江蘇省徐州地區(qū)新元古界淮河系時代的重新厘定

苗巧銀，潘明寶，徐士銀，張 平，高炳飛，馮文立

（1. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210048；2. 自然資源部地裂縫地質(zhì)災害重點實驗室，江蘇·南京 210048）

江蘇徐州地區(qū)新元古代為一套不整合于泰山巖群之上的海相沉積層。1979年5月，“蘇皖震旦亞界專題組”將蘇皖北部徐淮地區(qū)鳳陽群、泰山巖群之上，震旦系之下包括“青白口系”又高于“青白口系”的一套未變質(zhì)的地層建議稱“淮河群”。與此同時，全國開展了“中國震旦亞界”研究，蘇皖專題組楊清河等（1980）完成了《蘇皖北部震旦亞界的劃分與對比研究》，提出了淮南生物群和建立“淮河群”的建議。隨后蘇皖項目協(xié)作組(1984)又在以往工作基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地進行巖石地層、生物地層、化學地層、磁性地層、同位素地質(zhì)等方面工作，發(fā)現(xiàn)了更多蠕蟲、疑源類等生物化石層位，編著《蘇皖北部上前寒武系研究》與《江蘇省及上海市區(qū)域地質(zhì)志》（1984），將淮河群歸為南華系，包含蘭陵組、新興組、城山組—望山組。1997年江蘇省進行了地層清理工作，編著了《江蘇省巖石地層》[1]，將淮河群底界上調(diào)至城山組，城山組至望山組歸至南華紀，蘭陵組與新興組劃為青白口紀。安徽省地礦局將這套淮河群地層時代劃歸為震旦紀。《中國地層典》對膠遼徐淮新元古代地層的對比，未明確淮河群（城山—望山組）的時代，仍以安徽地礦局劃分為準。山東省地礦局將泰安臨沂地層分區(qū)變質(zhì)巖群之上的一套新元古代土門群海相地層劃歸為青白口紀?！吨袊貙拥洹分型灵T群與遼東、薊縣地區(qū)青白口系均可對比；土門群與淮河群沉積環(huán)境，巖相特征，古生物等等存在較大相似性，因此淮河群時代存在較多疑問。諸多論文對吉遼徐淮這套可對比的新元古代海相地層僅僅是大時代的劃分[2-4]，并未細分至紀；孫樞等在《中國東部中—新元古界地質(zhì)學與油氣資源》第8章中將徐淮群劃歸于青白口系[5]，但缺少年齡依據(jù)。因此淮河群這套地層時代的劃分存在分歧與爭議，且淮河群屬于新元古的時代歸屬時限范圍過大，不夠科學、嚴謹。

本文于徐州地區(qū)對淮河群取樣測年，依據(jù)測年結(jié)果以及臼齒構(gòu)造碳酸鹽巖等特征性沉積將徐州地區(qū)青白口系地層范圍上限擴大，將原位于青白口系之上定名為淮河系（城山組—望山組）的一套南華紀地層重新劃歸于青白口系（蘭陵組、新興組、城山組—望山組）。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

距今1900 Ma前受鳳陽運動（呂梁運動）影響，鳳陽（巖）群發(fā)生褶皺回返，形成華北準地臺。徐淮地層區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于華北地臺東緣，包括淮南、淮北及蘇、魯、皖三角地帶，中元古代處于隆起剝蝕，缺失長城紀、薊縣紀的沉積。直到晚元古代，徐州、遼南及朝鮮平南地區(qū)開始下沉接受海侵，形成海盆，為近東西向陸表海（淺海陸架），是一個近東西向延伸，寬數(shù)百千米，長1000 km以上的海盆地帶。徐淮地區(qū)形成陸表海盆（徐淮海盆），沉積了一套未變質(zhì)海相地層，組成區(qū)內(nèi)第一個沉積蓋層，不整合在變質(zhì)的泰山（巖）群（Ar3）之上。自下而上為碎屑巖→碳酸鹽巖→碎屑巖，厚度最大達5000 m以上。巖石類型主要為：中、細粒石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、頁巖、泥晶灰?guī)r、泥晶白云巖、細晶白云巖、頁巖—鈣質(zhì)頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r。由于受后期郯廬斷裂橫切，海盆地帶被分成東西兩段，徐州一帶位于它的西段東部，遼南及朝鮮平南坳陷是它的東段（圖1）。

圖1 徐淮盆地晚元古代古地理①陸;②金山寨組;③賈園組—望山組;④蘭陵組—城山組;⑤等厚線(m);⑥海侵方向;⑦郯廬斷裂Fig.1 Schematic diagram of the Late Proterozoic paleogeography and sedimentary profiles in the Xuhuai Basin

徐淮地層分區(qū)青白口系沉積后，徐淮盆地普遍上升，由于地殼升降運動的不均勻性，有的地方相對隆起，形成寬緩背斜，有的地方相對下陷，形成寬緩向斜。由于海水退出，華北與淮陽兩古陸又一次相聯(lián)并遭受剝蝕，缺失相當南華紀的蓮沱組（周崗組）和南沱組（蘇家灣組）的沉積。這一期上升運動遍及整個徐淮地區(qū)，稱徐淮上升。大致相當于南方的晉寧運動和澄江運動。

淮河群城山組—望山組位于蘭陵組、新興組之上，其沉積環(huán)境演化連續(xù)且按沉積先后具繼承性。蘭陵組在潮下高能氧化環(huán)境中沉積了成分單一、成熟度高、硅質(zhì)膠結(jié)的石英砂巖。新興組沉積時海水由深變淺，碳酸鹽巖由多變少，泥質(zhì)增高，初期為開闊臺地潮下低能弱還原至氧化環(huán)境，沉積了以青紫色為主的碳酸鹽巖至砂泥質(zhì)碎屑巖，中晚期為潮下坪至潮間弱還原環(huán)境，蠕蟲、疑源類和褐藻繁盛，微古植物大量出現(xiàn)，沉積了以黃綠色為主的碎屑巖。城山組沉積環(huán)境與蘭陵組相似，巖性特征相近。賈園組沉積時海水由深漸淺，鈣泥質(zhì)增加，砂粒減少變細，由砂泥坪潮下低能弱還原環(huán)境到碳酸鹽臺地潮間帶氧化環(huán)境，蠕蟲、疑源類、微古植物繁殖，巖性以砂灰?guī)r為特征，含較多粉砂級陸源碎屑，其來源可能多樣，其中很可能有風沙事件，再經(jīng)海水作用沉積成巖（圖2、圖3）。

趙圩組—張渠組沉積時，海水由深向淺呈旋回變化，沉積中心向東南遷移，向西北收縮，陸源物質(zhì)隨之減少，鈣鎂大量增加。趙圩組沉積自盆緣向內(nèi)由局限臺地變?yōu)殚_闊臺地潮間帶，巖石由白云巖變?yōu)榛規(guī)r，自早到晚，盆中心由開闊臺地潮間帶變?yōu)榫窒夼_地，巖石由灰?guī)r變?yōu)榘自茙r，反映了海水三次由深變淺、鹽度由低增高、巖石由灰?guī)r變?yōu)榘自茙r（在各組上部）的三次沉積旋回。

圖2青白口系震旦系上統(tǒng)柱狀對比圖1-白云巖、泥質(zhì)白云巖；2-燧石條帶、結(jié)核白云質(zhì)；3-疊層石白云巖、灰?guī)r；4-灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r；5-泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥灰?guī)r；6-角礫狀白云巖、灰?guī)r；7-石鹽假晶；8-頁巖；9-石英砂巖；10-角礫巖（夾赤鐵礦）；11-片巖；12-片麻巖;Pt31cd曹店組；Pt31l蘭陵組；Pt31x新興組；Pt31c城山組；Pt31j賈園組；Pt31z新興組；Pt31n倪園組；Pt31jd九頂山組；Pt31zq張渠組；Pt31w魏集組；Pt31s史家組；Pt31w望山組Fig.2 Columnar contrast map of Qingbaikou and Sinian upper series

圖3徐淮地區(qū)晚元古代巖石地層時空分布圖1-礫巖；2-石英砂巖、砂礫巖；3-頁巖；4-泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥灰?guī)r；5-灰?guī)r、礫屑灰?guī)r；6-疊層石灰?guī)r、疊層石白云巖；7-白云巖、泥質(zhì)白云巖Fig.3 Spatialand temporal distribution of Late Proterozoic lithostratigraphy in Xuhuai area

魏集組到望山組沉積時海水由深向淺呈旋回變化，隨著海盆收縮，沉積凹陷中心逐漸向東南遷移。魏集組沉積時海水中泥質(zhì)含量周期性增減，鈣鎂周期性富集，為潮下低能弱還原—潮間—潮上氧化環(huán)境的多次更疊，沉積了頁巖—灰?guī)r—白云巖多旋回巖性組合。史家組以砂泥坪潮下弱還原-潮間氧化環(huán)境為主，蠕蟲、疑源類、微古植物繁盛，巖石以黃綠色頁巖為主，夾砂巖、泥晶灰?guī)r。望山組沉積時海水中泥質(zhì)大為減少，鈣鎂逐漸增加，鹽度逐漸增高，為潮下低能—潮間—潮上環(huán)境，巖石反映了海退碳酸鹽巖沉積序列。

2 徐州地區(qū)新元古界淮河系地層時代重新厘定

2.1 以往測年研究成果

近年來，王清海等（2011）研究華北陸塊東南緣新元古代基性巖漿活動所形成的輝綠巖（徐淮地區(qū)輝綠巖床群）的巖石地球化學、年代學和Hf同位素的結(jié)果，表明輝綠巖侵位于元古代不同層位地層中（望山組、倪園組、九頂山組等），其侵入的最新層位是不整合于望山組之上的新元古界上震旦統(tǒng)金山寨組的底部，該套輝綠巖所含巖漿鋯石SHRIMP U-Pb和Q-ICP-MS U-Pb測年結(jié)果顯示其侵位結(jié)晶年齡為896Ma，形成于新元古代早期。與柳永清等（2005）對徐淮地區(qū)欄桿侵位于新元古界趙圩組和倪園組中的輝綠巖鋯石年齡976±24 Ma～1038±26 Ma及楊進輝等（2004）對遼東半島南部金州出露于新元古界橋頭組灰?guī)r中的輝綠巖鋯石的SHRIMP U-Pb測年結(jié)果904±15 Ma基本吻合。另一種測年方法為海相碳酸鹽巖樣品的Sr-C同位素測定（在不同地質(zhì)時期，海水的Sr同位素比值不同；C同位素地層學依賴于這個事實，隨時間推移，海水C同位素比值主要反映有機物的純埋藏速率；海水的Sr和C同位素組成的波動可以被海洋自生碳酸鹽巖所記錄，在對世界各地的上前寒武系的研究已證明，Sr、C同位素地層學結(jié)合是全球前寒武系地層對比的有力工具，可確定碳酸鹽巖的沉積時代），如楊杰東等（2001）及鄭文武等（2004）對淮河系地層給出的沉積時限為750～900 Ma[6-7]，而孫林華等（2010）根據(jù)Sr同位素與Kumar等（2002）對比認為該時限為800～1000 Ma，所以徐淮地區(qū)淮河系地層（即新興組—望山組所沉積的一套海相碳酸鹽巖地層）年限在750～1000 Ma。2018年《國際年代地層表》將青白口紀（國際稱為拉伸系Tonian）時限定為720～1000 Ma。張克信（2018）指出青白口紀時期，遼吉和徐淮海盆為穩(wěn)定的濱淺海沉積，而海相沉積蓋層之下為太古界變質(zhì)巖基底[8]。

青白口系頂界界限（南華系的底界）及沉積特征，研究區(qū)由于徐淮上升淮河系之上缺失連續(xù)地層沉積，且與上覆震旦系金山寨組（底界底礫石年齡為640 Ma左右）為不平行整合接觸。周傳明對比了LsnZhong-Wu等(2014，羅城四堡村和三江高友村丹洲群拱洞組近頂部凝灰?guī)r）鋯石U-Pb年齡716 Ma、張啟銳等（2008，在湖南西部的板橋群近頂部）報道的725 Ma的年齡數(shù)據(jù)，與阿曼和加拿大等地Stuetian冰期沉積的起始時間相一致（Bowring et al.,2007；Macdonald et al.,2010），認為成冰系（南華系）的提出是以新元古代的冰期事件為依據(jù)，南華系作為中國南方與成冰系相對應的一個系級單位，其底界年齡約為716 Ma，與最新的國際年代地層表中成冰系底界年齡720 Ma相當，與本省下?lián)P子地區(qū)南華紀蘇家灣組（原稱南沱組）冰磧巖形成時期相當[9]。

2.2 臼齒碳酸鹽巖特征及分布時限

臼齒碳酸鹽巖是一種類似于大象臼齒的褶皺腸狀構(gòu)造的巖石，臼齒碳酸鹽巖發(fā)育在臺地緩坡沉積體系中，可作為潮下淺水環(huán)境的標志，其形態(tài)在微層序中的分布反映沉積環(huán)境，具有重要的環(huán)境意義。臼齒構(gòu)造在外觀上呈現(xiàn)為鑲嵌于深灰色、淺灰色宿主巖石中的青灰色條帶狀、蠕蟲狀及碎屑狀等多種形態(tài)，其中充填純凈的微亮晶方解石，與周圍的基底物質(zhì)呈突變或溶蝕邊接觸，臼齒構(gòu)造與風暴事件存在密切關(guān)系。這種巖石具有特殊的時限范圍，主要分布在中、新元古代，比其老的或新的地層中極為罕見[2,10]。劉為付等經(jīng)過對比研究發(fā)現(xiàn)臼齒碳酸鹽巖層位的87Sr/86Sr比值介于0.7066～0.7053之間，分布時限在中—新元古代，主要出現(xiàn)在1500～650 Ma地質(zhì)歷史時期，最大峰值限于900 Ma至700 Ma，到650 Ma很少發(fā)育[2]。因此臼齒微亮晶灰?guī)r在全球特定時限的出現(xiàn)，具有一定的全球?qū)Ρ纫饬x，是一特殊的、重要的地質(zhì)事件，可近似作為一種時間界限。

臼齒碳酸鹽巖在徐州—淮南地區(qū)新元古界地層中廣泛發(fā)育，即在原淮河群新興組上部、賈園組、趙圩組下部、倪園組中部、九頂山組中部、張渠組中—上部、魏集組下部和望山組中—上部廣泛分布。楊杰東、鄭文武等研究發(fā)現(xiàn)，比劉老碑組地質(zhì)年代老的地層和比望山組新的地層臼齒碳酸鹽巖不發(fā)育[6-7]。結(jié)合臼齒碳酸鹽巖分布時限，可推測城山至望山組應屬青白口紀。

臼齒碳酸鹽巖在徐淮地區(qū)新元古界地層中具有發(fā)育層位連續(xù)、厚度大、類型多樣的特點。其形態(tài)在微層序中的分布反映沉積環(huán)境，具有重要的環(huán)境指示意義。以銅山區(qū)趙圩剖面為例，倪園組、趙圩組、賈園組巖性（白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r）均為碳酸鹽巖，且發(fā)育竹葉狀構(gòu)造，見充填形態(tài)多樣的（條帶狀、蠕蟲狀等）方解石脈，剖面巖性描述及圖片均較好地體現(xiàn)了臼齒碳酸巖特征（圖4-圖8）。

銅山區(qū)伊莊鎮(zhèn)趙圩（Pt32aj—Pt32bn）實測地層剖面（圖4）：

9、灰色薄層含白云質(zhì)灰?guī)r，偶夾竹葉狀灰?guī)r，微層理發(fā)育 15.22m

8、白云質(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)白云巖互層，微層理發(fā)育，局部夾竹葉狀灰?guī)r 41.97m

7、灰、深灰色中厚層白云巖，偶夾灰?guī)r透鏡體，底部見竹葉狀構(gòu)造 11.67m

——整合——

趙圩組（Pt31z）：237.09m

6、灰、深灰色厚層泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r夾疊層石灰?guī)r透鏡體，見竹葉狀構(gòu)造 142.88m

5、灰、深灰色厚層灰?guī)r夾疊層石灰?guī)r透鏡體?？梢娀畏浇馐} 56.79m

4、深灰色厚層灰?guī)r，畸形方解石脈發(fā)育，見竹葉狀構(gòu)造 37.42m

——整合——

3、淺灰色中厚層砂質(zhì)灰?guī)r，表面有明顯砂感，微層理、畸形方解石脈發(fā)育 6.00m

2、淺灰、灰色中厚層灰?guī)r。微層理發(fā)育，具畸形方解石脈 ，見竹葉狀構(gòu)造 5.26m

1、黃灰色中厚層砂質(zhì)灰?guī)r，風化面具明顯砂感，畸形方解石脈發(fā)育 27.52m

圖4 銅山區(qū)伊莊鎮(zhèn)趙圩倪園組-賈元組實測地層剖面圖Fig.4 Actual Stratigraphic Profile of zhaowei to Niyuan Formation,Zhaowei village,Yizhuang Town, Tongshan District

圖5 賈園組臼齒構(gòu)造碳酸鹽[11]Fig.5 Jiayuan formation molar structure carbonate(from WANG Lijuan, 2009)

圖6 趙圩組臼齒構(gòu)造碳酸鹽Fig.6 Carbonate of molars in Zhaowei formation

2.3 本次測年結(jié)果

本次為進一步確定淮河群年齡，于徐州地區(qū)銅山區(qū)淮河群內(nèi)取侵入灰?guī)r的輝綠巖體樣品，采用La-ICP-MS測年方法，測得其所含鋯石年齡范圍為920～940 Ma（圖9），進一步證明原青白口系蘭陵組、新興組之上沉積的淮河系海相地層年齡早于南華紀，符合青白口系年齡界限。

圖7 倪園組臼齒構(gòu)造碳酸鹽[11]Fig.7 Molars structural carbonate of niyuan formation (from WANG Lijuan, 2009)

圖8 趙圩組上部的泥質(zhì)條帶狀灰?guī)rFig.8 Argillaceous banded limestone in the upper part of Zhaowei formation

圖9 測試樣品年齡分布范圍圖Fig.9 Age distribution of test sample

3 區(qū)域?qū)Ρ?/h2>

本區(qū)巖相和古生物特征與河北省薊縣小區(qū)可進行區(qū)域?qū)Ρ?，薊縣小區(qū)的龍山組海相碎屑沉積石英砂巖與本區(qū)蘭陵組海相石英砂巖完全可以進行對比。薊縣小區(qū)的景兒峪組灰?guī)r與本區(qū)的新興組、城山組至望山組可進行巖相對比，均為海相灰?guī)r、頁巖。古生物對比：均含相似的古藻類以及微古植物組合。因此兩區(qū)可進行區(qū)域地層對比。河北薊縣與膠遼徐淮地層區(qū)、山東泰安臨沂地層分區(qū)具有相似的巖相、古生物組合特征，因此可進行區(qū)域地層以及年代地層對比。

膠東地區(qū)蓬萊群沉積巖碎屑鋯石年齡指示蓬萊群的沉積時代為1000～800 Ma，侵位于與山東土門群層位相當或其上層位地層中輝綠巖巖脈年齡904±15 Ma、890 Ma，徐淮、遼東廣泛發(fā)育有與蓬萊群、土門群巖性組合相似、變質(zhì)特征相同的青白口紀地層。且本區(qū)青白口紀城山組至望山組測年結(jié)果為920～940 Ma，因此本區(qū)蘭陵組、新興組、城山組—望山組與山東青白口系土門群、蓬萊群以及遼東可進行區(qū)域年代地層對比。

劉燕學等根據(jù)前人對吉遼徐淮地區(qū)研究測試的Sr、C同位素數(shù)值，發(fā)現(xiàn)遼南大連地區(qū)營城子組的87Sr/86Sr初始比值與吉南地區(qū)萬隆組的87Sr/86Sr初始比值基本一致，徐淮地區(qū)的新元古代趙圩組、倪園組、張渠組與淮南的九里橋組、四頂山組、奶奶廟組的87Sr/86Sr初始比值與吉遼地區(qū)營城子組、南關(guān)嶺組、萬隆組的87Sr/86Sr初始比值基本上一致，說明吉遼徐淮地區(qū)新元古代具相同的沉積環(huán)境[3]；且青白口紀時徐淮—河南—山東—吉林—遼寧同屬一個海盆地帶，因此本區(qū)與吉林、遼寧、安徽淮南等地可以進行環(huán)境、地層沉積時代的區(qū)域?qū)Ρ取?/p>

孟祥化等利用Sr同位素、旋回層序、臼齒微亮晶灰?guī)r事件對中朝板塊和揚子板塊晚前寒武紀地層進行了對比后認為：吉南的萬隆組下部臼齒微亮晶灰?guī)r段可與遼南的南關(guān)嶺組下部、徐淮地區(qū)九里橋組（賈園組）下部的臼齒微亮晶灰?guī)r段對比；遼南甘井子組中上部與徐淮地區(qū)趙圩組、倪園組臼齒微亮晶灰?guī)r段相當；吉南的萬隆組中部臼齒灰?guī)r段可與遼南的營城子組中部臼齒微亮晶灰?guī)r段相當[12]。

磁性地層學研究結(jié)果表明，遼南橋頭組與蘇皖北部相當層位的壽縣組均為反極性，兩區(qū)可以對比，吉遼徐淮地區(qū)的新元古代為同一沉積區(qū)[4]。現(xiàn)在吉遼徐淮地區(qū)上前寒武系的地理位置，是受后期郯廬斷裂平移影響造成的。

由以上所列眾學者研究成果以及區(qū)域?qū)Ρ冉Y(jié)果可知：本區(qū)青白口系蘭陵組、新興組、城山組至望山組，與安徽劉老碑組、伍山組、壽縣組可進行區(qū)域地層基本為同時代沉積；同時對應與膠遼地區(qū)遼東的永寧組、釣魚臺組至南芬組，薊縣地區(qū)景兒峪組，遼東地區(qū)南芬組。尤其徐淮地區(qū)青白口紀臼齒碳酸鹽巖為全球性對比標志。以上眾多學者對比結(jié)果僅限于新元古代，而本文則將區(qū)域存在可對比性時代具體至青白口系，即將淮河系可下調(diào)至青白口系，為位于蘭陵組與新興組之上的一套青白口系地層（表1）。

4 結(jié)語

根據(jù)最新測年結(jié)果、臼齒構(gòu)造碳酸鹽巖分布時限、地層區(qū)域?qū)Ρ鹊葘⑿旎吹貐^(qū)原南華紀淮河系（城山組至望山組）重新厘定為青白口系。

表1 江蘇省新元古界巖石地層劃分Table 1 Lithostratigraphic Division of Neoproterozoic stratrum in Jiangsu Province

重新定義研究區(qū)青白口系：蘭陵組至望山組為不整合在泰山變質(zhì)巖群之上、平行不整合在震旦系金山寨組之下、含淮南生物群(蠕蟲、疑源類)、大量疊層石化石等一套海相碎屑巖—碳酸鹽巖。