全球下石炭统维宪阶全球层型剖面和点位的确定 (,)
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发布时间：2022-04-23 10:09
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时间：2023-10-10 23:31
对于下石炭统维宪阶底界 (即杜内阶—维宪阶界线) 界线层型的研究已近半个世纪。在 1967 年，于英国舍费尔德召开的第6 届国际石炭系会议上曾通过决议，将维宪阶的底界层型剖面确定在比利时狄南盆地 Bastion 剖面，以有孔虫古拟史塔夫 (Eoparastaffella) 的首次出现为标志。但此后的详细生物地层研究表明，Eoparastaffella 在世界各地是非等时出现的，说明以一个属级单位化石定义一个阶的底界是不可取的。为解决这一问题，19 年国际地层委员会石炭系分会成立了专门的界线工作组，集中了来自各国这一领域的专家，主要任务是研究维宪阶新的界线定义和建立其界线层型剖面和点位。但是，由于在地质历史上杜内阶—维宪阶交界时期，全球普遍处于海平面下降阶段，岩相分异、更替显著，沉积及生物发育往往不连续，致使该项研究在较长时期内无明显进展。直到 2001 年，国际石炭系地层分会根据中国、比利时、爱尔兰等国专家共同提出的建议，经讨论，通过了维宪阶底界界线的新定义，确定以有孔虫 Eoparastaffella ovalis 种群—Eoparastaffella simplex 演化谱系中 Eoparastaffella sim-plex 的首次出现为标志。此后，界线工作组和各国相关专家的任务是，在世界各地寻找能够符合这一定义的界线层型剖面和点位。经相关专家们的精心寻找与研究，于 2003 年由侯鸿飞 (中国) 、德维伊斯特 (比利时) 等共同向国际石炭系地层分会下石炭统界线工作组提出，以中国广西壮族自治区柳州碰冲剖面作为全球维宪阶底界界线层型候选剖面的建议提案。同年，国际下石炭统界线工作组表决通过了该提案，并提出一些需深入研究的问题。后经侯鸿飞等中外专家的进一步研究，于 2007 年向国际石炭系地层分会提交经修正的正式提案。同年年底国际石炭系地层分会以通讯投票表决方式，全票赞成 (21 票) 中国广西碰冲剖面作为维宪阶全球界线层型剖面。2008 年 2 月底国际地层委员会投票表决以高票通过该提案。最后于 2008 年 3 月获国际地质科*合会的正式批准。自此，我国广西柳州碰冲剖面正式成为下石炭统维宪阶底界 (杜内阶—维宪阶界线) 全球层型剖面和点位 (GSSP) ，这是我国获得的第9 颗全球 “金钉子”。
图19 古丈阶的全球对比
(一) 维宪阶界线层型剖面位置
维宪阶界线层型剖面位于我国广西壮族自治区柳州市北东方向 15 km 的北投乡碰冲村旁一冲沟内，地理坐标为北纬 24°26'，东经 109°27'，交通方便，易于到达 (图20) 。
(二) 界线层型剖面的地层特征
碰冲维宪阶界线层型剖面，处于鹿寨组的碰冲段，厚 108. 5 m，由厚度不等的暗灰色灰岩夹薄—中层 (≤10～60 cm) 的黑色钙质页岩组成，向上黑色钙质页岩增多并加厚，常见燧石条带、团块和薄层。此段的上、下部为库尔姆相含海绵骨针和放射虫的薄层硅质岩和黑色页岩互层。
在碰冲段中，灰岩占总厚度的 68%。根据粒度、成分、分选度、化石内容，可识别出 3 种微相。占优势的微相是生物屑、岩屑泥粒灰岩-粒灰岩，含磨圆度较好的异化粒及浅水开阔海相化石 (主要为有孔虫、藻类、棘皮类及少量腕足类和双壳类) ，破碎度、圆度、泥晶包壳程度中—高等，隐晶粒很丰富，圆形泥晶岩屑常见，有时丰富，泥晶化的鲕粒也常见。按粒度，细粒型具好的分选，而粗粒型分选中等或极差，此微相一般发育在厚层灰岩中。
另一种微相是中粒、中等分选、富含有机质、致密的生物屑泥粒灰岩，含有与上述微相近似的化石，但常见海绵骨针和稀少的放射虫，此微相一般是薄层灰岩或组成较厚层灰岩的顶部。
第三种微相是细粒、分选极好、纹层状、富含钙质、有机质的泥粒灰岩-灰泥岩，含海绵骨针、钙球、放射虫、很少浅水生物屑、少量隐晶粒。此微相一般均为最薄层灰岩 (＜15 cm) 。
在碰冲段内，沉积构造很少见，薄层或厚层灰岩的上部主要为水平纹理。厚层灰岩呈块状外貌，其底面截切，顶面往往与上覆页岩呈过渡状态。薄层灰岩一般不具递变层理，较厚的灰岩常夹较粗粒的纹层，分布在底部或中部。
图20 维宪阶界线层型剖面位置图
界线点位的 83 层，是碰冲段中最厚的砂屑灰岩，厚达 1. 8 m。为含砾不等粒藻砂屑灰岩 (泥粒岩) ，垂向上其岩性变化不大。其主要岩性特征是①碎屑组分单一，均以蓝绿藻作用形成的颗粒为主，体现在碎屑富含有机质、普遍具棉絮状的藻黏结、藻包壳结构，粗砂至砾级的大颗粒多为藻黏结其他细小颗粒 (如粉屑、生物屑、鲕粒等)组成的复合颗粒 (藻团块) ，部分隐约具圈层结构 (藻包粒) ; ②生物屑含量不高，以浅水生物屑为主，有棘皮类、有孔虫、介形虫、腕足类、腹足类、绿藻类等; ③颗粒含量较高，达 70%～85%，为颗粒支撑，其基质原为泥晶方解石，经重结晶后多为粉晶，部分为细晶方解石; ④砂、砾屑磨圆度较好，但圆度不高，有的呈不规则状，分选中等—差，普遍为细—粗砂级，混有一些砾级(＞ 2 mm) ; ⑤砾屑非成层富集，不均匀散布于砂级颗粒中，最大砾径达 4～5 mm，部分砾屑的长轴大致呈定向排列; ⑥微细层理不发育，整体呈块状构造，从最大砾径的分布趋势看，自下而上似呈逆粒序变化 (由细→粗) 。上述特征显示了高密度颗粒流的特点。其中①和②项特征说明物源来自浅水台地，根据碎屑组分较单一，颗粒边缘光滑但磨圆度不高，形态各异，反映碎屑未经长距离搬运，物源区距沉积区不远，同时该段地层中所含生物组合中未见深水相生物，说明沉积区的水体不太深; ③—⑥项特征反映流体是颗粒支撑，但缺乏由牵引流作用形成的各种沉积构造，说明主要是依靠颗粒之间的相互碰撞作用所产生的分散应力和剪切应力支撑颗粒的分散与流动，并出现砾屑好似悬浮于砂级颗粒中的状态，局部出现逆粒序和长颗粒呈平行排列。
83 层之下的 82 层为薄板状 (单层厚仅 1 cm) 泥晶细粒砂屑灰岩夹线状黑色页岩。其灰岩的特点是: ①颗粒含量高达 87%～95%，其中砂屑占 80%～85%，其组分不同于含藻砂屑为主体的 83 层，而是以灰岩岩屑为主 (包括泥晶灰岩，含生物屑泥晶灰岩) ，仅含少量藻砂屑，分选磨圆一般，多呈圆—半滚圆状，粒径以粉砂—细砂为主，混有少量中、粗砂级; ②生物屑 (6%～7%) 种类与83 层相似 (有腕足类、介形虫、有孔虫、棘皮类、腹足类、粗枝藻和钙球等) ，但破碎程度较高，其中腕足类和介形虫多为薄壳; ③基质少，颗粒间紧密接触，定向排列，压溶式胶结; ④岩石单层呈薄板状;⑤发育平行层理，偶见不明显的小型砂纹层理。上述①和②项特征表明，与 83 层相比，82 层的碎屑经历了较长距离的搬运，一些薄壳腕足类和介形虫的出现说明沉积区水体比 83 层要深; ③—⑤项特征反映，碎屑经受牵引流的作用。据此分析，82 层为远端浊流沉积。
(三) 维宪阶底界界线定义
根据 2001 年国际地层委员会石炭系分会通过的决定，维宪阶底界 (即杜内阶—维宪阶界线)的定义以有孔虫 Eoparastaffella ovalis 种群—Eoparastaffella simplex 演化谱系中 Eoparastaffella simplex的首次出现为标志。在广西碰冲界线层型剖面上，该种的首现点位于鹿寨组碰冲段内第83 层的底部 (图21) 。
图21 碰冲段中部岩性柱状图及主要化石
(四) 维宪阶界线层型的生物地层序列
1. 有孔虫
杜内阶—维宪阶界线附近的有孔虫研究比较薄弱，至今没有一个统一的全球有孔虫分带序列。国内外在这段地层中所建立的有孔虫分带比较混乱，其名称和数量不尽一致。经参与本项目研究的侯鸿飞、吴祥和、殷保安等多年研究，综合分析中国相关地区的实际资料，建议根据一些标志有孔虫属种的出现，在杜内阶—维宪阶界线附近自下而上建立 4 个有孔虫带: ①根据 dainellids 首次出现的 Dainel-la 带; ②原始 Eoparastaffella 首次出现的 Eoparastaffella rotunda 带，以上 2 个带属杜内阶; ③出现较先进的 Eoparastaffella 的 Eoparastffella simplex 带和④出现原始盘虫类的 Planoarchaediscus 带，后两带属维宪阶 (表 1) 。
2. 牙形石
综合我国广西碰冲界线层型剖面、忻城里苗剖面及贵州罗甸剖面等资料，杜内阶—维宪阶界线附近自下而上可建立4 个牙形石带: ①Gnathos typicus-Gnathos cuneiformis 带; ②Gnathos typicus-Gna-thos cordiformis 带; ③Scaliognathus anchoralis-Gnathos pseudosemiglaber 带，以上 3 个带属杜内阶; ④Gnathos homopunctatus 带，属维宪阶。从世界范围看，在第3 带与第4 带之间存在一短暂间隔或过渡带 (约 80 cm～5 m) ，这一间隔中缺乏典型的牙形石，主要存在一些延限带，类型单一的牙形石 (如Gnathos semiglaber，Gnathos pseudosemiglaber 等) 。田树刚 (2004) 根据中国广西的资料，在第3 带与第4 带之间建立了一个新牙形石带 Gnathos praebilineatus 带，并将此带作为维宪阶的底界 (表 2) ，此意见尚需其他地区验证。
表1 欧亚主要剖面杜内阶—维宪阶界线附近有孔虫带对比
表2 世界主要剖面杜内阶—维宪阶界线附近牙形石带对比
3. 四射珊瑚
根据湖南新邵马栏边、周旺铺，广西桂林华侨农场、柳州拉堡龙殿山等地剖面的四射珊瑚研究，徐绍春和鲍蒂 (Xu and Poty，1997) 将杜内阶—维宪阶界线附近的四射珊瑚自下而上划分为 4 个带:①Uralinia (= Pseudouralinia) tangpagouensis 带; ②Keyserlingophyllum 带，其中含 Keyserlingophyllum key-serlingophylloides，K. rutteni，K. wouyoense，Uralinia gigantea，Kueichowphyllum sinense，Heterostrotion xin-shaoense; ③K—D 间隔带，此带的特征是: 缺失下伏的 Keyserlingophyllum 和上覆的 Dorlodotia，此带因无特征分子而未予命名，但包含下、上 2 个不同组分的组合，下组合含少量 Zaphrentites、Amplexus 或小型的 Kueichowphyllum，上组合则以 Heterostrotion vesicotabulatum 占优势，并共生一些 Clisiophyllid 分子，徐绍春和鲍蒂认为，杜内阶—维宪阶界线应位于本间隔带内，大致在其上、下组合之间; ④Thys-anophyllum (Dorlodotia) 带，其中以 Dorlodotia 和 Kwangsiphyllum 为主，常见的属种有: Dorlodotia asiat-icum， D. simplex， D. shaoyangense， D. magnum， Kwangsiphyllum permicum， K. chui， Kueichowphyllumsinense，Heterocaninia，Arachnilasma sinense 等，并首次出现 Siphonodendron，本带属维宪阶。
