北秦岭元古宙地层层序划分的地球化学证据

北秦岭地区，以铁炉子—确山断裂和商丹断裂围限的呈近东西向分布的带状区域内，出露有秦岭群、宽坪群、二郎坪群和丹凤群等地层。由于缺少化石，并且地层普遍遭受多期强度不等的变质、变形作用的改造以及岩浆侵入作用的影响，地层的原岩的面貌和产状发生了很大的变化，可谓是“面目皆非”。经对前人的研究成果的分析和研究，北秦岭地层的以下层序划分关系似能为多数人所接受：

早古生代

二郎坪群、丹凤群

新元古代

宽坪群

中元古代

秦岭群

古元古代

1.稀土元素及其组成模式证据

W.B.Nance和S.R.Taylor等系统研究了澳大利亚太古宙、元古宙到三叠纪的沉积岩，发现太古宙岩石的稀土组成具有这样的特点：稀土丰度比后太古宙沉积岩类岩石低、轻稀土富集程度不如后太古宙沉积岩高，更为重要的区别是太古宙沉积岩没有Eu的亏损。太古宙以后的沉积岩稀土组成模式相互平行，δEu值和∑LREE/∑HREE比值均比较恒定，而且Eu均显负异常（Eu/Eu＊约为0.67±0.05）（图1-2）。

秦岭群、宽坪群、二郎坪群等地层的沉积碎屑岩在（La/Yb）N、∑LREE/∑HREE和Eu/Eu＊等比值方面，基本同澳州后太古宙沉积碎屑岩相似，完全不同于澳州太古宙及本区新太古代太华群变碎屑岩的稀土组成特征（表1-1，图1-2、3），表明秦岭群等地层均为后太古宙地层单位。

图1-2　太古宙（▲）和后太古宙（●）沉积岩稀土元素球粒陨石标准化模式对比

（泰勒，1979）

2.同位素年代学证据

从50年代起，同位素测年方法就被应用于北秦岭变质地层的研究。至今，陕西省区测队、河南省区测队、西北大学、中科院地质所、地科院地质所等科研和教学单位，在北秦岭地层研究中测定了许多同位素年代学样品，取得了大量的北秦岭地层的同位素年代数据。这些数据为北秦岭地层及其层序划分和对比提供了有力的证据。

表1-1

PAAS—澳州后太古宙页岩平均值（Wance和Taylor,1982）；AAS—澳州太古宙平均值（Taylo ret.al.,1980）。

图1-3　太华群、秦岭群等地层变碎屑岩稀土元素组成模式

经对北秦岭变质地层150多个同位素年龄数据的统计分析，其结果（图1-4）反映以下几个特征：①秦岭群的同位素年龄主要集中在2-5、7-13、19-23、29-30亿年等四个年龄段，其中2-5亿年和7-13亿年两年龄段主要集中的是U-Pb不一致线下交点年龄值、Rb-Sr年龄值和K-Ar同位素年龄值等，而Sm-Nd模式年龄和碎屑锆石的年龄主要集中在20-23亿年、29-30亿年年龄段；②宽坪群年龄值主要集中在2-5亿年、7-11亿年和19-23亿年等三个年龄区间，仅有一个33亿年的例外，在2-5亿年年龄段集中的主要是Rb-Sr、U-Pb和U-Th不一致线下交点年龄值，9-11亿年年龄段主要集中的是Sm-Nd等时线年龄值，U-Pb和U-Th不一致等时线年龄和碎屑锆石的年龄主要集中在16-22亿年年龄段；③二郎坪群同位素年龄主要集中在3-7亿年和9-11亿年两年龄段，其中大量的K-Ar同位素年龄和Rb-Sr等时线年龄值主要集中在3-6亿年龄值间，7亿年左右集中了Rb-Sr和Sm-Nd同位素年龄值，9-11亿年年龄段主要集中的是U-Pb年龄值。与K-Ar、Rb-Sr和U-Pb同位素测年方法相比，Sm-Nd方法受交代或变质作用的影响小。而且由于子体与母体的性质相似，¹⁴³Nd形成后自然地会继承晶格中母体的位置而不易逃逸，Sm-Nd系统在沉积成岩及成岩后的变质作用过程中均能保持封闭，因而Sm-Nd年龄一般可作为变质岩的原岩年龄。因此北秦岭地层的同位素年代数据及其统计学特征表明秦岭群、宽坪群和二郎坪群等地层应具有如下时代、层序关系及变质年代：

图1-4　北秦岭地层、岩石同位素年龄时间分布频图

A—秦岭群；B—宽坪群；C—二郎坪群；N—样品数

●K－Ar；×U-Th、U-Pb、Pb-Pb；▲Rb-Sr；○Sm-Nd；□锆石

（1）秦岭群是北秦岭地区的最老地层，其形成年龄大约为19-23亿年，即早—中元古代，其物源区岩系的年龄大约为29亿年左右。

（2）宽坪群形成年龄大约为9-11亿年，其物质来源区岩系的年龄段为19-23亿年，有部分更老时代的地层也可能为其提供物源。

（3）二郎坪群形成时代大约为4.5-7亿年左右，其物源区主要为年龄为9-12亿年的老岩系。

（4）4亿年左右是北秦岭地层普遍受到影响的一次变质事件。