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尽管早前研究认为中年地球(1.8~0.8Ga)是较为静默(boring billion)(Buick et al.,1995)的时期,但中国华北、扬子和塔里木三大克拉通中—新元古代地层中记录了一系列同时期重大地质事件及其环境演化等重要信息。为深入揭示地球中年期这些重大地质事件,特别是沉积事件的信息,国家科技部“深地资源勘查开采”重点研发专项实施了针对中—新元古代古大陆重建、原型盆地恢复、地层沉积、地质事件及深地能源资源等方面的系统研究,获得了一系列研究成果。为及时梳理和宣传上述成果,以深地专项项目 “中新元古代古大陆重建与原型盆地分布预测研究 ”之课题 1(编号: 2016YFC0601001)为依托,我们在《地质学报》上组织了专题,主要聚焦中国中—新元古代(部分包括寒武纪早期)地层格架与多重地层体系、沉积与重大地质事件、系统古生物学和生物地层学以及环境剧变的沉积-地球化学响应等内容,包括11篇学术论文,以下做简要综述。
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(1)提出了中国华北、扬子和塔里木三大陆块中—新元古代地层划分方案的修订建议
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针对中国地层表(2014)中—新元古界划分与对比的若干问题,以近10余年来地层学,特别是年代地层学重要进展为基础,结合地质事件的时空发育和对比关系,提出了我国中—新元古代地层划分和对比方案的修订建议:将中元古界底界置于 1800 Ma(耿元生等,2019; 赵太平等,2019; 旷红伟等,2023); 建议神农架群为待建系候选层型(彭楠等,2023)。同时认为,华北胶辽徐淮吉豫的原划归青白口系的地层很可能跨越了1000Ma界线(庞科等,2021); 将扬子克拉通莲沱组时代厘定为760~715 Ma(王玉冲等,2023; Wang Yuchong et al.,2023); 建议南华系底界年龄修订为720 Ma,与国际上成冰系(720~635Ma)对应; 以820Ma构造面为界将青白口系两分为下统(1000~820 Ma)和上统(820~720 Ma)(旷红伟等,2023); 华北克拉通南缘罗圈组(冰碛岩)及相应地层归入埃迪卡拉系中上部(柳永清等,2023)。
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(2)神农架群沉积层序再厘定
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依据神农架群同位素年代学、沉积学、叠层石形态类型及旋回性发育、同位素与元素地球化学异常等特征,总结了近10余年来神农架群系统研究进展,将神农架群划分为下、中、上三个亚群,由下至上,下亚群为鹰窝洞组、大岩坪组、马槽园组、乱石沟组、大窝坑组及矿石山组; 中亚群包括台子组、野马河组、温水河组和石槽河组; 上亚群为送子园组与瓦岗溪组(彭楠等,2023)。神农架群沉积时限为14~10 亿年(李怀坤等,2013),目前虽已具备建立待建系候选层型的基本条件,但由于缺少底界与顶界层位年龄,也未见到下伏地层或基底,有关神农架群的划分尚未完全达成共识。
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(3)扬子克拉通北缘温室至冰室环境演化及其年代学约束
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新近在神农架、川东北(城口)和湖北等地莲沱组获得了系列凝灰岩锆石 U-Pb年龄,为约束温室至冰室演化提供了精确年代学依据。神农架莲沱组底界首次获得763.1 Ma年龄,鹤峰莲沱组下部为 761.8Ma,通山、湖北长阳和神农顶莲沱组中下部海陆过渡段分别为764.1 Ma、751.5 Ma、752.1 Ma,皖南休宁组和神农顶莲沱组顶部海相地层分别获得729.6 Ma和722.4 Ma年龄; 城口龙潭河组(主体对比莲沱组)内获得712.4Ma年龄。上述一系列年龄为扬子克拉通北缘环境变化时间节点提供了精确的年代限定,即820~770Ma时期为陆地环境,770~750Ma开始由陆相沉积向海相过渡,750Ma整体转换为海相环境,并逐渐进入(古城冰期)冰川时代(王玉冲等,2023)。
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(4)扬子克拉通西北缘(川东北/大巴山)发育与东南缘可对比的成冰纪沉积序列
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依托城口地区四个典型成冰系(即南华系)剖面的精细地层学和沉积学解剖,不仅识别出了冰川擦痕砾石、坠石和冰下软沉积变形等冰川沉积标志,而且证明了代安河组的下部和木座组/明月组为冰川成因,同时划分出陆相冰川、冰缘和海相冰川等沉积相类型,进一步将代安河组划分为两段,一段对比扬子克拉通东南缘的(长安冰期)古城组,二段对比间冰期大塘坡组,木座组/明月组对比(南沱冰期)南沱组,证明/表明全球广布的成冰纪两次冰期在扬子克拉通西北缘同样存在(陈骁帅等,2023)。
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(5)将塔里木克拉通西北缘新元古界划分为三个二级层序
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基于层序地层学方法和理论将塔里木盆地西北缘新元古界由下至上划分为三个二级层序,层序1 由成冰系东巧恩布拉克组和牧羊滩组构成,主要发育冰川-浅水陆棚沉积; 层序2由成冰系尤尔美那克组与埃迪卡拉系苏盖特布拉克组构成,发育冰川、潮坪及浅水陆棚沉积; 层序3由埃迪卡拉系奇格布拉克组构成,以发育碳酸盐岩台地沉积为主。区内新元古界三分的层序充填样式可与东北缘库鲁克塔格地区、西南缘叶城地区对比,其中层序1及层序2底部冰川杂砾岩分别对应 Sturtian和 Marinoan冰期(沈卫兵等,2023)。
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(6)晚于580Ma的洲际性大陆冰川在中国北方广泛分布
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基于中国北方埃迪卡拉纪冰碛岩空间分布、地层与沉积层序,沉积环境等的研究及全球冰碛岩统计揭示,埃迪卡拉纪国内外普遍存在年轻于580Ma(Gaskiers)的冰期。中国北方埃迪卡拉纪冰川的时限约560~551Ma,并发育冰下、冰缘和冰前等冰碛岩,垂向由下至上构成由冰下-冰缘-冰前(海)沉积组成的冰碛沉积层序,符合大陆冰川(盖)的沉积响应样式; 国内外埃迪卡拉纪冰碛岩及冰川剥蚀构造发育普遍; 部分地区冰碛岩之上可见盖帽白云岩,且具有与成冰纪盖帽白云岩类似沉积构造,但碳同位素曲线特征不尽相同。研究推测,埃迪卡拉纪大陆冰川应属于原特提斯洋及周缘大陆(群)上的洲际性大冰盖(柳永清等,2023)。
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(7)发现拉伸纪微体化石新产地
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利用岩石切片法首次在吉林南部二道江地区万隆组顶部燧石中发现微生物化石6属9种,其中丝状蓝菌1属4种,球状蓝菌3属3种,分类位置未定2属2种。微生物组合以发育管鞘藻席(Siphonophycus mat)为主要特征,并显示为潮下带或潮间带下部低能环境下的原地或近原地埋藏特点(张德军等,2023)。
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(8)新发现埃迪卡拉系陡山沱组具刺疑源类化石,并进一步明确了其地层学意义
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具刺疑源类是埃迪卡拉纪微体化石群中的一类最主要的化石类型(图1),近年来的研究显示此类化石具有重要的生物地层学应用价值。尚晓冬等(2023)在华南黄陵背斜西翼乡儿湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组中上部发现了共8属8种疑源类微体化石,据其所包含的特征分子Schizofusa zangwenlongii,认为该组合可以与Liu Pengju and Moczydłowska(2019)所建立的Tanarium tuberosum-Schizofusa zangwenlongii 组合带相对比,进一步明确了具刺疑源类的地层学意义。
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(9)揭示瓮安生物群具细胞结构的球状化石磷酸盐化作用机理
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通过改变pH 值、温度、氧气含量等实验条件,对现代藻类进行磷酸盐化埋藏学实验研究。实验结果显示,团藻和空球藻的保存潜力受环境因素影响较大,同一环境下不同物种的保存潜力也不一致,而且现生团藻显示出了许多与瓮安磷酸盐化保存的胚胎状球状化石相似的特征,这一结果对于探索藻类在不同埋藏环境下的保存状况以及早期磷酸盐化化石的埋藏机制提供了证据(张神功等,2023)。
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(10)在新疆阿克苏地区发现了寒武纪幸运期最早期的小壳化石组合
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在新疆阿克苏地区寒武系玉尔吐斯组底部发现大量小壳化石,据此建立 Anabarites trisulcatus-Protohertzina unguliformis组合带,进一步确认阿克苏地区玉尔吐斯组下部为寒武纪幸运期(梅树村期)最早期沉积(杨犇等,2023)。
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图1 三峡地区埃迪卡拉系常见的重要的疑源类化石
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Fig.1 Some important acritarchs were found from Yangtze Gorges area
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(a) —Appendisphaera grandis; (b) —Tanarium tuberosum; (c) —Schizofusa zangwenlongii; (d) —Weissiella grandistella; (e) — Cavaspina basiconica; (f) —Tianzhushania spinosa
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(11)中—新元古代沉积岩的元素地球化学特征进行了系统梳理和总结
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通过对华北、扬子和塔里木陆块中—新元古界获得的近2000组地球化学数据和研究成果的综合分析发现,三大陆块中—新元古界泥质岩和碳酸盐岩常量元素平均含量与中国东部未变质同类岩石的常量元素含量相似,具可对比性。但中—新元古界泥质岩通常受新元古代冰期的影响,化学风化作用较弱 Na、K 及 Ca元素含量相对较高; 同期碳酸盐岩中陆源物质输入相对较少,以白云岩为主,Mg含量较高,有较高的 Mn/Sr比值,Sc、REE+Y 以及氧化还原敏感元素更加富集。沉积物中 Ce元素负异常以及氧化还原敏感元素含量的增高响应着浅海氧化事件的发生(刘东娜等,2023)。
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上述重要新成果、新发现、对部分地层时代的重新厘定以及中—新元古代地层划分等方面的新建议,不仅为沉积盆地恢复和古大陆重建提供了基础和依据,而且也是能源资源评价的重要参考,并将为我国中—新元古代地层学、沉积学、古生物学与地球化学的深入开展提供思路与方法借鉴。
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参考文献
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