中国北方中元古代至新元古代早期年代地层划分及其各断代界线研究()

中国北方的中元古代至新元古代早期的地层，以天津市蓟县剖面发育最为完整、系统。该剖面已有半个多世纪研究历史，一直是国内外著名的经典剖面。对这套地层，传统的划分方案一直是:自下而上中元古界为长城系(1800～1400Ma)、蓟县系(1400～1000Ma);新元古界为青白口系(1000～800Ma)。长城系内自下而上划分为常州沟组、串岭沟组、团山子组和大红峪组;蓟县系自下而上划分为高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组和铁岭组;青白口系自下而上划分为下马岭组、长龙山组(骆驼岭组)和景儿峪组;其总厚度达9200m。但是，近十几年来，由于基础地质工作和地层学研究的不断深入，以及采用同位素测年的新方法，取得了一系列新进展、新突破，积累了众多重要的新资料。这些新资料、新成果足以动摇对经典剖面的传统认识及其划分方案。为此，组织了本课题研究，由中国地质调查局天津地调中心朱士兴研究员等承担该项研究。

该课题组在近3年时间内，为了解各组地层厚度在区域上的变化及沉积盆地的演化特征，共收集60余条区域地层剖面资料，编制出燕山地区的高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、铁岭组和下马岭组的地层等厚线图;为重新厘定各组的岩性特征及各组间界线性质，重点考查、调研了约14条剖面，并采集了近千件微体化石和各类岩石及同位素测年样品，经过室内的综合研究，取得以下重要进展和新认识:

(1)根据对中元古代至新元古代早期传统划分12个组地层的岩性、厚度、区域变化及组间接触关系等进行重新研究后，提出了将原划分12组方案修订为划分14组的方案。其理由是:①经对区域上多条剖面的考察、研究发现，在长城系顶部的大红峪组之上以及蓟县系底部高于庄组底砾岩之下普遍存在一套碎屑岩地层，其上部夹白云质粉砂岩、砂质白云岩或叠层石白云岩，厚50～100余米;其底部具比高于庄组底砾岩更厚、砾径更大、成分更复杂的底砾岩;该碎屑岩主要由底砾岩、长石石英粗砂岩、石英砂岩、海绿石砂岩、白云质粉砂岩和粉砂质页岩等组成，这套碎屑岩与下伏和上覆地层的岩性截然不同，课题组认为，它既不应属于大红峪组的上部层位，也不应是高于庄组的下部层位，建议建立一个新组，并命名为马蹄峪组。②经过进一步研究，正式建议将蓟县系顶部的铁岭组解体为2个组。理由是:铁岭组普遍的共识是，可分成2个明显的自然段，但对上、下段间的关系认识不尽一致。早期，普遍认为上、下段只是岩性的差异;自20世纪70年代后，一些专家注意到铁岭组上、下段之间并非连续，存在一沉积间断，二者之间实际存在一清楚的假整合界面，且在区域上广泛展示，后来的古地磁研究证实，在上、下段之间曾发生过磁极性倒转事件，地球化学上也曾发生过一次地球化学场的明显突变。据此，早在1980年，陈晋镳等提出将铁岭组下段和上段提升为亚组级单位，并分别命名为代庄子亚组和老虎顶亚组;后来，孙立新、朱更新(1998)建议将亚组提升为组，更名为代庄子组和老虎顶组。经本课题组再研究后，赞同上述意见，正式建议将铁岭组解体为下部的代庄子组、上部的老虎顶组。因此，我国北方中元古代至新元古代早期的地层重新划分后的组级单位自下而上是:常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组、马蹄峪组、高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、代庄子组、老虎顶组、下马岭组、长龙山组和景儿峪组。

(2)根据对华北地区众多剖面的深入考察与研究，新发现了3个重要的沉积间断和区域假整合界面:一个位于长城系顶部大红峪组与上覆蓟县系底部马蹄峪组之间，马蹄峪组底部砾岩砾石成分以紫红色石英岩、浅黄褐色石英岩和石英砂岩为主，另有脉石英和磁铁石英岩等，这些砾石多来自下伏长城系的变质地层，因此，此砾岩代表了一次上升运动，课题组命名为“青龙上升”，并认为马蹄峪组底砾岩代表了“青龙上升”的主幕，而紧随其后的高于庄组底砾岩代表“青龙上升”的第二幕。另一个沉积间断平行不整合面位于蓟县系顶部老虎顶组(原铁岭组上段)与上覆原新元古界青白口系底部下马岭组之间，此次上升运动称为“芹峪上升”。第三个沉积间断假整合面位于原新元古界青白口系底部的下马岭组与上覆长龙山组(骆驼岭组)之间，多条剖面显示，长龙山组(骆驼岭组)下段为河流相底砾岩和长石砂岩，砾石成分混杂，有来自下伏蓟县系雾迷山组的燧石和硅质碳酸盐岩，有来自于太古宇的石英岩、脉石英、伟晶岩、磁铁石英岩、云母片岩、角闪岩及角闪斜长片麻岩等，砾石砾径大小不一，磨圆度不同;其上段为海相石英砂岩、海绿石砂岩和灰绿色页岩，分别为低水位体系域和海进体系域的沉积，这些特征显示这应是一条十分重要的SBI型的层序不整合界线。同时，从区域上看，长龙山组(骆驼岭组)实际呈超覆状态覆盖在下伏不同层位上:在燕山西段，该组底部砂砾岩直接盖在下伏下马岭组第四段之上;在蓟县剖面上，该组底部砾岩直接盖在下伏下马岭组的绿色页岩之上(相当下马岭组第一段的顶部);自蓟县向东地区，该组除超覆在下马岭组更低层位上外，有些地方还超覆在蓟县系铁岭组、雾迷山组、高于庄组、大红峪组之上，至秦皇岛以北地区，甚至直接超覆在太古宇片麻岩之上。上述情况说明，在长龙山组(骆驼岭组)沉积之前，该地区曾经历过一较长时期的上升、剥蚀，甚至有轻微的褶皱作用，有人将这次抬升称之为“蔚县上升”(或称“蔚县运动”)。课题组根据以上三条重要的平行不整合界面，建议将华北地区中元古代至新元古代早期的14个组分别归并建立4个群一级的岩石地层单位，自下而上分别命名为“下营群”(自下而上包括常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组);“渔阳群”(自下而上包括马蹄峪组、高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、代庄子组、老虎顶组);“赵家山群”(仅有下马岭组);“骆驼岭群”(自下而上包括长龙山组、景儿峪组)。

(3)根据他人和本课题组近几年的最新研究成果，提出了燕山地区新元古界青白口系的解体建议。华北燕山地区的青白口系，长期以来一直被普遍认为是我国新元古代早期的地层，而且限定其时限为1000～800Ma，与国际地层表中的拉伸系大致相当。青白口系自下而上包括下马岭组、长龙山组(骆驼岭组)、景儿峪组，与中元古界长城系和蓟县系相比，其总厚度小得多，仅400～600m左右。在蓟县经典剖面上，青白口系总厚398m，其中，下马岭组为一套潮间—潮上带的碎屑岩，以黄绿色、灰绿色和灰色含粉砂伊利石页岩为主，中夹多层透镜状细砂岩和粉砂岩，底部为铁绿泥石粗砂岩和厚约0.3m的不稳定底砾岩，顶部为绿色伊利石页岩，厚168m;其上覆长龙山组，下部为河流相砾岩和含砾长石粗砂岩，中部为滨海相石英砂岩和水下海绿石砂岩，上部为杂色页岩，厚118m;其上覆景儿峪组，其底部常有一层厚几厘米至十几厘米的含海绿石粗粒长石砂岩或细砾岩，向上分别为红色、灰绿色、蛋青色、灰褐色和绿色等灰岩，至顶部为灰紫色风化壳，组厚112m。在整个燕山地区，青白口系各组与蓟县剖面相比，均有不同程度的变异。在燕山西段，下马岭组厚度明显增大，层序更趋齐全，其总体岩性虽然仍由砂岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩和页岩组成，但上部夹透镜状叠层石灰岩，下部夹海绿石砂岩，并含菱铁矿和黄铁矿透镜体，在河北省怀来县赵家山剖面，下马岭组厚达537m，自下而上可清楚地划分为砂质页岩段(一段)、红绿色页岩段(二段)、黑色页岩段(三段)和杂色页岩夹泥灰岩段(四段);在北京十三陵地区，下马岭组主体岩性仍为页岩、粉砂质页岩，但底部夹含铁砂岩透镜体，上部夹灰黑色页岩和炭质页岩，厚度达318m;至燕山东段因受山海关隆起影响，其南部地区(蓟县—遵化以东地区)缺失下马岭组及以下铁岭组—雾迷山组的地层，其燕山东段北部地区(北京十三陵以东至河北兴隆、平泉、辽西凌源一带)，下马岭组仍存在，但其底部具含铁碳酸盐岩，上部夹透镜状或薄层状灰岩;同时，在燕山东段和西段的下马岭组中均普遍有2～4层顺层侵位的中、基性岩。下马岭组的上覆长龙山组和景儿峪组的岩相特征，在整个燕山区基本稳定，但厚度变小，而且，在下马岭组沉积后，沉积中心向东移，因此长龙山组和景儿峪组只在涿鹿以东地区发育，以西则缺失;在燕山东段地区，长龙山组和景儿峪组的岩性、岩相与蓟县标准剖面无大变化，但厚度减薄，两组总厚度才100余米，在东段地区长龙山组超覆在不同时代的下伏地层上，景儿峪组由于后期的抬升，已不同程度遭受侵蚀而残缺不全，至辽西地区已全部缺失。

根据前人的资料，过去长时期一直把青白口系整体归入新元古代。其理由是，用常规同位素测年方法获得相关层位的同位素年龄所致。一是，有人曾测得蓟县系顶部铁岭组上部叠层石的海绿石年龄为1050Ma;1984年，天津地矿所于荣炳用K-Ar法测得怀来县赵家山下马岭组伊利石页岩的年龄为956Ma;1997年，乔秀夫、高劢用Pb-Pb法测得北京西山下马岭组下部的年龄为(879±18)Ma。根据这些年龄推定，下马岭组底部年龄应不老于1000Ma，当应归入新元古代。

随着近年来研究的不断深入及新技术方法的引进，获得一系列新发现和突破性新进展，为重新认识青白口系和判定其归属奠定了坚实的基础。中国地质科学院地质研究所高林志等(2007，2008，2009)，在承担本工作项目的一项专题研究中，在北京西山下马岭组中部发现一斑脱岩(凝灰岩)夹层经采样分析，获得丰富的原生锆石，将样品送北京离子探针测试中心和澳大利亚科廷大学均用SHＲIMP锆石U-Pb法测试，分别获得加权平均年龄(1368±12)Ma和(1370±11)Ma的相近结果;与此同时，高林志等(2008)在河北省怀来县赵家山剖面的下马岭组中上部发现斑脱岩(凝灰岩)夹层，经采样获取锆石，经用同样方法测试，获得SHＲIMP锆石U-Pb年龄(1366±9)Ma;为证实上述测试结果，苏文博等(2008)对上述地点的斑脱岩夹层重新采样，用同样方法进行测试，分别获得(1379±12)Ma和(1380±36)Ma的年龄结果;2009年，天津地矿所李怀坤，对河北省宽城地区侵入下马岭组的地表辉绿岩和地下辉绿-辉长岩分别进行了年龄测试，分别获SHＲIMP锆石U-Pb年龄(1320±6)Ma和(1327±2)Ma。

根据近年来所获得的上述年龄数据不难判定，下马岭组中部附近，由多位专家在几乎同层位采样，以同样方法测试所获年龄均在(1366±9)～(1380±36)Ma间，说明其数据是可靠的。据此，可推定下马岭组底部的年龄应老于这组年龄，应在1400Ma左右;此外，从侵入下马岭组中的辉绿岩和辉绿-辉长岩所获得的年龄1320～1327Ma可以判定，下马岭组的上限年龄不会小于1320Ma。综上分析可知，下马岭组并非原来普遍认为的属1000Ma之后的沉积，而是1400～1320Ma期间的沉积。因此，青白口系解体和中—新元古界的重新划分势在必行，下马岭组无疑应从新元古界下移至中元古界;新元古界青白口系只保留九龙山组和景儿峪组。

(4)提出了燕山地区中、新元古界年代地层新划分方案的建议。课题组根据以上岩石地层单位的重新划分、新发现判断出的三条重要沉积间断面，以及近年来从各渠道获得的重要最新年龄数据等，提出了将燕山地区中元古代—新元古代早期的年代地层划分为5个系的初步建议:①建议新元古代早期的年代地层仍保留“青白口系”一名，在没有新的同位素年龄数据前，其时限暂定为1000～800Ma，包括的岩石地层单位为九龙山组(骆驼岭组)和景儿峪组;②建议中元古代1200～1000Ma预留一“待建系Ⅱ”，属于这个“系”的岩石地层，在燕山地区就目前所知，均因下马岭组沉积后，地壳上升或轻微褶皱为陆而缺失，其他地区是否有这一时期的沉积，有待今后进一步追索和研究;③建议中元古代1400～1200Ma期间采纳乔秀夫的建议建一“西山系”或“待建系Ⅰ”，其包括的岩石地层目前仅为下马岭组，但该系上部地层在燕山地区也普遍缺失;④建议将中元古代芹峪上升—青龙上升Ⅰ之间的地层(大致在1400～1600Ma期间)仍称蓟县系，包括的岩石地层单位自下而上为马蹄峪组、高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、代庄子组、老虎顶组;⑤建议中元古代吕梁运动—青龙上升Ⅰ之间(大致在1800～1600Ma期间)仍称长城系，包括的岩石地层单位自下而上为常州沟组、串岭沟组、团山子组和大红峪组。