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新元古代作为前寒武纪与显生宙的过渡时期，是地球演化过程中一个极为关键的时期，地球表层系统在该时期经历了一系列重大变革。其中，新元古代冰川事件记录了超大陆构造演化、成藏成矿、生态环境骤变及生命大爆发等地质事实，这些地质事实与地球科学基础研究及国民经济建设中对矿产资源的需求密切相关。
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冰川活动曾于新元古代遍布全球各大陆，至少两次全球性冰川作用已得到普遍认可（Kerr，2000），全球性大冰期在国际上具有很好的对比性。冰期事件在新元古界缺乏古生物化石等有利地层对比标志时可作为重要的对比标志，同时不同地区新元古代冰期事件的启止时间可以检验全球新元古代冰期事件的等时性。全球新元古界沉积经历了多次冰期-间冰期旋回（叶云涛等，2017），富有机质沉积物在间冰期全球海平面快速上升与局部盆地、裂谷发育的综合作用下容易堆积，有利于新元古界重要烃源岩沉积（Craig et al.，2009; Lottarolif，2009），说明冰川作用和全球气候对新元古界烃源岩的分布具有重要控制作用。全球范围内，西伯利亚、非洲、东欧、印度、阿拉伯、澳大利亚等克拉通盆地均发现新元古界原生油气资源系统（汪泽成等，2014），该含油气系统层序位于南华系冰期之后，为“后冰川期含油气系统”（Craig et al.，2009）。塔里木地块石油、天然气等矿产资源丰富，新元古界露头（图1）出露多套冰碛岩沉积（高林志等，2010），尤其是地块东北缘库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩地层剖面连续发育4套新元古代冰碛岩沉积，事件沉积特征清晰。
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因此，选择塔里木地块新元古代冰碛岩地层作为研究对象能够推进塔里木地块新元古界基础地质研究，为新元古界油气资源勘探开发提供石油地质科学依据; 能够完善塔里木地块新元古代冰碛岩地层研究，搭建新元古代冰期事件对比框架; 为国内不同地块和全球各大陆发育的冰碛岩时代序列提供有效的标定，检验“雪球地球”事件中全球新元古代冰期的等时性。
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1 全球新元古代极端气候事件
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1.1 “雪球地球”假说
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最早，新元古代冰川沉积物的古地磁测定结果显示，当时全球各大陆板块聚集在赤道附近，新元古代可能存在全球大冰期（Harland，1964）。Budyko（1969）基于冰雪表面反照律反馈效应导致冰盖扩张的观点，提出新元古代全球冰川化的假说。Sumner et al.（1987）发现了新元古代冰期时发育在赤道附近浅海环境中的冰期沉积物，认为新元古代冰川曾到达过现今热带地区的海平面附近。根据各大陆新元古代冰川沉积学、地质年代学和古纬度等证据，Evans（2000）认为新元古代全球包括赤道在内的中低纬度地区曾存在大量冰川沉积，全球性的冰川作用使地球被冰雪覆盖，并成为冰封状态下的“雪球”。
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古地磁学的证据暗示，新元古代中低纬度地区聚集了各大陆板块，亚热带地区大陆面积的陡增极大地提高了亚热带地区反射率、加速了硅酸盐风化、降低了大气CO2浓度，导致地表温度持续降低，加上中高纬度地区冰盖反射的效果，加剧全球气候不稳定性，导致全球温度进一步降低直至冰冻（Kirschvink，1992）。一般地，冰反射引发的极端气候是长久难以逆转的，但是驱动板块构造的火山活动不断排放二氧化碳，冰冻的地球无法提供充足的液态水消耗这些CO2，最终CO2聚集到超高浓度并形成温室效应融化全球性冰川，使地球从“雪球地球”返回。在温暖的地表海环境下，大气中CO2生成碳酸钙沉淀，形成了全球冰川沉积后的盖帽碳酸盐岩。Hoffman et al.（1998）在全球多个地区直接覆盖在新元古代冰川沉积之上的盖帽碳酸盐岩中发现了表现一致的碳同位素负异常，指出地表海洋曾发生冰封事件、且海洋的生物产率曾中断数百万年，而上述现象能够被全球性冰川作用解释。
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图1 塔里木地块南华系—震旦系露头发育情况
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Fig.1 Field outcrop development of the Nanhua-Sinian System in the Tarim Block
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在此基础上，Hoffman et al.（1998）从地球系统的综合视角出发，进一步将板块运动、火山作用、化学风化等因素有效关联，系统论证了“雪球地球”假说。新元古代晚期，聚集在赤道附近的Rodinia超大陆裂解使大陆边缘海面积迅速增加，极大增加了边缘海生物初级产率和有机碳埋藏量，造成大气中CO2含量锐减，驱动了冰反射，导致冰川沉积一直扩散到赤道附近，形成“雪球地球”（Hoffman，1999; Schrag et al.，2002）。“雪球地球”假说，从地球系统的演化探寻新元古代全球性冰川沉积的形成规律，综合了超大陆裂解、古大陆古地理分布、大气温室效应与冰室效应、稳定同位素特征及生物对环境变化的响应等多方面现代地球科学理论。
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1.2 新元古代冰期事件的识别
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“雪球地球”假说的成功提出（Kirschvink，1992; Hoffman et al.，1998），合理地解释了之前一些不能解释的地质现象，如:碳同位素组成的异常变化、盖帽碳酸盐岩和条带状铁矿层的发育等（冯东等，2006）。新元古代冰期事件可通过以下方法进行识别和判断:① 沉积物的成分、结构和构造; ② 冰期前后沉积地层的碳同位素组成; ③ 冰期事件之后地表水的氧同位素组成; ④ 化学蚀变指数（CIA）。
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冰川沉积物的成分、结构和构造可提供识别冰川活动的地质证据。冰川移动产生的巨大压力，会“侵蚀破坏”冰川底部和两侧的基底或岩层，形成较大的砾石和岩块。由于磨蚀作用，在冰川经过的区域或携带的岩石上常见冰川擦痕和刻槽（赵彦彦等，2011）。冰川的搬运作用无分选，导致冰川沉积常呈现砾径大小不一、分选差、成层性差、岩性复杂、混杂堆积等特征。
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新元古代冰期事件前，碳同位素组成普遍为正值（一般δ13C＞5‰）; 冰期事件结束后，碳同位素组成发生明显负漂移，并且这一特征常被冰期沉积之上的盖帽白云岩所记录（Hoffman et al.，1998; Kennedy et al.，2008; Halverson et al.，2010）。全球范围内，新元古代冰期事件几乎均与碳酸盐岩碳同位素负异常存在关联（周传明等，2001; Hoffman et al.，2002; 王金权，2004; Halverson et al.，2005; Fike，2006; Zhou Chuanming et al.，2007），但并不是所有碳同位素负异常都与冰期事件相关联（Corsetti et al.，2003; Condon et al.，2005; Melezhik et al.，2005; Zhang Shihong et al.，2005）。冰期事件与碳同位素负异常之间的关联现象，已得到不同地质模型的解释（Kennedy et al.，2001; Shields，2005; Guerroué et al.，2006a，2006b; Wang Jiasheng et al.，2008）。
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当海水蒸发时，较轻且振荡较快的含有16O的水分子更容易进入陆地上的云雾中，导致云雾形成的陆地淡水相对富集16O，而海水相对富集18O。在极端寒冷条件下，氧同位素在不同载体间的分馏作用很弱，大洋冰川与海水的δ18O值相差不大，但由海水蒸发作用形成的陆地淡水无论是否冰川化都会表现负的δ18O值（赵彦彦等，2011），陆地上大气降水的δ18O值会随着纬度或高度升高而降低，同时由赤道向两极逐渐降低（Hoefs，2009）。因此，陆地淡水异常低的δ18O值是大气降水或局部陆地冰川融水的结果（Fairchild et al.，1993）。如果地表岩层中出现异常低的δ18O值，则记录了曾经存在寒冷气候条件下的大气降水或大陆冰川融水（Zheng Yongfei et al.，2007; Zhao Yanyan et al.，2010; 赵彦彦等，2011）。
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最早，CIA被作为反映化学风化程度的指标提出来（Nesbitt et al.，1982），随着研究的不断深入，CIA被引入到冰川成因、非冰川成因地层的识别（童勤龙等，2013; 丁海峰等，2014）以及古气候的研究（李明龙等，2021），并在新元古代冰成碎屑岩的研究应用中取得了很好的效果（冯连君等，2003，2006; 王自强等，2006; 刘兵等，2007），已成为识别新元古代冰期沉积及异常寒冷气候事件的重要手段。沉积搬运过程中的分选作用使碎屑岩在化学组成上与源区物质存在一定差异，地球上地壳、现代沉积物及主要矿物的CIA值（冯连君等，2003）见表1。一般地，寒冷干燥气候背景下（低等化学风化程度）的冰碛岩和冰碛物CIA值约为50~65，温暖湿润条件下（中等化学风化程度）约为65~85，炎热潮湿热带亚热带气候条件下（强烈化学风化程度）约为85~100（Nesbitt et al.，1982; Young et al.，1999）。因此，新元古代沉积物和现代沉积物的CIA值比较结果，可推断新元古代沉积物沉积期的气候特征与环境。
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1.3 全球新元古代冰期事件
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现今各大陆发现的大量新元古代冰川沉积是支撑“雪球地球”假说的一个重要证据，当时这些大陆主要位于中低纬度地区，需要全球性的低温条件才能形成完全被冰雪覆盖的“雪球地球”。沉积学、地质年代学和地球化学等研究显示，新元古代主要发育四次成规模的冰期事件（图2），时代由老至新分别为:Kaigas冰期（Zheng Yongfei et al.，2007; Xu Bei et al.，2009; 张启锐等，2009; Macdonald et al.，2010），Sturtian冰期（Lund et al.，2003; Fanning et al.，2004; Xiao Shuhai et al.，2004; Xu Bei et al.，2005; Babinski et al.，2007; 张启锐等，2009; Rooney，2020），Marinoan冰期（Zhou Chuanming et al.，2004; Condon et al.，2005; Halverson et al.，2005; Zhang Shihong et al.，2005）和Gaskiers冰期（Bowring et al.，2003; Hoffman et al.，2004; Xiao Shuhai et al.，2004; Halverson et al.，2005）。
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表1 上地壳和不同种类岩石矿物的CIA值（据Nesbitt et al.，1982; Young et al.，1999）
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Table1 CIA values of the upper crust and different types of rock minerals (after Nesbitt et al., 1982; Young et al., 1999)
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1.3.1 Kaigas冰期
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在新元古代四次成规模的冰期事件中，Kaigas冰期的全球对比性较差，主要在非洲大陆和我国西北地区分布（图2a），在我国其他地区尚未发现与Kaigas冰期对应的冰川沉积，但华南地区负δ18O值矿物的发现不排除存在可与该冰期进行对比的寒冷气候事件（冯连君等，2003; 王自强等，2006; Zheng Yongfei et al.，2008）。
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赞比亚西北部Kundelungu群发育厚层的块状冰川沉积，沉积物中发育厚层的粒序层理，砾石分选差，粒径可从毫米级增至1 m，碎屑杂乱堆积，石英砾石表面发育在冰川搬运过程中形成的磨蚀槽。该套冰碛岩之下Mwashia群火山熔岩的锆石U-Pb年龄为765±5 Ma和763±6 Ma，冰碛岩之上Katanga群中的变质火山岩锆石U-Pb年龄为735±5 Ma，暗示Kundelungu群冰川沉积发生在765~735 Ma（Key et al.，2001）。纳米比亚西南部Kaigas组发育冰川沉积，厚度在横向上变化不大，冰碛岩层是在碎屑流、滑塌构造和岩屑流形成的扇体上沉淀的，层理间常夹双峰式火山岩碎屑层，可见巨型漂砾（Frimmel et al.，1996）。纳米比亚北部侵入Kaigas冰碛岩下伏地层中正长岩岩脉的锆石U-Pb年龄为757±1 Ma，其西南部Port Nolloth群中冰碛岩之下长英质火山岩的锆石U-Pb年龄为751.9±5.5 Ma，可代表该地区Kaigas冰期事件的起始年龄（Hoffman et al.，1994; Borg et al.，2003）。Kaigas冰碛岩之上变质流纹岩的锆石U-Pb年龄为741±6 Ma，代表了Kaigas冰期的结束年龄（Frimmel et al.，1996）。因此，Kaigas冰期的时代可能为757~741 Ma。
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1.3.2 Sturtian冰期
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Sturtian冰期在全球范围广泛分布（图2b），主要在纳米比亚北部、澳大利亚南部、北美西北部和我国华南等地典型发育。
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最初，Hoffman et al.（1996）获得纳米比亚Chuos组冰碛岩下火山岩的锆石U-Pb年龄为746±2 Ma，但该火山岩距离冰碛岩层位较远。Macdonald et al.（2010）在加拿大西北部Rapitan群冰期沉积物下部岩墙获得的锆石U-Pb年龄为716.5±0.2 Ma，同时还在加拿大西北部Mount Harper群上部冰碛岩之下的火山杂岩中获得锆石U-Pb年龄为717.4±0.14 Ma，该段火山杂岩下再未出现冰期沉积。其他学者在美国南部Pocatello组冰碛岩中流纹岩（717±4 Ma）（Fanning et al.，2004）、阿曼北部Huq群中Ghubrah冰碛岩夹凝灰质杂砂岩（723+16/10 Ma）（Braiser et al.，2000）、（711.8±1.6 Ma）（Bowring et al.，2007）等层系中获得了较接近的锆石U-Pb年龄数据，说明不同地区Sturtian冰期开始的时间可能存在等时性。
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美国爱达荷州南部Scout Mountain段冰期沉积杂砾岩顶部盖帽碳酸盐岩之上凝灰岩层中的锆石U-Pb年龄为667±5 Ma（Fanning et al.，2004），澳大利亚南部Appila冰碛岩之上Wilyerpa组火山灰层中的锆石U-Pb年龄为659.7±5.3 Ma（Fanning et al.，2008），中部Amadeus盆地Aralka组黑色页岩获得的Re-Os年龄为657.2±5.4 Ma（Kendall，2006），指示Sturtian冰期持续时间较长或包含多次持续时间较短的小冰期，结束时间大约在660 Ma左右。
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我国华北地区未见该冰期沉积的报道，华南地区该冰期沉积发育，但此前与Sturtian冰期相关的“长安冰期”、“富禄冰期”和“古城冰期”等多个名称造成地层划分与对比等一直存在分歧。张启锐等（2006）将属于华南地区Sturtian冰期沉积的相关地层单元统一合并为“江口群”，相应冰期称为“江口冰期”。湖南长安组冰碛岩之下、板溪群顶部火山岩夹层中的锆石U-Pb年龄为725±10 Ma（Zhang Qirui et al.，2008），被视为江口冰期的启始年龄。Lan et al.（2014）通过拱洞组的SIMS U-Pb锆石定年研究，将华南江口冰期开始时间进一步精确为715.9±2.8 Ma。高永娟等（2020）在黔东地区两界河组底部获得最年轻的岩浆锆石年龄为708±15 Ma，认为古城冰期之前的间冰期沉积开始的时间应晚于~708 Ma。大塘坡组底部间冰期沉积物中锆石U-Pb年龄为663±4 Ma和654.5±3.8 Ma（张启锐等，2006，2009; 尹崇玉等，2006; Zhang Qirui et al.，2008; Zhang Shihong et al.，2008; Zheng Yongfei et al.，2008），可限定江口冰期的结束年龄。因此，我国华南地区江口冰期的起止时间与国际上所接受的Sturtian冰期年龄大体一致。
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图2 新元古代主要冰期沉积物全球分布（据Zhao Yanyan et al.，2011）（据Zhao Yanyan et al.，2011）
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Fig.2 The distribution of the Neoproterozoic major glacigenic formations on Earth (after Zhao Yanyan et al., 2011)
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1.3.3 Marinoan冰期
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Marinoan冰期全球分布范围最广（图2c），不同地区横向上沉积厚度变化较大（Jiang Ganqing et al.，2003; Lorentz et al.，2004; Halverson et al.，2005）。一般地，Marinoan冰期沉积之上发育一套厚度稳定的“盖帽白云岩”，该碳酸盐岩发育特殊的沉积构造特征和明显的碳同位素漂移（Hoffman et al.，1998; James et al.，2001; Kennedy et al.，2001; Porter et al.，2004）。冰期前，δ13C值降低; 冰期时，大气和海水的δ13C值相同; 冰期后，δ13C值逐渐升高（Hoffman et al.，1998; Zhu Maoyan et al.，2007）。
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澳大利亚中部Amadeus盆地Aralka组中黑色页岩的全岩Re-Os年龄为657.2±5.4 Ma（Kendall，2006），而Aralka组之上Olympic组被认为属于Marinoan冰期沉积（Bowring et al.，2003），Marinoan冰期的开始时间应晚于657.2±5.4 Ma。纳米比亚Ghaub组为Marinoan海相冰期沉积的产物（Walter et al.，2000），其顶部长英质火山灰层的锆石U-Pb年龄为635.5±1.2 Ma（Hoffman et al.，2004），可限制Marinoan冰期的结束时间。
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我国华南地区发育完整的Marinoan冰期沉积，相应冰期称“南沱冰期”（张启锐等，1993）。湖北吉首南沱组冰期沉积之下的湘锰组凝灰岩层中的锆石U-Pb年龄为654.5±3.8 Ma（Zhang Shihong et al.，2008），贵州东部南沱组冰期沉积之下大塘坡组的凝灰岩夹层的锆石U-Pb年龄为663±4 Ma（Zhou Chuanming et al.，2004），华南大塘坡组顶部凝灰岩夹层的CA-ID-TIMS 锆石U-Pb年龄为657.2±0.8 Ma（Rooney，2020），上述年龄数据可限定南沱冰期的最大年龄。华南地区陡山沱组底部凝灰岩层中的锆石U-Pb年龄为635.2±0.6 Ma，江西上饶南沱组顶部凝灰岩层的锆石U-Pb年龄为635.3±5.4 Ma（Chu Xuelei et al.，2005），三峡地区陡山沱组底部凝灰岩层中的锆石U-Pb年龄为628.3±5.8 Ma（尹崇玉等，2005），上述结果限定了华南地区南沱冰期的结束年龄为~635 Ma（Condon et al.，2005）。
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1.3.4 Gaskiers冰期
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Gaskiers冰期在全球的分布范围比Sturtian和Marinoan冰期小很多，比Kaigas冰期广泛一些，典型的Gaskiers冰期沉积主要发育在加拿大东部纽芬兰岛和北欧地区（图2d）。
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美国Boston盆地Squantum段冰碛岩下部凝灰岩中的锆石U-Pb年龄为595.2±2 Ma（Thompson et al.，2000）。澳大利亚Tasmania西北部Corles Hill冰期沉积之下英安岩的锆石U-Pb年龄为582.1±4.1 Ma，澳大利亚King Island的Elatina组冰碛岩中的侵入岩墙锆石U-Pb年龄为574.7 ±3.0 Ma（Calver et al.，2004），暗示澳大利亚的两组年龄582.1±4.1 Ma和574.7±3.0 Ma可作为Gaskiers冰期的开始和结束年龄，比美国Boston盆地相当层位冰期沉积开始时间595.2±2 Ma（Thompson et al.，2000）稍晚。加拿大纽芬兰Avalon半岛Gaskiers组杂砾岩内部和上部凝灰岩层中的锆石U-Pb年龄为582.1±0.5 Ma和583.7±0.5 Ma（Bowring et al.，2003; Hoffman et al.，2009），这两个年龄限定了Gaskiers冰期的起止年龄，说明Gaskier冰期的持续时间较短。短时间内大气中CO2不可能积累到使全球性冰川溶解的程度（Hoffman et al.，2009），同时其他大陆上未广泛发育Gaskiers同冰期沉积，推测Gaskiers冰期分布范围有限，与Kaigas冰期类似，全球性对比较差。
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我国华北地区的罗圈冰期可能属于Gaskiers冰期沉积（孙枢等，2016），华南地区尚未发现与Gaskiers冰期明确相关的沉积记录，但δ13C和δ18O同位素的负异常暗示，陡山沱组及与其层位相当的蓝田组中发生同位素异常的碳酸盐岩层段可能与Gaskiers冰期沉积相关（Jiang Ganqing et al.，2006; Zhao Yanyan et al.，2009，2010）。
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2 塔里木地块东北缘新元古代冰期事件
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2.1 地层划分及岩性特征
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1928~1932年，Norin E在考察塔里木地块东北缘库鲁克塔格地区时，首先发现冰碛岩层系，将其由下至上划分为贝义西岩系、阿勒通沟岩系、特瑞爱肯岩系和育肯沟岩系（Norin，1935）。20世纪50~70年代，地质矿产部第十三地质大队在新疆开展野外区域地质调查时，开展了系统的岩矿学和古地理等研究，并基本完善了库鲁克塔格地区冰碛岩地层序列（高振家等，1984）。冰川岩相学、古生物学、层序地层学和化学地层学等证据（高振家等，1984，1985; 徐备等，2002; Xiao Shuhai et al.，2004; 何金有等，2007; Shen Bing et al.，2008）将区内冰碛岩代表的新元古代冰期自下而上划分为:贝义西冰期、特瑞爱肯冰期和汉格尔乔克冰期。最先，曹仁关（1991）提出阿勒通沟组下部和特瑞爱肯组冰碛岩应分别代表一个冰期，夹于两套冰碛岩之间的阿勒通沟组上部碎屑岩与灰岩代表间冰期沉积，建议重新建组为“黄羊沟组”。随着国际地层委员会及中国地层委员会对新元古界重新划分工作的推进，高振家等（2003）对新疆的南华系进行重新厘定，并强调库鲁克塔格地区发育4套新元古代冰碛岩地层序列，新增“阿勒通沟冰期”，并得到了层序地层学和碳同位素组成进一步研究的支持（寇晓威等，2008）。库鲁克塔格地区的新元古代冰期正式由3次划分为4次，层序由下至上分别为:贝义西冰期、阿勒通沟冰期、特瑞爱肯冰期和汉格尔乔克冰期。
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库鲁克塔格地区新元古界以火山岩、冰碛岩、陆源碎屑岩及碳酸盐岩为主，与下伏太古宙和古元古代变质岩系呈角度不整合接触，与上覆寒武纪—奥陶纪碳酸盐岩和碎屑岩呈平行不整合接触。根据区内岩相建造的差异，以兴地断裂为界可分南北两个地层小区（表2），北部为辛格尔小区（北区），南部为孔雀河小区（南区），由下至上南华系被划分为贝义西组、照壁山组、阿勒通沟组、黄羊沟组和特瑞爱肯组，震旦系被划分为扎摩克提组、育肯沟组、水泉组和汉格尔乔克组（图3a）。
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贝义西组角度不整合在帕尔岗塔格群含叠层石白云岩之上，整合于照壁山组之下，由一套以砂质板岩、细砂岩等碎屑岩及火山岩（图4a）为主，夹多套冰碛岩层（图4b）所组成的地层序列。冰碛岩多呈灰色、灰黑色块状沉积，砾石分选和磨圆度较差，砾石成分主要包括花岗岩（含量约占冰碛岩的30%）、碳酸盐岩（白云质灰岩和白云岩，20%）、变质岩（大理岩和石英岩等，16%）等。砾径大小相差明显，砾径小的仅2~3 cm，大的可达40 cm，冰碛岩层中可见坠石等现象。贝义西组底部火山岩主要为厚层玄武岩，夹火山角砾熔岩和火山碎屑岩，厚约100~200 m，个别地段非常发育，厚度可达300 m。其顶部火山岩以玄武岩、安山岩为主，夹火山角砾熔岩，厚度一般为20~50 m，明显小于底部火山岩。照壁山组整合或平行不整合于阿勒通沟组之下，以浅海相薄—中层状陆源碎屑岩建造为主，为良好的间冰期沉积，其下部主要为灰、灰白色层状石英砂岩，偶夹砂砾岩或薄层粉砂质泥岩所组成的岩石序列; 上部为灰黑色粉砂质泥岩、粉砂质泥板岩（图4c）及灰色长石石英砂岩为主，夹砂砾岩透镜体。阿勒通沟组由多层巨厚的冰碛岩与含砾砂岩、砂岩、粉砂岩和泥岩组成的旋回层交互出现为特征，在区域上表现出东部较厚，向西及向南变簿。冰碛岩（图4d）多为灰绿、灰紫色块状沉积，基质为含大量碎屑的泥质，砾石无分选，砾石成分比贝义西组复杂，主要为石英岩（含量约占冰碛岩的32%）、白云岩（15%）、花岗岩（12%）、砂岩（6%）及硅质岩（5%）等。砾石大小不一，粒径一般为1~15 cm，个别砾径可达20 cm，部分砾石磨圆度较好。砾石具有压裂构造、冰川擦痕和冰蚀凹坑等冰川成因特征。黄羊沟组底部可见一层厚约2~4 m且延伸稳定的灰紫色盖帽白云岩，整合覆盖在阿勒通沟组冰碛岩之上，其上为一套厚约180 m的安山岩和熔结角砾岩，火山岩之上以细碎屑岩和碳酸盐岩为主，具有泥质粉砂岩、粉砂岩与泥岩互层特征，总体向上变深，反映浅海—半深海环境，代表冰期后的海平面上升，为间冰期沉积（寇晓威等，2008）。特瑞爱肯组整合或平行不整合于黄羊沟组之上，平行不整合或角度不整合或整合于扎摩克提组之下，整体以冰碛岩为主（图4e），夹砂岩及碳酸盐岩组成的岩石序列，上、下分界常以冰碛岩的大量出现和消失为特征。特瑞爱肯组冰碛岩整体呈灰—灰绿色，砾石分选较差，大小混杂，具有一定磨圆度，个别砾石砾径可达30~50 cm。砾石成分主要以花岗岩（含量约占冰碛岩的40%）为主，还包括变质岩（大理岩和石英岩等，18%）和白云岩（10%）等，砾石表面常见冰川擦痕、压坑等特征。在特瑞爱肯组厚层块状冰碛岩之间发育了间冰期泥岩和砂岩。扎摩克提组整合或平行不整合于育肯沟组之下，以绿色砂岩和粉砂岩互层为主; 下部常呈不均匀互层、夹灰绿色砂岩、粉砂岩，顶部常发育80~150 m厚的玄武岩、安山岩和火山碎屑岩; 在其底部发育一层厚约10 m的盖帽白云岩（图4f），作为与下伏地层分界的标志层。育肯沟组整合或平行不整合在水泉组之下，以粉砂质泥岩、粉砂岩和泥岩等碎屑沉积为主，存在不均匀互层，夹泥灰岩及砂岩透镜体（图4g）。水泉组整合或平行不整合在育肯沟组之上，整合或平行不整合在汉格尔乔克组之下，主要由碳酸盐岩、碎屑岩及火山岩组成，下部以碳酸盐岩（图4h）为主，上部以碎屑岩为主，顶部有一套3~5 m厚的玄武岩和凝灰岩层。汉格尔乔克组被寒武系西山布拉克组平行不整合覆盖，为一套以冰碛岩为主（图4i），夹砂岩、灰岩透镜体，顶部为一套厚约4 m的灰色盖帽白云岩组成的岩石序列。汉格尔乔克组冰碛岩呈灰绿色或黄绿色厚层块状沉积，胶结物主要为泥质，砾石磨圆度差别大，砾石成分以碳酸盐岩（白云岩和灰岩等，含量约占冰碛岩的35%）、花岗岩（20%）和石英岩（12%）等为主。冰碛岩沉积的中下部可见漂砾、坠石，多为异地搬运而来，向上具有粒度逐渐变细和胶结物中钙质成分逐渐增加的特征。
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2.2 冰期时代
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库鲁克塔格地区的新元古代冰碛岩剖面由下至上发育五层火山岩，可用于限定冰期的年龄。第一、二层火山岩分别发育于贝义西组底部和顶部，第三层火山岩位于黄羊沟组底部，第四、五层火山岩分别见于扎摩克提组顶部和水泉组顶部。
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在库鲁克塔格东部赛马山地区，Xu Bei et al.（2005）获得第一层贝义西组底部和第二层贝义西组顶部玄武岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为755±15 Ma和732±7 Ma，随后贝义西组底部火山岩年龄数据被修正为740±7 Ma（Xu Bei et al.，2009），高林志等（2010）也获得了相近的739±6 Ma的年龄，可用于限定贝义西冰期年龄的下限。而在库鲁克塔格西部西山口地区，贝义西组顶部相同层位玄武岩获得了725±10 Ma的SHRIMP锆石U-Pb年龄（Xu Bei et al.，2009）。这两个年龄数据在误差范围内可对比，共同限定了贝义西冰期年龄的上限。通过对阿勒通沟组底部冰碛岩进行碎屑锆石U-Pb年代学测试，何景文（2012）获得阿勒通沟组冰碛岩的最大沉积年龄为681±16 Ma，用以限定阿勒通沟冰期年龄的下限。第三层黄羊沟组底部安山岩的锆石U-Pb年龄为642±8 Ma（何景文，2012）、655.9±4.4 Ma、654.4±9.9 Ma（何景文，2015），表明阿勒通沟冰期的年龄限定在681±16~656±4 Ma。
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图3 塔里木地块周缘新元古界化学地层格架
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Fig.3 Neoproterozoic chemical stratigraphic framework along the margin of the Tarim Block
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图4 库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩野外露头
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Fig.4 Field outcrop of the Neoproterozoic diamictite in the Quruqtagh area
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（a）—贝义西组灰绿色玄武岩;（b）—贝义西组冰碛岩;（c）—照壁山组灰色粉砂质泥板岩;（d）—阿勒通沟组冰碛岩;（e）—特瑞爱肯组冰碛岩;（f）—扎摩克提组底部盖帽白云岩;（g）—育肯沟组灰绿色钙质粉砂岩球状风化透镜体;（h）—水泉组深灰色薄层状砂质白云岩;（i）—汉格尔乔克组冰碛岩
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(a) —grey-green basalt of the Beiyixi Formation; (b) —diamictite of the Beiyixi Formation; (c) —grey silty mudslate of the Zhaobishan Formation; (d) —diamictite of the Altungol Formation; (e) —diamictite of the Tereekan Formation; (f) —cap dolomite at the bottom of the Zamokti Formation; (g) —globular weathering lens of grayish-green calcareous siltstone of the Yukengou Formation; (h) —dark grey thin bedded sandy dolomite of the Shuiquan Formation; (i) —diamictite of the Hangelchaok Formation
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Xu Bei et al.（2009）在特瑞爱肯组冰碛岩之上的第四层扎摩克提组顶部安山岩中获得615±6 Ma的SHRIMP锆石U-Pb年龄，何景文（2012）在扎摩克提组顶部凝灰岩层中获得616.5±5.9 Ma的锆石U-Pb年龄，两组年龄数据基本一致。同时，第三层黄羊沟组底部安山岩年龄还可限定特瑞爱肯冰期的年龄下限。因此，特瑞爱肯冰期的年龄限定在642±8~617±6 Ma。罗志文等（2016）获得特瑞爱肯组顶部含砾粉砂岩碎屑锆石U-Pb最小年龄为629±8 Ma，将特瑞爱肯组冰碛岩的沉积时代结束时间限定为629±8 Ma之后和616.5±5.9 Ma之前。第五层水泉组顶部玄武岩和凝灰岩呈薄层状产出，目前尚无定年数据公开报道，但利用第四层扎摩克提组顶部安山岩的测年结果，可大致限定汉格尔乔克冰期的年龄下限为615±6 Ma; 利用寒武系底界年龄541±1 Ma，可限定汉格尔乔克冰期年龄的上限为541±1 Ma。因此，汉格尔乔克冰期的年龄大致限定在615±6~541±1 Ma，其精确的年龄范围有待进一步研究。
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2.3 化学风化与气候特征
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CIA对揭示冰期、间冰期沉积环境、沉积物风化特征、古气候环境特征及判断冰期期次具有重要参考意义。李秋根等（2004）基于库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩较低的CIA值和微量元素等地球化学特征，认为物源区古风化程度较低，未经历沉积再循环作用。刘兵等（2007）通过对库鲁克塔格地区新元古界系统的CIA研究（图3i）认为，贝义西组CIA值为51~56，总体较低，具冰期环境特征; 照壁山组沉积时气候变暖，CIA值上升到60左右。阿勒通沟组的CIA值为48~61，顶部突变为69~71，说明阿勒通沟期经历了另一次寒冷事件，并以温暖环境结束，而刘兵等（2007）提到的阿勒通沟组顶部代表温暖环境的地层层序，便是后期重新厘定出的“黄羊沟组”（寇晓威等，2008）。黄羊沟组间冰期沉积之上的特瑞爱肯组CIA值为49~53，代表第3次经历寒冷干燥的气候环境。扎摩克提组、育肯沟组和水泉组的CIA均值普遍偏高，为65，反映了温暖的沉积环境。汉格尔乔克组的CIA值下降为56，暗示寒冷气候环境再次出现。上述CIA值的变化特征显示，库鲁克塔格地区新元古代的气候环境出现4次冷暖交替变化，同时表明原阿勒通沟组中下部应为寒冷气候环境，而顶部突变为温暖气候环境，从地球化学角度支持“黄羊沟组”的建立，支持塔里木地块东北缘新元古代存在4次冰期的划分方案。Linnemann et al.（2018）认为新元古代埃迪卡拉纪（震旦纪）应该发生过不止一次区域性冰期事件，但塔里木地块东北缘的现有研究尚未获得与该研究成果相符的任何证据。
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3 塔里木地块西北缘新元古代冰期事件
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3.1 地层划分及岩性特征
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塔里木地块西北缘阿克苏地区发育典型的新元古代冰期沉积，根据区域构造演化和地层特征，可将阿克苏地区的前寒武系划分为变质基底和沉积盖层。变质基底为阿克苏群，主要包括基性/长英质蓝片岩、泥质白云母片岩和含迪尔闪石变质磁铁石英岩等岩石组合（肖序常等，1990; 张立飞等，1998）。沉积盖层由下至上，南华系被划分为西方山组、巧恩布拉克组、牧羊滩组、冬屋组和尤尔美那克组; 震旦系被划分为苏盖特布拉克组和奇格布拉克组，平行不整于寒武系玉尔吐斯组之下（图3b）。
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西方山组主要由灰绿色厚—薄层长石石英砂岩（图5a）、岩屑长石砂岩和长石砂岩组成，夹粉砂岩，具复理石韵律和递变层理，野外未观察到与下伏岩层的直接接触关系（李王鹏等，2022a）。巧恩布拉克组与下伏西方山组呈角度不整合接触（图5b、c），发育灰绿色块状冰碛岩，冰碛岩层发育粉砂岩或泥岩夹层，砾石分选差，磨圆度差别较大，砾径一般＜10 cm，部分可达30 cm，砾石成分复杂，主要包括砂岩（含量约占冰碛岩的30%）、石英岩（18%）、花岗岩（15%）、安山岩（6%）和辉绿岩（3%）等。基质以碎屑长石砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为主，杂砾岩中可见坠石、冻裂纹和滑塌构造等现象。牧羊滩组主要为紫红色厚层钙质砂岩（图5d），夹薄层粉砂岩，水平层理较发育，属深水碎屑流沉积，形成于水下扇边缘，为间冰期沉积。冬屋组与下伏牧羊滩组呈平行不整合接触关系，主要由厚层状、块状含砾砂岩（图5e）和砂砾岩组成，并发育少量细砂岩和粉砂岩薄夹层，发育有交错层理和粒序递变层理，在递变层顶面发育水下冲刷构造，属于重力流沉积，处于海下扇中的供给水道或内扇内缘（陆松年等，1990）。冬屋组下段砾石分选差、磨圆度一般，砾径约0.5~3 cm，少数阿克苏蓝片岩砾石的砾径可达5~15 cm，向上砾石分选和磨圆逐渐变好。砾石成分主要包括石英岩（含量约占砾岩的8%）、碳酸盐岩（2%）、花岗岩（2%）及阿克苏蓝片岩（1%）等。尤尔美那克组与下伏冬屋组呈角度不整合接触，主要为一套紫红色冰碛砾岩（图5f），夹砂岩及粉砂质板岩等薄层，冰碛岩厚度在不同地区变化大（1~80 m）。冰碛岩砾石排列无序，分选差，形状多变、从棱角状至次圆状都有，砾径1~40 cm不等，该组底部少数大型漂砾砾径1~2 m。砾石成分主要包括砂岩（含量约占冰碛岩的35%）、粉砂岩（20%）、砾岩断块（12%）、花岗岩（5%）和阿克苏蓝片岩（3%）等。杂砾岩中可见明显的冰川擦痕（图5g）、坠石和混乱堆积等现象，基质成分以泥质和粉砂质为主。之前，尤尔美那克组与上覆苏盖特布拉克组一直被认为呈平行不整合接触关系，但近年在乌什县南部约40 km处发现了一套尤尔美那克冰碛岩之上的盖帽白云岩岩石组合序列（Wen Bin et al.，2015），该发现填补了与上覆地层震旦系苏盖特布拉克组之间的地层沉积间断。
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苏盖特布拉克组与下伏尤尔美那克组和上覆奇格布拉克组呈整合或平行不整合接触关系，宏观特征明显，为一套以砖红色砂岩和泥岩为主，夹多层厚度不等（累计厚度约70 m）的玄武岩（图5h）和石英砂岩，上部夹多层灰岩所组成的地层序列。奇格布拉克组为平行不整合于寒武系玉尔吐斯组之下的一套以碳酸盐岩（图5i）为主，偶夹砂岩、粉砂岩所组成的岩石序列，该组顶底分界常以碳酸盐岩的大量出现和消失为分界。苏盖特布拉克组上段至奇格布拉克组碳同位素组成总体以正δ13C值为主，并且在奇格布拉克组下部出现了一个明显的δ13C正漂移（何金有等，2007; 图3j）; 在苏盖特布拉克组上段底部、顶部及奇格布拉克组与寒武系之间等层位存在3个明显的δ13C负漂移（何秀彬等，2007; 图3j）。
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图5 阿克苏地区新元古代冰碛岩野外露头
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Fig.5 Field outcrop of the Neoproterozoic diamictite in the Aksu area
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（a）—西方山组厚层长石石英砂岩;（b）—巧恩布拉克组冰碛岩与西方山组呈角度不整合接触;（c）—巧恩布拉克组冰碛岩;（d）—牧羊滩组厚层钙质砂岩;（e）—冬屋组含砾砂岩;（f）—尤尔美那克组冰碛岩;（g）—尤尔美那克组冰碛岩中漂砾发育冰川擦痕;（h）—苏盖特布拉克组发育玄武岩层;（i）—奇格布拉克组白云岩
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(a) —thick feldspar quartz sandstone of the Xifangshan Formation; (b) —an angular unconformity between diamictite of the Qiaoenbrak and Xifangshan Formations; (c) —diamictite of the Qiaoenbrak Formation; (d) —thick calcareous sandstone of the Muyangtan Formation; (e) —pebbly sandstone of the Dongwu Formation; (f) —diamictite of the Yuermeinak Formation; (g) —glacial scratches develop on boulders in the diamictite of the Yuermeinak Formation; (h) —basaltic layer of the Sugetbulak Formation; (i) —dolomite of the Qigbulak Formation
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3.2 冰期时代
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阿克苏地区新元古界剖面由下至上出露南华系巧恩布拉克组和尤尔美那克组两套冰碛岩沉积，仅在上覆震旦系苏盖特布拉克组中发育多套新元古代玄武岩夹层。在玄武岩夹层中获得了783±2 Ma（Zhang Zhaochong et al.，2012）和615±5 Ma（Xu Bei et al.，2013）的锆石U-Pb年龄，其中，约783 Ma的年龄与层序位置存在矛盾，而另一年龄数据615±5 Ma与苏盖特布拉克组的最大沉积年龄相协调（Zhu Wenbin et al.，2011; He Jingwen et al.，2014），可代表玄武岩夹层的结晶年龄，用来限定尤尔美那克组冰碛岩沉积时代的上限年龄。基于碎屑锆石U-Pb年代学研究，丁海峰（2012）获得尤尔美那克组冰碛岩的最大沉积年龄为719±7 Ma，而巧恩布拉克组冰碛岩层获得的最大沉积年龄不会超过769±10 Ma（丁海峰，2012）、781±15 Ma（He Jingwen et al.，2014）和727±8 Ma（Ding Haifeng et al.，2015），且区域地层接触关系显示巧恩布拉克组年龄不应老于下伏阿克苏群727±12 Ma的最大沉积年龄（Zhu Wenbin et al.，2011）。同时，尤尔美那克组冰碛岩719±7 Ma（丁海峰，2012）的最大沉积年龄与下伏巧恩布拉克组冰碛岩727±8 Ma（Ding Haifeng et al.，2015）的最大沉积年龄接近，区分度不大，加上缺乏有效的火山岩年代学数据支撑，造成尤尔美那克冰期和巧恩布拉克冰期在区域冰期事件对比中存在不同认识。近年，李王鹏等（2022a）通过详实的野外考察及取样，分别获得巧恩布拉克冰碛岩和尤尔美那克冰碛岩的最大沉积年龄分别为719±10 Ma和684±11 Ma，虽然不能精准限定两次冰期的启始年龄，但极大地提高了二者的区分度，更利于南华纪冰期事件对比。
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3.3 化学风化与气候特征
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阿克苏地区新元古界剖面中未经过沉积再循环作用的样品CIA值变化曲线显示（图3l）（丁海峰等，2014; 李王鹏等，2022a），西方山组上部的CIA值介于56~67之间，层序由下向上进入巧恩布拉克组后具有总体变小的趋势，气候逐渐变得寒冷干燥。巧恩布拉克组CIA值介于41~60之间，并出现2次明显突然变小的现象，记录了2次寒冷事件，暗示巧恩布拉克冰期存在2个次级冰期旋回。牧羊滩组与冬屋组已获得的CIA数据较少，虽未能反映这两套层组的气候变化趋势，但仅有的数据显示当时的气候条件明显与巧恩布拉克冰期气候特征存在差异。尤尔美那克组的CIA值在冰碛岩层段突然变小，最小值为45，代表了该地区另一次寒冷干燥事件。层序向上到苏盖特布拉克组，CIA值具有明显变大的趋势，代表了该地区气候条件开始逐渐变暖湿润。奇格布拉克组砂岩夹层的1个样品CIA值为55，虽然该组未发现冰碛岩沉积，但并不排除该组沉积期曾经可能存在寒冷事件。由于苏盖特布拉克组及以上层序已获得的CIA数据有限，未能直接反映该地区震旦系的CIA值变化规律。上述CIA数据从地球化学角度表明在阿克苏地区新元古代气候环境曾发生了2次冷暖交替变化，并且在巧恩布拉克组沉积期存在2个次级气候变化旋回。
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4 塔里木地块西南缘新元古代冰期事件
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4.1 地层划分及岩性特征
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塔里木地块西南缘叶城地区新藏公路100 km处，发育完整的南华系—震旦系，但由于自然环境恶劣、交通状况差等原因，其研究程度相对较低。20世纪50年代末，地质部第十三地质大队对本区开展区域地质调查，并初步建立了前寒武纪地层序列，至今的60余年时间里，许多地质工作者结合自身的研究经历对该地区开展了地层划分工作，并存在不同认识。其中，马世鹏等（1989）的划分方案更系统，便于开展地质调查及相关科研生产工作。1978~1980年，马世鹏等（1989）在西昆仑山北坡开展磷矿普查时，首次发现新元古代冰碛岩，并发现前人在叶城县棋盘乡以东划分的上泥盆统“奇自拉夫群”包含了两套时代不同的地层，二者之间存在区域性角度不整合，其上为真正的上泥盆统“奇自拉夫群”，其下为前寒武纪地层。马世鹏等（1989）根据西昆仑山北坡新元古代地层剖面的野外实测结果，进一步将恰克马力克组拆分为波龙组、克里西组和雨塘组。因此，本地区新元古界南华系自下而上被划分为牙拉古孜组、波龙组、克里西组、雨塘组，震旦系被划分为库尔卡克组和克孜苏胡木组（图3c）。
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牙拉古孜组与下伏青白口系苏库洛克群呈角度不整合接触，与上覆波龙组呈平行不整合接触，主要岩性为一套红色底砾岩（图6a），夹砂岩、砂砾岩及粉砂质泥岩组成的岩石序列。砂岩层中发育斜层理和平行层理，底砾岩的砾石中可见下伏地层的角砾及岩块，并具有一定分选、磨圆及定向排列; 该组形成于炎热干旱气候下，属山前类磨拉石建造。波龙组整合接触在上覆的克里西组之下，整体呈紫红色，为大套的海相块状冰碛岩沉积，夹有灰绿色或灰褐色的砂岩层、粉砂岩层、硅质岩层及硅质泥岩层（图6b、c）。冰碛岩沉积无层理显示，基质以泥质为主，砾石无分选，磨圆度差别较大，砾径大小不一，以2~20 cm居多，个别可达40~50 cm。冰碛岩砾石成分复杂，主要包含花岗岩（含量约占冰碛岩的25%）、石英角斑岩（15%）、石英岩（13%）、白云岩（8%）、砂岩（5%）和燧石（3%）等，可观察到冻裂纹、冰碛坠石和漂砾等现象。克里西组与上覆雨塘组呈平行不整合接触，下部以灰绿色砂岩、砂砾岩为主，上部为泥硅质岩及粉砂质泥岩，夹粉砂岩层，可见斜层理和平行层理。雨塘组与上覆震旦系库尔卡克组呈平行或角度不整合接触，整体亦呈紫红色（图6d、e），岩性为砂质块状混积岩及长石砂岩所组成的岩石序列，砂岩层发育斜层理、包卷层理等。冰碛岩层为海相块状沉积，基质含量增多，沉积厚度远小于波龙组冰碛岩层，砾石砾径较小，1~12 cm居多，砾石成分与波龙组冰碛岩相似，可见坠石等特征。库尔卡克组整合于克孜苏胡木组之下，该组岩性及厚度较稳定，以碎屑岩为主，砂岩、泥页岩（图6f）常呈互层，夹含砾细砂岩、长石砂岩等，发育交错层理，该组底部发育1~2 m厚的薄—中层状玫瑰色白云岩（图6g），可作为与下伏地层的分层标志。克孜苏胡木组整合于库尔卡克组之上，平行不整合于上石炭统—下二叠统塔哈奇组之下（图6h），由深灰色、紫色、玫瑰色白云岩（图6i）及砂岩、粉砂岩组成，碎屑岩中发育斜层理和平行层理（李王鹏等，2022b）。
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图6 叶城地区新元古代冰碛岩野外露头
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Fig.6 Field outcrop of the Neoproterozoic diamictite in Yecheng area
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（a）—牙拉古孜组红色底砾岩;（b）—波龙组冰碛岩与硅质泥岩及粉砂岩;（c）—波龙组冰碛岩;（d）—雨塘组冰碛岩层;（e）—雨塘组冰碛岩;（f）—库尔卡克组黑色泥页岩;（g）—库尔卡克组玫瑰色白云岩;（h）—克孜苏胡木组与塔哈奇组呈平行不整合接触;（i）—克孜苏胡木组灰白色和玫瑰色白云岩
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(a) —red bottom conglomerate of the Yalaguz Formation; (b) —diamictite, siliceous mudstone and siltstone of the Bolong Formation; (c) —diamictite of the Bolong Formation; (d) —diamictite layer of the Yutang Formation; (e) —diamictite of the Yutang Formation; (f) —black shale of the Kurkak Formation; (g) —rose dolomite of the Kurkak Formation; (h) —an parallel unconformity between the Kezisuhumu and Tahaqi Formations; (i) —off-white and rose dolomite of the Kezisuhumu Formation
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4.2 冰期时代
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叶城地区新元古界剖面由下至上发育南华系波龙组冰碛岩和雨塘组冰碛岩，未发现新元古代火山岩夹层报道，相比塔里木地块其他地区，已公开报道的与新元古代冰碛岩相关的年代学数据较少，冰碛岩地层年代学研究程度较低，早年仅见高林志等（2013）报道的波龙组冰碛岩最大沉积年龄为756±16 Ma。当时由于地层总体研究程度低及年代学数据的匮乏等原因，塔西南地区的新元古代冰期事件区域对比存在较大分歧。针对塔里木地块新元古界的精细研究，李王鹏等（2022b）在波龙组冰碛岩层底部的粉砂岩和砂岩层中分别获得了710±13 Ma和712±9 Ma的碎屑锆石U-Pb年龄，可用来限定波龙冰期的启始时间; 还在雨塘组冰碛岩层底部砂岩样品中获得656±18 Ma的碎屑锆石U-Pb年龄，可限定雨塘冰期的启始年龄; 同时在上覆震旦系库尔卡克组底部砂岩样品中获得了634±9 Ma的最大沉积年龄，与震旦系底部年龄635 Ma接近，证明库尔卡克组为震旦纪沉积。雨塘组为该地区南华系最后一个层组，上覆震旦系未发现冰碛岩沉积，可考虑用南华系与震旦系分界年龄作为雨塘冰期的结束年龄，因此，雨塘冰期的年龄被限定为656±18~635 Ma。
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4.3 化学风化与气候特征
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童勤龙等（2013）在叶城地区获得的牙拉古孜组CIA值在该组上部存在一个明显的负漂移（图3m），代表存在一次寒冷气候事件，但目前牙拉古孜组未发现冰期沉积。波龙组CIA值介于38~67之间，层序由下向上进入冰碛岩沉积后，CIA值突然变小至38（图3m），进入寒冷干燥的气候条件，代表波龙冰期的到来（李王鹏等，2022b）。波龙组发育多套厚层冰碛岩沉积，并夹有非冰碛岩沉积，其CIA值存在多次突变现象，暗示波龙冰期可能存在多次次级冰期旋回。波龙冰期结束后进入克里西间冰期，气候由寒冷干燥向温暖潮湿转变，CIA值突然变大至67。童勤龙等（2013）与李王鹏等（2022b）获得的雨塘组CIA值总体较小，CIA值由克里西组进入雨塘冰碛岩沉积后，存在一次明显的突然变小现象（图3m），反映当时发生了寒冷干燥气候事件。雨塘冰期结束后，CIA值逐渐变大，区内气候条件向温暖潮湿转变。克孜苏胡木组中上部碳酸盐岩中砂岩夹层的3个CIA值都较小（图3m），可能反映当时存在另一次寒冷事件，但未发育规模性冰碛岩沉积; 也可能是砂岩夹层碳酸盐含量高，前寒武纪碎屑岩钾化作用改变了原岩成分，CaO去除不彻底造成的。上述研究表明，塔里木地块西南缘叶城地区层序由下至上在牙拉古孜组、波龙组、雨塘组和克孜苏胡木组存在CIA值突然变小的负漂移现象，发生了4次寒冷干燥事件，其中，波龙冰期和雨塘冰期已得到地层学和地球化学等证据的支持，但CIA值在牙拉古孜组和克孜苏胡木组暗示的寒冷气候事件有待更多的地层学和地球化学等证据深入研究与论证。
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5 讨论
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5.1 塔里木地块新元古代冰期格架
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在冰期格架的建立及对比中，冰川作用的期次与等时性意义重大。全球各大陆中，塔里木地块东北缘库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩剖面连续发育4套新元古代冰碛岩层和5套新元古代火山岩层的剖面（刘兵等，2007; 寇晓威等，2008; 高林志等，2010，2013），具有较丰富的年代学、地球化学数据和明确的沉积层序特征，可与全球新元古代冰川作用对比，可作为塔里木地块及国内其他地区新元古代冰期事件划分对比的标准。
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库鲁克塔格地区的贝义西冰期年龄被大致限定在740±7~732±7 Ma（徐备等，2008; Xu Bei et al.，2009），同时年龄为740±7 Ma的贝义西组底部玄武岩之下仍发育少量冰碛岩沉积，推测贝义西组冰碛岩底界的年龄具有下探的空间，考虑误差范围，贝义西冰期应该对应于Kaigas冰期（757~741 Ma）（赵彦彦等，2011）。阿勒通沟冰期的年龄被火山岩锆石年代学数据限定为725±7~655±4 Ma（Xu Bei et al.，2005，2009; 徐备等，2008; 何景文，2015），何景文（2012）认为该冰碛岩的最大沉积年龄为681±16 Ma，虽然阿勒通沟冰期年龄的下限存在争议，但上述年代学数据皆与Sturtian冰期年龄（718~660 Ma）（赵彦彦等，2011）相符合，明显比Kaigas冰期年轻，而老于Marinoan冰期。此外，阿勒通沟组冰碛岩之上整合覆盖了一套延伸稳定的盖帽白云岩（寇晓威等，2008），具有较高的δ13C正值（＞ +10.4‰）（Xiao Shuhai et al.，2004），与国际上发现的Sturtian冰期和Marinoan冰期之间独特的δ13C正漂移曲线相对应（Knoll et al.，1986; Kaufman et al.，1997; Walter et al.，2000; Mckirdy et al.，2001; Hoffman et al.，2002），属于典型冰期后气候转暖的标志，也支持阿勒通沟冰期对应于Sturtian冰期。特瑞爱肯冰期的年龄被黄羊沟组底部安山岩和扎摩克提组顶部凝灰岩层的锆石U-Pb年龄限定为642±8~617±6 Ma（Xu Bei et al.，2009; 何景文，2012，2015）。罗志文等（2016）获得特瑞爱肯组顶部含砾粉砂岩的碎屑锆石U-Pb年龄为629±8 Ma，将特瑞爱肯组冰碛岩的沉积时代结束时间限定在629±8 Ma之后和617±6 Ma之前。特瑞爱肯冰期的年龄范围642±8~617±6 Ma与Marinoan冰期年龄651~635 Ma（赵彦彦等，2011）相符，二者存在对应关系。值得注意的是，特瑞爱肯组为库鲁克塔格地区南华系最后一个层组，该组未发育火山岩夹层; 扎摩克提组为该地区震旦系第一个层组，该组顶部的火山岩年龄可限定特瑞爱肯冰期的结束时间。如果考虑南华系与震旦系的界线年龄（~635 Ma），可将特瑞爱肯冰期的结束时间限定为635 Ma左右。汉格尔乔克组冰碛岩层下伏的水泉组顶部发育火山岩，但尚无定年数据公开报道，只能用扎摩克提组顶部安山岩的锆石U-Pb年龄615±6 Ma来限定汉格尔乔克冰期的启始年龄（Xu Bei et al.，2009）。震旦系最后一个层组为汉格尔乔克组，寒武系底界年龄541±1 Ma可限定汉格尔乔克冰期的结束年龄，因此，汉格尔乔克冰期年龄大致限定为615±6~541±1 Ma。Gaskiers冰期年龄（583.7~582.1 Ma; Myrow et al.，1998; Hoffman et al.，2009）在汉格尔乔克冰期年龄范围内，且Xiao Shuhai et al.（2004）发现汉格尔乔克冰碛岩层之上的盖帽白云岩δ13C值具有较大的变化范围，与Marinoan冰期盖帽白云岩明显不同（Hoffman et al.，1998，2002; Kennedy et al.，1998; Zhu Maoyan et al.，2007; Wen Bin et al.，2015），暗示汉格尔乔克冰期属于Marinoan冰期之后的冰川作用。因此，汉格尔乔克冰期应该与Gaskiers冰期对应。
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阿克苏和叶城地区的震旦系尚未发现冰碛岩，而南华系都沉积了两套冰碛岩。其中，阿克苏地区巧恩布拉克组冰碛岩获得的最大沉积年龄为719±10 Ma（李王鹏等，2022a），叶城地区波龙组冰碛岩获得了710±13 Ma和712±9 Ma的最大沉积年龄（李王鹏等，2022b），两套冰川沉积的最大沉积年龄明显小于贝义西冰期，与阿勒通沟冰期的启始年龄接近。因此，巧恩布拉克冰期、波龙冰期、阿勒通沟冰期与Sturtian冰期相对应。
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阿克苏地区尤尔美那克组冰碛岩获得了686±10 Ma和684±11 Ma两个相近的最大沉积年龄（李王鹏等，2022a），其上覆震旦系苏盖特布拉克组内玄武岩层的年龄为615±5 Ma（高林志等，2013）。此外，尤尔美那克冰碛岩之上的盖帽白云岩与特瑞爱肯组冰碛岩之上的盖帽白云岩及典型的Marinoan冰期盖帽白云岩具有相似的沉积特征、C同位素组成（Panahi et al.，2000; Zhang Chuanlin et al.，2007; Wen Bin et al.，2015; 图3f、k）和Sr同位素组成（Wu Guanghui et al.，2018）。叶城地区雨塘组冰碛岩获得的最大沉积年龄为656±18 Ma，两次冰川沉积的启始年龄与特瑞爱肯冰期和Marinoan冰期相符，且层序上和尤尔美那克组及特瑞爱肯组都是区内南华系的最后一个层组。因此，尤尔美那克冰期、雨塘冰期、特瑞爱肯冰期与Marinoan冰期相对应。
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5.2 对塔里木地块南华系底界的制约
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世界各地成冰系（南华系）最早的一次全球性冰期沉积发生在Sturtian冰期（图2b，图7），Sturtian冰期被证实为全球同时发生的气候事件，其开始时间（~720 Ma）具有高精度同位素年龄的制约（Fanning et al.，2004; Zhang Shihong et al.，2008; Macdonald et al.，2010; Lan et al.，2014）。国际成冰纪（南华纪）地层分会认为，该冰期的开始出现应该作为成冰系底界的划分标准，建议将~720 Ma作为成冰系的底界年龄。2015年，国际地层委员会将成冰系底界年龄从~850 Ma上调至~720 Ma，并建议公开出版物今后应采用以Sturtian冰期底界作为成冰系底界的标准。Kaigas冰期也曾受到学者们的关注，但它在全球的分布范围局限不具有代表性，代表不了全球性大冰期，所以一般在讨论成冰系底界时不被考虑（Hoffman et al.，2009; 张启锐等，2009）。修订后的成冰系代表了地球历史上以冰期为特征的特殊地质记录，刘鸿允等（1992）认为，南华系为“南华大冰期”的沉积响应，与国际上成冰系对应，其底界与新元古代最早一次冰期沉积物的初始沉积界面相对应，南华系底界的定义应明确为“出现新元古代最早冰期寒冷事件冰碛杂砾岩或与之相当的碎屑岩建造的下界”（刘建清等，2015）。随着研究的深入，华南地区南华系底界位置被不断调整，现已被放置于江口冰期沉积的底部，其底界年龄从最初的~850 Ma（高振家等，2003）被修正为~720 Ma（汪正江等，2013; Lan et al.，2014; 张启锐，2014）。
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早期高振家等（2003）在新疆开展南华系地质研究时，认为该地区南华系底界的年龄为~850 Ma。近年来塔里木地块南华系底界的相关研究不断推进，但其底界的划分未采用国际上的划分方案，底界年龄一般被认为是~780 Ma或~800 Ma，与华南地区及国际上主流认识存在较大差距。塔里木地块新元古代冰碛岩层系发育齐全，利用区内冰期事件对比及年代学工作有助于塔里木地块南华系底界的重新划分。鉴于塔里木地块新元古代冰期事件的对比关系，区内阿勒通沟冰期、巧恩布拉克冰期和波龙冰期与江口冰期（华南地区）及Sturtian冰期（国际）相对应，其冰期沉积底界可作为所在地层分区南华系的底界。因此，建议将塔里木地块南华系底界向上调整为上述冰期沉积的底界，底界年龄修订为~720 Ma，修订后的南华系新底界至原底界间的地层归属问题可进一步研究。
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5.3 塔里木地块新元古界烃源岩发育与勘探潜力
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全球范围已发现大量新元古界油气藏，四川盆地安岳震旦系—寒武系大型气藏（汪泽成等，2014）和华北中—新元古界大量液态油苗（杜汝霖，1978; 黄醒汉等，1979; 张长根等，1979）的发现，证实我国新元古界具有形成原生油气成藏的地质条件，新元古界油气勘探潜力值得重视。
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Kennedy et al.（2006）通过研究现代与古代沉积物提出“黏土矿物工厂”的概念，认为沉积物中的黏土有利于有机碳的富集、共生和保存，而有机质的增加有利于氧气的富集。张启锐等（2009）进一步提出全球冰川作用会促使片状硅酸盐黏土矿物含量明显增加，导致沉积物吸收埋藏大量有机碳，促使大气氧含量不断富集与增加，创造了冰期和冰期后动物诞生和生命多样性发展的有利条件，更为烃源岩的发育奠定了物质基础。Craig（2009）指出温室效应导致冰川融化并促使海平面上升，温暖的高海平面期有利于富有机质沉积物堆积，沉积了世界多数重要油气源岩。同时，他根据烃源岩发育时代及其与冰川期的时间关系，将新元古界—下寒武统划分为3个含油气系统（Craig et al.，2009）:① 前冰川期含油气系统（拉伸系—下成冰统）; ② 冰川期含油气系统（中成冰统到下—中埃迪卡拉统），形成于“雪球地球”时期; ③ 后冰川期含油气系统（上埃迪卡拉统—下寒武统）。赵文智等（2018）通过探讨中国前寒武系烃源岩发育主控因素，明确了中国前寒武系发育多套优质烃源岩，且主要发育于间冰期，具有较好的区域对比性。
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图7 全球新元古界典型剖面综合对比（据孙枢等，2016）
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Fig.7 Comprehensive correlation of the global Neoproterozoic typical sections (after Sun Shu et al., 2016)
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塔里木地块新元古代冰川沉积记录丰富，具备发育新元古界烃源岩的物质基础，近年来与冰期事件相关的新元古代烃源岩发现已有陆续报道。库鲁克塔格地区特瑞爱肯组烃源岩（新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993）属于Marinoan冰期内部次级间冰期发育的烃源岩; 库鲁克塔格地区育肯沟组、水泉组烃源岩（杜金虎等，2016），阿克苏地区苏盖特布拉克组烃源岩和叶城地区库尔卡克组烃源岩属于Marinoan冰期之后间冰期发育的烃源岩（童勤龙等，2013; 秦胜飞等，2018）; 寒武系玉尔吐斯组烃源岩（Xu Bei et al.，2005; 丁海峰等，2014）的发育可能受新元古代晚期Gaskiers冰期影响。与Marinoan冰期相似，Sturtain冰期对全球影响范围广泛，华南地区发育与该冰期相关的大塘坡组烃源岩。目前，虽然塔里木地块与该冰期—间冰期相对应的层系中未见烃源岩报道，但并不代表该冰期—间冰期层系不发育烃源岩，与Sturtain冰期—间冰期相对应的库鲁克塔格地区阿勒通沟组、黄羊沟组，阿克苏地区巧恩布拉克组、牧羊滩组、冬屋组，叶城地区波龙组、克里西组等，可作为塔里木地块新元古界有待发现的潜在烃源岩层系。除塔里木地块，其北部南华系呈近东南向带状贯穿整个地块，厚度由地块内部向东北缘和西北缘逐渐增加，具有裂陷盆地沉积特征（吴林等，2016，2020）。新元古界受后期多期构造运动影响，易形成断裂、裂缝，在晚期成藏中具有储集和运移能力，同时震旦纪末期构造运动使新元古代的碳酸盐岩沉积遭受风化淋滤，形成溶蚀孔洞等储集空间（丁海峰，2012; Wen Bin et al.，2015）。库鲁克塔格和阿克苏地区已在多处新元古界野外露头发现沥青（赵彦彦等，2011）。因此，虽然塔里木地块新元古界及烃源岩的相关研究仍需不断加强，但该地块新元古界具有可期待的生油气能力，并具备良好的储集条件和勘探潜力。
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6 结论与建议
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（1）塔里木地块新元古代冰川沉积记录丰富，区域可对比性强，贝义西冰期（库鲁克塔格地区）与Kaigas冰期（国际）相对应，阿勒通沟冰期（库鲁克塔格地区）、巧恩布拉克冰期（阿克苏地区）、波龙冰期（叶城地区）与Sturtian冰期（国际）相对应，特瑞爱肯冰期（库鲁克塔格地区）、尤尔美那克冰期（阿克苏地区）、雨塘冰期（叶城地区）与Marinoan冰期（国际）相对应，汉格尔乔克冰期（库鲁克塔格地区）与Gaskiers冰期（国际）相对应。
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（2）塔里木地块波龙冰期沉积（叶城地区）、巧恩布拉克冰期沉积（阿克苏地区）和阿勒通沟冰期沉积（库鲁克塔格地区）与成冰纪（南华纪）最早的一次全球性规模冰川作用相对应，其冰期沉积底界可作为所在地层分区南华系的底界。建议将塔里木地块南华系底界修订为与国际上Sturtian冰期相当的冰川沉积底界，底界年龄修订为~720 Ma。
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（3）新元古代冰期事件对新元古代烃源岩发育及分布具有重要的控制作用，新元古代烃源岩多形成于间冰期或冰后期的温室环境，塔里木地块新元古界具备发育优质烃源岩的潜力和良好的石油地质条件，是值得关注的重要接替勘探领域。
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致谢:感谢审稿专家及编辑部老师在最终成文过程中提出的宝贵意见!
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摘要
新元古代冰碛岩地层记录了“雪球地球”极端气候事件重要的地质信息。塔里木地块东北缘库鲁克塔格地区、西北缘阿克苏地区和西南缘叶城地区新元古代冰碛岩地层露头发育,是研究新元古代冰期事件的理想基地。文章基于塔里木地块周缘新元古界详实的野外地质调查工作,综合了地层学、同位素年代学、岩石地球化学等研究,聚焦冰碛岩地层沉积时代这一核心问题,建立新元古代冰期格架。冰期事件对比显示,贝义西冰期(库鲁克塔格地区)相当于Kaigas冰期(国际),阿勒通沟冰期(库鲁克塔格地区)、巧恩布拉克冰期(阿克苏地区)、波龙冰期(叶城地区)相当于Sturtian冰期(国际),特瑞爱肯冰期(库鲁克塔格地区)、尤尔美那克冰期(阿克苏地区)、雨塘冰期(叶城地区)相当于Marinoan冰期(国际),汉格尔乔克冰期(库鲁克塔格地区)相当于Gaskiers冰期(国际)。同时基于冰期事件对比关系,建议根据国际地层委员会的最新划分方案将塔里木地块南华系底界调整为与全球性Sturtian冰期沉积底界相当的层位。通过探讨新元古代冰期事件与古老烃源岩发育的耦合关系,分析了新元古界优质烃源岩的发育潜力,指出塔里木地块新元古界具备良好的油气成藏地质条件。塔里木地块新元古代冰期事件的研究,对推进该地块前寒武纪基础地质研究及深层—超深层油气勘探具有重要意义,是介入新元古界基础科学研究的有效切入点。
Abstract
The Neoproterozoic diamictite have recorded significant geological information about the “Snowball Earth” event. The outcrops are well developed in the Quruqtagh area along the northeastern margin, the Aksu area along the northwestern margin and the Yecheng area along the southwestern margin of the Tarim Block, which is an ideal research base for studying the Neoproterozoic glaciations. Based on the detailed field geological survey of the Neoproterozoic along the margin of the Tarim Block, this paper integrates the studies of stratigraphy, isotope chronology and petrogeochemistry. The focused key scientific issue of this project is the constraint on the deposition time of the Neoproterozoic diamictite, and establishes the Neoproterozoic glaciation framework. Comparative analysis of glaciations indicates that the Beyixi glaciation (Quruqtagh area) corresponds to the Kaigas glaciation (global). The Altungol glaciation (Quruqtagh area), the Qiaoenbrak glaciation (Aksu area), the Bolong glaciation (Yecheng area) correspond to the Sturtian glaciation (global). The Tereekan glaciation (Quruqtagh area), the Yuermeinak glaciation (Aksu area), the Yutang glaciation (Yecheng area) correspond to the Marinoan glaciation (global). The Hangelchaok glaciation (Quruqtagh area) corresponds to the Gaskies glaciation (global). Based on the correlation of glaciations, according to the latest classification scheme of the International Commission on Stratigraphy, it is suggested that the bottom boundary of the Nanhua System in the Tarim Block should be adjusted to be equivalent to the global Sturtian glacial sedimentary bottom. The development potential of the Neoproterozoic high-quality source rocks is analyzed by discussing the coupling relationship between Neoproterozoic ice age events and the development of ancient source rocks, and it is pointed out that there are good geological conditions for the Neoproterozoic hydrocarbon accumulation in the Tarim Block. The study of the Neoproterozoic glaciations in the Tarim Block is of great significance for the advance of the Precambrian basic geological research and deep-ultra-deep oil and gas exploration, and it is an effective starting point for basic scientific research on the Neoproterozoic.
Keywords
Tarim Block ； Neoproterozoic ； diamictite ； glaciations ； Snowball Earth
