上海基底地层格架的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄及微体化石特征制约

摘 要：基底地层特征对构造单元和地震地质背景认识具有重要意义。上海位于扬子克拉通和华夏造山系的交界区，同时位于江南造山带北东侧，构造位置比较特殊，但长期以来对其基底地层特征的认识比较薄弱。本文对典型钻孔揭露的变质岩、凝灰岩开展了锆石LA-ICP-MS U-Pb 定年和疑源类化石分析，斜长角闪岩和花岗质糜棱岩分别获得1091.1±8.8 Ma、1753±24 Ma的原岩年龄，片麻岩获得上交点年龄2445±27 Ma、下交点年龄581±110 Ma，安山质糜棱岩206Pb/238U 谐和年龄有2708～2447Ma、1371～1097 Ma 和956～903 Ma 三个区间，凝灰岩获得801±13 Ma、774±12 Ma 的原岩年龄，板岩中含较多炭化剧烈的Leiosphaeridia 化石。认为区内基底自下而上可划分出金山群、惠南板岩和河上镇群，分别形成于古元古代初期—中元古代、青白口纪早—中期和青白口纪晚期，总体年龄特征表现出与华夏造山系的亲缘性特征。2447～2507 Ma、1753 Ma、1091.1 Ma、801～774 Ma 和581±110 Ma 等建造和改造事件是对凯若兰超大陆、哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆和冈瓦纳超大陆汇聚裂解过程的响应。

关键词：基岩地质；基底地层；锆石定年；微体化石；金山群；惠南板岩；河上镇群

中图分类号：P535 文献标志码：A 文章编号：2095-1329（2023）03-0012-11

目前，华南东部大地构造单元划分中通常采用的划分单元是扬子克拉通（曾称扬子板块、扬子地块、扬子陆块）、华夏造山系（曾称华夏地块、华夏板块）、江南造山带、江绍对接带和钦杭结合带；但上述划分方案仍存在很多争论，争论的核心是其构造边界、构造属性和演化历史[1-8]。构造单元的划分需要建立在可观察、可鉴别、可测量的岩石构造组合基础之上[2-3]，是地震区、地震带和地震构造区划分的主要依据之一[9-10]，与地震活动的空间分布具有较好相关性[11-12]。如，美国新马德里地区1811-1812 年连续发生的3 次强震与前寒武纪裂谷有关[13]；在其他条件相同时，被线形构造切割的基底年龄越大，发生在该区的地震也越强烈[14]。苏浙皖沪地区基底特征与区内地震强度、频度和震源深度具有较好的对应关系[15]。区域上，浙西北、赣北、皖南、上海等地发育大量前南华纪地层，有陈蔡群、双溪坞群、河上镇群、双桥山群、星子岩群、田里片岩、沙河街岩组、董岭岩群、溪口岩群、沥口群、金山群、惠南板岩等。这些地层的层序、形成时代和构造环境认识对区域构造单元划分、区域地震地质背景的认识具有着重要意义。

随着锆石U-Pb 测年技术的发展，区域上的一些基底地层获得了一系列新认识，如陈蔡群为一套早古生代俯冲增生杂岩[2-3，16]；董岭岩群正片麻岩年代约1850 Ma，副片麻岩年代范围约2634～768 Ma[17-18]；星子岩群年代1869～825 Ma[5，19]。金山群和惠南板岩是上海地区的两套重要基底地层，其年代学研究和大地构造属性一直令人关注。金山群相继获得的Ar-Ar、Rb-Sr 和Sm-Nd 年龄具有一定的参考意义[20-21]，但始终缺乏高质量的锆石U-Pb年代制约。为了进一步约束基底的年代地层格架和层序，在新一轮上海市区域地质志修编过程中，对区内基底地层开展了锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年代和微体化石分析，获得了一系列新认识。

1 地质背景和样品选择

金山群主要呈北东向展布于枫泾—川沙断裂带与张堰—南汇断裂带之间，已知分布于华泾、周浦、车墩、朱泾、吕巷和朱行等地。主要岩性为云母片岩、石英片岩、长石石英岩以及斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩、角闪片岩、角闪斜长片麻岩、浅粒岩等，夹有绿泥片岩、大理岩，局部受接触热（液）变质作用影响明显。周浦地区因揭露厚度大，岩石类型齐全，最具代表性。“惠南板岩”仅见于惠南镇，为一套岩性单一的板岩，并且上覆较薄的玄武岩。金山群和惠南板岩构成上海市南部的复式背斜核部。

本次在康ZK1、康ZK4、朱ZK4、戚家浜11201 等钻孔中采集了金山群鋯石U-Pb 年龄样品（图1、表1），岩性分别为斜长角闪岩、花岗质糜棱岩、片麻岩、安山质糜棱岩。在南汇中学孔采集了惠南板岩微体化石样品，开展了疑源类化石分析（图1）。此外，在原划为中生代地层的嘉定JD7-1、钱圩502 钻孔的火山碎屑岩中同时采集了锆石U-Pb 年龄样品。

2 分析方法

锆石分选和阴极发光照相委托同济大学海洋地质国家重点实验室完成。样品经过清洗、粗碎和细碎后，采用手工淘洗获取重砂，再经电磁选、重液分离后，在显微镜下挑出无裂痕、连晶及包体类型的锆石。完成锆石制靶后，拍摄阴极发光图像。康ZK1、康ZK4、朱ZK4、钱圩502、JD7-1 等钻孔样品中的锆石丰富，多呈自形－半自形，短柱状或长柱状，部分呈不规则状。戚家浜11201钻孔样品中的锆石较少，多呈半自形，短柱状，部分呈不规则状。

锆石LA-ICP-MS 测试在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。ICP-MS 型号为Agilent 7900，激光剥蚀系统型号为GeoLas HD 193 nm。以标准锆石91500 和GJ-1 作外标校正，用美国国家标准技术研究院研制的NIST610 中的Si29 作为内标校正和仪器最佳化。剥蚀激光直径为32 μm。数据离线处理、U-Th-Pb 同位素比值、表面年龄计算等采用软件ICPMSDataCal[22]，普通铅校正根据Andersen（2002）[23]，锆石年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot 3.7 程序计算。疑源类化石分析在中国科学院南京地质古生物研究所完成。采用10% 稀盐酸浸泡、氢氟酸浸泡、经水洗筛选浮选、制片等常规化石孢粉分析处理方法。

3 分析结果

3.1 锆石成因

康ZK1 和康ZK4 孔的锆石多数晶形较差，长轴一般120～200 μm，前者锆石长宽比多1.2～1.7，后者锆石长宽比多1.6-3.0（图2）。大多数锆石具有清晰的韵律状环带结构，极少量的锆石环带较弱或不发育环带、发育变质增生边。康ZK4 孔中个别锆石发育核幔结构、面状分帶。岩浆锆石的Th、U 含量较高，Th/U 比值较大（一般大于0.4）[24]。康ZK1 孔测试的30 粒锆石Th、U 含量分别67～1286 mg/kg、109～1051 mg/kg，Th/U 比值0.47～1.52（ 表1）。康ZK4 孔测定的23 粒锆石Th、U 含量分别15～162 mg/kg、22～228 mg/kg，Th/U 比值0.37～1.16（表1）。结合样品锆石总体的CL 图像特征，测试锆石应为岩浆成因。

朱ZK4 孔的锆石晶形较好，长轴一般140～240 μm，长宽比多1.5～2.1（图2）。锆石具有清晰的韵律状环带结构，少量锆石发育核部结构和明显变质增生边。测试的31 粒锆石Th、U 含量分别171～400 mg/kg、292～787 mg/kg，Th/U 比值0.31～0.69（表1）。CL 图像特征呈典型的岩浆锆石特征，并且Th/U 比值远大于变质锆石的值（一般小于0.1）[24]，表明测试锆石为岩浆成因，但变质增生边的存在说明后期变质作用导致了一定程度的Pb 丢失。戚家浜11201 孔的锆石晶形差别较大，颗粒较小，长轴一般50～120 μm，长宽比多1.0～1.5（图2）。锆石形态较为复杂，多具有轻微磨圆度，部分具有核幔结构、弱环带结构，测试的14 粒锆石Th、U 含量分别46～485 mg/kg、73～533 mg/kg，Th/U 比值0.36～1.35（表1）。结合样品锆石总体的CL 图像特征，测试锆石应为岩浆成因，但经历过一定距离搬运。

嘉定JD7-1、钱圩502 孔的锆石特征相似，后者自形程度较高（图2）。长轴一般130～240 μm，长宽比多1.3～2.4。多发育明显韵律环带，少量不发育环带或发育弱环带、面分带。测试的锆石Th、U 含量分别54～949 mg/kg、43～792 mg/kg，Th/U 比值0.47～2.94，在钱圩502 孔中含量和比值较高（表1）。结合样品锆石总体的CL 图像特征，测试锆石应为岩浆成因。

3.2 锆石U-Pb 年龄和微体化石特征

康ZK1 中的年龄数据点比较集中，除5 个数据点微偏离谐和线外，其他数据点都在谐和线上（图3）。206Pb/238U 表面年龄介于1052±9～1149±14 Ma，加权平均年龄为1091.1±8.8 Ma（MSWD=4.1），结合锆石成因，该年龄应该代表原岩的形成年龄。个别数据点偏离谐和线和锆石变质增生边的发育，表明后期受到有变质事件影响。康ZK4 中的年龄数据点相对比较集中，7 个数据点位于谐和线上，16 个数据点以谐和线的数据点为中心微偏离谐和线。206Pb/238U 表面年龄介于1721±11～1824±11Ma， 加权平均年龄为1781±16 Ma（MSWD=8.9），7个位于谐和线上的数据点加权平均年龄为1753±24 Ma（MSWD=4.9）。结合锆石成因，该年龄应该代表原岩的形成年龄。

朱ZK4 孔的年龄数据点构成一条很好的不一致线，206Pb/238U 表面年龄范围1114±17～2571±38 Ma，21 个点大于1846 Ma，5 个点在1703～1744 Ma，4 个点在1478～1575 Ma，1 个点在1114 Ma。与谐和线的上下交点年龄分别为2445±27 Ma、581±110 Ma（MSWD=2.6）。结合锆石成因，上交点年龄应该代表原岩的形成年龄，下交点年龄代表一次变质事件。

戚家浜11201 孔的所有数据点均位于谐和线上，但年龄数据点复杂。206Pb/238U 表面年龄范围2708±18～115±2Ma，有2708～2447 Ma（5 个点）、1371～1097 Ma（4 个点）、956～903 Ma（2 个点）和129～115 Ma（3 个点）。2708～2031 Ma、1371～903 Ma 代表基底年龄特征，由于钻孔紧邻张堰石英闪长岩、花岗岩岩体，129～115 Ma 可能代表后期的变质年龄。

嘉定JD7-1、钱圩502 孔的所有数据点相对比较集中，均位于谐和线上或附近。前者的206Pb/238U 表面年龄分别介于742±6～859±10 Ma，加权平均年龄为801±13Ma（MSWD=15）。后者的206Pb/238U 表面年龄分别介于718±6～826±10 Ma， 加权平均年龄为774±12 Ma（MSWD=13）。结合锆石成因，两者年龄应该代表原岩的形成年龄。

在南汇中学钻孔约439.4 m 处见较多炭化剧烈（近石墨化）的Leiosphaeridia（光面球藻）化石，其时代应是前寒武纪。

4 讨论

4.1 基底年代地层格架

周浦地区金山群获得的锆石U-Pb 加权平均年龄约1753 Ma、1091.1 Ma。在朱行地区获得的21 个锆石206Pb/238U 表面年龄大于1846 Ma， 上交点年龄为2445±27 Ma。戚家浜地区206Pb/238U 表面年龄最大约2708 Ma，3 个颗粒年龄约2447～2495 Ma。上述年龄为金山群的原岩年代提供了约束，金山群原岩主体应该为古元古代初期到中元古代建造，形成下限约2708～2445Ma，在朱行、戚家浜地区主要形成于古元古代，而周浦地区主要形成于中元古代。周浦地区斜长角闪（片）岩、角闪片岩的Nd 模式年龄为1826～1941 Ma[20]，表明其是由古元古代古地壳物质再循环形成，南北部变质岩很大可能是两套不同的基底建造，北部地区变质岩的原岩是在朱行、戚家浜地区的建造基础上形成的。

惠南板岩中有微体化石发育， 本次样品鉴定疑源类化石属种单一， 但在356.5 m 和384.2 m 层位中发育有Leiominuscula Minuta Naum.（ 小型光面小球藻）、Margominuscila sp.（ 厚缘小球藻未定种）、Lophominuscula sp.（ 瘤面小球藻未定种）、Leiopsophosphaera solida Liu et Sin（ 坚壁光球藻）、Asperatopsophosphaera umishanensis Sin et Liu（ 雾迷山糙面球形藻）、Paleamorpha sp.（ 膜片藻未定种）、Margominuscula aff. Tennela Naum.（ 薄壁厚缘小球藻近似种）、Leiopsophosphaera sp.（ 光球藻未定种）、Asperatopsophosphaera umishanensis Var. minor Sin et Liu（小雾迷山糙面球形藻）、Dictyosphaera MacroreticulataSin et Liu（ 大网球藻）[25]。该组合中DictyosphaeraMacroreticulata 目前仅在前南华纪地层中有发现，其它始见于中元古代的属种，大都可延续到青白口纪早期到中期，甚至更新。该组合与赣北、赣东北地区的青白口纪早期—中期浅变质岩化石组合十分相似[26-28]，所以区内惠南板岩原岩建造应该形成于青白口纪早—中期。20 世纪80 年代以来，区内前震旦纪地层一直仅划分为金山群和惠南板岩。本次在钱圩和罗店分别获得774±12 Ma、801±13 Ma 的锆石U-Pb 加权平均年龄，相关火山碎屑岩为青白口纪晚期建造。

根据前述微体古生物组合和锆石U-Pb 年龄特征，将区内基底地层分别划为古—中元古界、青白口系下部和青白口系上部。

4.2 区域地层对比

金山群长期以来被认为与浙东南原陈蔡群相当[25，29]。近年，在原陈蔡群中相继获得比较复杂的锆石U-Pb 年龄信息。Li et al.（2010）在陈蔡地区角闪岩中获得上交点年龄1781±21 Ma 和下交点年龄454±29 Ma、混合岩中获得近谐和年龄2700～2200 Ma 和谐和年龄433±3 Ma、石榴石片麻岩中获得谐和年龄2400 Ma、1148 Ma、950～660Ma 和520～450 Ma，片麻状花岗岩获得谐和年龄850～780Ma 和435±4 Ma[30]。Shu et al.（2011）在陈蔡地区北斜长角闪岩中获得谐和年龄857±7 Ma、841±12 Ma[31]。高林志等（2014）在陈蔡地区黑云斜长片麻岩获得谐和年龄848±10 Ma、845±9 Ma、431.4±7.8 Ma[32]。王存智等（2016）在陈蔡地区斜长角闪岩获得谐和年龄420.6±1.8 Ma[33]。

杨东（2016）在陈蔡地区变砂岩（变粒岩、浅粒岩）获得207Pb/206Pb 表面年龄1530～3620 Ma（2021～2105 Ma 和2450Ma 两个峰值）、上交点年龄3314±150 Ma 和下交点年龄1705±120 Ma，以及207Pb/206Pb 表面年龄1710～2932 Ma（1863 Ma 和2464 Ma 两个峰值），上交点年龄2548±78Ma 和下交点年龄1220±140 Ma[34]。董学发（2016）在陈蔡地区大理岩获得谐和年龄440.5±4.6 Ma，斜长角闪片麻岩获得谐和年龄432.1±7.3 Ma、441±2.2 Ma、变粒岩和浅粒岩207Pb/206Pb 表面年龄1869～3055 Ma、1773～2692 Ma、1989～3336 Ma（1800～2000 Ma、2200～2600 Ma 两个峰值）、含榴片麻岩获得206Pb/238U 表面年龄601～2210 Ma、420～530Ma（600～1000 Ma、420～450 Ma 两个峰值）[35]。陈林燊等（2019）在陈蔡地区斜长角闪岩获得谐和年龄426±3.6Ma[36]。根据年龄和岩石特征，认为其为一套早古生代形成的俯冲增生杂岩，原岩为含有古老陆块残块的新元古代至早古生代建造。

区内金山群最老年龄约2571～2708 Ma，太古代晚期年龄信息较少，新元古代以来的年龄信息仅有两个点（903～956 Ma），无古生代以来的年龄信息，其锆石年龄特征与陈蔡岩群差别较大。除陈蔡群外，在江绍断裂带两侧还零星分布有变质程度、岩石组合与金山群相似的田里片岩、铁砂街岩组、周潭岩组。田里片岩锆石SHRIMP 207Pb/206Pb 表面年龄除两个点为877～1029 Ma 外，其他在1530～3505 Ma[37]、LA-ICP-MS 207Pb/206Pb 表面年龄除三个点为1524～1592 Ma 外，其他在1800～3417 Ma[38]，但都主要集中在2700～1800 Ma。铁沙街岩组变流纹岩锆石SHRIMP U-Pb 年龄1132±8～1172.3±9.7 Ma [39]。周潭岩组斜长角闪岩变质锆石年龄417±47 Ma、捕获锆石年龄873～716 Ma，片岩捕获锆石年龄1532 Ma、861～658Ma[40]。所以，从岩石组合和年代特征，区内金山群似可与田里岩组和铁沙街组对比，但变质程度稍深且斜长角闪岩比较发育，推测与形成的构造部位有关。

惠南板岩与邻近江南造山带地区广泛发育的双桥山群、万年群、溪口岩群、歙县岩群、张村岩片、冷家溪群等岩石类型具有可比性（表2）。不同地层单位变质程度略有差异，原岩都主要为一套复理石、类复理石建造，局部夹火山岩—火山碎屑岩。双桥山群多见变余（凝灰质）砂岩和粉砂巖、板岩，碎屑岩类局部未变质。万年群多见（凝灰质）千枚岩、变质砂岩、变余沉凝灰岩等。溪口岩群和歙县岩群多见千枚岩、板岩、（千枚状）变质砂岩和粉砂岩，前者下部见片岩，后者板岩多见条带状，发育蛇绿岩套。张村岩片为一分布于德兴—弋阳的构造蛇绿混杂岩带。冷家溪群多见板岩夹变质（凝灰质）砂岩和粉砂岩、变质砂岩和粉砂岩夹板岩。同期，浙西北地区发育双溪坞群，主要为一套片理化中基性、酸性火山岩—火山碎屑岩。一系列高质量锆石U-Pb 年龄数据已经证明上述相关地层为新元古代早—中期建造，年龄多早于820 Ma，晚于905 Ma[41]。

区内青白口纪晚期地层与邻近地区广泛发育的河上镇群、沥口群、昱岭关群、广丰群、登山群和板溪群相当，为一套似盖层过渡地层，多见砂砾岩、砂岩、粉砂岩、火山岩—火山碎屑岩，局部变质明显，或成千枚岩和板岩。河上镇群骆家门组和虹赤村组凝灰岩、火山岩锆石年龄分别为832±6 Ma[42]、797±11 Ma[43]。上墅组为中基性火山岩和火山碎屑岩、酸性火山岩夹酸性火山碎屑岩，凝灰岩获得锆石U-Pb 年龄767±5 Ma[44]。沥口群、昱岭关群、广丰群和登山群等上部都发育一套滨海或陆相沉积—火山岩系。昱岭关群井潭组凝灰岩和英安岩获得锆石U-Pb 年龄773±7～779±7 Ma、809±10 Ma、820±16 Ma[45-46]。广丰群桃源组流纹岩获得锆石U-Pb 年龄803±9 Ma[47]。登山群叶家组流纹岩获得锆石U-Pb 年龄798.1±7.8 Ma[48]。板溪群凝灰岩和火山岩获得锆石U-Pb年龄809.3±8.4 Ma、725±10 Ma[49-50]。

由于区内未见惠南板岩和河上镇群的地层接触关系，并且惠南板岩缺乏绝对年龄控制，根据青白口纪以来地层的岩石组合特征，不排除区内惠南板岩有可能为河上镇群的中下部层位。

4.3 构造属性

扬子克拉通和华夏造山系具有不同的基底组成和地壳增生史。扬子克拉通周缘出露多处太古宙—古元古代地层，其中崆岭杂岩最老，形成于约3457～2410 Ma。形成于2444～2495 Ma 的肥东杂岩和约1850 Ma 的董嶺杂岩离区内最近[18，51-52]。此外，扬子克拉通周缘及内部发现大量3.8～1.8Ga 的碎屑锆石年龄[18]。长江三峡地区南华系碎屑锆石U-Pb 年龄有720～910 Ma、1900～2050 Ma、2400～2550 Ma、2600～2700 Ma、2950～3000 Ma 等峰值[53]。扬子克拉通东部前震旦系碎屑锆石U-Pb 年龄有约740～940 Ma、1820～2050Ma、2430～2500 Ma、2600～2700 Ma 等峰值[54-55]。华夏造山系暂未发现太古宙地层出露，最老地层是浙西南的八都群，形成于约2.5 Ga[56]。中生代火山岩、早古生代地层中广泛发育的碎屑锆石年龄多小于3.0 Ga，少量为3.0～4.0Ga，大多数古元古代锆石年龄不在谐和线上，但均显示出2.5 Ga 的谐和、上交点或峰值年龄[57]。中生代之前地层的碎屑锆石U-Pb 年龄有550～600 Ma（588 Ma）、700～1200 Ma（780 Ma、970 Ma、1074 Ma）、1400～1450（1426Ma）、1620～1980 Ma（1853 Ma）和2400～2600 Ma（2485Ma）等峰值[54-55]。

区内金山群的年龄特征与邻近地区八都群[56，58]、田里片岩[34-35]、肥东杂岩[48]、埤城岩群[59]、董岭岩群[18] 相似，表明其作为区域基底的一部分，最晚于古元古代初期已开始形成。全部基底具有872～718 Ma、 956～903 Ma、1149～1051 Ma、1371 Ma、1800～1721 Ma、1855～1808Ma、2495～2031 Ma、2708 ～2571 Ma 的锆石206Pb/238U（近）谐和年龄峰值（图4），其总体特征与华夏造山系具有一定相似性（1149～1051 Ma 和1800～1721 Ma 峰值），表现出与华夏造山系的亲缘性。581±110 Ma 的变质年龄与邻区扬子克拉通、华夏造山系记录的年龄峰值相似[60]，可能代表一次华南广泛存在的变质事件。2447～2507 Ma、1753Ma、1091.1 Ma、801～774 Ma 和581 Ma 的建造和改造事件记录与凯诺兰超大陆、哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆和冈瓦纳超大陆汇聚裂解过程的时间相当[18，36，44，54，58]，暗示上海早期与相关超大陆具有密切关系。由于大于1200Ma 的年龄数据较少，上述认识还需要更多数据的支持。但872～718 Ma、1149～1051 Ma 峰值与江绍断裂带北侧白垩纪花岗岩锆石Hf 模式年龄反映的876 Ma 和1170 Ma峰值相一致[61]，表明至少自中元古代末期以来，区内和浙西北地区具有相对一致的构造环境和体制。

5 结论

（1）上海地区前南华纪地层自下而上可划分为金山群、惠南板岩和河上镇群。金山群原岩可能起始形成于古元古代初期（约2500 Ma），主体形成于中元古代（1753～1091.1Ma）。惠南板岩原岩形成于青白口纪早—中期，推测早于820 Ma，晚于905 Ma。河上镇群中上部形成于青白口纪晚期，约801～774 Ma。

（2）区内金山群与同样位于江山—绍兴断裂带北侧的田里片岩、铁砂街岩组相当，但变质程度稍深且斜长角闪岩比较发育。惠南板岩很大程度上与双桥山群、溪口岩群和冷家溪群相当。河上镇群为一套似盖层过渡地层，与浙西北地区该套地层的中上部层位相当。

（3）总体年龄特征表现出区内基底与华夏造山系的亲缘性特性，2447～2507 Ma、1753 Ma、1091.1 Ma、801～774 Ma 和581±110 Ma 的建造和改造事件是对凯诺兰超大陆、哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆和冈瓦纳超大陆汇聚裂解过程的响应。

致谢：

同济大学许长海教授及其硕士生李晓龙在锆石测年数据处理过程中给予了一定指导。新一代上海市区域地质志编撰过程中，《中国区域地质志》编撰小组的各位专家对本文的相关认识提出了很多宝贵建议，在此一并表示感谢。

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