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）。
前人研究结果表明，显生宙（即寒武纪以来）大火成岩省与全球大洋缺氧与生物灭绝有明显的时空及成因关系，显生宙国际地质年代表中多个“金钉子”均与以大火成岩省、黑色页岩（大洋缺氧事件）及生物灭绝为代表的全球性地质事件相对应，如法门阶底界、二叠-三叠纪界限、托阿尔阶底界及土伦阶底界等（Percival et al., 2015；Ernst & Youbi, 2017）。前艾迪卡拉纪生物门类简单，生物灭绝不明显，但元古宙大氧化事件之后，全球主要克拉通开始大量发育黑色页岩沉积，并且与大火成岩省存在有一定的成因联系（Diamond et al., 2021; Xu Lei et al., 2024; Zhang Shuichang et al., 2024）。以元古宙大规模黑色页岩沉积及近同期的大火成岩省为代表的全球性事件可以为晚前寒武纪地质年代表划分及界限年龄提供重要依据（Zhang Shuanhong et al., 2018, 2021）。
中国地质科学院地质力学研究所张拴宏研究员团队通过与加拿大多伦多大学Jack Satterly年代学实验室Sandra Kamo和加拿大卡尔顿大学Richard Ernst团队合作，对华北宽城九虎岭剖面串岭沟组上部黑色页岩中斑脱岩（火山灰）开展了高精度锆石U-Pb年代学研究（图1、图2）。对4颗同岩浆期结晶锆石的高精度CA-ID-TIMS测年获得了1641.7+/-1.2 Ma的加权平均年龄（图3A），代表了串岭沟组上部黑色页岩的沉积年龄。这一新的年龄（1641.7+/-1.2 Ma）早于前人在宽城神仙岭-翁家庄剖面获得的黑色页岩内斑脱岩锆石SHRIMP U-Pb年龄（1621+/-12 Ma，孙会一等，2013；1634.8+/-6.9 Ma，刘典波等，2015），在层序上与前人获得的串岭沟组上部团山子组内火山岩（1641+/-4 Ma，张拴宏等，2013）及凝灰岩（1634+/-9 Ma，1637+/-8 Ma，马驭舟等，2024）的年龄相一致，代表了串岭沟组上部黑色页岩的精确沉积时代。这一沉积时代也与华北克拉通南部崔庄组、北澳大利亚麦克阿瑟盆地Barney Creek及Birrindudu盆地Fraynes组黑色页岩内火山灰锆石U-Pb年龄在误差范围内相一致（图3B）（Page & Sweet, 1998；Munson et al., 2020；Lyu et al., 2022），进一步验证了此前关于华北与北澳大利亚克拉通黑色页岩16.4亿年大规模黑色页岩同期沉积的推测（Zhang Shuanhong et al., 2022）。16.4亿年黑色页岩处在华北及北澳大利亚克拉通广泛分布之外，在其它克拉通可能也有发布，如西伯利亚克拉通下里菲统Ust-Ilya组，印度克拉通Vindhyan盆地Vindhyan超群Arangi页岩等，但缺乏精确的年龄限定。
16.4亿年大火成岩省及其伴生岩浆岩主要分布在劳伦（北美+格陵兰）和波罗地克拉通，并被认为与同一地幔柱过程相关（Klausen & Nilsson, 2019）。同期的基性岩浆活动在西伯利亚、西非和澳大利亚中部等也有发育。在哥伦比亚（奴那）超大陆中重建图上（图4），大部分16.4亿年大火成岩省（包括与其伴生的岩浆岩）和黑色页岩沉积均分布在相邻的克拉通上，并具有相似的峰期年龄（图3C），表明二者可能有一定的时空联系。前人研究结果表明，大火成岩省喷发增强的大陆风化作用会向海洋输送更多的营养元素（P、Fe等），导致海洋生产力提高及大规模黑色页岩沉积（Diamond et al., 2021; Erba et al., 2004; Ohkouchi et al., 2015; Percival et al., 2015, 2016; Xu Lei et al., 2024; Zhang Shuichang et al., 2024），因此，哥伦比亚超大陆中沿相邻克拉通分布的大火成岩省和黑色页岩沉积可能也存在成因联系，代表了一次重要的全球性事件，可以为晚前寒武纪地质年代表划分及界限年龄提供新依据。我们提出以16.4亿年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为作为中元古界盖层系和固结系的界限，并将其界限年龄限定在1640 Ma。上述研究结果一方面为认识“地球中年期”(“枯燥的10亿年”)大气圈、水圈、生物圈、岩石圈及其协同演化及晚前寒武纪地层断代提供了新依据，另一方面对于认识“地球中年期”大规模黑色页岩沉积的构造背景及成因也有重要科学意义。
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, Guo-Hui Hu, Qi-Qi Zhang, Hafida El Bilali, Yue Zhao. 2024. First high-precision U–Pb CA–ID–TIMS age of the Chuanlinggou Formation, North China Craton: Implications for global correlations of black shales and the Statherian/Calymmian boundary. Geophysical Research Letters. 51, e2024GL109457. DOI: 10.1029/2024GL109457. https://doi.org/10.1029/2024GL109457）。本研究成果受到国家自然科学基金项目（41920104004, U2244213, 41725011）资助。
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 华北克拉通太古宙-古元古代基底岩系及中-新元古代沉积盖层分布简图（A）及研究区地质图及剖面位置（B）
图3 华北宽城九虎岭剖面串岭沟组上部黑色页岩内斑脱岩锆石高精度CA-ID-TIMS U-Pb年龄测试结果（A）及其与华北南缘和北澳大利亚黑色页岩内火山灰年龄对比图（B）；全球16.4亿年大火成岩省及其伴生岩石U-Pb年龄与黑色页岩内斑脱岩（火山灰）年龄对比图（C）
图4 哥伦比亚超大陆重建图中16.4亿年大火成岩省与黑色页岩的分布（重建图据Li Zhengxiang et al., 2023）
