中国中—新元古代地层研究进展及建议划分、对比方案

本文系统梳理了中国地层表(2014)中—新元古界尚存的地层学问题,并以十多年来有关专家及本课题组地层年代学成果为基础,结合地质事件的时空发育和对比关系,重点研究了中元古界底界、中元古界待建系、中—新元古代过渡时期地层关系、成冰系底界的划分及震旦系罗圈冰期的时代归属。在此基础上提出了中—新元古代地层划分和对比方案建议,并进一步讨论和对比了中国华北、扬子和塔里木三大陆块中—新元古代地质特征异同。研究表明：中国中元古界以1800 Ma(或1780 Ma)为底界,比1600 Ma更合理;中元古界待建系虽在华北陆块北缘和南缘、扬子陆块北缘和南缘均发育,但以扬子陆块北缘神农架地区神农架群最佳,建议暂以神农架群为待建系候选层型进行重点研究;华北胶辽徐淮吉豫的原青白口纪地层很可能跨越了1000 Ma界线,有一部分地层属于中元古界;建议与国际接轨,原南华系与成冰系对应(720～635 Ma);青白口系以820 Ma构造面为界两分,下部称青白口系下统(1000～820 Ma),上部称青白口系上统(820～720 Ma),待以后证据更充分时再决定是否分为两个系;华北陆块南缘以罗圈冰川为代表的罗圈组及相应地层...     

华南"南华系"研究新进展--论南华系地层划分与对比

华南新元古代裂谷系由一系列地堑、地垒式次级盆地组成，裂谷系地层位于震旦系与四堡造山不整合面之间，区域上侧向延伸不连续，呈“楔状地层”展布。大量新的U-Pb同位素年龄资料表明，“楔状地层”下部(包括板溪群或与之相当的高涧群、芙蓉溪群、丹洲群、下江群、登山群、厉口群等)的底界年龄均小于或接近820Ma。因此，在华南四堡造山不整合面之上缺失了与华北青白口系相当的绝大部分地层(1000-820Ma)，这一结论与目前中国华南地层划分方案不同。由于820Ma代表了华南新元古代裂谷系沉积超覆的“起点”年龄，且这一重要沉积事件的时间又与国际地层委员会新元古界三分方案中成冰系的底界年龄接近，因此，建议将华南新元古代裂谷系沉积超覆地层与四堡造山带变质岩系之间的不整合面作为”南华系”的底界面。     

关于建立“板溪系”的建议及其基础的讨论——以黔东地区为例

作者在分析黔东新元古代早期沉积时限的基础上,结合前人关于Sturtian冰期、南华系底界、青白口系年代学的最新研究成果,指出华南新元古代裂谷盆地早期沉积(板溪群或与之相当的高涧群、芙蓉溪群、丹洲群、下江群、登山群、历口群等)时限为740～820Ma,是南华纪冰期前的非冰成沉积,是Rodinia裂解机制下的填平补齐沉积;而青白口系沉积可能是与Rodinia形成相关的板块碰撞机制下坳陷盆地沉积,南华系是与国际成冰系相对应的冰期沉积,是华南新元古代裂谷盆地的第一个盖层,因此,将板溪群、下江群等归入南华系或青白口系均不合理。由此提出了"板溪系"概念,它包括板溪群或与之相当的一套楔状地层。结合目前华南裂谷盆地开启年龄和南华纪冰期的起始年龄,板溪纪的时限暂定为850～740Ma。板溪系的提出不仅将有利于解决长期存在的南华系划分对比问题,同时也必将有利于新元古代裂谷盆地早期演化及其与Rodinia超大陆裂解、冰期形成等关系的研究和相关重大气候、环境巨变问题的探讨。     

关于建立“板溪系”的建议及其基础的讨论——以黔东地区为例汪正江

作者在分析黔东新元古代早期沉积时限的基础上,结合前人关于Sturtian冰期、南华系底界、青白口系年代学的最新研究成果,指出华南新元古代裂谷盆地早期沉积（板溪群或与之相当的高涧群、芙蓉溪群、丹洲群、下江群、登山群、历口群等）时限为740～820Ma,是南华纪冰期前的非冰成沉积,是Rodinia裂解机制下的填平补齐沉积;而青白口系沉积可能是与Rodinia形成相关的板块碰撞机制下坳陷盆地沉积,南华系是与国际成冰系相对应的冰期沉积,是华南新元古代裂谷盆地的第一个盖层,因此,将板溪群、下江群等归入南华系或青白口系均不合理。由此提出了“板溪系”概念,它包括板溪群或与之相当的一套楔状地层。结合目前华南裂谷盆地开启年龄和南华纪冰期的起始年龄,板溪纪的时限暂定为850～740Ma。 板溪系的提出不仅将有利于解决长期存在的南华系划分对比问题,同时也必将有利于新元古代裂谷盆地早期演化及其与Rodinia超大陆裂解、冰期形成等关系的研究和相关重大气候、环境巨变问题的探讨。     

南华系建系问题探讨

南华系的研究与关于成冰系的研究配合不多,把南华系简单地理解为原震旦系下统,侧重于原震旦系下统底界年龄的测定,把国外给定的关于"成冰系"的起始年龄值(即850Ma)看得过重,忽略了它的不确定性。对于作为南华系主体的新元古代冰期地层的研究比较薄弱,与国际冰川沉积学研究水平差距大。为此,有必要根据界线层型剖面的要求开展建系工作,重点深入研究新元古代冰川沉积地层的基本特征,包括层序地层学、同位素地层学、磁性地层学、岩石地层学、化学地层学、生物地层学和年代地层学等,明确其内涵,寻找全球对比的界线标志。建议以贵州黎平肇兴剖面为代表开展候选层型剖面和层型点所需内容研究。     

中国中-新元古代地层年表的修正——锆石U-Pb年龄对年代地层的制约

报道了全国地层委员会的中-新元古代地层年表新标定的方案:即长城系限定在1.8～1.6 Ga;蓟县系限定在1.6～1.4 Ga;待建系1.4～1.0 Ga;青白口系限定在1.0～0.78 Ga;南华系限定在780～635 Ma及震旦系限定在635～542 Ma.新年表突出3个方面的标定:1)对长城系和蓟县系的年代学限定;...     

贵州松桃南华系大塘坡组凝灰岩锆石SHRIMPⅡU-Pb年龄

新元古代冰期和冰期发生的确切时代一直是全球前寒武纪地质学家关注的话题之一.本文应用高分辨率、高精度离子微探针(SHRIMPⅡ)锆石U-Pb定年方法,测定采自贵州松桃黑水溪锰矿大塘坡组底部凝灰岩锆石U-Pb年龄为667.3±9.9 Ma(MSWD=1.6).这一年龄结果与前不久Zhou等(2004)在"Geology"上报道的贵州松桃寨郎沟剖面大塘坡组下部凝灰质层的锆石U-Pb年龄662.9±4.3 Ma (MSWD=1.24) 完全一致,进一步限定了我国南华系大塘坡组间冰期的下限年龄.综合近年来同位素年代学新资料,认为南华系南沱冰期与新元古代马利诺(Marinoan)冰期相当,时限大致在660～630 Ma之间.南华系的下冰期与斯图特(Sturtian) 冰期相当,时限大致在750～670 Ma之间.     

塔里木盆地西南缘叶城地区新元古代冰期事件

新元古代冰期事件记录了“雪球地球”事件重要的地质信息。塔里木盆地周缘新元古代冰碛岩地层露头发育,是研究新元古代冰期事件的理想基地。由于发育多套新元古代火山岩,盆地东北缘库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩地层时代已获得较多年代学数据约束;但盆地周缘其他地区新元古代冰碛岩地层公开报道年代学数据较少,不能准确限定其沉积时代,导致冰期事件对比存在争论。为此,本文选择塔里木盆地研究程度较低的西南缘叶城地区新元古代冰碛岩地层,开展岩石学、同位素年代学、岩石地球化学等研究,明确其冰期沉积特征,约束其沉积时代,开展冰期事件对比,讨论古气候风化条件等。南华系波龙组和雨塘组冰碛岩地层具有较低的化学蚀变指数(CIA),分别代表新元古代2次寒冷的冰川气候记录。冰川沉积及其相邻层位的碎屑锆石U-Pb年代学数据显示,波龙冰期的起始年龄晚于(710±13) Ma,与全球Sturtian冰期对应;雨塘冰期的起始年龄不会早于(656±18) Ma,其结束年龄可被南华系顶界年龄635 Ma或上覆震旦系库尔卡克组碎屑锆石年龄(634±9) Ma限定,与全球Marinoan冰期对应。     

南华系底界年龄:SHRIMP Ⅱ定年新证据

针对重庆东南秀山中溪板溪群顶部凝灰岩及湖南新化木瓜坪江口组底部火山角砾岩进行的SHRIMP U-Pb年代学研究结果表明:板溪群顶部(即青白口系顶界)年龄为(786±11)Ma,江口组底部(即南华系底界)年龄为(785±11)Ma,这一测试结果与中国地层委提出的青白口系顶界、南华系底界780 Ma的数据相吻合。针对南华系划分的混乱局面,认为南华系地层的划分应回到"南华大冰期"的沉积相应,与国际地层表中的成冰系(纪)相对应的起点上来;而板溪群则是新元古代裂谷系起点的楔状充填体,二者不能混为一体。     

桂北地区丹洲群锆石U-Pb年代学及对华南新元古代裂谷作用期次的启示

桂北地区丹洲群是南华裂谷盆地南段的一套连续裂谷充填沉积,厘定各组沉积时限及区域地层关系,对理解华南新元古代裂谷作用期次具有重要意义。本文利用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年,获得丹洲群合桐组二段和拱洞组底部凝灰岩夹层形成年龄分别为801±4 Ma和781±5 Ma。研究表明,丹洲群白竹组和合桐组一段与下江群甲路组和乌叶组、板溪群沧水铺组和马底驿组、西乡群孙家河组及陆良组一段相当,沉积时限为820~800 Ma;合桐组二段与下江群番召组相当,沉积时限为800~780 Ma;拱洞组可与下江群清水江组、平略组和隆里组,板溪群五强溪组中上部和牛牯坪组,西乡群大石沟组中上部和三郎铺组,陆良组二段及澄江组、开建桥组、莲沱组、虹赤村组和上墅组的中上部直接对比,沉积时限为780~725 Ma。华南新元古代裂谷盆地系统的典型地层锆石年龄存在5组高峰,峰值年龄分别为818±2 Ma、802±1 Ma、780±4 Ma、756±4 Ma及728±5 Ma。综合华南新元古代岩浆活动特征及盆地沉积演化过程,确定华南新元古代裂谷作用可分为两期:820~800 Ma和800~725 Ma。此外,华南新元古代岩浆活动与裂谷作用之间存在明显的耦合关系,但各期岩浆活动对各裂谷盆地的影响程度存在差异。     

关于南华系底界年龄780Ma数值的讨论

南华系(成冰系)底界年龄近年来受到国内外的广泛关注。2013版《中国地层表》(试用稿)上采用的是780Ma。本文根据国内外关于南华系(成冰系)底界年龄的最新研究成果和进展,同时结合780Ma数值的依据进一步做了一些分析和讨论并指出这个数据的问题和不足。南华系(成冰系)底界年龄应该是～720Ma。     

滇中新元古代澄江组层型剖面锆石U-Pb年代学及其地质意义

澄江组是华南新元古代地层中的重要地层单元之一,其确切沉积时限对于建立和完善华南新元古代区域地层格架具有关键意义。对滇中澄江组层型剖面顶部的凝灰岩夹层进行高精度SHRIMP锆石U-Pb定年研究,获得3组有效的206Pb/238U加权平均年龄值,其分别为(819±14)Ma(MSWD=0.15)、(781±11)Ma(MSWD=0.24)和(725±11)Ma(MSWD=0.65)。其中,最年轻的一组年龄值(725±11)Ma被解释为澄江组顶部凝灰岩夹层的形成时间,可以代表滇中澄江组的顶界年龄,从而进一步确认澄江组的沉积时限为800～725 Ma。结合相关研究资料,证实澄江组与开建桥组、莲沱组的沉积时限基本相当,三者与下冰期长安组不存在对比关系,而应与冰期前板溪群的上部进行对比。此外,推测两组年龄值较老的锆石可能是与新元古代罗迪尼亚(Rodinia)超大陆裂解有关的幕式岩浆活动的记录。     

扬子区震旦纪地层序列和南、北方震旦系对比

198 2年“晚前寒武纪地层分类命名会议”决议“震旦系是青白口系之上的晚元古代最上部的一个年代地层单位 ,以三峡地区的剖面为代表 ,暂以莲沱组底界为底界”。但从区域性对比和同位素年代地层学分析 ,莲沱组底至黄陵花岗岩的侵蚀面之间有约 10 0 Ma的沉积缺失 ,莲沱组和南沱组也不能代表 75 0～ 6 6 0 Ma间的沉积历史。峡东地区震旦系下部地层不完整是显而易见的。本文赞同修订震旦系的含义 ,以下冰碛层 (古城组或铁丝坳组 )之底为震旦系的底界 ,年龄为 70 0 Ma。朝鲜飞浪洞组可与古城组、大塘坡组和南沱组对比 ,祥原系及辽南、徐淮地区的相当地层属“南华冰期”前的沉积地层。建议震旦系之下至青白口系顶 (85 0 Ma)之间建立辽南系 ,从而完善我国晚元古代年代地层框架     

南华冰期的底界讨论:来自沉积学与同位素年代学证据

目前国内对于我国新元古代南华系划分的分歧很大,主要原因之一在于对板溪群及其相当层位地层的构造属性及其上限年龄的认识存在较大差异,为此,在详细的沉积学调查的基础上,对湘黔桂地区典型丹州群和下江群(与板溪群相当)有关剖面上顶部地层沉凝灰岩开展了锆石年代学研究.沉积学调查表明,板溪期沉积地层与上覆南华冰期沉积地层之间的转换界面清晰,界面上下岩性、结构、构造、沉积相特征迥异,显示板溪群和上覆南华纪冰期沉积期间存在明显的沉积—构造转换过程.而板溪晚期沉凝灰岩的锆石U-Pb同位素年代学研究则表明,板溪群及其相当层位的上限年龄均趋向于720 Ma,这与Sturtian冰期的启动年龄718 Ma接近.因此,基于沉积盆地演化的阶段性、全球性重要古气候演化的区域可对比性以及同位素年代学分析,将南华冰期启动年龄设定为720 Ma是恰当的,将我国南华系底界置于江口冰期沉积层系之底也是合理的,这为我国南华系底界GSSP的选定提供了重要的年代学和沉积学约束.     

浙西北建德地区休宁组沉积时限的厘定:来自凝灰岩锆石U- Pb年代学的制约

浙西北建德地区休宁组(原称志棠组)是华南新元古代的重要地层单元之一,但其沉积时限和区域对比关系长期存在争论。本文对采自休宁组下部和上部的凝灰岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得两件凝灰岩样品的形成年龄分别为785.0±2.8Ma(MSWD=0.85,n=37)和727.5±7.3Ma(MSWD=0.64,n=7)。结合前人研究成果认为,休宁组沉积时限为～800Ma至～728Ma;野外沉积学研究表明,休宁组沉积构造发育,主体属于正常气候条件下的冲积扇和滨浅海(湖)沉积,非南华冰期地层;区域上,休宁组与板溪群及其相当地层的中上部、莲沱组、苏雄组/开建桥组、澄江组沉积时限基本相当,与下冰期(Sturtian冰期)长安组不存在对比关系,应明确为华南"四堡造山运动"不整合面之上、南华冰期之下的一套裂谷充填序列。     

扬子区新元古代前震旦纪地层对比

近年来,随着离子探针等同位素定年技术的广泛应用,华南扬子区新元古代地层确切的时间框架愈发清晰。来自四堡群、板溪群及相应地层的同位素年龄数据表明,扬子区晋宁—四堡造山运动发生的时间约为8.3~8.2亿年前,持续时间可能不到10 Myr。板溪群与莲沱组地层不是上下关系,二者基本上是同时异相,莲沱组比板溪群沉积起始时间稍晚。南华系(成冰系)的底界应放在新元古代比较公认的最早的全球性冰期沉积地层的底部,在华南即长安组或江口组的底部(~720 Ma)。受华南新元古代裂谷盆地演化的控制,扬子区从东南盆地相区往西北浅水台地相区,南华系地层厚度变小、发育越来越不完整。南华系最上部南沱组及相应地层的沉积在扬子区分布最为广泛。     

南华系、莲沱组年龄问题的讨论北大核心CSCD

南华系自建立开始,围绕其定义和内涵的争议就一直存在。经过近二十年的研究,分歧逐渐得到弥合,最近,随着莲沱组顶界年龄-714Ma、长安组底界年龄-716Ma、和两界河段（一原渫水河组）顶部年龄-690Ma的精确测定,上述争议得到进一步解决。“国际年代地层表”（2015年版）把成冰系的底界年龄改为720Ma,意味着人们对于南华系（成冰系）的认识取得了进一步的共识,这些对于统一关于南华系的认识十分重要。另外,莲沱组的启始年龄为-800Ma、结束年龄为-714Ma,层位上位于南华系之下。这些年龄的获得也同时引发了一些新问题,值得进一步探讨：如为什么莲沱组的顶界年龄和长安组底界或拱洞组顶界年龄基本上相当？这与人们对于两地古地理、古海拔的认识不协调;关于古城冰期起始年龄的测定,提出了皖浙赣地区的江口冰期地层是否存在、是否完整等问题。     

南华纪地层及年代构造格架

根据湖南地层发育情况，依国际地层划分标准和中国地层指南要求，将湖南省境内原震旦纪早世划归新元古代南华纪，地层系统可分为3个相区。综合已有同位素测年数据，初步建立起南华纪年代构造格架，确立南华纪底界年龄为800Ma左右，顶界年龄为700Ma左右．     

新元古代冰期及其年代

新元古代在全球范围内出现了几期冰期事件,称之为“雪球地球”事件。这种剧烈的环境变化带来此后地球上生命演化的一次飞跃。“雪球地球”事件的核心是全球冰期的同时性,需要同位素地质年代学的证据。新元古代末期两次主要的冰期事件是Marinoan冰期和Sturtian冰期,其中Marinoan冰期结束于635Ma;Sturtian冰期可能发生在710～720Ma,已发表的年龄数据限定它在670Ma之前结束。Marinoan冰期后的Gaskiers冰期发生在580～590Ma。对华南的古城、铁丝坳、长安组、江口组等进行进一步精确定年,将对限定Sturtian冰期持续时间和Cryogenian、南华系的下限年龄具有重要意义。     

华南南华系年代地层学研究进展

华南南华系对应于国际上的成冰系,关于其沉积时限长期存在争议。近十余年来,通过高精度锆石U-Pb定年,已经基本敲定南华系的重要时间节点。长安组底界年龄被限定在ca. 717 Ma,莲沱组顶部沉积时间被限定在ca. 714 Ma。长安冰期中期暂时冰退的时间被限定在ca. 690 Ma,冰期终止时间限定在ca. 659 Ma。小行星撞击地球可能导致了长安冰期中期的暂时冰退,这期间形成的风暴沉积构造和丘状交错层理可以提供最直接的沉积学证据。结合世界其它地区报道的年龄,斯图特（长安）冰期的起止时间限定在了717～659 Ma。马力诺（南沱）冰期的启动时间被大致限定为649 Ma,终止时间被限定在ca. 635 Ma。结合世界其它地区年龄数据,马力诺冰期的启动时间可限定在649～639 Ma。随着后续工作的深入,马力诺冰期的启动时间范围应会被进一步缩小。华南南华系沉积时限的准确厘定对于理解全球成冰纪地质-生物-环境事件具有重要意义。马力诺冰期持续时间约14 Myr,远远小于长安冰期的持续时间（约58 Myr）。冰期末期大规模岩浆作用是导致这两次冰期持续时间不同的直接原因。通过模拟计算发现,扬子北缘...