扬子台地西缘奥陶纪末赫南特期地层划分对比与古地理

华南上扬子区是奥陶纪末生物大灭绝研究的经典地区之一,但由于交通等因素,该区西缘(今昆明—西昌—成都之间)赫南特期浅水相沉积的时空分布规律仍不清楚。文章通过总结近年来的调查新成果与已发表资料,系统分析了研究区赫南特期地层划分对比和古地理,并取得一些新认识。在赫南特早期,研究区以含较凉水壳相动物群(TBF 1)的泥灰岩、灰岩发育为特色,统归入观音桥组(近岸相仅包含其下部)。赫南特中期开始发生明显的相带分异:近岸一侧广泛发育一套含暖水壳相动物群(TBF 2)的生物碎屑灰岩,归于观音桥组上部,向远岸一侧相变为黑色笔石页岩(龙马溪组底部)。至赫南特晚期,近岸的少数地区(如镇雄北部)以产出暖水壳相动物群(TBF 3)的粗碎屑沉积为特色,创名尾坝组;远岸一侧与前一时期类似,以龙马溪组底部黑色页岩沉积为代表。文章还通过综合已知数据,分别对区内赫南特早—中期和晚期古地理进行高精度重建。

中上扬子晚奥陶世赫南特期岩相古地理

晚奥陶世赫南特期发生了全球性的气候变冷事件。中上扬子地区典型沉积为观音桥组,富产全球广泛分布的赫南特动物群,对应冰盖扩张引起的全球海平面下降阶段。根据岩性、沉积构造、生物组合及其保存状态,赫南特阶划分出潮坪相及浅海陆棚相。潮坪相主要沉积观音桥组炭泥质灰岩、钙质泥岩,底栖生物繁盛。浅海陆棚相主要沉积五峰组上部Normalograptus extraordinarius带黑色富硅质页岩、含放射虫硅质岩,并缺失观音桥组。研究表明,赫南特期延续了凯迪期晚期半局限海沉积格局。区域上,上扬子北部-中扬子大部地区、上扬子西部洪雅-康定等地继承了凯迪期晚期基座的浅海陆棚环境,仅有黄陵背斜-神农架、重庆城口、鄂东南宋溪等地随着海平面下降沉积了观音桥组壳相灰岩。川中古隆起-黔中古隆起-康滇古陆间的潮坪沉积区,观音桥组内碎屑浅滩沉积主要分布于黔中古隆起北侧边缘,而局部相对低洼的地带则缺失了观音桥组。赫南特末期海平面下降至最低位,推测湖北五峰、汉南古陆边缘、黄陵背斜-神农架、赣西北修水地区存在小范围的暴露区或剥蚀区。

湖南晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积相及岩相古地理

湖南晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积的地层在湘西北区为五峰组、观音桥组;湘中区为五峰组;湘南区为天马山组和苏水冲组。根据其岩性特征、沉积构造及古生物特征,将湖南地区晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积相划分为局限浅海相、潮坪相、深水盆地相、陆棚边缘—斜坡相等类型。凯迪期晚期,由于华夏陆块向扬子陆块不断挤压碰撞,黔中隆起、川中隆起等边缘古隆起面积不断增大,此时海平面相对上升,湘西北区变为被各古隆起围限的沉积了黑色碳、硅质页岩及泥灰岩的局限浅海环境,湘中地区主要为黑色碳、硅质页岩、粉砂质页岩的深水盆地环境,而湘南地区由于两陆块挤压隆升而沉积了陆棚边缘—斜坡相的砂板韵律;赫南特期随着全球冰川事件的发生,整个南方地区发生大规模海退,湘西北永顺—张家界—慈利一线以北抬升成湘鄂隆起,该线以南的湘西北区水体继续变浅,主要沉积了厚度仅十几厘米的观音桥组泥灰岩,湘中湘南地区沉积格局基本未变。

上扬子海南缘晚奥陶世赫南特期沉积相特征及海平面变化

晚奥陶世赫南特期经历了由冈瓦纳冰川事件引起的全球海平面下降和温度降低,以及由此引发的生物集群绝灭事件,同时又是构造-沉积的转换期。因此,该时期成为奥陶—志留纪之交重大的地质事件转折期。本文通过野外露头对上扬子海南缘五峰组观音桥段岩性组合、古生物以及沉积构造的研究发现,晚奥陶世赫南特期上扬子海南缘经历了滨岸潮坪相、浅滩和浅水陆棚相三种沉积相类型的改造。滨岸潮坪相主要为混积潮坪,呈环状分布于滇黔桂古陆周缘及黔中水下隆起。浅滩相可识别出生屑滩和砂屑滩两个微环境,主要分布于近潮坪相带的重庆秀山、贵州松桃以及贵州凤冈等地区。浅水陆棚可分为浅水陆棚下部和浅水陆棚上部两个区域,与潮坪相带相接触并向北过渡,其中浅水陆棚区上部又可划分为浅水混积陆棚和浅水碎屑陆棚两种类型。另外,通过岩性与生物碎屑的组合和分布特征,表明赫南特期至少经历了一次完整的海平面升降变化,并为研究全球海平面的变化提供了新的材料。

扬子地块北缘晚奥陶世赫南特期岩相古地理

扬子地块北缘与秦岭接壤,早古生代经历了上扬子克拉通盆地(∈-O2)和隆后盆地(O3-S)两个阶段。区内发育上奥陶统观音桥组或南郑组地层,为研究赫南特期的岩相古地理,探讨赫南特期冰川事件的沉积响应奠定了坚实的基础。根据沉积特征,结合古生物组合,扬子地块北缘观音桥组可划分为滨岸相和陆棚相。按照岩性等,陆棚相可进一步划分为陆缘碎屑陆棚相、混积陆棚相。滨岸相主要由石英砂岩、钙质砂岩和含砾砂岩组成,发育少量生物,以腕足为主;而在陆棚相中,则是以含粉砂泥岩、生屑灰岩、泥灰岩夹钙质泥岩和含钙泥岩为主,富含生物,以三叶虫(Dalmanitina)、腕足以及标志性冷水、浅水Hirnantia动物群为主。在沉积相详细研究的基础上,分析了该时期的岩相古地理面貌及其空间分布。在北部和西部,继续早期的格局,持续存在汉南隆起,围绕隆起分布的是滨岸相;往南至大两会-桥亭一线,为陆缘碎屑浅海陆棚,大两会-桥亭一线往南区域分布为混积陆棚。由于在研究区,无论在滨岸地带还是浅海地区,均发育赫南特贝化石,说明在赫南特期,由于受南冈瓦纳冰川事件的影响,冰水侵进扬子北缘全区。这次冰川事件导致海平面下降,致使扬子北缘水体变浅,早期的深水陆棚变为浅水陆棚,生物也由浮游相笔石迅速变为壳相赫南特贝,早期隆起范围进一步扩大,并出现地层的缺失。

皖南浙西地区赫南特期沉积特征与沉积格局

由于潮坪相带只存在于扬子靠近华夏古陆的一侧,表明该时期华夏古陆已经推进到江绍断裂附近,而原江南古陆的位置附近存在盆地相的浊积岩,应为盆地环境,江南古陆在此时并未隆起。

华南上扬子区晚奥陶世赫南特贝动物群的时空演变

赫南特贝动物群是奥陶纪末大灭绝事件第一幕发生之后,在全世界中、低纬度地区正常浅海底域广泛兴起的一个典型的凉水腕足动物群,已知在全世界除澳洲以外的各大洲数十个国家和地区见诸报道.华南上扬子区是赫南特贝动物群最为发育、分布最广泛、地质延限最长、生态分异最复杂的地区.定性与定量分析显示,赫南特贝动物群在扬子区从近岸至远岸的一系列产地,首现层位逐渐升高,动物群延续时限越来越短,而多样性却越来越高.纵向考察表明,近岸产地的赫南特贝动物群多样性由高向低演变,而远岸较深水产地的多样性演变则由低而高.随地点和层位而发生的环境因子变化(如水深、底质等),赫南特贝动物群应对以不同的群落、亚群落或群集.

浙西北上奥陶统文昌组和堰口组沉积特征及其意义

晚奥陶世赫南特期是地史上的一个重要转折时期,在这一短暂的时期内发生了生物大灭绝、全球性冰川和全球性海平面剧降等事件。在南半球冈瓦纳大陆上以北非为中心的大陆冰盖急剧扩增,在国外许多地区和块体上常有冰碛岩和海退序列报道,但中国对该时期地层的沉积学研究还不多。浙西北地区晚奥陶世的文昌组和堰口组为一套海退型沉积,上段发育有华南该时期一套独特的砾岩和含砾砂岩沉积,根据该沉积及上下地层所含的笔石动物群分析,该套砾岩层的层位相当于赫南特阶Normalograptus extraordinarius笔石带,在形成时间上与奥陶纪末的全球冰川事件一致。当前研究表明,这套砾岩代表水下河道沉积,其砾石主要来自东南侧的华夏古陆。文昌组和堰口组砂岩成分统计分析显示,文昌组和堰口组的物源区具有再循环造山带性质,且砂岩的成分成熟度和结构成熟度均较低,与华夏古陆构造隆升紧密相关。文昌组和堰口组的沉积序列可与北非、中东、英国、瑞典、捷克等地的同期序列进行对比,是赫南特期全球性冰川事件在华南的响应证据。

鄂西恩施奥陶系-志留系界线附近沉积地球化学与沉积环境

鄂西恩施地区龙马溪组下部发现一套厚度在30~50cm之间的生物屑灰岩,时限上相当于赫南特期,灰岩层下部为深水沉积的富含笔石化石的生物屑硅质岩,其上为薄层状富含笔石化石的含炭质生物屑泥质粉砂岩夹炭质页岩。灰岩顶底界面均为岩相突变面,代表海平面的突然变浅与加深。在详细的野外工作基础上,结合微量元素和稀土元素研究,证明灰岩为浅水沉积的产物,将其与华南其他区域赫南特期进行了对比分析,探讨了研究区的沉积古地理变迁特征。

奥陶纪末期深水介壳动物群在湘西北的发现及其古生态意义

首次记述湘西北桃源和慈利县境奥陶系顶部新开岭层产三叶虫武宁尖盾虫(松溪虫)(Mucronaspis(Songxites)wuningensis)和腕足类平月贝-小埃吉尔月贝组合(Paromalomena-Aegiromenella Assemblage),并新建小埃吉尔月贝群集(Aegiromenella Association).群落生态分析表明,这是赫南特期华南深水介壳动物群,栖息在上扬子区东南缘外的湘西北斜坡上,与上扬子区北缘陕南斜坡、渝北凹地(新名)、下扬子区赣皖苏缓坡的同期产物一样,均属于凉深水、低分异度的赫南特贝动物群,宜归于BA4-5(水深约60～150m,最深可达200m)的生态位;与上扬子台地浅水三叶虫M.(S.)mucronata类群和典型赫南特贝动物群(Hirnantia Fauna)有重要差异,后者主要栖息在BA2-3(水深约5～60m)的生态位.首次绘制出华南赫南特期浅水和深水壳相动物群古地理分布型式.假设湘西北奥陶纪末期沉积速率均等,根据五峰组压实厚度和笔石带绝对年龄值,推算出新开岭层沉积时间只有1.2万年,这或许表明该时期全球重大环境变化在时间上比原先想象的要短很多,尤其是对深水域的影响,明显短于浅水域.

鄂西南地区五峰组-龙马溪组连续沉积特征

湘鄂西地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组间未发育明显的奥陶系观音桥组介壳层,且至少缺失了2个笔石带,被认为是存在湘鄂西水下隆起/高地。此次研究通过对鄂西南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组沉积特征及沉积环境分析,发现五峰组—龙马溪组为连续沉积,沉积水体总体呈逐渐变深—逐渐变浅的特征;在五峰组的深水陆棚相之上,发育全球冰期背景下的赫南特期浅水陆棚相,矿物组分以石英含量最高,黏土矿物含量最低,有机碳含量较高为典型特征;其元素组分以Al2O3含量相对最低,SiO2含量相对最高为特征,岩石类型为炭质泥质粉砂岩;在五峰组—龙马溪组沉积过程中,经历了明显变冷的时期,即赫南特期的存在。鄂西南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组以浅水陆棚相最为发育且岩性快速变化,相对中上扬子其他地区,沉积水体较浅,对页岩气富集造成不利影响。

鄂西恩施龙马溪组下部灰岩层的发现及其地质意义

鄂西恩施地区龙马溪组下部发现一套厚30~50cm的生物屑灰岩,时限上相当于赫南特期,灰岩层下部为深水沉积的富含笔石化石的生物屑硅质岩,其上为薄层状富含笔石化石的含炭质生物屑泥质粉砂岩夹炭质页岩。灰岩顶底界面均为岩相突变面,代表海平面的突然变浅与加深。在详细的野外工作基础上,结合微量和稀土元素研究,证明灰岩沉积时期为浅水沉积的产物,并与华南其他区域赫南特期沉积进行对比分析,探讨研究区的沉积古地理变迁特征。