新疆东准卡拉麦里碰撞带南缘志留－泥盆系生物地层研究新进展＊

2015-03-19蔡雄飞王富明廖群安樊光明

华东地质 2015年4期

蔡雄飞，王富明，廖群安，樊光明

（1 中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室，中国地质大学地球科学学院，武汉 430074）（2 四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队，成都 610213）

新疆东准卡拉麦里碰撞带是国内重大基础理论研究的热点之一，尤其对碰撞带时限问题存在不同观点［1－5］。尽管长期以来该地区一直存在“构造热”，但是对地层的研究却十分滞后，尤其对志留－泥盆系地层研究更少，对泥盆系地层的研究更是从未涉及。卡拉麦里碰撞带南缘志留系中－上统由白山包组组成，志留系上统由老沟组（新建）组成，泥盆系下统由红柳沟组组成，泥盆系下－中统由卡拉麦里组组成，泥盆系上统由克安库都克组组成。

中国地质大学（武汉）新疆队通过三年多系统的野外地质工作，按照“有所为、有所不为”的原则，在卡拉麦里碰撞带西部以涉及大区域重大基础理论的古生界为重点，尤其在志留－泥盆系等地层的年代学、生物地层学等多方面取得了重大突破，获得了一系列新认识。按照国际地层表（2013）志留系四分划分原则，建立了碰撞带南缘志留纪、泥盆纪年代学地层序列，为东准噶尔卡拉麦里碰撞带的演化及该碰撞带时限问题的研究提供重要参考。

1 研究概况

对卡拉麦里碰撞带南缘志留－泥盆系地层的研究十分薄弱，仅有新疆地质局综合研究队（1966）白山包组进行过较详细的研究。白山包组由1966年新疆地质局综合研究队命名，命名剖面位于卡拉麦里地区平顶山南麓，时代含义为S－D［6］1。1977年地科院地矿所与新疆地质局区调大队组成的地层分队在原剖面采到图瓦贝（Tuvaella）化石，将时代改为中志留世。在年代地层上很多学者认为白山包组应以产出大量大型图瓦贝（Tuvaellagigantea Tschernyschew）化石为特征，白山包组在生物地层上应以图瓦贝（Tuvaella）的出现、繁盛和消失为特征［7－11］。林宝玉（1984）［12］对中国志留系进行总结，指出产图瓦贝动物群（TuvaellaBiota）地层时代为中志留世－下志留世早期（表1）。

一直以来，红柳沟组的研究程度也不高，新疆岩石地层（1999）［6］认为其时代为晚志留世至早泥盆世（表2）。

泥盆统卡拉麦里组一直是碰撞带南缘泥盆系和滨、浅海沉积环境的代名词，该组长期以来横跨泥盆纪内部三个世，代表泥盆系沉积是极不合理的（表3）［13］。位于卡拉麦里组上部的上泥盆统克安库都克组在本区几乎无人研究，有关陆相磨拉石沉积也未见报道。

表1 白山包组划分沿革Table 1 Division history of Baishanbao Formation

表2 红柳沟组划分沿革Table 2 Division history of Hongliugou Formation

表3 卡拉麦里组划分沿革表Table 3 Division history of Kalamaili Formation

2 志留系生物地层研究新进展

2．1 中－上志留统白山包组生物群特征

中－上志留统白山包组古生物化石主要为腕足类，其次为双壳类和腹足类。

第一段产小个体腕足，有薄扭贝（Leptostrophiasp．），奥氏克山小谎贝（MendacellaoshikeshanensisZhang），布克塞尔“纳里夫金贝”（“Nalivkinia”hoboksarensisZhang），圆凸形雷氏贝（ResserellaobicularisZhang），准双分贝（Meristinasp．），巴里坤准双分贝（MeristinabarkolensisZhang），原始戟贝（Protochonetessp．），等正形贝（Isorthissp．）和扭图瓦贝（Tuvaestrophiasp．）（图1）。

第二段腕足类丰富，产以图瓦贝（Tuvaella）为代表的组合，主要有大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew），贵州薄扭贝（相似种）（Leptostrophiacf．guizhouensisRong et al．），近平无洞贝（相似种）（Atrypacf．depressaZhang），等正形贝（Isorthissp．），薄扭贝（Leptostrophiasp．），小型薄扭贝（相似种）（Leptostrophiacf．minorRong et al．），沙尔布尔提等正形贝（相似种）（Isorthiscf．sarburtensisZhang），原始戟贝（Protochonetessp．），曲齿蚶（Cyrtodontasp．），沙尔布尔提柔无洞贝（LissatrypasarburlensisZhang），）褶准无窗贝（相似种）（Athyrisinacf．plicata（Mansuy）），安嘎西盖嘴贝（StegerhynchusangaciensisTschernyschew），腹足类始切口螺（Eotomariasp．），盖嘴贝（Stegerhynchussp．）以及和布克塞尔准携螺贝（SpirigerinahoboksarensisZhang）等（图2－1～图2－5）。

图2 白山包组第二段和第三段生物群面貌特征Fig．2 Biota visages of the second and third sections of the Baishanbao Formation

第三段图瓦贝（Tuvaella）组合特征明显，主要有大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew），扁平薄皱贝（Leptaenacf．depressa（Sowerby）），等正形贝（Isorthissp．），和布克塞尔准携螺贝（Spirigerinacf．hoboksarensisZhang），褶准无窗贝（相似种）（Athyrisinacf．plicata（Mansuy）），拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew），塔斯塔贝（Tastariasp．），新疆高面石燕（TannuspiriferxinjiangensisZhang），宜城塔斯塔贝（相似种）（Tastariacf．yichengensisWang），沙尔布尔提等正形贝（相似种）（Isorthiscf．sarburtensisZhang），原始戟贝（Protochonetessp．）（图2－6～图2－10）。

通过对比以上生物群组合面貌，发现该区白山包组各段古生物虽以壳相生物为主要特征，且门类比较单调，但各段生物群组合具有明显差异。

第一段以扭图瓦贝（Tuvaestrophiasp．）出现为开始，腕足类组合主要以准双分贝（Meristinasp．）为主，也出现薄扭贝（Leptostrophiasp．），奥氏克山小谎贝（MendacellaoshikeshanensisZhang），和布克塞尔“纳里夫金贝”（“Nalivkinia”hoboksarensisZhang），圆凸形雷氏贝（ResserellaobicularisZhang），原始戟贝（Protochonetessp．）和等正形贝（Isorthissp．）。因此，可称为扭图瓦贝（Tuvaestrophiasp．）－薄扭贝（Leptostrophiasp．）－原始戟贝（Protochonetessp．）生物群组合。

第二段以大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）的繁盛为特征，出现的腕足类组合主要为近平无洞贝（相似种）（Atrypacf．depressaZhang）、褶准无窗贝（相似种）（Athyrisinacf．plicata（Mansuy））和盖嘴贝（Stegerhynchussp．）等，其它与第一段相似。但需要指出，除大量腕足类之外，还出现双壳类羽海扇（Pterinopectensp．）、腹足类曲齿蚶（Cyrtodontasp．）以及和布克塞尔准携螺贝（SpirigerinahoboksarensisZhang）等。因此，可称为大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）－近平无洞贝（相似种）（Atrypacf．depressaZhang）－盖嘴贝（Stegerhynchussp．）生物群组合。

第三段除了由大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）共生外，还出现扁平薄皱贝（Leptaenacf．depressa（Sowerby））、塔斯塔贝（Tastariasp．），新疆高面石燕（Tannuspirifer xinjiangensisZhang）等。因此，可称为大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）－拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）－扁平薄皱贝（Leptaenacf．depressa）－新疆高面石燕（TannuspiriferxinjiangensisZhang）生物群组合。

综上认为，白山包组各段生物群组合具有不同的生物群组合，尤其是图瓦贝（Tuvaella），在上部出现鼎盛，以大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）共生为特征。大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）是图瓦贝动物群的典型代表，分布于图瓦贝生物地理区域的俄罗斯境内的阿尔泰、图瓦、远东地区、蒙古西部及我国东北和内蒙古等地。关于图瓦贝（Tuvaella）的时代，有学者认为其时代为中志留世［11］，也有学者认为属于中志留世－晚志留世早期［12］。笔者经过精细的生物地层、岩石地层等多方面工作，在该剖面上获得对图瓦贝动物群地质时代连续演化的序列。从白山包组第一段看，始终未出现图瓦贝（Tuvaellasp．），而是以扭图瓦贝（Tuvaestrophiasp．）出现为开始，第二段以大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）出现为特点，第三段以大型图瓦贝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）先后出现为特征，即拉氏图瓦贝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）在本剖面处于图瓦贝（Tuvaellasp．）演化的顶峰。而老沟组图瓦贝（Tuvaellasp．）迅速消失。与第二段相比，第三段图瓦贝（Tuvaellasp．）比第二段的图瓦贝（Tuvaellasp．）繁盛，几乎每层都可见之。

此外，在图瓦贝（Tuvaellasp．）组合带里有很多共生分子，虽然多是地方性分子，不足以大范围对比，但根据地质历程，其明显可划分为两类：一类地质时间较长，可延伸到下、中泥盆世；另一类地质时间较短，限于志留世，如新疆高面石燕（TannuspiriferxinjiangensisZhang）、盖嘴贝（Tegerhynchus）等，它们一般从中志留世出现可以延伸到上志留世早期，个别盖嘴贝（Tegerhynchus）可到上志留世中期。

根据剖面生物组合带划分，从图瓦贝（Tuvaellasp．）纵向演化特征和一些重要组合分子共生特征上看，图瓦贝（Tuvaellasp．）动物群始现中志留世，不排除延伸到上志留世早、中期的可能，一些重要成员可延伸到上志留世早、中期。

2．2 上志留统老沟组生物群特征

上志留统老沟组以图瓦贝（Tuvaellasp．）消失，出现中、晚志留世常见的小鸽小无洞贝（相似种）（Atrypellacf．columbellaBarrande），单褶准无窗贝（相似种）（Athyrisinacf．uniplicataGrabau），安嘎西盖嘴贝（StegerhynchusangaciensisTschernyschew）等分子为特征。因此，生物群组合为小鸽无洞贝（Atrypellacf．columbellaBarrande）－单褶准无窗贝（Athyrisinacf．uniplicataGrabau）－安嘎西盖嘴贝（StegerhynchusangaciensisTschernyschew），时代为上志留世（图3）。

图3 老沟组主要腕足类化石生物群面貌Fig．3 Biota visages of brachiopod fossils of the Laogou Formation

3 泥盆系生物地层研究新进展

3．1 顶志留统、下泥盆统红柳沟组生物地层特征

志留系顶统、泥盆系下统红柳沟组以产珊瑚和放射虫为特征。珊瑚主要产在第二段，有肥厚灌木孔珊瑚（Steatothamnoporasp．）、沟孔珊瑚（Striatoporasp．）、拟灌木孔珊瑚（Parathamnoporasp．）和放射虫。第一段和第三段以放射虫为主（图4）。第二段可称为肥厚灌木孔珊瑚（Steatothamnoporasp．）－沟孔珊瑚（Striatoporasp．）－拟灌木孔珊瑚（Parathamnoporasp．）组合带，具浓厚的下泥盆统珊瑚色彩。在新疆地区一直将其作为上志留统－下泥盆统的沉积，本文暂作为顶志留统－下泥盆统的沉积。

图4 红柳沟组生物群面貌Fig．4 Biota visages of the Hongliugou Formation

3．2 下－中泥盆统卡拉麦里组生物地层特征

下－中泥盆统卡拉麦里组虽然生物化石稀少，尤其是第一段几乎不产化石，但在夹层细碎屑岩系中发育不少微体放射虫化石。第二段在细碎屑岩系中发育大量灰岩透镜体，采获不少珊瑚、腕足和海百合茎化石。本项目采获的珊瑚化石有双锥珊瑚（未定种）（Diplochonesp．）和肠状珊瑚（未定种）（Enterolasmasp．）等。腕足类化石有中华薄腔贝（相似种）（Leptocoeliacf．sinicaSu）（图5－1）和海百合茎等，其中中华薄腔贝（相似种）（Leptocoeliacf．sinicaSu）和肠状珊瑚（未定种）（Enterolasmasp．）为早泥盆世的代表分子，而双锥珊瑚（未定种）（Diplochonesp．）仅出现在中泥盆世，因此该组时代定为早－中泥盆世。

我们认为，尽管第一段产丰富的微体放射虫化石，但由于发生过较强重结晶作用，导致这些微体放射虫化石多为球状，鉴定其时代十分困难。第二段生物化石主要集中在灰岩透镜体中，生物群面貌以珊瑚、腕足、海百合茎等组合为特点，说明当时的水体明显变浅，生物群具浓厚的下、中泥盆世特色。因此，卡拉麦里组从生物组合看，其应为早－中泥盆世沉积的产物。

3．3 上泥盆统克安库都克组生物地层特征

上泥盆统克安库都克组岩性以砾、砂质韵律组成的砾岩夹粗－中砂岩为主体，化石稀少，克安库都克组第一段采获古植物先鳞木（未定种）（Prelepidondronsp．）（图6），时代主要为晚泥盆世。因此，我们认为该区的克安库都克组应为晚泥盆世的沉积产物。

图5 卡拉麦里组生物群组合面貌Fig．5 Biota visages of the Kalamaili Formation

图6 克安库都克组第一段采获的先鳞木（未定种）Fig．6 Prelepidondronsp．discovered in the first section of Keankuduke Formation

4 时代建立及研究意义

4．1 时代建立

对卡拉麦里碰撞带南缘的志留－泥盆系地层进行重新理顺（表4），认为原定于中志留世的白山包组应重新解体：下、中部为白山包组，上部应为“老沟组”。解体后的白山包组应为中志留世－晚志留世早－中期，老沟组为晚志留世地层。

早泥盆世由原跨晚志留世晚期－早泥盆世的红柳沟组组成，根据珊瑚动物群组合特征，重新厘定为顶志留统－早泥盆统。其上的卡拉麦里组多年来一直代表整个泥盆统，根据珊瑚动物群结合下部碎屑锆石定年（386 Ma）可确定为下－中泥盆统。晚泥盆世克安库都克组磨拉石沉积类型以往都放在下石炭统松喀尔苏组，本此研究根据植物先鳞木（Prelepidondronsp．）重新厘定为上泥盆统。

表4 卡拉麦里碰撞带南缘志留－泥盆系地层序列Table 4 Silurian－Devonian stratigraphic sequences in the southern margin of Kalamaili collision zone

续表

4．2 研究意义

新建立的卡拉麦里碰撞带南缘的志留－泥盆系地层序列，对碰撞带构造演化阶段进行了约束。中－上志留世早－中期到泥盆纪早－中期始终为海进序列。中－上志留世早－中期本区由“风暴海”转为晚志留世晚期“动荡海”，泥盆纪早期至下－中期下部斜坡形成，表明下、中泥盆统卡拉麦里组“洋盆体系”并没有消失。晚泥盆世克安库都克组磨拉石沉积类型出现，是洋盆关闭的标志［14］，这一研究成果对卡拉麦里洋盆的闭合时间进行了限定［13］。早石炭世初期东准噶尔地区随后进入后碰撞演化阶段［15］。卡拉麦里碰撞带南缘的志留－泥盆系地层序列的建立，为该区碰撞演化阶段注入了新的研究内容，填补了泥盆纪演化阶段的空白，为晚泥盆世洋盆关闭提供了年代学和沉积学依据。

致谢：本文腕足类化石由吴顺宝、何卫红教授鉴定，珊瑚化石由李志明教授鉴定，植物化石由黄其胜教授鉴定，在此表示感谢！

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