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本文聚焦纳米比亚纳马群(Nama Group),通过高精度锆石 U-Pb 年代学、碳同位素化学地层(δ13Ccarb)等研究,探讨埃迪卡拉纪末期年代地层学不确定性,分析两种场景下地层对比及盆地演化,为全球年代地层框架构建提供重要参考。
研究背景与目的
埃迪卡拉纪末期(约 551 百万年至 < 538 百万年)是早期后生动物演化的关键时期,纳米比亚南部和南非西北部的纳马群是该时期研究的重要对象,其高精度年代学和地层对比对解决后生动物演化时间线至关重要。然而,该群中火山凝灰岩夹层的年龄解释存在分歧,尤其在 Swartpunt 地区的 Urusis 组,锆石 U-Pb 数据显示年龄重复,影响区域地层对比和全球年代地层框架构建。本研究通过区域地层和结构 mapping、碳同位素化学地层及高精度放射性同位素锆石 U-Pb 年代学,旨在解决这些不确定性,探讨盆地演化模型及构造对地层的影响。
地质背景与方法
纳马群为晚埃迪卡拉世至早寒武世的混积前陆盆地序列,分为 Kuibis、Schwarzrand 和 Fish River 亚群。研究区位于 Swartpunt 地区,受 Gariep 造山运动影响,存在逆冲断层,地层结构复杂。研究方法包括:地质填图、地层测井与采样,对火山凝灰岩进行锆石 U-Pb CA-ID-TIMS 定年,分析锆石铪(Hf)同位素组成,以及碳酸盐碳同位素(δ13Ccarb)化学地层学分析。
结果
岩石地层与化学地层
Swartpunt 地区的 Upper Thrust Plate(UTP)、Middle Thrust Plate(MTP)和 Lower Thrust Plate(LTP)出露不同层位的地层,Huns 至 Spitskop 段发育生物礁和碎屑岩,δ13Ccarb值在不同层位呈现一定变化趋势,但缺乏明显异常,难以单独用于地层对比。
年代学结果
新测的锆石 U-Pb 年龄显示,Hoogland 段底部凝灰岩年龄为 546.862±0.088 百万年,Huns 段至 Spitskop 段年龄集中在 539.14 至 540.591 百万年之间,Swartkloofberg 地区的 Nomtsas 组年龄为 538.62±0.21 百万年。部分年龄呈现自下而上的重复现象,如 MTC Tower 和 Swartpunt Hill 的年龄序列相似,引发对地层重复或年龄解释的质疑。
铪同位素特征
锆石 εHf 值从 Hoogland 段的正值逐渐变为 Urusis 和 Nomtsas 段的负值,反映岩浆源区从亏损地幔向地壳熔融的转变,与 Damara 造山运动的碰撞过程一致。
讨论
两种场景分析
- 场景 1:锆石年龄代表最大沉积年龄
认为部分锆石存在继承性或分析偏差,导致年龄偏老。例如,Swartpunt 地区 Spitskop 段的多数年龄可能为最大沉积年龄,而非喷发年龄,需谨慎对待加权平均年龄在全球对比中的应用。
- 场景 2:构造重复导致年龄重复
提出 Gariep 造山相关的隐伏逆冲断层导致地层重复,使 E13-E16 层位在 E17-E18 重复出现。尽管缺乏直接露头证据,但区域构造背景支持该可能性。
区域对比与盆地演化
两种场景均支持纳马群盆地演化模型:早期(约 547-538 百万年)受 Damara 造山影响,地壳增厚,碳酸盐台地自北向南迁移;晚期受 Gariep 造山挤压,形成逆冲断层和地层重复。锆石 εHf 演化与造山过程的地壳增厚一致,进一步支持构造对沉积的控制。
对全球年代地层的启示
无论哪种场景,均表明锆石 U-Pb 年代学在复杂构造区存在不确定性,需结合地层、构造和同位素多数据综合分析。纳马群的研究为全球埃迪卡拉纪 - 寒武纪过渡时期的年代地层框架提供了关键校准点。
结论
Swartpunt 地区的年龄重复现象可通过最大沉积年龄(场景 1)或构造重复(场景 2)解释,两者均为盆地演化提供了约束。Damara 和 Gariep 造山运动控制了纳马群的沉积和构造格局,碳酸盐台地迁移与造山过程密切相关。未来研究需补充锆石显微图像等数据,以标准化年龄解释标准,提升全球年代地层对比的准确性。