高林志, 郭憲璞, 丁孝忠, 宗文明, 高振家, 張傳恒, 王自強(qiáng)

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

2)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 遼寧沈陽(yáng) 110032;

3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037;

4)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083

中國(guó)塔里木板塊南華紀(jì)成冰事件及其地層對(duì)比

高林志1), 郭憲璞1), 丁孝忠1), 宗文明2), 高振家3), 張傳恒4), 王自強(qiáng)4)

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

2)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 遼寧沈陽(yáng) 110032;

3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037;

4)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083

“雪球地球”假說(shuō)為全球新元古代冰磧巖研究注入了新的活力。各國(guó)地質(zhì)學(xué)家根據(jù)新元古代冰磧巖全球各大洲發(fā)育的特點(diǎn), 并依據(jù)同位素年齡、δ13C/δ18O和Sr的比值和化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)為全球的新元古界劃分出4個(gè)冰期, 但國(guó)際上的4個(gè)冰期的限定, 是各大洲不同剖面冰期的集合。新元古代冰期事件周期變化視為早期生物復(fù)蘇和早期動(dòng)物分異的起點(diǎn)。由于國(guó)際埃迪卡拉系底界(GSSP)年齡, 即成冰系頂界年齡確定后,使成冰系底界年齡成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。中國(guó)新疆塔里木板塊庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古代冰磧巖是目前世界各大陸中發(fā)育有4套連續(xù)的新元古代冰磧巖和多期火成巖事件的唯一剖面, 它的進(jìn)一步深入研究, 可以備考全球冰期的同步性, 以期建立全球新元古代冰磧巖標(biāo)準(zhǔn)剖面。本文報(bào)道了來(lái)自塔里木西南緣南華系波龍組的碎屑鋯石年齡, 有助于我們對(duì)塔里木板塊西南緣南華系時(shí)代的限定。

成冰系; 南華系; 冰磧巖; 塔里木板塊; 碎屑鋯石

新疆塔里木北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)是目前全球各大陸中確認(rèn)為4套新元古代冰磧巖和多期火成巖事件的唯一剖面, 其沉積特征、沉積環(huán)境以及冰磧巖年代地層學(xué)研究的進(jìn)展始終引起地質(zhì)學(xué)家的矚目。含冰磧巖巖系的建立始見(jiàn)于瑞典學(xué)者 Norin E.(諾林)1928—1932年考察報(bào)告(Norin, 1935), 諾林在考察中首先發(fā)現(xiàn)和確定含冰磧層庫(kù)魯克塔格層系, 并劃分出四套巖系: 貝義西巖系、阿勒通溝巖系、特瑞愛(ài)肯巖系和育肯溝巖系。20世紀(jì)50至70年代, 地質(zhì)礦產(chǎn)部第十三大隊(duì)的地質(zhì)學(xué)家在新疆開展系統(tǒng)的野外調(diào)查時(shí), 基本完善了含冰磧巖地層序列, 并進(jìn)行了系統(tǒng)的巖礦學(xué)研究和古地理分析(高振家等,1980, 1984b)。曹仁關(guān)(1991)在庫(kù)魯克塔格地區(qū)考察中建議將阿勒通溝組上段劃分出黃羊溝組, 從此將四套冰期(冰磧巖)與間冰期清晰地反映在地層柱中(高林志等, 2010a)。如今國(guó)際地層年表新元古界已分出拉伸系、成冰系和埃迪卡拉系, 并依據(jù)近年來(lái)的同位素年齡、氧碳同位素、化學(xué)地層研究成果和后生動(dòng)物群演化規(guī)律等建立了系統(tǒng)全球地層對(duì)比序列(Bowing et al., 2003; Burns et al., 1993; Cakver et al.,2004; Carlos et al., 2004; Chu et al., 2004; Derry et al.,1994; Frimmel et al., 1996; Guerrot et al., 1990;Hoffman et al., 2004; Jiang et al., 2003; Kaufman et al.,1997; Kennedy et al., 2001; Stern et al., 2006)。

庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古代地層共發(fā)育了4套冰磧巖, 其中南華系3套冰磧巖, 即貝義西期、阿勒通溝期、特瑞愛(ài)肯期, 震旦系1套冰磧巖, 即漢格爾喬克期。高振家等(2003)曾建議對(duì)它的深入研究可成為全球新元古代冰期地層對(duì)比的典范剖面。而全球范圍新元古界內(nèi)通過(guò)年代學(xué)研究自下而上也列出 4套冰期(全球冰期事件), 即 Kaigas, Sturtian, Marinoan和 Gaskiers冰期(MacGabhann, 2005); 其中成冰系(Cryogenian)的 3 套冰期(Cryogenian glaciations)基本上發(fā)育在750—635 Ma之間(Hoffman et al., 2009),與中國(guó)新元古代南華系時(shí)代(780—635 Ma, 尹崇玉等, 2007)大體相當(dāng)。但是, 兩者的底界年齡有很大的差異, 國(guó)際上趨向?qū)⒊杀档捉绲慕缇€年齡(GSSP)限定在約 740 Ma年齡與中國(guó)南華系底界年齡(780 Ma)有約30 Ma的時(shí)間差異。Gaskiers冰期與新元古界震旦世末次冰期大體相當(dāng), 即塔里木板塊的漢格爾喬克組冰期(580— 570 Ma, Xiao et al., 2004)或大體對(duì)比華北塊體上羅圈組, 該冰期在國(guó)際年表上歸入埃迪卡拉系和中國(guó)年表上歸入震旦系。當(dāng)前,埃迪卡拉系底界定論的 GSSP即是成冰系的頂界年齡(635 Ma, Condon et al., 2005)。

目前成冰系的底界年齡 Global Boundary Stratotype Section and Point(GSSP)還在爭(zhēng)議, 分歧有三: ①以最早冰川的出現(xiàn)為界; ②以寒冷事件沉積為界; ③以全球發(fā)育最廣泛的冰磧巖為界。南非Kaigas冰期年代大體小于 770 Ma(Allsopp et al.,1979), 但是被廣大地質(zhì)學(xué)家普遍認(rèn)為其全球分布廣泛性較差。目前, 一派地質(zhì)學(xué)家提出成冰系的底界應(yīng)放在全球最廣泛發(fā)育的冰川事件即澳大利亞sturtian冰期的底界(755 Ma), 另一派地質(zhì)學(xué)家考慮到構(gòu)造旋回和沉積蓋層等特征, 建議將成冰系的底界(GSSP)定在出現(xiàn)寒冷事件沉積(780 Ma)時(shí)期。國(guó)際成冰系工作組建議成冰系底界的界線, 盡量考慮以下 4個(gè)基本特征的剖面: ①冰磧巖(tillite或diamictite)存在; ②氧/碳同位素的變化曲線(δ13C/δ18O)(王自強(qiáng)等, 2002, 2009; 丁海峰等, 2009;陳壽銘等, 2009); ③化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)(馮連君等,2003; 王自強(qiáng)等, 2006; 劉兵等, 2007; 丁海峰等,2009); ④可信的年代地層學(xué)數(shù)據(jù)(Yin et al., 2003,2005; Zhou et al., 2004, 2007; 徐備等, 2008; Zhang et al., 2008; 鄔光輝等, 2010)。國(guó)際地層年表新元古代成冰系(Cryogenian)時(shí)代為850—635 Ma, 其中的3套冰期(Cryogenian glaciations)基本上發(fā)育在750—635 Ma之間(Haverson et al., 2004; Hoffman et al., 1998, 2002; Kirschvinc, 1992; Leather et al., 2002;MacGabhann, 2005; Stern et al., 2006), 后者與中國(guó)新元古代南華系時(shí)代(780—635 Ma)大體相當(dāng)(高林志等, 2010b, 2011)。

1 庫(kù)魯克塔格地區(qū)冰磧巖地層格架的確立

當(dāng)前只有中國(guó)塔里木北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)的晚新元古界是唯一具備了發(fā)育4套新元古代冰磧巖和多期火山巖的完整地層序列的剖面, 它的年代學(xué)研究成果直接影響著全球成冰系的劃分和對(duì)比。中國(guó)地層委員會(huì)(2001)正式通過(guò)《中國(guó)地層指南及中國(guó)地層指南說(shuō)明書》(修訂版), 將原震旦系分解, 原下統(tǒng)正式建立南華系, 原上統(tǒng)保留震旦系。高振家等(2003)據(jù)此重新厘定了冰磧巖對(duì)比意義, 并突出強(qiáng)調(diào)了新疆南華系的4套冰磧巖地層序列的存在。同期, 在新疆塔里木板塊, 特別是在庫(kù)魯克塔格地區(qū)出現(xiàn)了新一論研究高潮, 特別是系統(tǒng)的氧/碳同位素(Xu et al., 2003; Xiao et al., 2004), 鋯石U-Pb年齡(Xu et al., 2005, 2009; 尹崇玉等, 2007)和化學(xué)蝕變指數(shù)(劉兵等, 2007)等定量研究。目前全球成冰系的研究中, 中國(guó)塔里木板塊的庫(kù)魯克塔格地區(qū)發(fā)育有4套冰磧層剖面也引起國(guó)際地學(xué)界的關(guān)注(Xiao et al.,2004; Hoffman et al., 2009)。

庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古代(南華系和震旦系)冰磧建造發(fā)育在同一剖面上, 它的年代地層學(xué)成果研究有兩方面意義: 1)對(duì)發(fā)育在中國(guó)三塊古陸上和對(duì)全球各大洲發(fā)育的不同時(shí)期的冰磧巖的時(shí)代序列提供有效的標(biāo)定; 2)可以備考全球的“雪球”事件的冰期是否等時(shí)的問(wèn)題。目前, 全球冰期事件依據(jù)同位素年齡(Hoffman, 2004; Yin et al., 2003, 2005; Zhang et al., 2005; Zhou et al., 2004), 氧碳同位素(Burns et al., 1993; Carlos et al., 2004; Derry et al., 1994; Jiang et al., 2003; Kaufman et al., 1997; Kennedy et al.,2001; Xiao et al., 2004; Xu et al., 2003), 化學(xué)地層(馮連君等, 2003; 王自強(qiáng)等, 2002, 2009)和后生動(dòng)物群(甕安生物群、廟河生物群、埃迪卡拉動(dòng)物群)演化規(guī)律(Knoll, 2000; Chen et al., 2004; 尹崇玉等, 2007,2009; Zhou et al., 2007; 唐烽等, 2009; 劉鵬舉等,2009, 2012)表明在新元古界全球各大陸范圍內(nèi)自下而上出現(xiàn) 4套冰期, 即 Kaigas、Sturtian、Marinoan和 Gaskiers。而 4套冰磧巖發(fā)育在庫(kù)魯塔格地區(qū)一條剖面上, 其研究意義重大。目前與全球新元古代冰磧巖的對(duì)比關(guān)系如下:

庫(kù)魯克塔格地區(qū)第一期冰期: 貝義西組冰磧巖時(shí)代在(768±10) Ma—(740±7) Ma 之間(Xu et al.,2005, 2009; 徐備等, 2008; 尹崇玉等, 2007)與揚(yáng)子地臺(tái)南華系長(zhǎng)安組冰磧巖和 Namibia南部 Kalahari克拉通 Kaigas冰磧巖時(shí)代在(780±10) Ma—(741±6) Ma之間(Allsopp et al., 1979; Frimmel et al.,1996); 巴西 Sao Francisco克拉通 Jequitai和Windemere雜礫巖以及 Ethiopia的 Negash雜礫巖(750—613 Ma)相當(dāng)。間冰期為照壁山組。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第二期冰期: 阿勒通溝組(<(725±10) Ma, Xu et al., 2009)與揚(yáng)子地臺(tái)古城組冰磧巖和澳大利亞Sturtian冰磧巖以及阿曼的Gubrah冰磧巖相當(dāng)。間冰期為黃羊溝組(寇曉威等, 2008)。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第三期冰期: 特瑞愛(ài)肯組冰磧巖與揚(yáng)子地臺(tái)南沱組冰磧巖和澳大利亞Marinoan冰磧巖和Baltica(挪威)Varanger冰磧巖相當(dāng)。間冰期為扎摩克提組((615±6) Ma, Xu et al., 2009)、育肯溝組和水泉組。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第四期冰期: 漢格爾喬克組冰磧巖與華北地區(qū)廣泛分布的羅圈組冰磧巖和Baltica(加拿大)Gaskiers冰磧巖(590 Ma)相當(dāng)(Guerrot et al., 1990)。

自“雪球”事件提出后, 全球的冰磧巖期次和等時(shí)的問(wèn)題一直困擾各國(guó)的地質(zhì)學(xué)家, 庫(kù)魯塔格地區(qū)晚新元古代(南華系和震旦系)冰磧巖建造發(fā)育在一個(gè)剖面中, 開啟解決上述問(wèn)題的窗口。近年來(lái)國(guó)際晚前寒武系研究中重大的研究進(jìn)展主要有兩點(diǎn):一是埃迪卡拉系底界 GSSP(635 Ma)的確立和埃迪卡拉系建系; 二是成冰系國(guó)際工作組正開展的全球范圍內(nèi)的成冰系底界(GSSP)和建系研究。其研究方法包括了已有的研究成果, 即生物地層、化學(xué)地層、同位素年代學(xué)、古地磁等(李永安等, 1984; Hoffman et al., 1998, 2002, 2009; Kirschvink, 1992; Leather et al., 2002; Haverson et al., 2004; Stern et al., 2006;Condon et al., 2005; MacGabhann, 2005; Cakver et al.,2004; Xiao et al., 2004)。

由于塔里木板塊的北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)在同一條剖面上發(fā)育 4套冰磧巖(高振家等, 1980, 1984b),它在整個(gè)塔里木板塊上的空間展布、穩(wěn)定同位素的化學(xué)特征和地層剖面的建立及與全球地層對(duì)比和同位素年代學(xué)研究已成為當(dāng)前中國(guó)地質(zhì)學(xué)家最關(guān)心的問(wèn)題。在塔里木板塊周邊廣泛分布前寒武紀(jì)地層并發(fā)育了不同類型新元古代冰磧巖(圖1)。塔里木板塊西南緣南華系冰磧巖的特征和沉積環(huán)境一直被地質(zhì)學(xué)家極為關(guān)注, 目前, 該區(qū)地層研究程度較低, 其沉積背景與塔里木周邊的南華系對(duì)比關(guān)系對(duì)解釋塔里木板塊西南緣構(gòu)造演化有著重要的作用。

2 巖組特征

2.1 東天山庫(kù)魯克塔格

庫(kù)魯克塔格位于東天山, 屬于天山山脈的南支,南臨塔里木盆地, 北以博斯騰湖為界, 東至羅布泊以北的玉勒袞布拉克。地域上以興地為界分別稱為東庫(kù)魯克塔格和西庫(kù)魯克塔格(圖2)。在庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古代南華系和震旦系發(fā)育完整, 分布廣泛,地層出露清晰, 是研究新元古代冰磧巖最佳剖面。在庫(kù)魯克塔格地區(qū), 新元古代地層由青白口系、南華系和震旦系組成。南華系分 3個(gè)統(tǒng), 下統(tǒng)為貝義西組和照壁山組, 中統(tǒng)為阿勒通溝組和黃羊溝組,上統(tǒng)為特瑞愛(ài)肯組。震旦系為扎摩克提組、育肯溝組、水泉組和漢格爾橋克組, 其上被寒武統(tǒng)的西山布拉克組覆蓋。

2.1.1 南華系(780—635 Ma)自下而上為貝義西組、照壁山組、阿勒通溝組、黃羊溝組和特瑞愛(ài)肯組

貝義西組: 諾林1932年命名(Norin, 1935)。正層型為新疆庫(kù)魯克塔格阿勒通溝支溝貝(拜)義西干谷 剖 面 及 阿 勒 通 山 南 貝 義 西 剖 面 (E87°20′30″,N41°28′15″)。巖性特征為碎屑砂巖(砂板巖、細(xì)砂巖等)及火山巖為主, 其中常夾多層冰磧巖及少量大理巖(有些為冰磧巖頂部的碳酸鹽帽), 個(gè)別地段火山巖較發(fā)育。不整合在帕爾崗塔格群之上, 整合于照壁山組之下。厚640～1670 m。本組下部和上部火山巖中獲得一系列 SHRIMP U-Pb年齡(768～725 Ma)(Xu et al., 2005, 2009; 尹崇玉等, 2007; 高林志等, 2010a)。

照壁山組: 朱誠(chéng)順等1958年命名。正層型為新疆尉犁縣賽納爾塔格山西端剖面(E88°22′30″,N41°28′30″), 高振家等 1977 年重測(cè)(高振家等,1980)。巖性特征為上部為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖, 砂板巖及灰色長(zhǎng)石石英砂巖為主, 夾砂礫巖凸鏡體;下部主要為灰、灰白色層狀石英砂巖, 偶夾薄層砂礫巖或粉砂質(zhì)泥巖。平行不整合于阿勒通溝組之下, 整合于貝義西組之上。厚360～1407 m。

圖1 塔里木板塊前寒武紀(jì)地層分布(據(jù)高振家等, 1983修改)Fig. 1 Distribution of the Precambrian strata in Tarim Plate (modified after GAO et al., 1983)

圖2 庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古代地層分布(據(jù)高振家等, 1984b)Fig. 2 Distribution of Neoproterozoic strata in Kuruk Tag area (modified after GAO et al., 1984b)

阿勒通溝組: 諾林1937年命名于新疆庫(kù)魯克塔格阿勒通溝巖系, 高振家等(1980)重新厘定其含義。選層型為新疆尉犁縣中庫(kù)魯克塔格照壁山ⅩⅣ號(hào)實(shí)測(cè)剖面(E88°18′00″, N41°29′20″), 高振家等 1984 年重測(cè)。巖性特征以細(xì)碎屑巖為主, 夾泥灰?guī)r、火山巖, 中部含海相冰磧巖。整合于特瑞愛(ài)肯組之下; 平行不整合于照壁山組之上。厚8～32017 m。

黃羊溝組: 曹仁關(guān)1991年命名于新疆庫(kù)魯克塔格阿勒通溝。巖性特征為含針鐵礦白云巖, 厚21～350 m。平行不整合于阿勒通溝組之上, 整合于特瑞愛(ài)肯組之下。

特瑞愛(ài)肯組: 諾林1932年命名, 高振家等(1980)重測(cè)并重新厘定其含義。正層型為新疆庫(kù)魯克塔格尉犁縣特瑞愛(ài)肯溝剖面(E87°23′00″, N47°27′30″)。巖性特征以深灰-灰色冰磧礫巖為主, 夾砂巖及少量碳酸鹽巖, 該組頂部在一些地區(qū)間有厚度不大(0～1.5 m)的碳酸鹽帽。其下多以冰磧礫巖的出現(xiàn),上以冰磧礫巖的消失為界。整合或平行不整合于黃羊溝組之上和平行不整合于扎摩克提組之下。厚440～1850 m。

2.1.2 震旦系(635—542 Ma)自下而上為扎摩克提組、育肯溝組、水泉組和漢格爾喬克組

扎摩克提組: 朱誠(chéng)順等1958年命名扎摩克提布拉克巖系, 高振家等 1977年重測(cè)并修訂其含義(高振家等, 1980)。正層型為新疆尉犁縣克根庫(kù)都克南2378 高點(diǎn)北剖面(E88°02′30″, N41°30′00″)。巖性特征以雜色(灰綠色、紫紅色)粉砂巖和細(xì)砂巖為主, 下部常呈不均勻互層, 其中常夾灰綠色砂巖、粉砂巖,頂部常有火山巖發(fā)育。平行不整合或不整合在特瑞愛(ài)肯組之上, 整合于育肯溝組之下。厚560～1299 m。

育肯溝組: 諾林 1937年命名, 高振家等 1978年修訂和重測(cè)。正層型為新疆庫(kù)魯克塔格西端南測(cè)育肯溝剖面(E87°32′30″, N41°26′09″)。巖性特征以粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖、紋板巖等細(xì)碎屑沉積為主, 中夾泥灰?guī)r及凸鏡狀砂巖。整合或局部不整合覆于扎摩克提組之上和整合或局部平行不整合伏于水泉組之下。厚210～350 m。

水泉組: 朱誠(chéng)順等1958年命名。正層型為新疆尉犁縣、庫(kù)魯克塔格克根庫(kù)都克南2328高點(diǎn)北剖面(E88°02′30″, N41°30′30″), 高振家等 1984 年重測(cè)。巖性特征為主要由碳酸鹽巖和碎屑巖組成, 下部以碳酸鹽巖為主; 上部以碎屑巖為主, 局部地段有火山巖。不整合或整合在漢格爾喬克組之下; 整合或局部平行不整合在育肯溝組之上。厚100～465 m。

漢格爾喬克組: 朱誠(chéng)順等1957年命名。選層型為新疆尉犁縣中庫(kù)魯克塔格照壁山ⅩⅣ號(hào)實(shí)測(cè)剖面(E88°18′00″, N41°29′20″), 高振家等 1977 年重測(cè)(高振家等, 1980)。巖性特征以冰磧礫巖為主, 偶夾砂巖、灰?guī)r凸鏡體, 頂?shù)撞繛榘自瀑|(zhì)紋泥巖局部含小礫石(墜石)。上與西山布拉克組平行不整合接觸;下和水泉組不整合或平行不整合接觸。厚150～430 m。

2.2 塔里木板塊西南緣(西昆侖山)

西昆侖南華系和震旦系發(fā)育在塔里木西南緣鐵克里克地區(qū), 從西北部的坎地里克到東南部的塔斯洪河均有出露, 以新藏公路—哈拉斯坦河一帶出露較全, 研究詳細(xì)。馬世鵬等在20世紀(jì)70至80年代最先發(fā)現(xiàn)并詳細(xì)測(cè)制了西昆侖山北坡恰克馬力克組剖面, 隨后, 他們根據(jù)野外實(shí)測(cè)剖面和地層劃分,將恰克馬力克組升格為恰克馬力克群, 并進(jìn)一步細(xì)分為3個(gè)組(波龍組、克里西組和雨塘組)。關(guān)于塔里木板塊西南緣冰川事件一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起人們的關(guān)注,其成果強(qiáng)調(diào)了將該群底部紅色類磨拉石建造(牙拉古孜組)與揚(yáng)子陸塊南華系底部蓮沱組對(duì)比; 其他 3組分為兩個(gè)冰期和一個(gè)間冰期, 即下冰期波龍組、間冰期克里西組和上冰期雨塘組, 與揚(yáng)子陸塊南華系上統(tǒng)冰期和間冰期對(duì)比。其上的庫(kù)爾卡克組和克孜蘇胡木組與揚(yáng)子陸塊震旦系對(duì)比。

2.2.1 南華系自下而上為牙拉古孜組、波龍組、克里西組和雨塘組

牙拉古孜組: 馬世鵬等1989年命名。正層型為新疆恰克馬克力克剖面(E77°07′00″, N36°40′00″)。主要巖性為一套紅色底礫巖中夾砂巖、砂礫巖及粉砂質(zhì)泥巖所組成的巖石序列。與下伏蘇庫(kù)洛克群呈不整合接觸和上覆波龍組為平行不整合接觸。厚36～268 m。該組主要分布在新疆昆侖山前, 塔里木板塊南緣。

波龍組: 馬世鵬等1989年命名。層型為新疆葉城縣南, 新藏公路西側(cè)波龍組剖面。主要巖性為海相冰成巖(雜礫巖), 以灰色塊狀冰磧、混磧巖為主,夾有硅質(zhì)泥巖、粉砂巖、頁(yè)巖及濁積砂巖和碎屑流礫巖。與上覆克里西組為整合接觸和下伏牙拉古孜組為平行不整合接觸。厚500～1216 m。

克里西組: 馬世鵬等 1980年命名(馬世鵬等,1989)。層型為新疆葉城恰克馬克力克克立西溝剖面(E77°07′00″, N36°40′00″)。主要巖性為下部灰綠色砂巖、砂礫巖; 上部為泥硅質(zhì)巖。與下伏波龍組為整合; 上部與雨塘組為平行不整合接觸。厚347 m。

雨塘組: 馬世鵬等(1989)命名。層型為新疆葉城縣恰克馬立克溝剖面(E77°07′00″, N36°40′00″)。主要巖性為砂質(zhì)塊狀混積巖及長(zhǎng)石砂巖所組成的巖石序列, 主要由灰綠、灰、灰紫色條帶狀砂巖粉砂巖及泥巖組成, 夾有泥灰?guī)r。含疊層石及微古植物等化石。與上覆庫(kù)爾卡克組、下伏波龍組均為平行不整合接觸。厚741 m。

2.2.2 震旦系自下而上為庫(kù)爾卡克組和克孜蘇胡木組

庫(kù)爾卡克組: 馬世鵬等 1979年命名, 方錫廉1980年介紹(馬世鵬等, 1989)。層型為新疆克孜蘇胡木溝剖面(E77°02′00″, N36°40′00″)。主要巖性為薄層砂巖、頁(yè)巖互層為主, 夾含礫細(xì)砂巖、長(zhǎng)石砂巖等,上部偶見(jiàn)磷塊巖條帶, 底部發(fā)育一層白云巖為分界標(biāo)志。下與恰克馬力克群不整合接觸, 上與克孜蘇胡木組整合接觸。厚353.4～674 m。

克孜蘇胡木組: 馬世鵬等 1980年命名(馬世鵬等, 1989)。層型為新疆葉城縣新藏公路克孜蘇胡木溝實(shí)測(cè)剖面(E77°02′00″, N36°40′00″)。主要巖性為:上部主要為白云巖, 下部由深灰色、紫色、玫瑰色砂巖、粉砂巖不均勻互層夾白云巖所組成。下與庫(kù)爾卡克組整合, 上和奇自拉夫組不整合接觸。厚353～371 m。

2.3 塔里木板塊西北緣(阿克蘇—烏什地區(qū))

阿克蘇—烏什地區(qū)的南華系和震旦系地層主要分 布 在 阿 克 蘇 — 烏 什 縣 南 山 地 區(qū) (E79°05′00″,N40°47′00″), 屬天山山脈的南支。地層區(qū)劃屬塔里木地層區(qū), 柯坪分區(qū)。本區(qū)南華系稱巧恩布拉克群(西方山組、東巧恩布拉克組、牧羊?yàn)┙M和冬屋組)和尤爾美那克組; 震旦系蘇蓋特布拉克組。

2.3.1 南華系自下而上為巧恩布拉克群和尤爾美那克組

巧恩布拉克群: 張?zhí)珮s1973年命名, 新疆區(qū)域地層表編寫組1975年介紹。層型剖面為新疆烏什縣巧恩布拉克剖面(E79°15′10″, N40°38′10″), 張振華等1957年測(cè)(新疆區(qū)域地層表編寫組1975年修測(cè))。高振家等1979年又重新劃分(高振家等, 1984b), 改稱為“群”級(jí)單位(巧恩布拉克群), 并分為四個(gè)組,自下而上劃分為: 西方山組、東巧恩布拉克組(塊狀雜礫巖)、牧羊?yàn)┙M和冬屋組。

西方山組: 高振家等1986年命名, 1993年介紹(高振家等, 2003)。正層型為新疆阿克蘇以北尤爾美那克牧村以南西方山西坡剖面, 陸松年、高振家等1990年測(cè)。由灰綠色、深灰色長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖等組成, 夾不穩(wěn)定的砂礫巖、粉砂巖夾層或凸鏡體。沉積韻律發(fā)育。與下伏阿克蘇群未見(jiàn)直接接觸關(guān)系, 與上覆東巧恩布拉克組平行不整合或超覆不整合接觸。厚1266～1715 m。

東巧恩布拉克組: 高振家 1986年命名(高振家等, 2003)。正層型為新疆烏什縣以南巧恩布拉克以東的巧恩布拉克東山剖面, 高振家等1986年測(cè)。隸屬于巧恩布拉克群。主要為灰綠色塊狀雜礫巖夾含礫不等粒雜砂巖。產(chǎn)遺跡化石。與下伏西方山組呈平行不整合, 和上覆牧羊?yàn)┙M為整合接觸。厚61～311 m。

牧羊?yàn)┙M: 高振家等 1985年命名(高振家等,2003)。正層型為新疆烏什縣尤爾美那克牧村西南500 m牧羊?yàn)┢拭? 高振家等1985年測(cè)。為灰綠色,深灰色微層理發(fā)育的鈣質(zhì)粉砂巖與薄層細(xì)砂巖互層。整合覆于東巧恩布拉克組之上, 與上覆冬屋組平行不整合接觸, 局部為超覆不整合接觸。厚107～448 m。

冬屋組: 高振家等 1985年命名(高振家等,1985)。正層型為新疆烏什縣南尤爾美那克牧村南冬屋剖面, 高振家等1985年測(cè)。厚層狀、塊狀含礫粗砂巖, 砂礫巖, 夾灰綠色薄層粉砂巖及細(xì)砂巖, 遞變層理發(fā)育, 含遺跡及微古植物化石。與下伏牧羊?yàn)┙M為平行不整合接觸, 與上覆尤爾美那克組(冰磧巖)為不整合接觸。厚175 m。

尤爾美那克組: 高振家等 1981年命名(高振家等, 1985)。層型剖面為新疆尤爾美那克西, ⅩⅣ號(hào)實(shí)測(cè)剖面(E79°27′40″, N40°40′40″)。主要巖性為一套紫紅色冰磧巖、砂巖及綠色粉砂質(zhì)板巖。不整合覆于巧恩布拉克組之上, 平行不整合伏于蘇蓋特布拉克組之下。厚10～80 m。

2.3.2 震旦系為蘇蓋特布拉克組

蘇蓋特布拉克組: 張振華等 1957年命名(高振家等, 1985)。層型剖面為新疆蘇蓋特布拉克之西約15 km 實(shí)測(cè)剖面(E79°17′30″, N40°50′00″)。主要巖性為以絳紅、磚紅色為主的復(fù)礦砂巖、泥巖, 中夾火山巖及灰綠色、灰白色砂巖及石英砂巖夾層所組成,上部夾灰?guī)r多層。整合或平行不整合于寒武系下統(tǒng)奇格布拉克組(產(chǎn)小殼化石)之下, 平行不整合于巧恩布拉克組或尤爾美那克組之上。厚61～894 m。

2.4 西天山(果子溝地區(qū))

果子溝剖面隸屬西天山分區(qū), 屬于天山山脈的北支, 南臨伊犁盆地, 北以賽里木湖為界, 東延?xùn)|天山, 與庫(kù)魯克塔格地區(qū)相望(圖1)。三套冰磧巖出露在賽里木湖以南果子溝—科古琴山一帶(高振家等, 1983; 王景斌等, 1983)。王景斌等(1983)將其命名為凱拉克提群, 共分 6個(gè)組, 自下而上為庫(kù)魯鐵列克提組(下冰磧巖)、吐拉蘇組、別西巴斯套(中冰磧巖)、喀英迪組、特爾恰特組、塔里薩依組(上冰磧巖)。下冰磧巖(庫(kù)魯鐵列克提組)分布局限, 巖性復(fù)雜, 由冰磧礫巖和火山巖組成; 中冰磧巖(別西巴斯套)為厚度不大巖性單一的冰磧巖, 局部可見(jiàn)含墜石的紋泥巖; 上冰磧巖(塔里薩伊組)有多套冰磧巖和海相碎屑巖互層。丁海峰等(2009)用化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)探討了果子溝冰磧巖的沉積環(huán)境。依據(jù)冰磧巖中的Si、K、Na和Al氧化物及其比值特征, 確定了西天山逐漸從構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域演變?yōu)檩^穩(wěn)定的被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。塔里薩依組僅有年齡是來(lái)自塔里薩依組泥質(zhì)粉砂巖 Rb-Sr全巖等時(shí)限年齡為(640±33) Ma(高振家等, 1984b)。西天山東北段伊犁地區(qū)的果子溝—科古琴剖面發(fā)育了新元古代3套冰磧巖, 由于缺少冰磧巖年代地層學(xué)的可靠數(shù)據(jù), 頂部的塔里薩依組冰磧巖一直與庫(kù)魯克塔格地區(qū)的漢格爾喬克組對(duì)比, 置于震旦系(埃迪卡拉系)的冰期,但沉積環(huán)境、沉積類型和化學(xué)地層及古地理格局的解疑始終是一個(gè)謎。塔里薩依組侵入到頂部的花崗斑巖(642±6) Ma SHRIMP鋯石U-Pb新年齡(高維等,2011), 盡管該年齡為侵入巖年齡, 但為確定果子溝剖面塔里薩依組冰磧巖沉積上限的年代提供新的可靠證據(jù)。

南華系

自下而上為庫(kù)魯鐵列克提組(下冰磧巖)、吐拉蘇組、別西巴斯套(中冰磧巖)、喀英迪組、特爾恰特組、塔里薩依組(上冰磧巖)。

庫(kù)魯鐵列克提組: 王景斌等 1982年命名(王景斌等, 1983)。層型為新疆精河縣科古琴河上游庫(kù)魯鐵列克提剖面。主要巖性為基性火山巖層凝灰?guī)r及雜礫巖, 上部以火山熔巖為主, 下部為層凝灰?guī)r及少量砂巖粉砂巖。不整合于庫(kù)松木切克群之上, 其上與吐拉蘇組為整合接觸。厚115 m。

吐拉蘇組: 王景斌等 1980年命名(王景斌等,1983)。正層型為新疆科古琴河上游剖面。主要巖性以深灰色、黑色泥質(zhì)巖為主, 及粉砂巖、砂巖所組成。不整合于庫(kù)魯鐵列克提組之上, 與上覆別西巴斯套組呈平行不整合接觸。厚104 m。

別西巴斯套組: 王景斌等 1982年命名(王景斌等, 1983)。層型為新疆精河縣大河沿鎮(zhèn)以南科古爾琴山別西巴斯套地區(qū)剖面。主要巖性為灰色塊狀冰磧巖(雜礫巖)及灰白色含礫冰磧紋泥巖及含礫砂質(zhì)白云巖, 后者沿走向常為塊狀冰磧巖所代替, 一些地區(qū)其底部局部含礫砂質(zhì)白云巖夾深灰色含礫粉砂質(zhì)頁(yè)巖及含礫泥質(zhì)細(xì)砂巖, 微層理發(fā)育, 其中部分礫石具墜石特征。與下伏吐拉蘇組平行不整合(局部整合), 與上覆喀英迪組為整合接觸。厚9.7～55 m。

喀英迪組: 王景斌等1982年命名。層型為新疆精河縣四臺(tái)科古爾琴山塔爾恰特剖面, 王景斌等1982年測(cè)。主要巖性為深灰色、黑色、灰綠色薄層粉砂巖、砂巖夾灰綠色頁(yè)巖。上與塔爾恰特組、下與別西巴斯套組均呈整合接觸。厚67.2～140 m。

塔爾恰特組: 王景斌等 1980年命名(王景斌等,1983)。正層型為新疆二臺(tái)果子溝磷礦溝剖面, 王景斌等1982年測(cè)。主要巖性以灰色、深灰色泥質(zhì)粉砂巖, 夾具微細(xì)層理。整合覆于喀英迪組之上, 平行不整合伏于塔爾卡特組之下。厚0～424 m。

塔里薩依組: 王景斌等 1980年命名(王景斌等,1983)。正層型為新疆二臺(tái)果子溝磷礦溝剖面, 王景斌等, 1982年測(cè)。主要巖性以灰色、深灰色冰磧巖為主, 夾具微細(xì)層理的泥質(zhì)粉砂巖。整合覆于塔爾卡特組之上, 平行不整合伏于寒武系磷礦溝組之下。厚0～424 m。

3 塔里木西南緣南華系碎屑鋯石年齡的制約

樣品(77-2)采自塔里木西南緣(新藏公路100 km處)恰克馬克力克群波龍組(圖 3), 采樣坐標(biāo):N37°07.882′, E77°00.674′, 采樣層位南華系波龍組中大套冰磧巖夾層, 即灰色泥巖。經(jīng)過(guò)選礦分析, 發(fā)現(xiàn)晶型完好的鋯石(圖3)。鋯石U-Pb年齡測(cè)定在西澳大利亞科廷離子探針實(shí)驗(yàn)室 SHRIMP-II上進(jìn)行,原始數(shù)據(jù)的處理和鋯石 U-Pb諧和圖的繪制采用Ludwig博士(2001)編寫的Squid和Isoplot程序。鋯石的陰極發(fā)光圖象(CL)特征: 鋯石晶形完好, 為淺黃色-無(wú)色透明錐狀晶體。鋯石粒度多在100～200 μm之間, 柱狀晶體長(zhǎng)寬比為2:1。所測(cè)試的鋯石陰極發(fā)光圖像如圖4所示。圖像顯示出典型的巖漿生長(zhǎng)振蕩環(huán)帶和韻律結(jié)構(gòu), 屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。

圖4中南華系波龍組碎屑鋯石分布模式中出現(xiàn)4個(gè)峰值, 分別在2.6 Ga、2.2 Ga、1.8 Ga和756 Ma;最年輕鋯石4粒, 為725～778 Ma, 平均加權(quán)年齡為756 Ma(圖 4, 表 1), 說(shuō)明塔里木西南緣南華系波龍組的沉積時(shí)代要晚于756 Ma的沉積, 同時(shí), 沉積巖碎屑鋯石年齡分布模式說(shuō)明與塔里木西南緣物源主要來(lái)自太古代—中元古代基底地層。由于 1.8—0.75 Ga之間沒(méi)有熱事件(鋯石)的記錄, 除了考慮樣品的測(cè)點(diǎn)不足外, 可能從側(cè)面反映了塔里木西南緣1.8—0.75 Ga期間屬于穩(wěn)定時(shí)期, 與塔里木東緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)貝義西組中獲得的碎屑鋯石明顯不同;貝義西組特別記錄了 1014—1505 Ma和 821—861 Ma時(shí)期的有大規(guī)模的巖漿活動(dòng)(張英利等,2011)。塔里木西南緣南華系波龍組沉積巖碎屑鋯石年齡分布模式僅反映了2.6 Ga、2.2 Ga、1.8 Ga和756 Ma四組碎屑鋯石年齡, 其中756 Ma年齡對(duì)探究南華系波龍組沉積的上限是最有意義的。

圖3 塔里木西南緣南華—震旦系綜合地層柱及采樣位置圖Fig. 3 Geological column of the Nanhuan and Sinian systems on the southwestern margin of the Tarim Plate, showing sampling localities

4 新疆晚前寒武紀(jì)地層對(duì)比原則

將新疆晚前寒武紀(jì)地層對(duì)比問(wèn)題納入全球構(gòu)造格架中, 新疆南華紀(jì)—震旦紀(jì)地層沉積是對(duì)Rodinia超大陸的響應(yīng)。1)構(gòu)造格局, 自塔里木運(yùn)動(dòng)或阿克蘇運(yùn)動(dòng)之后, 塔里木板塊處于全球冰蓋沉積環(huán)境之下的冰期再旋回之中; 2)生物古地理格局, 塔里木板塊在全球Rodinia超大陸聚合后, 塔里木板塊與揚(yáng)子板塊和澳大利亞大陸接近, 冰期特點(diǎn)與澳大利亞大陸冰期可比, 震旦系的生物演化特點(diǎn)與揚(yáng)子塊體和澳大利亞大陸生物演化特點(diǎn)一致。在塔里木板塊周緣發(fā)育了不同期次的新元古代冰磧巖。其中研究程度較高的是塔里木板塊東北緣天山東段的庫(kù)魯克塔格地區(qū), 新元古代地層由南華系和震旦系組成。南華系(780—635 Ma)分3個(gè)統(tǒng), 下統(tǒng)為貝義西組和照壁山組, 中統(tǒng)為阿勒通溝組和黃羊溝組, 上統(tǒng)為特瑞愛(ài)肯組。震旦系(635—542 Ma)為扎摩克提組、育肯溝組、水泉組和漢格爾橋克組, 其上被寒武統(tǒng)的西山布拉克組覆蓋。

4.1 南華系地層對(duì)比

圖4 南華系波龍組碎屑鋯石U-Pb協(xié)和圖Fig. 4 Zircon U-Pb concordant diagram of clastic rocks from the Nanhuan Bolong Formation

表1 塔里木西南緣南華系克里西組碎屑鋯石(77-2)SHRIMP測(cè)年結(jié)果Table 1 SHRIMP dating results for zircons (77-2) from the Nanhuan Kelixi Formation on the western margin of Tarim Plate

圖5 塔里木地區(qū)南華紀(jì)地層沉積對(duì)比(據(jù)王福同等, 2006修改)Fig. 5 Correlation of the Nanhuan System in Tarim area (modified after WANG et al., 2006)

新疆塔里木周邊南華系主要分四個(gè)沉積區(qū)(圖5), 其中: 1)西天山伊犁地區(qū)果子溝3套冰期與2)東天山庫(kù)魯克塔格地區(qū)的 3套冰期接近。不同的庫(kù)魯克塔格地區(qū)的3套冰期和間冰期中發(fā)育多套火山巖沉積, 其火山活動(dòng)周期與冰期交替發(fā)育, 多見(jiàn)深水沉積序列; 3)阿克蘇地區(qū)的冰期表現(xiàn)為大陸冰蓋型沉積特征, 僅發(fā)育了兩套冰期; 4)塔里木西南緣(西昆侖地區(qū); 宗文明等, 2010)南華系從底部紅色類磨拉石建造(牙拉古孜組)開始, 可與揚(yáng)子陸塊南華系底部蓮沱組對(duì)比; 其他 3組分為兩個(gè)冰期和一個(gè)間冰期, 即下冰期波龍組, 間冰期克里西組和上冰期雨塘組, 與揚(yáng)子陸塊南華系上統(tǒng)冰期和間冰期對(duì)比。5)塔里木板塊中僅在東天山盆地前隆帶上有幾口石油深測(cè)井(大約在 5 km 之下見(jiàn)到礫巖(冰磧礫巖？), 其蓋層為古生代地層, 礫巖地質(zhì)意義不清。

塔里木板塊西北緣阿克蘇—烏什地區(qū)的南華系—震旦系不同于庫(kù)魯克塔格地區(qū)和西天山地區(qū)的地層類型, 僅南華系發(fā)育了兩套冰磧巖。其中, 下部巧恩布拉克群中的雜礫巖段(diamictite), 具有塊狀冰磧巖外貌, 滑塌構(gòu)造發(fā)育, 曾推測(cè)為冰筏-海洋沉積物; 上部尤爾美那克組具有大陸型冰川特征, 突出的特征西天山東北段伊犁地區(qū)應(yīng)納入大塔里木的范疇, 而果子溝—科古琴剖面發(fā)育了新元古代 3套冰磧巖, 由于缺少冰磧巖年代地層學(xué)的可靠數(shù)據(jù), 頂部的塔里薩依組冰磧巖一直與庫(kù)魯克塔格地區(qū)的漢格爾喬克組對(duì)比, 置于震旦系(埃迪卡拉系)的冰期,但與沉積環(huán)境、沉積類型和化學(xué)地層及古地理格局的解釋不符。根據(jù)侵入到塔里薩依組頂部的花崗斑巖鋯石 SHRIMP U-Pb年齡(642±6) Ma(高維等,2011), 為確定果子溝剖面塔里薩依組冰磧巖沉積上限的年代提供新的年代學(xué)證據(jù)。伊犁地區(qū)的果子溝—科古琴山地區(qū)塔里薩依組冰磧巖可與庫(kù)魯克塔格地區(qū)第三套冰期特瑞愛(ài)肯組對(duì)比, 基本符合大塔里木板塊格局(沉積類型和古地理格局)是保留大陸冰席或山岳冰川的基巖冰溜面。尤爾美那克組的沉積相序?yàn)閴K狀雜礫巖-薄層狀含礫-砂-粉砂雜礫巖相,該相序反映出兩次冰進(jìn)和一次冰退過(guò)程。尤爾美那克組區(qū)域上可與庫(kù)魯克塔格地區(qū)第三套冰期特瑞愛(ài)肯組對(duì)比, 成為塔里木地區(qū)發(fā)育最廣泛的冰期。

4.2 震旦系地層對(duì)比

新疆塔里木周邊震旦系主要分三個(gè)不同沉積區(qū)(圖 6), 其中: 1)東天山庫(kù)魯克塔格地區(qū)的震旦系由扎摩克提組, 育肯溝組, 水泉組和漢格爾喬克組組成。多套火山巖和頂部 1套冰磧巖沉積組成。2)阿克蘇地區(qū)的震旦系蘇蓋特布拉克組和奇格布拉克組組成。3)塔里木西南緣(西昆侖地區(qū))的震旦系由庫(kù)爾卡克組和克孜蘇胡木組組成。4)塔里木板塊中僅在東天山盆地前隆帶上有幾口石油深測(cè)井(大約在5 km以上)僅見(jiàn)到礫巖, 其上未見(jiàn)沉積取樣記錄, 其蓋層為古生代地層。但是, 庫(kù)魯克塔格地區(qū)的震旦系各組的碳氧同位素分布圖反映出扎摩克提組、育肯溝組、水泉組和漢格爾喬克的沉積環(huán)境與淡水和冰期有關(guān)環(huán)境的再沉積(圖7)。

圖6 塔里木地區(qū)震旦系地層沉積對(duì)比(據(jù)王福同等, 2006修改)Fig. 6 Correlation of the Sinian System in Tarim area (modified after WANG et al., 2006)

5 塔里木板塊鄰區(qū)南華紀(jì)—震旦紀(jì)古生物地理區(qū)系

依據(jù) 2001年全國(guó)地層委員會(huì)第三屆全國(guó)地層會(huì)議通過(guò)的《中國(guó)地層指南及中國(guó)地層指南說(shuō)明書》(修訂版), 震旦系的含義統(tǒng)一為“南沱冰磧巖組之上,早寒武世梅樹村階(含小殼化石的燈影組天柱山段)之下的一段末元古界地層”, 該系包括下統(tǒng)和上統(tǒng),并將原“震旦系”下統(tǒng)地層定義為南華系。這一修訂與國(guó)際地層表中的新元古界劃分逐漸吻合, 即南華系大體相當(dāng)于國(guó)際地層表成冰系范疇; 震旦系相當(dāng)于國(guó)際地層表的埃迪卡拉系。上述的變更是本文南華系—震旦系進(jìn)一步對(duì)比的重要依據(jù)。

南華系和震旦系隸屬于新元古界的上段, 是當(dāng)前國(guó)際地學(xué)界研究的熱點(diǎn), 它是地史中由隱生宙向顯生宙過(guò)渡的重要階段, 也是生命演化最關(guān)鍵的時(shí)期。近年來(lái)各國(guó)科學(xué)家越來(lái)越重視新元古代在地球演化階段的重要意義, 特別是國(guó)際 IGCP組織下設(shè)了若干專題組對(duì)幾個(gè)全球范圍的重大地質(zhì)事件與生物演化關(guān)系的深入探討(高林志, 1999), 即:① R odina 超大陸離散前出現(xiàn)的“雪球地球”事件, 這意味著生物又會(huì)發(fā)生一次絕滅和突變, 并會(huì)在地層中留下證據(jù), 尋找生物化石證據(jù)一直是各國(guó)科學(xué)家所追求的目標(biāo); ②中國(guó)的資料反映出冰川之后出現(xiàn)了兩次后生動(dòng)物重大演化輻射: 陡山沱期具刺疑源類的發(fā)育(<635～590 Ma), 燈影期西陵峽動(dòng)物群的演化(埃迪卡拉動(dòng)物群550～542 Ma)(圖8)。以上這些研究熱點(diǎn)促使中國(guó)的古生物地層學(xué)家重新探討我國(guó)新元古代生物群落, 以及它們?cè)谏镅莼盗泻偷貙訉?duì)比中的作用。

圖7 塔里木板塊震旦系碳酸鹽巖碳-氧同位素分布圖(同位素?cái)?shù)據(jù)據(jù)Xiao et al., 2004)Fig. 7 δ13C/δ18O isotopic dating of the Sinian carbonate rocks in Tarim Plate (isotopic data after Xiao et al., 2004)

90年代起, 國(guó)際地學(xué)界開展了新一輪的末元古界 III(埃迪卡拉系或震旦系)的全球?qū)Ρ妊芯? 通過(guò)全球冰川事件, 生物演化序列, 碳氧同位素和鍶同位素的對(duì)比, 已取得了重大突破。而以上幾個(gè)方面的進(jìn)展還缺少中國(guó)境內(nèi)的更為系統(tǒng)的研究資料, 尤其在揚(yáng)子塊體和華北塊體的新元古代地層中發(fā)現(xiàn)了保存完好的原始多細(xì)胞動(dòng)物和藻類的繁殖階段化石,其特殊保存的細(xì)胞構(gòu)造, 已成為開展早期生命繁殖方式的研究新課題。它們將成為使前寒武紀(jì)多細(xì)胞生物起源、發(fā)育研究成為舉世矚目的科學(xué)研究新熱點(diǎn)。各國(guó)科學(xué)家贊嘆保存在末元古代地層中的埃迪卡拉動(dòng)物群(歐洲、非洲、澳洲和北美洲等地)形態(tài)特征高度分化的同時(shí), 注意到該動(dòng)物群僅是保存于砂巖和頁(yè)巖中的印痕和痕跡, 無(wú)法探究生物體自身演化軌跡。埃迪卡拉動(dòng)物群伴隨著635 Ma的冰川融化而出現(xiàn)的第一個(gè)大型后生動(dòng)物組合, 而早期動(dòng)物起源和分化在中國(guó)似乎始于陡山沱組時(shí)期的沉積, 這個(gè)時(shí)期包括了兩個(gè)“階”的生物化石帶。

5.1 南華紀(jì)生物群

在中國(guó)震旦系標(biāo)準(zhǔn)剖面(峽東地區(qū))是研究最系統(tǒng)、最詳細(xì)的地區(qū), 也是本文生物對(duì)比和生物區(qū)劃分的標(biāo)準(zhǔn)。目前, 湖北三峽地區(qū)已發(fā)現(xiàn)微古植物 7屬10種, 即Trachysphaeridiumcf.laminarites, L.cf.antiquissimus, Trematosphaeridium holitedahlii, T.minutum, Leiopsophosphaera densa, L.sp., Lignumsp.,taeniatumcf.crassum, T. crassum。阿克蘇—烏什地區(qū)南華系分析出21屬, 55種; 庫(kù)魯克塔格地區(qū)南華系共發(fā)現(xiàn)有15屬26種(彭昌文等, 1984; 高振家等,1985, 1987)。西昆侖南華系也有個(gè)別報(bào)道。西天山果子溝剖面南華系發(fā)現(xiàn)5屬, 6種。盡管南華系發(fā)育生物, 但其微古植物形態(tài)總體為單一屬、種, 演化特征不明顯。

5.2 震旦紀(jì)生物群

大量古生物資料表明, 南沱冰期之后, 生物界發(fā)生了極其顯著的變化。其主要特征是后生動(dòng)物和具多次二分叉的高級(jí)藻類的大量出現(xiàn)。另外, 個(gè)體較大、具刺突的微古植物廣泛分布也是該時(shí)期生物群的特色之一, 標(biāo)志生物圈演化進(jìn)入一個(gè)新階段,說(shuō)明了生物圈重大變化, 必然是地球內(nèi)部、巖石圈、大氣圈和水圈變化的綜合效應(yīng)。

圖8 新元古界生物發(fā)生與重大地質(zhì)事件的關(guān)系(據(jù)高維等, 2011修改)Fig. 8 Relationship between Neoproterozoic biostratigraphy and important geological events(modified after GAO et al., 2011)

震旦系下統(tǒng)沉積時(shí)期分兩個(gè)階, 九龍灣階和陳家園子階, 為陡山沱組1至3段, 動(dòng)物界有兩大門類出現(xiàn), 即蠕形動(dòng)物和海綿動(dòng)物。蠕形動(dòng)物分布廣, 數(shù)量多, 占優(yōu)勢(shì)地位。目前在華南陡山沱組及華北相應(yīng)時(shí)代的地層中均已大量發(fā)現(xiàn), 如Sabellidites, Paleolina, Niuganmafeia, Huaiyuanella, Anhuiellla,Pararenicola, Protorenicola, Jiuqunaoella, Xilinxiaella等。植物界以出現(xiàn)雙岐分叉的高級(jí)宏觀藻類為主, 有些藻類可見(jiàn)明顯的鈣化現(xiàn)象, 其細(xì)胞或原葉體為鈣質(zhì)膜包圍, 應(yīng)屬于紅藻、綠藻和褐藻門的高級(jí)藻類。主要類型有Palaeoscinaia, Miaohenella,Glacilogia, Huizhouella, Cyathophyton, Xiuningia,Enteromorphites, Lantiania等。陡山沱組2至3段大型具刺疑源類極度繁盛, 分異度高; 該階段的具刺疑源類分兩個(gè)組合, 下部為Tianzhushania spinosa組合, 上部為Tanarium anozos-Tanarium conoideum組合。其中上部組合與澳大利亞埃迪卡拉紀(jì)復(fù)雜具刺疑源類中的主要分子一致, 但是澳大利亞埃迪卡拉紀(jì)復(fù)雜具刺疑源類組合明顯缺少中國(guó)峽東地區(qū)Tianzhushania spinosa組合(劉鵬舉等, 2012)。

震旦系上統(tǒng)沉積時(shí)期: 吊巖坡階(劉鵬舉等,2012)主要為陡山沱組4段。生物群的另一特點(diǎn)是個(gè)體較大, 形態(tài)復(fù)雜, 常具突起的微體古植物大量出現(xiàn)(Tianzhushania, Papillomembrana), 膜殼直徑一般為 100～400 μm, 少數(shù)可達(dá)500 μm。生物研究的重大突破是在陡山沱組上部碳質(zhì)-泥質(zhì)碳酸鹽巖夾層中發(fā)現(xiàn)了埃迪卡拉生物群的分子美麗八臂仙母蟲(Eoandromeda octobrachiata, Tang et al., 2008; 唐烽等, 2011)。

燈影峽階在燈影峽出現(xiàn)了后生動(dòng)物海鰓類, 如:Paracharnia。蠕形動(dòng)物個(gè)體明顯較陡山沱期的大,而且常以礦化的管狀保存。如: 宜昌白馬沱、石板灘等地的燈影組中部產(chǎn)出的Sinotubulites和陜西寧強(qiáng)高家山燈影組中部(高家山段)產(chǎn)出的Gaojiashania, Conotubulus等。有的蠕蟲有明顯的器官分化現(xiàn)象, 如: 湖北秭歸廟河燈影組發(fā)現(xiàn)的Micronemaites formosus可見(jiàn)蟲體上有許多疣足和頭部。類水母動(dòng)物的出現(xiàn)和以Vendotaenides為代表的大量褐藻類的廣泛分布, 也是該時(shí)期生物群的特點(diǎn)之一。這個(gè)動(dòng)物群可能是“埃迪卡拉動(dòng)物群”的早期生物組合。而燈影組沉積時(shí)期生物群不僅有大量蠕蟲化石, 而且有Clodina和海鰓類Charnia(Paracharnia), 以及地理分布很廣的藻類植物Vendotaenides。

新疆東天山庫(kù)魯克塔格地區(qū)水泉組中發(fā)現(xiàn)震旦系生物群種Vendotaenides和蠕蟲動(dòng)物 Sabellitisae,在阿克蘇—烏什地區(qū)奇格布拉克組中也見(jiàn)有類似的蠕蟲痕跡。因此, 其面貌可能更較接近澳大利亞“伊迪卡拉”動(dòng)物群或歐洲白海動(dòng)物群。

埃迪卡拉生物群是生活在570—542 Ma地球上的一類形態(tài)和結(jié)構(gòu)都非常特殊的生物。首先, 它們是沒(méi)有礦化外殼和骨骼的軟軀體生物, 但是, 卻通常發(fā)現(xiàn)在不易化石保存的石英砂巖中, 并且多呈三維立體形態(tài), 這在以后 5億多年的地球歷史中是罕見(jiàn)的。其次, 已知的埃迪卡拉型生物個(gè)體均較大, 且形態(tài)多樣。但是, 它們卻通常缺少動(dòng)物所特有的運(yùn)動(dòng)、取食與消化等器官。長(zhǎng)期以來(lái), 古生物學(xué)家對(duì)埃迪卡拉型生物的屬性和生活方式等問(wèn)題進(jìn)行了截然不同的解釋。有些人甚至認(rèn)為它們屬于與現(xiàn)生生物界沒(méi)有親緣關(guān)系的獨(dú)立生物界, 代表著地球動(dòng)物大量出現(xiàn)之前的一次失敗的演化嘗試。揚(yáng)子地臺(tái)上發(fā)現(xiàn)的八臂仙母蟲的發(fā)現(xiàn)(唐烽等, 2008; Tang et al.,2008)為同屬一個(gè)生物區(qū)系新疆震旦系地層開辟了新的生物地層學(xué)研究的途徑, 不僅為相關(guān)地層的對(duì)比提供重要證據(jù), 同時(shí)也為破解埃迪卡拉化石之謎提供了一個(gè)新窗口、新思路。

6 塔里木板塊周緣造山帶南華紀(jì)—震旦紀(jì)地層對(duì)比依據(jù)

新疆塔里木板塊周緣的南華系—震旦系與國(guó)內(nèi)外對(duì)比的依據(jù), 主要為地層層序、沉積巖相、構(gòu)造、古生物、冰期、同位素、古地磁和火山活動(dòng)等資料。

6.1 冰期的期次

首先確認(rèn)了新疆東天山庫(kù)魯克塔格地區(qū)是世界古陸上唯一發(fā)育有 4期冰磧巖的剖面, 即南華系貝義西期(I)、阿勒通溝期(II)、特瑞愛(ài)肯期(III)和震旦系漢格爾喬克期(IV)冰磧巖。同時(shí)確定了 4套冰期后都伴隨著間冰期沉積。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第一期冰期: 南華系貝義西組冰磧巖時(shí)代在(768±10) Ma—(740±7) Ma之間與揚(yáng)子地臺(tái)長(zhǎng)安組冰磧巖(780±10) Ma和 Namibia南部Kalahari克拉通 Kaigas時(shí)代在(780±10) Ma—(741±6) Ma之間; 巴西Sao Francisco克拉通Jequitai和Windemere雜積巖以及Ethiopia的Negash冰磧雜積巖(750—613 Ma)相當(dāng)。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第二期冰期: 南華系阿勒通溝組與揚(yáng)子地臺(tái)古城組冰磧巖和澳大利亞 Sturtian冰磧巖以及阿曼的Gubrah冰磧巖。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第三期冰期: 南華系特瑞愛(ài)肯組冰磧巖(高林志等, 2010a)與揚(yáng)子地臺(tái)南沱組冰磧巖和澳大利亞 Marinoan冰磧巖和 Baltica(挪威)、Varanger冰磧巖大體相當(dāng)。

庫(kù)魯塔格地區(qū)第四期冰期: 震旦系漢格爾喬克組冰磧巖與華北地區(qū)廣泛分布的羅圈組冰磧巖和Baltica(加拿大)Gaskiers冰磧巖相當(dāng)。

6.2 同位素年齡

1)庫(kù)魯克塔格地區(qū)莫合山剖面特瑞愛(ài)肯組枕狀玄武巖鋯石SHRIMP U-Pb206Pb/238U (705±10) Ma和西山口剖面的貝義西組中基性火山巖鋯石 SHRIMP U-Pb206Pb/238U (739±6) Ma(圖 9)。

2)侵入塔里薩依組頂部的花崗斑巖鋯石SHRIMP U-Pb206Pb/238U年齡為(642±5) Ma(高維等,2011)。該年齡為果子溝—科古琴地區(qū)南華系的冰磧巖的時(shí)代序列提供對(duì)比標(biāo)定和重新標(biāo)定果子溝剖面塔里薩依組年代。

3)塔里木西南緣南華系恰克馬克力克群波龍組冰磧巖夾層碎屑鋯石年齡, 最年輕碎屑鋯石SHRIMP U-Pb206Pb/238U年齡約756 Ma, 說(shuō)明塔里木西南緣南華系波龍組的沉積時(shí)代要晚于756 Ma。

6.3 氧、碳同位素化學(xué)地層

通過(guò)氧、碳同位素的研究, 確定了塔里木板塊周緣造山帶南華系—震旦系化學(xué)地層的分布模式。對(duì)比新疆塔里木板塊的新元古代地層碳酸鹽巖碳-氧同位素分布特征, 南華系貝義西組年代地層SHRIMP U-Pb 年齡為(725±10) Ma～(768±13) Ma(尹崇玉等, 2007; Xu et al., 2009; 徐備等, 2008; 高林志等, 2010a), 貝義西組的化學(xué)指數(shù)標(biāo)在了原生海水埋藏成巖膠結(jié)區(qū), 潟阿勒通溝組為膏鹽相 湖成巖區(qū)。但是, 特瑞愛(ài)肯組之后的幾個(gè)組都反映出與淡水注入有關(guān)的沉積環(huán)境, 而明顯具冰磧礫石沉積只有特瑞愛(ài)肯組, 該組可以與揚(yáng)子塊體的南沱冰磧巖對(duì)比。庫(kù)魯克塔格地區(qū)震旦系漢格爾喬克組可以與華北塊體上羅圈組(正目觀組)對(duì)比。關(guān)于扎莫克提組、育肯溝組和水泉組碳-氧同位素反映的沉積環(huán)境值得進(jìn)一步探討。

6.4 前南華紀(jì)地層的歸屬

塔里木板塊周緣造山帶南華紀(jì)沉積起點(diǎn)明顯不同, 東西天山的果子溝—庫(kù)魯克塔格地區(qū)和西昆侖的鐵克力克地區(qū)為碳酸鹽巖地層, 但根據(jù)高振家等(1983, 1984a)對(duì)碳酸鹽巖地層中疊層石的研究, 其疊層石組合明顯不同, 反映出于華北薊縣系疊層石組合有相似之處。而塔里木北緣的阿克蘇—烏什一帶, 南華紀(jì)沉積直接沉積在阿克蘇綠片巖之上, 反應(yīng)出下伏地層發(fā)生明顯構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。因此, 塔里木板塊周緣造山帶的前南華紀(jì)地層中是否存在格林威爾造山帶的沉積記錄依然是個(gè)謎。

圖9 庫(kù)魯克塔格地區(qū)南華-震旦系綜合地層柱及鋯石年齡(據(jù)高振家等, 1980)Fig. 9 Column of the Nanhuan and Sinian strata in Kuruk Tag area and zircon dating(modified after GAO et al., 1980)

7 結(jié)論

1)通過(guò)塔里木周緣新元古代巖石地層對(duì)比, 特別是對(duì)南華系冰磧巖的對(duì)比, 詳細(xì)描述了塔里木地區(qū)發(fā)育有四套冰期, 為全球的幾套冰期對(duì)比提供標(biāo)準(zhǔn)剖面和對(duì)比標(biāo)志;

2)首次報(bào)道的塔里木西南緣南華系波龍組碎屑鋯石年齡756 Ma SHRIMP鋯石U-Pb年齡, 該年齡應(yīng)代表了塔里木西南緣南華系沉積地層的最大年齡;波龍組新年齡的確定, 為塔里木西南緣南華紀(jì)的沉積年齡提供了同位素時(shí)代學(xué)證據(jù);

3)本文論述了塔里木板塊周緣造山帶南華紀(jì)—震旦紀(jì)地層與其他大陸或地區(qū)的地層對(duì)比的依據(jù)和生物組合。

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Nanhuan Glaciation Event and Its Stratigraphic Correlation in Tarim Plate, China

GAO Lin-zhi1), GUO Xian-pu1), DING Xiao-zhong1), ZONG Wen-ming2), GAO Zhen-jia3),
ZHANG Chuan-heng4), WANG Zi-qiang4)
1)Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;2)Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources, China Geologeical Survey, Shenyang, Liaoning110032;
3)Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;
4)China University of Geosciences(Beijing), Beijing100083

The hypothesis of the “Snow Earth” pours new vitality into the study of the global Neoproterozoic glaciations. According to the development of glaciations in different continents, isotopic dating, ratios ofδ13C/δ18O and CIA, four glaciations have been recognized in the whole globe along different sections in different continents. The change of the circle of Neoproterozoic glaciations is regarded as the start of the early biota or division. Because the top GSSP of the Crytersian has been defined, the bottom of GSSA has become a problem in the study of glaciations. Now, the Kuruk Tag section in Tarim Plate of Xinjiang is the only section with four Neoproterozoic glaciations and different volcanic rocks. The further study of the Nanhuan glaciations in Tarim is useful work for the stratigraphic correlation with the global Neoproterozoic glaciations. The authors put forward for the first time the upper limit line of the deposition of the Bolong Formation based on the distributional pattern of debris zircon ages from the Bolong Formation, Nanhuan System. The main distributional pattern of debris zircon ages comprises 2.5 Ga, 2.2 Ga and 1.8 Ga, with the youngest age being 756 Ma, suggesting that the depositional age is younger than 756 Ma. According to the distributional pattern of debris zircon ages of the Bolong Formation, they must have had different rock sources in relation to Tarim Plate.

Cryogenian; Nanhuan; glaciation; Tarim Plate; debris zircon dating

P534.3; P534.31; P512.4

A

10.3975/cagsb.2013.01.05

本文由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“中國(guó)新元古代年代地層格架及其全球?qū)Ρ取?編號(hào): 121201011120131)、中國(guó)石化股份有限公司海相前瞻性項(xiàng)目“塔里木盆地構(gòu)造背景、盆山動(dòng)力學(xué)及油氣前景”(編號(hào): YPH08110)和科技部基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“中國(guó)地質(zhì)志歐亞大陸大地構(gòu)造圖編制”(編號(hào): 2011FY120100)聯(lián)合資助。

2012-08-30; 改回日期: 2012-12-20。責(zé)任編輯: 張改俠。

高林志, 男, 1955年生。研究員。主要從事生物地層、層序地層、災(zāi)變事件地層研究。E-mail: gaolzh@cags.net.cn。