塔里木盆地周缘南华系底界探讨

李王鹏 林 恬 钱 涛

(1. 中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院， 北京 100083；2. 中国地质科学院 地质力学研究所， 北京 100081)

0 前言

现有研究表明，世界各地成冰系(相当于我国南华系)最早的一次全球性冰期沉积发生在Sturtian冰期。这次冰期具有全球同时性，其开始时间(约720 Ma)受到高精度同位素年龄的制约[1-4]。Sturtian冰期已被证明是全球同时发生的气候事件。国际成冰纪(相当于我国南华纪)地层分会认为，应将Sturtian冰期开始出现作为成冰系底界的划分标准，建议将720 Ma作为成冰系的底界年龄。国际地层委员会采纳了上述建议，于2015年将成冰系底界年龄从850 Ma调整到720 Ma，并建议公开出版物今后以Sturtian冰期底界作为成冰系底界标准。修订后的成冰系代表了地球历史上以冰期为特征的特殊地质记录，与我国南华系相一致。刘鸿允和李曰俊认为，南华系为“南华大冰期”的沉积响应，该大冰期的起始年龄可用于限定南华系的顶底界年龄，与国际上定义和划分南华系的内涵相符[5]。目前，我国华南地区的江口冰期、南沱冰期，可分别与Sturtian冰期、Marinoan冰期相对应。随着研究剖面及年代学数据的丰富，华南地区南华系底界位置得到不断调整，被确定为江口冰期沉积层系的底部。同时，其底界年龄也从最初的850 Ma[6]被修正为720 Ma[7-8]，与国际上南华系底界的相关研究结论接轨。

塔里木盆地周缘南华系广泛发育。高振家和陈克强[6]对新疆地区南华系地质进行了研究，认为该地区南华系底界的年龄为850 Ma。近年来，塔里木盆地南华系底界的相关研究不断推进，然而在出版物及塔里木盆地地层分区表中标注的南华系底界年龄主要为800 Ma或780 Ma，与华南地区及国际上的认识存在较大差距，有待进一步深入研究。

塔里木盆地新元古代冰碛岩层系发育齐全，利用区内冰期事件对比及年代学工作，有助于盆地内南华系底界的重新划分，有利于建立盆地周缘新元古代地层格架，同时可为后期建立盆地内部新元古代地层格架提供科学依据。

1 区域地质概况

塔里木板块作为国内三大地质板块之一，相对于华南和华北板块，其新元古代冰碛岩地层露头的发育更具全面性与连续性(见图1)。

图1 塔里木盆地周缘南华系 — 震旦系露头发育情况

库鲁克塔格地区位于塔里木板块东北缘，该地区南华系 — 震旦系露头发育，剖面层序完整，南华系由下至上被划分为贝义西组(冰川沉积)、照壁山组、阿勒通沟组(冰川沉积)、黄羊沟组和特瑞爱肯组(冰川沉积)，震旦系被划分为扎摩克提组、育肯沟组、水泉组和汉克尔乔克组(冰川沉积)。塔里木盆地西北缘阿克苏地区的前寒武系分为变质基底阿克苏群和沉积盖层南华系及震旦系[9-10]。其中，南华系由下至上被划分为西方山组、巧恩布拉克组(冰川沉积)、牧羊滩组、冬屋组和尤尔美那克组(冰川沉积)，震旦系被划分为苏盖特布拉克组和奇格布拉克组，寒武系玉尔吐斯组含磷地层平行不整合于震旦系地层之上[11]。塔里木板块西南缘叶城地区亦发育完整的南华系 — 震旦系。马世鹏等人针对西昆仑山北坡的新元古代地层开展了详细的考察工作，并进一步对区内南华系作了细分[12]。目前，南华系自下而上被划分为牙拉古孜组、波龙组(冰川沉积)、克里西组、雨塘组(冰川沉积)，震旦系被划分为库尔卡克组和克孜苏胡木组(见图2)。

图2 塔里木盆地周缘南华系 — 震旦系柱状图

2 新元古界划分及南华系的提出

1989年7月，第28届国际地质大会将新元古代划分为3个纪：Tonian纪(1 000 — 850 Ma)、Cryogenian纪(550 — 650 Ma)和Neoproterozoic III纪(650 Ma至寒武纪底界)。但是，全球地质学家们并未广泛采用此划分结果。在此背景下，国际末元古系地层分会成立，并于十余年间集中优势科研力量进行研究，促使多数委员在末元古系建系问题上达成以下共识[13]：

(1) 新建系顶界为寒武系底界，界线年代约为540 Ma。

(2) 新建系底界位于全球规模性发育的冰川沉积顶面之上，界线年代约为650 Ma。

(3) 新建系将在全球范围内确定标准剖面。

2004年，国际地科联正式批复将新建系命名为埃迪卡拉系(Ediacaran)，其底界的层型剖面为南澳大利亚弗林德斯山脉依诺拉马(Enorama)河剖面，底界为伊拉逖那冰碛岩(Elatina Diamictite)上盖帽碳酸盐岩努卡利那组的下界，界线年代为630 Ma。

国内地质学家针对我国新元古界建系的相关研究从未放松，也取得了一定进展[14]，但在确定震旦系底界的问题上遇到了困难。多数学者认为，三峡地区震旦系剖面的地层序列不完整，莲沱组之下缺失一段沉积记录。自20世纪70年代末起，为了弥补缺失的沉积记录，地质学家们从未停止对新元古界的探索，力图寻找能够填补南方震旦系标准剖面和北方青白口系剖面之间的缺失地层。随着国际末前寒武系建系研究的推进，我国震旦系的重新厘定工作逐渐受到重视。但是，此前确定的震旦系底界不完整，且震旦系时限(约800 — 540 Ma)过长，导致厘定结果无法与国际地学界接轨。于是，第二届全国地层委员会在重新划分震旦系后，将震旦系底界定为陡山沱组的底界；同时，确定震旦系位于南沱组冰碛岩层之上和寒武系之下，将其时限初步定为680 — 540 Ma[15]。

在震旦系底界重新厘定之后，一些学者认为需在震旦系和青白口系之间重新建立一个新层系[16-17]。震旦系之下发育寒冷气候条件下形成的冰成岩层，暗示曾经存在典型的冰期事件，因此位于震旦系之下的新系被命名为“南华系”[5]。2000年5月，第三届全国地层会议召开，审议并通过了对南华系的命名，确认该系为介于重新厘定的以陡山沱组下界为底界的震旦系和青白口系之间的系级年代地层单位。2001年4月，正式出版的《中国地层指南及中国地层指南说明书》(修订版)将我国新元古界自下而上划分为青白口系、南华系和震旦系。至此，我国新元古界重新划分完毕，南华系地层概念也被正式提出并广泛应用。

3 南华系底界及其年龄

3.1 南华系底界的定义

在提出南华系地层概念之后，通过研究获得了越来越多的认识。但在初期，一些地区地层序列发育不完整，因而导致了一些层组对比认识不一致。如对于莲沱组，有的认为其相当于板溪群或其上部[18-19]，有的认为其相当于富禄组[20]，有的认为其相当于湖南石门杨家坪剖面的渫水河组等[21]。对于南华系底界的定义也出现了不同理解，归纳如下：(1) 沿用原震旦系底界及其年龄800 Ma；(2) 以相当于全球Sturtian冰期的江口冰期沉积下界为底界[22-23]；(3) 以“Rodinia”超大陆裂解事件中的新元古代裂谷盆地开启界面为底界[24-25]；(4) 建议在南华系和青白口系之间另建新层系[26]。

根据刘鸿允和李曰俊的解释，南华系为“南华大冰期”的沉积响应，与国际上成冰系相对应，其底界与新元古代最早一次冰期沉积物的初始沉积界面相对应[5]。因此，南华系底界的定义应明确为：出现新元古代最早冰期寒冷事件冰碛杂砾岩或与之相当的碎屑岩建造的下界[27]。同时，化学蚀变指数(CIA)为南华系碎屑岩建造中存在寒冷气候事件提供了化学地层证据[28]。

3.2 南华系底界年龄的不同认识

最初，由于一些学者对南华系底界的不同理解，导致早期获取的南华系底界年龄普遍偏大，一般为800 — 850 Ma[6，29]。随着研究的深入，目前关于南华系底界年龄的分歧主要集中于年龄数据780 Ma和 720 Ma的合理性上。

3.2.1 对南华系底界年龄780 Ma的质疑

尹崇玉等人在浙江下涯埠剖面休宁组下部凝灰岩研究中获得的休宁组底界年龄为(780±10)Ma，这是最早公开的南华系底界年龄相关数据[30]。随后，高林志等人获得的长安组底界年龄为(778±5)Ma[31]。这2组年龄数据在误差范围内基本一致，可代表华南地区江口冰期的起始年龄，因而被视为南华系的底界年龄。休宁组位于冰期地层之下，与冰期地层形成连续沉积[32]，但未见冰川沉积特征。在南华系的初始定义中，休宁组被认为相当于莲沱组[14]，并被看作是南华系底部地层。除此之外，未见将其看作冰期地层的公开报道。休宁组底界为不整合面，也不宜将其作为大套地层单位的底界来考虑。高林志等人报道的年龄数据也受到质疑，被认为是继承性锆石的年龄，其中可能记录了清水江组的沉积年龄[31]。

目前，南华系发生了全球规模性冰川活动，在华南地区具有很好的沉积记录。在我国地层表中，南华系只包含从江口冰期到南沱冰期的沉积地层[32]，780 Ma与现行国际地层表中成冰系底界年龄相矛盾。因此，将780 Ma作为南华系的底界年龄并不合适。

3.2.2 对南华系底界年龄720 Ma的讨论

2000年，国际地层委员会新元古代地层分会提出，“冰期”是成冰系的核心内涵，且成冰系的底界年龄与Sturtian冰期的起始年龄相当，约为725 Ma。国际地层委员会成冰系地层分会支持了这一观点，并认为成冰纪时限会被极大地缩短，即起始年龄会向后推移。

Sturtian冰期为新元古代第一次全球性冰期，分布广泛，在国际地学界关注度较高。目前，国际上获得的Sturtian冰期起始年龄一般为710 — 725 Ma[3，33-34]。此外，Kaigas冰期和贝义西冰期也曾受到学者们的关注。但它们在全球的分布范围非常有限，不具有代表性，代表不了全球性大冰期，所以一般在讨论成冰系底界时不予考虑[35-36]。华南地区冰期沉积发育，之前的“长安冰期”“富禄冰期”“古城冰期”等多个名称造成了认识上的差异，并导致地层划分与对比出现分歧。随后，同属于华南地区下冰期的长安组、富禄组与古城组等相关地层单元合并为“江口群”[37]，其对应的冰期称为“江口冰期”，是华南地区代表Sturtian冰期沉积的统一地层单元。最早报道的板溪群中上部年龄为735 Ma[38]，说明江口冰期的起始年龄不会早于此年龄。后来报道的湖南长安组冰碛岩之下、板溪群顶部火山岩层中锆石U-Pb年龄为(725±10)Ma[2]，此年龄被认为是江口冰期的起始年龄。之后，有多位学者采用不同方法对不同剖面中靠近江口冰期底界的样品进行测定，获得的年龄都与前述报道年龄相近[7，39]。由此确定江口冰期的起始年龄为720 Ma，这与国际上接受的Sturtian冰期起始年龄数据一致，可以彼此检验。因此，以江口冰期沉积底界作为南华系底界是可行的，底界年龄应为720 Ma。

4 新元古代冰期事件对塔里木南华系底界的制约

塔里木盆地周缘南华系广泛发育。高振家和陈克强对新疆地区南华系地质问题进行了研究，认为该地区南华系底界年龄为850 Ma[6]。随着塔里木盆地南华系底界相关研究的不断推进，塔里木南华系底界年龄一般被认为是800 Ma或780 Ma。这与研究相对成熟的华南地区及国际上的主流认识存在较大差异，其原因在于新疆地区南华系底界划分沿用的仍是传统划分方案。不过塔里木盆地周缘新元古代冰碛岩层系发育类型齐全，有利于南华系底界研究。目前，确定冰期年龄的最好方法是利用冰碛岩剖面中火山岩的锆石U-Pb定年法[40]。若冰碛岩剖面缺乏，可直接限定冰期时代的火山岩，利用冰碛岩中沉积岩的碎屑锆石U-Pb年龄限定冰碛岩沉积时代的下限[41]。

塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区发育4套新元古代冰碛岩层。库鲁克塔格地区新元古界连续发育5套火山岩，已公开报道的可用于限定该地区4套冰碛岩沉积年龄的年代学数据较丰富[40，42-44]，即这4次冰期的年龄基本已被有效限定。因此，库鲁克塔格地区的新元古界剖面及4次冰期事件，可作为塔里木盆地内部与华南地区及国际上新元古代冰期事件对比的参照对象。按年龄由老到新，贝义西冰期、阿勒通沟冰期、特瑞爱肯冰期和汉格尔乔克冰期分别与国际上的Kaigas冰期、Sturtian冰期、Marinoan冰期和Gaskiers冰期相对应(见表1)。

表1 新元古代冰期事件对比

其中，阿勒通沟冰期的年龄(725 — 655)Ma[42-44]，与Sturtian冰期年龄(718 — 660)Ma[45]、江口冰期年龄(725 — 660)Ma[2，46]相一致，吻合度极高。此外，阿勒通沟组发育的盖帽白云岩含有较高的δ13C正值，与国际上Sturtian冰期的δ13C正漂移曲线相对应[47-49](见图3)，也支持阿勒通沟冰期对应的Sturtian冰期。这说明阿勒通沟冰碛岩层的底界可作为塔里木盆地南华系的底界，其年龄可作为南华系的底界年龄，而塔里木其他地区与阿勒通沟冰碛岩层(见图4 a)相当的冰碛岩层(见图4b、c)底界可作为该地区的南华系底界。

图3 塔里木盆地周缘南华系 — 震旦系化学地层特征[49-50，55]

图4 塔里木盆地周缘与Sturtian冰期相关的冰川沉积

盆地西北缘阿克苏地区的南华系剖面，由下至上出露巧恩布拉克组和尤尔美那克组2套冰碛岩，仅上覆震旦系苏盖特布拉克组发育玄武岩层，所获得的锆石U-Pb年龄为615 Ma[51-52]。此年龄与苏盖特布拉克组最大沉积年龄(620 — 600 Ma)相吻合[53-54]，可用来限定尤尔美那克冰期的上限年龄。另一个约780 Ma 的年龄明显偏大，被认为有可能是捕获锆石的年龄。近年来，在乌什县南部约40 km处发现了尤尔美那克组冰川沉积及盖帽白云岩的岩石组合[55](见图5)，这一发现填补了与上覆震旦系苏盖特布拉克组之间的沉积间断资料。同时，此套盖帽白云岩沉积特征及环境[55]与国际上Marinoan冰期盖帽碳酸盐岩相似[56]，可进行对比。在下伏的巧恩布拉克组冰碛岩上，获得了781 Ma[42]、769 Ma[57]和(727±8)Ma[58]的碎屑锆石U-Pb年龄。这说明巧恩布拉克冰期的起始年龄不会早于727 Ma，与巧恩布拉克组的层序位置、地层最大沉积年龄及所包含的微古植物等信息相协调[59]，巧恩布拉克冰期与国际上Sturtian冰期对应的观点是可信的。

图5 阿克苏地区尤尔美那克组冰碛岩组合及对比[55]

1978年，马世鹏等人最先在西昆仑山北坡新元古界剖面内首次发现冰成岩和磷块岩，并根据野外实测结果，将恰克马力克组进一步细分为波龙组、克里西组和雨塘组[12]。虽然塔里木西南缘新元古界剖面中火山岩欠发育，但马世鹏等人根据沉积环境、古生物特征等开展了地层划分对比，认为叶城地区的2套新元古代冰期沉积与邻区阿克苏地区的属于同源同期，即波龙冰期相当巧恩布拉克冰期、雨塘冰期相当尤尔美那克冰期。此外，盆地西南缘新元古代冰川沉积被发现后，众多学者在研究中强调波龙冰期、克里西间冰期和雨塘冰期可与扬子陆块南华系的冰期及间冰期相对应，上覆的震旦系各层组也可与扬子陆块震旦系层组对应[31]。同时，雨塘组为区内南华系最后一个层组，在层序位置上雨塘冰期与扬子陆块南华系的最后一次规模性冰期(南沱冰期)对比相一致。波龙冰期的冰川沉积厚度远大于雨塘冰期，如与全球性规模较差的Kaigas冰期对应显然不合理，且鲜有国内其他地区明确发现Kaigas冰期沉积的报道。虽然仅有的报道中波龙组碎屑锆石年龄756 Ma的时限范围较广[31]，但与地层最大沉积年龄及前人认可的对比关系并不矛盾。因此，波龙冰期与巧恩布拉克冰期、江口冰期相当，可信度较高。

鉴于塔里木新元古代冰期事件的对比关系，塔里木周缘阿勒通沟冰期、巧恩布拉克冰期、波龙冰期与华南地区的江口冰期及国际上Sturtian冰期相对应，其底界可作为所在地层分区南华系的底界，因此，建议将塔里木盆地南华系底界年龄修订为720 Ma。修订后的南华系底界下伏地层归属问题有待进一步研究。

5 结 语

塔里木盆地东北缘库鲁克塔格地区出露全球唯一连续发育4套新元古代冰碛岩层和5套火山岩层的剖面，研究程度高，可作为新元古代冰期事件在塔里木盆地内部甚至国内其他地区及国际上的对比依据。

冰期事件对比关系显示，波龙冰期(叶城地区)与巧恩布拉克冰期(阿克苏地区)、阿勒通沟冰期(库鲁克塔格地区)、江口冰期(华南地区)和Sturtian冰期(国际)相对应，雨塘冰期(叶城地区)与尤尔美那克冰期(阿克苏地区)、特瑞爱肯冰期(库鲁克塔格地区)、南沱冰期(华南地区)和Marinoan冰期(国际)相对应。

塔里木盆地东北缘阿勒通沟冰期沉积、塔里木盆地西北缘巧恩布拉克冰期沉积和塔里木盆地西南缘波龙冰期沉积的底界可作为所在地层分区南华系的底界。建议将塔里木盆地南华系底界修订为与国际上Sturtian冰期相当的冰川沉积底界，将底界年龄修订为720 Ma。