大陸邊緣克拉階沙門階之交物理事件相分布及其對沉積環(huán)境的制約

大陸邊緣克拉階沙門階之交物理事件相分布及其對沉積環(huán)境的制約

自加拿大科學(xué)家mclaren在20世紀70年代首次提出，晚泥盆世末端的生物絕滅可能是由粉體在地球時間的短暫作用引起的全球生物群絕滅的。經(jīng)過f.f事件、keellwasser事件等項目，國內(nèi)外科學(xué)家們引起了廣泛的關(guān)注，并在生物層、化學(xué)層、同構(gòu)層和層序?qū)臃矫孀隽舜罅抗ぷ?。f-f事件的生物效應(yīng)（淺生物群的毀化）、化學(xué)態(tài)度（i、os、ni、sr、la、cu、（13c）異常等方面積累了豐富的數(shù)據(jù)。另一方面，f.f事件的物理效應(yīng)研究相對薄弱。本文以現(xiàn)有生物層為基礎(chǔ)，介紹了可變植物層，尤其是牙狀石生物層的事件沉積類型和可變植物層的三維性質(zhì)，以及與f.f交匯的生物群的絕滅關(guān)系。1palmatolepist基因回復(fù)突變巖的沉積特征F/F之交的事件沉積至少可分辨出7種物理事件相:細粒鈣屑濁積巖相、鈣質(zhì)角礫巖相、軟變形灰?guī)r相、含微球粒的粒泥灰?guī)r相、凝灰質(zhì)礫巖相、黑色頁巖相和火山噴溢相.(1)細粒鈣屑濁積巖相.在露頭上表現(xiàn)為薄到中層狀扁豆狀灰?guī)r或泥灰?guī)r,鏡下為粒泥灰?guī)r,顆粒主要為細小的生物碎屑,如鈣藻、腕足、海百合莖的碎片,再沉積的牙形石等,鏡下可見微遞變層理.細粒鈣屑濁積巖相主要見于白沙、香田、南垌、那藝和都安剖面Palmatolepistriangularis帶底部,也發(fā)育于桂林楊堤剖面Palmatolepislinguiformis帶頂部(圖1),為低密度濁流形成的遠端濁積巖.(2)鈣質(zhì)角礫巖相.在露頭上為塊狀無層理,礫石成分包括兩類,其一,下伏盆地相或斜坡相較深水環(huán)境中沉積的灰色-深灰色薄層狀粒泥灰?guī)r;其二,淺水碳酸鹽臺地相的骨屑灰?guī)r、顆?；?guī)r或礁灰?guī)r,含這種礫石的鈣質(zhì)角礫巖的厚度通常較前者大,可達數(shù)m.角礫棱角狀,無分選和磨圓,礫徑一般3～5cm,大者可達數(shù)十cm,少數(shù)礫石具塑性破裂或塑性變形的特征,巖石的膠結(jié)物或填隙物為灰泥或砂屑.鈣質(zhì)角礫巖相的層位集中分布在下Palmatolepistriangularis帶底部和上Palmatolepisrhenana帶底部,前者見于六景剖面,后者見于楊堤、香田和六景剖面(圖1).下Palmatolepistriangularis帶底部的鈣質(zhì)角礫巖相也見于南寧青秀山剖面,為水下碎屑流沉積.(3)軟變形灰?guī)r相.巖性為粒泥灰?guī)r,軟變形灰?guī)r層表現(xiàn)為復(fù)雜的褶皺或包卷層理,上覆和下伏灰?guī)r層產(chǎn)狀穩(wěn)定,灰?guī)r的沉積環(huán)境為較深水碳酸鹽斜坡相-盆地相.軟變形灰?guī)r的層位集中分布在白沙和都安剖面上Palmatolepisrhenana帶底部(圖1).(4)含微球粒的粒泥灰?guī)r相.以含豐富的微球粒為特征.微球?？煞譃閮深?其一:磷質(zhì)微球粒,呈淺黃色、褐色或深褐色,大多透明,球狀或橢球狀,大小一般100～300μm,表面光滑,部分微球粒表面可見在塑性狀態(tài)下被碎屑物刻劃的痕跡.在微球粒的球切剖面上,可分辨出球殼、球幔和球核,主要成分為磷酸鈣和無定型碳,這類微球粒與牙形石緊密共生,在數(shù)量上二者成正相關(guān)關(guān)系,很可能是牙形石動物產(chǎn)出的卵細胞,類似于現(xiàn)今的魚卵.磷質(zhì)微球粒,見于六景和垌村剖面上Palmatolepisrhenana帶底部,與鈣質(zhì)角礫巖共生,為事件沉積期卵細胞被快速埋藏的產(chǎn)物.那藝剖面下Palmatolepistriangularis帶底部的微球?？赡芤矊儆谶@一類.其二:鐵鎳質(zhì)或硅質(zhì)微球粒,其大小、形態(tài)與磷質(zhì)微球粒類似,僅成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)與磷質(zhì)微球粒不同,為微玻隕石球粒,被認為是天體撞擊地球的直接證據(jù).鐵鎳質(zhì)或硅質(zhì)微球粒曾報道于南垌和錫礦山剖面Palmatolepislinguiformis帶至下Palmatolepistriangularis帶底部.微球粒產(chǎn)于深水碳酸鹽斜坡相-盆地相的粒泥灰?guī)r中.(5)凝灰質(zhì)礫巖相.見于東準噶爾紙房地區(qū)弗拉階/法門階之交的法門階底部,厚度大于20m,沿走向在數(shù)km內(nèi)均可見.其巖性特征表現(xiàn)為雜礫巖,礫石大小混雜,分選、磨圓差,礫石成分見有安山巖、沉凝灰?guī)r、放射蟲硅質(zhì)巖、海百合莖、粗大的植物莖干化石和下、中泥盆統(tǒng)常見的群體珊瑚碎塊,礫徑大者可達47.7cm,一般為3～5cm.在層序上這套雜礫巖的下伏地層為具水平層理的放射蟲硅質(zhì)巖和細?；鹕剿樾紳岱e巖,上覆地層為中?；鹕剿樾紳岱e巖.因此作者認為,這套雜礫巖的沉積環(huán)境為多島洋環(huán)境中的半深海-深海盆地,沉積作用為滑移-滑塌-水下塊體流堆積,驅(qū)動機制為西伯利亞板塊南部板片向哈薩克斯坦板片俯沖導(dǎo)致的火山地震海嘯事件,誘發(fā)因素可能為小行星撞擊地球.法門階底部的凝灰質(zhì)角礫巖相也見于內(nèi)蒙古東北部的大民山剖面,二者在板塊構(gòu)造背景、沉積環(huán)境、驅(qū)動機制和誘發(fā)因素方面應(yīng)具有一致性和同時性(圖1).(6)黑灰色頁巖相.露頭上為黑灰色頁巖或鈣質(zhì)頁巖,具水平紋理,有機碳含量高,染手,在鏡下可見星點狀的黃鐵礦,無生物擾動,見于白沙剖面Palmatolepislinguiformis帶頂部或楊堤剖面下Palmatolepistriangularis帶底部,在層序上常位于強退積序列的底部(圖1),為深水低能環(huán)境中的缺氧事件沉積.(7)火山噴溢相.見于東準噶爾紙房地區(qū)弗拉階上部克安庫都克組下亞組上部,厚度20～30cm.巖性為含杏仁體的安山巖,呈夾層產(chǎn)于半深海火山碎屑濁積巖序列中(圖1),相當層位的火山噴溢相也見于西準噶爾朱魯木特組上部.法門階底部的火山噴溢相也見于廣西西部的那坡坡荷剖面和南丹大廠剖面,以凝灰?guī)r(爆發(fā)相)或中-基性熔巖(溢流相)的發(fā)育為特征.2漸進型海平面變化弗拉階/法門階之交存在兩種型式的海平面變化:階躍型海平面變化(階躍型海平面上升、階躍型海平面下降)和漸進型海平面變化(漸進型海平面下降)(圖1).階躍型海平面變化是指海平面在一個非常短的時間間隔內(nèi)發(fā)生快速、高幅度的跳躍型變化,在淺水環(huán)境中通常形成地層連續(xù)、相序不連續(xù)的地層序列;在較深水和深水環(huán)境中地層結(jié)構(gòu)和環(huán)境相的變化也非常矚目,階躍型海平面變化面通常為直觀、清楚和易于識別的地層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面.漸進型海平面變化則是指隨著時間的推移,海平面逐漸、連續(xù)地上升或下降,通常地層連續(xù)、相序也連續(xù);地層結(jié)構(gòu)和沉積相的變化不易察覺和識別.楊堤剖面下Palmatolepistriangularis帶底部和白沙剖面Palmatolepislinguiformis帶頂部的階躍型海平面上升以強退積型層序結(jié)構(gòu)為特征,海進面為矚目的地層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面;西準噶爾布龍果爾剖面洪古勒楞組法門階底部的階躍型海平面上升,以沉積環(huán)境的跳躍型變化為特征,即朱魯木特組頂部的河流沉積快速地轉(zhuǎn)變?yōu)楹楣爬绽憬M底部的淺海沉積,海進速度之快,以至于沒有留下典型的濱海沉積.南垌剖面和都安剖面弗拉階/法門階界線上的漸進型海平面下降以弱進積型層序結(jié)構(gòu)為特征.西伯利亞板塊南部活動大陸邊緣三個剖面上法門階底部的階躍型海平面變化與板塊俯沖導(dǎo)致沉積盆地基盤急劇上升或下降密切相關(guān),應(yīng)是構(gòu)造型海平面變化的產(chǎn)物;華南板塊南部的階躍型海平面變化主要與基底斷塊的差異升降有關(guān).通過對華南板塊、秦嶺造山帶和我國境內(nèi)西伯利亞板塊南部活動大陸邊緣及世界其他地區(qū)生物年代地層基礎(chǔ)好的弗拉階頂部和法門階底部海平面變化的比較分析發(fā)現(xiàn),弗拉期/法門期之交的海平面變化存在5種狀態(tài)(表1).這表明F/F事件期的海平面變化不論從中國范圍還是從世界范圍來看是不一致和不同步的.3生物階梯狀絕滅事件序列及討論(1)F/F之交事件沉積的全球性、等時性和可能原因.F/F之交的事件沉積不僅見于中國,而且也報道于比利時Senzeilles剖面和Hony剖面、美國內(nèi)華達的DevilsGate剖面、俄羅斯的南烏拉爾地區(qū)和摩洛哥的Atrous地區(qū).盡管這些事件沉積的特征不同,分布于不同的相區(qū)、沉積盆地和板塊上,但它們均集中分布于下Palmatolepistriangularis帶底部和上Palmatolepisrhenana帶底部,在極少數(shù)剖面上(如:楊堤剖面)分布于Palmatolepislinguiformis帶的最頂部.因此,我們認為天體撞擊地球造成全球范圍的地震、火山爆發(fā)和撞擊型海嘯是最可能的誘發(fā)因素.與這次撞擊有關(guān)的可能的隕石坑包括中國的太湖(直徑≥370km;層位:上泥盆統(tǒng)五通組)、瑞典的SiljanRing(直徑:50km;年齡值:(368±1)Ma)和加拿大魁北克的Charlevoix(直徑:46km;年齡值:(360±20)Ma).由于同位素的定年誤差,這些隕石坑的年齡值尚不完全一致.(2)F/F之交的隕擊事件序列與生物的階梯狀集群絕滅.F/F之交的生物集群絕滅是顯生宙5次最引人矚目的生物集群絕滅和重大地史轉(zhuǎn)折期之一,地學(xué)家們普遍認為小行星撞擊地球、缺氧和全球范圍的大規(guī)模海退是這次生物集群絕滅的重要原因[1,2,27,28,30,31,32],然而有趣的是,以往報道的直接隕擊事件產(chǎn)物—微玻隕石球粒層和法門期大海退,大都位于弗拉期末大規(guī)模生物集群絕滅和δ(13C)負異常層之上[1,2,27,28,30,31,33],因此,它們不可能是弗拉期末大規(guī)模生物集群絕滅的原因.上Palmatolepisrhenana帶底部可能的隕擊事件和Palmatolepislinguiformis帶發(fā)現(xiàn)的隕擊事件,很可能是導(dǎo)致弗拉期末全球環(huán)境劇變和大規(guī)模生物集群絕滅的最直接的重要候選事件.根據(jù)現(xiàn)有資料和我們對F/F之交地層的米蘭柯維奇旋回研究,F/F之交存在多次隕擊事件,可能的隕擊事件序列和發(fā)生時間為:上Palmatolepisrhenana帶底部(隕擊事件1:377.9Ma)→Palmatolepislinguiformis帶上部南垌頁巖下(隕擊事件2:376.7Ma)→Palmatolepislinguiformis帶上部南垌頁巖上(隕擊事件3:376.6Ma)→Palmatolepistriangularis帶底部(隕擊事件4:376.5Ma)→Palmatolepistriangularis帶上部(隕擊事件5:376.2Ma)→Palmatolepiscrepida帶(隕擊事件6:≤375.6Ma).這些隕擊事件既是F/F之交生物階梯狀集群絕滅的地質(zhì)-天文背景,也是上述事件沉積的重要誘發(fā)因素,三者共同構(gòu)成F/F之交令人矚目的全球性事件群.俞昌民的研究表明,早泥盆世-中泥盆世早期,四射珊瑚屬的發(fā)生數(shù)大于絕滅數(shù),中泥盆世晚期(吉維特期)至晚泥盆世早期(弗拉期)四射珊瑚屬的發(fā)生數(shù)小于絕滅數(shù),在早泥盆世絕滅的屬中,地方性屬多于廣布性屬,弗拉期的情況則正好相反(據(jù)文獻).泥盆紀竹節(jié)石的演化也是非常引人注目的,從早志留世至早泥盆世,盡管在早泥盆世末竹節(jié)石有一次重要的絕滅,但竹節(jié)石屬的發(fā)生數(shù)仍大于絕滅數(shù),中泥盆世至晚泥盆世早期(弗拉期)竹節(jié)石屬的發(fā)生數(shù)大大小于絕滅數(shù),到法門期竹節(jié)石僅存Homoctenus,Striatostyliolina,Styliolina3屬,至法門階牙形石Palmatolepisrhomboidea帶頂竹節(jié)石全部絕滅.腕足、牙形石等生物類別也具有類似的分階段絕滅的特點.我們認為,F/F之交全球范圍內(nèi)生物的階梯狀絕滅,可能與上述的隕擊事件序列有關(guān).從現(xiàn)有資料來看,分階段絕滅應(yīng)是顯生宙五大全球生物集群絕滅的普遍規(guī)律.(3)在精細生物地層帶控制下的高能物理事件層是高分辨率地層對比的首選標志.弗拉階上Palmatolepisrhenana帶底部和法門階Palmatolepistriangularis帶底部,在不同板塊、不同相區(qū)如此廣泛地發(fā)育各種物理事件層,該事件層很可能是不同等時地質(zhì)-天文作用的物質(zhì)記錄.天體撞擊導(dǎo)致的地震、火山爆發(fā)和海嘯可能是該物理事件沉積的直接誘發(fā)因數(shù).在系統(tǒng)精細的(牙形石)生物地層和米蘭柯維奇旋回等時對比基礎(chǔ)上,跨相、跨板塊的高能量物理事件層應(yīng)是萬年級至年、天級高分辨率年代地層劃分對比的重要標志.我們認為,高分辨率年代地層劃分對比的基礎(chǔ)是系統(tǒng)精細的生物地層工作或GSSP工作,高分辨率