中国新元古代生物地层序列与年代地层划分

　　《中国新元古代生物地层序列与年代地层划分》是一部基础地质研究论著，可供从事地质调查、地层古生物研究的专业人员以及科研单位和高等院校有关师生参考。 

　　《中国新元古代生物地层序列与年代地层划分》是在中国地质调查局工作项目《中国晚新元古代生物记录与南、北方地层对比》以及续作专题《中国及邻区新元古代地层划分与对比研究》和国家自然科学基金项目《伊迪卡拉（震旦）纪生物地层序列与年代地层划分》的研究成果基础上编写而成的。通过对我国扬子板块和华北板块东、南缘典型的新元古代地层剖面进行以生物地层为主的多学科综合研究，在新元古代生物地层序列、年代地层划分和同位素年代年代地层学等方面获得了重要进展。在此基础上，《中国新元古代生物地层序列与年代地层划分》系统阐述了中国新元古代生物地层序列、年代地层划分和南、北地层对比。

前言
第1章绪言
1.1地理位置与地质背景
1.2研究历史与立项依据
1.3研究思路与技术路线
1.3.1研究方法
1.3.2技术路线
1.4主要研究进展和成果
1.4.1新资料和新发现
1.4.2新认识

第2章扬子块体新元古代地层分布与区域地层特征
2.1新元古代地层划分
2.2区域地层特征
2.2.1青白口系
2.2.2南华系
2.2.3震旦系
2.3主要研究剖面描述

第3章华北块体新元古代地层分布与区域地层特征
3.1华北分区中、新元古代地层特征
3.1.1地层划分沿革与研究现状
3.1.2蓟县剖面新元古代地层层序
3.1.3北京周边地区新元古代地层层序
3.2北秦岭（华北块体南缘）新元古代地层特征
3.2.1地层划分沿革与研究现状
3.2.2新元古代地层层序
3.3胶辽徐淮分区新元古代地层特征
3.3.1辽东－吉南地区
3.3.2徐淮地区

第4章新元古代的宏体化石及其生物地层序列
4.1华北东部宏体化石特征及地层分布
4.1.1华北东部地区青白口系宏体化石特征及地层分布
4.1.2华北东部地区震旦（埃迪卡拉）系宏体化石特征及地层分布
4.1.3华北东部新元古代宏体化石的生物地层序列
4.2华南的宏体化石特征及地层分布
4.2.1华南震旦纪陡山沱期宏体化石特征
4.2.2华南震旦纪灯影峡期宏体化石特征
4.2.3华南震旦纪宏体化石的生物地层序列
4.3新元古代宏体化石的南、北方对比及其地层意义

第5章新元古代微古植物特征及生物地层序列
5.1微古植物研究历史概述
5.2华北地区新元古代微古植物分布及特征
5.2.1华北地区新元古代微古植物特征
5.2.2微古植物的生物地层序列
5.3华南地区微化石特征及地层分布
5.3.1陡山沱期微化石特征
5.3.2灯影期微化石特征
5.3.3震旦纪微化石生物地层序列
5.4新元古代微古植物的南、北方对比

第6章化学地层资料及综合分析
6.1碳、氧同位素及87Sr/86Sr值的研究及其变化特征
6.2化学蚀变指数研究及其变化特征

第7章同位素年代学（SHRIMP定年）新资料
7.1华北青白口系的底界年龄
7.1.1下马岭组锆石年龄及时代归属
7.1.2青白口系骆驼岭组（龙山组）锆石年龄
7.1.3华北南缘新元古界底界年龄
7.2徐淮地区新元古代四十里长山组碎屑锆石年龄新资料
7.2.1样品的地质背景
7.2.2锆石特征及SHRIMP定年结果
7.2.3讨论
7.3南华系富禄组锆石SHRIMP年龄
7.3.1采样地点及地质背景
7.3.2锆石特征及SHRIMP定年结果
7.3.3地质意义
7.4震旦系陡山沱组锆石年龄新资料
7.4.1样品的地质背景
7.4.2锆石特征及SHRIMP定年结果
7.4.3地质意义

第8章中国晚新元古代南华系及震旦系的划分与对比
8.1南华系Nanhuan (Nh，780～635Ma)
8.1.1中国北方的南华系
8.1.2中国南方的南华系
8.2震旦系Sinian (Z，635～542Ma)
8.2.1中国北方的震旦系
8.2.2中国南方的震旦系
8.3华南与华北晚新元古代地层的对比
参考文献
图版说明
后记

　　第1章绪言
　　地球系统演化决定了地球生命的起源与演化进程，而生命的演化进程又直接反馈影响到地球表层环境以及各层圈之间的物质循环。元古宙特别是新元古代处于地球发展历史长河中由隐生宙向显生宙过渡的重要阶段，涉及晚前寒武纪地壳增生，罗迪尼亚（Rodinia）大陆聚合与裂解等重要构造演化事件。寒冷气候（冰期）与温室效应的相互更替，海洋与陆地边缘地球化学条件的显著变化等，使新元古代成为地球早期生命演化关键的时期。因此，新元古代地层和古生物研究成为国际地学界长期关注的热点之一。晚新元古代全球性“雪球事件”的结束，导致地球生物圈发生了重要的进化事件——多细胞后生植物的适应辐射和早期后生动物的起源和演化。所以，对新元古代重大生命事件与地质事件的深入研究对于探讨地球早期生命演化具有重要的科学意义。然而，各国地层古生物学家在研究和探讨重大生命事件与地质事件的时候，必须采用统一的和精确的年代地层系统，才可能有共同语言，从而更有效地探索地球历史上同步发生的各种事件和生命演化规律。自1989年“国际地层委员会末元古系分会”正式成立以来，经过各国科学家近15年的努力，国际末前寒武纪年代地层学研究取得了实质性进展。2004年，国际地层委员会颁布的新《国际地层表》中，全球末元古系已被正式命名为埃迪卡拉系（Ediacaran）。系底界层型获得了国际地质科学联合会（简称国际地科联）的终批准，确定南澳大利亚弗林德斯山伊诺拉马河剖面（Enorama Creek section，Flinders Ranges，South Australia），伊拉逖那冰积岩（Elatina diamictite）之上的盖帽碳酸盐岩努卡利那组（Nuccaleena Formation）的下界为埃迪卡拉系的底界层型（GSSP）。
　　2004年出版的国际《地质年代表（修订本）》中，前寒武纪和第四纪的年代地层划分发生了较大变化。特别是前寒武纪，以后生动物群出现为特征的埃迪卡拉系被建议归属到显生宙，作为显生宙的个“系”级年代地层单位，以该系的下界作为显生宙的底界，年龄被推定为630Ma（Gradstein et al.，2004）。与此同时，新的国际《地质年代表（修订本）》还建议，用关键事件群为标志来限定前寒武纪地层单位的“自然界线”，以完善前寒武纪地质年代表。其中新元古代的下界建议年龄为12.67亿年，以北美麦肯齐山发育的岩墙群事件为标志。该建议借鉴了超大陆研究中普遍采用的地质事件群的研究方法，使前寒武纪地层学研究成为地球动力学研究体系的有机组成部分，这一研究思路正在影响和引领着前寒武纪年代地层学研究的发展方向。正是由于这个原因，晚新元古代在全球广泛发育的冰川事件将成为“成冰纪”划分的重要标志。为此，2004年8月在意大利召开的32届国际地质大会上，国际地层委员会成立了“埃迪卡拉系分会”，后更名为“新元古代地层分会”。“新元古代地层分会”的两项紧迫任务和研究目标是：①进一步确立“系”（Ediacaran）的内部划分方案。②建立“成冰系”底界GSSP和完善内部划分。所以，开展全球系的进一步划分以及新元古代年代地层的完善成为当前紧迫的任务。
　　近年来，虽然我国新元古代早期生命研究和相关的古生物发掘取得了长足进展，诸如淮南生物群、瓮安生物群、庙河生物群、蓝田生物群、高家山生物群等新元古代化石生物群不仅在国内，而且在国外也获得了相当的知名度和广泛影响。但是，由于长期集中在少数的化石产地，偏重追求单一古生物材料的发掘，导致我国原来存在的南、北方新元古代地层对比研究滞后，问题越来越突出。特别是全国地层委员会审议通过我国新元古代三分方案以后，解决新建南华系在北方板块如何界定以及与南方板块的对比问题已成为当务之急。它不仅关系到如何正确认识我国新元古代地球演化历史，而且还关系到识别相关时代矿产资源的勘探与开发，是一项十分重要的基础课题，具有十分重要的科学意义和现实意义。中国新元古代生物地层序列与年代地层划分是在这种背景下提出的，研究目标是在长期资料积累的基础上，针对关键地区的新元古代地层进行有针对性的多学科综合研究，同时兼顾新元古代古生物学和地层学的热点问题，综合考虑新元古代地球系统演化事件与地层及生物记录的关系，力争在上述长期争论的问题上取得新突破。
　　本研究的目标是：以三峡纪经典剖面和华南南华纪（Nanhuan）经典剖面为依托，国际前寒武纪年代地层划分的新理念为指导，完善中国及邻区新元古代年代地层框架，建立具有普遍地层划分和对比意义的成冰纪底界和纪再分标准为目标。通过对扬子地台和华北地台东南缘有争议的新元古代地层进行以生物地层为主的多学科综合研究。采用生物地层、事件地层、化学地层和同位素年代地层等多学科综合地层学研究方法，从地球内部演化以及外部环境突变等多角度研究和探讨华北地台东南缘新元古代南华纪的界定以及后生生物的演化规律，揭示新元古代生物演化事件与地质事件记录的耦合关系，重点解决我国新元古代年代地层划分以及南华纪—震旦纪（Sinian）的南、北方地层对比问题。
　　1.1地理位置与地质背景
　　本研究涉及的重点地区包括华南和华北两部分，即中国地层新元古界地层区划中所采用的华南区和中朝区（图1.1，Ⅷ、Ⅴ）。在华南区的工作范围主要涉及扬子地层分区和江南地层分区（图1.1，Ⅷ2、Ⅷ3），重点工作地区选择在扬子分区南部的云南昆明和玉溪地区。因为该地区震旦系及南华系为碎屑岩相和碳酸盐岩相混合沉积，其中晚震旦世灯影期发育十分丰富的宏观藻类化石。另外，江南分区的瓮安和江口地区，早震旦世陡山沱晚期的地层中宏观藻类化石也相当丰富。对上述层位的宏观藻类化石进行深入的生物地层研究，将有助于构建南、北晚新元古代地层对比的生物地层学桥梁。华南研究区重点工作区的地理位置在东经101°30′～103°10′，北纬23°10′～24°50′，位于云南高原及滇中湖盆地区，包括晋宁、江川及峨山等县。研究区大部分属于典型的高原地貌形态，海拔高度一般在1600～2500m，属北亚热带高原季风气候。
　　在中朝地层区的工作范围主要涉及华北块体东缘，即胶辽徐淮地层分区和华北块体南缘的北秦岭-大别山地层分区（图1.1，Ⅴ2、Ⅴ3）。前者区内的晚新元古代地层呈NNE方向，从南向北分布于安徽淮南、苏北、胶东和辽东半岛。后者区内的晚新元古代地层主要分布在晋南和豫西地区，为一套碎屑岩和碳酸盐岩混合的沉积地层。胶辽徐淮区晚新元古代地层中含有非常丰富的古生物化石，包括微古植物和类型多样的宏观藻类化石，对于研究该时期多细胞后生生物的早期演化和南北地层对比具有重要意义。为此重点工作地区选择在东经116°30′～117°50′，北纬32°25′～33°00′的淮南地区和东经121°10′～122°50′，北纬38°40′～40°00′的辽东半岛地区。上述地区多为低山丘陵地貌，海拔一般不高，地理位置和交通条件较好，为华北地区晚新元古代地层典型剖面的分布地区。
　　图1.1中国新元古界地层区划及主要标准地层剖面分布情况图（据邢裕盛等，1996）
　　1.2研究历史与立项依据
　　1924年，李四光、赵亚曾研究并确定了湖北西陵峡地区的震旦系剖面，自下而上划分为南沱砂岩及冰碛层、陡山沱页岩和灯影灰岩三大岩性单位。自此，奠定了中国南方震旦纪以及同期地层的对比标准。1934年，高振西等对河北蓟县地区的一套未变质的前寒武纪地层进行了研究，确立了以蓟县剖面为代表的北方型震旦系剖面，并把该剖面划分为三个群和十个岩组，奠定了中国北方震旦系的划分标准。在之后很长的一段时间内，人们认为湖北西陵峡剖面的震旦系与蓟县剖面的震旦系基本相当。1949年新中国成立之后，随着我国地质矿产资源科研与生产的蓬勃开展，特别是20世纪50年代末至60年代初开展的晚前寒武纪年代地层学研究，广泛应用了同位素测年方法，发现以峡东地区剖面为标准的南方型“震旦系”和以蓟县剖面为标准的北方型“震旦系”并非同时代的产物，彻底动摇了南方和北方两个“震旦系”基本相当的概念。至20世纪70年代初期，大量宏观生物化石在我国南方震旦系的发现具有划时代的重要意义。这些重要化石的发现和同位素年代学证据，导致三峡剖面的南方“震旦系”新于蓟县剖面的北方“震旦系”的结论不容置疑。为此，1975年在北京召开的“震旦系座谈会”，确认三峡剖面为代表的南方“震旦系”在地层柱的位置高于以蓟县为代表的北方“震旦系”。并建议把“震旦系”一词限定为以三峡地区为标准剖面的“震旦系”，同时把以蓟县剖面为代表的北方“震旦系”三分，自下而上称为“长城系”、“蓟县系”和“青白口系”，与南方“震旦系”共同组成中、上元古界的地层系统。当时中国的上元古界为二分，包括以华北燕山为标准剖面的“青白口系”和以峡东为标准剖面的“震旦系”。
　　20世纪80年代初至90年代，原地质矿产部、中国科学院和其他科研单位围绕新厘定的峡东地区震旦系标准剖面开展了深入研究。采用生物地层、岩石地层、地球化学、岩相古地理、古地磁和同位素年代学等多学科的综合研究，取得了重要进展，一系列研究论文和专著相继面世。其中代表性专著包括：《长江三峡地区生物地层学震旦纪分册》（赵自强等，1985）、《湖北震旦系》（赵自强等，1988）、《中国震旦系》（刘鸿允，1991）等。确立了以小壳化石分带为主要标准的震旦系/寒武系界线方案，并建立了我国震旦系/寒武系界线层型剖面和点位，同时向国际地层委员会提交了以云南梅树村剖面作为全球末元古系/寒武系界线候选层型剖面的推荐报告。在震旦纪陡山沱期发现内容极为丰富的末元古代化石库（Lagersttten），即发现陡山沱早到中期的硅化（燧石相）和磷酸盐化（磷酸岩相）微化石群。同时在陡山沱组顶部发现以宏观碳质印膜化石为特征的庙河生物群以及在灯影组发现西陵峡生物群等。
　　与此同时，我国地层古生物工作者在20世纪70年代开始对华北地台东缘的晚前寒武纪地层进行深入的考察和研究。在岩石学、古生物学、地层学、沉积学和同位素年代学等多方面积累了丰富的研究资料，特别是在该地区发现了“辽南生物群”和“淮南生物群”两个以宏观藻类、蠕形动物、类水母等化石为特征的化石群，为确定辽南和淮南地区晚前寒武纪地层中的一部分可与峡东地区震旦系对比的古生物学证据。“辽南生物群”产于辽东半岛南部新元古代细河群和辽南群中，从老到新分别由宏观藻类 Chuaria Shouhsienia 组合（钓鱼台组—南芬组）、宏观藻类 Chuaria Tawuia 与蠕形动物 Sabellidites Paleolina 组合（长岭子组—南关岭组）和类水母化石组合（兴民村组）组成。“淮南生物群”产于安徽淮南地区新元古代淮南群中，是由宏观藻类 Chuaria Tawuia（刘老碑组）与蠕形动物 Pararenicola Paleolina 组合（九里桥组）组成的古生物群。辽南生物群和淮南生物群是我国早发现和研究的宏体化石群，被认为是原震旦纪生物群的早期组合，是地球早期生命景观的重要代表。
　　1989年，国际地层委员会通过了国际前寒武纪地层分会建议的元古宇划分方案，元古宇被分为三个界十个系。其中新元古界被三分为三个系级年代地层单位，自下而上分为拉伸系（Tonian）、成冰系（Cryogenian）和新元古Ⅲ系（NeoproterozoicⅢ）。随后，全球新元古Ⅲ系（或称末元古系）的建系和确立该系全球界线层型的研究成为热点（Knoll et al.，2000；Walter et al.，2003）。鉴于“国际地层委员会末元古系分会”多数专家赞同以新元古代广泛发育的后一次大规模冰期事件结束作为新元古Ⅲ系的下界，而这一分界方案基本与我国峡东地区原震旦系上统陡山沱组的下界基本相当。随着国际末元古系底界定义的变化，作为我国末元古系地层单位名称的震旦系，其下界如何厘定被提到议事日程。1999年12月，在十三陵召开的第三届全国地层会议预备会上，与会专家一致认为应该在中国地质年表中保留震旦系名称。但是，由于原震旦系底界所采用方案限定的地层范围过大，难与国际地层委员会新建议的“末元古系”划分方案接轨。因此，建议震旦系底界采用陡山沱组下界的方案，即以陡山沱组底部。

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