北京昌平地区基底片麻岩和中-新元古代盖层锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究及其地质意义

本文通过对北京昌平地区燕辽裂陷槽内出露的基底密云群片麻岩及其上覆沉积盖层底部长城系常州沟组和顶部青白口系长龙山组砂岩的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄和Hf同位素组成的研究,对华北克拉通新太古代-元古宙期间的沉积与地壳演化进行探讨。锆石的LA-ICP-MSU-Pb年代学研究表明,密云群含辉石角闪斜长片麻岩的原岩形成时代为2500±8.4Ma。常州沟组下部层位的石英砂岩具有单峰式的碎屑锆石U-Pb年龄谱(峰值为2.50Ga),而长龙山组石英砂岩具有双峰式的碎屑锆石U-Pb年龄谱(峰值分别为2.50Ga和1.80Ga),这些锆石大多为岩浆成因锆石,指示～2.50Ga和～1.80Ga是华北克拉通岩浆活动广泛发育的两个时期。结合区域资料,常州沟组开始沉积的时间应在1.68～1.80Ga之间,长龙山组砂岩沉积应在1.36Ga之后。锆石Hf同位素研究表明,密云群片麻岩的锆石εHf(t)值为+1.7～+4.9,介于球粒陨石和亏损地幔生长线之间,指示基底片麻岩可能是古老地壳与新生物质混合的结果。结合砂岩碎屑锆石的Hf同位素显示,新太古代晚期(～2.50Ga)华北克拉通以年轻地壳生长和古老地壳改造的同时存在为特征(εHf(t)=0～+7.9),而古-中元古代(～1.80Ga)主要表现为新太古代地壳物质的循环和改造(εHf(t)<0,tDM2<2.80Ga),并且局部存在古-中太古代地壳物质的循环和改造(εHf(t)min=-15.3,tDM2>3.00Ga)。εHf(t)的这种变化特征与华北克拉通岩石圈地幔在古-中元古代期间随时间变新而逐渐富集的演化趋势基本一致。现有资料进一步指示,中-新元古代盖层碎屑锆石的年龄分布及沉积演化与裂谷作用紧密相关。常州沟组下部地层沉积于初始裂谷阶段,仅简单地以～2.50Ga的基底岩石为源区。但随着裂谷作用的发展,在常州沟组上部地层沉积时,物源已经开始发生明显变化,具有显著的古-中元古代组分(～1.80Ga)的加入,而长龙山组则含有更多的古-中元古代物质。整体上,在中-新元古代地层中,～1.80Ga的年轻物质所占比例具有随着地层变新而逐渐升高的趋势。