710.2813200.000021-51.35.126512721-0.99 -433140.0398340.0014930.2820920.000028-24.0-17.516542424-0.96 -4425220.0084760.0003350.2813660.000025-49.76.425872627-0.99 -4818240.0222460.0007360.2815500.000021-43.2-3.523652693-0.98 -5018090.0217240.0007050.2815760.000024-42.3-2.823282643-0.98 -5118360.0289340.0010210.2815730.000021-42.4-2.823512658-0.97 -5518310.0310150.0010950.2815970.000023-41.5-2.123222612-0.97 -5625060.0280660.0009700.2811900.000026-55.9-1.428693086-0.97 -5723720.0231380.0008240.2812810.000024-52.7-0.927362956-0.98 -6024790.0146470.0006550.2813720.000022-49.55.026012675-0.98 -6125000.0234040.0008960.2812540.000027-53.70.927782944-0.97 -623220.0106050.0004660.2820950.000033-23.9-17.016062400-0.99 -6420090.0261580.0010250.2815790.000022-42.21.323432541-0.97 -7124660.0302170.0011040.2813560.000028-50.13.426542765-0.97 -7210310.0323720.0012750.2821940.000026-20.51.515031778-0.96 -7318210.0148830.0005580.2814860.000027-45.5-5.624402821-0.98 -7624800.0173460.0007120.2813780.000023-49.35.225962666-0.98 -7718130.0317310.0011140.2815880.000023-41.9-2.823362645-0.97

注：εHf(0)=((176Hf/177Hf)s/(176Hf/177Hf)CHUR,0-1)×10000；fLu/Hf=(176Lu/177Hf)s/(176Lu/177Hf)CHUR-1；εHf(t)=((176Hf/177Hf)s/(176Lu/177Hf)s×(eλt-1))/((176Hf/177Hf)CHUR,0-(176Lu/177Hf)CHUR×(eλt-1))-1)×10000, (176Hf/177Hf)=(176Hf/177Hf)s-(176Lu/177Hf)s×(eλt-1)(侯可軍等，2007)；tDM1=1/λ×[1+((176Hf/177Hf)s-(176Hf/177Hf)DM)/((176Lu/177Hf)s-(176Lu/177Hf)DM)]；tDM2=tDM1-(tDM1-t)((fcc-fs)/(fcc-fDM))(吳福元等, 2007). 其中, (176Lu/177Hf)s和(176Hf/177Hf)s為樣品測定值，(176Lu/177Hf)CHUR=0.0332, (176Hf/177Hf)CHUR,0=0.282772, (176Lu/177Hf)DM=0.0384, (176Hf/177Hf)DM=0.28325,fcc,fs,fDM分別為大陸地殼、樣品和虧損地幔的fLu/Hf(Blichert-Toft and Albarède, 1997).t為樣品形成時間，λ=1.867×10-11year-1(S?derlundetal., 2004)

圖5 華北陸塊南部平頂山砂巖碎屑鋯石Th、U含量和Th/U比值Fig.5 Th, U content and Th/U ratio of detrital zircons of Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block

樣品160909-8測試了80粒鋯石(表3)，有5顆鋯石諧和度小于90%，不參與年齡的統計，75顆鋯石的諧和年齡可以分成2組：第一組12顆，年齡介于252～467Ma之間，占16%，主要峰值年齡為～261Ma和～317Ma；第二組63顆，年齡介于989～2824Ma之間，占84%，主要峰值年齡為～1864Ma 和～2489Ma，此外還有1個很不顯著的～1007Ma峰值(圖6h，i)。

樣品(180408-3)所測試的92粒鋯石中(表4)，有5顆鋯石諧和度小于90%，不參與年齡的統計，87顆鋯石的諧和年齡可以分成2組：第一組14顆，年齡介于248～356Ma之間，占16%，主要峰值年齡為～259Ma和～318Ma；第二組73顆，年齡介于818～3893Ma之間，占84%，主要峰值年齡為～1859Ma 和～2482Ma，此外，還有2個很不顯著的～812Ma和～1648Ma峰值(圖6j，k)。

將上述4個樣品諧和度大于90%的345顆碎屑鋯石年齡匯總，古生代年齡介于248～526Ma之間，占13%，主要峰值年齡為～259Ma、～318Ma和～435Ma；前寒武紀年齡介于818～3893Ma之間，占87%，峰值年齡為～1871Ma和～2459Ma，此外還有2個非常不明顯的峰值～812Ma和～976Ma(圖7)。

3.3 碎屑鋯石的 Hf同位素

三個地區4個樣品的碎屑鋯石具有大體相似的年齡組成，所以，本項研究主要對鞏義地區下部樣品(160909-8)進行了Hf同位素分析。共測試了31顆碎屑鋯石Hf同位素數據(表5)，測試點緊鄰鋯石年齡分析點，為鋯石的同一環帶。鋯石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf比值范圍分別為0.008248～0.080467和0.000293～0.002898，176Lu/177Hf普遍小于0.002，表明這些鋯石在形成后基本沒有放射性成因Hf的積累，因而，所測定的176Hf/177Hf比值代表其形成時的同位素組成(吳福元等，2007)。

測試的峰值為～266Ma的碎屑鋯石為3顆，176Hf/177Hf介于0.282369～0.282394，均值為0.282380，εHf(t)值為-9.0～-7.1，均值為-7.9，兩階段模式年齡(tDM2)為1769～1854Ma，均值為1800Ma；峰值年齡為～324Ma的碎屑鋯石為6顆，176Hf/177Hf介于0.282082～0.282367，均值為0.282189，εHf(t)值為-17.5～-7.3，均值為-14.0，兩階段模式年齡(tDM2)為1796～2424Ma，均值為2205Ma；峰值為～467Ma的碎屑鋯石為1顆，176Hf/177Hf值為0.282452，εHf(t)值為-1.2，兩階段模式年齡(tDM2)為1519Ma；峰值為～1007Ma的碎屑鋯石為2顆，176Hf/177Hf分別為0.282057和0.282194，均值為0.282125，εHf(t)值分別為-3.9和+1.5，均值為-1.2，兩階段模式年齡(tDM2)分別為1778Ma和2081Ma；峰值為～1864Ma的碎屑鋯石為11顆，176Hf/177Hf介于0.281486～0.281638，均值為0.281577，εHf(t)值為-7.0～+1.3，均值為-3.6，兩階段模式年齡(tDM2)為2672Ma～2821Ma，均值為2664Ma；峰值為2489Ma的碎屑鋯石為8顆，176Hf/177Hf介于0.281190～0.281378，均值為0.281314，εHf(t)值為-1.4～+6.4，均值為+3.0，兩階段模式年齡(tDM2)為2627Ma～3086Ma，均值為2805Ma(表5)。

4 討論

4.1 平頂山砂巖的最大沉積年齡

根據沉積巖中碎屑鋯石的年齡可以限定地層的最大沉積年齡，目前主要有7種方法(Dickinson and Gehrels，2009；Johnstonetal.，2009；Lawton and Bradford，2011；Robinsonetal.，2012；Tuckeretal.，2013)，分別是：①最年輕單顆粒年齡(YSG)；②最年輕圖像碎屑鋯石年齡(YPP)；③最年輕碎屑鋯石年齡(YDZ)；④加權平均年齡(YC1σ)(+3)；⑤加權平均年齡(YC2σ)(+3)；⑥算術平均年齡(WA)；⑦Tuffzirc年齡(+6)。Tuffzirc年齡需要最少有6顆最年輕的碎屑鋯石來進行計算(Tuckeretal.，2013)，限于本項研究最年輕鋯石顆粒數較少，因此不討論Tuffzirc年齡。Dickinson and Gehrels(2009)根據實例分析，討論了上述前六種年齡的優缺點，認為，最年輕單顆粒年齡(YSG)盡管有潛在的風險性，但YSG的可信度達到了統計效度的95%，YDZ年齡與YSG年齡或無顯著差異，或優于YSG年齡，YPP年齡、YC1σ(+3)年齡、YC2σ(+3)年齡和WA年齡由于統計的鋯石年齡的離散性，與實際地層年齡相差較大。

圖6 華北陸塊南部平頂山砂巖碎屑鋯石樣品的諧和曲線和年齡頻譜(a-c) 170727-11; (d-f) 170727-10; (g-i) 160909-8; (j-l) 180408-3Fig.6 Concordia curves and age spectrum of detrital zircons of the Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block

根據上述分析，對比表6中6種不同方法計算的年齡值發現，YPP、YC1σ(+3)、YC2σ(+3)和WA年齡值與平頂山砂巖孢粉化石確定的時代相差較大。從圖6中可以看出，平頂山砂巖4個樣品的年輕鋯石年齡都能構成連續的年齡譜，因此，本文采用YSG年齡來限定地層的最大沉積年齡(Dickinson and Gehrels，2009)，這一年齡與YDZ年齡相差較小，這與Dickinson and Gehrels(2009)的討論一致。表6中平頂山砂巖YSG年齡分別為249±8Ma、260±7Ma、252±7Ma和248±7Ma，與二疊系-三疊系沉積界線年齡251.0±0.4Ma(Oggetal.，2008)較為接近，所以，根據平頂山砂巖與下伏地層具有明顯的沖刷接觸關系和巖性上的突變，某些地區可能存在有不整合接觸關系(陜西省地質礦產局，1989；劉和，1990)，且已有古生物學證據證實平頂山砂巖下部地層年齡為晚二疊世晚期的事實(陳鐘惠等，1993；河南省地質礦產廳，1997；山西省地質礦產局，1997；陳晉鑣等，1997)，可將二疊紀與三疊紀的接觸界線置于平頂山砂巖的底界，華北陸塊南部平頂山、鞏義和宜陽地區的平頂山砂巖的地質時代應歸屬于早三疊世。這一認識與劉超等(2014)根據太原西山石千峰組底部K8砂巖(相當于平頂山砂巖)碎屑鋯石U-Pb年齡確定的沉積時間不早于250Ma，二疊系-三疊系的界線確定在石千峰組K8砂巖之下的結論一致，也與殷鴻福和林和茂(1979)根據海相動物化石確定的孫家溝組底部地層(相當于平頂山砂巖)屬于早三疊世早期的認識一致，所以，在巖石地層上，平頂山砂巖應劃歸石千峰組，相當于王仁農(1997)石千峰組的下段(平頂山砂巖段)。

4.2 平頂山砂巖的物源區

4.2.1 古生代碎屑鋯石的物源區

華北陸塊北部的內蒙古隆起，連同其北側的興蒙造山帶，以及華北陸塊南部的北秦嶺造山帶和南秦嶺造山帶均有可能成為華北陸塊上古生界的沉積物源區。但由于晚古生代期間，華北陸塊北側的興蒙大洋正處于閉合時期(Li，2006；Zhangetal.，2007，2009；Caoetal.，2013)或閉合后興蒙造山帶隨即的裂陷作用(Zhang and Tang, 1989; 徐備和陳斌1997; 邵濟安等，2015；Luoetal.，2016)，以及北秦嶺造山帶南側的勉略洋正處于擴張階段(Dongetal.，2011; Dong and

表6 華北陸塊南部平頂山砂巖碎屑鋯石6種方法計算的最年輕地層年齡對比

Table 6 Comparision of ages calculated by 6 methods with detrial zircons to determine youngest age of Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block

樣品號170727-11170727-10160909-8180408-3YSG年齡(Ma)249±8260±7252±7248±7YPP年齡(Ma)261268315262YDZ年齡(Ma)249.37258.33252.08247.67范圍(Ma)+8.4/-9.3+6.4/-6.6+7.4/-7.6+5.0/-7.8置信度95%95%95%95%YC1σ(+3)年齡(Ma)314±56(18%)277±14(5.1%)297±26(8.8%)272±16(6.0%)系統誤差1.1%1.1%1.1%1.1%加權平均方差5.40.992.61.9YC2σ(+3)年齡(Ma)314±56(18%)277±16(5.8%)297±26(8.8%)272±16(6.0%)系統誤差1.1%1.1%1.1%1.1%加權平均方差224.010.47.4WA年齡(Ma)352±64281±18309±31278±19置信度95%95%95%95%加權平均方差739.43273

圖7 華北陸塊南部平頂山砂巖樣品碎屑鋯石U-Pb年齡頻譜圖Fig.7 U-Pb age spectrum of detrital zircons of Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block

Santosh, 2016)，所以，興蒙造山帶和南秦嶺造山帶做為華北陸塊上古生界物源區的可能性較小，這已被近年來大量的有關華北陸塊上古生界物源區的研究成果所證實(Wangetal.，2010；馬收先等，2011，2014；Liuetal.，2014；Caietal.，2015；Wangetal.，2016；馬千里等，2017)。

華北陸塊北部的內蒙古隆起主要由華北陸塊的基底新太古界和古元古界所組成，零星分布有華北陸塊的沉積蓋層中-新元古界和古生界，此外，由于受到北側興蒙活動帶的影響，內蒙古隆起分布有大量的晚古生代侵入巖體，但早古生代巖漿巖卻幾乎未有分布(內蒙古自治區地質礦產局，1991；邵濟安等，1997，2015；Zhangetal.，2007)。巖漿活動的期次主要在中-晚泥盆世(370～397Ma)、早二疊世(280Ma)和晚二疊世(260Ma)(邵濟安等，1997，2015；張拴宏等，2010)。這些巖體的巖性主要為石英二長巖、正長花崗巖和二長花崗巖，均含有大量的巖漿鋯石，其εHf(t)值以較高的負值區別于興蒙造山帶同時期的巖漿巖(Yangetal.，2006；Zhangetal.，2009；邵濟安等，2015; Luoetal.，2016)，顯示了內蒙古隆起海西期巖漿活動受古老地殼再循環的強烈影響。北秦嶺造山帶海西期巖漿巖分布稀少，但早古生代巖漿巖廣泛分布(盧欣祥，2000；王洪亮等，2006；劉丙祥，2014；Dong and Santosh，2016)，并構成了北秦嶺巖漿巖帶的主體，巖石類型主要為中-酸性花崗質侵入巖，侵位于北秦嶺地區主要的變質地層秦嶺群、二郎坪群和寬坪群中。對面積較大的古生代巖漿巖體(包括板山坪、五垛山、四棵樹、冢崗廟水庫、蠻子營、西莊河、漂池、灰池子等巖體)鋯石U-Pb定年表明，其年齡區間在386～499Ma，峰值年齡在～450Ma，εHf(t)值為小的負值和較大的正值，形成背景與早古生代期間商丹洋殼向北的俯沖和閉合有關(雷敏，2010；劉丙祥，2014；Dong and Santosh，2016)。

圖8 華北陸塊南部鞏義地區平頂山砂巖鋯石εHf(t)值與U-Pb年齡關系圖NQQ-北秦嶺造山帶εHf(t)范圍引自Shi et al. (2013) (稍有修改)；S-CAOB-中亞造山帶南部εHf(t)范圍引自Yang et al. (2006)；N-NCC-華北陸塊北緣巖漿巖及侵入巖εHf(t)范圍引自Liu et al. (2014)；E-QOC-秦嶺造山帶東段加里東期巖漿巖εHf(t)范圍引自雷敏 (2010)； NCC-華北陸塊前寒武紀巖漿巖及變質巖εHf(t)范圍引自Zhu et al. (2014)和萬渝生等 (2015)Fig.8 Correlogram of zircon εHf(t) values vs. U-Pb ages of Pingdingshan sandstone in Gongyi area in the southern part of North China Block

鑒于上述事實，幾乎所有的研究者根據華北陸塊內部上古生界碎屑鋯石的年齡和εHf(t)值，將其中晚古生代碎屑鋯石歸源于內蒙古隆起(Liuetal.，2014；Wangetal.，2010，2016)，早古生代碎屑鋯石歸源于北秦嶺造山帶(Caietal.，2015；Wangetal.，2016)。

華北陸塊南部平頂山砂巖古生代碎屑鋯石主要為巖漿鋯石，峰值年齡為～259Ma、～318Ma和～435Ma。～259Ma和～318Ma的峰值可對應于內蒙古隆起晚古生代兩次重要的巖漿活動期次。此外，組成～259Ma和～318Ma兩個峰值的碎屑鋯石εHf(t)值為-17.5～-7.2，也對應于內蒙古隆起晚古生代侵入巖的εHf(t)范圍(圖8)。～435Ma峰值由6顆年齡分布在427～526Ma的碎屑鋯石所組成，與北秦嶺造山帶早古生代巖漿巖的年齡分布范圍一致，εHf(t)均值為-1.2，也落在早古生代巖漿巖εHf(t)值的范圍內(圖8)。如果假設內蒙古隆起和北秦嶺造山帶古生代巖漿巖提供巖漿鋯石的潛力是相同的，由于～259Ma和～318Ma兩個峰值占所有古生代碎屑鋯石的87%，～435Ma峰值僅占13%，那么，古生代碎屑鋯石的物源區應主要為內蒙古隆起，北秦嶺造山帶僅是次要物源區。

4.2.2 前寒武紀碎屑鋯石的物源區

華北陸塊南部平頂山砂巖含有大量的前寒武紀碎屑鋯石，占所有碎屑鋯石的87%，具有～1871Ma(年齡范圍為1515～2269Ma)和～2459Ma(年齡范圍為2365～3893Ma)兩個明顯的峰，尤其～1871Ma的峰非常顯著，組成這兩個峰的碎屑鋯石占前寒武紀碎屑鋯石的99%。此外，還有兩個非常不明顯的～812Ma和～976Ma 的峰，僅由3顆鋯石組成。

已有研究表明，華北陸塊基底具有非常明顯的～1800Ma和～2500Ma的年齡峰值(Zhaietal., 2005；Zhaoetal.，2005；Pengetal., 2010，圖9)，年齡范圍在1600～3800Ma之間，代表了華北陸塊基底演化的兩個重要階段。華北陸塊基底在～2700Ma圍繞古陸核的新地殼的生長，形成了多個微陸塊(沈其韓和錢祥麟, 1995；Zhaietal., 2000；Zhai and Santosh，2011)，～2500Ma這些微陸塊廣泛發生麻粒巖相變質作用和大量花崗巖的侵入，標志著這些微陸塊拼貼的完成(Jahnetal.; 1988；Zhaietal., 2000；Zhaoetal.，2001，2005; Zhai and Santosh，2011)，并與～2500Ma的一次超大陸事件相對應(Windley，1995；Condieetal.，2001；Rogers and Santosh, 2004)；2300～2000Ma期間，已形成的拼合陸塊經歷了拉伸-破裂事件，在其內部發育了晉豫、膠遼裂陷盆地和華北北部的豐鎮陸內凹陷盆地(翟明國和彭澎，2007；Zhai and Santosh，2011)，1930～1900Ma期間的擠壓事件導致了上述裂陷盆地的拼合和焊接，發育了超高溫麻粒巖(Zhao and Cawood，1999；翟明國和彭澎，2007；Zhai and Santosh，2011)，其中，由豐鎮陸內凹陷演化來的豐鎮活動帶可能代表了平行于這一時期華北克拉通北緣拼合帶的一條構造帶(Kuskyetal., 2007；Santosh, 2010；翟明國，2010)，1850～1820Ma華北克拉通發育面狀的強烈的變質作用和花崗巖的侵入，代表克拉通基底的整體隆升(Zhai and Santosh，2011)或華北陸塊基底的最終形成(Zhaoetal.，2001)。

圖9 華北陸塊南部平頂山砂巖前寒武紀碎屑鋯石、華北陸塊基底和北秦嶺主要變質地層的年齡譜圖(a)華北陸塊南部平頂山砂巖(本文)；(b)華北陸塊基底(Yang and Santosh，2017；陽瓊艷，2016；Darby and Gehrels，2006；Kr?ner et al., 2006)；(c)北秦嶺主要變質地層(秦嶺群、寬坪群和二郎坪群)(Shi et al.，2013；Tang et al.，2015；楊敏等，2016)Fig.9 Age spectra of Precambrian detrital zircons of Pingdingshan sandstone in the southern part of North China Block, basement metamorphic rocks of North China Block and main metamorphic strata of North Qinling Orogenic Belt

華北陸塊沉積蓋層中也含有大量的1700～2900Ma的碎屑鋯石(Darby and Gehrels，2006)，但根據平頂山砂巖中前寒武紀鋯石多為棱角狀，磨圓度較差的特征，它們可能不是這些沉積蓋層中碎屑鋯石的再循環產物，而是寄宿于碎屑沉積物中被搬運的。此外，北秦嶺造山帶也不存在大范圍的～1800Ma 和～2500Ma的變質作用和巖漿作用(萬渝生等，2011)，該區分布的變質地層(秦嶺群、二郎坪群和寬坪群)的碎屑鋯石盡管存在有～2500Ma和～1810Ma的峰值年齡，但相較其他的758Ma、1050Ma、1550Ma等峰值并不顯著(第五春榮等，2010；Zhuetal.，2011；Shietal.，2013; Tangetal.，2015；楊敏等，2016；楊敏，2017)(圖9c)，而平頂山砂巖中并未出現1550Ma峰值，與758Ma和1050Ma相近的～812Ma和～976Ma的峰值也非常微弱。

所以，華北陸塊南部平頂山砂巖碎屑鋯石～2459Ma和～1871Ma的峰值年齡、年齡范圍和εHf(t)值可分別對比于華北陸塊～2500Ma和～1800Ma的峰值年齡、年齡范圍和εHf(t)值(圖8、圖9)，～2700Ma模式年齡也與華北陸塊基底大量的新地殼形成年齡一致(Zhai and Santosh，2011)。～2459Ma峰值的碎屑鋯石具有較大Th/U比值和正的εHf(t)值，顯示了這一時期有新的地殼的形成，～1871Ma的碎屑鋯石較小的Th/U比值和負的εHf(t)值，顯示了這一時期廣泛的變質事件或地殼的再循環作用，這些特征均與華北陸塊基底～2500Ma強烈的巖漿活動(Zhai and Santosh，2011；Gengetal., 2012)，～1800Ma廣泛的疊加變質作用或地殼的再循環(Wanetal.，2006；Gengetal., 2012)相吻合。此外，平頂山砂巖中石英顆粒主要為變質石英顆粒，微斜長石是華北克拉通新太古代和古元古代基底花崗片麻巖的主要變質礦物(董曉杰，2012；王慶龍等，2012)，可進一步推測，平頂山砂巖中峰值為～1871Ma和～2459Ma的碎屑鋯石主要來源于華北陸塊基底的中高級變質巖，并且應是平頂山砂巖中碎屑顆粒的主要來源。

根據華北陸塊南部及其南側秦嶺-大別造山帶晚古生代地層的物源區研究，華北陸塊南部上石炭統本溪組、下二疊統太原組和秦嶺-大別造山帶北側輕微變質的石炭系(包括下石炭統花園墻組和楊山組、中-下石炭統道人沖組、上石炭統胡油坊組和楊小莊組)主要物源區為北秦嶺造山帶的加里東期花崗巖和被侵入的主要變質地層——秦嶺群、寬坪群和二郎坪群(Lietal.，2004；Wangetal.，2010；李任偉，2010；Liuetal.，2014；Caietal.，2015；楊棟棟，2015； Wangetal.，2016；曹高社等，2018)，可以說明，至早二疊世，華北陸塊南部尚不存在華北陸塊基底的隆升。根據華北陸塊南部的中二疊統山西組、中二疊統下石盒子組和上二疊統上石盒子組主要物源區主要為板塊北部的內蒙古隆起(Zhuetal.，2014；Yang and Santosh，2017)，可能說明，華北陸塊南部在二疊紀沉積時期不是隆升剝蝕區。根據華北陸塊北部及其北側興蒙造山帶晚古生代地層的物源區研究，華北陸塊北部的上古生界和北側興蒙造山帶的裂陷盆地中存在有大量的峰值年齡為～1800Ma和～2500Ma的碎屑鋯石，被認為華北陸塊北部的內蒙古隆起在晚石炭世以來一致處于隆升狀態，并在早二疊世就已剝蝕至板塊的基底(馬收先等，2014；Luoetal.，2016; Wangetal.，2016)。所以，平頂山砂巖中峰值年齡為～2459Ma和～1871Ma的碎屑鋯石應主要來源于華北陸塊北部的內蒙古隆起，這與平頂山砂巖的古生代碎屑鋯石主要來源于內蒙古隆起的推論相一致。至于平頂山砂巖中峰值為～1871Ma的碎屑鋯石特別豐富的原因，可能與華北克拉通北緣曾經存在一個1930～1900Ma的拼合帶有關(Kuskyetal., 2007；Santosh, 2010；翟明國，2010)。

平頂山砂巖前寒武紀碎屑鋯石還具有兩個非常不明顯的～812Ma和～976Ma的峰值，εHf(t)均值為-1.2。由于內蒙古隆起不存在～1000Ma的巖漿巖或變質巖，而北秦嶺造山帶不僅存在該時期的花崗巖體(張宏飛等，1993；Ratschbacheretal., 2003； Wangetal.,2003, 2013; 陳志宏等，2004；王濤等，2009)，并且該地區的主要變質地層(寬坪群、二郎坪群和秦嶺群)也存在有大量的700～1400Ma的碎屑鋯石(第五春榮等，2010；Zhuetal.，2011；Shietal.，2013; Tangetal.，2015；楊敏等，2016；楊敏，2017)，平頂山砂巖～812Ma 和～976Ma峰值的碎屑鋯石εHf(t)值也落在北秦嶺造山帶的εHf(t)值范圍內(圖8)，所以，平頂山砂巖峰值為～812Ma和～976Ma的碎屑鋯石可能來源于北秦嶺造山帶，但北秦嶺造山帶提供的物源可能有限，這與平頂山砂巖古生代碎屑鋯石物源區的分析結果相一致。

根據碎屑鋯石的物源區分析，平頂山砂巖的沉積物主要來源于華北陸塊北部內蒙古隆起，北秦嶺造山帶僅是次要的物源區，所以，依據平頂山砂巖的沉積物主要來源于北秦嶺造山帶而得出的平頂山砂巖主要為陸相沖積河道-陸緣近海湖灘砂巖或辮狀河三角洲沉積的認識是值得商榷的(河南省地質礦產局，1989；鄭超等，2003；白斌等，2006)。王仁農(1997)根據平頂山砂巖中的沉積構造Lingulasp.等腕足動物化石，以及海綠石、磷灰石等代表淺海相沉積的指相礦物，推測平頂山砂巖為平行于當時秦嶺海岸的濱海相砂體，系三角洲前緣席狀砂體受來自南部揚子海侵強烈改造的產物。殷鴻福和林和茂(1979)根據孫家溝組底部(相當于平頂山砂巖)大量的海相動物化石也推測華北陸塊在早三疊世也存在一次大規模的海侵，我們同意這一認識，說明平頂山砂巖的沉積環境相較下部地層主要為三角洲沉積環境已有較大的改變(陳鐘惠等，1993)，此與二疊-三疊紀之交廣泛產生的海侵相吻合(Teichertetal.，1973；Henderson and Baud，1997；Zhangetal.，1997)。此外，根據華北陸塊南部平頂山砂巖下部的山西組、下石盒子組和上石盒子組沉積物幾乎全部來源于華北陸塊北部的內蒙古隆起，平頂山砂巖上部的石千峰組的物源主要來源于北秦嶺造山帶的認識(Zhuetal.，2014；Yang and Santosh，2017)，可以推論，平頂山砂巖可能是這一沉積物源區轉變過程中的產物，盡管平頂山砂巖沉積物源區主要為內蒙古隆起，但已混有少量的北秦嶺造山帶的物源，由此揭開了北秦嶺造山帶再次崛起的序幕。所以，平頂山砂巖可能是二疊紀與三疊紀之交沉積和構造環境變化在華北陸塊南部的物質記錄。

5 結論

(1)華北陸塊南部平頂山、鞏義和宜陽地區的平頂山砂巖主要為硅質膠結的長石石英砂巖，碎屑顆粒主要為變質石英顆粒和微斜長石。依據三個地區4個樣品的碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年，采用最年輕單顆粒年齡(YSG)限定地層的最大沉積年齡，確定出三個地區4個樣品YSG年齡分別為249±8Ma、260±7Ma、252±7Ma和248±7Ma，與二疊系-三疊系沉積界線年齡251.0±0.4Ma相接近，可能說明，平頂山砂巖的底界可能是二疊紀與三疊紀的接觸界線，華北陸塊南部平頂山砂巖的地質時代應歸屬于早三疊世，在巖石地層上，平頂山砂巖應劃歸石千峰組的下段。

(2)根據三個地區4個樣品碎屑鋯石的形貌特征、微量元素和年齡譜，并輔以Hf同位素測定表明，平頂山砂巖的沉積物主要來源于華北陸塊北部內蒙古隆起，北秦嶺造山帶僅是次要的物源區，平頂山砂巖可能是在一次大規模的海侵下沉積的一套濱海相砂體。根據平頂山砂巖及其下伏和上覆地層沉積環境和物源區的變化，平頂山砂巖可能是二疊紀與三疊紀之交沉積和構造環境變化在華北陸塊南部的物質記錄。

致謝 感謝王世炎教授級高工、鄭德順教授、楊明慧教授和梁新權博士提出的建設性意見。