新元古代南华纪冰川地质事件的全球规模及其成果

南华系主要分布于我国华南、西北及东南各地，岩性多为含火山碎屑物质的粗碎屑岩、岩屑砂岩及少量泥岩、碳酸盐岩或火山岩。其中，常见有冰成岩堆积，成为显著特征。此外，在西南和东南地区，岩层还有轻微或较深变质现象。由于近半个世纪以来我国及世界性的对于晚前寒武纪地层研究的热潮及广泛的区域调查，对涉及南华纪的生物地层、年代地层，甚至古地磁磁性地层等多重地层研究，也有了初步成果（刘鸿允等，1963，1965，1973，1989，2003）。

有证据表明，普遍性的古气候的严寒、“雪球地球”形成，成为南华纪壮观的自然景观。与此同时，在晋宁运动的影响之下，使我国北方的两大古陆，即阿尔泰　兴安区和中朝区进一步扩大、隆起，很少或没有保留南华系沉积及冰成岩遗迹。而在我国华南和西北区，于扬子古陆、华夏古陆及其周围海域，则有大陆冰川和陆海过渡相的堆积；于准噶尔、塔里木与柴达木等古陆及其周围海域或山间盆地，亦有陆　海冰川遗迹的广泛发育。以上两大地区，成为我国南华系分布的重要而广泛的地层区。根据具体特征，它们还可以进一步划分成若干地层分区。此外，在我国西南的西藏 滇西区，在羌塘古陆的边缘地区等地，亦可能有海相的南华系沉积。

古老的南华系已有低等的古植物化石报道和研究，如微古植物、宏观藻类及生物沉积构造的叠层石等。据邢裕盛（1989）、高林志（2001）等研究和总结，此时的微古植物分子以单细胞浮游藻类的球藻群为主，含有Leiopsophosphae，Trachysphaeridium，Trematosphaeridium等属的一些分子，并含褐藻Laminarites antiquissimus及宏观藻类Vendoteenides，叠层石有Tungussia，Gymnosolen等。

在年龄测试方面，据邢裕盛等（1989）的报道，由于莲沱组适合年龄测试的矿物很少，需由其下伏地层的崆岭群与黄陵花岗岩体中的测试结果来推定。长期以来，众多单位采用多种测试方法（如K-Ar法、Rb-Sr法、U-Pb法、U-Th-Pb法以及离子探针法等）对不同矿物和岩石进行测定，经综合分析，推定莲沱组底界为800±50Ma。最近，尹崇玉等（2003）对湖南省石门杨家坪南华系候选层型剖面的SHRIMPⅡ定年研究表明，位于该剖面下南华统渫水河组（相当于富禄组）顶部之下10m处凝灰岩夹层的锆石年龄为758±23Ma，与宜昌莲沱南华系底界为780Ma，与本次对长安冰碛层底界年龄测定为760Ma的数据基本一致。而其下张家湾组距顶界12m处的年龄为809±16Ma，这与区域上五强溪组、滇中澄江组底界年龄基本一致。

20世纪90年代以来，张惠民等（2000）对我国前寒武纪岩石的磁性地层学开展了研究，并取得初步成果，建立了初步的磁性地层年代柱（表），并与各大洲对比。得出相当于南华系800～700Ma以正极性为主的混合磁极性带。与澳大利亚成冰纪的斯图特（或长安）冰期和马临诺（或南沱）冰期出现的反磁性为主的混合磁极性短带或期相似，有着全球性对比意义。此外，张惠民（1982）还测得莲沱组形成时所处的地理位置在纬度25°左右，南沱组在纬度19°，大体上均属低纬度地区（南纬和北纬30°以内）。

由上所述，根据南华系的岩性特征、成冰环境与古地理特征、古生物面貌、年龄测试成果及磁性地层学研究成果等，其中主要依据冰川地质事件特征，把我国南华纪地层划分为以峡东区和新疆库鲁克塔格区为代表的华南型和西北型“岩石 冰川事件地层标准层序”。华南型包括长安冰期、冰前期富禄组及古城组、南沱组两亚冰期及大塘组间冰期；西北型包括贝义西组与阿勒通沟-特瑞爱肯组两亚冰期及照壁山间冰期（表2-19）。

新元古代南华纪冰川地质事件具有全球性的巨大规模，其活动遗迹遍布于当今各大陆，国际上有“成冰纪”之说。与中国华南冰川活动一样，在大多数已知地区也先后发现有早晚（或上下）两个冰碛层位，地质年代上也大体相当，有的还见有微古植物、叠层石、微植石及真核生物化石（如苦泉组）的报道。

南华纪冰川沉积在非洲有广泛发育。中非的加丹加地区（刚果民主共和国与赞比亚边界）的昆地仓古群与大砾岩 姆瓦西亚群分别见小砾岩冰碛层和大砾岩冰碛层；在南澳洲的阿得雷德地区的翁贝拉塔那群中，有上、下两个冰碛层位，即著名的马林诺上冰碛层与斯图特下冰碛层。它们分别相当于南华纪的南沱冰期和长安冰期。其他在西北欧的挪威、苏格兰、格陵兰；俄罗斯的乌拉尔、中天山；北美的落基山地区以及南美的巴西等地，亦有时代可能略晚一些的古老冰碛沉积的记录。

当代，对于南华纪古老冰碛层的研究，仍是地质学热点之一。各专业学者围绕着一些有意义、有趣的课题在深入探讨，如南华纪时期各大陆的古地理位置。科学家发现，冰期的大陆多分布于低纬度地区；南华纪古气候骤变的机制，科学家提出“雪球地球”的假说；冰期后的生物大爆发与冰川作用的联系以及“雪球地球”的现实意义等。

新元古代冰川在各大陆有着广泛分布。通过对这些冰川遗迹或遗物——含有碳酸盐岩碎屑的冰碛岩或杂砾岩、坠石及纹泥等进行古地磁学研究，由冰川岩石的磁倾角仅仅略微偏离水平方向的测量结果，证明它们的地理位置大都处于低纬度（南纬或北纬30°以内）地区，即包括地球热带在内的整个地球都被冻住了，“雪球地球”形成，且持续延长几千万年之久，其规模之大、时间之长以及对于原始生命之影响，是第四纪时末次冰期无法比拟的。

对于古老的地球何以出现这种奇妙的“雪球地球”景观及此后融化、消失的原因，科学家们进行了不懈的努力，甚至做出数学模型，试图通过太阳辐射、大气与地表的相互作用，用反射率的失控来解释气温的下降，用二氧化碳的温室效应来解释气候的变暖和冰川的融化。

表2-19　中国新元古界南华系岩石-冰川事件地层划分对比表

同时，科学家还认识到，此次冰川作用还恰好发生在多细胞生命的迅速多样化之前，“雪球地球”上长期隔离与极端恶劣的环境最有可能使生物的基因改变，有助于进化的突然爆发，即稍后的新元古代晚期（如伊迪卡拉动物群、白海生物群、庙河生物群、瓮安生物群、高家山生物群及西陵峡生物等）以及寒武纪（如澄江动物群、布尔吉斯生物群与凯里生物群等）等一系列生物大爆发的出现。

综上所述，南华冰期的冰川地质事件，对地层划分、对比、古气候变迁及生物演化等诸多方面的科学研究均有重要意义。也因为如此，《国际地层表》（1989）上有了“成冰纪”（Cryogenian）的创建及《中国区域年代地层（地质年代）表》（2001）上有了南华系的建立。

1.冰期地层

研究区地处扬子陆块东南缘，分属扬子地层区和江南地层区（邢裕盛，1989；王自强，1987），是我国新元古代地层发育最为完整和典型的地区。(www.xing528.com)

扬子地层区和江南地层区的中新元古界发育完整，但构造古地理环境复杂。随着陆块区的演化发展，扬子地层区和江南地层区新元古代地层具有多种类型（类型Ⅰ、类型Ⅱ和类型Ⅲ）的沉积组合（图2-35）。

沉积类型Ⅰ和类型Ⅱ属扬子地层区，分别代表地台内部沉积类型（类型I）和地台边缘及大陆边缘过渡区的类型（类型Ⅱ）。沉积类型Ⅲ属江南地层区，代表大陆边缘的斜坡至盆地区的沉积类型。按照冰川的发育规律，我们也将这3种类型分别命名为冰内、冰前、冰外环境。

图2-35　上扬子地区东缘南华系沉积剖面示意图

1.盖帽碳酸盐岩；2.沉积缺失；3.冰成混积岩（冰水）；4.冰成混积岩；5.砂岩透镜体；6.砂岩；7.含锰粉砂岩；8.粉砂岩；9.滑塌砂岩体；10.剖面点

湖北宜昌峡东地区莲沱王丰岗剖面，系原震旦系标准剖面所在地，是扬子陆块内部沉积类型（类型Ⅰ，冰内）的代表，其下与黄陵花岗岩接触，缺失与下伏沉积地层的接触关系。

代表扬子地台边部过渡区的南华系（沉积类型Ⅱ，冰前），主要分布于湘西北至黔东北地区，以石门杨家坪剖面为代表。

沉积类型Ⅲ（冰外）的南华系主要分布于湖南双峰、涟源、溆浦、怀化至贵州凯里一线以南，代表了大陆边缘的斜坡-裂陷盆地沉积组合。扬子地台区的板溪期沉积盆地经历了从早期拉张裂陷到后期向主动大陆边缘转化的过程，同时这一转化过程也导致本区受到不同程度的变质作用和构造变形作用的影响，因此，普遍形成变质砂岩和板岩，并存在片理化的特征。

各种沉积类型中都包含着两个不同规模、不同时间间隔段的两个寒冷气候沉积。

（1）在沉积类型Ⅰ和类型Ⅱ分布区，即湖南双峰、涟源、溆浦、怀化至贵州凯里一线以北，发育古城、南沱两个冰源地层，其沉积特征以杨家坪剖面最具代表性。其地层序列为富禄组、古城组、大塘坡组、南沱组。前人一般认为，古城冰期仅为间冰期中的一次小的转寒，具有局限性，不属于一个在区域上可对比的冰期事件。但也有研究者认为它属于下冰期的一部分，且时间上可能晚很多，已到达下冰（长安）期末期。

（2）沉积类型Ⅲ分布区同样发育两个冰期地层，下部长安冰期、上部南沱冰期。其地层序列为长安组、富禄组、大塘坡组、南沱组。但从沉积特征来看，该区的冰源地层已不具典型的冰成岩特征，由于盆地古地理的差异和控盆构造的影响，在各地表现不一，总体上表现出重力流特点，我们称其为“冰源重力流”。这一特征随着盆地水体深度的增大以及距离陆地渐远而变化，越过双牌、衡阳一线之东南，重力流特征已不明显，为盆地浊积扇相砂页岩夹浮冰沉积。

2.间冰期地层

在两个主冰期之间发育一套砂页岩夹钙质岩系列，为间冰期沉积。赋存沉积型碳酸锰矿，是研究区内主要锰矿产出层位。地层序列命名为富禄组、大塘坡组。二者的沉积学特征是沉积物中大量反映牵引流特征的沉积构造，沉积介质以正常流体或水体为主。

依据沉积特征，可以分为雪峰型、武陵型两个略有不同的沉积体系。

在雪峰山地区主要为一套厚层含钙及夹碳酸盐岩的砂屑岩。砂岩有长石质及杂屑质两种，且基质含量变化较大，成分复杂，分选较差。底部有赤铁矿　硅质岩及含铁岩石等组成的含铁岩系。武陵型沉积为长石砂屑岩和岩屑杂砂岩，夹碳酸盐岩和锰矿层。