中國南方中新元古代古大陸研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展

中國南方中新元古代古大陸研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展

0中國南方大地構(gòu)造模式從中新元古代到新元古代末，世界發(fā)生了一系列重要的地質(zhì)事件。這些事件包括由羅迪尼亞超大陸收集和分解的巖石和火山爆炸事件、古代大陸風(fēng)化侵蝕后的沉積過度事件、世界著名“雪土”事件、四川堆積事件和世界著名的“生物爆發(fā)”事件。自20世紀(jì)90年代以來,中國南方古大陸研究在全球超大陸重建研究中已越來越受到全球地質(zhì)學(xué)家的高度重視,從一開始的“中國南方位置不明”到今天各種各樣大地構(gòu)造模式[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]的提出,充分反映了中國華南板塊在全球構(gòu)造討論中的重要位置,盡管這些模式的觀點不盡相同,或甚至相悖。本文就近年來華南古大陸研究方面的歷史與現(xiàn)狀、主要進(jìn)展及目前取得的主要成果與認(rèn)識作一個簡單的回顧與綜合性概述,并針對目前華南古大陸研究中存在的主要問題開展討論,試圖引起國內(nèi)外同行對中國南方古大陸研究的重視,但本文難免以偏概全,作者僅僅以其拋磚引玉。1地質(zhì)構(gòu)造及古陸研究的基本認(rèn)識最先把華南古大陸與Rodinia超大陸聯(lián)系起來的是澳大利亞學(xué)者李正祥研究員,他通過詳細(xì)研究華南四堡造山帶,結(jié)合劉寶珺等的新元古代(震旦系)巖相古地理圖研究成果,首先把華南置于澳大利亞與Laurentia大陸之間,并認(rèn)為華南是連接澳大利亞和Laurentia的紐帶,華南位于Rodinia超大陸內(nèi)一個超級地幔柱的核心部位之上,地幔柱作用“誘發(fā)”了一系列構(gòu)造—巖漿事件,從而導(dǎo)致了Rodinia超大陸在新元古代中晚期的解體。李正祥等的Rodinia再造模型不但彌補(bǔ)了Hoffman的再造模型中沒有華南的位置這一空白,后來也得到了國內(nèi)外許多同行研究成果的支持[9,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35]。當(dāng)然,也有不少學(xué)者從其它的研究途徑(主要是地球化學(xué))出發(fā),提出了不同于上述觀點的模式,認(rèn)為華南新元古代中期揚(yáng)子?xùn)|南邊緣(也包括西緣和北緣)是具弧盆系統(tǒng)的活動大陸邊緣,俯沖碰撞造山及后造山“垮塌”構(gòu)造作用過程,是形成這一時期火山—巖漿作用的原因[8,11,12,39,40,41,42],而不贊成超級地幔柱模式。最近,潘桂棠等在總結(jié)前人最新資料的基礎(chǔ)上,提出了晉寧—四堡期揚(yáng)子?xùn)|南邊緣為多島弧盆系構(gòu)造格局,弧陸碰撞之后其南側(cè)還存在華南洋盆,華夏西北緣中新元古代至早古生代仍然還存在被動邊緣沉積記錄,這一模式較好地解釋了揚(yáng)子與華夏之間在地質(zhì)構(gòu)造等諸多方面所存在的差異。在華南大地構(gòu)造屬性問題上,20世紀(jì)80年代掀起了以研究“板溪群”大地構(gòu)造屬性為核心的學(xué)術(shù)高潮,不少學(xué)者提出了“板溪洋”及“華南中生代阿爾卑斯碰撞造山”模式,認(rèn)為華南是一個印支期關(guān)閉的從新元古代延續(xù)到了中生代的大洋[13,43,44,45,46,47,48,49]。盡管這一模式后來受到了很多學(xué)者的質(zhì)疑,但現(xiàn)在仍然有人提出了一些新的古生物證據(jù)(如深海放射蟲、近似海月水母等)而支持上述觀點。概括起來,在華南新元古代(1000～542Ma)古大陸研究方面,目前已主要形成了以下基本認(rèn)識:(1)以Hoffman等為代表的大地構(gòu)造學(xué)家,提出了全球幾個主要的大陸,通過格林威爾造山作用(1300～900Ma)在新元古代初期形成了一個統(tǒng)一的Rodinia超級大陸;(2)新元古代時期,Rodinia超級大陸可能在地幔柱或超級地幔柱的作用下,通過大陸裂谷作用而最終在750～700Ma左右裂解[4,5,7,20,52,55,56];(3)華南裂谷可能與Rodinia超大陸的解體有關(guān),裂谷作用的開啟時間在820Ma左右[9,22,23,24,25,26,27],伴隨著超大陸的裂解全球很可能發(fā)生了大規(guī)模的真極移事件,從而使超級大陸最終解體;(4)Kirschvink等根據(jù)古地磁資料及全球同時期的冰川沉積作用提出了低緯度冰川事件,即“雪地球”假說。此外,發(fā)生在6億年左右新元古代冰期結(jié)束之后的“生物大爆發(fā)”及其在全球變化與生命演化過程的重要意義,是近十多年來晚新元古代古大陸研究的另一個重要課題。2南華新元古代大地構(gòu)造環(huán)境進(jìn)展的成果我國地質(zhì)學(xué)者們密切注視國際中新元古代研究動態(tài),并從中國的實際出發(fā),開展了大量開創(chuàng)性研究工作,縮短了國內(nèi)與國際的研究差距?？v觀我國近年來在南華中新元古代大地構(gòu)造及地球動力學(xué)領(lǐng)域的主要進(jìn)展,取得的成果主要體現(xiàn)在以下兩個方面:(1)與華南古大陸演化有關(guān)的新元古代裂谷作用研究、冰川沉積事件研究、板溪群地層劃分對比等取得了一系列重要成果;(2)與古大陸演化有關(guān)的火山—巖漿事件及其巖石地球化學(xué)研究、同位素地球化學(xué)研究及年代學(xué)研究等獲得了一系列新的數(shù)據(jù)與認(rèn)識。2.1裂谷盆地早期形成階段及演化特征在中國南方震旦系與晉寧—四堡造山不整合面之間,存在著一套側(cè)向延伸不連續(xù)、地層厚度與相變極大、底界面不等時的“楔狀地層”,其分布主要位于南華盆地的湘桂次級盆地及浙北次級盆地中,與上揚(yáng)子古陸、江南古隆起及華夏古陸等次級古地理高(PaleogeographicHigh)一起,構(gòu)成了中國南方新元古代地壘、地塹臺盆相間的古地理格局(圖1)。華南新元古代“楔狀地層”為裂谷成因的觀點已越來越被國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家所認(rèn)同[66,67,68,69,70,71],裂谷由裂谷基、裂谷體及裂谷蓋三部分構(gòu)成:晉寧四堡不整合面及其下伏變質(zhì)巖地層為裂谷基;“楔狀地層”組成了裂谷體;廣泛分布于南華盆地的震旦系(陡山沱組及燈影組)構(gòu)成了裂谷蓋”。通過大量新的年代學(xué)及沉積學(xué)資料分析,進(jìn)一步確定了裂谷作用的開啟時間在820Ma左右。王劍等從沉積盆地分析入手,研究了揚(yáng)子地塊東南邊緣及揚(yáng)子地塊西緣盆地的演化史,從而確立了揚(yáng)子新元古代裂谷盆地的早期演化特征。初步研究成果表明,代表裂谷盆地早期形成階段的成因相組合有:沖洪積相組合、陸相(或海相)火山巖及火山碎屑巖相組合、濱淺海相沉積組合、淹沒碳酸鹽臺地及欠補(bǔ)償盆地黑色頁巖相組合,整體上反映了一個由陸到海的演化特征。新元古代的冰川沉積與“雪地球”事件一直是地質(zhì)界研究的熱點之一,世界許多地區(qū)新元古代地層中發(fā)育一至兩層冰磧巖,中國南華系中也存在兩期冰期沉積事件,即以長安冰期為代表的下冰期和以南沱冰期為代表的上冰期,二者之間為大塘坡(或與之相當(dāng)?shù)暮i層位)間冰期。關(guān)于上述兩個冰期的國際對比問題,由于過去從大塘坡間冰期所獲得的Rb—Sr和Sm—Nd年齡不夠精確和可靠,不同研究者也得出了南沱冰期與澳大利亞的斯圖特(Sturtian)冰期或馬雷諾(Marinoan)冰期進(jìn)行對比的不同結(jié)果。然而,最近幾年新的研究成果表明,與Sturtian下冰期相當(dāng)?shù)拈L安冰期,其上下時限大致在750～660Ma之間,以一套海相冰川沉積為特征,海相冰水重力流沉積或低密度碎屑流沉積發(fā)育;而與Marinoan上冰期相當(dāng)?shù)哪香?其上下時限大致在660～635Ma之間,沉積類型復(fù)雜,包括了海相冰川沉積、陸相冰川沉積、冰川泥石流沉積、冰水重力流沉積或碎屑流沉積等[74,75,76,77,78,79]。盡管如此,對上述兩次冰期的形成時間仍然存在著爭議,特別是對Sturtian下冰期,無論是其最初形成時間還是結(jié)束時間,爭論還依然存在。2.2巖石學(xué)和年代學(xué)在華南,最先接受沉積的地塹盆地中,晉寧—四堡不整合面之上“楔狀地層”的最低層位代表了華南晉寧—四堡造山運(yùn)動之后新元古界新一輪沉積的“起點”,如湘北滄水鋪組、黔東南甲路組、桂北白竹組、湘西北石橋鋪組等,這些地層底部的火山巖年齡代表了華南四堡運(yùn)動造山之后新元古界開始接受沉積的最早時間,也就是華南新元古代盆地的開啟時間[9,23,24,25,26,27]。近年來,華南新元古代“楔狀地層”形成年齡方面獲得了一系列高精度定年數(shù)據(jù):湘北滄水鋪組英安質(zhì)集塊巖的鋯石SHRIMP年齡為812±12Ma,湘西北古丈縣五強(qiáng)溪組的起點沉積時間應(yīng)略大于809±12Ma;桂北鷹揚(yáng)關(guān)群基性火山巖的TMS鋯石U—Pb年齡為819±11Ma;康滇地區(qū)蘇雄組火山巖高精度SHRIMP鋯石定年結(jié)果為803±12Ma;揚(yáng)子西北緣鐵船山組流紋巖的鋯石SHRIMP年齡為817±5Ma;贛東北桃源組火山巖高精度SHRIMP鋯石定年結(jié)果為818～827Ma;浙北虹赤村組火山巖高精度SHRIMP鋯石定年結(jié)果為797±11Ma;閩西北馬面山群中部火山巖高精度SHRIMP鋯石定年結(jié)果為818±9Ma。被“楔狀地層”底部移地濱岸相地層沉積超覆的花崗巖、基性巖墻群的同位素年代學(xué)研究也取得了新的進(jìn)展:如桂北的三防、元寶山和本洞巖體(819～824Ma)、滇中峨山巖體(819±8Ma)、皖南許村巖體(823±8Ma)、贛北九嶺巖體(819±9Ma)、峽東黃陵花崗巖(819±7Ma)等,它們的結(jié)晶年齡平均值在820～826Ma之間[7,19,20,55,56,84,85,86]。最近在黔東南地區(qū),侵入四堡群上部的花崗巖中獲得的高精度SHRIMP鋯石U—Pb年齡為823±12Ma,與該地區(qū)摩天嶺花崗巖體TIMS鋯石U—Pb年齡825.0±2.4Ma基本一致。上述資料表明,華南新元古代“楔狀地層”開始接受沉積的最早時間可能在820Ma左右,也就是說,這一年齡數(shù)據(jù)是華南晉寧—四堡不整合面之上新一輪構(gòu)造旋回沉積開啟的年齡。這一結(jié)論對于重新認(rèn)識華南新元古代沉積盆地性質(zhì)、區(qū)域地層劃分與對比等,都具有十分重要的意義。2.3巖石地球化學(xué)特征華南新元古代盆地的形成演化伴隨著大量的火山—火山沉積事件,對這些火山—火山碎屑巖的研究,主要在于其巖石地球化學(xué)特征所反映的構(gòu)造背景研究。許多學(xué)者認(rèn)為,被新元古代“楔狀地層”沉積超覆的花崗巖類和鎂鐵質(zhì)侵入體(830～820Ma左右)被認(rèn)為是地幔柱作用的產(chǎn)物。李獻(xiàn)華等最先依據(jù)康滇地區(qū)基性巖脈的巖石化學(xué)特征較早地提出了這一觀點,該地區(qū)新元古代蘇雄組火山巖巖石地球化學(xué)特征也顯示了類似的特征。在華南,與裂谷盆地開啟之后“楔狀地層”的沉積超覆作用相關(guān)的鐵船山組、馬面山群、虹赤村組、鷹揚(yáng)關(guān)群等火山巖的地球化學(xué)特征顯示明顯具裂谷成因[7,18,20,34,35,56,82];而許多被“楔狀地層”沉積超覆的侵入巖也顯示出裂谷構(gòu)造背景,如桂北寶壇—元寶山地區(qū)鎂鐵—超鎂鐵巖、桂北龍勝地區(qū)細(xì)碧巖和鎂鐵—超鎂鐵巖、川西南關(guān)刀山花崗巖等,這些資料都支持華南存在地幔柱及地幔柱作用形成的裂谷作用。然而,ZhouMF等依據(jù)出露于華南地區(qū)的花崗巖、鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)侵入巖地球化學(xué)特征提出了不同的認(rèn)識,認(rèn)為華南新元古代中期揚(yáng)子?xùn)|南緣及西緣和北緣具弧盆系統(tǒng)的活動大陸邊緣,該時期火山—巖漿作用的形成與俯沖、碰撞及后造山“垮塌”構(gòu)造作用有關(guān)。2.4板溪群層序地層研究的初步認(rèn)識板溪群的命名地在湖南益陽板溪村,但代表性剖面位于湖南沅陵縣馬底驛。多年來,關(guān)于板溪群的時限、地層劃分及大地構(gòu)造屬性一直存在著許多爭議。早期爭論的焦點是:“板溪”究竟是板溪混雜巖還是板溪群?湘浙贛縫合帶的性質(zhì),是中生代縫合帶還是“晉寧—四堡”期縫合帶?近年來,盡管越來越多的人認(rèn)為板溪群是一套成層有序的正常沉積地層[9,23,92,93,94,95,96],但有的學(xué)者至今仍然還持不同的意見。1︰5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查表明,在橫向上,從湘北的張家灣組—武陵雪峰山區(qū)的板溪群—湘西、湘中的高澗群—湘東南的大江邊組(群),體現(xiàn)了板溪期沉積海盆從濱岸—濱海、陸棚—斜坡—盆地的沉積格局與相序變化特征。王劍等根據(jù)層序地層學(xué)及年代地層學(xué)初步研究,認(rèn)為:①板溪群及其相當(dāng)?shù)母邼救菏且惶壮蓪佑行虻?、呈面狀分布的沉積巖地層;②板溪群大體可與桂北丹洲群、江西登山群、皖南歷口群、浙東北河上鎮(zhèn)群相對比,其頂界具等時性,但其底界不等時;③板溪群與蓮沱之間不是上下關(guān)系,也非同期異相關(guān)系,它們具有等時的頂界面和不等時的底界面。板溪群的底界,實際上就是“楔狀地層”的底界。從前面的研究成果可知,就現(xiàn)有資料與認(rèn)識而言,在華南晉寧—四堡不整合面之上,目前得到的“楔狀地層”的最低層位(包括板溪群、丹州群、登山群、江口群及河上鎮(zhèn)群及其相當(dāng)?shù)貙拥牡捉?的最早沉積時代應(yīng)在820Ma左右。因此,這些資料表明,在華南不整合面之上不存在、或基本不存在目前我們所認(rèn)為的“青白口系”,也就是說,現(xiàn)在的中國地層劃分表把板溪群及其相當(dāng)?shù)牡貙託w屬為1000～800Ma時期的青白口紀(jì)是不確切的,事實上,不整合面之上基本缺失了青白口系,如果按照目前國際地層委員會關(guān)于成冰系(南華系)的底界劃分標(biāo)準(zhǔn)(850Ma),則完全缺失了與拉伸系(Tonian)相當(dāng)?shù)恼麄€“青白口系”。3問題和討論(1)中國地質(zhì)委員會的立場國際地層委員會新元古代三分方案1989年正式表決通過,目前確定的與南華系相對應(yīng)的成冰系(Cryogenian)的時間為850～635Ma。與1989年正式表決通過的方案方案相比,2004及2008年兩屆國際地質(zhì)大會國際地層委員會推薦的地層表在新元古代三分方案上沒有大的變化,僅僅只是進(jìn)一步精確了成冰系的頂界(埃迪卡拉紀(jì)的底界)年齡,從2004年的630Ma最終確定為現(xiàn)在的635Ma。中國地層委員會也于2001～2002年通過了相應(yīng)的中國新元古代三分、新建“南華系”的劃分方案,并把“南華系”的頂界置于陡山沱之底界,但“南華系”的底界卻沒有規(guī)定明確的地層劃分標(biāo)志,僅推定其年齡值為800Ma,這與國際前寒武紀(jì)地層分會建議的新元古宙三分方案中成冰系(Cryogenian:850～635Ma)的底界850Ma不同。如果在華南“楔狀地層”之內(nèi)去尋找或確立南華系的底界面,可能會將過去幾十年類似有關(guān)震旦系的底界之爭這一問題移植到南華系的底界爭論中來,因為,在“楔狀地層”之內(nèi)既不可能也不存在這樣一個連續(xù)的、可識別出來并進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ鹊慕缑?同時也不符合國際元古宙有關(guān)“紀(jì)”、“系”劃分以重要構(gòu)造、巖漿等地質(zhì)事件為界面的原則,建議中國地層委員會對這個問題給予高度重視。作者認(rèn)為,“南華系”的底界應(yīng)該以新元古代沉積超覆“楔狀地層”與“晉寧—四堡”造山帶之間的不整合面為界,其最大底界年齡為820Ma左右(大多數(shù)剖面底部或多或少缺失了部分地層)。這一劃分方案既符合國際地層委員會關(guān)于元古宙(宇)紀(jì)的劃分原則,可進(jìn)行區(qū)域?qū)Ρ?又符合華南的實際,同時比800Ma更為接近國際新元古界三分方案。(2)沉積碎屑鋯石年齡首先是,目前中國南方區(qū)域地質(zhì)資料,包括華南各省地質(zhì)志,都將四堡群、冷家溪群、雙橋山群、雙溪塢群、鹽邊群、會理群及昆陽群等及其相當(dāng)?shù)牡貙佣細(xì)w屬于中元古界,而將不整合面之上的板溪群、丹洲群及其相當(dāng)?shù)牡貙佣細(xì)w屬于青白口系,這顯然與近年來新獲得的沉積碎屑鋯石離子探針定年測試結(jié)果不一致。鹽邊群沉積砂巖中的碎屑鋯石定年等研究表明,其地層沉積年齡不會大于840～960Ma,而四堡群及冷家溪群沉積碎屑鋯石年齡