二叠纪古地理特征

如题所述

二叠纪是古生代最后一个地质年代,地壳运动又趋活跃,全球范围内一系列板块的碰撞导致地史中著名的联合古陆在二叠纪末期基本形成。该大陆几乎由北极延伸至南极,跨越了不同的古气候带。这种全球古构造、古地理环境的巨变,造成了陆相、潟湖相沉积类型的广泛发育,气候带的明显分异和生物界的重要变革。联合古陆东南缘继续存在结构复杂的古特提斯多岛洋,而使中国二叠纪地史既反映全球共性又有自身特色。

(一)华北-东北南部区

华北板块主体自二叠纪起已基本脱离海洋环境,仅局部地区遭受短期海侵影响。因此二叠系以陆相沉积为主。位于华北中部的山西太原地区二叠系发育最好,研究最详,是公认的华北地区二叠系标准剖面。

1.山西太原西山二叠系标准剖面

这个剖面二叠系总厚达数百米。从岩相分析来看,下二叠统下部山西组几乎全系陆相沉积。本组底部为粗粒石英砂岩,具斜层理,并有植物化石等,属河床相;向上以泥页岩粉砂岩为主,夹煤层,含植物化石,为典型的沼泽成煤相。由山西组向上出现了一套岩性复杂的陆相沉积,即“石盒子群”(下石盒子组和上石盒子组),下石盒子组夹有煤层及含丰富的植物化石,主要属于沼泽相沉积;上石盒子组仅有少量炭质页岩,不含煤层,并开始出现紫红色泥页岩层,植物化石保存较好,但不及下部多,主要属河流、湖泊相沉积。气候已逐渐转为干燥。上覆石千峰组是一套紫红色岩系,主要为长石石英砂岩和砂质泥岩的互层,已是典型的干燥气候的内陆河、湖相地层(图8-6)。

综上所述,太原西山二叠系剖面各组自下而上厚度逐渐增大,颜色由黑灰至黄绿至紫红:由含煤到不含煤,这些特征说明经历了由沼泽低地逐渐变为河湖盆地,气候由潮湿变为干旱的历史过程。

图8-6 中国二叠系柱状剖面对比图

(转引自刘本培等,1996,有修改)

L—梁山组。1—火山岩;2—硅质岩、硅质泥岩;3—硅质团块灰岩;4—煤层(其他图例参图8-2,4)

2.横向变化和古地理

太原西山剖面可代表华北-东北南部区二叠系的一般情况,但各期岩相的横向变化仍有所不同。

山西组地层分布广泛,厚度不大,一般为100~200m,主要为内陆湖沼相及沼泽相含煤地层。说明当时本区除一些古陆剥蚀区外,普遍为地势低平的潮湿气候环境,广泛发育了沼泽,植物大量繁盛,因而成为重要的造煤时期。

石盒子群的分布也较广泛,但横向变化显著。大致可以分为3种类型:①淮南型,分布于淮南及豫西一带,主要是灰色的砂、页岩,含重要可采煤层,并找到含海相或半咸水相化石(Lingula舌形贝)的夹层;②苏北型,分布于苏北、鲁中、冀东和辽东一带,石盒子群下部有可采煤层,但不重要;③山西型,分布于太行山以西(包括山西北部和鄂尔多斯盆地),为一套黄绿色至紫红色砂、页岩及泥岩为主的地层,基本上不含可采煤层,但有植物化石。由此可见,当时本区古地理环境较为复杂,太行山以西地势较高,石盒子群以河流、湖泊沉积为主;太行山以东的苏北、鲁中、冀东及辽东等地地势较低,气候也较湿润,石盒子群含有可采煤层,以湖泊沉积为主;淮南一带地势低洼,临近华南海区,偶受短暂海侵,石盒子群含重要可采煤层,为近海沼泽沉积(图8-7)。

(二)华南区

华南板块二叠纪时遭受了晚古生代中最大的海侵,与华北-柴达木板块的大陆面貌形成鲜明对比。华南海相二叠系发育特征以黔中地区为代表。华南石炭纪末、很多地区地壳上升,普遍海退,至二叠纪初又逐步下降接受沉积,致使二叠系和石炭系间多为假整合接触。中二叠统(阳新统)以浅海相灰岩为主,分布极广,代表一次海侵的产物;上二叠统(乐平统)普遍发育有海陆交互相及陆相含煤地层上部又以海相地层为主。浙、闽、粤沿海一带及海南岛地区二叠纪时已属稳定地区,构成华南板块的一部分。

1.黔中一带二叠纪标准剖面

黔中一带二叠系总厚达1000m以上,与下伏上石炭统为假整合接触,界线清楚。中二叠统下部相当栖霞阶的地层,其底部梁山组为厚十多米的砾岩和黑色页岩,常夹薄层煤层,含植物化石及珊瑚化石,属海陆交互相沉积;向上为120~500m厚的灰黑色和黑色厚层块状灰岩,含大量的燧石结核,产 Nayasakaia(早板珊瑚),Polythecalis(多壁珊瑚),Nankinella(南京

)等,即所谓栖霞(灰岩)组,属浅海灰岩相。上部相当茅口阶的茅口组为浅灰色至白色块状质纯灰岩,厚约250m,产 Neoschwagerina(新希瓦格

),Verbeekina(费伯克

),Wentzelella(文采尔珊瑚)等,为浅海相沉积,中二叠世末发生海退,沉积间断,至晚二叠世初又下降接受沉积。上二叠统下部龙潭组(相当龙潭阶)假整合于茅口灰岩之上,为一套砂岩、页岩及薄层石灰岩为主的地层,夹煤层及燧石层,厚180多米。产Gigantonoclea(单网羊齿)、Gigantopteris(大羽羊齿)及腕足类、

类等化石,为海陆交互相含煤地层。长兴组为泥质灰岩和灰岩,常含燧石团块及条带,厚约120m,产有Oldhamina(俄哈姆贝)、Palaeofusulina(古纺锤

),属浅海相;长兴阶上部称大隆组为燧石层,页岩和燧石灰岩的互层,底部夹黑色页岩及极薄的烟煤一层,厚35m,含Pseudotirolites(假提罗菊石),属近水海湾相沉积。向上与下三叠统为假整合接触(图8-6)。

黔中一带二叠纪时经历了两次海侵:一次是在中二叠世早期,为初期短暂的滨海沼泽环境的大海侵,沉积了浅海相栖霞灰岩和茅口灰岩;第二次在晚二叠世末期,沉积了以海相为主的长兴阶地层。二次海侵之间为海退期,造成滨海沼泽环境,形成具有重要经济意义的海陆交互相含煤地层,即所谓的“龙潭煤系”。

2.横向变化和古地理

华南晚石炭世后,大部分地区地壳上升海水暂时退去,至中二叠世初,又开始下降接受沉积致使二叠统与下伏地层为假整合接触。

中二叠世地层在华南区分布十分广泛,普遍发育了以浅海相碳酸盐岩为主的地层——栖霞灰岩和茅口灰岩。说明早二叠世为广泛海侵时期,此次海侵为华南地史上最大的海侵时期之一,在北部海水淹没了整个上扬子地区,向东侵入到东南一带的大部分地区。但海侵本身又是个复杂过程,初期梁山组及其相当地层仅分布于本区北部,大致在滇东、贵阳、长沙、南昌一线以北,这些地区在泥盆纪、石炭纪时一般都是高出海面的陆地,到二叠纪初地形逐渐夷平,为滨海沼泽地带;此线以内的地区则主要为浅海环境,这种情况仍然是继承了过去“北高南低”的古地理而貌。栖霞灰岩分布最广,且岩相厚度较稳定,到处发育了含Hayasakaia(早板珊瑚)、Nankinella(南京

)等化石群的浅海相含燧石结核灰岩,它不仅超覆在晚古生代一直处于陆地状态的上扬子地区(川、鄂),而且在东南一带的部分地区也形成超覆。晚期茅口灰岩富含Neoschw agerina(新希瓦格

)、Verbeekina(费伯克

)、Wentzelella(文采尔珊瑚)等动物群,分布范围较栖霞组为小,岩性上也不如栖霞灰岩稳定,尤其是雪峰古陆以东的地区,岩相和厚度变化显著:如在黔桂一带茅口灰岩厚度常在500m以上;向东至湘鄂一带,石灰岩中燧石成分大增(“当冲层”),而厚度渐减;再东至苏皖及浙江一带,则全变为硅质页岩,厚度仅15m左右(孤峰层),化石以菊石类为特征,可能为静水海湾相沉积。看来,茅口期在部分地区已发生了海退,栖霞期的稳定的浅海灰岩相的局面到此时已经有所改变。

图8-7 中国晚二叠世古地理图

(转引自刘本培等,1996)

中二叠世末,华南地区普遍地壳上升,发生海退和沉积间断,致使上、下地层间为假整合接触,在东南一带还见到有微不整合关系,这就是所谓的“东吴运动”。“东吴运动”主要表现为大规模的地壳上升和海退,并在西部(川、滇、黔)发生大规模的玄武岩喷发,即通称的峨眉山玄武岩。峨眉山玄武岩主要分布于康滇地轴及其周围的地区,其范围在峨眉-古蔺一线以南,古蔺-贵阳-建水一线以西,向西可抵怒江东岸,北可至柴达木地块,规模较大,范围广,最厚达2000m以上。玄武岩的时代主要属晚二叠世早期,但中二叠世晚期已开始喷发,除初期有部分为海底喷发外,基本上是一套大陆火山喷发岩系。“东吴运动”之后,古地理出现了新的面貌。晚二叠世初期(龙潭期)除康滇古陆、江南古陆及华夏古陆外,都下降接受沉积。此时华南广大地区主要为一滨海平原,海水多次侵入,形成以海陆交互相为主的龙潭阶地层。由于各地古地理面貌有所差异,因而龙潭阶岩相分异显著,大致可分为3种沉积类型:①浅海灰岩相,分布于北部川北、陕南、鄂西一带及黔东、桂西一带,称吴家坪组,除底部有极薄的页岩偶夹薄煤层外,主要为浅海相石灰岩,含有Codonofusiella(喇叭

)、Liangshanopnyllum(梁山珊瑚)化石,为地势低凹,长期遭受海侵条件下的沉积;②海陆交互相含煤沉积,分布于华南的广大地区,是重要的含煤地层,以含Gigantopteris(大羽羊齿)等植物群为特征;③陆相含煤沉积,主要分布于康滇古陆以东的川西、滇东和黔西等地,说明这些地区为未遭受海侵的大陆沼泽地带(图8-7)。

晚二叠世末期发生了新的海侵——长兴期海侵,普遍发育了长兴阶海相地层。但海侵范围不广,康滇古陆东侧的滇东、川西、黔西等地继续发育了陆相含煤地层,说明长兴期海侵并未达到这些地区。长兴阶海相地层根据岩性及生物群特征,大致可分为两类:长兴灰岩及大隆硅质层,前者为浅海相灰岩,含Palaeofusulina(古纺锤

)等化石;后者主要为硅质页岩及硅质层,以含菊石类化石(如Pseudotirolites假提罗菊石)为特征,并有植物化石,属静水海湾相沉积。上述长兴组和大隆组,在一些地区表现为上、下关系;而另一些地区又为横向变化关系,即只有长兴灰岩,或只有大隆层,说明沉积环境在时间和空间分布上的变化地都是显著的。再一次说明岩石地层单位顶、底界面的“穿时性”特征。

(三)其他地区

塔里木地块边缘下部为陆相杂色碎屑岩岩系,有时夹玄武岩,含华夏植物群Sphenophyllum thonii等植物化石,局部含海相层;上部由内陆山间盆地式的杂色碎屑岩和玄武岩夹层组成,含植物、淡水双壳类、介形虫等化石,植物群属北方安加拉植物区系。二叠系总厚达1000~2000km。天山-兴安地区、西段天山准噶尔地区二叠系为山间盆地的陆相沉积。包括北山、内蒙古及东北北部的广大地区,早二叠世为活动海槽,沉积物内厚度巨大的碎屑岩夹碳酸盐岩、中酸性火山岩及火山碎屑岩组成,岩石遭受不同程度的变质。含北方型冷水动物群,以腕足类最丰富,珊瑚、

次之。其中腕足类Yakovlevia(雅可夫列夫贝)、Horridonia(耸立贝)、Licharewia(李哈列夫贝)、Kochiproductus(柯支长身贝)等为其典型代表。海槽南缘出现南方暖水型和北方冷水型交替的生物组合。中二叠世末,发生了强烈的地壳运动,造成中、上二叠统间的不整合,这次地壳运动被称之为“北山运动”。其结果导致海槽“封闭”,海水退去。晚二叠世形成巨厚的陆相碎屑岩系,夹陆相火山岩及火山碎屑岩沉积。含以Callipteris为代表的安加拉植物群和淡水双壳Palaeomutela(古米台蚌)等化石。昆仑山区的二叠系为厚度巨大(数千米)的碎屑岩夹火山岩、火山碎屑岩及灰岩,含腕足类、珊瑚等化石,与上覆地层为不整合接触。秦岭地区二叠系以碎屑岩、碳酸盐岩类为主,厚度巨大,岩相变化剧烈,局部具火山碎屑岩,岩石遭受轻度变质,含

、珊瑚、腕足类等化石。

雅鲁藏布江以北的冈底斯山、念青唐古拉山、喀喇昆仑山、藏东横断山脉,向南直至滇西等地区,除藏北羌塘区(藏北地块)二叠系以浅海相砂岩、页岩及灰岩为主,局部夹煤层外,大部分地区二叠系为厚度巨大的碎屑岩、火山岩、火山碎屑岩及灰岩、硅质岩等组成,有时上部夹含煤岩系,含腕足类、珊瑚、

及少量华夏植物群化石。雅鲁藏布江以南的西藏南部仅有早二叠世,在喜马拉雅山区称色龙群,厚400m左右,由页岩、粉砂岩、砂质页岩及灰岩等组成,主要属浅海相沉积。

台湾地区属环太平洋地槽的一部分,主要是一个中新生代活动带,可以肯定的古生代地层仅出露有二叠系。分布于中央山脉东部的大南澳群为一套变质杂岩,由砂页岩、灰岩、基性火山岩、火山碎屑岩变质而成,下部变质灰岩中发现有早二叠世的

类和珊瑚化石,上部未见化石,向上为上白垩统不整合所覆,因此其时代属晚古生代至中生代。大南澳群属优地槽型沉积,代表半深海—岛弧海区的产物。

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