广西柳桥地区东攀二叠系广西东攀PT界线深水相剖面与煤山剖面地层学对比

广西柳桥地区东攀二叠系广西东攀PT界线深水相剖面与煤山剖面地层学对比

长期以来，大量关于二叠纪-三叠纪边界（ptb）的研究集中在古特提斯-沙区的碳酸盐岩沉积区，地层序、海相生物群的发育和地质事件的研究非常详细，层界的划分是正确的。全球二叠系—三叠系界线层型剖面和点(GSSP)已在中国浙江省长兴县煤山确立。相对于浅海相地层,二叠纪—三叠纪深水相地层由于出露有限且多产在造山带中,遭受后期构造破坏严重,使得地层中的生物化石很难完好保存,加之生物在不同地区产生的时间不完全一致以及生物的迁移速率不同,导致深水相与浅海相的生物群不能完全对比。因此,总体上深水相地层划分与对比的研究程度仍然相当有限。但深水相地层往往记录了浅海相地层所没有的信息,是全面认识二叠纪—三叠纪之交地质事件不可缺少的组成部分。目前,深水相二叠系—三叠系界线研究主要集中于日本西南地区Chichibu地体中的数条剖面,但该地区的最大缺陷是地层均出露于造山带的堆积混杂岩中,剖面多不连续,尤其在界线附近多因断层接触而造成地层缺失,岩性变化相当大,生物门类亦单一稀少。中国二叠系—三叠系界线深水相地层主要分布于南秦岭、下扬子、湘桂以及黔桂等深水盆地中。经研究对比发现,中国桂西南地区是古生代—中生代之交深水相沉积序列发育极为完整的地区之一,其中柳桥地区构造简单,剖面保存完整,沉积连续,深水相生物较为发育,是开展二叠系—三叠系界线深水相地层综合研究的理想地区。近年来,尚庆华等在该地区进行过放射虫和有孔虫的微体古生物学研究。笔者选取柳桥地区东部硅质岩深水盆地南缘的东攀剖面为研究对象,进行放射虫生物地层学、黏土矿物事件地层学和有机碳同位素地层学的研究,从而为深水相与浅海相PTB剖面的对比提供有利条件。1东高层序-东高组岩石学特征1∶5万区域地质调查结果显示,柳桥地区位于凭祥-东门区域性大断裂的南侧。该断裂控制着区内岩相的分布,断裂以北为台地相,南侧出现深水相沉积。在二叠纪—三叠纪之交,该区是东特提斯域华南多岛洋(海)的一部分,从晚古生代到中生代早期一直为浅水台地相和深水相沉积并存的格局。东攀剖面二叠系—三叠系界线地层主要包括大隆组上部及罗楼组底部,为连续沉积。其岩石学特征明显不同于浅海相区,与该时期典型洋盆区的岩石特征亦有所差别,为一套独特的深水相岩石类型。根据岩性的变化,将其划分为3个岩性段(图1)。第1岩性段:大隆组上部包括第2层至第6层,以灰绿色含泥质硅质岩或硅质泥岩为主,夹火山黏土岩,硅质泥岩具水平层理。硅质岩为生物(放射虫)显微粒状结构,火山黏土岩主要分布在第3层和第5层。第2岩性段:大隆组顶部包括第7层至第12层,以灰绿色硅质泥岩或含硅质泥岩为主,夹火山黏土岩,水平层理较发育,显微结构以显微鳞片泥质结构为主,钙质及粉砂质含量明显增多,火山黏土岩在第9层的含量相对较高。第3岩性段:罗楼组底部包括第13层,以黄色泥岩为主,局部含粉砂质,与下伏的灰绿色含硅质泥岩有明显的差异。在第13层下部,灰白色火山黏土岩的含量较高,具水平层理。由上述可知,东攀剖面上二叠统大隆组的上部一直处于较深水的环境,可能处于半深海的外陆棚至大陆斜坡环境。大隆组顶部和下三叠统罗楼组中粉砂质及钙质含量逐渐增多,说明盆地水体可能进一步变浅,但反映高能环境的沉积物质及沉积构造均未出现,说明沉积界面可能低于风暴浪基面之下或其附近。2比较生物地层学2.1新冠肺炎时代的国际形势东攀剖面大隆组上部含泥质硅质岩、硅质泥岩和含硅质泥岩中均产丰富的放射虫化石,分别属于Albaillellaria,Latentifistularia,Entactinaria和Spumellaria4个目。根据地层中放射虫动物群组成的不同,大隆组上部可以分为两个带:第2层至第5层的Neoalbaillellaoptima组合带和第7至第12层的非Albaillella组合带。Neoalbaillellaoptima组合带可与中国贵州、日本、泰国及北美等地的组合带对比[9,16,17,18,19,20],时代属于长兴晚期。非Albaillella组合带位于Neoalbaillellaoptima带之上,即第7层至第12层,时代仍为长兴晚期。Xia等在研究日本西南部的Gujo-hachiman剖面、Ubara剖面和Tenjinmaru剖面时建立了6个放射虫带,即Neoalbaillellaoptima-Albaillellalauta带、Albaillellaangusta-Albaillellaflexa带、Albaillellatriangularis带、Albaillellayaoi带、Albaillelladegradans带和Albaillellasimplex带,并将N.optima-A.lauta带划归吴家坪期,其他的5个带划归长兴期。其中A.yaoi带为晚长兴期的第1个带,以A.yaoi的首现为该带的底界,顶部以Albaillelladegradans的出现与A.degradans带分界。在东攀剖面,A.yaoi的两个亚种Albaillellayaoiyaoi和Albaillellayaoilonga分布于该剖面第2层至第5层,且在剖面北侧约60m的一处露头中(野外分析层位低于第2层)没有出现A.yaoi分子,而是出现大量的Albaillellatriangularis分子,应属Albaillellatriangularis带。由此可知,东攀剖面第2层至第5层的放射虫A.yaoi带可以与日本西南地区的A.yaoi带对比。另外,Xia等认为A.yaoi带可以与长兴煤山剖面的Clarkinachangxingensis-C.postwangi-C.postsubcarinata-C.deflecta组合带对比,而Clarkinachangxingensis-C.postwangi-C.postsubcarinata-C.deflecta组合带在煤山剖面分布于第23层至第24d层,由此可以推测,东攀剖面的第2层至第5层相当于煤山剖面的第23层至第24d层(图1)。2.2与晚二叠世分子中的双壳类分子大隆组上部至罗楼组底部产少量双壳和菊石分子,但大部分化石保存不好,加上岩石易碎裂,因此很难采集到保存完好的标本。其中第12层产的双壳Claraialiuqiaoensisnsp.、EuchondriajiangxianensisGuetLiu、Posidoniasp.、Nuculopsissp.、N.cf.yangtzeensis(Frech)均是华南长兴期的常见分子。此外,在距第12-3层顶部10cm处出现Promyalinasp.、Posidoniasp.、Palaeoneiloqinzhouensisn.sp.和Claraialiuqiaoensisn.sp.等双壳类分子,这些分子与晚二叠世末典型的菊石类化石Huananocerassp.共生。第13层出现的ClaraiadieneriNakazawa、Palaeoneilosp.、Bakevelliasp.、Posidoniasp.nov.、Eumorphotissp.等分子(图1),一般认为是早三叠世的分子,尤其ClaraiadieneriNakazawa、Bakevelliasp.、Eumorphotissp.是残存期及上延入三叠纪的主要分子。在剖面第12层中出现的菊石Huananocerascf.perornatumChaoetLiang、LpressumYang、Qianjiangocerassp.等均是华南晚二叠世的标准分子。在剖面第13-1A层(即罗楼组底部2.5cm)产的极少量菊石Ophicerassp.,到第13-6层和第13-7层产的大量菊石OphicerastingiTien,均是早三叠世的典型分子(图1)。尽管没有在东攀剖面中采获牙形石化石,但从双壳和菊石的组成、分布和地质时代特点看,距第12-3层顶部10cm以下的层位在地质时代上应属晚二叠世末期,而第13层无疑属早三叠世早期。因此,东攀剖面二叠系—三叠系界线应该位于第12-3层上部10cm之中。目前,笔者暂且将其放置于第12层与第13层分界处,对应于煤山剖面第27b层与第27c层之间的PTB。3东第三叠剖面火山形成的特殊岩性全球海相PTB处普遍发育与火山事件有关的界线黏土岩,如中国的煤山剖面、伊朗的Abadeh剖面、巴基斯坦的Nammal剖面、前苏联外高加索的Dorasham剖面以及欧洲南阿尔卑斯地区的二叠系—三叠系界线剖面等。这些界线黏土岩层都具有十分相似的典型特征:黏土矿物中的伊蒙混层含量相当高;同时存在大量火山成因的六方双锥石英(高温石英)、锆石等酸性岩浆岩的副矿物组合和少量的微球粒(硅质球和铁质球)。东攀剖面火山黏土质量分数和产出频率较高的层位发生在第5层和第9层,其与上覆、下伏岩层岩性截然不同,且延伸比较稳定,在区域上易于识别和追踪。第6层的火山黏土质量分数也较高,但目前其机理还不清楚。煤山剖面界线黏土岩出现在第25层至第26层。由上述生物地层学关系可知,东攀剖面第5层的顶线对应于煤山剖面第24d层的顶线,由此可以推断,东攀剖面第9层可能相当于煤山剖面第25层至第26层,即所谓的界线黏土岩。为了证实这一点,笔者分析了剖面地层单元的黏土矿物组成(图1)。分析结果表明,火山成因的伊蒙混层高质量分数带主要发育在第5层和第9层,且以第9层含量最高。在这些黏土岩层的碎屑物中含有大量晶形完整的、未受磨圆的六方双锥石英、锆石、磷灰石、火山灰、微球粒等与火山活动有关的物质,这些特征明显地反映了黏土岩的形成与火山活动密切相关。东攀剖面中的PTB附近黏土岩具有成层薄,厚度不超过10cm,且厚度较均一,与上、下岩层接触面平整的特点,这些特点只有在大范围内有共同的较均一的物质供给、在水介质中沉积才能达到,并与华南地区其他大部分剖面PTB黏土岩的成因一致。因此,界线黏土岩层是二叠系—三叠系界线对比的良好事件标志层,其等时意义可能会超过单纯生物地层的对比,可以作为区域乃至全球事件地层对比的辅助性标志面。4corg该区δ(13Corg)的变化范围为-30.25‰~-24.81‰,平均值为-27.79‰。δ(13Corg)在剖面上的变化趋势可分为3个阶段(图1)。在阶段1(第5层顶到第8层顶),除个别点偏离以外,δ(13Corg)基本稳定,平均值为-27.53‰;在阶段2(第9层底到第12层底),δ(13Corg)曲线出现一个明显的负漂移,即从第9层中部的最高值(-24.80‰)开始急剧下降,直到第10层底达到最低值(-30.25‰),这便是所谓生物集群绝灭事件后的极小值,然后开始回升,到第12层底部达到一个较高值(-27.14‰),最大变化幅度达5.45‰;在阶段3(第12层到第13层),δ(13Corg)在-29.66‰~-26.61‰范围内表现为高幅的波动变化,但总体上,δ(13Corg)仍呈下降趋势。煤山剖面的δ(13Corg)从变化趋势上也大致分为3个变化阶段:①第25层以下的相对稳定期;②第25层和第26层一个从小升高到大负漂移的剧烈波动期;③第27层的恢复期(图1)。由此可见,在前两个δ(13Corg)变化阶段,两剖面的变化趋势具有较好的一致性。东攀剖面PTB附近的有机碳同位素变化曲线在界线黏土岩层内(第9层)发生了一次最大负漂移的巨变,表明有一次重要的生物从繁盛走向萧条的过程。煤山剖面的有机碳同位素同样在界线附近(第26层)也存在一次有机碳同位素巨减的过程。两剖面δ(13Corg)的最大负漂移均位于界线黏土岩层之上和PTB之下,在事件界线层内基本上可以进行对比。因此,δ(13Corg)在界线黏土岩层内的负漂移可以作为华南PTB对比较为可靠的辅助标志之一。然而,东攀剖面与煤山剖面在δ(13Corg)的第3个变化阶段却存在明显的不同:煤山剖面δ(13Corg)负漂移在第27层就开始向13C富集的方向恢复,而东攀剖面δ(13Corg)在早三叠世仍持续亏损,表明东攀剖面早三叠世的有机碳同位素的恢复明显滞后于煤山剖面,进一步证实在早三叠世深水环境与浅海环境存在较大的差异。5东建筑内辐射区域的有机碳同位素古、中生代之交的环境巨变不仅对浅海无脊椎动物造成了影响,同样给深水生态系统造成了重大影响。研究表明,东攀深水相生物放射虫呈现出明显的阶梯性绝灭模式(图1):第一阶梯,深层水团中放射虫Albaillellarian的绝灭(第7层顶),同时伴随部分Latentifistularian,Entactinarian,Spumellarian分子的绝灭,消失数量达59个种,在此消失面之下,放射虫的分异度最大,丰度最高;第二阶梯,次深水团中放射虫Latentifistularian的绝灭,同时伴随部分Entactinarian,Spumellarian分子的绝灭(第8层顶),消失数量为16个种,由此面向上,放射虫分异度降至最低,丰度同时也降至最低;第三阶梯,浅水团中放射虫Entactinarian和Spumellarian的消失(第12层顶)。东攀剖面放射虫绝灭的最低层位为第7层,笔者把其与PTB之间的地层称为“绝灭相”。从有机碳同位素的分析数据看,δ(13Corg)值从第9层开始降低,到第10层达到最低值,这一层位与放射虫“绝灭相”相吻合。δ(13Corg)负漂移与“绝灭相”的一同出现,表