秭歸實習專題報告

秭歸實習專題路線報告地球科學學院XXX專業(yè)XXX班姓名XXX學號XXXXXXX起止日期：2014年9月1日——2014年9月14日中國地質(zhì)大學（武漢）以王家灣剖面為例---探討奧陶-志留紀之交生物大滅絕摘要生物的集群絕滅是生物出現(xiàn)以來生物圈最引人注目的重大生物事件之一。據(jù)統(tǒng)計,顯生宙明顯的生物集群絕滅有15次之多,其中重大集群絕滅有5次。奧陶紀-志留紀之交發(fā)生過一次生物大滅絕。其間發(fā)生了哪些重大的地質(zhì)事件？生物滅絕的原因有哪些？以宜昌王家灣上奧陶統(tǒng)赫南特階全球界線層型剖面為例，對其中的生物以及地層巖性問題展開思考，探求奧陶-志留紀之交的奧秘。關鍵詞奧陶紀，志留紀，生物滅絕。在宜昌王家灣上奧陶統(tǒng)赫南特階全球界線層型剖面，主要出露的地層為晚奧陶世晚期的五峰組（包括觀音橋?qū)樱┖驮缰玖羰涝缙诘凝堮R溪組。（見下圖）（1）五峰組：主要巖性為深灰色、灰黑色薄層硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖互層（形成韻律），含大量筆石；頂部為灰黃色中層泥質(zhì)灰?guī)r，含大量腕足類等介殼生物，厚度較薄，并且在區(qū)域上延續(xù)廣，稱為“觀音橋?qū)印?。根?jù)對此處五峰組沉積速率的研究（肖傳桃）①其中,五峰頁巖沉積速率為0.78m/Ma;觀音橋段沉積速率為0.79m/Ma。因此,從沉積速率來看,五峰組具有典型的深海沉積特征。其中，五峰組頁巖段含有大量放射蟲和筆石，兩者都屬于典型的浮游生物，五峰組頁巖段形成于深海盆地環(huán)境中。王家灣觀音橋段中產(chǎn)有著名的Hirnantia-Dalmanitina動物群。其中,以腕足類占優(yōu)勢,包括正形貝類Hirnantia,扭月貝類Aegiromena,Leptaenopoma等,并伴有三葉蟲等。該動物群在保存狀態(tài)上具有聚集式特點,并有生物碎屑層,故該段有介殼相之稱，為淺海沉積的產(chǎn)物。（2）龍馬溪組：主要巖性底部灰黑色薄層含硅的碳質(zhì)泥巖；下部黑色炭質(zhì)頁巖。，含大量筆石，炭質(zhì)含量豐富，有機質(zhì)含量高，沉積環(huán)境為深海還原環(huán)境。由此可知，在奧陶-志留紀之交沉積環(huán)境由深海沉積——淺海沉積——深海沉積；主要生物筆石——腕足——筆石。其中，肯定發(fā)生過大海退或陸殼抬升，是什么原因造成的呢，跟生物大滅絕有如何關系呢，生物種類發(fā)生什么樣的改變呢。從全球事件來看，上世紀70年代，在非洲北部和南部奧陶紀晚期地層中發(fā)現(xiàn)冰川沉積②，緊接,在南美洲等國發(fā)現(xiàn)了奧陶紀晚期的冰磧雜巖,西歐和西亞等國發(fā)現(xiàn)了海相冰川沉積]。這個時期的冰川屬于岡瓦納大陸冰川,圍繞當時的南極,以非洲北部為中央活動區(qū),并擴展到南非、南歐和中歐、西亞、南美。這樣大面積的冰川活動記錄反映了當時全球古氣候與古地理特征,具有重要的地質(zhì)意義。雖然本次冰期在王家灣剖面上沒有留下遺跡，但是全球大部分區(qū)域冰川的發(fā)育，導致華南宜昌地區(qū)發(fā)生一系列物理化學變化，包括海平面下降，氣溫下降。海平面下降和上述推測的相符，當初，情況也許大概是這樣的，晚奧陶世末期，冰蓋逐漸形成，使得當時全球的大氣和海水溫度下降，且下降溫度比較可觀，同時全球海平面的下降，使兩極的密度高，深度淺，溫度低的水向下運動，且向赤道方向移動；赤道密度低，溫度高的水向上運動，向兩極方向擴散。這樣就形成了大洋環(huán)流，使原先穩(wěn)定的大洋環(huán)境逐漸被打破。貧氧，深水，貧營養(yǎng)化的水體逐漸消失，富氧，淺水，富營養(yǎng)的水體廣泛發(fā)育，原有的生物因為環(huán)境的驟然改變，無法適應環(huán)境，從而逐漸死亡，此時造跡生物消失,代之以鈣質(zhì)殼的赫南特動物群的大量繁盛。底棲赫南特貝的繁盛,毫無疑問地說明了此時的揚子海盆底為富氧環(huán)境，這是其中一個原因?？茖W研究證明，奧陶世末期冰川發(fā)育期僅僅只有50-100Ma,經(jīng)過一段時間后，冰川逐漸消融，海平面上升，溫度升高，此時發(fā)生大規(guī)模的海侵事件，形成陸表海環(huán)境，淺水富氧環(huán)境變?yōu)樯钏畢捬醐h(huán)境使赫南特動物群消亡，海平面逐漸恢復到形成冰期之前的水平，筆石頁巖帶發(fā)育，缺氧事件和海侵事件造成生物大量絕滅，這是第二個原因。全球性的岡瓦納大陸冰川影響這鄂西宜昌的環(huán)境和生物群落，但是是否存在區(qū)域性的構(gòu)造運動影響著當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和群落分布。在奧陶紀晚期，宜昌地區(qū)發(fā)生了宜昌上升③，宜昌運動影響最大的時期是五峰組的晚期以及赫南特階的早期，宜昌上升最終結(jié)束于Parakidograptusacuminatus筆石帶的早期。其中，宜昌運動也受岡瓦納大陸冰川的影響，在赫南特階期間，南非冰蓋的形成造成了海平面下降了50--100m，大量海底就會暴露形成陸地，其直接的影響宜昌上升的幅度，增強了宜昌運動的影響范圍和影響力；宜昌上升逐漸使廣闊的揚子海萎縮成滯留盆地，海平面下降，海水里的含氧量逐漸上升，海底沉積環(huán)境由貧氧向富氧轉(zhuǎn)換，筆石帶被赫南特貝動物群所代替，此時正是宜昌上升的頂峰時期。晚奧陶世晚期的岡瓦納大陸冰川，雖然冰川發(fā)育沒有全球性，但是其影響是具有全球性的，早志留世早期的全球海侵事件和缺氧事件。兩者造成顯生宙僅次于二疊-三疊紀之交的生物大絕滅。同時，此次生物大滅絕使動物種類怎樣發(fā)生改變呢？首先，從筆石動物開始，在王家灣剖面的五峰組劃分出Paraorthograptuspacificus筆石帶，Normalograptusextraordinarius筆石帶。Normalograptusextraordinarius帶筆石動物群的總貌與下伏地層所產(chǎn)的Diceratograptusmirus筆石群相比有顯著的變化，分異度明顯下降，標志著奧陶紀末筆石動物群集群絕滅的首幕在深水相開始④，淺水區(qū)筆石動物群的絕滅還在繼續(xù)發(fā)生，出于惡劣環(huán)境的壓力,早期適應類型,許多筆石體壁復雜的類型逐漸絕滅。五峰組的N.persculptus筆石帶，Akidograptusascensus筆石帶，Parakidograptusacuminatus筆石帶。筆石動物度過了奧陶紀末冰川的低溫富氧海水淺的環(huán)境，隨著冰川的消融，海侵事件和缺氧事件，鄂西沉積環(huán)境缺氧，使的赫南特動物群迅速消失，殘留的筆石動物繼續(xù)繁衍，出現(xiàn)N.persculptus筆石帶，該化石帶筆石的分異度繼續(xù)下降，部分筆石發(fā)生絕滅，不過此處的persculptus筆石異常豐富,為雙列均分攀合筆石。經(jīng)過Akidograptusascensus筆石帶，Parakidograptusacuminatus筆石帶，出現(xiàn)了大量的筆石，筆石動物群的面貌發(fā)生了巨大變化,屬種分異度大為增加,筆石動物進入了其輻射演化的全新時期。筆石是浮游動物，對水溫的要求比較敏感，所以冰川消融，氣溫升高，筆石動物進入一個新的繁盛期。雖然，經(jīng)過奧陶紀岡瓦納大陸冰川后，筆石動物進入新的繁赫南特貝（Hirnantia）體較大，輪廓亞圓形到橫橢圓形，鉸合線短于最大殼寬；側(cè)貌背雙凸型，最凸處位于貝體中部或中后部。殼表飾以密型殼紋。（Hirnantia）赫南特貝盛期，但是其種屬較冰期之前還是大大的減少了，而且筆試的結(jié)構(gòu)也發(fā)生很大的改變，這就是的達爾文進化論所說的“物競天擇，適者生存”，環(huán)境的改變和自身的發(fā)展從而導致的筆石動物的改變，是經(jīng)過漫長的的發(fā)展。奧陶-志留紀之交最重要的地層就是觀音橋?qū)樱鋵又邪l(fā)育動物群，該動物群主要有腕足類赫南特貝，德姆貝，以及三葉蟲達爾曼蟲，主要生活在富氧的，流動性好，水淺的海底，正處于岡瓦納冰川發(fā)育期間，赫南特動物群的產(chǎn)生正是海平面下降的結(jié)果。赫南特動物群的消亡是由于冰川消融海平面上升，如三峽地區(qū),揚子海盆底域再度缺氧,赫南特動物群便喪失了生存的基本條件，只能逐漸走向消亡，這次事件使赫南特動物群全體消亡赫南特貝（Hirnantia）體較大，輪廓亞圓形到橫橢圓形，鉸合線短于最大殼寬；側(cè)貌背雙凸型，最凸處位于貝體中部或中后部。殼表飾以密型殼紋。（Hirnantia）赫南特貝圖2圖1圖1圖2圖1圖1圖1圖2圖1為體較大，輪廓亞圓形到橫橢圓形，鉸合線短于最大殼寬；側(cè)貌背雙凸型，最凸處位于貝體中部或中后部。殼表飾以密型殼紋。圖2圖2為Normalograptusextraordinarius筆石，主要特征是單支雙列，胞管腹緣呈波浪形，常呈尖銳的口穴，胞管直列。圖4圖3圖4圖3圖3圖4圖3圖4圖3圖3圖3圖4圖3為耙筆石（RastritesBarraude），筆石體彎曲，鉤形，非常纖細；胞管線形，孤立沒有掩蓋，有向內(nèi)彎曲的口部，胞管傾角大，與軸部近于垂直。圖4圖4圖片4為達爾曼蟲（Dalmanitina）,頭鞍較大，具三對鞍溝，眼大，靠近頭鞍，尾甲分節(jié)多，后端具末刺。由此，大概可知，奧陶-志留之交，在南半球(岡瓦納大陸及其邊緣)發(fā)育著廣闊的大陸冰蓋，當冰蓋形成并達到最高峰時，全球大氣和海水溫度大幅度急劇下降，處于高緯度海域的淺、冷、高密度海水向下及向赤道方向遷移，從而產(chǎn)生了富氧和富營養(yǎng)的冷深水流，導致許多生活于溫暖水域的生物滅絕。在50

萬～100

萬年的冰期內(nèi)，深海里幾乎沒有多少生物，它們主要生存于涼(冷)水域的淺海海底，繁盛的是與少量筆石、三葉蟲相伴生存的赫南特貝腕足動物群⑥。隨著大陸冰川的快速消融，大氣和海水溫度迅速回升，海平面也很快回升，全球規(guī)模的海侵和缺氧事件發(fā)生了，海中有毒水體隨上升洋流侵漫到陸表海域，那些涼(冷)水域中的動物幾乎無處藏身，只有少量屬種僥幸逃脫。參考文獻①肖傳桃，姜衍文，朱忠德，李藝斌。湖北宜昌地區(qū)奧陶紀層序地層及揚子地區(qū)五峰組沉積環(huán)境的討論。高校地質(zhì)學報，1996，9（3）：339-347。②戎嘉余。上揚子區(qū)晚奧陶世海退的生態(tài)地層證據(jù)與冰川活動的影響。地層學雜志,1984,8(1):19-30。③陳旭,戎嘉余,等.上揚子區(qū)奧陶志留紀之交的黔中隆起和宜昌上升[J].科學通報,2