南華系年代地層劃分及區域對比綜合研究報告

尹唐峰高林芝邢玉生

(中國地質科學院地質研究所，北京100037)

本課題通過前期的研究工作，先後考察了湖北宜昌望峰崗、湖南石門楊家坪、廣西三江福祿等多個華南剖面。經研究對比，推薦湖南石門楊家坪剖面作為南華系的候選層型剖面。同時，為解決震旦系-南華系同位素年代學研究相對薄弱的問題，加強了華南震旦系和南華系火山凝灰巖夾層的尋找和同位素年代學研究。在湖北夏冬黃陵背斜西翼、秭歸九曲腦震旦系剖面、貴州松桃黑水溪錳礦南華系剖面、湖南石門楊家坪震旦系-南華系剖面、浙江建德下涯埠震旦系-南華系剖面、浙江江山石龍崗震旦系-南華系剖面、新疆庫爾勒西山口震旦系-南華系剖面、翁北陡山磷礦震旦系剖面以及開陽縣金鐘鎮發現含南華系和震旦系碎屑鋯石的火山凝灰巖夾層或粘土巖夾層，經取樣發現火山鋯石。通過SHRIMP鋯石U-Pb定年研究，獲得了大量南華系和震旦系的SHRIMP鋯石U-Pb年齡數據，基本解決了揚子地層區劃內南華系的劃分和對比(國家地層委員會，2008)。但是，如何與江南地層劃分和華南冰期劃分進行對比，已經成為當務之急。

華南南華系下部地層大致可分為三個不同的沈積組合帶。(1)北帶以黃陵背斜周邊為代表，下部主要為海岸帶辮狀河礫石沈積。向上過渡為粉砂巖和泥巖夾凝灰巖夾砂巖和凝灰巖薄層。(2)中間帶範圍廣，以湖北長陽、湖南石門、大庸-沅陵為代表。其特征是下部以辮狀河-河口壩礫石為主，少量碎屑(幾米厚)向上流向深淺海沈積含錳粉砂巖、頁巖、矽質巖，表現為陸相-坡折-大陸坡的沈積組合特征。(3)南部帶以湖南-懷化-廣西三江安化線以南地區為代表，下部主要為大陸坡泥石流沈積，上部為含錳粉砂巖、頁巖、矽質泥巖和含錳白雲巖透鏡體(福祿組)。含錳的粉砂巖和泥巖代表了華南體系最大洪泛期的沈積物。課題組現階段的工作重點是解決南帶與北帶和中帶的地層對比問題。

1主要研究概況和研究內容

研究團隊以廣西三江廣東和貴州黎平肇興的華南剖面為重點，采集了相關地層的古生物、巖石學和地球化學樣品。同時，系統采集了夏冬東部地區蓮沱組至南沱組的細碎屑樣品，研究了化學蝕變指標。在前期研究工作的基礎上，采用野外地質調查和室內研究相結合的多學科綜合研究方法。集中力量對江南分區典型的南華地層剖面進行多學科綜合研究，重點研究南華紀下冰期和間冰期關鍵層位的沈積特征、地層格架和同位素年齡測定。進壹步完善華南南華系的劃分和對比。研究目標是通過系統的野外調查和室內綜合研究，提出江南分區和揚子分區華南系的劃分和對比方案，進壹步完善我國華南系的年代地層體系，為逐步與國際接軌奠定基礎。

2 .主要研究進展和成果

華南福祿組2.1 SHRIMP鋯石U-Pb年齡。

福祿組凝灰巖樣品采自貴州省黎平縣肇興鎮龍水岔剖面南華系福祿組下部。該剖面位於江南地層分區，代表華南南華-震旦系斜坡-盆地相沈積類型。該類型主要分布在湖南安化南部-貴州銅仁，南華系自下而上分為長安組、福祿組、南沱組。長安組是壹套冰川混合巖沈積，包括冰川濁積巖沈積和典型的冰川礫巖沈積(圖2a)。壹般認為，福祿組由溫暖潮濕氣候條件下的含鐵、含錳碎屑巖和白雲巖組成，底部為含鐵砂巖。南沱組和其他地區壹樣，是壹套穩定的冰磧沈積。樣品T06117-1取自肇興龍勝岔南華福祿組中下段底部。該剖面福祿組下部為灰褐色粉砂質長石應時砂巖，靠近底部有壹層黃綠色凝灰巖夾層，厚度7 ~ 10 cm(圖1，圖2b)。

圖1貴州黎平肇興龍勝岔南華福祿組中下段及采樣點位置。

圖2貴州黎平肇興龍勝岔南華系剖面

2.1.1鋯石特征及SHRIMP測年結果

樣品T06117-1為黃綠色凝灰巖，厚度約7 ~ 10 cm。用常規方法粉碎，直接手洗，最後在顯微鏡下挑出100%純鋯石。顯微鏡下，鋯石明顯為無色或粉白色透明、等軸狀或短柱狀自生晶體，晶面保存完好，晶面光滑，未發現腐蝕和磨損痕跡，屬於巖漿鋯石。鋯石的長軸多為100 ~ 150μ m，在所有鋯石的陰極發光圖像中都可以看到清晰的條帶狀結構(圖3)。此外，部分鋯石的陰極發光圖像顯示出明顯的核和邊緣增生帶(圖3，F)，部分鋯石還顯示出兩個核拼接後出現邊緣增生帶的現象(圖3，G)。

圖3肇興福祿組部分鋯石的陰極發光圖像顯示明顯的核帶和邊緣帶。

在58個測量點測定了該樣品中58個鋯石顆粒的年齡。分析結果表明，除了壹個最老的點由於Pb的損失而與壹致曲線略有不壹致外，其他測點的結果都落在壹致的和諧曲線上。57個測點的結果明顯分為兩組(圖4，表1)，年輕組51測點的結果主要集中在660 ~ 820Ma之間，有三個峰值(圖4b)。峰值最小的四個測點的206Pb/238U加權平均年齡為(669 13) Ma (MSWD = 0.95)，應代表福祿組底部凝灰巖的形成年齡(圖5)。

圖4肇興福祿組底部凝灰巖樣品T06117-1鋯石U-Pb圖。

圖3是樣品T06117-1的部分鋯石陰極發光圖像和測點位置圖。照片A-D顯示了具有最小峰值的四個鋯石顆粒的陰極發光圖像和測量點的位置。可以看到都是鋯石顆粒，晶形較好，沒有明顯的晶核，邊緣有明顯的環形帶，測點位置都位於邊緣的環形帶內。實測結果為206Pb/238U age (1)，測點L061107-3.1為(659.1±9.8)Ma；(2)測點L261107-3.1為(689.0 15.6)Ma；(3)測點l 261107-11.1為(668.5 19.5)毫安；(4)測點l 261107-13.1為(675.0 14.8)Ma(表1)。圖3，e-h有發育良好的細胞核，向外有壹條增殖帶。圖G中兩個清晰的細胞核拼接在壹起，向外有壹條增殖帶。他們的結果如下:(5)測點061107-12.1為(718.7 11.9)毫安；(6)測點L061107-5.1為(710.1.11.3)毫安；(7)測點l 061107-14.1為(834.1 8.8) Ma，可以看出它們明顯大於無明顯核的鋯石。圖H顯示了近20億年來壹組鋯石的形態。(8)測點0023-22.1為(2060.9±24.9)毫安。

圖5肇興福祿組底部凝灰巖樣品T06117-1鋯石U-Pb圖。

表1樣品T06117-1鋯石SHRIMP U-Pb定年結果

繼續的

註:誤差為1σ，Pbc和Pb*分別為普通Pb和放射性Pb；用普通鉛校準204P。

2.1.2地質意義

在桂北三江和黔東南地區，福祿組下部常含條帶狀含鐵砂巖，中部偶見薄層疑似冰磧礫巖夾礫石，上部為含錳頁巖和粉砂巖。根據巖性對比，有研究者認為福祿組上部的含錳頁巖和粉砂巖可與黔北大塘坡組對比，中部的礫質冰磧可與湘西東山峰組或黔北鐵線坳組對比，下部的條帶狀含鐵砂巖與下長安組冰磧在間冰期分離。認為華南南華系自下而上經歷了長安冰期、古城冰期和南沱冰期三個冰期(薛等，2001；周等，2004).近年來，鋯石U-Pb年齡分別為(662.9±4.3)Ma(= 1.24，周等，2004)和(667±9.9)Ma(= 1.24)。黔東南黎平縣肇興龍興岔剖面華南福祿組底部獲得的(669 13) Ma (MSWD = 0.95)年齡值與上述大塘坡間冰期的下限年齡基本壹致，證明黔東南華南福祿組與黔北大塘坡組雖然巖性和厚度不同，但下限年齡相同，是間冰期溫濕環境的產物福祿組和大塘坡組底界時代基本壹致，也證明了從大陸坡到盆地相沈積區的南華系屬於兩個冰期，壹個間冰期的沈積構造(圖6)。

圖6湖南石門趙興、楊家坪南華剖面與湖北宜昌南華剖面對比。

同時，黔東南黎平縣肇興龍水岔剖面福祿組底部的鋯石U-Pb年齡可以進壹步確定華南大塘坡(福祿)間冰期的下限年齡，證明不同古地理位置在此間冰期以下的冰川冷事件記錄是不同的。下冰期最完整、沈積厚度最大的發育在江南地層劃分的盆地相區，如黔東南、桂北的長安組。下冰期的發育程度從江南地層區劃的東南部向西北部依次變化(圖6)，直至湖北地區的大塘坡組和下冰期完全喪失，代之以蓮沱組(蔣等，2003；周等，2004).根據近年來獲得的鋯石U-Pb年齡數據和本項目獲得的同位素年齡新結果，進壹步證明華南南華系南沱冰期相當於世界上廣泛發育的新元古代Marinoan冰期，時限大致在660 ~ 635Ma之間。南華系下部冰期(長安或古城冰期)與Studt相似，時限大致在750 ~ 670Ma之間。

2.2夏冬東部地區南華系蓮沱組化學蝕變指標的變化及其環境意義。

2.2.1樣品采集和分析處理

在夏冬東部，南華系僅發育下蓮沱組(厚50 ~ 246米)和上南沱組(厚35 ~ 180米)。南沱組由冰川沈積物組成，包括典型的冰磧礫巖和冰水沈積物。蓮沱組底部不整合在黃陵花崗巖上，為紫紅色礫巖和砂礫巖，具中小型斜層理和槽狀層理。中部為灰紫色、灰綠色中細粒長石應時砂巖、砂質粉砂巖、粉砂巖及少量頁巖；上部由灰綠色砂質粉砂巖夾紫灰色、粉砂巖夾頁巖和少量紫色中細粒砂巖組成(Tzi-chiang Chao et al .，1985；邢雨生等，1996；劉紅雲，1991)。蓮沱組化學蝕變指標樣品取自三鬥坪以南石板溪橋東至花集坡公路路塹段(樣品編號r 041016-1 ~ 17)，南沱組樣品(包括蓮沱組頂部樣品)取自三鬥坪東南九龍灣-高頭石實測斷面(樣品編號R04658)，其中4個樣品未達到質量標準，因此

所有樣品都是新鮮的細碎屑巖。先將樣品切成新鮮表面，然後用手鉆在3 ~ 5 mm範圍內取200 mg巖粉進行化學分析(中國地質大學化學分析實驗室)。主要元素的分析精度優於6%，分析中已得到H2O+和H2O-，因此表2中的燒失量基本可以代表CO2的含量，並參與計算得到n(CaO*)。樣品巖性及分析結果見表2。

2.2.2沈積物的沈積環境分析

分析結果表明，上華南體系南沱組的CIA值主要在60 ~ 65之間(除了前兩個樣品)。下統蓮沱組CIA值分布復雜，靠近南沱組的前兩個樣品(R 041016-1 ~ 2)的CIA值在55 ~ 60之間。下蓮沱組上部8個樣品(r041016-3 ~ 5，7 ~ 8，10 ~ 12)的CIA值在65 ~ 75之間。底部五個樣本(r 041016-13 ~ 17)的CIA值回落到50 ~ 65的範圍內。從A-CN-K三角圖可以看出，華南體系不同層位的樣品明顯集中在三個緊湊穩定區。研究表明，三鬥坪地區南沱組樣品的CIA值大致相當於更新世冰川粘土的CIA值，是由冰川沈積物造成的。前兩個樣品(r 041104-11，r041104-10)的CIA值為70，表明南沱組寒冷氣候向陡山沱組溫暖氣候的轉化已經開始。

蓮沱組由底部厚達數十米的河流相砂礫巖沈積組成，在近海逐漸發展為曲流河-網狀河的砂巖-粉砂巖沈積。蓮沱組頂部兩個樣品(r 0411016-1 ~ 2)的CIA值分別為61和58，表明該組頂部已出現氣候幹燥寒冷的低級化學風化沈積。蓮沱組上部樣品的ClA值在65 ~ 75之間，表現為暖濕氣候條件下的中等化學風化沈積；該組下部樣品的CIA值再次下降到55 ~ 65，表明是在寒冷幹燥的氣候條件下化學風化程度較低的沈積。這些變化表明，蓮沱組沈積始於寒冷幹燥氣候下化學風化程度低的環境，後轉入溫暖濕潤氣候下化學風化程度中等的環境，寒冷幹燥氣候下化學風化程度低的環境在頂部再現，並壹直持續到南沱組出現穩定的冰川沈積。

圖7清楚地顯示了上述變化。圖7a、7b和7c分別顯示了三個相對密集的區域。圖7(a)顯示了南沱組采樣點的分布，南沱組可進壹步分為兩個分區。地塊I * * *，有五個點，它們的CIA值在60 ~ 65範圍內。X圖包含代表南沱組頂部的兩個樣本點，這可能表明氣候正在變暖。圖7b顯示了蓮沱組頂部和底部取樣點相對密集的區域。所有樣本點都位於CIA值50 ~ 65的低值區。圖7c顯示了蓮沱組上部的樣品點，它們都落在三角形上部65 ~ 75的CIA值範圍內。上述三個相對密集區分別代表南華紀沈積演化中三個不同的相對穩定階段。但就整個華南系統的A-CN-K三角而言，樣本點分布相當分散，不同階段的CIA值波動較大。這壹特征反映了華南時代(冰期的Cryogenian)處於古大陸解體時期，在陸塊就位之前，揚子古陸的構造環境和氣候條件與古生代相比呈現出整體不穩定的狀態，無論是沈積物特征還是巖相變化(王自強等，2006b)。

2.3黔南桂北南華系化學蝕變指標變化及環境分析。

貴州南部和廣西北部的南華組自下而上分為三組，即下部的長安組、中部的福祿組和上部的南沱組。長安組假整合或不整合於新元古代儋州群之上。盡管對其成分有不同的理解，但大多數研究者傾向於認為該地層為冰川海洋沈積物。長安組之上的福祿組是壹套含鐵、錳的碎屑巖沈積，是間冰期的產物。上南沱組代表另壹個冰川沈積。本課題組試圖通過對該地區化學地層學的研究，進壹步探討黔桂南華系與揚子區南華系的對比。本區南華系化學蝕變指標樣品主要取自廣西三江關東-沐風段福祿組、貴州黎平水口以東和肇興段儋州組頂部、長安組和南沱組下部(圖8)。由於肇興地區福祿組巖性太粗，CIA無法研究，所以沒有采用。但本區福祿組中下部存在斑狀夾層，鋯石U-Pb年齡為(669 13)Ma，為華南系的劃分和對比提供了有力依據。

表2宜昌三鬥坪南華系樣品全巖化學分析及共軛亞油酸和ICV值

圖7宜昌三鬥坪南華系分解A-CN-K三角圖

圖8廣西三江關東洞、貴州黎平水口、肇興實測剖面圖。

上述剖面的化學蝕變指數研究樣品均取自粉砂巖、砂質粉砂巖和冰川礫巖的膠結物。全巖化學分析、ICV和CIA結果見表3。

表3廣西三江和貴州黎平南華系樣品全巖化學分析和ICV、CIA值。

註:1106-1 ~ 5為廣東組樣品，1106 ~ 6 ~ 24為長安組樣品，1104-9 ~ 12(廣東)

由於貴州黎平肇興剖面福祿組巖性較粗，不適合作為化學蝕變指標的研究對象。該段福祿組頂部僅取1107-5和1107-7樣品。福祿組剩余樣品(1104-9 ~ 12)取自廣西三江關東段福祿組下部。關東剖面福祿組下部的樣品均為極薄的頁巖和泥巖，其CIA值均在85 ~ 95之間，反映了它們是在濕熱氣候下化學風化程度強烈的沈積，特別是上述樣品的ICV值均大於1，表明這些樣品可能是大陸邊緣上第壹批具有相對活動構造的沈積。樣品1107-5和1107-7的CIA值分別為69和70，表明在南沱冰期到來之前氣候已經變冷。

樣品1107-8 ~ 13取自黎平肇興南沱組下部。6個樣本的CIA值除了1107-13外，其余5個都在60-65之間，為66.31。與宜昌峽東部南沱組獲得的CIA值基本壹致。表明其再次轉化為氣候寒冷幹燥的低化學風化環境的沈積。

中國南方新元古代的劃分與區域對比

華南新元古代的劃分對比早有不同，但有兩個方面基本公認。第壹，新元古代以晉寧運動界面為界，最低地層單位為青白口系(即托尼期，相當於國際地層表)，應包括滄浪鋪群和板溪群及其相當地層(國家地層委員會，2001，2002；盧松年，2002；鄭，，2003)。第二，中國震旦系已明確界定(馬國幹等，1984；尹等，2005).目前的重點是對南華系蓮沱組的認識及其在南華系中的地位。

華南南華系大致可分為三種類型:ⅰ型分布在湘、黔、桂三省交界地區，以廣西三江段為代表。南華系包括3個組:上南沱組(冰川巖)；福祿組中段(含鐵、錳的粉砂巖，含錳的白雲巖透鏡體頁巖)；下長安組(冰海沈積的礫巖)。ⅱ型主要分布在黔東北—湘西北，以湖南石門楊家坪剖面為代表，南華系由4個組組成。頂部為南沱組冰川沈積；上統大塘坡組(湖南稱胡萌組)為黑色、紫棕色含錳細碎屑巖，在黔東北、湖南部分地區形成可采錳礦床。中部的東山峰組為冰川沈積礫巖，厚度較小。下沁水河組由紫灰色、灰綠色砂礫巖、砂巖和粉砂巖組成，夾頁巖和少量薄層膨潤土。ⅰ型和ⅱ型南華系的底界不整合在板溪群及其層位上。ⅲ型華南系統主要分布在鄂西和長江下遊中北部。宜昌峽東段由兩個地層組成。上部南沱組為冰川沈積礫巖，下部蓮沱組由紫紅色砂礫巖、砂巖、灰綠色砂巖、粉砂巖夾頁巖組成。不同的是，這壹段的沈積並沒有整合在黃陵花崗巖上。如果僅根據巖石地層學原理進行劃分對比，可以明顯地認為下峽東部缺失南沱組下的含錳地層和下冰川混合巖(包括貴州鐵線坳組、湖南東山峰組和其他地區所謂的“蕭冰”、湘黔桂交界地區的長安組)，同時可以對比湖南石門的漣水河組和蓮沱組，認為長安組下缺失蓮沱組甚至將板溪群與蓮沱組(劉紅雲，1991)相比較，板溪群是不同構造階段的產物，壹般由片狀淺變質巖組成。

圖9華南新元古代南華系不同類型沈積相帶剖面圖。

馮連軍等(2001)提出石門楊家坪上沁水河組和東山峰組的CIA值分別為60 ~ 65和60 ~ 70，與更新世冰川粘土基本壹致。認為該區沁水河組是氣候寒冷幹燥、化學風化程度低的產物。而沁水河組下伏的板溪群老山埡組上部的CIA為70 ~ 75，應是溫暖濕潤氣候和中等化學風化的產物。目前作者對湖北宜昌三鬥坪南華系化學蝕變指標的研究表明，南沱組下的蓮沱組也經歷了壹個受冷-幹-暖-濕-冷-幹氣候變化控制的沈積過程，因此作者提出了南華系不同相區的劃分對比方案(圖9)。

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