江苏省徐州地区新元古界淮河系时代的重新厘定

苗巧银，潘明宝，徐士银，张 平，高炳飞，冯文立

（1. 江苏省地质调查研究院，江苏·南京 210048；2. 自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏·南京 210048）

江苏徐州地区新元古代为一套不整合于泰山岩群之上的海相沉积层。1979年5月，“苏皖震旦亚界专题组”将苏皖北部徐淮地区凤阳群、泰山岩群之上，震旦系之下包括“青白口系”又高于“青白口系”的一套未变质的地层建议称“淮河群”。与此同时，全国开展了“中国震旦亚界”研究，苏皖专题组杨清河等（1980）完成了《苏皖北部震旦亚界的划分与对比研究》，提出了淮南生物群和建立“淮河群”的建议。随后苏皖项目协作组(1984)又在以往工作基础上，系统地进行岩石地层、生物地层、化学地层、磁性地层、同位素地质等方面工作，发现了更多蠕虫、疑源类等生物化石层位，编著《苏皖北部上前寒武系研究》与《江苏省及上海市区域地质志》（1984），将淮河群归为南华系，包含兰陵组、新兴组、城山组—望山组。1997年江苏省进行了地层清理工作，编著了《江苏省岩石地层》[1]，将淮河群底界上调至城山组，城山组至望山组归至南华纪，兰陵组与新兴组划为青白口纪。安徽省地矿局将这套淮河群地层时代划归为震旦纪。《中国地层典》对胶辽徐淮新元古代地层的对比，未明确淮河群（城山—望山组）的时代，仍以安徽地矿局划分为准。山东省地矿局将泰安临沂地层分区变质岩群之上的一套新元古代土门群海相地层划归为青白口纪。《中国地层典》中土门群与辽东、蓟县地区青白口系均可对比；土门群与淮河群沉积环境，岩相特征，古生物等等存在较大相似性，因此淮河群时代存在较多疑问。诸多论文对吉辽徐淮这套可对比的新元古代海相地层仅仅是大时代的划分[2-4]，并未细分至纪；孙枢等在《中国东部中—新元古界地质学与油气资源》第8章中将徐淮群划归于青白口系[5]，但缺少年龄依据。因此淮河群这套地层时代的划分存在分歧与争议，且淮河群属于新元古的时代归属时限范围过大，不够科学、严谨。

本文于徐州地区对淮河群取样测年，依据测年结果以及臼齿构造碳酸盐岩等特征性沉积将徐州地区青白口系地层范围上限扩大，将原位于青白口系之上定名为淮河系（城山组—望山组）的一套南华纪地层重新划归于青白口系（兰陵组、新兴组、城山组—望山组）。

1 区域地质背景

距今1900 Ma前受凤阳运动（吕梁运动）影响，凤阳（岩）群发生褶皱回返，形成华北准地台。徐淮地层区在大地构造位置上处于华北地台东缘，包括淮南、淮北及苏、鲁、皖三角地带，中元古代处于隆起剥蚀，缺失长城纪、蓟县纪的沉积。直到晚元古代，徐州、辽南及朝鲜平南地区开始下沉接受海侵，形成海盆，为近东西向陆表海（浅海陆架），是一个近东西向延伸，宽数百千米，长1000 km以上的海盆地带。徐淮地区形成陆表海盆（徐淮海盆），沉积了一套未变质海相地层，组成区内第一个沉积盖层，不整合在变质的泰山（岩）群（Ar3）之上。自下而上为碎屑岩→碳酸盐岩→碎屑岩，厚度最大达5000 m以上。岩石类型主要为：中、细粒石英砂岩、泥质粉砂岩、页岩、泥晶灰岩、泥晶白云岩、细晶白云岩、页岩—钙质页岩、白云质灰岩。由于受后期郯庐断裂横切，海盆地带被分成东西两段，徐州一带位于它的西段东部，辽南及朝鲜平南坳陷是它的东段（图1）。

图1 徐淮盆地晚元古代古地理①陆;②金山寨组;③贾园组—望山组;④兰陵组—城山组;⑤等厚线(m);⑥海侵方向;⑦郯庐断裂Fig.1 Schematic diagram of the Late Proterozoic paleogeography and sedimentary profiles in the Xuhuai Basin

徐淮地层分区青白口系沉积后，徐淮盆地普遍上升，由于地壳升降运动的不均匀性，有的地方相对隆起，形成宽缓背斜，有的地方相对下陷，形成宽缓向斜。由于海水退出，华北与淮阳两古陆又一次相联并遭受剥蚀，缺失相当南华纪的莲沱组（周岗组）和南沱组（苏家湾组）的沉积。这一期上升运动遍及整个徐淮地区，称徐淮上升。大致相当于南方的晋宁运动和澄江运动。

淮河群城山组—望山组位于兰陵组、新兴组之上，其沉积环境演化连续且按沉积先后具继承性。兰陵组在潮下高能氧化环境中沉积了成分单一、成熟度高、硅质胶结的石英砂岩。新兴组沉积时海水由深变浅，碳酸盐岩由多变少，泥质增高，初期为开阔台地潮下低能弱还原至氧化环境，沉积了以青紫色为主的碳酸盐岩至砂泥质碎屑岩，中晚期为潮下坪至潮间弱还原环境，蠕虫、疑源类和褐藻繁盛，微古植物大量出现，沉积了以黄绿色为主的碎屑岩。城山组沉积环境与兰陵组相似，岩性特征相近。贾园组沉积时海水由深渐浅，钙泥质增加，砂粒减少变细，由砂泥坪潮下低能弱还原环境到碳酸盐台地潮间带氧化环境，蠕虫、疑源类、微古植物繁殖，岩性以砂灰岩为特征，含较多粉砂级陆源碎屑，其来源可能多样，其中很可能有风沙事件，再经海水作用沉积成岩（图2、图3）。

赵圩组—张渠组沉积时，海水由深向浅呈旋回变化，沉积中心向东南迁移，向西北收缩，陆源物质随之减少，钙镁大量增加。赵圩组沉积自盆缘向内由局限台地变为开阔台地潮间带，岩石由白云岩变为灰岩，自早到晚，盆中心由开阔台地潮间带变为局限台地，岩石由灰岩变为白云岩，反映了海水三次由深变浅、盐度由低增高、岩石由灰岩变为白云岩（在各组上部）的三次沉积旋回。

图2青白口系震旦系上统柱状对比图1-白云岩、泥质白云岩；2-燧石条带、结核白云质；3-叠层石白云岩、灰岩；4-灰岩、竹叶状灰岩；5-泥灰岩、砂质泥灰岩；6-角砾状白云岩、灰岩；7-石盐假晶；8-页岩；9-石英砂岩；10-角砾岩（夹赤铁矿）；11-片岩；12-片麻岩;Pt31cd曹店组；Pt31l兰陵组；Pt31x新兴组；Pt31c城山组；Pt31j贾园组；Pt31z新兴组；Pt31n倪园组；Pt31jd九顶山组；Pt31zq张渠组；Pt31w魏集组；Pt31s史家组；Pt31w望山组Fig.2 Columnar contrast map of Qingbaikou and Sinian upper series

图3徐淮地区晚元古代岩石地层时空分布图1-砾岩；2-石英砂岩、砂砾岩；3-页岩；4-泥灰岩、砂质泥灰岩；5-灰岩、砾屑灰岩；6-叠层石灰岩、叠层石白云岩；7-白云岩、泥质白云岩Fig.3 Spatialand temporal distribution of Late Proterozoic lithostratigraphy in Xuhuai area

魏集组到望山组沉积时海水由深向浅呈旋回变化，随着海盆收缩，沉积凹陷中心逐渐向东南迁移。魏集组沉积时海水中泥质含量周期性增减，钙镁周期性富集，为潮下低能弱还原—潮间—潮上氧化环境的多次更叠，沉积了页岩—灰岩—白云岩多旋回岩性组合。史家组以砂泥坪潮下弱还原-潮间氧化环境为主，蠕虫、疑源类、微古植物繁盛，岩石以黄绿色页岩为主，夹砂岩、泥晶灰岩。望山组沉积时海水中泥质大为减少，钙镁逐渐增加，盐度逐渐增高，为潮下低能—潮间—潮上环境，岩石反映了海退碳酸盐岩沉积序列。

2 徐州地区新元古界淮河系地层时代重新厘定

2.1 以往测年研究成果

近年来，王清海等（2011）研究华北陆块东南缘新元古代基性岩浆活动所形成的辉绿岩（徐淮地区辉绿岩床群）的岩石地球化学、年代学和Hf同位素的结果，表明辉绿岩侵位于元古代不同层位地层中（望山组、倪园组、九顶山组等），其侵入的最新层位是不整合于望山组之上的新元古界上震旦统金山寨组的底部，该套辉绿岩所含岩浆锆石SHRIMP U-Pb和Q-ICP-MS U-Pb测年结果显示其侵位结晶年龄为896Ma，形成于新元古代早期。与柳永清等（2005）对徐淮地区栏杆侵位于新元古界赵圩组和倪园组中的辉绿岩锆石年龄976±24 Ma～1038±26 Ma及杨进辉等（2004）对辽东半岛南部金州出露于新元古界桥头组灰岩中的辉绿岩锆石的SHRIMP U-Pb测年结果904±15 Ma基本吻合。另一种测年方法为海相碳酸盐岩样品的Sr-C同位素测定（在不同地质时期，海水的Sr同位素比值不同；C同位素地层学依赖于这个事实，随时间推移，海水C同位素比值主要反映有机物的纯埋藏速率；海水的Sr和C同位素组成的波动可以被海洋自生碳酸盐岩所记录，在对世界各地的上前寒武系的研究已证明，Sr、C同位素地层学结合是全球前寒武系地层对比的有力工具，可确定碳酸盐岩的沉积时代），如杨杰东等（2001）及郑文武等（2004）对淮河系地层给出的沉积时限为750～900 Ma[6-7]，而孙林华等（2010）根据Sr同位素与Kumar等（2002）对比认为该时限为800～1000 Ma，所以徐淮地区淮河系地层（即新兴组—望山组所沉积的一套海相碳酸盐岩地层）年限在750～1000 Ma。2018年《国际年代地层表》将青白口纪（国际称为拉伸系Tonian）时限定为720～1000 Ma。张克信（2018）指出青白口纪时期，辽吉和徐淮海盆为稳定的滨浅海沉积，而海相沉积盖层之下为太古界变质岩基底[8]。

青白口系顶界界限（南华系的底界）及沉积特征，研究区由于徐淮上升淮河系之上缺失连续地层沉积，且与上覆震旦系金山寨组（底界底砾石年龄为640 Ma左右）为不平行整合接触。周传明对比了LsnZhong-Wu等(2014，罗城四堡村和三江高友村丹洲群拱洞组近顶部凝灰岩）锆石U-Pb年龄716 Ma、张启锐等（2008，在湖南西部的板桥群近顶部）报道的725 Ma的年龄数据，与阿曼和加拿大等地Stuetian冰期沉积的起始时间相一致（Bowring et al.,2007；Macdonald et al.,2010），认为成冰系（南华系）的提出是以新元古代的冰期事件为依据，南华系作为中国南方与成冰系相对应的一个系级单位，其底界年龄约为716 Ma，与最新的国际年代地层表中成冰系底界年龄720 Ma相当，与本省下扬子地区南华纪苏家湾组（原称南沱组）冰碛岩形成时期相当[9]。

2.2 臼齿碳酸盐岩特征及分布时限

臼齿碳酸盐岩是一种类似于大象臼齿的褶皱肠状构造的岩石，臼齿碳酸盐岩发育在台地缓坡沉积体系中，可作为潮下浅水环境的标志，其形态在微层序中的分布反映沉积环境，具有重要的环境意义。臼齿构造在外观上呈现为镶嵌于深灰色、浅灰色宿主岩石中的青灰色条带状、蠕虫状及碎屑状等多种形态，其中充填纯净的微亮晶方解石，与周围的基底物质呈突变或溶蚀边接触，臼齿构造与风暴事件存在密切关系。这种岩石具有特殊的时限范围，主要分布在中、新元古代，比其老的或新的地层中极为罕见[2,10]。刘为付等经过对比研究发现臼齿碳酸盐岩层位的87Sr/86Sr比值介于0.7066～0.7053之间，分布时限在中—新元古代，主要出现在1500～650 Ma地质历史时期，最大峰值限于900 Ma至700 Ma，到650 Ma很少发育[2]。因此臼齿微亮晶灰岩在全球特定时限的出现，具有一定的全球对比意义，是一特殊的、重要的地质事件，可近似作为一种时间界限。

臼齿碳酸盐岩在徐州—淮南地区新元古界地层中广泛发育，即在原淮河群新兴组上部、贾园组、赵圩组下部、倪园组中部、九顶山组中部、张渠组中—上部、魏集组下部和望山组中—上部广泛分布。杨杰东、郑文武等研究发现，比刘老碑组地质年代老的地层和比望山组新的地层臼齿碳酸盐岩不发育[6-7]。结合臼齿碳酸盐岩分布时限，可推测城山至望山组应属青白口纪。

臼齿碳酸盐岩在徐淮地区新元古界地层中具有发育层位连续、厚度大、类型多样的特点。其形态在微层序中的分布反映沉积环境，具有重要的环境指示意义。以铜山区赵圩剖面为例，倪园组、赵圩组、贾园组岩性（白云岩、白云质灰岩、灰岩）均为碳酸盐岩，且发育竹叶状构造，见充填形态多样的（条带状、蠕虫状等）方解石脉，剖面岩性描述及图片均较好地体现了臼齿碳酸岩特征（图4-图8）。

铜山区伊庄镇赵圩（Pt32aj—Pt32bn）实测地层剖面（图4）：

9、灰色薄层含白云质灰岩，偶夹竹叶状灰岩，微层理发育 15.22m

8、白云质灰岩与灰质白云岩互层，微层理发育，局部夹竹叶状灰岩 41.97m

7、灰、深灰色中厚层白云岩，偶夹灰岩透镜体，底部见竹叶状构造 11.67m

——整合——

赵圩组（Pt31z）：237.09m

6、灰、深灰色厚层泥质条带状灰岩夹叠层石灰岩透镜体，见竹叶状构造 142.88m

5、灰、深灰色厚层灰岩夹叠层石灰岩透镜体。可见畸形方解石脉 56.79m

4、深灰色厚层灰岩，畸形方解石脉发育，见竹叶状构造 37.42m

——整合——

3、浅灰色中厚层砂质灰岩，表面有明显砂感，微层理、畸形方解石脉发育 6.00m

2、浅灰、灰色中厚层灰岩。微层理发育，具畸形方解石脉 ，见竹叶状构造 5.26m

1、黄灰色中厚层砂质灰岩，风化面具明显砂感，畸形方解石脉发育 27.52m

图4 铜山区伊庄镇赵圩倪园组-贾元组实测地层剖面图Fig.4 Actual Stratigraphic Profile of zhaowei to Niyuan Formation,Zhaowei village,Yizhuang Town, Tongshan District

图5 贾园组臼齿构造碳酸盐[11]Fig.5 Jiayuan formation molar structure carbonate(from WANG Lijuan, 2009)

图6 赵圩组臼齿构造碳酸盐Fig.6 Carbonate of molars in Zhaowei formation

2.3 本次测年结果

本次为进一步确定淮河群年龄，于徐州地区铜山区淮河群内取侵入灰岩的辉绿岩体样品，采用La-ICP-MS测年方法，测得其所含锆石年龄范围为920～940 Ma（图9），进一步证明原青白口系兰陵组、新兴组之上沉积的淮河系海相地层年龄早于南华纪，符合青白口系年龄界限。

图7 倪园组臼齿构造碳酸盐[11]Fig.7 Molars structural carbonate of niyuan formation (from WANG Lijuan, 2009)

图8 赵圩组上部的泥质条带状灰岩Fig.8 Argillaceous banded limestone in the upper part of Zhaowei formation

图9 测试样品年龄分布范围图Fig.9 Age distribution of test sample

3 区域对比

本区岩相和古生物特征与河北省蓟县小区可进行区域对比，蓟县小区的龙山组海相碎屑沉积石英砂岩与本区兰陵组海相石英砂岩完全可以进行对比。蓟县小区的景儿峪组灰岩与本区的新兴组、城山组至望山组可进行岩相对比，均为海相灰岩、页岩。古生物对比：均含相似的古藻类以及微古植物组合。因此两区可进行区域地层对比。河北蓟县与胶辽徐淮地层区、山东泰安临沂地层分区具有相似的岩相、古生物组合特征，因此可进行区域地层以及年代地层对比。

胶东地区蓬莱群沉积岩碎屑锆石年龄指示蓬莱群的沉积时代为1000～800 Ma，侵位于与山东土门群层位相当或其上层位地层中辉绿岩岩脉年龄904±15 Ma、890 Ma，徐淮、辽东广泛发育有与蓬莱群、土门群岩性组合相似、变质特征相同的青白口纪地层。且本区青白口纪城山组至望山组测年结果为920～940 Ma，因此本区兰陵组、新兴组、城山组—望山组与山东青白口系土门群、蓬莱群以及辽东可进行区域年代地层对比。

刘燕学等根据前人对吉辽徐淮地区研究测试的Sr、C同位素数值，发现辽南大连地区营城子组的87Sr/86Sr初始比值与吉南地区万隆组的87Sr/86Sr初始比值基本一致，徐淮地区的新元古代赵圩组、倪园组、张渠组与淮南的九里桥组、四顶山组、奶奶庙组的87Sr/86Sr初始比值与吉辽地区营城子组、南关岭组、万隆组的87Sr/86Sr初始比值基本上一致，说明吉辽徐淮地区新元古代具相同的沉积环境[3]；且青白口纪时徐淮—河南—山东—吉林—辽宁同属一个海盆地带，因此本区与吉林、辽宁、安徽淮南等地可以进行环境、地层沉积时代的区域对比。

孟祥化等利用Sr同位素、旋回层序、臼齿微亮晶灰岩事件对中朝板块和扬子板块晚前寒武纪地层进行了对比后认为：吉南的万隆组下部臼齿微亮晶灰岩段可与辽南的南关岭组下部、徐淮地区九里桥组（贾园组）下部的臼齿微亮晶灰岩段对比；辽南甘井子组中上部与徐淮地区赵圩组、倪园组臼齿微亮晶灰岩段相当；吉南的万隆组中部臼齿灰岩段可与辽南的营城子组中部臼齿微亮晶灰岩段相当[12]。

磁性地层学研究结果表明，辽南桥头组与苏皖北部相当层位的寿县组均为反极性，两区可以对比，吉辽徐淮地区的新元古代为同一沉积区[4]。现在吉辽徐淮地区上前寒武系的地理位置，是受后期郯庐断裂平移影响造成的。

由以上所列众学者研究成果以及区域对比结果可知：本区青白口系兰陵组、新兴组、城山组至望山组，与安徽刘老碑组、伍山组、寿县组可进行区域地层基本为同时代沉积；同时对应与胶辽地区辽东的永宁组、钓鱼台组至南芬组，蓟县地区景儿峪组，辽东地区南芬组。尤其徐淮地区青白口纪臼齿碳酸盐岩为全球性对比标志。以上众多学者对比结果仅限于新元古代，而本文则将区域存在可对比性时代具体至青白口系，即将淮河系可下调至青白口系，为位于兰陵组与新兴组之上的一套青白口系地层（表1）。

4 结语

根据最新测年结果、臼齿构造碳酸盐岩分布时限、地层区域对比等将徐淮地区原南华纪淮河系（城山组至望山组）重新厘定为青白口系。

表1 江苏省新元古界岩石地层划分Table 1 Lithostratigraphic Division of Neoproterozoic stratrum in Jiangsu Province

重新定义研究区青白口系：兰陵组至望山组为不整合在泰山变质岩群之上、平行不整合在震旦系金山寨组之下、含淮南生物群(蠕虫、疑源类)、大量叠层石化石等一套海相碎屑岩—碳酸盐岩。