廣西柳橋地區(qū)東攀二疊系廣西東攀PT界線深水相剖面與煤山剖面地層學(xué)對比

廣西柳橋地區(qū)東攀二疊系廣西東攀PT界線深水相剖面與煤山剖面地層學(xué)對比

長期以來，大量關(guān)于二疊紀(jì)-三疊紀(jì)邊界（ptb）的研究集中在古特提斯-沙區(qū)的碳酸鹽巖沉積區(qū)，地層序、海相生物群的發(fā)育和地質(zhì)事件的研究非常詳細(xì)，層界的劃分是正確的。全球二疊系—三疊系界線層型剖面和點(GSSP)已在中國浙江省長興縣煤山確立。相對于淺海相地層,二疊紀(jì)—三疊紀(jì)深水相地層由于出露有限且多產(chǎn)在造山帶中,遭受后期構(gòu)造破壞嚴(yán)重,使得地層中的生物化石很難完好保存,加之生物在不同地區(qū)產(chǎn)生的時間不完全一致以及生物的遷移速率不同,導(dǎo)致深水相與淺海相的生物群不能完全對比。因此,總體上深水相地層劃分與對比的研究程度仍然相當(dāng)有限。但深水相地層往往記錄了淺海相地層所沒有的信息,是全面認(rèn)識二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交地質(zhì)事件不可缺少的組成部分。目前,深水相二疊系—三疊系界線研究主要集中于日本西南地區(qū)Chichibu地體中的數(shù)條剖面,但該地區(qū)的最大缺陷是地層均出露于造山帶的堆積混雜巖中,剖面多不連續(xù),尤其在界線附近多因斷層接觸而造成地層缺失,巖性變化相當(dāng)大,生物門類亦單一稀少。中國二疊系—三疊系界線深水相地層主要分布于南秦嶺、下?lián)P子、湘桂以及黔桂等深水盆地中。經(jīng)研究對比發(fā)現(xiàn),中國桂西南地區(qū)是古生代—中生代之交深水相沉積序列發(fā)育極為完整的地區(qū)之一,其中柳橋地區(qū)構(gòu)造簡單,剖面保存完整,沉積連續(xù),深水相生物較為發(fā)育,是開展二疊系—三疊系界線深水相地層綜合研究的理想地區(qū)。近年來,尚慶華等在該地區(qū)進(jìn)行過放射蟲和有孔蟲的微體古生物學(xué)研究。筆者選取柳橋地區(qū)東部硅質(zhì)巖深水盆地南緣的東攀剖面為研究對象,進(jìn)行放射蟲生物地層學(xué)、黏土礦物事件地層學(xué)和有機(jī)碳同位素地層學(xué)的研究,從而為深水相與淺海相PTB剖面的對比提供有利條件。1東高層序-東高組巖石學(xué)特征1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示,柳橋地區(qū)位于憑祥-東門區(qū)域性大斷裂的南側(cè)。該斷裂控制著區(qū)內(nèi)巖相的分布,斷裂以北為臺地相,南側(cè)出現(xiàn)深水相沉積。在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交,該區(qū)是東特提斯域華南多島洋(海)的一部分,從晚古生代到中生代早期一直為淺水臺地相和深水相沉積并存的格局。東攀剖面二疊系—三疊系界線地層主要包括大隆組上部及羅樓組底部,為連續(xù)沉積。其巖石學(xué)特征明顯不同于淺海相區(qū),與該時期典型洋盆區(qū)的巖石特征亦有所差別,為一套獨特的深水相巖石類型。根據(jù)巖性的變化,將其劃分為3個巖性段(圖1)。第1巖性段:大隆組上部包括第2層至第6層,以灰綠色含泥質(zhì)硅質(zhì)巖或硅質(zhì)泥巖為主,夾火山黏土巖,硅質(zhì)泥巖具水平層理。硅質(zhì)巖為生物(放射蟲)顯微粒狀結(jié)構(gòu),火山黏土巖主要分布在第3層和第5層。第2巖性段:大隆組頂部包括第7層至第12層,以灰綠色硅質(zhì)泥巖或含硅質(zhì)泥巖為主,夾火山黏土巖,水平層理較發(fā)育,顯微結(jié)構(gòu)以顯微鱗片泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主,鈣質(zhì)及粉砂質(zhì)含量明顯增多,火山黏土巖在第9層的含量相對較高。第3巖性段:羅樓組底部包括第13層,以黃色泥巖為主,局部含粉砂質(zhì),與下伏的灰綠色含硅質(zhì)泥巖有明顯的差異。在第13層下部,灰白色火山黏土巖的含量較高,具水平層理。由上述可知,東攀剖面上二疊統(tǒng)大隆組的上部一直處于較深水的環(huán)境,可能處于半深海的外陸棚至大陸斜坡環(huán)境。大隆組頂部和下三疊統(tǒng)羅樓組中粉砂質(zhì)及鈣質(zhì)含量逐漸增多,說明盆地水體可能進(jìn)一步變淺,但反映高能環(huán)境的沉積物質(zhì)及沉積構(gòu)造均未出現(xiàn),說明沉積界面可能低于風(fēng)暴浪基面之下或其附近。2比較生物地層學(xué)2.1新冠肺炎時代的國際形勢東攀剖面大隆組上部含泥質(zhì)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖和含硅質(zhì)泥巖中均產(chǎn)豐富的放射蟲化石,分別屬于Albaillellaria,Latentifistularia,Entactinaria和Spumellaria4個目。根據(jù)地層中放射蟲動物群組成的不同,大隆組上部可以分為兩個帶:第2層至第5層的Neoalbaillellaoptima組合帶和第7至第12層的非Albaillella組合帶。Neoalbaillellaoptima組合帶可與中國貴州、日本、泰國及北美等地的組合帶對比[9,16,17,18,19,20],時代屬于長興晚期。非Albaillella組合帶位于Neoalbaillellaoptima帶之上,即第7層至第12層,時代仍為長興晚期。Xia等在研究日本西南部的Gujo-hachiman剖面、Ubara剖面和Tenjinmaru剖面時建立了6個放射蟲帶,即Neoalbaillellaoptima-Albaillellalauta帶、Albaillellaangusta-Albaillellaflexa帶、Albaillellatriangularis帶、Albaillellayaoi帶、Albaillelladegradans帶和Albaillellasimplex帶,并將N.optima-A.lauta帶劃歸吳家坪期,其他的5個帶劃歸長興期。其中A.yaoi帶為晚長興期的第1個帶,以A.yaoi的首現(xiàn)為該帶的底界,頂部以Albaillelladegradans的出現(xiàn)與A.degradans帶分界。在東攀剖面,A.yaoi的兩個亞種Albaillellayaoiyaoi和Albaillellayaoilonga分布于該剖面第2層至第5層,且在剖面北側(cè)約60m的一處露頭中(野外分析層位低于第2層)沒有出現(xiàn)A.yaoi分子,而是出現(xiàn)大量的Albaillellatriangularis分子,應(yīng)屬Albaillellatriangularis帶。由此可知,東攀剖面第2層至第5層的放射蟲A.yaoi帶可以與日本西南地區(qū)的A.yaoi帶對比。另外,Xia等認(rèn)為A.yaoi帶可以與長興煤山剖面的Clarkinachangxingensis-C.postwangi-C.postsubcarinata-C.deflecta組合帶對比,而Clarkinachangxingensis-C.postwangi-C.postsubcarinata-C.deflecta組合帶在煤山剖面分布于第23層至第24d層,由此可以推測,東攀剖面的第2層至第5層相當(dāng)于煤山剖面的第23層至第24d層(圖1)。2.2與晚二疊世分子中的雙殼類分子大隆組上部至羅樓組底部產(chǎn)少量雙殼和菊石分子,但大部分化石保存不好,加上巖石易碎裂,因此很難采集到保存完好的標(biāo)本。其中第12層產(chǎn)的雙殼Claraialiuqiaoensisnsp.、EuchondriajiangxianensisGuetLiu、Posidoniasp.、Nuculopsissp.、N.cf.yangtzeensis(Frech)均是華南長興期的常見分子。此外,在距第12-3層頂部10cm處出現(xiàn)Promyalinasp.、Posidoniasp.、Palaeoneiloqinzhouensisn.sp.和Claraialiuqiaoensisn.sp.等雙殼類分子,這些分子與晚二疊世末典型的菊石類化石Huananocerassp.共生。第13層出現(xiàn)的ClaraiadieneriNakazawa、Palaeoneilosp.、Bakevelliasp.、Posidoniasp.nov.、Eumorphotissp.等分子(圖1),一般認(rèn)為是早三疊世的分子,尤其ClaraiadieneriNakazawa、Bakevelliasp.、Eumorphotissp.是殘存期及上延入三疊紀(jì)的主要分子。在剖面第12層中出現(xiàn)的菊石Huananocerascf.perornatumChaoetLiang、LpressumYang、Qianjiangocerassp.等均是華南晚二疊世的標(biāo)準(zhǔn)分子。在剖面第13-1A層(即羅樓組底部2.5cm)產(chǎn)的極少量菊石Ophicerassp.,到第13-6層和第13-7層產(chǎn)的大量菊石OphicerastingiTien,均是早三疊世的典型分子(圖1)。盡管沒有在東攀剖面中采獲牙形石化石,但從雙殼和菊石的組成、分布和地質(zhì)時代特點看,距第12-3層頂部10cm以下的層位在地質(zhì)時代上應(yīng)屬晚二疊世末期,而第13層無疑屬早三疊世早期。因此,東攀剖面二疊系—三疊系界線應(yīng)該位于第12-3層上部10cm之中。目前,筆者暫且將其放置于第12層與第13層分界處,對應(yīng)于煤山剖面第27b層與第27c層之間的PTB。3東第三疊剖面火山形成的特殊巖性全球海相PTB處普遍發(fā)育與火山事件有關(guān)的界線黏土巖,如中國的煤山剖面、伊朗的Abadeh剖面、巴基斯坦的Nammal剖面、前蘇聯(lián)外高加索的Dorasham剖面以及歐洲南阿爾卑斯地區(qū)的二疊系—三疊系界線剖面等。這些界線黏土巖層都具有十分相似的典型特征:黏土礦物中的伊蒙混層含量相當(dāng)高;同時存在大量火山成因的六方雙錐石英(高溫石英)、鋯石等酸性巖漿巖的副礦物組合和少量的微球粒(硅質(zhì)球和鐵質(zhì)球)。東攀剖面火山黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)和產(chǎn)出頻率較高的層位發(fā)生在第5層和第9層,其與上覆、下伏巖層巖性截然不同,且延伸比較穩(wěn)定,在區(qū)域上易于識別和追蹤。第6層的火山黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高,但目前其機(jī)理還不清楚。煤山剖面界線黏土巖出現(xiàn)在第25層至第26層。由上述生物地層學(xué)關(guān)系可知,東攀剖面第5層的頂線對應(yīng)于煤山剖面第24d層的頂線,由此可以推斷,東攀剖面第9層可能相當(dāng)于煤山剖面第25層至第26層,即所謂的界線黏土巖。為了證實這一點,筆者分析了剖面地層單元的黏土礦物組成(圖1)。分析結(jié)果表明,火山成因的伊蒙混層高質(zhì)量分?jǐn)?shù)帶主要發(fā)育在第5層和第9層,且以第9層含量最高。在這些黏土巖層的碎屑物中含有大量晶形完整的、未受磨圓的六方雙錐石英、鋯石、磷灰石、火山灰、微球粒等與火山活動有關(guān)的物質(zhì),這些特征明顯地反映了黏土巖的形成與火山活動密切相關(guān)。東攀剖面中的PTB附近黏土巖具有成層薄,厚度不超過10cm,且厚度較均一,與上、下巖層接觸面平整的特點,這些特點只有在大范圍內(nèi)有共同的較均一的物質(zhì)供給、在水介質(zhì)中沉積才能達(dá)到,并與華南地區(qū)其他大部分剖面PTB黏土巖的成因一致。因此,界線黏土巖層是二疊系—三疊系界線對比的良好事件標(biāo)志層,其等時意義可能會超過單純生物地層的對比,可以作為區(qū)域乃至全球事件地層對比的輔助性標(biāo)志面。4corg該區(qū)δ(13Corg)的變化范圍為-30.25‰~-24.81‰,平均值為-27.79‰。δ(13Corg)在剖面上的變化趨勢可分為3個階段(圖1)。在階段1(第5層頂?shù)降?層頂),除個別點偏離以外,δ(13Corg)基本穩(wěn)定,平均值為-27.53‰;在階段2(第9層底到第12層底),δ(13Corg)曲線出現(xiàn)一個明顯的負(fù)漂移,即從第9層中部的最高值(-24.80‰)開始急劇下降,直到第10層底達(dá)到最低值(-30.25‰),這便是所謂生物集群絕滅事件后的極小值,然后開始回升,到第12層底部達(dá)到一個較高值(-27.14‰),最大變化幅度達(dá)5.45‰;在階段3(第12層到第13層),δ(13Corg)在-29.66‰~-26.61‰范圍內(nèi)表現(xiàn)為高幅的波動變化,但總體上,δ(13Corg)仍呈下降趨勢。煤山剖面的δ(13Corg)從變化趨勢上也大致分為3個變化階段:①第25層以下的相對穩(wěn)定期;②第25層和第26層一個從小升高到大負(fù)漂移的劇烈波動期;③第27層的恢復(fù)期(圖1)。由此可見,在前兩個δ(13Corg)變化階段,兩剖面的變化趨勢具有較好的一致性。東攀剖面PTB附近的有機(jī)碳同位素變化曲線在界線黏土巖層內(nèi)(第9層)發(fā)生了一次最大負(fù)漂移的巨變,表明有一次重要的生物從繁盛走向蕭條的過程。煤山剖面的有機(jī)碳同位素同樣在界線附近(第26層)也存在一次有機(jī)碳同位素巨減的過程。兩剖面δ(13Corg)的最大負(fù)漂移均位于界線黏土巖層之上和PTB之下,在事件界線層內(nèi)基本上可以進(jìn)行對比。因此,δ(13Corg)在界線黏土巖層內(nèi)的負(fù)漂移可以作為華南PTB對比較為可靠的輔助標(biāo)志之一。然而,東攀剖面與煤山剖面在δ(13Corg)的第3個變化階段卻存在明顯的不同:煤山剖面δ(13Corg)負(fù)漂移在第27層就開始向13C富集的方向恢復(fù),而東攀剖面δ(13Corg)在早三疊世仍持續(xù)虧損,表明東攀剖面早三疊世的有機(jī)碳同位素的恢復(fù)明顯滯后于煤山剖面,進(jìn)一步證實在早三疊世深水環(huán)境與淺海環(huán)境存在較大的差異。5東建筑內(nèi)輻射區(qū)域的有機(jī)碳同位素古、中生代之交的環(huán)境巨變不僅對淺海無脊椎動物造成了影響,同樣給深水生態(tài)系統(tǒng)造成了重大影響。研究表明,東攀深水相生物放射蟲呈現(xiàn)出明顯的階梯性絕滅模式(圖1):第一階梯,深層水團(tuán)中放射蟲Albaillellarian的絕滅(第7層頂),同時伴隨部分Latentifistularian,Entactinarian,Spumellarian分子的絕滅,消失數(shù)量達(dá)59個種,在此消失面之下,放射蟲的分異度最大,豐度最高;第二階梯,次深水團(tuán)中放射蟲Latentifistularian的絕滅,同時伴隨部分Entactinarian,Spumellarian分子的絕滅(第8層頂),消失數(shù)量為16個種,由此面向上,放射蟲分異度降至最低,豐度同時也降至最低;第三階梯,淺水團(tuán)中放射蟲Entactinarian和Spumellarian的消失(第12層頂)。東攀剖面放射蟲絕滅的最低層位為第7層,筆者把其與PTB之間的地層稱為“絕滅相”。從有機(jī)碳同位素的分析數(shù)據(jù)看,δ(13Corg)值從第9層開始降低,到第10層達(dá)到最低值,這一層位與放射蟲“絕滅相”相吻合。δ(13Corg)負(fù)漂移與“絕滅相”的一同出現(xiàn),表