位於太古宙和古生代之間，約開始於25億年前，結束於6億年前。相應的地層稱元古宇。元古宙原稱元古代，由S.F.埃蒙斯於1887年命名。Proterozoic屬希臘字源，意為早期原始生命，所以也譯為原生宙。自19世紀以來，美國學者以元古宙代表前寒武紀後期，稱阿爾岡紀，相應地層稱阿爾岡系。因其時限較長，近年均主張改稱元古宙。元古代一名雖經長期使用，但並未得到普遍承認，如《國際地層指南》（1977）即未將其列入地質年表。1979年國際地層委員會前寒武紀分會才決定正正式采用。1989年國際地層委員會通過的全球地層表和1990年W.B.哈蘭等出版的地質年表都采用元古宙。
元古宙內部的進一步劃分和時間界限，以及能否普遍分代還有分歧。國際地層委員會前寒武紀分會建議元古宙分為古元古、中元古和新元古3個代，界限分別是16億年和10億年，並建議分為9個紀（表1）。但“紀”的劃分不建層型，隻提出年齡時限。這個方案已經1989年國際地科聯通過，由全球地層表采用。
1982年，中國全國地層委員會提出元古代采用三分法，分為早、中、晚元古代。1989年使用元古宙下分3個代，但3個代的分界置於18億年和10億年。在表1中即按全球地層表劃分，但古元古代與中元古代界線仍置於18億年。中元古代暫建長城紀和薊縣紀，新元古代暫建青白口紀和震旦紀。另一種意見以7億年至6億年一段建立震旦紀，並劃歸古生代。
表1 元古宙年代劃分對比與主要特征
地層和構造 研究元古宙地層的沉積特征和類型有兩方面的意義。地層的成分特征反映當時大氣和水體的基本組分，特別是大氣中的氧含量。地層的分選成熟度和構造變形特征反映當時地殼的構造成熟度。古元古代紋層狀矽鐵沉積分佈廣泛，在北美大湖區、澳大利亞西部和非洲西部形成規模巨大的鐵礦床。它們所反映的氣圈和水圈的基本組成成分既不同於太古宙所顯示的缺氧狀態，也不同於中、新元古代含高價鐵沉積和含蒸發巖沉積所顯示的較富氧狀態，而是處於開始含氧的過渡狀態。古元古代很少有成熟分選又未經構造破壞的穩定型蓋層地層。相反，古元古代地層以活動類型為主，所含的綠巖系和一些濁流沉積的特征與上太古界所含無大差異。在構造上，古元古界也常與太古宇共同形成基底巖系，而在構造變形和地球化學特征方面，太古宇與古元古界仍有明顯區別。不整合於太古宇和古元古界組成的基底之上的是中、新元古界蓋層。這個廣泛分佈的不整合面見於中國的華北、西伯利亞、北美和印度等幾乎所有的大型地臺區，而且都形成於距今19～17億年前，在地質歷史上是一次重要的事件（表1）。與此相應的地殼運動期在中國稱呂梁運動，北美稱為霍得孫運動，南美稱為外亞美孫運動，西歐稱為卡累利運動。在一些小型的地臺和地塊上，如中國的揚子地臺和伊朗的魯特地塊，震旦系形成蓋層，前震旦系形成基底。地殼運動期的年齡約為10～8億年，包括中國的晉寧運動和西伯利亞的貝加爾運動等。前震旦紀不同階段固結的穩定地臺和地塊的分佈如圖。
生物界 元古宙生物演化過程，包含瞭從無性分裂的原核細胞生物到有性生殖的真核細胞生物，從單細胞原生動物到多細胞後生動物的兩次飛躍。南非古元古代（23億年前）的德蘭士瓦群產原核細胞絲狀細菌，加拿大19.5億年前的岡弗林特組產多種微古植物，H.J.霍夫曼和J.W.肖夫（1983）認為全屬原核生物，但也有人認為Huroniospora和Chamydomonopsis可能是真菌或原始綠藻，屬真核細胞生物。無疑的真核細胞生物見於北美西部（13億年前）的貝克泉（Beck Spring）組和澳大利亞（11億年前）的苦泉（Bitter Spring）組。近年在中國北部（16～17億年前）的串嶺溝組中發現丘阿爾藻（Chuaria）。這是當前所知最老的真核細胞生物。到新元古代，中國北方10.5～8億年前的青白口群和北美大約同時的大峽谷群都產出豐富的丘阿爾藻和塔烏藻（Tawuia）等大型藻類，到震旦紀則出現高等藻類文德帶藻（Vendotaenia）等。這些分類位置不明的、以單細胞藻類為主的化石，C.唐尼和W.R.埃維特（1963）命名為疑源類（Acritarcha），中國邢裕盛主張用微古植物一詞。他根據中國資料，將中、新元古代微古植物的發展分為3個階段：長城紀（18～14億年前）以個體微小的原核細胞生物為特征；薊縣紀（14～10.5億年前）真核細胞生物和高級藻類開始繁盛；青白口紀（10.5～8億年前）高級藻類大規模出現。
疊層石始見於太古宙，古元古代出現第一個發展高潮。加拿大、澳大利亞和中國（滹沱群）的古元古代疊層石有Pilbaria、Gruneria等。自中元古代起，前蘇聯、中國、澳大利亞都曾建立一系列疊層石組合。中國北方在震旦系以下共建7個組合，長城系兩個組合以喀什疊層石（Kussiella）和錐疊層石（Conophyton）為主，薊縣系3個組合以微小的假裸枝疊層石（Pseudogymnosolen）、裸枝疊層石（Gymnosolen）和因澤爾疊層石（Inzeria）為主，在世界各地有一定的對比意義。
後生動物化石以蠕形類為代表，在中國出現於淮南地區九裡橋組，個別出現於其下的壽縣組。在遼南長嶺子組有蠕形類化石，在南關嶺組和興民村組還找到水母類或類水母化石。盡管地層歸屬上還有不同意見，看來均應屬震旦系。所以在震旦紀前，尚未發現後生動物化石。
中國的元古宙地層 中國元古宙地層的發育有兩種情況。在地臺區，古元古界往往與太古宙地層共同構成基底巖系，而中、新元古界則形成蓋層沉積，在地臺邊緣，中、新元古界有時也構成褶皺的基底巖系。在褶皺帶和小型地塊上，元古宙地層不易劃分，但古元古界與中、新元古界之間，在變質和變形程度上仍有區別。在上太古界發育的地區，古元古界的下界，即與上太古界的分界仍有分歧。在山西五臺區，近年研究發現五臺群的上亞群（高凡亞群）之下有明顯的不整合面，地球化學特征與其上的滹沱群相似，年齡為24億年。五臺群的下、中兩亞群為綠巖系，年齡大於25億年。如將太古界的上界定在25億年，五臺群的主體部分應為上太古界，僅上亞群應析出，屬古元古界。如將界線定在26億年，則五臺群的大部分仍可歸屬古元古界。因而五臺群是太古宙末期至元古宙初期的產物，有的學者仍將其劃歸古元古代。
古元古界 在古元古代，華北地臺、揚子地臺和塔裡木地臺都已初具規模。在華北區，初步固結的基礎上發生裂陷，形成瞭以滹沱群為代表的碎屑－火山沉積和含疊層石Pilbaria等的白雲巖沉積。在五臺－太行山區都形成造山後的磨拉石堆積（郭傢寨亞群），其沉積構造過程可與地槽旋回相比。滹沱群及其相當巖系再經褶皺夷平，其上不整合覆以中、新元古界。另一種類型是較穩定的，其成熟分選的碎屑巖、碳酸鹽巖沉積，很少包含火山巖，以河南的嵩山群和安徽的鳳陽群為代表，同樣為中、新元古界不整合覆蓋。這個界面就是廣泛分佈的呂梁運動（18億年左右）界面。經過呂梁運動，華北地臺進一步固結，形成“原地臺”（Protoplatform）。揚子地臺的核心部分，包括川中、鄂西，是由以崆嶺群為代表的上太古界組成的基底。古元古界分佈不廣，以滇中的大紅山群為代表，是一個島弧類型的火山沉積巖系，相似的沉積也見於川西。在塔裡木地臺北緣庫魯克塔格山區，古元古界的代表是組成褶皺基底的興地塔格群（表2），是一個淺變質的火山沉積巖系，以細碧巖類為主，其下的達克拉克佈拉克群可能包括上太古界。其他可能屬古元古界的有華北地臺南緣的安溝群和秦嶺群，揚子地臺北緣的宿松群，以及中祁連山和柴達木的湟源群和金水口群。
中、新元古界 中、新元古界在中國廣泛分佈，可以分為穩定和活動兩種類型。穩定型分佈於地臺區的內部和一些地塊上，活動型見於地臺邊緣和褶皺區。
在華北地臺區，中、新元古界形成廣佈的似蓋層。發育完整、厚度巨大的剖面見於燕山－太行裂陷槽。薊縣剖面近萬米的地層出露極佳，在巖石地層、沉積巖、疊層石和微植物方面都曾進行詳細研究。長城系底部為沖積相碎屑沉積，向上依次為濱岸相泥質沉積、濱海、淺海相碳酸鹽沉積。夾富鉀火山巖，代表裂陷槽發育過程中的沉積相序列。薊縣系以碳酸鹽巖沉積為主，中部霧迷山組是厚度巨大的鈣質復理石，其上出現高碳質的洪水莊組和富疊層石的鐵嶺組，裂陷槽已停止發育。青白口系則是成熟分選的碎屑巖和泥質碳酸鹽沉積，接近真正的蓋層。中國元古宙地層劃分與世界對比見表2。
表2 中國元古宙地層劃分與世界對比簡表
華北地臺南部的中、新元古界形成於向秦嶺海盆開口的陸棚海域，在中元古代初，出現西北－東南向的邊緣裂陷槽，形成熊耳群火山巖序列。其後繼續發育以官道口群為代表的中元古界裂陷槽沉積，而在其東發育的中元古界汝陽群和新元古界洛峪群則出現明顯的西北－東南延伸的沉積相帶。
在楊子地臺的北部鄂西地區，太古宙至古元古代基底上發育中元古代神農架裂陷槽。神農架群由淺變質的碎屑巖、碳酸鹽巖組成，幾乎不含火山巖。其上為新元古界馬槽園群粗碎屑斷陷盆地沉積。在地臺西部滇中地區，古元古界島弧型的大紅山群東側是以中元古界昆陽群為代表的裂陷槽至弧後盆地型沉積，其上為新元古界柳壩塘組。中、新元古界經強烈褶皺和花崗巖類侵入，時間為8～8.5億年，其上不整合覆蓋下震旦統澄江組磨拉石沉積。這就是在南方普遍存在的晉寧運動。在揚子地臺西北和西部邊緣，普遍發育中、新元古界島弧型火山碎屑巖系，其代表是漢中的西鄉群和川西的黃水河群，有時還發現超基性巖和蛇綠巖套，說明在這些地區存在中、新元古代的島弧和洋殼俯沖。
揚子地臺東南部，從湘、黔、桂至浙贛地區，中、新元古界淺變質類復理石巖系廣泛分佈。在湘、桂和湘、黔交界，中元古界四堡群和梵凈山群有蛇綠巖套，可能屬洋殼島弧，湘西冷傢溪群則可能是大陸斜坡復理石沉積。贛北的中元古界雙嬌山群火山沉積巖系也可能代表洋殼島群。因此，中元古代揚子地臺東南緣屬於主動大陸邊緣。新元古界在湘桂一帶為丹洲群和板溪群，是含火山巖的濁流沉積，屬被動大陸邊緣。贛北修水群性質相似，但其南側仍有同時期的島弧巖系，可能是洋殼向北俯沖的產物，所以揚子地臺東南緣各段大陸邊緣性質是不同的。
閩浙一帶元古宙地層的層位和性質一向存在認識的分歧。閩北的建甌群和浙東的陳蔡群分佈相當廣泛，在有些地區變質程度達角閃巖相。近年來在這兩個巖群中獲得不少10～20億年的同位素年齡值。溫州以東的東海大陸架上有大於16億年的花崗巖類。因此，盡管在陳蔡地區的陳蔡群層位可能限於中、新元古界、但東南地區的古地塊基底巖系還是包括瞭古元古界。至少在浙西和贛東、閩西、震旦紀和早古生代的沉積物源是由其東的華夏古陸供應的。華夏古陸是揚子地臺以東的另一構造單元，兩者之間可能有洋殼海域相隔，它們在晚奧陶世加裡東運動後合為一體，形成加裡東山系。
在塔裡木地臺區，中、新元古界構成庫魯克塔格區的褶皺基底。下部揚吉佈拉克群未見化石，其上為愛爾吉幹群和帕爾岡塔格群，含碳酸鹽巖及疊層石分別屬於薊縣系和青白口系。這些巖系都經褶皺變質，為震旦系庫魯克塔格群所不整合覆蓋。在中天山還廣泛出震巨厚的卡瓦佈拉克群，以矽質、白雲質大理巖為主，也有石英巖、片巖和角閃片麻巖等，可能代表塔裡木北緣大陸斜坡堆積。
總的看來，在主要地臺區，元古宙地層的層序和特征具有一定的規律性。古元古界以活動型裂陷槽火山沉積為主，以褶皺和變質形封閉，反映當時的基底尚未完全固結，在華北地臺區甚為明顯。真正的穩定基底上的典型裂陷槽始於中元古代，即呂梁運動以後，封閉時無造山現象，與上覆廣佈巖系為平行不整合接觸。在地臺區，大陸邊緣的性質隨地區和時代而有變化。華北地臺和塔裡木地臺的大陸邊緣在中元古代是被動邊緣，以發育邊緣裂陷槽為主。揚子地臺區的周圍在中、新元古代以發育島弧和俯沖帶為主，特別是新元古代，島弧和俯沖是較普遍的，所以晉寧運動是廣佈的。
問題及展望 元古宙長達19億年，將其劃分為古、中、新3個代是合理的。3個代之間的時限，雖經國際地科聯地層委員會通過為16億年和9億年，但使用尚難一致。至於分紀的原則和具體方案，分歧更大，還需繼續探討。元古宙的時代劃分和地層對比，主要依靠同位素地質年代學和構造巖漿旋回所代表的地質熱事件和發展過程。以微古植物和疊層石為主的生物地層學還有一定的局限性，宏觀藻類的研究也還有待深入。古地磁學的研究，特別是古磁極反向的研究用以地層劃分與對比，有所進展，但隻能應用於中、新元古界的一部分。而巖漿活動和熱地質事件在不同大陸地塊上，具有明顯的不同時性。因此，首先建立區域性年代地層系統，再結合生物地層學、地質年代學和一些重要的地質事件，逐步建立統一的時間尺度表，是合理可行的工作方法。
在元古宙，地球的巖石圈、水圈和大氣圈都經歷瞭重要的變革。許多學者都承認古元古代是一個介於早前寒武紀和晚前寒武紀之間的過渡時期。元古宙巖漿活動的性質，特別是一些幔源巖漿活動及其產物，可以反映當時陸殼和洋殼的基本特征。元古宙的沉積類型及其巖石化學、地球化學特征，可以反映當時水圈和大氣圈的基本性質。同時，元古宙大陸邊緣構造巖相帶、構造變形和巖漿活動的綜合研究，可以反映當時板塊運動的性質和規模。古地磁研究與同位素地質年代學相結合，可以逐步建立各大陸地塊的極移軌跡，進一步推斷各大陸地塊之間的分合過程，瞭解地質早期地表洋、陸分佈的格局及變化。此外，元古宙中、晚期是否曾形成過與古生代末出現的相似的聯合古大陸，都是地質歷史中的重要問題。
參考書目
王曰倫、陸宗斌等：中國上前寒武系的劃分與對比，《中國震旦亞界》，天津科學技術出版社，天津，1980。
邢裕盛等：中國的上前寒武系，《中國地層概論》，地質出版社，北京，1982。
Wang Hongzhen &Qiao Xiufu，Proterozoic Stratigraphy and Tectonic Franwork of China，Geological Magazine，Vol.121，No.6，1984.