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扬子海盆晚奥陶世晚期至志留纪初期海平面升降与奥陶/志留系界线的划分与对比

何卫红  
【摘要】: 本文通过生物地层、化学地层和层序地层的研究,对晚奥陶世晚期至志留纪初期的海平面变化以及奥陶/志留系界线的划分进行了探讨。 笔石、腕足类、放射虫的形态、分异度和丰度的研究表明:扬子海盆晚奥陶世晚期至志留纪初期,总体上,海平面经历了上升→下降→上升的变化,海平面上升的最大阶段发生在Tangyagraptus typicus亚带下部,到观音桥层顶部,海平面下降到最低点。 在苟家垭和大塘口剖面五峰组-龙马溪组底部,Ni,V,Sc,Rb,Sr和Ba等微量元素丰度以及稀土元素Ce异常的变化具有相似的规律性,可划分成5次旋回,分别对应于D.complexus带下部,D.complexus带上部,P.pacificus带下部,P.pacificus带上部至N.ojsuensis带,以及N.persculptus带至P.acuminatus带。在这2个剖面上,放射虫丰度变化也表现出相似的规律,与笔石和腕足类的形态、分异度和丰度变化所反应的海平面升降大体一致,和北美、非洲同期海平面的5次波动可以对比,据此指出,以上5次海平面旋回代表了晚奥陶世晚期至志留纪初期全球性海平面变化。在前4次旋回中,每次波动的周期为0.75~1Ma,与冰川活动引起的Ⅳ级海平面变化周期(0.1~1Ma)相近,以此进一步推断晚奥陶世晚期(从D.complexus带到N.ojsuensis带)发生过4次Ⅳ级海平面变化。 根据放射虫、笔石、腕足类、海绵骨针以及岩性等对古环境的指示意义,认为五峰组底部灰绿色泥岩段产出时水深约60-100m,观音桥层水深约50-80m,在晚奥陶世最大海侵期(对应于T.typicus亚带下部),水深约400m,五峰组含放射虫硅质岩沉积时最小水深约200m,结合以上海平面变化的5次旋回,从而推算出各旋回海平面的变化幅度:在第①旋回,海平面变化范围大致为20~120m;在第②、第③和第④旋回中,海平面变化分别为80~130 m、大约150 m和50~250m;第⑤旋回的海平面升降幅度大于200 m。 按“国际地层指南”的要求所划分的年代地层界线的地质标志不明显,不利于识别,并且与地球演化节律不完全吻合。从震旦/寒武系之交,到奥陶/志留系、弗拉斯期/法门期、二叠/三叠系、三叠/侏罗系以及白垩/第三系之交的各地史转折期,发生的地质事件存在如下规律:(1) C、O同位素异常事件所跨越的地史时间,长于或基本等于界线粘土层或生物绝灭事件所跨越的时间;(2)海侵事件一般紧随其它地质事件之后发生,并与生物绝灭之后的复苏基本一致;(3)海侵之前为事件发生的高峰期,之后为较平静的地史期;(4)以上相邻地史转折期的时间跨度分别为105Ma,66Ma,122Ma,45Ma和140Ma,可见地质事件以长、短周期相间出现,相邻2个长、短周期之和基本相等(66Ma+122Ma=188Ma,45Ma+140Ma=185Ma);(5)在二叠/三叠系、白垩/第三系等断代界线附近,地质事件的规模更大,不仅存在生物集群绝灭,还出现过全球性的化学异常事件。这些规律表明:地球演化存在节律性;全球性海侵事件可能为地球由非平衡状态走向平衡状态的转折点,或为地史转折期的转折点。因而指出,划分年代地层界线时要充分考虑体现地球演化节律的自然事件,特别是海侵事件的重要意义。 根据生物演化的不可逆性、地球演化的节律性以及各地史转折期地质事件之间的规律,建议划分年代地层单元界线时,以生物地层划分为基础,密切结合自然事件,并以此为辅助标志。在划分奥陶/志留系界线时,主张以笔石N.persculptus的首现为生物标志,以基本同时发生的地质事件为其辅助标志,以利于全球广泛对比。鉴于不同地区留下的地质记录不完全相同,奥陶/志留系界线对比方法不同:在界线层型剖面上,以N.persculptus的首现为生物标志,以与之基本一致的海侵事件为辅助的物理标志,以生物集群绝灭事件和化学异常事件为辅助的生物和化学标志;在笔石极不发育的地区,则以海侵事件、生物绝灭事件或化学异常事件为辅助标志,以与其相距最近、并且具有区域对比性的其它门类化石(如牙形石)作为界线对比的生物标志;对于由于海退事件所造成地层缺失很多的地区,则以海退/海侵事件作为划分界线的物理标志,并以相映的海侵事件的开始作为奥陶/志留系的分界。


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