地層學第七章(前寒武系)

第七章中國地層概述中國地大物博、幅源遼闊，各類地質現(xiàn)象豐富多彩，是一個天然的地質博物館，尤為可喜的是它保存了3800Ma以來幾乎所有的地層資料。地層是在一定時間，一定的空間和一定的地質條件下形成的，它是物質的運動記錄。地層學在地質科學中是一門奠基性的基礎學科，但也是近幾年活力最強，內容和方法都有重大發(fā)展的一個學科。從60年代開始的地學革命—板塊學說的建立，以及地球物理、地球化學、沉積學、古生態(tài)學、地質事件等在地層學中的廣泛聯(lián)系和應用，人們已從固定論的束縛中解脫出來，活動論觀點占據(jù)主導地位。本章以板塊理論為基調，以地質歷程為主線介紹中國地層概況。地質年代表第一節(jié)前寒武系地球的形成和演化經(jīng)歷了復雜而漫長的歷程，作為太陽系的一員，地球的形成年齡和太陽系其它成員大體相同。從4600Ma至3800Ma之間的八億年左右為地球形成的天文時期。因無巖石記錄，其演化只能根據(jù)月球、太陽系其他行星作為類比來推測。從3800Ma至寒武紀初（540Ma）之間通常稱為前寒武紀（系）。前寒武紀地球上的生物界經(jīng)歷了化學演化、原核生物、真核生物、后生生物的演化階段，生物界完成了從植物到動物的演化過程，是生物演化史上的一個重要的飛躍。地球各圈層也經(jīng)歷了重要的演變，全球各穩(wěn)定的大陸板快相繼形成。在我國境內經(jīng)過陸核，原地臺，地臺等不同階段形成三個重要的古陸板，即華北板塊、揚子板塊和塔里木板塊。

一、研究方法前寒武紀是一個漫長的地質歷史時期，是地殼發(fā)展的早期階段。無巨大的穩(wěn)定地區(qū)，只有孤立的小地塊。大部分地殼處于活動的狀態(tài)下，火山活動非常強烈。前寒武系一般為復雜的變質巖系，經(jīng)歷了多次構造變動和巖漿活動，無硬體生物化石，地層的劃分、對比具有非常大的困難性和復雜性。

1、構造－巖漿旋回法

2、特殊巖石類型和沉積組合（建造）

3、生物地層

4、同位素年齡測定

1、構造－巖漿旋回法早期地殼的形成及其性質牽涉到地球生成的假說，是一個長期爭論的問題。地殼發(fā)展的早期過程主要包括地殼相對穩(wěn)定部分與活動部分的相互分異及其規(guī)模發(fā)展；穩(wěn)定類型沉積的第一次出現(xiàn)和典型的蓋層沉積的普遍發(fā)育標志著大陸穩(wěn)定單元的不斷成長和擴大。地層間的重要接觸關系和巖漿活動的規(guī)律及性質代表著大陸各部分固結轉化過程。將同一性質的稱為一個構造巖漿期，將不同期進行劃分，即構造－巖漿旋回法。具資料，前寒武紀有幾次重大構造、巖漿活動：

10－8億年晉寧運動（南方）揚子地臺（板塊）形成薊縣運動（北方）華北地臺（板塊）最終形成

18－16億年呂梁運動華北原地臺形成

25－24億年五臺運動華北原始陸核形成

2、特殊巖石類型和沉積組合（建造）年代越老的巖石，經(jīng)受構造、巖漿活動越多，變質程度越深；年代越新的巖石，經(jīng)受構造、巖漿活動越少，變質程度越淺；最終基本未變質。巖漿：基性→中性→酸性變質程度：深變質→中變質→淺變質→未變質沉積組合（建造）：在一定的構造帶和構造階段形成的一套有規(guī)律的巖石組合。前寒武系中特殊的巖石類型和沉積組合（建造）是劃分對比地層的良好標志。南沱冰磧層：成冰紀（系）（7－6.5億年）普遍發(fā)育冰川，與全球的氣候有關，可進行地層的劃分與對比。鞍山式鐵礦：成鐵紀（系）（25－23億年），條帶狀含鐵建造，屬于碧玉鐵質巖類。綠巖帶：成鐵紀（系）（25－23億年），火山巖類及其剝蝕產(chǎn)物硬砂巖泥巖類普遍呈綠色，故稱綠巖帶。

3、生物地層前寒武紀的地層保存化石非常稀少，除前寒武紀晚期出現(xiàn)原始的后生動物外，主要是海生的菌藻類和疊層石。細菌（38－33億年）→無核細胞生物藍綠藻（30億年±）→微古植物（19.5億年±）→真核細胞生物綠藻（疊層石、14億年±）→單細胞生物紅藻（10－9億年）→低等無殼動物（依迪卡拉動物群、7億年±）→具硬殼的高級動物群（小殼化石、6億年±）。前寒武紀化石

4、同位素年齡測定同位素年齡是前寒武紀時代劃分、對比的重要手段。因變質程度較深，測定尚有誤差（5﹪），運用時必須結合構造、巖漿、變質等地質作用綜合使用。二、華北-東北南部區(qū)華北-東北南部區(qū)廣泛出露著太古宇和元古宇，是研究程度較高的典型地區(qū)。從老至新主要有三套地層：太古宇深變質巖、下元古宇界淺變質巖系、中-上元古界基本未變質巖系。（一）太古宇太古宇的早中晚三個階段的劃分，構造運動事件起到了重要作用。這三個運動分別由曹莊運動（3500Ma±）、阜平運動（2900Ma±）及五臺運動（2500Ma±）所分割，形成地層中的角度不整合接觸關系。構造的疊加及褶皺運動可使地殼厚度劇增；殼熔花崗巖大量出現(xiàn)，不僅可使地殼增厚，而且可使其分布面積向周遍擴張；變質作用可使地殼進一步固結；沉積作用可使硅鋁陸殼加厚與擴大。華北太古宇的演化是一部硅鋁殼逐步擴大，古陸不斷增生的歷史。至晚太古代末期，華北地區(qū)結晶基底已具規(guī)模，形成華北板塊的雛形－華北陸核。華北地區(qū)太古宇分布圖五臺－太行山區(qū)太古界－下元古界地層柱狀圖麻粒巖相綠片巖相陸核原地臺復理石磨拉石（二）元古宇下元古界的典型地區(qū)為五臺山和呂梁山等地區(qū)；中、上元古界的標準地區(qū)為燕山地區(qū)。

1、下元古界下元古界以山西五臺山區(qū)發(fā)育最好，為滹沱群。滹沱群不整合于五臺群之上，滹沱群為一套遭受區(qū)域變質作用的沉積巖系，由碎屑巖、粘土巖和含豐富疊層石的富鎂鐵鹽巖組成。古元古代后期發(fā)生了強烈的地殼運動－呂梁運動。呂梁運動是一次極為重要的地質事件，對華北地區(qū)的巖石構造發(fā)展意義重大，它把古元古代初期分裂的陸核從新“焊接”起來，從而擴大了硅鋁質陸殼的范圍，增加了地殼的厚度，提高了穩(wěn)定程度，形成了華北板塊的原型－原臺地。從此，華北地區(qū)進入了一個相對穩(wěn)定發(fā)展的新階段，華北穩(wěn)定的大陸板塊基本定型。

2、中、上元古界中、新元古代是華北板塊形成的時期。地處燕山期的薊縣地區(qū)中、新元古代地層發(fā)育完整，三個群十二個組。中元古界為長城群和薊縣群，上元古界為青白口群。整個中元古界沉積物厚度巨大，夾少量火山巖，相變明顯，但未遭受區(qū)域變質，為穩(wěn)定板塊發(fā)展早期階段的裂陷槽沉積，與典型的蓋層沉積有一定的差別，因此稱為似蓋層沉積。在中元古代末期（1000Ma），發(fā)生一次抬升過程（芹峪抬升）。新元古代華北板塊沉積范圍較小，主要分布于東部，以青白口群為代表。厚度小，無火山物質，屬真正的穩(wěn)定型蓋層沉積。大約在800Ma左右華北地區(qū)又一次抬升，并遭受長期的風化剝蝕，從而華北地區(qū)主體缺乏800－570Ma期間的震旦紀地層，使青白口群與寒武系平行不整合接觸，這次抬升稱為薊縣運動。

冀東薊縣地區(qū)中上元古界柱狀剖面圖薊縣運動芹峪抬升

★元古界剖面分析構造方面：五個不整合面，因此分為五個階段。以呂梁運動（原地臺形成）到薊縣運動（地臺形成為主。沉積方面：沉積旋回顯著，可分為6個小旋回，歸屬于3個大旋回和1個巨旋回，其中霧迷山期為最大海侵期。霧迷山組以碳酸鹽巖為主，富含疊層石，厚度巨大（﹥3000m），約占中上元古界總厚度的三分之一以上。古生物（疊層石）：長城群以層柱狀或簡單平行分叉類型為主；薊縣群各種類型的錐疊層石大量出現(xiàn)；青白口群以分叉多樣、形態(tài)復雜的中小型柱狀疊層石為主。中國中元古代古地理圖二、中國南部地區(qū)及其他地區(qū)除華北板塊外，還存在幾個大型板塊，地塊和周圍洋殼海域。這些地塊除西藏板塊外，均為前震旦系為基底，震旦系為蓋層。（一）揚子地區(qū)揚子地區(qū)包括從川滇東部到江浙沿海的長江中下游地區(qū)，其核心部分是四川盆地。核心部分存在上太古界－下元古界的變質基底，該變質基底形成了揚子板塊的雛形。中、新元古代揚子板塊上發(fā)育一套似蓋層沉積，其主要為碳酸鹽巖、碎屑巖及火山巖沉積。揚子板塊邊緣中、上元古界多以活動類型的火山型的火山巖和深海沉積巖為主。板塊西緣為活動大陸邊緣島弧區(qū)和俯沖帶的構造背景。板塊東南緣及下?lián)P子地區(qū)，包括湘黔桂交境一帶經(jīng)湘西北向東延至贛北、皖南、浙西等地，下元古界發(fā)育不好，中、上元古界大面積出露。湘黔桂地區(qū)新元古代沉積示意圖四堡運動（晉寧運動第Ⅰ幕）晉寧運動第Ⅱ幕蛇綠巖套復理石（二）華夏地區(qū)華夏板塊的存在與否一直有不同認識，分析的關鍵在于對板塊基底的認識。浙閩粵地廣泛分布的建甌群、陳蔡群變質巖可能代表該板塊古元古代的褶皺變質基底，并包括中新元古代的似蓋層沉積。推測新元古代后期華夏板塊已經(jīng)形成。華夏板塊與揚子板塊的界限大致沿紹興－江山－武夷山西麓－云開大山西麓一帶。（三）塔里木地區(qū)塔里木板塊主體為塔里木盆地。盆地周緣已發(fā)現(xiàn)變質的元古宇，如盆地的東北緣庫魯克塔格出露元古宇變質碎屑巖和碳酸鹽巖地層；南緣昆侖山、阿爾金山北側也發(fā)育元古宇的火山－沉積巖系。古元古代晚期的興地運動，其南北兩側發(fā)育陸緣陷槽，如西北緣阿克蘇地區(qū)發(fā)育長城紀的蛇綠巖及元古宙的藍閃石片巖，到新元古代后期，塔里木板塊形成，震旦紀進入新的發(fā)展階段。至于其他板塊和微板塊，由于沒有準確的地層證據(jù)，尚難以確定。位于青藏地區(qū)的風底斯、藏南江孜、保山等板塊或微板塊可能與岡瓦納板塊為一體尚未分離出來。三、中國的震旦系

震旦紀在地史發(fā)展中處于一個特定的階段。這個時期地球上所有的大型穩(wěn)定的板塊都已形成，板塊上具有特殊的生物組合和沉積類型。從生物演化來看，震旦紀后期的裸露動物群代表了地球上高等后生動物的出現(xiàn)。板塊內部的沉積均為穩(wěn)定類型的蓋層。從這個意義上看，震旦紀更接近于古生代。但就總的來看，化石的分布和保存程度均差，還不足以生物化石建階和分帶，與寒武紀以后有重要的不同。因此，可以把震旦紀看成從元古宙到古生代的過渡階段。我國震旦系分布廣泛，在板塊內部主要為穩(wěn)定的蓋層沉積，局部裂陷槽內亦有火山活動。在板塊邊緣主要為不同類的大陸邊緣沉積中國震旦紀古地理圖（一）揚子板塊震旦系

1、揚子板塊內部震旦系揚子板塊震旦系發(fā)育較好，自西向東可以分為揚子西部區(qū)、上揚子區(qū)和下?lián)P子區(qū)，各區(qū)沉積特征略有差異。上揚子區(qū)震旦系鄂西一帶發(fā)育最好，以宜昌三峽東段剖面為的代表。該剖面包括下震旦統(tǒng)蓮沱組和南沱組，上震旦統(tǒng)陡山沱組和燈影組，燈影組頂部天柱山段含大量小殼化石，已屬下寒武統(tǒng)。鄂西三峽地區(qū)震旦系柱狀剖面圖陸上河（大陸冰川）流沉積河口灣－水下三角洲沉積（近岸冰海）干燥氣候條件下的碳酸鹽潮坪及瀉湖環(huán)境，

☆揚子板塊西部區(qū)的滇中－川西一帶下震旦統(tǒng)不整合與元古宇變質巖上，為大陸裂谷噴發(fā)酸性火山巖－冰川湖泊沉積巖系，局部厚度大于5000m。上震旦統(tǒng)冰川融化，海平面上升，形成了上揚子陸表海穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積。

☆在湘鄂贛交界、贛西北、蘇皖、浙西北等地的下?lián)P子地區(qū)下震旦統(tǒng)下部為河流－濱淺海碎屑巖沉積，局部有少量火山巖楔入，上部普遍為冰海冰磧巖。上震旦統(tǒng)以暗色硅質巖、硅質頁巖及碳質頁巖發(fā)育為特征，代表深水、靜水、還原的沉積環(huán)境。

2、揚子板塊大陸邊緣震旦系揚子板塊和華夏板塊之間的九嶺－雪峰山以東，武夷山－云開大山以西，為分隔揚子板塊和華夏板塊的復雜大陸邊緣。它由湘桂裂陷海盆和華夏板塊西緣的島弧海組成。☆湘桂裂陷海盆(黔、桂、湘交界區(qū)至雪峰山一帶)

下震旦統(tǒng)是冰水雜礫巖、冰成含礫板巖、含火山巖;上震旦統(tǒng)是非補償黑色－灰黑色碳質頁巖、硅質頁巖?！钕孚M邊境至閩西之間是一套砂泥質復理石沉積，厚達4000余m，下統(tǒng)夾火山巖(島弧海)，上統(tǒng)夾多層硅質巖(非補償深水的沉積)?！顡P子板塊的北部大陸邊緣（南秦嶺地區(qū)）中基性-堿性火山熔巖,到穩(wěn)定型碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，含微古植物及其它藻類化石。

(二)華北板塊震旦系華北板塊自青白口期末抬升以來，一直處于剝蝕狀態(tài)，稱為華北古陸。震旦系僅在其東緣遼南、膠東、蘇北、淮南和南緣的豫西及西緣賀蘭山一帶出露?！钊A北板塊東緣（遼東半島復縣）為石英砂巖、雜色粉砂巖及頁巖；到碳酸鹽巖沉積為主。含微古植物、多種疊層石及類紅藻，厚度大于1500m。構成一個大的海侵旋回。與下伏和上覆地層均為平行不整合接觸?！钊A北板塊的南緣及西緣，自豫西至龍首山－賀蘭山一帶震旦系發(fā)育不全，由碎屑巖－碳酸鹽巖組成，上部為山岳冰川形成的冰磧巖(羅圈組)，其上覆與下伏地層呈平行不整合接觸。羅圈組冰磧巖屬上震旦統(tǒng)，不同于揚子板塊上南沱冰磧巖層位。由此可見，震旦紀可能存在多期冰川活動。此外，在板塊周緣還可能存在震旦系。如南緣北秦嶺地區(qū)島弧型火山巖沉積；北緣的黑龍江雞西地區(qū)