0 引言

大别—苏鲁造山带南部，自湖北黄麦岭经安徽宿松、肥东至江苏连云港分布着一条北东向的沉积变质型磷矿带（江苏段被郯庐断裂向北北东方向错断，图1），磷矿均赋存在前寒武纪变质岩系中（湖北黄麦岭岩组、安徽柳坪岩组、江苏锦屏岩组），且遭受过强烈的变形变质作用改造，勘查难度较大。沉积变质型磷矿是江苏省最重要的磷矿类型，目前已发现中型矿床 4处、小型矿床 1处，其查明资源量占江苏省磷矿总查明资源量的 91.75%。然而，江苏省磷矿虽然勘查开发起步较早，但尚未系统开展过研究工作，特别是对锦屏岩组原岩形成时代的认识争议较大，如中元古代（陈本森等，1994^①；徐学思等，1997）、中—新元古代（贾根等，2017；吕志成等， 2019^②）和新元古代（陈冬等，2021^③），含磷岩系形成时代的不确定，制约了带内磷矿在成矿背景、成矿规律及成矿系列等方面的认识。本文利用近年来江苏磷矿勘查所取得的锦屏岩组岩心样品，开展了锦屏岩组各类岩石 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 工作，并结合各样品原岩岩性及同成矿带含磷岩系古生物化石对比结果，重新厘定了锦屏岩组原岩形成时代，限定了磷矿原始沉积时间，力求为江苏省乃至中国磷矿勘查与研究工作提供新的参考。

1 地质概况

江苏沉积变质型磷矿带位于大别—苏鲁造山带东段，该带受华北板块与扬子板块碰撞造山作用影响，带内前侏罗纪地层遭受强烈的变形变质作用改造，北部变质作用强烈，发育世界上规模最大的超高压变质带（刘福来等，2005），南部变质作用稍弱，发育一系列大规模的高压变质带，自湖北至江苏的沉积变质型磷矿带即赋存于南部的高压变质带中（图1）。

该带江苏省内出露地层按其产出的构造环境可划分为前寒武纪变质基底和中新生代盖层两大类。变质基底为一套中新太古代—新元古代的超高压—高压变质岩系，包含东海和海州2个岩群，其中海州岩群中的锦屏岩组是带内沉积变质型磷矿唯一赋矿地层（成林等，1981^④；唐炎森，1990；陈本森等，1994^①；贾根等，2017）。盖层为晚白垩世—古近纪陆相氧化环境下形成的中粗粒碎屑沉积岩和新近纪陆相还原环境下形成的细碎屑沉积岩，其分布严格受中新生代断陷盆地控制。带内断裂构造和褶皱构造均较发育，其中断裂构造以北北东—北东向和北西向为主，北北东—北东向断裂构造形成时间早、规模大，不仅制约着造山带和磷矿带的边界，而且控制着带内中新生代断陷盆地的展布；北西向断裂构造形成时间晚、规模小，多切割错断矿体，破坏其连续性。褶皱构造以北北东—北东向为主，为多期复式褶皱构造，复式褶皱构造使带内磷矿层发生多次叠加、滑脱、减薄等改造，是制约带内磷矿分布的主控因素。该带江苏省内前寒武纪岩浆岩较发育，且均遭受过区域超高压—高压变质作用改造，多破坏含磷岩系的连续性；中新生代岩浆岩不发育，以新生代玄武岩为主，对磷矿体的影响甚微。

2 样品与测试方法

2.1 样品特征

依据各样品岩性特征并结合原岩性质，将其划分为绿色片岩类（绿帘阳起黑云斜长片岩、绿泥阳起斜长片岩、石榴黑云角闪斜长片岩）、浅色片岩类 （二云片岩、白云片岩、方解云母片岩）和片麻岩类 （二云二长片麻岩、白云斜长片麻岩和白云二长麻岩）共3种岩石类型。现将各代表性岩性论述如下：

绿帘阳起黑云斜长片岩（Zr-01），采自滥洪—华冲磷矿YZK03钻孔。岩石呈灰绿—暗绿色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物为绿帘石（5%～10%）、阳起石（10%～15%）黑云母（15%～20%）、斜长石 （45%～50%），少量绿泥石、白云母和石英（＜5%）。阳起石呈短柱状或柱状，绿帘石呈不规则状；斜长石，An＜4，以卵形为主，少量半自形板柱状，彼此间平行排列，与岩石片理方向一致（图2a）。

1 —新元古界；2—中元古—新太古界；3—磷矿床

白云二长片麻岩（Zr-15），采自泗洪地区ZK002 钻孔。岩石呈灰白色，鳞片花岗变晶结构，片麻状构造。主要矿物为白云母（10%～25%）、石英 （25%～35%）、长石（40%～55%），少量绿帘石、黑云母（＜5%）等。长石以斜长石为主，次为微斜长石，局部两者含量接近，岩性过渡为二长片麻岩。长石颗粒镜下见拉长定向现象，与片状矿物一起定向排列（图2b）。

白云片岩（Zr-14），采自泗洪地区 ZK001 钻孔。岩石呈灰白—灰色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物为白云母（40%～45%）、石英（45%～55%），少量方解石（＜5%）等。石英呈他形粒状，镜下见拉长定向现象，与云母类矿物一起定向排列，局部见黑云母含量增高，岩性过渡为云母片岩（图2c）。

2.2 测试方法

锆石挑选、制靶、阴极发光照相及 U-Pb定年均在南京聚谱检测科技有限公司完成，所用仪器为 Agilent 7700x 型 ICP-MS 及 RESOlution LR 型 193 nm ArF 准分子激光剥蚀系统。锆石定年激光斑束直径为33 um，6 Hz频率剥蚀40 s，能量密度为4.5 J/ cm²。气溶胶由氦气送出剥蚀池，与氩气混合后进入 ICP-MS。各核素积分时间如下：²⁰⁷Pb为 20 ms，²⁰⁶Pb 与²⁰⁸Pb 各 15 ms，²³²Th 与²³⁸U 各 10 ms，²⁰²Hg、²⁰⁴Pb 与其他微量元素积分时间 8 ms。测试过程中以标物锆石 91500（1062 Ma）（Wiedenbeck et al.，1995），校正仪器质量歧视与元素分馏；以标物锆石GJ-1（600 Ma）（Jackson et al.，2004）为盲样，检验U-Pb定年数据质量；以NIST SRM 610为外标、Si为内标，标定锆石中的微量元素含量。原始的测试数据经过 ICPMSDataCal软件离线处理完成（Liu et al.，2010）。

3 测试结果

3.1 绿色片岩类

绿色片岩类样品锆石形态复杂多样，且均发育明显的核-边结构，指示锆石形成后遭受过后期地质作用改造。锆石生长边具高强度的阴极发光，不发育岩浆成因的振荡环带结构；核部除晶型较好，发育振荡环带结构的锆石外，亦见有外形呈近圆形 —不规则状，不发育振荡环带结构的锆石（图3a）。为较准确获得原岩年龄，本次选取核部发育振荡环带结构的锆石进行测试。

绿色片岩类样品锆石的 U 和 Th 含量变化较大 （表1），U 为 36×10^-6～1065×10^-6，Th 为 16×10^-6～556×10^-6，Th/U 比值为 0.30～1.41，大于 0.1，指示所测锆石为岩浆成因（Belousova et al.，2010；夏友河等，2018；李山坡等，2022）。LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄数据跨度较大，可划分为 5 组（表1），第一组 2 颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄分别为 2587 Ma 和 2879 Ma；第二组 3 颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄为 2032～1826 Ma；第三组 3 颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄为 1235～1011 Ma；第四组 6 颗锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄为 956～691 Ma；第五组 2 颗锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄分别为 259 Ma和258 Ma。在年龄谐和图中，可见部分分析点具有显著不谐和的表面年龄，说明样品经历过强烈的后期叠加改造，这也与锆石内部结构显示的特征一致。

3.2 浅色片岩类

浅色片岩类样品锆石形态以不规则状为主，具一定的磨圆，普遍发育核-边结构，部分锆石可见核-幔-边结构，生长边具高强度的阴极发光，无振荡环带，部分锆石颗粒核部发育岩浆成因的振荡环带结构，部分颗粒核部不发育振荡环带（图3b、3c），指示锆石成因以及后期演化的复杂性。为较准确获得原岩年龄，本次选取核部发育振荡环带结构的锆石进行测试。

a—绿帘阳起黑云斜长片岩；b—白云二长片麻岩；c—白云片岩；d—黝帘黑云石英片岩；Act—阳起石；Bt—黑云母；Ep—绿帘石；Ms—白云母； Mc—微斜长石；Pl—斜长石；Qtz—石英；Zo—黝帘石

浅色片岩类样品锆石的 U 和 Th 含量变化亦较大（表1），U 含量为 54×10^-6～1268×10^-6， Th 为 82× 10^-6～702×10^-6，Th/U 比值为 0.28～1.96，大于 0.1，指示所测锆石为岩浆成因。LA-ICP-MS锆石 U-Pb 年龄数据可分为4组（表1），第一组1颗锆石的²⁰⁷Pb/ ²⁰⁶Pb年龄为 2874 Ma；第二组 10颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄为 2491～1965 Ma；第三组 2 颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1591～1332 Ma；第四组9颗锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄为 891～779 Ma。在年龄谐和图中，其特征与绿色片岩相似，部分分析点具有显著不谐和的表面年龄，指示样品经历过强烈的后期叠加改造，也与锆石内部结构显示的特征一致。

3.3 片麻岩类

片麻岩类样品锆石形态亦复杂多样，内部结构与绿色片岩类、浅色片岩类岩石相似，均普遍发育核-边结构，生长边具高强度的阴极发光，无振荡环带，部分锆石颗粒核部具岩浆成因的振荡环带，部分颗粒核部不具振荡环带（图3d），指示锆石成因以及后期演化的复杂性。为较准确获得原岩年龄，本次选取核部发育振荡环带结构的锆石进行测试。

片麻岩类样品锆石的 U 和 Th 含量变化亦较大 （表1），U 为 45×10^-6～769×10^-6，Th为 58×10^-6～440× 10^-6，Th/U比值为0.28～2. 08，大于0.1，指示所测锆石为岩浆成因。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄数据同样可分为 4 组（表1），第一组 3 颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄为 2499～2485 Ma；第二组 3 颗锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1124～1010 Ma；第三组8颗锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄为 784～759 Ma；第四组 1颗锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为 270 Ma。在年龄谐和图上，其特征也与上述两类岩石相似，部分分析点具有显著不谐和的表面年龄，指示样品经历过强烈的后期叠加改造，也与锆石内部结构显示的特征一致。

注：测试单位为南京聚谱检测科技有限公司（2021年3月）。

a—绿色片岩类锆石阴极发光图；b、c—浅色片岩类阴极发光图；d—片麻岩类阴极发光图

4 讨论

4.1 含磷岩系原岩形成时代

锦屏岩组中绿色片岩类岩石（绿帘阳起黑云斜长片岩、绿泥阳起斜长片岩、石榴黑云角闪斜长片岩）原岩岩性为基性火山岩、含泥砂质基性火山沉积岩（成林等，1981^④）。侵入岩中锆石年龄值仅代表侵位年龄，因岩浆需经过相当长的时间才可完全结晶、固结，所以其锆石年龄值不完全等同于岩体形成的年龄，但火山岩中锆石年龄值基本可代表成岩年龄，具有较高的定年有效性（杨富全等，2013）。本次共获得 5 组年龄，结合绿色片岩类岩石原岩岩性分析，认为最小年龄可代表原岩形成年龄上限，但第五组2颗锆石的晚二叠世（259 Ma和258 Ma）年龄明显偏年轻，数量占比少，代表性差，且与锦屏岩组古生物化石资料（侯明金等，1995，2004；汤家富等2000，2002）相矛盾，因此认为是后期原岩遭受变质作用改造，导致 Pb 同位素丢失所致。除此之外，第四组 6 颗锆石最年轻，具有相对一致的²⁰⁶Pb/²³⁸U 表面年龄（图4a），可代表锦屏岩组绿色片岩类岩石原岩形成年龄。但需说明的是第四组年龄为956～691 Ma（表1），时间跨度较大，说明该套绿色片岩并非一期火山喷发的产物，应为多期火山喷发的火山岩及喷发间隙的含泥砂质的火山沉积岩组合，后受华北板块与扬子板块碰撞造山影响，该套岩性组合均卷入了造山带，形成了如今难以区分的一套绿色变质岩。因此锦屏岩组绿色片岩类岩石原岩年龄应为一个年龄区间，即绿色片岩类岩石原岩形成于新元古代（956～691 Ma），其他中—新太古代、中— 古元古代锆石为原岩岩浆上升所捕获的围岩锆石，这也与区域内东海岩群原岩的地质年龄（徐学思等，1997；贾根等，2017）相吻合。

锦屏岩组中浅色片岩类岩石（二云片岩、白云片岩、方解云母片岩）原岩为泥质砂岩、粉砂质泥岩、钙质泥岩等碎屑沉积岩（贾根等，2017），这也与该类岩石锆石的形态特征相吻合。应用碎屑锆石年龄谱资料对地层时代进行制约已获得地学界普遍认可，碎屑锆石中最年轻时代锆石限定了地层最大沉积时代（陆松年等，2009）。本次共获得了 4 组年龄数据，其中第四组年龄最年轻，且具有相对一致的²⁰⁶Pb/²³⁸U 表面年龄，9 颗锆石数据在年龄直方图上构成显著的年龄峰值，在谐和图上基本分布在谐和线上及其附近（图4b），其中 6个分析点年龄较集中，其²⁰⁶Pb/²³⁸U 加权平均年龄为（833±39）Ma（n= 6，MSWD=0.21）。该年龄指示浅色片岩类岩石原岩沉积物源有新元古代地壳物质的贡献，也限定了其沉积时代不早于年轻锆石的结晶时间。但需要说明的是该类岩石锆石 U-Pb 年龄虽跨度大，但未见新元古代之后的年龄数据，因此推测该类岩石原岩形成于新元古代，其他中太古代、中—古元古代锆石为古老的东海岩群的碎屑锆石。这也与石永红等（2012）、陈俊辉等（2016）所报道的同成矿带安徽境内宿松岩群中浅色片岩（石榴石云母片岩、白云母石英片岩）的锆石年龄特征相一致。

a—绿色片岩类锆石U-Pb年龄谐和图；b—浅色片岩类锆石U-Pb年龄谐和图；c—片麻岩类锆石U-Pb年龄谐和图

锦屏岩组片麻岩类岩石（二云二长片麻岩、白云斜长片麻岩和白云二长麻岩）原岩为凝灰质长石砂岩（成林等，1981^④）。本研究共获得 4 组年龄数据，与绿色片岩类岩石原岩年龄分析同理，晚二叠世年龄（270 Ma）应是后期原岩遭受变质作用改造，导致Pb同位素丢失所致。故第三组年龄最年轻，具相对一致的²⁰⁶Pb/²³⁸U 表面年龄，8 颗锆石数据在年龄直方图上构成显著的年龄峰值，在谐和图上基本分布在谐和线上及其附近（图4c），²⁰⁶Pb/²³⁸U 加权平均年龄为（772±31）Ma（n=8，MSWD=0. 04）。与浅色片岩类岩石同理，该锆石年龄亦指示片麻岩类岩石原岩沉积时代不早于（772±31）Ma，同时岩石中亦未见新元古代之后的年龄数据，因此推测该类岩石原岩形成于新元古代，其他中—古元古代锆石为古老的东海岩群的碎屑锆石。

综合上述锦屏岩组三大类变质岩的锆石 U-Pb 年龄数据，认为其原岩形成于新元古代。

4.2 磷矿原岩时代限定

江苏省地质矿产局第六地质大队在锦屏岩组含磷大理岩中采集到 LeiominuscutaminutaNaum（小型光面小球藻）、Taeniatum sp.（带藻，未定种）、 Trematsphaaeridum sp. （穴面球藻，未定种）、 Asperatophosphaera sp. （ 糙面球藻，未定种）、 Triangumorpha sp. （ 三角藻，未定种）、 Trachysphaeridiumlovis（薄壁面鲛面球藻）等古生物化石，但未明确其时代（成林等，1981^④）。在同矿带安徽境内，侯明金等（1995，2004）在宿松岩群柳坪岩组磷矿层顶部薄层大理岩中也采集到相同的古生物化石，经鉴定，认为上述古生物组合特征与扬子地层区震旦纪微古植物的组合特征相似，其地质时代宜界定为震旦纪。汤加富等（2000，2002）在柳坪岩组与大新屋岩组交界处薄层大理岩及含炭质变粉砂岩中亦采集到上述古生物化石，同时又在柳坪岩组和大新屋岩组中新发现Leiosphaeridia sp.（光面球藻，未定种）、Lophosphaeridium sp.（瘤面球藻，未定种）、Pterospermalla sp.（翼球藻，未定种）等古生物化石，经鉴定，认为其形成时代为震旦纪，部分样品为震旦纪晚期。在该矿带湖北省境内，曾家纪在黄麦岭岩组含磷大理岩和石墨片岩中采集到 Pseudozonosphaera sp. （ 拟环球藻，未定种）、 Prottsphoeridium sp. （原始球形藻，未定种）、 Polyporate sp. （ 多孔体，未定种）、Lignum nematoiiaeum Sin（丝纹状植物碎片）等古生物化石，经鉴定，其形成时代为震旦纪（成林等，1981^④）。

新元古代震旦纪是扬子板块重要的海相磷块岩成矿期，在扬子板块边缘产出一系列大型磷矿床，如贵州瓮安磷矿床、开阳磷矿床，湖北宜昌磷矿床、荆襄磷矿床、保康磷矿床等（密文天，2010；杨刚忠等，2010；廖宗明等，2014；罗雪等，2016；王泽鹏等，2016；伍齐学等，2016；任厚州等，2018；宋小军等，2020）。综合锦屏岩组各类岩石锆石 U-Pb年龄及含磷大理岩中古生物化石等证据，认为锦屏岩组中磷矿体（磷灰石岩-大理岩）原岩形成于震旦纪。推测在震旦纪时期，扬子板块西起贵州东至江苏发育一条规模巨大的沉积型磷矿带，因该带东段（鄂东—江苏段）后期受扬子板块与华北板块碰撞造山作用影响，整个含磷地层及其顶底板围岩均卷入造山带，遭受强烈的变形变质作用改造，原始沉积的磷块岩经变质作用改造转变为磷灰石岩，在大别— 苏鲁造山带南缘形成了一条鄂东—江苏的沉积变质型磷矿带；西段（贵州—鄂西）因未遭受大规模区域变质作用改造，仍保留原始沉积特征，发育一系列磷块岩型矿床。

5 结论

（1）锦屏岩组各类岩石 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 测年表明，绿片岩类岩石原岩年龄为（956±7）～（691±14）Ma，浅色片岩类岩石原岩年龄不早于 （833±39）Ma，片麻岩类岩石原岩年龄不早于（772±31）Ma，且浅色片岩类、片麻岩类岩石中均未发现新元古代之后的年龄数据，同时结合锦屏岩组古生物化石资料，厘定锦屏岩组原岩形成于新元古代。

（2）江苏锦屏岩组、安徽柳坪岩组、湖北黄麦岭岩组等含磷地层中古生物化石资料均表明，该沉积变质型磷矿带磷矿原始沉积发生于震旦纪，结合震旦纪扬子板块成磷地质事件，认为江苏沉积变质型磷矿原岩形成于震旦纪。

致谢 江苏省地质调查研究院王海欧教授、杨颍鹤高级工程师在样品测试过程中给予了极大帮助；审稿专家对论文提出了宝贵的修改意见，在此一并致以诚挚的感谢！

注释

① 陈本森，李自堃，吕恩茂.1994. 连云港市幅1∶5万区域地质调查报告[R]. 南京：江苏省地质矿产调查研究所.

② 吕志成，于晓飞，颜廷杰，关俊朋，孙国曦，谢旭，魏邦顺，陈冬，王少华，王海鸥，高振强，张作宏 .2019. 江苏省沭阳—泗洪地区磷矿整装勘查区矿产调查与找矿预测子项目成果报告[R]. 南京：江苏省地质调查研究院.

③ 陈冬，胡森林，孙清钟，关俊朋，孙国曦，黄震，魏邦顺，谢旭，杨用彪，张珍玉 .2021. 江苏省沭阳—泗洪地区磷矿整装勘查区南段预查报告[R]. 南京：江苏省地质调查研究院.

④ 成林，顾金祥，窦开友，程振香，刘修林，严翠龙，周炳杨，高德友，邵慧芝，郭元根 .1981. 江苏省北部海州式磷矿成矿条件、分布规律、找矿方向专题研究报告[R]. 连云港：江苏省地质矿产局第六地质大队.

参考文献