吕梁群时代归属新证据*

王惠初 苗培森 康健丽 任云伟 张家辉 李建荣 相振群 肖志斌

1. 中国地质调查局天津地质调查中心，天津 3001702. 中国地质调查局前寒武纪地质研究中心，天津 3001703. 山西省地质调查院，太原 030006

吕梁山区是华北克拉通经典的前寒武纪变质岩出露地区，在我国的前寒武纪研究中有着重要地位，著名的“吕梁运动”在这里命名，倍受前寒武纪地质研究者所关注。吕梁地区前寒武纪岩石组成复杂，前人多称之为吕梁变质杂岩。大地构造上位于“中部造山带”中段西缘(图1b, Zhaoetal., 2005)。吕梁变质杂岩由多期次的变质花岗质侵入体和变质火山-沉积地层组成，变质花岗质侵入体可以划分为新太古代TTG片麻岩(残留)、古元古代早期的盖家庄期花岗岩(～2.37Ga)、古元古代中期的赤坚岭杂岩(2.2～1.9Ga)及古元古代晚期的关帝山花岗岩(云中山花岗岩，～1.8Ga)(耿元生等, 2000, 2003, 2006; Zhaoetal., 2008; Liuetal., 2012; 杜利林等, 2012; Santoshetal., 2015)。变质地层则包括界河口群、吕梁群、野鸡山群/岚河群及黑茶山群等(图1)。

分布于吕梁山区西侧的界河口群(图1)，早期被认为是吕梁山区最老的沉积地层，时代归属于中太古代(山西省地质矿产局, 1989; 武铁山, 1997; 表1)。界河口群主要由富铝片麻岩-变质砂岩-大理岩等组成，(高)角闪岩相变质，富铝片麻岩中常见含石墨，与孔兹岩系类似(吴昌华等, 1997; 万渝生等, 2000)。最近几年从界河口群中解体出一些花岗质侵入体，从这些花岗质侵入体中获得的锆石U-Pb年龄为2.2～2.0Ga(Zhaoetal., 2008; 杜利林等, 2012; Santoshetal., 2015及笔者资料)，界河口群碎屑锆石年龄谱也显示存在大量2.3～1.9Ga的碎屑锆石(万渝生等, 2000; Xiaetal., 2009; 刘超辉等, 2013; 田辉等, 2014; Santoshetal., 2015)，界河口群归属于古元古代已基本达成共识。

岚河群、野鸡山群和黑茶山群从东到西以三个各不相连的构造片体分布于吕梁山区，其中岚河群不整合在吕梁群和赤坚岭杂岩之上；野鸡山群则夹于界河口群与赤坚岭杂岩之间，局部保存有与赤坚岭杂岩的不整合覆盖关系；黑茶山群则局限在黑茶山顶部，与界河口群呈构造(断层)接触(图1)，三个群均归属古元古代，但它们之间的是否存在新老关系却一直存在争论。《山西省岩石地层》(武铁山, 1997)将其与五台山区滹沱群相对比，岚河群、野鸡山群和黑茶山群分别对应于豆村亚群、东冶亚群和郭家寨亚群。张建中等(1997)在1:5万盖家庄幅、马坊幅区调工作基础上，发现前人所建立的野鸡山群以变质基性火山岩为核，向斜两翼岩性差异较大；岚河群在宝塔山一带呈倒转向斜产出，且发育两层基性火山岩；通过全区地层剖面分析、对比，认为古元古界黑茶山群、野鸡山群和岚河群并非上下叠置关系，而是侧向相变关系。

分布于吕梁山区中部的吕梁群以其丰富的铁矿资源和重要的大地构造位置而为众多地质学家所关注，但对其形成时代以及形成构造背景长期存在争议。在形成时代上，一种观点认为吕梁群属新太古界，岩性可与五台地区的五台群高凡亚群对比(徐朝雷和徐友华, 1985; 张齐春等, 1988; 山西省地质矿产局, 1989; 武铁山, 1997)。因此，学者认为可用吕梁群上部火山岩的年龄来限定五台群及吕梁群的顶界面，并根据2470Ma的Sm-Nd全岩等时线年龄值，确定五台群以及吕梁群都形成于太古宙(张齐春等, 1988)，并把吕梁群的变质作用归结为五台运动的产物。另一种观点则把吕梁群归属于古元古代(Zhuetal., 1988; 于津海等, 1997a, b; 耿元生等, 2000)。20世纪80年代，主要依据吕梁群底部的铁矿类型与世界上典型矿床对比以及变质程度较浅的特点，将其归属于古元古代，但缺乏相应的年代学依据。于津海等(1997b)在吕梁群上部的近周营组基性火山岩和杜家沟组变流纹岩中首次获得2051Ma和2099Ma的锆石U-Pb年龄，据此认为吕梁群火山岩形成于2100Ma左右。耿元生等(2000)报道了近周营组基性火山岩所夹变质火山凝灰岩的微量锆石化学法年龄为2360±95Ma和该组斜长角闪岩的全岩Sm-Nd等时线年龄为2351±56Ma，也将吕梁群置于古元古代。近几年，多位学者对吕梁群基性火山岩和变质碎屑岩进行年代学研究工作，获得基性火山岩的锆石U-Pb年龄集中在～2.18Ga(Liuetal., 2012, 2014a; 赵娇等, 2017)。袁家村组中的沉积变质型铁矿床被认为属于苏必利尔湖型铁建造(沈其韩, 1998; 沈保丰等, 2005, 2010)，也是学术界多将吕梁群归属古元古代的重要原因。

关于吕梁群形成的构造背景，先前的研究倾向于陆内裂谷或者大陆边缘裂谷(于津海等, 1997a; 耿元生等, 2003)。近年来由于吕梁杂岩处于古元古代“中部造山带”(Zhaoetal., 2005)，一些学者在研究了吕梁杂岩中的古元古代花岗岩和吕梁群近周营组火山岩的地球化学性质后认为吕梁群形成于岛弧或弧后盆地的构造背景，约2.18～1.85Ga 期间可能发生了洋壳俯冲和碰撞事件(刘树文等, 2009; Liuetal., 2012, 2014a, b; Zhaoetal., 2008; 杜利林等, 2012;赵娇等, 2017)。

图1 吕梁地区地质简图(a)及其大地构造位置(b, Zhao et al., 2005)

由于岚河群与吕梁群存在角度不整合覆盖关系，吕梁群与盖家庄花岗岩的关系不协调。同时华北克拉通上的鲁西济宁铁矿的形成时代被重新厘定为新太古代(王伟等, 2010; 万渝生等, 2012)，促使我们对吕梁袁家村铁矿的形成时代也进行反思。由此，作者等在宁家湾-盖家庄一带对吕梁群进行了较详细的野外调查，重点观察了盖家庄花岗岩与吕梁群的接触关系和吕梁群中的基性侵入体。从宁家湾附近的变质辉长岩中获得了～2.5Ga的岩浆锆石年龄，为吕梁群的形成时代厘定提供了新证据。这不仅有助于解决吕梁群形成时代和构造背景方面的争议，而且对吕梁杂岩的形成演化乃至华北克拉通古元古代的构造格局研究也具有重要意义。

1 区域地质背景

吕梁群最早由北京地质学院山西实习大队1961年创名，当时称为吕梁山群，仅指娄烦县西川河以南角闪岩相变质的片麻岩及其中的变质沉积岩；1967～1972年山西省地质矿产局区域地质测量队将吕梁群扩大，以西老东新、北老南新的层序为基础，共划分出10个组，归属上太古界(山西省地质矿产局区域地质测量队, 1972(1)山西省地质矿产局区域地质测量队. 1972. 1:20万静乐幅地质图及说明书)；1975年开始的全国富铁矿会战，南京大学地质系、天津冶金地质研究所等科研、教学单位纷纷对吕梁群含铁岩系开展野外调查，发现裴家庄组石英岩交错层示顶构造指示地层正倒与10组方案相反(张富生和朱金初, 1981)。1984年徐朝雷重新厘定吕梁山群层序，认可南京大学东老西新的层序，并将它扩展到南老北新上去，青杨沟组成为吕梁群的底部地层，吕梁群上部三个组划入界河口群中，赤坚岭组改称杂岩，使吕梁群地层由10个组减到6个组(徐朝雷和徐友华, 1985)；山西省地质矿产局区域地质调查队(1992(2)山西省地质矿产局区域地质调查队. 1992. 1:5万盖家庄幅地质图及说明书)完成的1:5万盖家庄幅认为顶部杜家沟组为酸性浅成侵入体，宁家湾组亦为侵入成因片麻岩，同时将当时的周家沟组与袁家村组等同，使吕梁群只保留了4个组：青杨沟组、袁家村组、裴家庄组及近周营组。《山西省岩石地层》专题组在地层清理中确定吕梁群包括袁家村组-杜家沟组四个连续的地层组，加上层位不定的东水沟(岩)组、赤坚岭岩组(武铁山, 1997)。1:25万岢岚县幅区调(山西省地质调查院, 2004(3)山西省地质调查院. 2004. 1:25万岢岚县幅区域地质调查报告. 1-360)基本延用了1:5万盖家庄幅(山西省地质矿产局区域地质调查队, 1992)划分方案(表1)。

表1 吕梁山区早前寒武纪岩石地层划分沿革表

吕梁群主要分布于岚县的前祁家庄至娄烦的罗家岔一带，在岚县的岚城镇附近也有少量出露(图1)。为一套经受中-低级变质作用的含铁碎屑岩-火山岩建造，主要由磁(赤)铁石英岩、石英岩、千枚岩、绿泥钠长片岩、变质粉砂岩等组成。整体呈向西南突出的弧形展布(图1)，主体呈近南北走向、东老西新的倒转层序产出(图2)，岩层向东或北东倾斜，倾角变化较大，以中等倾角为主，局部陡倾(图2b)；内部褶皱构造和韧性剪切带发育。裴家庄组变质碎屑岩中存在大量的原生沉积构造(如交错层、粒序层等)指示地层倒转。

图2 吕梁盖家庄地区地质图(a)和近周营-车道坡地质剖面(b)(据山西省地质矿产局区域地质调查队, 1992修改)

1:25万岢岚县幅(山西省地质调查院, 2004)根据岩石组合特征将吕梁群分为三个组，分别为：袁家村组、裴家庄组和近周营组。

袁家村组：该组是吕梁山区主要工业铁矿床的赋存层位，呈南北走向分布于宁家湾-寺头-尖山一带，下部与盖家庄片麻状花岗岩呈韧性断层接触，顶部与裴家庄组整合接触；岩性主要为炭质绿泥片岩、炭质千枚岩、绢英片岩、菱铁绢云绿泥片岩夹铁英岩，具条带状、豆状、纹层状、鲕状、交错层等原生沉积构造。铁矿建造在空间分布上受后期的褶皱构造和剥蚀作用控制，受多期(至少是两期)褶皱叠加(图2b)。袁家村铁矿虽然在地表总体呈南北向带状分布，但袁家村矿区和尖山矿区为早期褶皱的转折端，因此矿层厚(叠加褶皱加厚)、矿层多(褶皱重复)；而这两个矿区之间的寺头-宁家湾一带因是早期褶皱的翼部，不仅矿层少、厚度薄，且不连续，呈透镜状产出。该组受后期改造影响，地层厚度不稳定，中部厚度大，向南北两端变薄至尖灭。铁矿层位于该组顶部，与裴家庄组的底部石英岩呈整合接触。

裴家庄组：岩性为含黄铁矿千枚岩、含黄铁矿变质粉砂岩、炭质千枚岩、变质粉(细)砂岩及含硬绿泥石绢云片岩、石英岩。该组以顶、底和中间发育三层石英岩为特征(图2b)，具冲洗层理、波痕及粒序层理等原生沉积构造，为前滨沉积；向南变质程度增高，出现含十字石二云片岩及含红柱石二云片岩等，地层出露厚度达2000余米，其上与近周营组呈整合接触。

近周营组：主要为一套发育气孔、杏仁构造的变质基性火山岩，从北向南随变质程度的增高，岩性由含气孔、杏仁的绢云绿泥片岩变为钠长阳起片岩、钠长绿帘绿泥片岩，至罗家岔西的柳林寺一带变成角闪片岩、斜长角闪岩，局部夹有变质凝灰质火山岩。在近周营西南的白化宇村附近见有炭质千枚岩夹层，反映了基性喷发是多次完成的。近周营组底部有一层不稳定的变质砂砾岩，砾石成分除大量石英岩外，尚有千枚岩、炭质千枚岩，多为棱角状，均来源于下伏地层。火山岩厚度大于2000m。

吕梁群中最重要的矿产为沉积变质型铁矿，袁家村组铁矿是吕梁山区最主要铁矿层位，目前主要有袁家村、尖山两个大型铁矿，矿层厚达30～50m，矿体延伸可达700～800m；另有狐姑山铁矿、东水沟铁矿等中型铁矿床，矿层厚4～10m，延伸约1km。

吕梁群为一缺失顶底的推覆构造片体，东部与盖家庄花岗岩呈韧性断层接触，其上被寒武纪-奥陶纪地层角度不整合覆盖；西部与古元古代石英斑岩(杜家沟变质石英斑岩)呈韧性断层接触，其上被岚河群角度不整合覆盖，因后期构造变形叠加，使岚河群近直立产出(图2b)；在岚城水库附近可见岚河群变质砾岩直接覆盖在吕梁群绢云片岩之上。

分布在研究区(图2a)东南部的盖家庄花岗岩，1:5万盖家庄幅区调将其从吕梁群地层中解体出来，厘定为新太古代晚期花岗岩(山西省地质矿产局区域地质调查队, 1992)。耿元生等(2006)首次从中获得2364±9Ma的锆石U-Pb年龄，认为其是吕梁山地区古元古代早期拉张阶段的产物。此后多位研究者验证了盖家庄花岗岩的形成时代为2.39～2.35Ga(Zhaoetal., 2008; 王玺, 2014; 赵娇等, 2015; 庞菲等, 2019)，笔者从中也获得了2350±14Ma的锆石U-Pb年龄。盖家庄花岗岩多认为属于“A”型花岗岩，产于伸展构造背景(王玺, 2014; 赵娇等, 2015); 庞菲等( 2019)则认为盖家庄(宁家湾)花岗岩属于高分异I型花岗岩，可能形成于岛弧构造环境。

出露于研究区西部边缘的石英斑岩，因遭受韧性变形而显示出似流纹构造，早先归属于吕梁群杜家沟组(表1)，称之为“杜家沟组变质流纹岩”，与近周营组基性火山岩构成双峰式火山岩(于津海等, 1997a)。1:5万盖家庄幅区调工作中，通过详细的野外观察将其厘定为石英斑岩侵入体(山西省地质矿产局区域地质调查队, 1992; 表1)。刘树文等(2009)也认为吕梁群上部的流纹岩具有强烈的动态重结晶的糜棱岩化特征和“σ”型、“δ”型长石的眼球状斑晶，说明这些“流纹岩”不是变质火山岩而是糜棱岩化的花岗岩。杜利林等(2012)对其研究后也认为是浅成酸性侵入体，在弱变形域保存了较好的花岗结构，称之为杜家沟长石斑岩，属于A型花岗岩。于津海等(1997b)从中获得了2099±41Ma的单颗粒锆石U-Pb年龄，杜利林等(2012)对杜家沟长石斑岩进行SHRIMP锆石U-Pb测年获得的年龄为2186±3Ma和2189±6Ma，年龄数据与赤坚岭花岗岩的年龄相当(耿元生等, 2006; Zhaoetal., 2008)。

研究区西北角的岚河群，不整合于吕梁群的不同层位及杜家沟变质石英斑岩之上。岚河群底部为一套浅变质砾岩，砾石成分除大量磨圆较好的石英岩外，还有变质石英斑岩、千枚岩、变质基性火山岩及条带状磁铁石英岩等，均呈棱角状-次棱角状，分选差，来源于下伏吕梁群和变质石英斑岩。变质砾岩的砂岩夹层中见有交错层理；变质砾岩之上的变质砂岩、长石石英岩中发育有板状交错层、平行层理及粒序层理，指示向西的正向层序。

2 样品地质特征

吕梁群中的基性侵入体可以分为三期，最早一期是灰绿色变质辉长岩，其次为灰黑色变质辉绿岩，最晚一期为未变质的辉绿岩墙或小侵入体(图2)。

在宁家湾附近出露的变质辉长岩脉宽约200m，北北东向近直立产出，北端被寒武纪底部的砂岩-砾岩(俗称碾沟砾岩)覆盖。在宁家湾北侧的碾沟附近，可见变质辉长岩与围岩接触，围岩主要为袁家村组的绢云石英片岩和千枚岩，块状构造的变质辉长岩边界切割了绢云石英片岩的片理，侵入关系明显(图3)。在宁家湾北东山边变质辉长岩东侧与围岩呈韧性剪切接触，变质辉长岩韧性变形较强烈，发育一组倾向线理(糜棱面理产状95°∠64°，拉伸线理100°∠60°)。

图3 宁家湾村变质辉长岩侵入吕梁群绢云石英片岩

在神堂沟北东也出露一个较大规模的变质辉长岩体(图2)，侵入近周营组变质火山岩中。在S50高速公路宝塔山隧道勘查过程中，曾在岩体南部边缘施工了一个钻孔，从钻孔岩芯观察，变质辉长岩具有不均匀的弱片麻理构造，局部也显示较强的韧性变形而呈条纹状构造。但遗憾的是采自岩芯的辉长岩样品分选出的锆石极少。

宁家湾变质辉长岩新鲜面灰绿色，变余辉长结构，块状构造，局部见弱片麻状构造。主要矿物为斜长石(45%)和辉石(50%)，存在少量角闪石(5%)。镜下观察，除辉石、斜长石、角闪石外，还见黝帘石、透闪石、绿泥石、石英和少量不透明矿物(图4)。辉石蚀变较强，呈半自形柱状至他形粒状，粒径0.5～1.3mm，无色，正高突起，可见一组极完全解理，最高干涉色二级橙黄，部分可见简单双晶，含量约45%～50%；斜长石呈半自形柱状至他形粒状，粒径0.2～0.4mm，表面浑浊已发生强烈的土化、绢云母化和钠黝帘石化，仅有少部分保留有原来特征，无色，正低突起，干涉色一级灰，斜消光，含量约20%；角闪石呈半自形柱状至他形粒状，粒径0.2～1mm，浅黄至黄褐色，正中突起，可见一组完全解理，干涉色二级蓝绿，斜消光，含量约3%～5%；钠黝帘石呈半自形柱状或他形粒状，粒径0.05～0.1mm，无色，正高突起，具灰蓝异常干涉色，平行消光，含量约20%，由斜长石蚀变而成；透闪石呈纤维状，大小0.1～0.25mm，无色，正中突起，可见一组完全解理，干涉色二级蓝绿，斜消光，含量5%～7%，透闪石由辉石退变而来。绿泥石呈叶片状，大小0.05～0.2mm，无色，正低突起，干涉色一级黄白，系后期蚀变矿物，含量4%～5%；不透明矿物呈他形粒状，粒径0.2～0.4mm，零星分布。另有少量石英。

3 测试方法及结果

3.1 测试方法

本次工作在宁家湾北侧的碾沟村附近(坐标：38°7.8′N、111°37′E)采集了1件同位素年龄样品(16JL26)；2018为验证样品与测试数据的可靠性，在宁家湾村北东侧山边(坐标： 38°7.2′N、111°36.5′E)重新对该变质辉长岩取样(样品号18LL07)，2个采样位置相距约1.2km。在野外采集分析测试样品时，尽量选择成分较均一的岩石。

图5 宁家湾变质辉长岩(样品16JL26)的锆石阴极发光图像(a)和U-Pb谐和图(b)

本文样品的锆石分选均由河北省廊坊市宇能岩矿公司加工完成。样品16JL26的锆石制靶、阴极发光(CL)以及透、反射照相均由北京锆年领航有限公司完成。锆石U-Pb定年和Hf同位素分析测试分析在天津地质调查中心同位素实验室完成。测试前认真观察锆石CL图像，结合反射光和透射光照片，选择锆石测年点位，避开锆石中的裂隙、包裹体和杂质。分析所用的LA-ICP-MS由New Wave的193nm激光剥蚀系统和Thermo Fisher 的Neptune多接收等离子体质谱仪组成。测试方法见李怀坤等(2010)。分析时采用GJ-1作为外部标准校正锆石中U、Th和Pb同位素分馏；同时采用NIST610玻璃作为标样计算锆石中U、Th、Pb含量；采用208Pb校正法进行普通铅校正(Andersen, 2002)。最后利用ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)和Isoplot3.0程序(Ludwig, 2003)进行数据处理。锆石Lu-Hf同位素分析利用LA-MC-ICPMS进行微区原位同位素测定。分析仪器为澳大利亚科学仪器有限公司生产的Resolution-LR激光器和Thermo Fisher公司制造的Neptune多接收器电感耦合等离子体质谱仪，分析方法参见耿建珍等(2011)。锆石Hf同位素分析点与锆石U-Pb定年测试点相同或接近。采用176Hf/177Hf=0.7325对Hf同位素比值进行指数归一化质量歧视校正，采用173Yb/172Yb=1.35274对Yb同位素比值进行指数归一化质量歧视校正。在εHf(t)计算时，球粒陨石的176Hf/177Hf比值为0.282772，176Lu/177Hf比值为0.332。计算单阶段Hf模式年龄时亏损地幔的176Hf/177Hf比值和176Lu/177Hf比值分别为0.28325和0.03842。176Lu的衰变常量选用1.867×10-11y-1；相关计算中锆石的U-Pb年龄选择单点207Pb/206Pb年龄。

样品18LL07的锆石制靶在北京离子探针中心完成。锆石样品送至实验室后，在双目显微镜下挑选晶形完好的锆石颗粒与标准锆石TEM粘贴在环氧树脂表面，抛光后制成样靶，在进行测试前首先对待测锆石进行透射光、反射光以及阴极发光显微照相。然后将样品靶清洗、镀金后在SHRIMP Ⅱ离子探针上根据实验室规范程序进行测定(宋彪等, 2002)。一次离子流强度为4nA，束斑为30μm。标准锆石91500(U=81.2×10-6)用于未知锆石U、Th含量修正(Williams, 1998)。标准锆石TEM(年龄=417Ma)用于未知锆石年龄修正(Blacketal., 2003)。标准锆石和样品定年均由5组扫描获得。样品数据与图形处理分别采用SQUID(Ludwig, 2001)和ISOPLOT(Ludwig, 2003)软件处理。根据实测204Pb进行普通铅校正。加权平均年龄计算采用207Pb/206Pb年龄，单个数据年龄误差为1σ，加权平均年龄误差为95%置信度。

3.2 锆石U-Pb测年

从样品(16JL26)中分选出的锆石较多，但多数晶型不完整，部分蚀变较严重，锆石颗粒大小不均，多呈宽板状或柱状，粒径50～200μm。阴极发光图像显示出板状条纹，无中酸性岩浆岩中锆石的震荡环带，具有典型的辉长岩岩浆结晶锆石特征(图5a)(Rubatto and Gebauer, 2000)，部分锆石边部有不完整的窄的变质生长亮边。对该样品选择24颗锆石进行了同位素年龄测试(表2)，Th/U比值为0.62～2.01，年龄数据集中，谐和程度较高，207Pb/206Pb年龄介于2470～2530Ma之间，得到较好的谐和年龄为2518±7Ma(图5b)，代表了辉长岩的结晶年龄。

从样品(18LL07)中分选出锆石80余粒，确定属于辉长岩的结晶锆石50余粒，锆石呈板状晶型，部分锆石具不完整生长边。测试后对部分锆石进行了高清晰阴极发光照相，显示出良好的辉长岩锆石结构特征(图6a, b)。共测试了15个数据点(表3)，除1号点铅丢失较严重外，其他14个数据均落在谐和线附近(图6c)，14个数据的207Pb/206Pb加权平均年龄为2530±10Ma(图6d)。

2个样品采用不同的测年方法获得的锆石U-Pb年龄在误差范围内一致，说明宁家湾辉长岩的形成年龄为2.52～2.53Ga，由此制约了吕梁群的形成时限。

3.3 锆石Hf同位素

对碾沟变质辉长岩样品(16JL26)的锆石进行了Hf同位素测试，共13个数据点(表4)。由于锆石中具有较高的Hf含量，而Lu含量极低，从而使其176Lu/177Hf有非常低的比值，由Lu衰变形成的176Hf很少，因此锆石在形成后基本没有明显的放射性成因Hf积累，所测定样品中的176Hf/177Hf基本可以代表其形成时体系的Hf同位素组成(李献华等, 2003)。根据测试结果，样品中锆石的176Hf/177Hf初始值较低(0.281420～0.281574)，加权平均值为(0.281483±0.000029)。εHf(t)为4.26～9.69(平均为6.06)，均为正值；εHf(t)值除1个点落在亏损地幔演化线上方外，其它均落在亏损地幔演化线和球粒陨石演化线之间(图7)。计算的tDM=2448～2646Ma，平均值为2588Ma，略大于锆石年龄，指示辉长岩来源于亏损地幔源区。

表2 宁家湾变质辉长岩(样品16JL26)锆石U-Pb测年(LA-ICPMS)数据表

表3 宁家湾辉长岩(样品18LL07)锆石SHRIMP U-Pb测年数据表

表4 宁家湾变质辉长岩(样品16JL26)锆石Lu-Hf同位素测试数据表

图6 宁家湾变质辉长岩(样品18LL07)的锆石阴极发光图像(a、b)和U-Pb年龄(c、d)

图7 宁家湾变质辉长岩锆石的εHf(t)-207Pb/206Pb年龄图(底图据吴福元等，2007)

4 讨论

4.1 锆石年龄对吕梁群形成时代的制约

前人对吕梁群进行过较多测年工作(于津海等, 1997b; 耿元生等, 2000; Liuetal., 2012, 2014a; 赵娇等, 2017)，几乎均得出吕梁群属于古元古代的认识。测年对象包括近周营组变基性火山岩、变质碎屑岩及原“杜家沟组变酸性火山岩”。前文已述“杜家沟组变酸性火山岩”实为变质变形的花岗质岩石，不能作为确定吕梁群时代的依据。

而对选自吕梁群近周营组基性火山岩的锆石，不同研究者均获得古元古代的测年数据(耿元生等, 2000; Liuetal., 2012, 2014a; 赵娇等, 2017)。如于津海等(1997b)获得2051±68Ma的单颗粒锆石U-Pb年龄；耿元生等(2000)获得2351±56Ma 的Sm-Nd等时年龄及在近周营组中酸性火山凝灰岩夹层中获得2360±95Ma的单颗粒锆石U-Pb年龄；Liuetal. (2012)获得2213±47Ma的岩浆结晶年龄和1832±56Ma的变质年龄；Liuetal. (2014a)获得2209±20Ma和2178±6Ma的火山岩结晶锆石年龄(锆石εHf(t)值为-0.8～+3.6)；赵娇等(2017)获得的2180±9Ma的火山岩形成年龄。

基性火山岩中的锆石成因较为复杂，变质基性火山岩中分选出的锆石多以捕获锆石和变质锆石为主；基性火山岩因硅不饱和，通常岩浆锆石极少(碱性玄武岩除外)，即使有也多具长条状或针状晶型特征，具有较大的长宽比(比值可以高达12)(Hoskin and Schaltegger, 2003)，且锆石的粒度相对均匀。Rubatto and Gebauer (2000)指出，岩浆锆石一般具有特征的岩浆结晶振荡环带，振荡环带的宽度和形态可能与锆石寄主岩石的成分及锆石结晶时岩浆的温度有关；花岗岩的结晶温度较低，元素的扩散速度也相对较慢，晶体与熔浆界面处的微量元素会相对快地在缺失和富集间振荡，因而形成细密的韵律生长环带；基性岩浆(如辉长岩)的结晶温度较高，元素扩散速度也相对较快，晶体与熔浆界面处的微量元素不容易在缺失和富集间振荡，因而形成较宽的环带。

从Liuetal. (2014a)、赵娇等(2017)文中展示的近周营组基性火山岩中的锆石阴极发光图像看，前者的锆石颗粒大小悬殊，后者的锆石多具中酸性岩浆岩中锆石结晶生长的同心环状振荡环带。这些锆石的结晶特征与典型基性岩浆岩的结晶锆石有较大差异，获得的年龄数据也与附近的赤坚岭杂岩(杜家沟石英斑岩)的锆石年龄相当。因此这些年龄数据是否可以代表吕梁群的形成时代值得商榷。有可能是～2.18Ga前后强烈的酸性岩浆活动改造的产物，具体原因有待进一步研究。

从区域地质分析，盖家庄岩体与吕梁群多呈韧性变形关系，沿接触带追索，未找到吕梁群与盖家庄花岗岩的沉积接触关系，也未见典型的盖家庄花岗岩侵入吕梁群的现象，但可见糜棱岩化花岗岩呈岩枝状顺层产于吕梁群中，这种顺层状的产状有可能是侵入的花岗岩岩枝遭受后期变形变质改造的结果，前人曾将糜棱岩化花岗岩作为袁家村组中的夹层或是直接称为宁家湾组。而盖家庄花岗岩的形成时代已经明确，形成时代为2.39～2.35Ga(耿元生等, 2006; Zhaoetal., 2008; 王玺, 2014; 赵娇等, 2015; 庞菲等, 2019)。吕梁群的碎屑锆石测年极少有来自盖家庄花岗岩的2.35～2.40Ga的碎屑锆石年龄信息(Liuetal., 2014a)，因此盖家庄花岗岩与吕梁群为侵入关系的可能性极大，也不支持吕梁群形成于2.2Ga之后的认识。

实际上，吕梁群的碎屑锆石年龄多在2.45～2.75Ga之间，出现～2.5Ga、2.53Ga、2.6Ga的峰值，2.2Ga左右的年龄数据较少(图8, Liuetal., 2014a)，不同于野鸡山群和岚河群的碎屑锆石年龄谱，以1.85～2.4Ga的碎屑锆石为主，存在1.87Ga、2.09Ga、2.18Ga、2.4Ga多个古元古代的峰值年龄以及新太古代晚期的年龄信息(Wangetal., 2017; Liuetal., 2011a, 2016)，与盖家庄花岗岩时代相似的2.39～2.35Ga的碎屑锆石较常见(图8)。从另一个侧面反映出吕梁群与野鸡山群/岚河群不属于形成时代相近的产物，吕梁群应老于野鸡山群/岚河群，这与野外直接观察到的野鸡山群/岚河群与吕梁群的角度不整合接触关系一致。

图8 吕梁群与野鸡山群碎屑锆石年龄对比图

但是也应该看到袁家村组的炭质板岩中存在～2.2Ga碎屑锆石，这种锆石的成因也许与基性火山岩中的锆石相似，后期岩浆作用和流体可能是重要影响因素。如果以碎屑锆石最小峰值来限定沉积岩的下限，则野鸡山群/岚河群应形成于～1.92Ga之后。

此外，吕梁群中发育变质基性岩墙，袁家村组多个铁矿采坑边见有产状大致与铁矿层平行的宽度不等的变质辉绿岩墙，在宁家湾和南岔村与神堂沟过岗处附近出露有两个规模较大的变质辉长岩体。变质基性岩脉的存在也是吕梁群与岚河群/野鸡山群的重要区别标志，说明在岚河群沉积之前存在一次伸展背景下的基性岩浆侵入事件。

本次工作从宁家湾侵入吕梁群袁家村组的辉长岩中获得了较精确的锆石U-Pb年龄(2.52～2.53Ga)，锆石阴极发光图像显示其为基性岩浆结晶的锆石特征(Rubatto and Gebauer, 2000)，辉长岩的成岩年龄可靠。锆石的εHf(t)为+4.26～+9.69，tDM为2448～2646Ma，平均值为2588Ma，与形成年龄基本一致，说明辉长岩来源于新太古代亏损地幔，受地壳物质混染极为有限。这一年龄数据制约了吕梁群的形成时代，结合吕梁群的碎屑锆石年龄谱(图8)，吕梁群应形成于新太古代晚期。

4.2 吕梁群形成的构造背景

关于吕梁群形成的构造背景，先前的研究倾向于陆内裂谷或者大陆边缘裂谷(于津海等, 1997a; 耿元生等, 2003)，关键性证据是近周营组基性火山岩和杜家沟组流纹斑岩构成双峰式火山岩组合，同时也指出吕梁群火山岩与野鸡山群火山岩略有不同，前者具有大陆边缘弧火山岩的微量元素特征(耿元生等, 2003)。近年来由于吕梁变质杂岩被划归古元古代中部造山带(Zhaoetal., 2005)，一些研究者在研究了吕梁杂岩中的古元古代花岗岩和吕梁群近周营组火山岩的地球化学性质后认为吕梁群形成于岛弧或弧后盆地的构造背景，～2.18Ga到1.85Ga期间可能发生了洋壳俯冲和碰撞事件(Liuetal., 2009, 2012, 2014a; Zhaoetal., 2008;赵娇等, 2017)。杜利林等(2012)研究认为吕梁群近周峪组中基性火山岩具有岛弧火山岩的地球化学特征，吕梁杂岩中的恶虎滩片麻岩也具有岛弧岩浆岩特征，综合分析华北克拉通2.2～2.0Ga的岩浆岩构造性质，认为吕梁地区岩浆性质的复杂性可能与所处的构造位置有关，古元古代时期吕梁地区可能位于华北克拉通古陆块边缘，其2.2～2.0Ga的岩浆岩可能受岛弧和裂谷两种体制的共同制约(杜利林等, 2012)。

Liuetal. (2014b)认为吕梁群中存在富铌玄武岩、安山岩和镁质安山岩，相伴的花岗质岩石中发现有埃达克岩。其中，钙碱性玄武岩和安山岩显示出典型的正常弧火山岩的地球化学特征，εNd(t)值为-2.69～+2.14；富Nb玄武岩和安山岩的Nb、Zr和TiO2含量较高，Nb/Ta(14.4～19.3)和Nb/U(20.6～23.2)比值高于大多数弧玄武岩和安山岩，且εNd(t)值变化在-1.54～+3.02；镁安山岩具有异常高的MgO、Cr和Ni含量，其εNd(t)值为-3.90～+1.17；埃达克岩具有高Na2O/K2O比值，弱的Eu异常，Sr、Ba正异常和Nb、Ti负异常，εNd(t)值聚集在零值附近等特征。因此认为吕梁杂岩中存在类似于现代岛弧带以洋板块俯冲为特征的动力学机制。

赵娇等(2017)也认为吕梁群火山岩属钙碱性系列，微量元素特征与典型消减带弧岩浆产物一致，火山岩的εNd(t)=1.0～2.6，εHf(t)=1.8～9.2，指示来源于略微亏损地幔源区，低Ti/Y(246～385)和Ce/Y(0.99～1.77)说明地幔源区受到俯冲流体的交代和沉积物的参与，推断吕梁群形成时已演化至活动大陆边缘弧的构造环境。

综上所述，近年来的研究均认为吕梁群是2.2～2.0Ga期间形成于与大陆边缘岛弧相关的构造背景。但与之共生的同期花岗岩和基性岩墙研究则表明，“华北中部带”在2.2～2.0Ga期间为伸展构造背景(杜利林等, 2012, 2018; Duetal., 2010, 2013, 2015; Wangetal., 2014; Peng, 2015; Pengetal., 2005)，华北克拉通存在广泛的2.2～2.0Ga期间裂解事件记录(如胶辽吉带中大量的2.2～2.0Ga“A”型花岗岩及基性岩墙)。相互矛盾的地质背景信息同时存在给相关研究带来了困惑。吕梁群归属新太古代，则上述矛盾迎刃而解。

初步的岩石化学分析结果表明宁家湾变质辉长岩具有N-MORB的地球化学特征，属低钾拉斑系列，结合吕梁群的岩石组合，可以初步判断形成于新太古代晚期弧后盆地构造背景，可能处于五台山新太古代岛弧的弧后盆地环境。吕梁山区2.2～2.0Ga期间的伸展背景则是在太古宙基底(晋冀地块)上发育的一次大陆裂解事件的反映，野鸡山群、岚河群与滹沱群一样都是陆内或陆缘盆地的沉积物。而界河口群及其相伴的变质深成岩则可能是在古元古代造山过程中拼贴在吕梁杂岩上的外来地体(岩片)。

4.3 BIF成矿作用

Gross (1980)根据沉积构造环境将条带状铁建造(BIF)划分为阿尔戈玛型(Algoma type)和苏必利尔湖型(Lake Superior type)：阿尔戈玛型BIF主要发育于绿岩带中，规模相对较小，经常与镁铁质-超镁铁质的火山岩或者火山碎屑岩及杂砂岩相关联，常产出于类似现代岛弧/弧后区域构造背景；苏必利尔湖型BIF 规模较大且连续性好，通常与被动大陆边缘的大陆架浅海沉积序列密切共生，常见岩性为台地碳酸盐岩、炭质页岩和石英砂岩等。吕梁群中袁家村组铁建造长期以来被认为是中国较典型的苏必利尔湖型BIF，时代置于古元古代(沈其韩, 1998; 沈保丰等, 2005, 2010; 张连昌等, 2012)，俗称袁家村式铁矿。吕梁群厘定为新太古代，则吕梁群中袁家村铁矿的沉积构造背景和成矿类型也需要重新审视。吕梁群中存在大量的基性-中基性火山岩，含有铁矿的袁家村组本身也含一定量的火山物质。据娄烦尖东铁矿勘探报告，铁矿产于吕梁群袁家村组中部，含矿岩石为含铁石英岩、含铁石英片岩、含铁铁闪片岩、含铁铁闪岩。矿体顶、底板围岩主要为石英岩(石英片岩)、石英云母片岩、铁闪片岩(或铁闪岩)及角闪片岩(或斜长角闪岩)等，与矿层接触界线清楚。矿体间夹层多为斜长角闪岩(或斜长角闪片岩)、铁闪片岩(或铁闪岩)，与矿层同受褶皱。说明含矿建造中存在较多的基性火山物质，不属于典型的苏必利尔湖型铁矿床。前文已述，吕梁群产于弧后盆地构造背景，也与苏必利尔湖型BIF的构造背景有一定差异。因此，袁家村组含铁建造应属于阿尔戈玛型与苏必利尔湖型的过渡类型。

华北克拉通上，鲁西地区原归属古元古代的济宁群铁建造被重新厘定为新太古代(王伟等, 2010; 万渝生等, 2012)，胶东原古元古代粉子山群底部小宋组铁建造被厘定为新太古代早期(王惠初等, 2015)，本次工作将袁家村铁建造也厘定为新太古代，这将改写古元古代时期华北克拉通BIF铁矿的成矿历史。袁家村铁矿将与古元古代早期的大氧化事件无关。

4.4 吕梁杂岩与五台杂岩的关系及早前寒武纪地壳演化

本次工作从吕梁杂岩中获得了变质辉长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为2530±10Ma，结合碎屑锆石年龄谱，将吕梁群的形成时代限定在新太古代晚期，与五台群的形成时代相当(王凯怡等, 2000; Wildeetal., 2004)。

吕梁杂岩与五台杂岩之间通过云中山地区相连，云中山地区的研究表明，云中山北段与五台杂岩相似，而云中山南段则与吕梁杂岩相似(康健丽等, 2017; 王惠初等, 2018)。云中山南段发育一套原归属于“界河口群”的变质表壳岩建造，最近的工作将其解体为古元古代的三交组和新太古代的云中山表壳岩(王惠初等, 2018)，三交组的岩石组合和碎屑锆石年龄谱与岚河群和野鸡山群相似(田辉等, 2014)，而不同于五台地区的滹沱群。从云中山表壳岩组合的石英岩中获得的碎屑锆石年龄介于2.45～2.76Ga之间，两组峰值分别为2504±16Ma和2655±13Ma。在娄烦东南的杜交曲镇附近的原“界河口群”石英岩中获得的碎屑锆石年龄谱与之相似，碎屑锆石年龄介于2.47～2.74Ga之间，最大峰值为2520±7Ma，另有一组～2.7Ga的弱峰值。

吕梁杂岩与五台杂岩在新太古代之后经历了不同的演化过程。吕梁杂岩在2.39～2.35Ga期间发生了一次裂解事件，形成了以盖家庄花岗岩为代表的一期伸展型侵入体。在云中山南段也发现了多个～2.37Ga的侵入体(未刊资料)。在2.2～2.0Ga期间，五台杂岩和吕梁杂岩共同遭受了又一次裂解事件，伴随有“A”型花岗岩和基性岩墙群发育，形成了多个裂陷盆地，也有可能是同一个大型裂陷盆地因后期构造变形被分割成不同的构造片体。滹沱群、岚河群和野鸡山群中的基性火山岩的形成构造背景虽有不同认识(耿元生等, 2003; 刘树文等, 2009; Liuetal., 2011a, 2016; Duetal., 2015; Wangetal., 2017)，但不可否认这些火山岩具有类似的地球化学性质。2.0～1.85Ga，吕梁杂岩和五台杂岩均有丰富的碰撞造山到伸展抬升的地质记录，但对碰撞造山的时限是～1.95Ga还是～1.85Ga仍有争议；作者等最近从云中山地区新发现的霞石正长岩中获得了1.93～1.91Ga的锆石U-Pb年龄(王惠初等, 2019(4)王惠初, 胥勤勉, 康健丽, 袁桂邦, 张家辉, 施建荣, 滕菲, 任云伟, 相振群, 滕飞, 彭丽娜, 常青松, 田辉, 肖志斌, 初航. 2019. 燕山-太行成矿带丰宁和天镇地区地质矿产调查成果报告. 中国地质调查局天津地质调查中心, 1-759)，支持吕梁-五台地区古元古代碰撞造山的时限为～1.95Ga的观点(Zhai and Liu, 2003; 翟明国, 2004; 翟明国和彭澎, 2007; Zhai and Santosh, 2011; Weietal., 2014)。古元古代末期，吕梁杂岩和五台杂岩均发育～1.80Ga的后造山花岗岩，五台地区以莲花山岩体为代表，而吕梁山地区则有云中山花岗岩、关帝山花岗岩和芦芽山紫苏花岗岩等。由此可见，吕梁山区古元古代的岩浆作用比五台山区要强烈得多，既表现在活动期次上也体现在岩浆规模上，这意味着吕梁杂岩与五台杂岩在古元古代造山过程中所处的构造位置有所不同。

古元古代碰撞造山华北克拉通最终形成之后，中元古代伊始，华北克拉通伸展裂解，五台地区和吕梁地区均发育中元古代早期的基性岩墙群，五台变质杂岩之上被长城系高于庄组以来的沉积盖层覆盖。吕梁变质杂岩之上则局部被中元古代汉高山组和小两岭组覆盖，从小两岭组获得的锆石同位素年龄(Yangetal., 2019)表明吕梁山地区的中元古代裂陷盆地发育时间早于五台山地区，吕梁山地区属于熊耳裂陷盆地边缘，五台山地区则处于燕辽裂陷盆地边缘。

5 结论

(1)在山西吕梁袁家村矿区侵入袁家村组的变质辉长岩中获得了2530±10Ma(SHRIMP)和2518±7Ma(LA-ICPMS)的锆石U-Pb年龄，锆石具有辉长岩中结晶锆石的典型特征，锆石Hf同位素测试显示εHf(t)为4.26～9.69，tDM=2448～2646Ma(平均值为2588Ma)与锆石U-Pb年龄相近，指示辉长岩来源于亏损地幔，可以确定辉长岩的形成时代为2520～2530Ma，结合袁家村组的碎屑锆石年龄信息，将吕梁群的形成时代厘定为新太古代晚期。

(2)综合吕梁群前人研究成果和本次锆石U-Pb测年结果及辉长岩的N-MORB特征，吕梁群应形成于新太古代弧后盆地构造背景。吕梁群袁家村组含铁建造不属于典型苏必利尔湖型BIF，应是苏必利尔湖型与阿尔戈马型的过渡类型。华北克拉通上继鲁西济宁群含铁建造和胶东原粉子山群底部的小宋组含铁建造被重新厘定为新太古代之后，袁家村组含铁建造也被厘定为新太古代，这将改写华北克拉通古元古代时期BIF的成矿历史。

(3)吕梁群的形成时代与五台群的形成时代相近，均属新太古代晚期，两者可能是同一太古宙陆块的组成部分，新太古代晚期五台地区处于岛弧背景，而吕梁地区则属于弧后盆地环境。古元古代期间吕梁杂岩与五台杂岩的地质演化历史有所不同，吕梁山区古元古代的岩浆作用比五台山区强烈，既表现在岩浆活动的期次上也体现在规模上。

致谢本文成文过程中得到了耿元生研究员和万渝生研究员的热情帮助和指导，在此深表谢意。

谨以此文祝贺杨振升先生九十寿辰暨从事地质工作七十周年。