什那干群层凝灰岩夹层SHRIMP 锆石U-Pb 年代学研究及其意义

什那干群是一套主要分布于内蒙古阴山南坡、未变质的滨浅海相沉积，与邻近的渣尔泰山群、白云鄂博群及化德群等，共同组成华北克拉通北缘阴山南北的元古宙沉积序列[1-3]（图1）。该群源于“什那干石灰岩（Shihnakan limestone）”，是由我国地学前辈孙健初先生[4]在其《绥远及察哈尔西南部地质志》一文中最早介绍的。最初是指分布于现今内蒙古中部和西部、并以乌拉特前旗大佘太镇什那干村附近杓头山（图2）等露头为代表的一套海相沉积，“以石灰岩为主，兼有石灰质页岩、薄层灰岩，色灰黑，质匀密，内含燧石，成层状或卵型，为震旦石灰岩之特征”；同时，这套沉积“其质不纯洁，不能烧灰（所烧之（石）灰无粘着性），有别于奥陶纪石灰岩，本层属于震旦纪，大概已无问题。惟其无丝毫之变质，其时代以较南口石灰岩为新，震旦石灰岩之南口露出者，实不完全。”[4]

此处的“南口石灰岩”，部分学者曾称之为“南口系（群）”，是指现今北京昌平南口-十三陵一带所出露的中元古界长城群-蓟县群碳酸盐岩为主的地层序列。现代研究表明[3,5-6]，南口一带的这套地层，确实不如另一地学前辈高振西先生等与孙先生上文同年所推介的蓟县剖面那样连续而完整[7]。另一方面，所谓“质不纯洁，不能烧灰”的“石灰岩”，是因为这些岩石其实是白云岩及白云质灰岩；而这一语境下的“震旦纪”地层，在华北克拉通范围内，其主体是指覆盖在变质-结晶基底之上、基本未变质的中-新元古界；至于含有层状（条带状）或卵型（团块状）燧石（以及各类叠层石礁丘）的灰色厚层白云岩-白云质灰岩，则均属于华北克拉通中元古界蓟县系为主体的相关地层的“标型特征”[3，5，8-14]。

限于当时认识，孙先生曾将该地区角度不整合于“新太古界桑干片麻岩”（当时归之为五台系）之上、平行不整合于“石炭-二叠纪”“拴马桩煤系”（现为晚石炭世拴马桩组[1]）之下的所有碳酸盐岩地层，全都划归“什那干石灰岩”[4]。然而，20世纪50年代开始的区域地质调查等工作表明，以乌拉特前旗大佘太镇北东的山黑拉-白彦花一带为代表的这套沉积，其上部实际还包括了寒武-奥陶系；后者与现在定义的什那干群之间，存在一个特征明显的区域性平行不整合—正是这一平行不整合的识别，进一步夯实并限定了什那干群的前寒武纪属性；而什那干村东北侧（图2）山系、孙先生原来归为“石炭-二叠纪”沉积的主体，则应归属于这一时期新建立的元古宙渣尔泰山群[1-2，15-16]。

关于什那干群与邻近前寒武纪沉积序列之间关系，可能以马杏垣先生的观点最具有代表性：“本区的地台盖层是从什那干群开始的，寒武系、奥陶系、上石炭统等与之相随”；“有趣的现象是什那干群和渣尔泰（山）群、白云鄂博群并无接触关系，它总是不整合覆盖在更老的（变质基底）地层之上，如乌拉山群或东五分子群或更北的毛忽洞群之上”[18]。实际上，与什那干群相比，无论是其附近的渣尔泰山群，还是北侧的白云鄂博群（图1），二者与该地区寒武-奥陶系之间，不仅没有直接的接触关系，而且都发生了相当程度的区域变质作用，并伴随着一定程度的火山活动[1]。

基于上述独特的区域分布、岩性组合及变质程度等，大部分研究者都认为，什那干群有别于渣尔泰山群和白云鄂博群，形成时代也应晚于后两者；同时，总是与寒武-奥陶系伴生的什那干群，应属于典型的盖层型沉积，而渣尔泰山群和白云鄂博群，则应属于“似盖层”甚至“基底”性质建造[1-3，15，18-21]。当然，也有一些学者认为，虽然三者时代有早（白云鄂博群及渣尔泰山群）有晚（什那干群），变质变形程度也有差异，但这三个群都属于华北克拉通板块范畴内的盖层型沉积[9，22-23]。显然，最根本的原因就在于缺乏直接而明确的地层接触关系和同位素定年等实证，从而导致什那干群的年代地层学归属、以及它与渣尔泰山群、白云鄂博群之间关系等，长期存在较大分歧。例如本文作者之一李文国[2]之前一直沿用孙先生最初观点，将什那干群归属于震旦系，并置于白云鄂博群及渣尔泰山群之上；而另一作者苏文博[13]虽然赞同该群晚于其他两群，却倾向于将该群归属于中元古界蓟县系。

最近，我们在内蒙古乌拉特前旗大佘太镇北东侧山黑拉一带的什那干群下部，发现了多层火山成因的沉积夹层，并对其中的层凝灰岩（tuffite）（NM-1191）开展了SHRIMP锆石U-Pb年代学研究，获得了1 614±8 Ma的年龄值。这一新进展精确标定了其所代表的火山喷发时间，也第一次直接限定了什那干群的形成时代，为该地区其他相关问题的深入开展及最终解决，提供了关键的年代地层学制约。

1 地质背景和样品特征

当前定义的什那干群，是20世纪60年代研究者们在编写1/100万呼和浩特幅地质图说明书时，基于上述新进展重新厘定并沿用至今[2]。数十年来的工作表明，虽然该群露头比较零星，但自乌拉特前旗向东，经固阳、武川、四子王旗、卓资，直到察右后旗等地，在超过300 km的广大范围内均有见及，而且大致也呈近东西向的狭长条带状展布[1-2,16]（图1）。

由于孙健初先生最早命名“什那干石灰岩”时并未指定其层型剖面，研究者们在比较地层连续性和典型性等基础上，选择以内蒙古乌拉特前旗大佘太镇北东的山黑拉（拴马桩西侧高山）剖面（图2），作为该群的代表剖面或标准剖面（选层型）[1-3,16]。虽然该群主要散见于阴山南坡（图1），但在区域上，由于其下部主体为紫红色砂砾岩夹碳酸盐岩、上部为含燧石条带及叠层石礁丘白云岩的“两分性”特征比较稳定，与下伏新太古代乌拉山岩群等变质基底及上覆寒武系的接触关系明确，该群又可分为上下两个“岩组”[1]。

根据资料[1-2，16]，在山黑拉剖面上，该群总厚度大于1 000 m。其“下岩组”厚约175 m，底部以复成分砂砾岩不整合于新太古代乌拉山岩群之上。其岩性主要为砂砾岩及粉砂质泥岩夹砂质白云岩、燧石条带白云岩等组成的旋回性沉积。中下部呈猪肝色，近顶部含锰，可呈褐黑色；其“上岩组”与“下岩组”连续沉积，其顶部则与寒武系呈平行不整合接触，其厚度接近850 m。该岩组主要为灰色厚层状含燧石团块-条带白云岩及白云质灰岩，下部含锰，夹有泥质灰岩，含多层叠层石。山黑拉主峰以及杓头山等主要由该岩组构成（图2）。

本次所发现的火山成因沉积夹层，见于山黑拉西坡、该群标准剖面[1]北侧约400 m山梁上，属于该群“下岩组”中下部（图3）。这些夹层为浅豆绿色-灰白色，厚度一般数厘米。大部分夹层虽含有凝灰质，但同时也含有许多陆源碎屑，分选出的锆石基本上为再沉积的碎屑锆石，因此应称之为沉凝灰岩或凝灰质粉砂岩等火山碎屑岩。本次测年研究的锆石U-Pb年龄样品（NM-1191）（图3）来自其中一层凝灰岩。其原岩岩层厚约30 cm。整体呈现出特殊的浅豆绿色，新鲜面半透明，质地坚硬，但岩性较脆（图4A、B）。

在显微镜下，该样品具有较典型的残余凝灰结构（图5），主要由微细的酸性火山尘组成，并存在明显的脱玻化和水云母化。其局部含有相当多细小的残余玻屑，并可见少量（＜10%）细小（30～50 μm）的针状、弓状、棱角状石英（图5A）及长石晶屑（图5B）。由于该样品岩石薄片当中整体为火山凝灰物质，基本未见陆源碎屑，因此应属于比较典型的层凝灰岩。其整体上粒度微细、特别是细小且稀少的石英及长石晶屑，则可能显示其距离火山源头相对较远。

2 锆石SHRIMP U-Th-Pb 同位素测试流程及结果

2.1 样品前处理

在野外露头上，尽量去除近地表的风化部分，并采集每个单层的中间部位最新鲜、无后期脉体穿插的岩石，作为锆石U-Pb 年龄样品，每件样品大约5 kg。将样品用清洁水清洗多遍并晾干后，再进入粉碎及锆石分选等环节工作。锆石分选由河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。在北京离子探针中心完成锆石样靶的制备及其阴极发光（CL）图像成像、透反射照相等工作。锆石分选及制靶的具体规范与流程，可参考文献[25-28]等。

由阴极发光图像可知（图6），样品NM-1191的锆石大小基本均一，一般都在80～100 μm；大部分锆石颗粒为短柱状，其外部具有清晰完好原始晶棱的自形晶轮廓，未见明显的磨蚀与搬运痕迹；其内部具有纹路规则、纹层明显且较为致密的同心震荡型环带，而且环带宽度、类型等基本相似，显示出同源锆石的特点；另外，尽管少数锆石颗粒其外部出现了宽度有限的亮白色热蚀变边缘（参见图6测点4.1及7.1等），但其大部分的内部环带仍然保持完好。上述特点均表明，当前样品的锆石具有典型的同源的中酸性岩浆锆石特征，而且并未经历强烈的后期构造-热事件变质作用，也未经过明显的磨蚀-搬运作用[29]。

2.2 U-Th-Pb同位素测试

锆石（NM-1191）原位U-Th-Pb同位素测试在北京离子探针中心使用SHRIMP II探针质谱完成。其测试原理和测试流程、仪器参数和实验参数等，可参见文献[25，30-32]。测试过程中，交替测试标准样品TEM（206Pb/238U 年龄为417 Ma[33]），以用于校正未知样品的Pb/U分馏；用标准锆石M257的测值（206Pb/238U年龄为561 Ma[34]）标定标准样品TEM和未知样品的U含量（Th和Pb含量根据U含量及年龄进一步计算得到）；本次测试中，标准样品TEM测点和未知样品测点按1/3 比率交替测试，然后应用SQUID[35]和Isoplot[36]程序进行数据处理，计算过程中采用锆石样品中实际测得的204Pb 进行普通Pb校正。

2.3 测试结果

本次测试共完成21个样点的U-Th-Pb同位素测试，结果参见表1及图7。当前21个测点的207Pb/206Pb年龄非常接近，不和谐度介于0～9%之间；其Th/U比值大部分介于1.04～1.52之间，有2个稍小于1.0（0.79，0.92），但均指示明显的岩浆型锆石特点[37]。所有测点的U 含量多介于110～200 μg/g 之间，其中有3 个在81～96 μg/g之间，1个为247 μg/g。

所测定的21个样点当中，大部分数据在U-Pb谐和图中的投图点位于U-Pb谐和线附近（图7）。这21个点的207Pb/206Pb 年龄加权平均值为（1 614±8）Ma（MSWD=0.17），且它们构成的不一致线与谐和线的上交点年龄为（1 620±16）Ma（MSWD=0.13），两者在误差范围内基本一致。由于上交点年龄的误差是207Pb/206Pb年龄加权平均值误差的2倍，故采用（1 614±8）Ma作为这些锆石的结晶年龄，也即当前层凝灰岩所代表的火山事件喷发时间。

3 讨论

3.1 什那干群形成时代的限定

层凝灰岩NM-1191 夹层喷发时间（1 614 ± 8）Ma的确认，实际上也限定了什那干群的形成时代。在本文所研究的山黑拉西坡剖面（图3）上，该夹层距离什那干群“下岩组”[1]底界约100 m左右，距离其顶界大约80 m。“下岩组”主要为砂砾岩夹砂质白云岩等，属于比较典型的滨浅海相沉积，其沉积速率一般相对较高，没有大的间断的话，其真正延续时间不会太长。由此可以粗略地推测，山黑拉一带“下岩组”底界，同时也是什那干群底界开始沉积的时限，可能为1 620 Ma 上下；而该群“下岩组”的顶界，应略大于、或者说比较接近1 600 Ma。另一方面，由于该群“上岩组”与“下岩组”之间为连续沉积、整合接触，因此该群“上岩组”的形成时代，自然也可笼统地表述为“小于1 600 Ma”。

资料[1-2,16]表明，什那干群“上岩组”在山黑拉一带厚度接近850 m，在整个阴山地区的最大厚度接近1 000 m，主要为厚层状含燧石条带白云岩-白云质灰岩，含有各类叠层石，整体属于典型的滨浅海相沉积。燕辽地区，特别是蓟县剖面中元古界蓟县群高于庄组及雾迷山组，岩性与当前什那干群“上岩组”非常相似，主要也为含燧石条带白云岩-白云质灰岩组合（也即前文孙健初先生最初与之比较的“南口灰岩”序列），其最大厚度分别超过1 700 m 和3 400 m[3,5]。参照现在相关层位测年（表2）[11-12，26，27，38-41]，可大体估算出燕山地区蓟县群这两个组所对应的延限分别为40～50 Ma及60～80 Ma。由此，在忽略小规模沉积间断等前提下，燕山地区这两个岩性组的平均沉积速率，可粗略地估算为35～60 m/Ma。

由于当前什那干群的滨浅海相沉积组合特征以及盖层性质[1,18,20-21]与燕辽地区中元古界基本相同[9]，即它们形成时应处于大体相似的沉积背景，因此上述沉积速率，理论上也大致适用于什那干群。基于此，本文按照什那干群“上岩组”最大厚度1 000 m，可进一步估算出“上岩组”的最大延限，大体上应在30 Ma（28～36 Ma）左右。鉴于上文已将该群“下岩组”的顶界大体推算为～1 600 Ma，因此其“上岩组”顶界、也即整个阴山地区什那干群顶界的最大时限，则大体应在1 570 Ma前后。

综上，根据层凝灰岩NM-1191锆石U-Pb年龄以及相似沉积序列平均沉积速率的估算，整个什那干群的延限，可大体上限定在1 620～1 570 Ma 之间。这一延限，对应着国际古元古代固结纪（Statherian Period，1 800～1 600 Ma）最末期-中元古代盖层纪（Calymmian Period,1 600～1 400 Ma）最初期，也即中国中元古代长城纪（1 800～1 600 Ma）最末期-蓟县纪（1 600～1 400 Ma）最初期。具体来说，什那干群“下岩组”（1 620～1 600 Ma），大体对应于固结纪（长城纪）最末期，而其“上岩组”（1 600～1 570 Ma），则应属于盖层纪（蓟县纪）最初期。

3.2 什那干群与渣尔泰山群-白云鄂博群的关系

基于地层序列的可比性，脱胎于“南部白云鄂博群”的渣尔泰山群，与现今定义的白云鄂博群之间，一直被认为属于“同时异相”的时空关系[1-3，9，15-16，18，20-24]。同时，尽管都不整合于太古宙变质基底之上，但与渣尔泰山群及白云鄂博群相比，什那干群基本没有发生变质作用，更无强烈的褶皱变形，并且总是与寒武系-奥陶系等以平行不整合相伴生，因此显现出典型的盖层性质。基于此，许多研究者都认为，什那干群与另外两个群之间，应该是上下（新老）关系[1-3，9，18-24]。然而，当前什那干群新年龄及其他两群的相关进展表明，上述传统认识可能并不完全合理。为便于说明，有必要将近年来白云鄂博群及渣尔泰山群的相关进展做一梳理和概括。

这里需要先简单讨论一下化德群[42]。得名于化德县的这套地层，主要见于河北张家口市-内蒙古乌兰察布盟（市）交界地带的化德、商都、康保等地。多年研究表明，它们具有大体类似于白云鄂博群-渣尔泰山群的组成特征，因此学者们多认为应属于白云鄂博-渣尔泰山裂谷盆地体系的东延部分[1-2，16，20-21，24，43-48]。近年来，笔者曾沿着白云鄂博/渣尔泰山-达茂旗-四子王旗-察右后旗-商都-化德一线，开展了较系统的对比观察。结果表明，至少直到商都-化德交界处的这套地层，都没有发生太深变质和变形，与典型地区白云鄂博群相关单元面貌基本一致。李承东等[49]曾提出，由于在康保附近化德群中见有1.8～2.1 Ga古元古代花岗岩侵入，建议该群应归属于古元古代；然而稍后胡波等[43]在相同地点的研究则表明，这些岩体应属于460 Ma左右的古生代侵入体，对限定化德群沉积时代没有明确意义。这其实表明，尽管康保一带的化德群区域变质程度较深[42,49]，但其整体特征和商都以西的白云鄂博群并无太大区别，因此仍可继续沿用白云鄂博群的地层划分。

另一方面，狼山一带原定为中元古代“渣尔泰山群”的地层，早先就有学者认为和标准地区并非同一套沉积[1,3]，最近则已被证实确实属于新元古代并建立“狼山群”[44]，因此将不在本文的讨论范畴。

3.2.1 白云鄂博群的年代地层学进展

（1）火山成因夹层的年代学限定

早在1991年，王楫等①王楫等.白云鄂博群单颗粒锆石U-Pb年龄测定及其地质意义[C]//中国地质学会同位素地质专业委员会、核工业北京地质研究所.中国北方前寒武纪年代地质学讨论会论文摘要汇编[A].北京，1991：25-27.在“中国北方前寒武纪年代地质学讨论会”上，就报告了他们在白云鄂博矿区北侧尖山组暗色板岩（实为富钾粗面火山岩或拉班玄武岩，为含矿层顶板）中用TIMS法（同位素稀释热电离质谱法）测得锆石U-Pb年龄为1 728±5 Ma。该年龄的实际测试者（也即本文作者之一）李惠民研究员确认，这个样品的采样层位，王楫老师当年曾带领他们前去观察过，的确属于尖山组上部、习称H5的黑色（暗色）板岩。其锆石分选工作由当时的内蒙古区域地质调查队自己完成，锆石U-Pb同位素测试实验工作则由李惠民研究员在天津地质矿产研究所完成。从该样品中分选出两类锆石，最后获得了两组不同年龄。其中一类为“浅（粉）红色或无色透明的自形锆石，无裂纹、无包体、无蚀变和次生变化等，其年龄（1 728±5 Ma，n=5，2σ）代表富钾粗面火山熔岩的生成年龄”；另外一类“无色透明针状细长小晶体锆石的铀-铅含量、208Pb/206Pb比值（近似反映锆石当中钍与铀的比值）和年龄值（316.7±16.2 Ma，n=5，2σ）都与前一类有较大差异，其年龄代表了火山熔岩形成后所遭受的一次与成矿作用有关的热构造事件的年龄。因此，白云鄂博群的H5岩段以下的地层（即都拉哈拉组和尖山组）年龄大于1 728±5 Ma，并在地层形成之后还经受了316.7±16.2 Ma等热构造事件的影响”（引自王楫等①）。

稍后，梁玉左等[50]专门引用了这一当时的最新成果来支持其相关地层时代的认识；王楫等[21]也在相关论著里引用了自己的这一年龄值。然而令人不解的是，其一，王楫等[21]引注为“白云鄂博群尖山组基性火山岩单颗粒锆石U-Pb测得年龄1 728±5 Ma,代表尖山组成岩年龄”；其二，这一引注放在了白云鄂博群最顶部单元—呼吉尔图组有关文字之后，而没有紧随尖山组之后，很是突兀而费解。根据上下文含义，特别是上述会议摘要，我们推测，此处首先有可能是当年编辑排版的一处错误，其次是这里的“成岩”很可能应是“（沉积岩）形成”之意（误）。

进入新世纪之初，陆松年等[51]公开报道了上述年龄，这也是该年龄值的正式出版文献。不过关于这一年龄值的相关层位，该文只是说来自于白云鄂博群的下部某组（A single-zircon U-Pb age of 1 728±5 Ma, however, has been obtained from a basalt sample from the lower formation of the Baiyun Obo Group,and it is reasonable to infer ca.1.8 Ga as the bottom time boundary of the group.）[51]。不得不说这一表述在一定程度上影响到了人们对于这个年龄值本身的采信和关注，因为上述会议摘要集并非正式出版物，目前也只能通过国内极少数单位的资料/档案馆、或当年参会并保存有当初摘要集的人员，才可查阅到全文。

最近，有学者[48]将这一年龄值在其文章中表述为“尖山组基性火山岩的单颗粒锆石年龄1 728 Ma被认为是成岩年龄（Lu et al.[51]）”。该文与上面两篇文章[21,50]类似，明确了其具体的产出层位；然而“成岩年龄”这一实际沿袭王楫等[21]，但出处却是“（Lu et al.[51]）”的表述，无疑又导致了新的困惑。其实，由Lu et al.[51]的原文（参见上文等）可知，该年龄值是锆石及玄武岩的形成年龄（尽管没有明确来自尖山组），“凭此年龄值可将该群的底界合理地限定为～1.8 Ga”。

在刘超辉和刘福来[46]文章里，还专门介绍了比鲁特组发现火山碎屑岩夹层的年龄结果。实际上这也是对他们稍早工作（Liu et al.[45]）的更正。通过对岩石薄片及锆石的进一步观察分析，他们确认，稍早研究中认为是“粉砂岩”的样品，应属于火山碎屑岩（沉凝灰岩），其锆石主要为特征类似的岩浆型自形晶，大部分有着均一的年龄，并得到207Pb/206Pb年龄加权平均值为1 510±7 Ma的形成年龄。经本文作者与刘超辉博士本人核实，他们文中夹有这一火成岩夹层并获年龄值的“比鲁特组”[46]，在新近工作中被进一步确认来自化德县附近的化德群中部“戈家营组”[48]，样品号为09HD16-1。这一进展在限定比鲁特组（戈家营组）相关层位时代的同时，也从另一角度再次说明，化德群其实和白云鄂博群有着很好的可比性，它们当初实属同一个盆地，可以沿用同一套地层系统。

（2）侵入体年代学限定

白云鄂博稀土矿主体及周围发育有许多岩浆成因的碳酸岩岩体和岩脉[20，24]，一直为学者们所关注。近年来具有代表性的年代学工作包括：在侵入到都拉哈拉组和尖山组的碳酸岩岩脉中，获得了SHRIMP锆石U-Pb年龄～1 420 Ma[52]、以及锆石Th-Pb年龄～1 300 Ma[53]；在侵入哈拉霍圪特组同类岩脉中，获得其锆石SHRIMP Th-Pb年龄为～1 325 Ma[54]等；最近在主矿体碳酸岩岩体当中，再次获得其热液型锆石Th-Pb年龄为～1.3 Ga[55]。

其他类型侵入体的相关研究包括：在商都-化德一带，在侵入于白云鄂博群都拉哈拉组和比鲁特组等的A-型花岗岩及花岗闪长岩当中，分别获得了～1 320 Ma[56]及～1 330 Ma[57]的SHRIMP 锆石U-Pb 年龄；在侵入都拉哈拉组和比鲁特组的辉长岩中，获得了～1 670 Ma及～1 340 Ma的LA-ICPMS锆石U-Pb年龄[58]；在侵入于哈拉霍圪特组的金伯利岩当中，获得了～1 550 Ma的LA-ICPMS锆石U-Pb年龄[59]等。

显然，上述侵入体年龄在限定相关地层形成时代上限的同时，也从另一个方面反映出了与构造-岩浆活动密切相关的白云鄂博稀土矿主要的成矿时代及热事件年代。

（3）碎屑锆石年代学限定

由于白云鄂博群（化德群）整体上缺乏可以直接测年的火山岩夹层，围绕该群的碎屑锆石年代学研究工作，近年来一直在不断增加[43，45-48，60-69]。

值得注意的是，Liu et al.[47]根据其研究，并参照其他相关进展，明确提出可将白云鄂博群划分为三个沉积阶段：（1）1.81～1.65 Ga，对应该群下部都拉哈拉组-尖山组；（2）1.56～1.35 Ga，对应哈拉霍圪特组-比鲁特组；（3）1.19～0.92 Ga，对应白音宝拉格组-呼吉尔图组。最近，他们又结合新的材料，进一步完善了这三个沉积阶段的特征，并探讨了可能的物源区、以及华北克拉通与Rodinia 再造关系等[48]。另一方面，最近钟焱等[67]根据新的碎屑锆石年代学结果的统计方法，对现有相关工作做了系统分析，进一步约束了白云鄂博群（化德群）各相关地层单元的最大沉积年龄（MDA:Maximum depositional age）。

本文认为，Liu et al.[47-48]以及钟焱等[67]的研究，都属于目前对白云鄂博群碎屑锆石年代学工作的系统分析和最新总结，具有相当的代表性和可参照性。本文基本赞同他们有关三个沉积阶段的框架性观点，同时结合其他进展，对各阶段分界的具体时限，略作了补充和修正（表2）。

3.2.2 渣尔泰山群的年代地层学划分与厘定

有关渣尔泰山群的年代学研究，最早来自于该群中部阿古鲁沟组碳质板岩-泥质白云岩所发现的层控型多金属硫化物矿床测年，并获得了1 599～1 621 Ma 的方铅矿、黄铁矿矿物结晶年龄，由此认为该组及整个该群的形成时代应稍早于1.6 Ga[20]；同时人们也确认，侵入于渣尔泰山群书记沟组的花岗斑岩，其单颗粒锆石U-Pb测年为～1 492 Ma[20]，表明相应层位形成时代不晚于1.5 Ga。

进入21世纪，研究者通过对渣尔泰山群底部书记沟组中基性火山岩夹层的LA-ICPMS锆石U-Pb测年，获得其最年轻岩浆型锆石谐和年龄为1 743±7 Ma，认为可代表其喷发时间，并将该群的底界限定为1 750 Ma前后[78]。

近年来，一些研究者在该群当中也开展了碎屑锆石年代学研究[48,82]。其中，公王斌等[82]的书记沟组样品，其年龄介于1 732～2709 Ma（n=100）之间，阿古鲁沟组样品年龄介于1 797～2 987 Ma（n=99）之间；在刘洪湾组则分别获得了1 838～2 511 Ma（n=93）和1 746～2 650 Ma（n=53）的锆石年龄，由此比较宽泛地“限定渣尔泰山群的最小沉积时限小于1.8～1.9 Ga”[82]。

根据其最新研究，Liu et al.[48]认为阿古鲁沟组底界可限定为～1.6 Ga，而整个渣尔泰山群划分为两个沉积阶段：第一个阶段包括书记沟组、增隆昌组与阿古鲁沟组，大致对应他们所提出的白云鄂博群前两个沉积阶段；第二阶段只包括刘洪湾组（晚于～1.2 Ga开始沉积），大致与白云鄂博群第三阶段白音宝拉格组-呼吉尔图组相当。

值得注意的是，在该群增隆昌组顶部，乔秀夫等[22]曾识别出一个红土型风化壳，认为其性质与燕辽地区中元古界铁岭组顶部及中奥陶统顶部等风化壳类同，并命名为“增隆昌隆升”；同时还在阿古鲁沟组顶部也识别出一个类似的大陆侵蚀面，并认为该界面可对应于马杏垣等[18]提出的“色尔腾运动”或劳秋元等提出的“阴山运动”[19]。稍晚，谭琳等[23]则从更广大范围内论证了这两个界面的存在及其区域特征。

本文认为，尽管形成这两个区域性剥蚀面的机制还需更进一步的工作，但凭此应可将渣尔泰山群沉积过程也自然地划分为三个沉积阶段。这表明，该群与紧邻的白云鄂博群内的三个沉积阶段，不仅在形式上一致，而且时限上也是大体相当的（表2）。

3.2.3 什那干群-渣尔泰山群-白云鄂博群之间的时空关系

根据上文所梳理的年代地层进展，本文可以确认，什那干群大体上应与渣尔泰山群阿古鲁沟的中下部对比，同时还可与白云鄂博群哈拉霍圪特组中上部对比，它们都属于固结纪-盖层纪之交（长城纪-蓟县纪之交）的沉积建造（表2）。换言之，根据当前的什那干群新年龄，以及其他两群的新进展，本文认为，在什那干群形成阶段，阴山南北这三个群的时空关系，并不是传统上所认为的先后（早晚）关系，而是类似于中国历史上的“三国时期”，可简单概括为“三群并立”、“同时异相”的沉积古地理格局。这样的对比关系，说明三者曾拥有过统一的构造应力场背景和沉积演化过程。限于篇幅，其更系统的地质学意义将另文予以讨论。

3.3 什那干群的横向对比：固结纪-盖层纪之交的同一个华北克拉通陆表海？

根据当前什那干群的年代学新资料，结合近年来在华北克拉通北、南缘陆续取得的年代地层学新进展[12，39-40，70-75]，本文认为，当前的什那干群，无论是年代学框架还是沉积组合特征，其整体不仅可与华北克拉通北缘燕辽地区以及太行山地区的大红峪组-高于庄组对比，而且也基本与南缘的洛峪口组-龙家园组相当（具体参见表2及相关文献[12，39-40，70-75]）。

另外，在鄂尔多斯西缘的贺兰山-千里山一带，传统的中元古界包括黄旗口组和王全口组[83]。黄旗口组以紫红色-灰白色石英砂岩（石英岩）为主，夹有白云岩，一般厚度约300 m上下，王全口组以含燧石条带白云岩为主，含有丰富的叠层石，局部呈藻丘状，最大厚度约1 000 m[83]。也就是说，该地区的这两组，其岩性组合、沉积厚度及叠覆关系等，与直线距离不到400 km的山黑拉一带的什那干群上、下两个岩组，是基本一致的。而最近一些学者们[79-80]在该地区黄旗口组-王全口组的碎屑锆石年代学研究结果也表明，该地区的王全口组应形成于1 610 Ma之后，下伏的黄旗口组则应沉积于之前，即它们应属于古-中元古代之交的沉积记录。这表明该地区两组的形成时代，其实也与当前的什那干群大体相当（表2）。

需要说明的是，有研究者[84]曾报道了贺兰山-千里山一带被黄旗口组截切的基性岩墙群，其形成年龄为～8.1亿年，从而认为黄旗口组-王全口组应属于新元古代。然而必须指出的是，从该文所附地质图可以发现，获得该测年的岩墙（05QLS22）是侵入到早元古代千里山杂岩当中的，但是在其延展范围内，该岩墙并没有直接被黄旗口组所覆盖（截切）。因此本文认为，该岩墙并不一定能代表该地区所有被覆盖类似岩墙的产出时代。

在华北克拉通西南缘（鄂尔多斯西南缘）的甘肃平凉-华亭以及陕西岐山-千阳-陇县一带，也发育有一套富含叠层石及燧石条带白云岩为主的中-新元古代沉积[85-88]。长期以来，根据与北邻宁夏固原等地相关沉积的可比性，许多研究者把华亭马峡口-陇县景南山一带出露的这套沉积，直接称之为黄旗口组-王全口组[85-86]；对于陕西岐山-千阳-陇县一带出露的这套沉积，则因其与洛南-卢氏，即豫-陕-晋交界处相关地层距离较近、岩性可比，直接划分为高山河群（组）及官道口群等，而分别归属中元古代长城纪及蓟县纪[87-88]。

最近有学者报道，在华亭马峡口出露的“高山河群”当中发现了多层凝灰岩夹层，并获得了1 759±17 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，从而提出将该地区高山河群的沉积时限约束为1 770～1 600 Ma[89]。然而，根据其锆石CL图像（参见原文图3），绝大部分颗粒外部轮廓圆润、并切割了内部环带等特征来看，应该都经历过相当程度的磨蚀与搬运。为此，作者之一（苏文博）等，曾于最近专赴该剖面进行了详细观察，发现其确实是一套紫红-灰白色厚层状石英岩型砂岩，也夹有多层厘米级的薄层状凝灰岩型沉积（参见原文图2a，b）。然而，这些砂岩当中普遍发育槽状-楔状交错层理，这些“凝灰岩”夹层的厚度，沿所在层面延伸也非常不稳定。显然，此处的“凝灰岩夹层”，是一类在非常动荡的滨浅海水体环境下，在并不平整的沉积底床的相对低洼处，所产生的滞留型沉积。这样的凝灰质沉积，陆源碎屑通常占绝对优势（参见原文图2c）；其中的锆石本身，绝大部分都属于再沉积类型（参见原文图3）。从严格的沉积岩石学分类定义角度来说，这样的夹层更应该称之为“沉凝灰岩”或“含凝灰质粉砂质泥岩”，因而其中的锆石，应视为重矿物型碎屑组分，其年龄值也就不宜再直接作为相关地层的形成年龄。

基于此，本文推测，位于鄂尔多斯西南缘地区的这套以富含叠层石及燧石条带白云岩为特征的沉积（“王全口组”或“官道口群”），以及下伏以砂岩为主的“黄旗口组”或“高山河群（组）”等，其层位和时限，很可能都应与贺兰山-千里山一带的黄旗口组-王全口组以及豫-陕-晋交界地区的洛峪口组-龙家园组基本相当；和什那干群一样，它们可能都属于固结纪-盖层纪之交（长城纪-蓟县纪之交）的一套岩性组合相似的滨浅海相沉积（表2）。

值得注意的是，阿拉善南缘龙首山地区的墩子沟群，也具有贺兰山-千里山一带黄旗口组-王全口组类似的地层组合，而且传统上一直被归属于中元古界长城系-蓟县系[1-2，85-86，90]。笔者最近的观察也确认，该群的岩石组合特征及叠覆特征，与贺兰山-千里山一带的黄旗口组-王全口组之间有着良好的可对比性。因此，尽管目前还缺乏更直接的年代学证据，但本文认为，至少墩子沟群的中下部（即石英砂岩为主的“下岩组”以及富含叠层石及燧石条带的白云岩为主的“中岩组”），其沉积时代大体上也应与什那干群基本相当（表2）。

实际上，一些学者[91-94]的研究已确认，龙首山地区及整个阿拉善地块，其新太古代-早元古代变质基底，同样具有与华北克拉通主体类似的～2.5 Ga 的TTG岩系，并经历过2.0 Ga岩浆侵入，特别是～1.95 Ga和～1.85 Ga两次变质事件；而其上覆的中-新元古代盖层型沉积，其碎屑锆石也具有明显的华北克拉通主体来源属性。因此他们认为，至少到中-新元古代早期，阿拉善地块与贺兰山以东的华北克拉通主体，仍属于一个统一的克拉通板块。

基于我们最近的观察和分析，从沉积学及地层学角度，本文赞同上述许多学者的观点，即至少在中元古代早期，龙首山地区及整个阿拉善地块仍然显示出亲华北的属性，或者说很可能仍属于华北克拉通的范畴。至于因为新元古代发育一些类似时间和性质的岩浆事件等，一些学者提出阿拉善地块具有亲扬子克拉通或塔里木克拉通属性（e.g.参见文献[95-96]）等，本文认为，这其实应已属于华北克拉通从哥伦比亚超大陆阶段进入到了另一个罗迪尼亚超大陆阶段的故事，两者之间应该并不矛盾，但应按时间来分别讨论。

综上，以当前获得高精度年龄约束的什那干群为桥梁和线索，本文初步建立起这一阶段阴山地区与燕辽及太行山地区、华北南缘-西南缘、华北西缘千里山-贺兰山地区相关地层的对比关系及年代地层格架，并初步推定了它们与阿拉善南缘龙首山地区的可对比性（表2）。此前许多研究者[13，97-100]曾从不同角度论证了该阶段华北克拉通北缘与南缘的可比性及其可能的连通性。我们的新进展则进一步表明，至少在固结纪（1 800～1 600 Ma）-盖层纪（1 600～1 400 Ma）之交（相当于长城纪-蓟县纪之交），即～1 600 Ma前后一段时间内，包括阿拉善地块在内的整个华北克拉通范围内，很可能曾经拥有一个广泛连通的泛华北陆表海—从南到北，自东而西，在整个华北克拉通的大部分区域，几乎都曾被这一片统一而广袤的海水所覆盖，从而形成了如此相似而均一的杂色砂岩（下）+富含燧石条带及叠层石白云岩（上）的滨浅海沉积（图8）。

显然，目前的资料已表明，古元古代固结纪-中元古代盖层纪之交，与华北克拉通相关的一系列有关地球表部圈层演化过程的重要事件，特别是哥伦比亚超大陆的逐步裂解、水圈-大气圈氧化以及宏观藻类生物演化等，这样一个海水广布、流动通畅的陆表海，都应该曾是其见证者和记录者。系统剖析此间可能存在的各类层圈耦合演化信息，应成为今后值得深入探讨的一个重要命题。

4 结论

本研究主要在以下几方面获得了新进展和新认识：

（1）在内蒙古乌拉特前旗大佘太镇附近的什那干群下部，第一次发现层凝灰岩（NM-1191）并开展了SHRIMP 锆石U-Th-Pb 同位素年代学研究，获得了1 614±8 Ma（n=21,MWSD=0.17）的高精度年龄，标定了相关火山事件的喷发时间，也限定了该群的形成时代，即该群应属于国际古元古代固结纪-中元古代盖层纪（中国中元古代长城纪-蓟县纪）之交沉积。

（2）什那干群新年龄表明，它与邻近的渣尔泰山群、白云鄂博群相关层段，并非传统的上下（早晚）关系，而应属于“三群并立”、“同时异相”的时空关系。这一新的年代学格架，为正确恢复阴山地区这三群的沉积古地理格局以及华北克拉通北缘该阶段板块构造属性及其演化等，提供了重要的年代地层学基础。

（3）基于新的年龄数据及相关资料，本文确认，什那干群可与华北燕辽-太行地区大红峪组-高于庄组、南缘洛峪口组-龙家园组、鄂尔多斯西缘-西南缘黄旗口组-王全口组等基本可比，并推测可能与阿拉善南缘龙首山地区墩子沟群中下部大体相当。这一对比关系表明，固结纪-盖层纪之交的华北克拉通，很可能曾发育一个广袤而统一的陆表海，并可能与该阶段哥伦比亚超大陆演化、海水/大气氧化以及宏观藻类生物群演化等地球表层重大事件，存在着密切的联系。

致谢：天津地质矿产研究所（即现中国地质调查局天津地质调查中心）自成立以来，其在中国前寒武纪研究中的引领与推动作用，始终为学界所敬仰与推崇；本文作者之一（苏文博）在相关工作中，一直得到该所众多前辈与同行的提携和帮助，并得惠于本刊（《华北地质》也即《地质调查与研究》）编辑部的抬爱，于建所五十周年专辑中报道了当时华北南缘新测年；今又适逢其六十华诞，谨以华北北缘新进展，再致以衷心祝贺及诚挚谢意！准备此文期间，了解到什那干群的初创者孙健初老先生于艰难的1930年代在内蒙等我国西部地区所开展的地质报国工作、以及1952年初冬不幸因煤气中毒而英年早逝，感佩至深，唏嘘不已。值其去世七十周年之际，谨向孙老先生深表怀念和敬意。同时感谢北京离子探针中心同仁们所给予的大力支持，以及研究生马驭舟等同学的积极参与。最后一并感谢与刘超辉博士的讨论及各位评审专家的意见。

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