第1章 中国中—新元古代地层同位素年代学研究进展
　　高林志1，丁孝忠1，张恒1，乔秀夫1，尹崇玉1，史晓颖2，张传恒2
　　1.中国地质科学院地质研究所，北京，100037；2.中国地质大学（北京），北京，100083
　　摘要：使中国古老克拉通中—新元古界成为国际晚前寒武纪年代地层标准是中国地质学家长期奋斗的目标，而高精度前寒武纪年代地层框架的建立，是当代地质年代学研究的*要任务，也是各大陆地层对比和构造解译的基础。本章重点综述中国中—新元古界地层同位素年代学研究进展，特别是华北克拉通（NCC）中—新元古界地层柱的新标定，扬子克拉通（YC）和塔里木地块（TB）新元古界地层年代学新数据。上述地区新的同位素年龄数据彻底改变了华北克拉通与扬子克拉通的新元古界地层标定、地层划分和地层对比。由此产生的新构造观，将极大地提高我国对地球科学的认识和成矿背景的解释。近年来，我国开展了海相油气评价研究，*先对中国东部的地层基底和沉积盖层在地层柱中定位提出精确要求，尤其对中元古代黑色页岩烃源层的层位厘定以及扬子克拉通震旦系—下寒武统油气层的定位提出了挑战。近年来，同位素年代学科学技术的进步使我们得以重新精确定位中国大陆前寒武纪基底地层和沉积盖层的年龄，为广大地质工作者提供较为完整的同位素年代学数据。
　　关键词：中—新元古代、年代地层格架、华北克拉通（NCC）、扬子克拉通（YC）、塔里木地块（TB）。
　　1.1 引言
　　目前，全球范围内中—新元古代*为完整、连续地层剖面发育在三个大陆上，分别在中国华北克拉通燕辽裂陷带的蓟县（现蓟州区）地区（Kao et al.，1934）、俄罗斯克拉通（又称东欧克拉通）的乌拉尔（Ural）地区（Shatsky，1945）以及加拿大地盾的育空（Yukon）地区（Thorkelson et al.，2005）。中国蓟县剖面基本上连续沉积了近万米厚的中—新元古代（1.8～0.8 Ga）地层，并且在整个华北克拉通范围内，均未遭受变质作用的影响，且出露相当广泛，构造极其简单，地层的顶底界线非常清晰（陈晋镳等，1980）。该剖面不仅是我国中—新元古界的标准剖面，也是世界范围内极为罕见的晚前寒武系完整剖面，可成为当前国际前寒武系年表和地层对比中使用的一个统一、精确和具有高精度年龄数据的地层层型剖面。此外，我国的扬子克拉通和塔里木地块则发育并出露新元古界（图1.1）。
　　当今前寒武纪年代地层学研究的新思维是借鉴超大陆研究中地质事件群的研究方法，使前寒武纪地层学研究变成了地球动力学研究体系中的一个有机组成部分（陆松年等，2002；Van Kranendonk et al.，2012）。地质事件群研究必须有高精确度测年结果的支撑，特别是获取关键层位火山岩夹层或辉绿岩岩床（脉）的锆石高灵敏度高分辨率离子微探针（Sensitive High Resolution Ion Micro Probe，SHRIMP）U-Pb定年数据。Plumb（1991）发表新的前寒武系年表，以3.0～2.0 Ga的时限，由老到新将元古宇总共划分为10个“系”级地层单位：古元古界有四个系，即成铁系（Sideran；2.5～2.3 Ga）、层侵系（Rhyacian；2.3～2.0 Ga）、造山系（Orosirian；2.0～1.8 Ga）、固结系（Statherian；1.8～1.6 Ga）；中元古界有三个系，即盖层系（Calymmian；1.6～1.4 Ga）、延展系（Ectacian；1.4～1.2 Ga）、狭带系（Stanian；1.2～1.0 Ga）；新元古界有三个系，即拉伸系（Tonian；1.0～0.85 Ga）、成冰系（Cryogenian；850～635 Ma）、埃迪卡拉系（Ediacaran；635～542 Ma；表1.1）。
　　图1.1 中国中—新元古代构造单元及地层分布图
　　表1.1 中国中—新元古代地层年表（Gao et al.，2009b，修改）
　　2009年，全国地层委员会前寒武纪分会将中国中—新元古界进一步梳理划分出六个“系”级地层单位：长城系（Pt12，Changchengian，时限为1.8～1.6 Ga）、蓟县系（Pt22，Jixianian，1.6～1.4 Ga）、“待建系”（Pt3-42，1.4～1.0 Ga）、青白口系（Pt13，Qingbaikouan，1.0～0.78 Ga）、南华系（Pt23，Nanhuan，780～635 Ma）和震旦系（Pt33，Sinian，635～542 Ma）。但是，实际上在我国，以中元古界发育*为完整的、连续的华北克拉通燕辽裂陷带地层柱为例，上述“待建系”只发育时限为1.4～1.32 Ga的下马岭组（Pt32x），相当于《国际年代地层表》的延展系（Pt32，Ectasian）下部层段，尚缺失延展系上部层段以及狭带系（Pt42，Tonian）。而新元古界也仅见残余厚度为230 m的青白口系（Pt13），并缺失南华系（Pt23）和震旦系（Pt33），因此我国中—新元古界年代地层学的地层柱还有待进一步补缺、完善。为此，乔秀夫等（2007）曾提出将下马岭组命名为“西山系”（时限1.4～1.2 Ga）；基于扬子克拉通云南玉溪的前寒武系年代地层学初步研究，近期高林志等（2015b，2018）还提议新建“玉溪系”（Pt42，“Yuxian”，时限1.2～1.0 Ga；表1.1）。
　　此外，国际成冰系工作组以“全球*广泛发育的那段冰期”为原则，把成冰系冰碛层底界的“金钉子”（即全球界线层型剖面和点，Global Standard Stratotype-Section and Point，GSSP）年龄标定在720 Ma（Graham et al.，2016），改变了《国际年代地层表》原有的界线年龄850 Ma（Ogg et al.，2016）。另外，中国地质学家依据华北克拉通前寒武纪沉积盖层的基本特征，将中元古代地层的沉积起点厘定在1.8 Ga，有别于《国际年代地层表》的1.6 Ga，而且《国际年代地层表》还将1.8～1.6 Ga的地层归入古元古界顶部的固结系（全国地层委员会，2015）。
　　历来天津蓟县剖面和湖北三峡剖面都是全国中—新元古界地层对比与地质填图的标准剖面。上述标准剖面一直作为高质量同位素年代学研究与优化年代地层框架的研究对象，并且是中国地质学研究的新突破点。对于中元古界底界起始时间的认识，多年来采用不同技术方法的同位素测年成果，不断充实华北克拉通中—新元古界地层格架中的同位素年代地层学年龄数据，而且认为华北中元古界的底界年龄主要需要两个约束条件：①华北北部发育的碱性基性岩脉被认为是启动燕辽裂谷（裂陷带）构造事件的岩浆活动表现，其年代范围在1.9～1.85 Ga（Lu et al.，2008）；②长城系底部陆源碎屑砂岩的碎屑锆石*小峰值年龄为1.85 Ga（万渝生等，2003），据此，应将华北中元古界底界年龄（即克拉通形成年龄）限制在1.85 Ga之后。
　　对于地质构造的解释，突出强调对一系列侵入岩岩体年龄的精确标定。近年来高灵敏度高分辨率离子微探针（SHRIMP）锆石、斜锆石U-Pb测年技术，在中—新元古界年代地层学中得到应用，如对华北克拉通燕辽裂陷带结晶基底的密云环斑花岗岩等岩体年龄的重新标定与解释（1685±15 Ma；高维等，2008）；对中元古界串岭沟组辉绿岩岩床（1638±14 Ma；高林志等，2008c）、雾迷山组辉绿岩岩床（1345±12 Ma与1353±14 Ma；Zhang et al.，2009）和下马岭组辉绿岩-辉长辉绿岩岩床（1320±6 Ma；李怀坤等，2009；参见第10章）等的年龄标定；对胶辽徐淮裂陷带徐淮地区新元古代辉绿岩岩床的测年（928±8 Ma；柳永清等，2005）。上述应用使华北中—新元古界年代地层学格架得到新一轮修正（高林志等，2009b，2010f），向建立一个统一的、高精度年龄框架的地层系统剖面迈进了一大步，其中依据密云环斑花岗岩的年龄还可重新限定华北克拉通中元古界的底界年龄；在地质构造解释上，基本限定了哥伦比亚（Columbia）超大陆的裂解时间，及其与罗迪尼亚（Rodinia）超大陆的聚合关系，确定了燕辽裂陷带的构造演化和大陆动力学特征。特别是，国际上普遍认为与密云环斑花岗岩同期的花岗岩成因与造山运动不具相关性，而与哥伦比亚超大陆的聚合密切相关（Vigneresse，2005）。然而，密云环斑花岗岩的锆石Hf同位素组成特征表明，该环斑花岗岩源自太古宙新生地壳的部分熔融（杨进辉等，2005），据此可认为密云环斑花岗岩具有伸展构造的背景。密云环斑花岗岩应与燕辽裂陷带（裂谷）的开裂启动时间是一致的，它应是一个新构造旋回的起点标志，并与华北克拉通中元古界的初始发育年代相当，成为超大陆裂解或裂谷启动的标志。
　　在年代地层学定年中，火山喷出岩的年龄测定尤为重要，燕辽裂陷带大红峪组火山岩段的富钾粗面岩锆石（1626±9 Ma；高林志等，2009）、高于庄组凝灰岩（1560±6 Ma；李怀坤等，2010）、铁岭组斑脱岩（1437±61 Ma；苏文博等，2010）和下马岭组斑脱岩（1368±12 Ma；高林志等，2007）等系列定年成果，在整个地层剖面中，起到了重要的地层标定作用。
　　蓟县剖面迁西杂岩锆石的形成时间的207Pb/206Pb加权平均年龄为2534±9 Ma。侵入长城系（Pt12）串岭沟组中的辉绿岩继承性锆石的SHRIMP U-Pb年龄为2533±14 Ma（高林志等，2009），同样可限定华北克拉通结晶基底的形成时间。由于长城系大红峪组火山岩中再次获得高质量锆石SHRIMP U-Pb年龄（1626±9 Ma；高林志等，2008c），结合单颗粒锆石TIM U-Pb年龄（1625 Ma；陆松年和李惠民，1991）和长城系串岭沟组辉绿岩岩脉的实测SHRIMP锆石U-Pb年龄（1638±14 Ma；高林志等，2008c），可阐明两个问题：①华北克拉通中元古界底界年龄应大于《国际年代地层表》的中元古界底界年龄1.6 Ga；②《中国地层表》的中元古界底界年龄不应老于1.8 Ga。基于上述的年龄数据，结合可用于标定华北克拉通中元古代裂解时间的密云环斑花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄（1685±15 Ma；高维等，2008），本章试图重点论述华北克拉通和扬子克拉通年代地层学格架的中—新元古界系列地层年代标定问题。当前系统的、高精度的锆石U-Pb测年数据，使得对华北克拉通构造事件演化的表征更加明确。
　　华北克拉通中元古界年代地层学研究中，辉绿岩岩脉（床）锆石年代学研究取得三大进展：①长城系串岭沟组辉绿岩岩脉（床）锆石U-Pb年龄厘定为1638±14 Ma；②蓟县系雾迷山组辉绿岩岩脉（床）锆石U-Pb年龄为1353±14 Ma和斜锆石U-Pb年龄为1345±12 Ma；③下马岭组辉绿岩岩脉（床）锆石和斜锆石U-Pb年龄为1320±6 Ma。这些SHRIMP锆石U-Pb测年结果，使华北克拉通中元古界的年代地层学划分与全球对比有了系列、可靠的年龄“锚点”，有利于准确厘定华北地区中—新元古界完整的年代学地层系统。
　　近期取得的另一个*具有突破性的进展：*次精确地测得下马岭组凝灰岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为1368±12 Ma（高林志等，2007），导致历来作为新元古界青白口系（Pt13，1000～780 Ma）下部层位的下马岭组（Pt32x），被调整为1400～1320 Ma，与《国际年代地层表》的中元古界狭带系（Pt42，1.2～1.0 Ga）下部层段相当。