塔里木盆地周緣南華系底界探討

李王鵬 林 恬 錢 濤

(1. 中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院， 北京 100083；2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所， 北京 100081)

0 前言

現(xiàn)有研究表明，世界各地成冰系(相當(dāng)于我國(guó)南華系)最早的一次全球性冰期沉積發(fā)生在Sturtian冰期。這次冰期具有全球同時(shí)性，其開始時(shí)間(約720 Ma)受到高精度同位素年齡的制約[1-4]。Sturtian冰期已被證明是全球同時(shí)發(fā)生的氣候事件。國(guó)際成冰紀(jì)(相當(dāng)于我國(guó)南華紀(jì))地層分會(huì)認(rèn)為，應(yīng)將Sturtian冰期開始出現(xiàn)作為成冰系底界的劃分標(biāo)準(zhǔn)，建議將720 Ma作為成冰系的底界年齡。國(guó)際地層委員會(huì)采納了上述建議，于2015年將成冰系底界年齡從850 Ma調(diào)整到720 Ma，并建議公開出版物今后以Sturtian冰期底界作為成冰系底界標(biāo)準(zhǔn)。修訂后的成冰系代表了地球歷史上以冰期為特征的特殊地質(zhì)記錄，與我國(guó)南華系相一致。劉鴻允和李曰俊認(rèn)為，南華系為“南華大冰期”的沉積響應(yīng)，該大冰期的起始年齡可用于限定南華系的頂?shù)捉缒挲g，與國(guó)際上定義和劃分南華系的內(nèi)涵相符[5]。目前，我國(guó)華南地區(qū)的江口冰期、南沱冰期，可分別與Sturtian冰期、Marinoan冰期相對(duì)應(yīng)。隨著研究剖面及年代學(xué)數(shù)據(jù)的豐富，華南地區(qū)南華系底界位置得到不斷調(diào)整，被確定為江口冰期沉積層系的底部。同時(shí)，其底界年齡也從最初的850 Ma[6]被修正為720 Ma[7-8]，與國(guó)際上南華系底界的相關(guān)研究結(jié)論接軌。

塔里木盆地周緣南華系廣泛發(fā)育。高振家和陳克強(qiáng)[6]對(duì)新疆地區(qū)南華系地質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為該地區(qū)南華系底界的年齡為850 Ma。近年來，塔里木盆地南華系底界的相關(guān)研究不斷推進(jìn)，然而在出版物及塔里木盆地地層分區(qū)表中標(biāo)注的南華系底界年齡主要為800 Ma或780 Ma，與華南地區(qū)及國(guó)際上的認(rèn)識(shí)存在較大差距，有待進(jìn)一步深入研究。

塔里木盆地新元古代冰磧巖層系發(fā)育齊全，利用區(qū)內(nèi)冰期事件對(duì)比及年代學(xué)工作，有助于盆地內(nèi)南華系底界的重新劃分，有利于建立盆地周緣新元古代地層格架，同時(shí)可為后期建立盆地內(nèi)部新元古代地層格架提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木板塊作為國(guó)內(nèi)三大地質(zhì)板塊之一，相對(duì)于華南和華北板塊，其新元古代冰磧巖地層露頭的發(fā)育更具全面性與連續(xù)性(見圖1)。

圖1 塔里木盆地周緣南華系 — 震旦系露頭發(fā)育情況

庫(kù)魯克塔格地區(qū)位于塔里木板塊東北緣，該地區(qū)南華系 — 震旦系露頭發(fā)育，剖面層序完整，南華系由下至上被劃分為貝義西組(冰川沉積)、照壁山組、阿勒通溝組(冰川沉積)、黃羊溝組和特瑞愛肯組(冰川沉積)，震旦系被劃分為扎摩克提組、育肯溝組、水泉組和漢克爾喬克組(冰川沉積)。塔里木盆地西北緣阿克蘇地區(qū)的前寒武系分為變質(zhì)基底阿克蘇群和沉積蓋層南華系及震旦系[9-10]。其中，南華系由下至上被劃分為西方山組、巧恩布拉克組(冰川沉積)、牧羊?yàn)┙M、冬屋組和尤爾美那克組(冰川沉積)，震旦系被劃分為蘇蓋特布拉克組和奇格布拉克組，寒武系玉爾吐斯組含磷地層平行不整合于震旦系地層之上[11]。塔里木板塊西南緣葉城地區(qū)亦發(fā)育完整的南華系 — 震旦系。馬世鵬等人針對(duì)西昆侖山北坡的新元古代地層開展了詳細(xì)的考察工作，并進(jìn)一步對(duì)區(qū)內(nèi)南華系作了細(xì)分[12]。目前，南華系自下而上被劃分為牙拉古孜組、波龍組(冰川沉積)、克里西組、雨塘組(冰川沉積)，震旦系被劃分為庫(kù)爾卡克組和克孜蘇胡木組(見圖2)。

圖2 塔里木盆地周緣南華系 — 震旦系柱狀圖

2 新元古界劃分及南華系的提出

1989年7月，第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)將新元古代劃分為3個(gè)紀(jì)：Tonian紀(jì)(1 000 — 850 Ma)、Cryogenian紀(jì)(550 — 650 Ma)和Neoproterozoic III紀(jì)(650 Ma至寒武紀(jì)底界)。但是，全球地質(zhì)學(xué)家們并未廣泛采用此劃分結(jié)果。在此背景下，國(guó)際末元古系地層分會(huì)成立，并于十余年間集中優(yōu)勢(shì)科研力量進(jìn)行研究，促使多數(shù)委員在末元古系建系問題上達(dá)成以下共識(shí)[13]：

(1) 新建系頂界為寒武系底界，界線年代約為540 Ma。

(2) 新建系底界位于全球規(guī)模性發(fā)育的冰川沉積頂面之上，界線年代約為650 Ma。

(3) 新建系將在全球范圍內(nèi)確定標(biāo)準(zhǔn)剖面。

2004年，國(guó)際地科聯(lián)正式批復(fù)將新建系命名為埃迪卡拉系(Ediacaran)，其底界的層型剖面為南澳大利亞弗林德斯山脈依諾拉馬(Enorama)河剖面，底界為伊拉逖那冰磧巖(Elatina Diamictite)上蓋帽碳酸鹽巖努卡利那組的下界，界線年代為630 Ma。

國(guó)內(nèi)地質(zhì)學(xué)家針對(duì)我國(guó)新元古界建系的相關(guān)研究從未放松，也取得了一定進(jìn)展[14]，但在確定震旦系底界的問題上遇到了困難。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，三峽地區(qū)震旦系剖面的地層序列不完整，蓮沱組之下缺失一段沉積記錄。自20世紀(jì)70年代末起，為了彌補(bǔ)缺失的沉積記錄，地質(zhì)學(xué)家們從未停止對(duì)新元古界的探索，力圖尋找能夠填補(bǔ)南方震旦系標(biāo)準(zhǔn)剖面和北方青白口系剖面之間的缺失地層。隨著國(guó)際末前寒武系建系研究的推進(jìn)，我國(guó)震旦系的重新厘定工作逐漸受到重視。但是，此前確定的震旦系底界不完整，且震旦系時(shí)限(約800 — 540 Ma)過長(zhǎng)，導(dǎo)致厘定結(jié)果無法與國(guó)際地學(xué)界接軌。于是，第二屆全國(guó)地層委員會(huì)在重新劃分震旦系后，將震旦系底界定為陡山沱組的底界；同時(shí)，確定震旦系位于南沱組冰磧巖層之上和寒武系之下，將其時(shí)限初步定為680 — 540 Ma[15]。

在震旦系底界重新厘定之后，一些學(xué)者認(rèn)為需在震旦系和青白口系之間重新建立一個(gè)新層系[16-17]。震旦系之下發(fā)育寒冷氣候條件下形成的冰成巖層，暗示曾經(jīng)存在典型的冰期事件，因此位于震旦系之下的新系被命名為“南華系”[5]。2000年5月，第三屆全國(guó)地層會(huì)議召開，審議并通過了對(duì)南華系的命名，確認(rèn)該系為介于重新厘定的以陡山沱組下界為底界的震旦系和青白口系之間的系級(jí)年代地層單位。2001年4月，正式出版的《中國(guó)地層指南及中國(guó)地層指南說明書》(修訂版)將我國(guó)新元古界自下而上劃分為青白口系、南華系和震旦系。至此，我國(guó)新元古界重新劃分完畢，南華系地層概念也被正式提出并廣泛應(yīng)用。

3 南華系底界及其年齡

3.1 南華系底界的定義

在提出南華系地層概念之后，通過研究獲得了越來越多的認(rèn)識(shí)。但在初期，一些地區(qū)地層序列發(fā)育不完整，因而導(dǎo)致了一些層組對(duì)比認(rèn)識(shí)不一致。如對(duì)于蓮沱組，有的認(rèn)為其相當(dāng)于板溪群或其上部[18-19]，有的認(rèn)為其相當(dāng)于富祿組[20]，有的認(rèn)為其相當(dāng)于湖南石門楊家坪剖面的渫水河組等[21]。對(duì)于南華系底界的定義也出現(xiàn)了不同理解，歸納如下：(1) 沿用原震旦系底界及其年齡800 Ma；(2) 以相當(dāng)于全球Sturtian冰期的江口冰期沉積下界為底界[22-23]；(3) 以“Rodinia”超大陸裂解事件中的新元古代裂谷盆地開啟界面為底界[24-25]；(4) 建議在南華系和青白口系之間另建新層系[26]。

根據(jù)劉鴻允和李曰俊的解釋，南華系為“南華大冰期”的沉積響應(yīng)，與國(guó)際上成冰系相對(duì)應(yīng)，其底界與新元古代最早一次冰期沉積物的初始沉積界面相對(duì)應(yīng)[5]。因此，南華系底界的定義應(yīng)明確為：出現(xiàn)新元古代最早冰期寒冷事件冰磧雜礫巖或與之相當(dāng)?shù)乃樾紟r建造的下界[27]。同時(shí)，化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)為南華系碎屑巖建造中存在寒冷氣候事件提供了化學(xué)地層證據(jù)[28]。

3.2 南華系底界年齡的不同認(rèn)識(shí)

最初，由于一些學(xué)者對(duì)南華系底界的不同理解，導(dǎo)致早期獲取的南華系底界年齡普遍偏大，一般為800 — 850 Ma[6，29]。隨著研究的深入，目前關(guān)于南華系底界年齡的分歧主要集中于年齡數(shù)據(jù)780 Ma和 720 Ma的合理性上。

3.2.1 對(duì)南華系底界年齡780 Ma的質(zhì)疑

尹崇玉等人在浙江下涯埠剖面休寧組下部凝灰?guī)r研究中獲得的休寧組底界年齡為(780±10)Ma，這是最早公開的南華系底界年齡相關(guān)數(shù)據(jù)[30]。隨后，高林志等人獲得的長(zhǎng)安組底界年齡為(778±5)Ma[31]。這2組年齡數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)基本一致，可代表華南地區(qū)江口冰期的起始年齡，因而被視為南華系的底界年齡。休寧組位于冰期地層之下，與冰期地層形成連續(xù)沉積[32]，但未見冰川沉積特征。在南華系的初始定義中，休寧組被認(rèn)為相當(dāng)于蓮沱組[14]，并被看作是南華系底部地層。除此之外，未見將其看作冰期地層的公開報(bào)道。休寧組底界為不整合面，也不宜將其作為大套地層單位的底界來考慮。高林志等人報(bào)道的年齡數(shù)據(jù)也受到質(zhì)疑，被認(rèn)為是繼承性鋯石的年齡，其中可能記錄了清水江組的沉積年齡[31]。

目前，南華系發(fā)生了全球規(guī)模性冰川活動(dòng)，在華南地區(qū)具有很好的沉積記錄。在我國(guó)地層表中，南華系只包含從江口冰期到南沱冰期的沉積地層[32]，780 Ma與現(xiàn)行國(guó)際地層表中成冰系底界年齡相矛盾。因此，將780 Ma作為南華系的底界年齡并不合適。

3.2.2 對(duì)南華系底界年齡720 Ma的討論

2000年，國(guó)際地層委員會(huì)新元古代地層分會(huì)提出，“冰期”是成冰系的核心內(nèi)涵，且成冰系的底界年齡與Sturtian冰期的起始年齡相當(dāng)，約為725 Ma。國(guó)際地層委員會(huì)成冰系地層分會(huì)支持了這一觀點(diǎn)，并認(rèn)為成冰紀(jì)時(shí)限會(huì)被極大地縮短，即起始年齡會(huì)向后推移。

Sturtian冰期為新元古代第一次全球性冰期，分布廣泛，在國(guó)際地學(xué)界關(guān)注度較高。目前，國(guó)際上獲得的Sturtian冰期起始年齡一般為710 — 725 Ma[3，33-34]。此外，Kaigas冰期和貝義西冰期也曾受到學(xué)者們的關(guān)注。但它們?cè)谌虻姆植挤秶浅Ｓ邢蓿痪哂写硇?，代表不了全球性大冰期，所以一般在討論成冰系底界時(shí)不予考慮[35-36]。華南地區(qū)冰期沉積發(fā)育，之前的“長(zhǎng)安冰期”“富祿冰期”“古城冰期”等多個(gè)名稱造成了認(rèn)識(shí)上的差異，并導(dǎo)致地層劃分與對(duì)比出現(xiàn)分歧。隨后，同屬于華南地區(qū)下冰期的長(zhǎng)安組、富祿組與古城組等相關(guān)地層單元合并為“江口群”[37]，其對(duì)應(yīng)的冰期稱為“江口冰期”，是華南地區(qū)代表Sturtian冰期沉積的統(tǒng)一地層單元。最早報(bào)道的板溪群中上部年齡為735 Ma[38]，說明江口冰期的起始年齡不會(huì)早于此年齡。后來報(bào)道的湖南長(zhǎng)安組冰磧巖之下、板溪群頂部火山巖層中鋯石U-Pb年齡為(725±10)Ma[2]，此年齡被認(rèn)為是江口冰期的起始年齡。之后，有多位學(xué)者采用不同方法對(duì)不同剖面中靠近江口冰期底界的樣品進(jìn)行測(cè)定，獲得的年齡都與前述報(bào)道年齡相近[7，39]。由此確定江口冰期的起始年齡為720 Ma，這與國(guó)際上接受的Sturtian冰期起始年齡數(shù)據(jù)一致，可以彼此檢驗(yàn)。因此，以江口冰期沉積底界作為南華系底界是可行的，底界年齡應(yīng)為720 Ma。

4 新元古代冰期事件對(duì)塔里木南華系底界的制約

塔里木盆地周緣南華系廣泛發(fā)育。高振家和陳克強(qiáng)對(duì)新疆地區(qū)南華系地質(zhì)問題進(jìn)行了研究，認(rèn)為該地區(qū)南華系底界年齡為850 Ma[6]。隨著塔里木盆地南華系底界相關(guān)研究的不斷推進(jìn)，塔里木南華系底界年齡一般被認(rèn)為是800 Ma或780 Ma。這與研究相對(duì)成熟的華南地區(qū)及國(guó)際上的主流認(rèn)識(shí)存在較大差異，其原因在于新疆地區(qū)南華系底界劃分沿用的仍是傳統(tǒng)劃分方案。不過塔里木盆地周緣新元古代冰磧巖層系發(fā)育類型齊全，有利于南華系底界研究。目前，確定冰期年齡的最好方法是利用冰磧巖剖面中火山巖的鋯石U-Pb定年法[40]。若冰磧巖剖面缺乏，可直接限定冰期時(shí)代的火山巖，利用冰磧巖中沉積巖的碎屑鋯石U-Pb年齡限定冰磧巖沉積時(shí)代的下限[41]。

塔里木盆地東北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)發(fā)育4套新元古代冰磧巖層。庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古界連續(xù)發(fā)育5套火山巖，已公開報(bào)道的可用于限定該地區(qū)4套冰磧巖沉積年齡的年代學(xué)數(shù)據(jù)較豐富[40，42-44]，即這4次冰期的年齡基本已被有效限定。因此，庫(kù)魯克塔格地區(qū)的新元古界剖面及4次冰期事件，可作為塔里木盆地內(nèi)部與華南地區(qū)及國(guó)際上新元古代冰期事件對(duì)比的參照對(duì)象。按年齡由老到新，貝義西冰期、阿勒通溝冰期、特瑞愛肯冰期和漢格爾喬克冰期分別與國(guó)際上的Kaigas冰期、Sturtian冰期、Marinoan冰期和Gaskiers冰期相對(duì)應(yīng)(見表1)。

表1 新元古代冰期事件對(duì)比

其中，阿勒通溝冰期的年齡(725 — 655)Ma[42-44]，與Sturtian冰期年齡(718 — 660)Ma[45]、江口冰期年齡(725 — 660)Ma[2，46]相一致，吻合度極高。此外，阿勒通溝組發(fā)育的蓋帽白云巖含有較高的δ13C正值，與國(guó)際上Sturtian冰期的δ13C正漂移曲線相對(duì)應(yīng)[47-49](見圖3)，也支持阿勒通溝冰期對(duì)應(yīng)的Sturtian冰期。這說明阿勒通溝冰磧巖層的底界可作為塔里木盆地南華系的底界，其年齡可作為南華系的底界年齡，而塔里木其他地區(qū)與阿勒通溝冰磧巖層(見圖4 a)相當(dāng)?shù)谋儙r層(見圖4b、c)底界可作為該地區(qū)的南華系底界。

圖3 塔里木盆地周緣南華系 — 震旦系化學(xué)地層特征[49-50，55]

圖4 塔里木盆地周緣與Sturtian冰期相關(guān)的冰川沉積

盆地西北緣阿克蘇地區(qū)的南華系剖面，由下至上出露巧恩布拉克組和尤爾美那克組2套冰磧巖，僅上覆震旦系蘇蓋特布拉克組發(fā)育玄武巖層，所獲得的鋯石U-Pb年齡為615 Ma[51-52]。此年齡與蘇蓋特布拉克組最大沉積年齡(620 — 600 Ma)相吻合[53-54]，可用來限定尤爾美那克冰期的上限年齡。另一個(gè)約780 Ma 的年齡明顯偏大，被認(rèn)為有可能是捕獲鋯石的年齡。近年來，在烏什縣南部約40 km處發(fā)現(xiàn)了尤爾美那克組冰川沉積及蓋帽白云巖的巖石組合[55](見圖5)，這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了與上覆震旦系蘇蓋特布拉克組之間的沉積間斷資料。同時(shí)，此套蓋帽白云巖沉積特征及環(huán)境[55]與國(guó)際上Marinoan冰期蓋帽碳酸鹽巖相似[56]，可進(jìn)行對(duì)比。在下伏的巧恩布拉克組冰磧巖上，獲得了781 Ma[42]、769 Ma[57]和(727±8)Ma[58]的碎屑鋯石U-Pb年齡。這說明巧恩布拉克冰期的起始年齡不會(huì)早于727 Ma，與巧恩布拉克組的層序位置、地層最大沉積年齡及所包含的微古植物等信息相協(xié)調(diào)[59]，巧恩布拉克冰期與國(guó)際上Sturtian冰期對(duì)應(yīng)的觀點(diǎn)是可信的。

圖5 阿克蘇地區(qū)尤爾美那克組冰磧巖組合及對(duì)比[55]

1978年，馬世鵬等人最先在西昆侖山北坡新元古界剖面內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)冰成巖和磷塊巖，并根據(jù)野外實(shí)測(cè)結(jié)果，將恰克馬力克組進(jìn)一步細(xì)分為波龍組、克里西組和雨塘組[12]。雖然塔里木西南緣新元古界剖面中火山巖欠發(fā)育，但馬世鵬等人根據(jù)沉積環(huán)境、古生物特征等開展了地層劃分對(duì)比，認(rèn)為葉城地區(qū)的2套新元古代冰期沉積與鄰區(qū)阿克蘇地區(qū)的屬于同源同期，即波龍冰期相當(dāng)巧恩布拉克冰期、雨塘冰期相當(dāng)尤爾美那克冰期。此外，盆地西南緣新元古代冰川沉積被發(fā)現(xiàn)后，眾多學(xué)者在研究中強(qiáng)調(diào)波龍冰期、克里西間冰期和雨塘冰期可與揚(yáng)子陸塊南華系的冰期及間冰期相對(duì)應(yīng)，上覆的震旦系各層組也可與揚(yáng)子陸塊震旦系層組對(duì)應(yīng)[31]。同時(shí)，雨塘組為區(qū)內(nèi)南華系最后一個(gè)層組，在層序位置上雨塘冰期與揚(yáng)子陸塊南華系的最后一次規(guī)模性冰期(南沱冰期)對(duì)比相一致。波龍冰期的冰川沉積厚度遠(yuǎn)大于雨塘冰期，如與全球性規(guī)模較差的Kaigas冰期對(duì)應(yīng)顯然不合理，且鮮有國(guó)內(nèi)其他地區(qū)明確發(fā)現(xiàn)Kaigas冰期沉積的報(bào)道。雖然僅有的報(bào)道中波龍組碎屑鋯石年齡756 Ma的時(shí)限范圍較廣[31]，但與地層最大沉積年齡及前人認(rèn)可的對(duì)比關(guān)系并不矛盾。因此，波龍冰期與巧恩布拉克冰期、江口冰期相當(dāng)，可信度較高。

鑒于塔里木新元古代冰期事件的對(duì)比關(guān)系，塔里木周緣阿勒通溝冰期、巧恩布拉克冰期、波龍冰期與華南地區(qū)的江口冰期及國(guó)際上Sturtian冰期相對(duì)應(yīng)，其底界可作為所在地層分區(qū)南華系的底界，因此，建議將塔里木盆地南華系底界年齡修訂為720 Ma。修訂后的南華系底界下伏地層歸屬問題有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 語

塔里木盆地東北緣庫(kù)魯克塔格地區(qū)出露全球唯一連續(xù)發(fā)育4套新元古代冰磧巖層和5套火山巖層的剖面，研究程度高，可作為新元古代冰期事件在塔里木盆地內(nèi)部甚至國(guó)內(nèi)其他地區(qū)及國(guó)際上的對(duì)比依據(jù)。

冰期事件對(duì)比關(guān)系顯示，波龍冰期(葉城地區(qū))與巧恩布拉克冰期(阿克蘇地區(qū))、阿勒通溝冰期(庫(kù)魯克塔格地區(qū))、江口冰期(華南地區(qū))和Sturtian冰期(國(guó)際)相對(duì)應(yīng)，雨塘冰期(葉城地區(qū))與尤爾美那克冰期(阿克蘇地區(qū))、特瑞愛肯冰期(庫(kù)魯克塔格地區(qū))、南沱冰期(華南地區(qū))和Marinoan冰期(國(guó)際)相對(duì)應(yīng)。

塔里木盆地東北緣阿勒通溝冰期沉積、塔里木盆地西北緣巧恩布拉克冰期沉積和塔里木盆地西南緣波龍冰期沉積的底界可作為所在地層分區(qū)南華系的底界。建議將塔里木盆地南華系底界修訂為與國(guó)際上Sturtian冰期相當(dāng)?shù)谋ǔ练e底界，將底界年齡修訂為720 Ma。