Question

中国新元古界南华系研究进展()

Answer 1

南华系，是1999年12月在北京十三陵召开的第三届全国地层会议预备会期间，经第二届全国地层委员会晚前寒武纪工作组的专家们讨论新建立的一个新元古界的系级年代地层单位。建立该系，是由于当时国际上正围绕建立新元古界最末一个系(即Ⅲ系)相关国家正在积极争取将本国的相关年代地层单位推向国际。我国的震旦系长期以来都在为此作准备。但是，我国相关专家们都意识到我国的震旦系与国际上赋予新元古界Ⅲ系的涵义相比，其时限过宽。为与国际上新元古界Ⅲ系接轨，就必须重新厘定我国震旦系的涵义，只能将我国原震旦系解体。而解体后，其原上统正好与国际上的新元古界Ⅲ系基本一致，保留震旦系名称;其原下统如何处置?既不能继续保留在震旦系内，也不能归入下伏的青白口系中，考虑到这段时期多方面的特殊性，专家们一致赞同将这段地层独立新建一个系级单位，系名源于这套地层在各地普遍存在代表寒冷气候的冰川事件，因此，沿用刘鸿允先生命名的“南华大冰期”而得名。

从 2001 年开始，本工作项目立了专题对南华系开展全面、深入研究，由中国地质科学院地质研究所尹崇玉、邢裕盛、高林志、王自强 (中国地质大学 (北京) ) 等承担。经过近 10 年研究取得一系列重要进展，正式建系的基础已基本具备，主要在以下几方面: ①选定了层型剖面; ②理顺了系内的岩石组合序列; ③通过采样分析，获得一批有价值的同位素年龄数据，为确定南华系底界年龄及内部划分奠定了基础; ④初步建立了区域对比的框架等。现分述于下。

(一) 南华系候选层型剖面位置

课题组为选定南华系候选层型剖面，对跨越华南地区 5 省 (自治区) 的 9 条涉及南华系的剖面(图69) 进行了深入的考察、调研，在对这 9 条剖面进行分析、比较后，最后决定，南华系候选层型剖面选定在湖南省石门县壶瓶山镇杨家坪，剖面在壶瓶山镇西北方向约 7000 m 的壶瓶山国家自然保护区内，实测剖面起点的地理坐标为北纬 29°53'，东经 111°13' (图70) 。

图69 华南地区南华系考察剖面地理位置图

(二) 南华系候选层型剖面描述

为深入研究南华系底界及与下伏板溪群的关系，实测剖面起点从中元古界冷家溪群顶部的不整合面开始; 在该剖面上，南华系自下而上包括渫水河组 (莲沱组) 、古城组、大塘组和南沱组 (图71) 。其分层情况和各层岩性特征记述于下。

上覆地层 震旦系陡山沱组

(仅测 2 层，以上未测)

中国主要断代地层建阶研究项目(2001～2009) 进展与成果

图70 湖南石门县壶瓶山镇杨家坪剖面地理位置及地质概况图

图71 湖南石门县壶瓶山镇杨家坪南华系实测剖面

中国主要断代地层建阶研究项目(2001～2009) 进展与成果

下伏地层 中元古界冷家溪群

0. 紫红色中层条带状粉砂质板岩夹变质细砂岩 (未测厚度)

(三) 南华系内及其相关层位同位素年代学研究的重要进展

为解决南华系底界年龄及系内重要层段的年龄，课题组除对层型剖面上的相关适宜取样的层位进行系统采样外，还对几处考察剖面的相关层位进行了采样，经室内分析处理，获取锆石，采用SHＲIMP U-Pb 法进行同位素年龄测定，获得一系列有重要价值的年龄数据。现分述于下。

1. 样品采集和年龄测定

在杨家坪层型剖面上，重点采集了 2 层样品。一是南华系下伏青白口系顶部老山崖组，在第6 层距其顶界之下 12 m 处的凝灰岩中采样 (编号 TO21023-2A) ，经碎样挑选出锆石，所选锆石多呈无色或淡黄色、透明、自形晶、呈等轴状或柱状、晶面普遍保存完好，晶面平整无明显熔蚀和磨损痕迹，应属岩浆锆石; 这些锆石用 SHＲIMP U-Pb 法对 15 个点进行分析，除 1 个点的结果为 1900Ma (解释为继承锆石的结晶年龄) 外，其余 14 个点的结果较为集中 (图72) ，扣除其中 2 点离群值不参加平均值计算，其余12个点的²⁰⁶Pb/²³⁸U比值年龄的加权平均值结果为(809±16)Ma，这一年龄数据应为老山崖组近顶部(距顶面尚有12m)地层的沉积年龄，按12m地层的沉积速率估算，其顶界的年龄为800Ma左右。第二是，在南华系下部渫水河组第12层距该层顶面10m处的凝灰岩采样(编号T02429-14)，经碎样挑选出两类锆石，一类与上述老山崖组的相似，为自形晶，属岩浆锆石;另一类呈无色或微紫色，半透明，柱状晶体、半自形晶、晶面有明显磨损或增大痕迹，为岩浆上升过程中从地层中捕获的继承锆石。经采用SHＲIMPU-Pb方法对锆石13个点的分析，除9.1点明显偏低为离群值外，其余12个点明显分为3组(图73)。最老一组共2个点，年龄为2450Ma，中间一组由5个点组成，年龄约为1970Ma，这两组年龄应为继承锆石的母岩年龄;最年轻的一组由5个点组成，其²⁰⁶Pb/²³⁸U的加权平均年龄为(758±23)Ma，这一年龄应为渫水河组近顶部的沉积年龄。

图72 老山崖组凝灰岩样品 T021023-2A 锆石 U-Pb 一致线图

图73 渫水河组凝灰岩样品 TO2429-14 锆石的 U-Pb 一致线图

2. 其他地区南华系相关层位同位素年代学研究的重要进展

(1) 在贵州省松桃地区黑水溪剖面的大塘坡组底部采样 (ＲD-1) ，从挑选出的锆石中，选定 24 粒锆石用 SHＲIMP U-Pb 法进行了 24 个测点分析，其结果 (图74) ，有 5 个数值偏离较大 (9. 1，16. 1，17.1，25.1，26.1)，其余19个数值较为集中，其²⁰⁶Pb/²³⁸U的加权平均年龄值为(667.3±9.9)Ma。

(2)在浙江西部建德下崖埠剖面志棠组下部距底界约40m处的凝灰岩中采样，测定了24粒锆石共24个测点，舍去22.1点，其余23个数据点的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄值为(780±10)Ma(图75);同时，在该剖面志棠组上部距顶界约180m的凝灰岩中采样，测定了从中挑选的11粒锆石共11个测点，其中8个数据点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U比值年龄的加权平均值为(776±12)Ma(图76)。

图74 贵州松桃地区大塘坡组底部凝灰岩样品ＲD-1锆石U-Pb一致线图

图75 浙江建德下崖埠剖面南华系志棠组下部锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和图

(3)在浙江西部江山县石龙岗剖面志华系下部的休宁组中上部的凝灰岩中采样，测定了其中所挑选的24粒锆石24个测点，分析结果见图77，除去1个混入和3个1800Ma的老数据外，其余20个数据点经处理后，其中11个数据点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U比值年龄的加权平均值为(776±11)Ma。

(4)在新疆库尔勒西山口剖面南华系贝义西组中上部的凝灰岩中采样，测定了所选16粒锆石共16个测点，其分析结果见图78，去除4个偏离较大的数据外，其余12个数据点较为集中，给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U比值年龄的加权平均值为(768±13)Ma。

图76 浙江建德下崖埠剖面南华系志棠组上部锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和图

图77 浙江江山石龙岗南华系休宁组中上部锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和图

(5)在贵州中部瓮安县北斗山磷矿剖面南华系下部的清水江组近顶部的凝灰岩中采样，测定了所选13粒锆石共13个测点，其分析结果见图79，经程序处理后，其中9个数据点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U比值年龄的加权平均值为(785±19)Ma;另外，在贵州开阳县金中镇剖面南华系马路坪组(清水江组的上覆地层)底部的粘土岩中采样，测定了所选14粒锆石共14个测点，其分析结果见图80，经程序处理剔除ＲO21105-1-3，ＲO21105-1-5和ＲO21105-1-9三个点后，其余11个数据点给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(795±15)Ma。

(四)南华系底界及南华纪时期内冰期时限的限定

(1)课题组根据以上获得的同位素年龄数据，认为南华系底界的年龄应小于800Ma，可能大致在780Ma左右。其理由是，到目前为止，从杨家坪层型剖面渫水河组和各地与之相当层位的凝灰岩中所获得的锆石U-Pb年龄大致都在760～780Ma范围内，如杨家坪层型剖面渫水河组上部所获年龄为(758±12)Ma，志棠组下部获得年龄为(780±10)Ma，浙江江山石龙岗剖面休宁组中上部获年龄为(776±11)Ma。目前，已有不少同行专家趋于接受将《中国区域性年代地层(地质年代)表》中南华系底界年龄800Ma修订为780Ma。

图78 新疆库尔勒西山口南华系贝义西组中上部锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和图

图79 贵州瓮安北斗山南华系清水江组顶部锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和图

图80 贵州开阳县金中镇南华系马路坪组底部锆石²⁰⁷Pb/²³⁵U-²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和图

课题组经过几年艰苦细致的工作，在南华系多条剖面的下部层位中获得一系列可靠的年龄数据，为确定南华系的下限年龄奠定了重要基础，无疑是一项重要进展。但是，根据上述年龄数据，将南华系底界年龄由 800Ma 修订为 780Ma 的结论还值得商榷。因为，获得以上年龄数据的样品的层位均是南华系最下部一个组级单位 (渫水河组、莲沱组、志棠组、休宁组等) 的中上部或下部，而非南华系的底部; 即使是志棠组下部获得的最老年龄数据 (780 ±10) Ma，其采样点距志棠组的底界尚有 40 余米厚度; 而且，从现有资料可知，南华系下部的以上组级单位与下伏青白口系的不同相关层位间均呈明显不整合接触，其间定有沉积间断，南华纪初期沉积记录在这些地区并不完全。由此不难判定，南华纪 (或南华系的沉积) 不应是从 780Ma 开始，而应早于 780Ma; 加之课题组从杨家坪层型剖面南华系(渫水河组) 下伏青白口系最上部老崖组近顶部 (距顶界 10 m) 获得锆石年龄 (809 ± 16) Ma，扣除10 m 厚度的沉积时间及其之后的沉积间断剥蚀期，将南华纪 (或南华系沉积) 的起始时间定在 800Ma是合适且合理的。

(2) 课题组根据几年的深入调查研究，结合前人资料，确认南华纪时期内存在两期冰期，上冰期以南沱组沉积物为代表，下冰期以古城组 (或贵州松桃地区的铁丝坳组、浙西地区的下崖埠组) 沉积物为代表。通过同位素年代学研究，获得一批锆石 U-Pb 年龄新资料，这些新的年龄数据证明，南华系大塘坡间冰期的下限年龄不会超过 670Ma; 南沱冰期与国际上广泛发育的新元古代马利诺 (Marinoan)冰期相当，时限大致在 660～630Ma 之间; 下冰期 (古城冰期) 与国际上的斯图特 (Sturtian) 冰期相当，时限大致在 750～670Ma 之间。

(五) 南华系的内部划分及区域对比

课题组在对考察过的 9 条剖面分析研究的基础上，根据南华系在各地的沉积、发育特点，将华南地区的南华系归为 3 种类型: 第一类，主要分布于湖南、贵州、广西三省 (区) 交界地区，以广西三江剖面为代表，在此南华系划分为 3组，上部南沱组，属冰成岩; 中部为富禄组，为含铁、锰的粉砂岩、页岩夹含锰白云岩透镜体; 下部为长安组，为冰海沉积的杂砾岩，与下伏青白口系板溪群呈不整合接触。第二类，主要分布于贵州东北部至湖南西北部地区，以湖南石门杨家坪剖面为代表，在此南华系划分为 4组，顶部为南沱组，属冰成沉积; 上部为大坡组 (湖南部分地区称湖锰组) ，为含锰黑色、紫褐色细碎屑岩，在贵州东北部及湖南部分地区形成可采锰矿; 中部为东山峰组 (古城组) ，为厚度不大的冰成沉积杂砾岩; 下部为渫水河组，为紫灰色、灰绿色砂砾岩、砂岩及粉砂岩，夹页岩和少量斑脱岩薄层，与下伏青白口系板溪群呈不整合接触。第三类，主要分布于湖北西部及下扬子区中—北部，以宜昌峡东剖面为代表，在此南华系划分为 2组，上部南沱组，为冰成沉积杂砾岩; 下部莲沱组，为紫红色砂砾岩、砂岩、灰绿色砂岩、粉砂岩夹页岩，与下伏黄陵花岗岩呈不整合接触。