桂林兴安拓村下石炭统黄金组生物地层研究

陈贵英,韩乃仁,周又敏,郑 昊,庞崇进

(1.桂林理工大学 a.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室;b.广西有色金属隐伏矿床勘查及材料开发协同创新中心,广西 桂林 541006;2.广西科技师范学院,广西 来宾 545004)

华南泥盆-石炭纪地层较好地记录了一次全球性的海退事件,引起了国内外学者的广泛关注。桂林兴安拓村,是桂林理工大学多年来普通地质学和地史古生物学的实习基地。最早在此工作的有王志尧、韦炜烈、何令仪、戴国铦老师,他们为桂林理工大学古生物实验室采集了大量的下石炭统珊瑚、腕足化石。20世纪60年代至今,拓村一直作为桂林理工大学的实习地点。1985年,张家志老师带领郭周平以“桂林及其邻区下石炭统碳酸盐相地层对比”为其毕业论文,在此测过剖面，并采集了一些化石,但未公开发表。李凤麟等[1]在研究华南下石炭统海胆时,其中一个标本即产于此剖面上部；后来李酉兴等[2]在研究三叶虫Paladin(Sinopaladin)guibeiensis、P.(S.)subcylindricus和P.(S.)xinganensis中提到的“广西兴安东北约7.5 km,兴安至界首公路西侧”即本文实测的拓村剖面； 张家志[3-4]在研究红波特珊瑚时也曾在此剖面工作。

虽然此处化石丰富,却没有一个实测剖面，也未进行过系统的古生物学研究。本文以拓村剖面下石炭统为研究对象，通过野外剖面测量、古生物化石采集与鉴定，以及区域地层对比，从而限定了此剖面地层的形成时代和沉积环境。

1 区域地质背景

桂北兴安及邻区位于南岭东西向成矿带的西段,区内断裂构造以北东向为主。研究区北部猫儿山-越城岭为加里东期-印支期复合岩体,南东侧为海洋山加里东期花岗岩。区内地层从老到新包括前寒武系、寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系和白垩系(图1)。其中石炭纪地层层序完整、分布广泛且出露较好,化石相当丰富。桂北石炭系的典型剖面在罗城仫佬族自治县,包括岩关阶和大塘阶,其中大塘阶自下而上包括黄金组、寺门组和罗城组[6],可与贵州下石炭统地层单元进行对比(表1)。

兴安地区石炭系包括下石炭统岩关组(C1y)、下石炭统黄金组(C1h)、下石炭统寺门组(C1s)和中-上石炭统罗城组(C1-2l)(图1)。 岩关组以灰岩、含燧石灰岩夹白云岩为主,底部多为页岩及砂岩,上部局部有页岩,厚250～400 m。黄金组主要以灰岩为主,夹钙质页岩,厚度变化大,200～1 100 m。寺门组为页岩夹砂岩和泥质灰岩,1～3层含煤,厚40～70 m。罗城组为灰色中厚层灰岩,夹白云质灰岩、砂岩和泥质灰岩,厚200 m。整体而言,桂北地区石炭纪地层的沉积相带分布基本继承了晚泥盆世地层的格局。早石炭世早期,桂东北地区出现滨海潮坪、开阔台地和台地边缘斜坡沉积相类型,晚石炭世则主要以局限台地相和台地浅滩相夹台地斜坡相为主[7]。同时,石炭纪地层赋存有煤、锰、磷及白云岩、石灰岩等矿产,是广西重要的含矿层位[7]。

图1 桂林兴安及其邻区区域地质图(据广西壮族自治区1∶50万数字地质图[5]修改)Fig.1 Geological map of Xing′an County in GuilinQ—第四系; K—白垩系; P2-3—中-上二叠统; C2-P1—上石炭统-下二叠统; Cs-l—寺门组-罗城组(未分); C1-2l—罗城组; C1s—下石炭统寺门组; C1h—下石炭统黄金组; C1y—下石炭统岩关组; D3—上泥盆统; D2—中泥盆统; D1—下泥盆统; O—奥陶系; ∈—寒武系; p∈—前寒武系;γ5—印支期花岗岩; γ3—加里东期花岗岩

2 实测地层剖面

本次工作对兴安北拓村附近下石炭统黄金组剖面进行了详细的野外测量,剖面(图2—图4)描述如下:

上覆地层,寺门组页岩、泥岩,中间夹有泥页岩,页岩中夹有炭质页岩,泥灰岩中含少量珊瑚化石(野外层号 GS5),含Gigantoproductus?

12.5 m

———整合接触———

4.灰色泥灰岩及灰白色泥岩,岩石遭受风化后较破碎,含泥质较高(野外层号 GS4),产珊瑚:Auloclisia、Lophophyllum、Kueichouphyllum; 腕足类:Gigantoproductus?和Cleiothyridina。

119.6 m

3.灰白色泥灰岩,钙质泥岩,岩石遭受风化后破碎,含少量的铁质结核及大量珊瑚化石(野外层号 GS3),产珊瑚:Kueichouphyllumsinense、K.heishikuanenseYu、AuloclisiaelegantulaWu et Zhao、Auloclisiasp.、Heterocaninia、Neoclisiophyllum、Arachnolasma、Clisiophyllum、Sugiyamaella(?)和Michelinia; 腕足类:Pugilishunanensis、Plicochonetes、Daviesiella、Delepinea、Avonia、Echinoconchuselegans、E.subelegans、Dictyoclostus、Levitusia、Wellerella、Neospirifer、Punctospirifer、Cleiothyidinaroyssii、C.media、AthyrisyazitanensisJin et Liao、Vitiliproductusgröberi(Krenkel)和Composita;三叶虫:Paladin(Sinopaladin)xinganensisLi et Yuan、P. (S.)subcylindricusLi et Yuan和P. (S.)guibeiensisLi et Yuan。同时产菊石(图4b)、少量苔藓虫、海百合茎及海胆骨刺。

19.1 m

2. 灰色中层泥质灰岩,中间夹有泥岩及页岩,产大量单体珊瑚和腕足类化石(野外层号 GS2),产珊瑚:Kueichouphyllumsinense、Neoclisiophyllum和Michelinia;腕足类:Pugilishunanensis、Echinoconchus、Neospirifer、Punctospirifer、Cleiothyridina、Plicochonetes和Wellerella;三叶虫:Pa1adin(Sinopaladin)xinganensis。

122.66 m

1.深灰色微晶灰岩,夹有硅质团块(图4a),含有少量复体和单体珊瑚,和零星腕足类化石(野外层号 GS1),珊瑚化石包括Kueichouphyllum、Thysanophyllum(?);腕足类主要为长身贝类Dictyoclostus。

118.8 m

下伏地层被第四系掩盖。

表1 广西与贵州下石炭统生物地层单元对比与划分Table 1 Biostratigraphic correlation of Lower Carboniferous in Guangxi and Guizhou

图2 桂林兴安拓村下石炭统黄金组实测地层剖面图Fig.2 Measured section of the Lower Carboniferous Huangjin Formation of Tuocun in Xing′an County， Guilin

图3 兴安拓村下石炭统黄金组实测剖面综合柱状图Fig.3 Stratigraphic column of Lower Carboniferous Huangjin Formation of Tuocun in Xing′an County1—灰岩;2—泥质灰岩;3—泥灰岩;4—页岩;5—泥岩;6—炭质页岩;7—钙质页岩

3 关于地层时代的讨论

对中国下石炭统的研究起始于俞建章[8],其中贵州下石炭统的研究程度较高[14-17]。 俞建章[8]将贵州独山地区下石炭统珊瑚化石从下至上划分为4个带,即Cystophrentis带、Pseudouralinia带、Thysanophylloides带和Yuanophyllum带。20世纪80年代中期以后,微体化石的研究结果表明,产珊瑚Cystophrentis带的革老河组应为上泥盆统,而Pseudouralinia、Thysanophylloides、Yuanophyllum3个带分别相当于岩关阶、大塘阶黄金组、大塘阶寺门组和罗城组(表1)。

图4 桂林兴安下石炭统黄金组野外照片Fig.4 Field photographs of Lower Carboniferous Huangjin Formation in Xing′an County,Guilina—深灰色灰岩夹硅质团块; b—菊石化石

从桂北兴安拓村剖面看,出现的大量Kueichouphyllum和Auloclisia,还有不少Heterocaninia、Neoclisiophyllum、Arachnolasma等珊瑚化石大致可以与贵州威宁下石炭统的鸭子塘组[16](表1)相对比,在珊瑚化石带上应当与贵州的Kueichouphyllumsinense-Auloclisia珊瑚组合一致。但无论在其上部或者底部石灰岩的位置却找不到复体的Thysanophyllum和Diphyphyllum珊瑚。大量出现的化石几乎皆为单体珊瑚,复体珊瑚罕见。

从腕足动物化石看,腕足类Vitiliproductusgröberi、Athyrisyazitangensis、Pugilishunanensis、Delepinea以及Plicochonetes也是威宁鸭子塘组常见的化石。

从这两类化石的种属来看,本次工作所测的拓村剖面地层基本上与贵州威宁鸭子塘组相当。 也就是说,此段地层从化石上看应该属于黄金组,而且是上部。 因为其以Kueichouphyllum和Auloclisia为特点,又含Pugilishunanensis和Vitiliproductusgröberi以及Echinoconchus,但没有贵州独山地区同期地层中常见的Thysanophyllum。 因为Thysanophyllum是复体珊瑚,在纯灰岩中才会有。 而兴安拓村剖面黄金组则以泥灰岩及页岩为主,岩相上不利于Thysanophyllum和Diphyphyllum的生长。 在GS1可能会有,但此灰岩有不少硅质团块(图4a),仅有少量珊瑚和腕足。 GS2和GS3主要是泥质灰岩、泥灰岩为主,含泥量太大,更不利于群体珊瑚生长。 在GS4,则出现有Gigantoproductus,也还有少量珊瑚,应该是接近黄金组的顶部,靠近寺门组的层位,《广西的石炭系》[11]中提出的Gigantoproductus延限带。 实际上,从黄金组的末期已经开始有Gigantoproductus了,它还能与Kueichouphyllum和Auloclisia共生,但数量不太多,到寺门组才大量出现。

吴望始等[16]在讨论贵州威宁石炭纪和早二叠世早期的生物群落时,提到了Gigantoproductus-Kueichouphyllum群落,认为鸭子塘组顶部到十里铺组(表1)是一个过渡群落,这与兴安拓村剖面的情况一致。黄金组的顶部与寺门组之间,存在着同一类型的腕足和珊瑚群落。吴望始等[16]在介绍Kueichouphyllumsinense-Auloclisia组合时提到，“值得指出的是无论在黔南、桂北或湘中,归习组,黄金组或石蹬子组中的珊瑚,属种都是很少的,标本数量不多。它们为Thysanophyllum,Diphyphyllum和Kueichouphyllum等,其他有少量的Arachnolasma的代表。”桂东北地区在黄金组晚期泥灰岩增加,含泥量增加,珊瑚,尤其是单体珊瑚,相当丰富,个体也很多,而Thysanophyllum和Diphyphyllum则很少出现,这与地区性的水体深度和岩相有关。但在同一层位中,还有相当数量的三叶虫和小型菊石(图4b)以及棘皮动物,桂东北地区好几个地方都在这个层位见到海胆,例如李凤麟等[1]的LovenechinusgunyiiLi,He et Zhang,NeolovenechinusguangxiensisHe et Li,这表明黄金组上部的岩相比较适合多种海生无脊椎动物的生存,应作深入研究。

4 结 论

(1)桂林兴安拓村黄金组上部以灰岩、泥质灰岩为主,向上渐变为泥灰岩、泥岩和页岩互层,含丰富的珊瑚和腕足类化石,同时含有少量三叶虫、菊石、海百合茎等化石,反映了浅海沉积环境。

(2)依据所发现的珊瑚和腕足类化石,兴安拓村黄金组上部可与贵州独山地区鸭子塘组相对比，但拓村剖面并未出现Thysanophyllum,可能与兴安地区早石炭世水体含泥量较高有关。