地层学第七章(前寒武系)

第七章中国地层概述中国地大物博、幅源辽阔，各类地质现象丰富多彩，是一个天然的地质博物馆，尤为可喜的是它保存了3800Ma以来几乎所有的地层资料。地层是在一定时间，一定的空间和一定的地质条件下形成的，它是物质的运动记录。地层学在地质科学中是一门奠基性的基础学科，但也是近几年活力最强，内容和方法都有重大发展的一个学科。从60年代开始的地学革命—板块学说的建立，以及地球物理、地球化学、沉积学、古生态学、地质事件等在地层学中的广泛联系和应用，人们已从固定论的束缚中解脱出来，活动论观点占据主导地位。本章以板块理论为基调，以地质历程为主线介绍中国地层概况。地质年代表第一节前寒武系地球的形成和演化经历了复杂而漫长的历程，作为太阳系的一员，地球的形成年龄和太阳系其它成员大体相同。从4600Ma至3800Ma之间的八亿年左右为地球形成的天文时期。因无岩石记录，其演化只能根据月球、太阳系其他行星作为类比来推测。从3800Ma至寒武纪初（540Ma）之间通常称为前寒武纪（系）。前寒武纪地球上的生物界经历了化学演化、原核生物、真核生物、后生生物的演化阶段，生物界完成了从植物到动物的演化过程，是生物演化史上的一个重要的飞跃。地球各圈层也经历了重要的演变，全球各稳定的大陆板快相继形成。在我国境内经过陆核，原地台，地台等不同阶段形成三个重要的古陆板，即华北板块、扬子板块和塔里木板块。

一、研究方法前寒武纪是一个漫长的地质历史时期，是地壳发展的早期阶段。无巨大的稳定地区，只有孤立的小地块。大部分地壳处于活动的状态下，火山活动非常强烈。前寒武系一般为复杂的变质岩系，经历了多次构造变动和岩浆活动，无硬体生物化石，地层的划分、对比具有非常大的困难性和复杂性。

1、构造－岩浆旋回法

2、特殊岩石类型和沉积组合（建造）

3、生物地层

4、同位素年龄测定

1、构造－岩浆旋回法早期地壳的形成及其性质牵涉到地球生成的假说，是一个长期争论的问题。地壳发展的早期过程主要包括地壳相对稳定部分与活动部分的相互分异及其规模发展；稳定类型沉积的第一次出现和典型的盖层沉积的普遍发育标志着大陆稳定单元的不断成长和扩大。地层间的重要接触关系和岩浆活动的规律及性质代表着大陆各部分固结转化过程。将同一性质的称为一个构造岩浆期，将不同期进行划分，即构造－岩浆旋回法。具资料，前寒武纪有几次重大构造、岩浆活动：

10－8亿年晋宁运动（南方）扬子地台（板块）形成蓟县运动（北方）华北地台（板块）最终形成

18－16亿年吕梁运动华北原地台形成

25－24亿年五台运动华北原始陆核形成

2、特殊岩石类型和沉积组合（建造）年代越老的岩石，经受构造、岩浆活动越多，变质程度越深；年代越新的岩石，经受构造、岩浆活动越少，变质程度越浅；最终基本未变质。岩浆：基性→中性→酸性变质程度：深变质→中变质→浅变质→未变质沉积组合（建造）：在一定的构造带和构造阶段形成的一套有规律的岩石组合。前寒武系中特殊的岩石类型和沉积组合（建造）是划分对比地层的良好标志。南沱冰碛层：成冰纪（系）（7－6.5亿年）普遍发育冰川，与全球的气候有关，可进行地层的划分与对比。鞍山式铁矿：成铁纪（系）（25－23亿年），条带状含铁建造，属于碧玉铁质岩类。绿岩带：成铁纪（系）（25－23亿年），火山岩类及其剥蚀产物硬砂岩泥岩类普遍呈绿色，故称绿岩带。

3、生物地层前寒武纪的地层保存化石非常稀少，除前寒武纪晚期出现原始的后生动物外，主要是海生的菌藻类和叠层石。细菌（38－33亿年）→无核细胞生物蓝绿藻（30亿年±）→微古植物（19.5亿年±）→真核细胞生物绿藻（叠层石、14亿年±）→单细胞生物红藻（10－9亿年）→低等无壳动物（依迪卡拉动物群、7亿年±）→具硬壳的高级动物群（小壳化石、6亿年±）。前寒武纪化石

4、同位素年龄测定同位素年龄是前寒武纪时代划分、对比的重要手段。因变质程度较深，测定尚有误差（5﹪），运用时必须结合构造、岩浆、变质等地质作用综合使用。二、华北-东北南部区华北-东北南部区广泛出露着太古宇和元古宇，是研究程度较高的典型地区。从老至新主要有三套地层：太古宇深变质岩、下元古宇界浅变质岩系、中-上元古界基本未变质岩系。（一）太古宇太古宇的早中晚三个阶段的划分，构造运动事件起到了重要作用。这三个运动分别由曹庄运动（3500Ma±）、阜平运动（2900Ma±）及五台运动（2500Ma±）所分割，形成地层中的角度不整合接触关系。构造的叠加及褶皱运动可使地壳厚度剧增；壳熔花岗岩大量出现，不仅可使地壳增厚，而且可使其分布面积向周遍扩张；变质作用可使地壳进一步固结；沉积作用可使硅铝陆壳加厚与扩大。华北太古宇的演化是一部硅铝壳逐步扩大，古陆不断增生的历史。至晚太古代末期，华北地区结晶基底已具规模，形成华北板块的雏形－华北陆核。华北地区太古宇分布图五台－太行山区太古界－下元古界地层柱状图麻粒岩相绿片岩相陆核原地台复理石磨拉石（二）元古宇下元古界的典型地区为五台山和吕梁山等地区；中、上元古界的标准地区为燕山地区。

1、下元古界下元古界以山西五台山区发育最好，为滹沱群。滹沱群不整合于五台群之上，滹沱群为一套遭受区域变质作用的沉积岩系，由碎屑岩、粘土岩和含丰富叠层石的富镁铁盐岩组成。古元古代后期发生了强烈的地壳运动－吕梁运动。吕梁运动是一次极为重要的地质事件，对华北地区的岩石构造发展意义重大，它把古元古代初期分裂的陆核从新“焊接”起来，从而扩大了硅铝质陆壳的范围，增加了地壳的厚度，提高了稳定程度，形成了华北板块的原型－原台地。从此，华北地区进入了一个相对稳定发展的新阶段，华北稳定的大陆板块基本定型。

2、中、上元古界中、新元古代是华北板块形成的时期。地处燕山期的蓟县地区中、新元古代地层发育完整，三个群十二个组。中元古界为长城群和蓟县群，上元古界为青白口群。整个中元古界沉积物厚度巨大，夹少量火山岩，相变明显，但未遭受区域变质，为稳定板块发展早期阶段的裂陷槽沉积，与典型的盖层沉积有一定的差别，因此称为似盖层沉积。在中元古代末期（1000Ma），发生一次抬升过程（芹峪抬升）。新元古代华北板块沉积范围较小，主要分布于东部，以青白口群为代表。厚度小，无火山物质，属真正的稳定型盖层沉积。大约在800Ma左右华北地区又一次抬升，并遭受长期的风化剥蚀，从而华北地区主体缺乏800－570Ma期间的震旦纪地层，使青白口群与寒武系平行不整合接触，这次抬升称为蓟县运动。

冀东蓟县地区中上元古界柱状剖面图蓟县运动芹峪抬升

★元古界剖面分析构造方面：五个不整合面，因此分为五个阶段。以吕梁运动（原地台形成）到蓟县运动（地台形成为主。沉积方面：沉积旋回显著，可分为6个小旋回，归属于3个大旋回和1个巨旋回，其中雾迷山期为最大海侵期。雾迷山组以碳酸盐岩为主，富含叠层石，厚度巨大（﹥3000m），约占中上元古界总厚度的三分之一以上。古生物（叠层石）：长城群以层柱状或简单平行分叉类型为主；蓟县群各种类型的锥叠层石大量出现；青白口群以分叉多样、形态复杂的中小型柱状叠层石为主。中国中元古代古地理图二、中国南部地区及其他地区除华北板块外，还存在几个大型板块，地块和周围洋壳海域。这些地块除西藏板块外，均为前震旦系为基底，震旦系为盖层。（一）扬子地区扬子地区包括从川滇东部到江浙沿海的长江中下游地区，其核心部分是四川盆地。核心部分存在上太古界－下元古界的变质基底，该变质基底形成了扬子板块的雏形。中、新元古代扬子板块上发育一套似盖层沉积，其主要为碳酸盐岩、碎屑岩及火山岩沉积。扬子板块边缘中、上元古界多以活动类型的火山型的火山岩和深海沉积岩为主。板块西缘为活动大陆边缘岛弧区和俯冲带的构造背景。板块东南缘及下扬子地区，包括湘黔桂交境一带经湘西北向东延至赣北、皖南、浙西等地，下元古界发育不好，中、上元古界大面积出露。湘黔桂地区新元古代沉积示意图四堡运动（晋宁运动第Ⅰ幕）晋宁运动第Ⅱ幕蛇绿岩套复理石（二）华夏地区华夏板块的存在与否一直有不同认识，分析的关键在于对板块基底的认识。浙闽粤地广泛分布的建瓯群、陈蔡群变质岩可能代表该板块古元古代的褶皱变质基底，并包括中新元古代的似盖层沉积。推测新元古代后期华夏板块已经形成。华夏板块与扬子板块的界限大致沿绍兴－江山－武夷山西麓－云开大山西麓一带。（三）塔里木地区塔里木板块主体为塔里木盆地。盆地周缘已发现变质的元古宇，如盆地的东北缘库鲁克塔格出露元古宇变质碎屑岩和碳酸盐岩地层；南缘昆仑山、阿尔金山北侧也发育元古宇的火山－沉积岩系。古元古代晚期的兴地运动，其南北两侧发育陆缘陷槽，如西北缘阿克苏地区发育长城纪的蛇绿岩及元古宙的蓝闪石片岩，到新元古代后期，塔里木板块形成，震旦纪进入新的发展阶段。至于其他板块和微板块，由于没有准确的地层证据，尚难以确定。位于青藏地区的风底斯、藏南江孜、保山等板块或微板块可能与冈瓦纳板块为一体尚未分离出来。三、中国的震旦系

震旦纪在地史发展中处于一个特定的阶段。这个时期地球上所有的大型稳定的板块都已形成，板块上具有特殊的生物组合和沉积类型。从生物演化来看，震旦纪后期的裸露动物群代表了地球上高等后生动物的出现。板块内部的沉积均为稳定类型的盖层。从这个意义上看，震旦纪更接近于古生代。但就总的来看，化石的分布和保存程度均差，还不足以生物化石建阶和分带，与寒武纪以后有重要的不同。因此，可以把震旦纪看成从元古宙到古生代的过渡阶段。我国震旦系分布广泛，在板块内部主要为稳定的盖层沉积，局部裂陷槽内亦有火山活动。在板块边缘主要为不同类的大陆边缘沉积中国震旦纪古地理图（一）扬子板块震旦系

1、扬子板块内部震旦系扬子板块震旦系发育较好，自西向东可以分为扬子西部区、上扬子区和下扬子区，各区沉积特征略有差异。上扬子区震旦系鄂西一带发育最好，以宜昌三峡东段剖面为的代表。该剖面包括下震旦统莲沱组和南沱组，上震旦统陡山沱组和灯影组，灯影组顶部天柱山段含大量小壳化石，已属下寒武统。鄂西三峡地区震旦系柱状剖面图陆上河（大陆冰川）流沉积河口湾－水下三角洲沉积（近岸冰海）干燥气候条件下的碳酸盐潮坪及泻湖环境，

☆扬子板块西部区的滇中－川西一带下震旦统不整合与元古宇变质岩上，为大陆裂谷喷发酸性火山岩－冰川湖泊沉积岩系，局部厚度大于5000m。上震旦统冰川融化，海平面上升，形成了上扬子陆表海稳定的碳酸盐岩沉积。

☆在湘鄂赣交界、赣西北、苏皖、浙西北等地的下扬子地区下震旦统下部为河流－滨浅海碎屑岩沉积，局部有少量火山岩楔入，上部普遍为冰海冰碛岩。上震旦统以暗色硅质岩、硅质页岩及碳质页岩发育为特征，代表深水、静水、还原的沉积环境。

2、扬子板块大陆边缘震旦系扬子板块和华夏板块之间的九岭－雪峰山以东，武夷山－云开大山以西，为分隔扬子板块和华夏板块的复杂大陆边缘。它由湘桂裂陷海盆和华夏板块西缘的岛弧海组成。☆湘桂裂陷海盆(黔、桂、湘交界区至雪峰山一带)

下震旦统是冰水杂砾岩、冰成含砾板岩、含火山岩;上震旦统是非补偿黑色－灰黑色碳质页岩、硅质页岩。☆湘赣边境至闽西之间是一套砂泥质复理石沉积，厚达4000余m，下统夹火山岩(岛弧海)，上统夹多层硅质岩(非补偿深水的沉积)。☆扬子板块的北部大陆边缘（南秦岭地区）中基性-碱性火山熔岩,到稳定型碎屑岩和碳酸盐岩沉积，含微古植物及其它藻类化石。

(二)华北板块震旦系华北板块自青白口期末抬升以来，一直处于剥蚀状态，称为华北古陆。震旦系仅在其东缘辽南、胶东、苏北、淮南和南缘的豫西及西缘贺兰山一带出露。☆华北板块东缘（辽东半岛复县）为石英砂岩、杂色粉砂岩及页岩；到碳酸盐岩沉积为主。含微古植物、多种叠层石及类红藻，厚度大于1500m。构成一个大的海侵旋回。与下伏和上覆地层均为平行不整合接触。☆华北板块的南缘及西缘，自豫西至龙首山－贺兰山一带震旦系发育不全，由碎屑岩－碳酸盐岩组成，上部为山岳冰川形成的冰碛岩(罗圈组)，其上覆与下伏地层呈平行不整合接触。罗圈组冰碛岩属上震旦统，不同于扬子板块上南沱冰碛岩层位。由此可见，震旦纪可能存在多期冰川活动。此外，在板块周缘还可能存在震旦系。如南缘北秦岭地区岛弧型火山岩沉积；北缘的黑龙江鸡西地区