田輝 ，李懷坤 *，張健 ，蘇文博 ，劉歡 ，相振群 ，鐘焱

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局前寒武紀地質(zhì)研究中心，天津300170；3.中國地質(zhì)調(diào)查局華北科技創(chuàng)新中心，天津300170；4.中國地質(zhì)大學（北京），北京100083）

作為中-新元古界標準剖面，薊縣剖面（原天津市薊縣行政區(qū)已改稱天津市薊州區(qū)，本文出于尊重傳統(tǒng)，仍將涉及地質(zhì)研究的剖面稱為“薊縣剖面”或“薊縣中-上元古界剖面”）位于天津市薊州城區(qū)以北，具有保存完好的中-新元古代地層，長期以來一直作為我國中-新元古界的標準剖面[1-5]。命名于薊縣剖面的高于莊組最初稱為“高于莊灰?guī)r”，1959年第一次全國地層會議后改稱高于莊組[6]。高于莊組在燕遼裂陷槽廣為分布，其厚度和巖性均較穩(wěn)定，且均產(chǎn)出疊層石和微古植物，被認為是一套中元古時期華北克拉通北緣第一次大規(guī)模海侵的產(chǎn)物[7-8]。20世紀80年代以來，學者對該組開展了一系列古生物學-地層學研究[9-15]。

近幾十年以來，以薊縣剖面為代表的燕遼裂陷槽涌現(xiàn)了一系列地層年代學、地球化學、古生物學等相關領域的成果報道[16-21]：古海水碳同位素數(shù)據(jù)顯示[22-26]燕遼裂陷槽沉積區(qū)在高于莊期首次出現(xiàn)了顯著的碳同位素負漂移事件；Zhu et al.[27]在高于莊組發(fā)現(xiàn)了宏觀多細胞真核生物群，將該類生物在地球上首次出現(xiàn)的時代由～600 Ma提前至～1 600 Ma；Zhang et al.[28]在高于莊組三段發(fā)現(xiàn)了大氣增氧事件，并認為該事件促進了全球海洋多細胞真核生物的演化。此外，薊縣剖面高于莊組以其巨大的沉積厚度（1 596 m）、復雜多樣的沉積環(huán)境、特征性古生物/礦物等在整個中-新元古界占有獨樹一幟的研究地位：自下向上硅-鈣質(zhì)沉積結(jié)核、含錳白云巖（錳方硼石礦）、“瘤狀灰?guī)r”、宏觀藻類化石、臼齒碳酸鹽巖、瀝青質(zhì)角礫、同心圓狀藻結(jié)核等獨特的沉積現(xiàn)象的成因仍存廣泛爭議。因此，高于莊組時代的確認既是該時段沉積學研究的基礎，也是研究該時期全球生物-環(huán)境協(xié)同演化和對比的重要依據(jù)。

李懷坤等[29]首次在北京延慶地區(qū)高于莊組三段上部凝灰?guī)r中獲得的1 559±12 Ma的鋯石SHRIMP U-Pb年齡和1 560±5 Ma的LA-MC-ICP-MSU-Pb年齡之后，筆者等[30]在薊縣標準剖面高于莊組三段下部凝灰?guī)r中獲得了1 581±20（上交點年齡）Ma和1 577±12 Ma（加權平均年齡）的LA-MC-ICPMS U-Pb年齡數(shù)據(jù)，本研究在北京離子探針中心以SHRIMPU-Pb測試方法對上述高于莊組三段下部的凝灰?guī)r鋯石進行了驗證，以期獲得更加可靠和公認的高于莊組沉積時代。

1 地質(zhì)概況

薊縣剖面位于燕山山脈南緣，西距北京中心城區(qū)90 km，南至天津市中心城區(qū)100 km，與北京和天津中心城區(qū)之間交通便利。從剖面底部長城系常州溝組河流相的砂礫巖到青白口系景兒峪組濱海相泥質(zhì)微晶灰?guī)r，剖面總厚度9 197 m，幾乎未遭受變質(zhì)作用，變形微弱。自“呂梁運動”之后，華北克拉通結(jié)晶基底之上沿燕遼裂陷槽沉積了巨厚的中-新元古代地層，自下而上包括長城系常州溝組、串嶺溝組、團山子組、大紅峪組，薊縣系高于莊組、楊莊組、霧迷山組、洪水莊組、鐵嶺組和待建系下馬嶺組在內(nèi)的中元古代地層，青白口系駱駝嶺組和景兒峪組，以及下寒武統(tǒng)府君山組等地層單元[31]。

在中國地層表（2014）[31]中高于莊組位于薊縣系最下部，與下伏長城系大紅峪組不整合接觸，與上覆薊縣系楊莊組呈整合接觸。高于莊組主體為一套碳酸鹽巖沉積序列，在標準剖面上，其總厚度1 596 m。傳統(tǒng)上，該組自下而上分為四個亞組（表1），分別相當于現(xiàn)在的一段至四段。現(xiàn)將其巖性特征概括如下：

本文所研究樣品（14JX03-2）為凝灰?guī)r，取樣點位于薊縣穿芳峪鄉(xiāng)東水廠村南的鄉(xiāng)村公路邊，其地理坐標為 40°8′21″N；117°31′11″E（圖1、圖 2a）。該凝灰?guī)r樣品為張家峪亞組下部中-厚層灰質(zhì)白云巖中的夾層，外觀呈灰綠色，厚度約15 cm（圖2b）。層位位于張家峪亞組瘤狀灰?guī)r之上約55 m，緊鄰parachuariaglabra化石層。該凝灰?guī)r主要成分為玻屑（95%～97%）、晶屑及白云石（3%～5%）；玻屑呈彎曲線紋狀；晶屑可見石英，呈棱角狀，零星可見，少量晶屑被方解石交代呈假像，應屬于玻屑凝灰?guī)r（圖2c）。該凝灰?guī)r相鄰地層特征詳見文獻[30]。

表1 薊縣系高于莊組劃分Tab.1 Subdivision of the Gaoyuzhuang Formation,Jixian system

自凝灰?guī)r中所選出的鋯石總體上呈短柱狀或厚板狀自形晶體（圖3），長寬比為1.5/1～2/1，長軸60～100μm，未見明顯的搬運、磨蝕痕跡；鋯石內(nèi)部具有明顯的巖漿振蕩生長環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U主要在0.5～1（表2），具有中酸性巖漿鋯石的基本特征。

2 測試方法

SHRIMP鋯石微區(qū)原位U-Pb同位素年齡測定在北京離子探針中心完成（利用高靈敏度高分辨率離子探針質(zhì)譜儀SHRIMPⅡ），分析流程及原理見Compston et al.[32-33],Williamset al.[34]及宋彪等[35]。測試過程采用標準鋯石TEM[36]進行同位素分餾校正，使用標準鋯石M257進行待測樣品U、Th和Pb含量標定[37]。用SQUID和Isoplot[38]程序進行數(shù)據(jù)處理，采用鋯石樣品中實際測得的204Pb進行普通Pb校正，數(shù)據(jù)表中所列單個數(shù)據(jù)點的誤差為2σ，加權平均年齡為95%的置信度。在具體測試過程中，每測定四個樣品點進行一次標準鋯石TEM測定，以監(jiān)測儀器的穩(wěn)定性。

3 測試結(jié)果

按上述方法，筆者對高于莊組凝灰?guī)r（14JX03-2）鋯石測定了24個U-Pb同位素數(shù)據(jù)點。測點17與華北克拉通基底～1 800 Ma年齡一致，應屬于凝灰?guī)r中混入的鋯石，另外去掉不在諧和線上的2、22、23和24共4個測點，其他諧和度在95%以上的19個數(shù)據(jù)點的207Pb/206Pb表面年齡加權平均值為1 582±12 Ma（圖3）。因此，筆者認為該數(shù)據(jù)可以代表薊縣高于莊組張家峪亞組的一次火山事件的年齡。詳細的測試數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

4 討論

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch of the studied area

目前薊縣中-新元古界剖面的研究程度已經(jīng)達到了很高的水平，在巖石學、年代學、地球化學、古生物、古地磁等方面都有了大量的成果報道，這在世界范圍內(nèi)的中元古界剖面都是獨一無二的。薊縣剖面最初被認為保存了1.8～0.8 Ga的沉積記錄，繼陸松年和李惠民[39]首次將長城系大紅峪組火山巖年齡標定在～1 625 Ma之后，中元古代新的凝灰?guī)r/斑脫巖夾層不斷被發(fā)現(xiàn)并測得了精確的鋯石U-Pb同位素年齡，利用最新測年成果對薊縣剖面的中元古代地層-年代格架進行了重新厘定[21-26]，不僅重新確定了薊縣剖面底界的年齡，大部分中元古代地層組/段也獲得了精確的年代學約束，顛覆了許多傳統(tǒng)認識，這一系列成果在中國地層表（2014）中得到了體現(xiàn)。根據(jù)已有文獻資料[18-21，30，40-42]，重新確立的薊縣剖面中元古代地層格架：長城系1 650～1 600 Ma、薊縣系1 600～1 400 Ma、待建系（1 400～1 000 Ma）下部下馬嶺組1 400～1 350 Ma。

高于莊組沉積現(xiàn)象豐富多樣，特別是其生物-環(huán)境的演化一直受到學者的廣泛關注，其中官地亞組的硅-鈣質(zhì)沉積結(jié)核，桑樹庵亞組含錳白云巖（錳方硼石），張家峪亞組“瘤狀灰?guī)r”、宏觀藻類化石Parachuariaglabra.、臼齒碳酸鹽巖，環(huán)秀寺亞組瀝青質(zhì)角礫、同心圓狀藻結(jié)核等獨特的沉積現(xiàn)象的大部分仍屬未解之謎，除此之外，高于莊組的油氣成藏潛力也獲得了關注[43]。

圖2 采樣剖面和凝灰?guī)r微觀照片F(xiàn)ig.2 The sample－collecting cross－section of the Gaoyuzhuang Formation in Jixian area and the typical characteristics of the tuff

圖3 薊縣剖面東水廠村高于莊組凝灰?guī)r中鋯石分析點位及年齡Fig.3 The SHRIMP analysis spots and ages of zircons from the tuff of the Gaoyuzhuang Formation,Dongshuichang Village,Jixian section

1.6 ～1.0 Ga由于δ13C波動幅度很小而被稱為地質(zhì)歷史中“最單調(diào)的時段”（The dullest time）[44]，而國際上形成該固有認識的很大一部分原因是因為樣品采集密度偏低[45]導致的以偏概全。學者在薊縣剖面進行了詳細的δ13C研究[22-24,30]，基于最新的地層年代格架，其中不乏波動較大的時段，且部分可與其他大陸進行對比（高于莊組、楊莊組等），中-新元古界巨厚的碳酸鹽巖地層中，首次δ13C負漂移即出現(xiàn)于高于莊組[22-24，30]。

對于高于莊組的年代學研究，張巧大等[46]曾利用碳酸鹽Pb-Pb法測得1 608±74 Ma的數(shù)據(jù)，但受測試方法的限制未被廣泛采納。李懷坤等[29]首次在北京延慶地區(qū)高于莊組三段上部凝灰?guī)r中獲得的1 559±12 Ma的鋯石SHRIMPU-Pb年齡和1 560±5 Ma的LA-MC-ICP-MSU-Pb年齡之后，燕遼裂陷槽高于莊組才真正具有了可靠的年齡約束。筆者等于2015[30]年在薊縣標準剖面高于莊組三段下部凝灰?guī)r中獲得了1 581±20（上交點年齡）Ma和1 577±12 Ma（加權平均年齡）的LA-MC-ICP-MSU-Pb年齡數(shù)據(jù)，首次在我國中-新元古界標準剖面高于莊組中獲得精確可靠的同位素年齡數(shù)據(jù)。本研究利用鋯石SHRIMP U-Pb測年技術再次對上述凝灰?guī)r年齡進行了驗證。目前華北克拉通中元古代高于莊組只在第三段（張家峪亞組）具有精確的年代學約束，高于莊組上部楊莊組迄今未獲得精確的年齡約束，根據(jù)最新的碳同位素演化曲線對比[26]，楊莊組頂部應與全球～1 500 Ma的碳同位素正漂移相對應，即高于莊組沉積上限應早于～1 500 Ma；其沉積下限參考陸松年和李惠民[39]和張健等[47]獲得的長城系頂部大紅峪組火山巖年齡數(shù)據(jù)，應晚于～1 620 Ma，通常取整數(shù)值將大紅峪組的頂界年齡置于1 600 Ma，因此整個高于莊組的沉積時限應介于1 600 Ma與1 500 Ma之間。

高于莊組從張家峪亞組開始進入多細胞真核生物大發(fā)展階段，并開始出現(xiàn)明顯個體加大和細胞分異現(xiàn)象[13，17],與之前報道的串嶺溝、團山子組小微生物化石[14]相比具有更重要的生物進化意義。而且，臼齒碳酸鹽巖（Molar tooth）這一獨特的沉積現(xiàn)象也出現(xiàn)在張家峪亞組頂部，其成因也不乏生物成因解釋[48]。張家峪亞組至環(huán)秀寺亞組占據(jù)了高于莊組的絕大部分厚度，二者巖性特征顯示出明顯的潮下帶向潮間-潮上帶過渡的沉積特征，該海退過程對于海水氧含量及生物種類變化具有重要影響，這在地球化學和古生物學方面都得到了進一步證實[13，17，28]。

高于莊組經(jīng)歷了多次大規(guī)模海侵-海退旋回，高密度取樣得到的碳同位素演化曲線顯示，在～1 580 Ma首次出現(xiàn)中元古代碳酸鹽巖的負漂移之后，緊接著又出現(xiàn)多次負漂移往復循環(huán)[26]，標志著該時期沉積環(huán)境發(fā)生了多期次旋回變化。～1 580 Ma年齡的獲得同時也標定了大氣氧含量增加、宏觀多細胞真核生物的首次爆發(fā)等一系列重大地質(zhì)事件[27-28，49]發(fā)生的時限，為哥倫比亞超大陸裂解過程中全球性生物-環(huán)境演化和地層對比研究提供了時間依據(jù)。

5 結(jié)論

（1）獲得薊縣中-上元古界剖面高于莊組張家峪亞組凝灰?guī)r鋯石SHRIMPU-Pb年齡1 582±12 Ma，與其LA-MC-ICP-MSU-Pb年齡1 581±20 Ma相吻合，表明燕遼裂陷槽薊縣系高于莊組張家峪亞組下部沉積時代為～1 580 Ma。

（2）薊縣剖面高于莊組的沉積時代，應介于1 600～1 500 Ma。

（3）薊縣剖面中元古代首次碳同位素負漂移、首次多細胞真核生物爆發(fā)、全球增氧事件等地質(zhì)事件出現(xiàn)在～1 580 Ma。

致謝：陸松年先生開創(chuàng)了薊縣中上元古界標準剖面鋯石U-Pb同位素測年之先河，對近年來的凝灰?guī)r/斑脫巖U-Pb同位素定年工作起到了重要的引領和帶動作用，謹以此文祝賀陸松年先生80壽辰！鋯石SHRIMPU-Pb同位素測年得到北京離子探針中心劉敦一研究員、宋彪研究員等的大力支持和幫助；中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心陸松年研究員和朱士興研究員在薊縣剖面的研究工作中給予了一貫的指導和幫助；在此一并致以誠摯的感謝。