鄂西地区上二叠统大隆组及二叠系-三叠系界线牙形石动物群研究

发布时间：2020-07-23 15:00

【摘要】：在二叠纪-三叠纪之交发生了地球生物史上最严重的一次生物大灭绝事件,大约有75%的陆生生物和95%海洋生物种类灭绝。因此作为当今国际地质学研究的热点和前沿方向,深入地研究二叠纪末期生物与环境的协同演化、生物大灭绝形成的机制以及影响早三叠世生物大复苏的主要原因,对理解当今整个地球生物系统都具有极其重要的指导意义。牙形石因其快速的演化和广泛的分布,在二叠纪-三叠纪之交重大转折期生物与环境的协同演化研究中起着至关重要的作用。华南扬子台地从晚二叠世到早三叠世具有众多完整的海相层序,牙形石生物地层得到了广泛的研究。然而,近几十年来,华南虽说已有大量有关二叠-三叠纪之交牙形石生物地层的报道,但这些研究主要都集中在扬子地区浅水碳酸盐岩台地相剖面,以深水成因硅质岩为主的盆地相剖面研究相对较少,这主要是因为深水盆地相相硅质岩中相对难以建立较为系统的牙形石生物地层。但深水相剖面往往在二叠纪-三叠纪之交记录了更全面的信息,因此加强深水盆地相剖面牙形石及其它门类生物地层研究显得尤为重要。鄂西地区晚二叠世时期为中扬子地区东北部边缘的台内裂陷盆地,广泛发育以硅质岩为主的深水沉积的大隆组地层,是研究二叠纪-三叠纪之交深水相生物与环境的协同演化的理想场所。本文通过系统研究二叠纪-三叠纪之交鄂西地区湖北宜昌五峰竹桥剖面、重庆奉节十里沟剖面和湖北建始奇羊坝剖面深水盆地相上二叠统大隆组及二叠-三叠系界线牙形石生物地层以及竹桥剖面和十里沟剖面无机碳同位素地球化学特征,取得以下主要结论:(1)根据竹桥剖面、十里沟剖面和奇羊坝剖面的主要岩性和沉积特征,认为研究区大隆组下部硅质岩段,为缺氧的深水盆地沉积环境;大隆组上部灰岩段,为盆地边缘相;大冶组灰岩段为碳酸盐台地斜坡相。(2)从竹桥剖面识别出3属10种牙形石P_1分子,包括Clarkina orientalis、C.guangyuanensis、C.transcaucasica、C.liangshanensis、C.wangi、C.meishanensis、C.orchardi、Hindeodus parvus、H.pisai、Isarcicella isarcica。在该剖面共建立5个牙形石带,自下而上分别为:C.orientalis带、C.wangi带、C.meishanensis带、H.parvus带和I.isarcica带;(3)从十里沟剖面识别出3属7种牙形石P_1分子,包括C.orientalis、C.wangi、C.subcarinata、C.changxingensis、C.yini、C.deflecta、H.aff.parvus。在该剖面共建立5个牙形石带,自下而上分别为:C.orientalis带、C.wangi带、C.subcarinata带、C.changxingensis带和C.yini带。(4)在奇羊坝剖面识别出1属4种牙形石P_1分子,包括C.wangi、C.subcarinata、C.changxingensis和C.yini。在该剖面共建立3个牙形石带,自下而上分别为:C.wangi带、C.subcarinata带和C.yini带。(5)基于竹桥剖面牙形石生物地层,我们把竹桥剖面吴家坪阶-长兴阶界线放在25a层10.85m处,把十里沟剖面吴家坪阶-长兴阶界线放在第6层底部7.24m处。同时,将竹桥剖面二叠系-三叠系界线定义在27层底部11.74m处,将十里沟剖面二叠系三叠系界线限定在17层底部35.39m处。(6)依据竹桥剖面大隆组建立的C.orientalis带、C.wangi带和C.meishanensis带,十里沟剖面大隆组建立的C.orientalis带、C.wangi带、C.subcarinata带、C.yini带和奇羊坝剖面大隆组建立的C.wangi带、C.subcarinata带和C.yini带,我们认为鄂西地区大隆组的时代为晚二叠世吴家坪晚期到长兴期。(7)竹桥剖面大隆组25a层C.wangi带,25b-26层为C.meishanensis,相对于浙江煤山剖面和华南其它剖面缺失了C.subcarinata、C.changxingensis和C.yini这3个牙形石带。这可能是由于竹桥剖面大隆组以硅质岩为主,较难获得牙形石。也可能是因为在24和25a层之间存在沉积间断。(8)竹桥剖面和十里沟剖面无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))在吴家坪阶-长兴阶界线和二叠系-三叠系界线附近都存在一次负偏。竹桥剖面吴家坪阶-长兴阶界线无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))的负偏发生在C.orientalis带内,平均值为-1.08‰,紧接着在界线处存在短暂的正峰值期(+0.51‰-+0.84‰)。在十里沟剖面,吴家坪阶-长兴阶界线无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))的负偏发生在C.orientalis带和C.wangi带内,然后从C.subcarinata带快速恢复到稳定期,并一直延伸到C.yini带底界,平均值为0.64‰。二叠系-三叠系界线附近无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))的负偏在竹桥剖面从C.meishanensis带延伸到了I.isarcica带。在十里沟剖面,二叠系-三叠系界线附近无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))值从C.yini底界开始逐步降低,在C.yini带顶部有一次约为3.62‰快速的负偏移,紧接着在早三叠世处于稳定的负值期,平均值为-0.80‰。研究区无机碳同位素的负偏是生物与环境共同作用的结果。(9)通过本文的研究,对鄂西地区以硅质岩为主的大隆组及二叠-三叠系界线牙形石生物地层和无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))变化特征有了系统的认识,可以与华南浙江煤山、四川上寺等经典剖面进行很好的对比。为研究鄂西地区大隆组的时空分布、鄂西盆地的演化和吴家坪阶-长兴阶及二叠系-三叠系界线提供了有力的牙形石生物地层证据,为研究二叠纪末期生物大灭绝进程提供了新的无机碳同位素证据。进而为二叠-三叠纪重大转折期深水相生物与环境的协同演化提供了新的材料。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q915
【图文】：

华南晚二叠世,剖面

图 1-1 华南晚二叠世古地理分区图（据冯增昭，1997 和 Yin et al.,2014 修改）。MS=浙江煤山剖面；PDS=安徽平顶山剖面；NS=安徽牛山剖面；HZS=浙江黄芝山剖面；HS=湖北黄石剖面；DXK=湖北大峡口剖面；JS=湖北建始剖面；GX=湖北甘溪剖面；JZS=湖北毽子山剖面；SS=四川上寺剖面；CT=四川朝天剖面；DJG=重庆戴家沟剖面；LFY=重庆凉风垭剖面；GH=湖南高化剖面；YG=江西沿沟剖面；GM=贵州改毛剖面；XM=贵州新民剖面；BYN=贵州边阳北剖面；DJ=贵州打讲剖面; DW=贵州大文剖；WZ=广西五转剖面；PJ=广西坡掘剖面; DL=广西达拉剖面；DP=广西东攀剖面，所涉及剖面参考文献在文中都有标注。同时牙形石生物地层同时还为研究二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝的灭绝形式和时机提供了精准的地层对比，目前关于这次大灭绝的灭绝形式主要有单幕式，其灭绝层位对应浙江煤山剖面 25 层 C. meishanensis 带(Rampino and C. Adler, 1998;Jinetal.,2000)；双幕式，认为大量生物种类的灭绝主要对应浙江煤山剖面 25 层 C.meishanensis 带和 28 层 I. staeschei 带两个层位(Xie et al., 2007; Song et al., 2013;Shenetal.,2016)；多幕式，认为二叠纪末期生物大灭绝是一个复杂的过程，包括灭绝开始期、主灭绝期和灭绝结束期，分别对应煤山剖面 24e 层 C. yini 带顶部，25-26 层 C. meishanensis 带到 H. changxingensis 带和 28 层 I. staeschei 带(Yin et al.,2007); 主幕式，认为生物大灭绝是一个短暂和持续的过程，从浙江煤山剖面 24e 层

竹桥,坝剖面,概况,位置

第二章研究区概况和剖面介绍2.1 交通概况竹桥剖面位于湖北省宜昌市五峰县五峰镇竹桥村北部 2 公里处竹桥水电站旁边，十里沟剖面位于重庆市奉节县兴隆镇环山旅游公路边，属重庆市和湖北省交界地带，奇羊坝剖面位于湖北省建始县奇羊坝村北部 1 公里处国道 G209 旁。总体都属于属鄂西地区，研究区东部毗邻宜都市和松滋市，西部抵利川县，南部与湖南省石门县接壤，北部与重庆巫溪和湖北省恩施巴东县连接。研究区内贯穿国道 G318、国道 G209，省道 S325 和 S201 等，水系发育，长江和清江贯穿全域、宜昌火车站、三峡机场等环绕其四周，总体交通较为便利(图 2-1）。

分布图,竹桥,坝剖面,区调

2010)。表 2-1 为鄂西地区二叠纪-三叠纪之交地层划分表，各组地层岩性简述如下：图2-2 鄂西地区二叠纪地层分布图★十里沟面位置，●奇羊坝剖面位置▲竹桥剖面位置（据湖北1:5万火烧坪等4幅区调报告修改）二叠系（P）梁山组（P2l）：本组以灰白、灰黑色中厚层石英岩状砂岩夹灰色中厚层石英粉砂岩、泥岩，常见灰黑色煤层。栖霞组（P2q）：岩性为深灰色厚层状灰岩、泥质条带瘤状灰岩及灰黑色中薄层泥晶灰岩与灰色中-薄层钙质泥岩组成的不等厚韵律层。灰岩中发育硅质条带与硅质结核。茅口组（P2m）：主要以中厚层生物碎屑灰岩为主，下部为瘤状灰岩夹钙质泥岩。12

【参考文献】