张拴宏等-GRL：华北克拉通下马岭组黑色页岩内4层斑脱岩标志层作为全球首例前艾迪卡拉纪地质年代表岩石地层界限

　　地质年代表的划分及其界限年龄的精确厘定是地质学研究中的最重要的基础性工作之一，是开展地质学研究的时间标尺。显生宙地质年代表划分方案以全球界线层型剖面和点位（Global Standard Boundary Stratotype Section and Point，缩写为GSSP，俗称“金钉子”）为基础，其大部分界限年龄及艾迪卡拉纪底界均有“金钉子”控制。与显生宙不同，前艾迪卡拉纪地质年代表划分方案则以全球标准地层年龄（Global Standard Stratigraphic Ages，缩写为GSSA）为基础，其界限年龄一般为推测的整数，普遍缺乏全球性重大地质事件的约束（图1）。

　　前人研究发现，在华北克拉通北部的燕辽盆地下马岭组黑色页岩内存在大量的斑脱岩夹层，其锆石U-Pb年龄在1390 Ma至1360 Ma之间。这些斑脱岩的发现为限定下马岭组地层的沉积时代发挥了重要作用，但由于华北克拉通缺少同期的岩浆活动，这些斑脱岩中火山灰的来源一直没有解决，其全球意义也不清楚。

　　中国地质科学院地质力学研究所张拴宏研究员团队对下马岭组黑色页岩及其内斑脱岩夹层的野外地质调查及剖面测量结果发现，在燕辽盆地下马岭组黑色页岩内普遍存在一套极其特殊的、由4层斑脱岩构成的火山灰标志层（图2、图3）。这些斑脱岩标志层西起张家口下花园区、向东经赵家山、北京西山、承德乌龙矶、任家庄、小平台、凌源北炉，东至凌源姜杖子，东西延伸长度近400千米、南北宽度近100千米（图2）。标志层内斑脱岩单层厚度一般为3~5厘米，形态相似（下部3层间距相对较小，上部1层与第3层间距相对较大），部分剖面斑脱岩还与地层一起褶皱变形或倒转，或者被断层错断（图3）。相似的形态特征表明这套斑脱岩标志层形成时代相同，代表了下马岭组黑色页岩中的一个重要的区域性等时面（图4）。由于4层斑脱岩标志层分布面积广，厚度大，代表了下马岭组黑色页岩沉积时强烈的火山活动事件，可能与一次重要的全球性事件有关，对限定前艾迪卡拉纪地质年代表地质界限有重要科学价值。

　　研究团队通过与加拿大多伦多大学Jack Satterly年代学实验室合作，对下马岭组黑色页岩内4层斑脱岩标志层及其上部的2层斑脱岩样品开展了高精度锆石CA-ID-TIMS U-Pb年龄测试。获得了承德任家庄剖面及怀来赵家山剖面下马岭组黑色页岩中4层斑脱岩发育部位的锆石U-Pb年龄分别为1380.3+/-2.1 Ma和1380.4+/-1.1 Ma（图5）。两个采自4层斑脱岩标志层样品所有有效测点的207Pb/206Pb主峰期年龄为1380.33 Ma，加权平均年龄为1380.41+/-0.99 Ma（图5）。因此，高精度年代学将下马岭组中4层斑脱岩最发育部位，即下马岭组沉积时最强烈火山活动的时代限定在1380.41+/-0.99 Ma。另外还获得了怀来赵家山剖面距离4层斑脱岩上部约51米黑色页岩内斑脱岩锆石U-Pb年龄为1367.3+/-1.5 Ma（图5），由此计算出的黑色页岩的沉积速率约为3.89 m/Ma；获得了凌源北炉剖面下马岭组4层斑脱岩发育部位上部约12米处斑脱岩锆石U-Pb年龄为1377.0+/-1.3 Ma（图5），推算的黑色页岩的沉积速率约为3.52 m/Ma。由于赵家山剖面4层斑脱岩及其之间的黑色页岩总厚度为81厘米，根据赵家山剖面3.89 m/Ma的沉积速率估算的4层斑脱岩及其之间的黑色页岩沉积的持续时间为0.21 Ma，代表了下马岭组黑色页岩沉积时最强烈火山活动事件的持续时间。

　　由于华北克拉通缺少约1380 Ma强烈岩浆作用的记录，燕辽盆地下马岭组黑色页岩内斑脱岩的火山源区极有可能位于中元古代中期与华北克拉通相邻或相近的其他大陆上。团队前期研究结果显示，华北克拉通及北澳大利亚克拉通约1380~1360 Ma大规模黑色页岩沉积（下马岭组、Velkerri组）与哥伦比亚超大陆中广泛分布的约1380 Ma大火成岩省有时空及成因联系，以约1380 Ma全球性大火成岩省和大规模黑色页岩沉积为代表的全球性事件可以作为盖层系和延展系的界限。根据对下马岭组沉积时期古地理重建图和现代大气环流模式的分析，推测华北克拉通燕辽盆地下马岭组黑色页岩内4层斑脱岩火山灰的源区是位于波罗地克拉通上的Mashak大火成岩省，而这种近4000千米的远距离火山灰运移可能与哈德莱环流有关（图6）。北澳大利亚克拉通由于位于哈德莱环流之外，在与下马岭组同期沉积的Velkerri组黑色页岩中未发现火山灰夹层（图6）。

　　华北克拉通下马岭组黑色页岩内以4层斑脱岩标志层所代表的等时面及强烈火山活动可以作为中元古界盖层系和延展系界限的“金钉子”及标准剖面。根据下马岭组内4层斑脱岩高精度锆石CA-ID-TIMS U-Pb定年结果（1380.41+/-0.99 Ma）及其持续时间（0.21 Ma）估算结果，可以将这一“金钉子”的精确年龄限定在1380.41+/-1.20 Ma。因此，华北克拉通燕辽盆地下马岭组内黑色页岩内4层斑脱岩夹层可以作为盖层系和延展系界限的“金钉子”和标准剖面，也是全球首例前艾迪卡拉纪地质年代表的精确岩石地层界限年龄。华北克拉通下马岭组黑色页岩内4层斑脱岩标志层精确年龄的测定，为确定前艾迪卡拉纪缺少古生物化石约束的地层年代表界限及其精确年龄提供了新依据及新思路。

　　上述成果发表于美国地球物理学会（AGU）主办的国际SCI期刊Geophysical Research Letters上（Shuan-Hong Zhang*, Sandra L. Kamo, Richard E. Ernst, Jun-Ling Pei, Guo-Hui Hu, Qi-Qi Zhang, Hafida El Bilali, Yue Zhao. 2025. 1.38 Ga four-layer tuff marker horizon in North China black shales as a chronostratigraphic boundary for the pre-Ediacaran geological timescale. Geophysical Research Letters. 52(17): e2025GL117200. DOI: 10.1029/2025GL117200. https://doi.org/10.1029/2025GL117200）。

　　

　　 

　　图1 现行的国际前寒武纪地质年代表及其界限年龄（国际地层委员会, 2023）

　　

　　图2 华北克拉通燕辽盆地下马岭组4层斑脱岩标志层分布位置简图

　　 

　　图3 燕辽盆地典型地区下马岭组黑色页岩内4层斑脱岩标志层野外照片

　　 

　　图4 燕辽盆地不同地区下马岭组内4层斑脱岩标志层剖面图

　　 

　　图5 燕辽盆地下马岭组内4层斑脱岩标志层及其上部层位斑脱岩高精度锆石CA-ID-TIMS U-Pb定年结果

　　 

　　图6 燕辽盆地下马岭组黑色页岩内4层斑脱岩火山灰来源示意图