第09章 奥陶纪课件.pptx

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1、,第九章 奥陶纪(Ordovician),名源于英国北威尔士一个古代民族的名字。始于485 Ma，结束于443 Ma亿年，延续了大约42 Ma。,几乎所有无脊椎动物门类均已出现，无论在数量还是在种类方面都较寒武纪有了更大发展。奥陶纪生命大辐射事件：海洋生物从“寒武纪演化动物群”(以三叶虫和几丁质壳腕足动物为主导)向“古生代演化动物群”(以钙质壳腕足动物、棘皮动物、苔藓虫、珊瑚、笔石和头足类等为主导)的转换。原始脊椎动物的出现：多为无颌类的甲胄鱼碎片。植物界：与寒武纪相似，仍以海生藻类为主。,、奥陶纪生物界,显生宙五大生命灭绝事件之一：奥陶纪末期生物大灭绝,地质时间(百万年),生物“属”的数量,

2、85的“属”灭绝：仅次于二叠纪生物大灭绝(95%)；超过60%的海洋无脊椎动物灭绝。受影响最大的生物：腕足、双壳、棘皮动物、苔藓虫、珊瑚。,生物的起源、辐射、复苏、灭绝就像树木的生活经历一样,(一)、重要化石门类及其代表化石1、三叶虫：继寒武纪之后继续发展，并在全球范围内达到了最繁盛时期。不同生态类型的三叶虫共存，表明生物生态已开始发生分异。,早奥陶世三叶虫与晚寒武世相似，多具颊刺和两个尾刺。早奥陶世代表：Dactylocephalus(指纹头虫)。,中晚奥陶世代表：Dalmanitina(小达尔曼虫),中晚奥陶世代表：Nankinolithus(南京三瘤虫),2、头足类：数量多，个体大，是当

3、时海洋中的一霸。奥陶纪后期已开始迅速衰退。中国南方和华北存在着两个不同类型的头足类动物群，特别是在早奥陶世更为明显。,华北：珠角石动物群，以阿门角石(Armenoceras)为代表。,华南：直角石动物群，以震旦角石(Sinoceras)为代表。,3、腕足类：奥陶纪是腕足类发展的高峰期。具铰纲的三分贝目、正形贝目、五房贝目和扭月贝目进入顶峰阶段，石燕贝及小嘴贝类都有代表。,扭月贝类,五房贝类,早奥陶世以扬子贝和中国正形贝多见。晚奥陶世以赫南特贝动物群最为重要。,中华正形贝,扬子贝,赫南特贝,赫南特贝动物群(Hirnantia fauna),以赫南特贝(Hirnantia)为代表的腕足化石群。它常

4、与以(小达尔曼虫)Dalmanitina为主的三叶虫相伴生，其时代为奥陶纪末期。,赫南特贝,小达尔曼虫,4、笔石类：早奥陶早期：以树形笔石类为主，如网格笔石(1)。早奥陶中期：无轴类开始出现，如：对笔石(2、3)。早奥陶晚期：以栅笔石为代表。,中、晚奥陶世：是正笔石类的顶盛时期，无轴和有轴类齐头并进。如无轴类中的丝笔石和有轴类的叉笔石(4、5)。有轴类早奥陶世开始出现，早泥盆世后期绝灭。,(二)、奥陶纪的生物相从奥陶纪开始，生物界的突出现象是生物的相分异(生态分异)。生物的生态习性及其保存方式所反映的自然环境条件称生物相。常见生物相：笔石页岩相、壳相、礁相、混合相。,1、笔石页岩相：含有丰富的

5、笔石，很少或无底栖生物为特征的生物相称为笔石页岩相。通常反映了还原条件下的滞流台槽、较深海、深海环境。水体宁静、海底缺氧，富含H2S和黄铁矿。底栖生物无法生存，只有漂浮于水面的笔石死后下沉。没有其它生物吞食，得以大量保存。该相是奥陶纪和早志留世普遍存在的生物相。,2、壳相：多由具厚重外壳的底栖生物(腕足、双壳、腹足、三叶虫等)密集堆积形成的生物相称为壳相。反映了气候温暖、水体不太深且动荡的滨浅海环境。,介壳灰岩,3、混合相：浮游生物与底栖生物共同保存或随着环境的变化成互层出现的一类生物相称混合相。是不同岩相类型地层对比的重要依据。,底栖的三叶虫与浮游的球接子混生,4、礁相：生存于气候温暖的正常

6、浅海中，由苔藓虫、群体珊瑚、层孔虫、海绵、海藻等造礁生物构成的生物礁或生物滩称为礁相。,分布广泛、地层发育完整、出露良好、生物群丰富、沉积类型多样，是世界上研究奥陶系的重要地区之一。沉积类型可分为稳定类型与活动类型。,二、中国的奥陶系,稳定类型：扬子板块以碳酸盐岩和泥质岩沉积为主，仅西缘出现碎屑泥质沉积，生物组合兼有底栖为主的介壳类和浮游型笔石类。,稳定类型：华北板块、塔里木板块和冈瓦纳板块的喜马拉雅滇西地区，以碳酸盐沉积为主，生物组合既有游泳的鹦鹉螺类，也有底栖的三叶虫、腹足类和树形笔石类。,活动类型：华北板块西缘、扬子板块东南缘等被动大边缘区以碎屑泥质复理石类沉积为特征。,活动类型：古亚洲

7、洋、昆仑秦岭洋、原特提斯洋及其相邻活动大陆边缘区以火山碎屑岩沉积为特征，夹泥质、硅质岩和碳酸盐岩，生物群以浮游笔石类为主，也含有游泳或游动底栖的壳相生物。,早期：古地理轮廓与寒武纪相似。晚期：地壳运动加强、冈瓦纳冰川的发育，导致大规模海退、古地理轮廓有重要改变。古地理轮廓：早中奥陶世与寒武纪相似；晚奥陶世发生重要变化，导致沉积类型、生物群面貌明显不同。自西向东仍按稳定类型(扬子区)、过渡类型(江南区)和活动类型(东南区)分别介绍。,(一)、扬子板块及大陆边缘奥陶纪地史特征,1、扬子板块奥陶系标准剖面及古地理(重点)扬子板块的奥陶系以湖北宜昌分乡黄花场剖面为代表。,西陵峡组：三游洞群顶部。下部：

8、砾屑灰岩，代表奥陶纪海侵的开始。上部：白云质灰岩和白云岩。白云岩中发育鸟眼构造，生物扰动构造发育，化石稀少。沉积环境：能量较弱的半闭塞台地沉积。,西陵峡组,南津关组：常见厚层状含鲕粒及砂砾屑亮晶灰岩，内碎屑呈圆状(磨圆好)，分选好。上段发育大型交错层理，有垂直或倾斜生物钻孔、异地埋藏的腕足类、三叶虫、双壳类及海百合等碎屑。代表潮间至潮下高能带沉积的产物。例如：台地边缘浅滩相。,分乡组：下部以亮晶灰岩为主，生物类别丰富，可形成生物骨架结构，内碎屑分选磨圆好，反映为台地边缘礁或滩相。上部夹泥页岩，含笔石和完整保存的小型腕足类，说明水体逐渐变深，为开阔台地相。,红花园组：以生物礁灰岩、砂屑灰岩为主，

9、生物既有底栖型，也有游泳型，属生物礁相。,大湾组：紫红色瘤状泥灰岩，夹页岩、薄层灰岩、生物灰岩、海绿石灰岩。为浅海陆棚环境。,牯牛潭组：以中厚层状泥灰岩为主，发育水平层理，生物种类繁多，保存完整，底栖和浮游混生。表明为水能量较弱的浅海陆棚环境。,庙坡组：只有35米厚。以黑色页岩为主，夹有不规则含骨屑泥灰岩。含丰富的笔石动物群和少量的底栖三叶虫、腕足类。代表一种半局限的较深水盆地沉积。例如：半闭塞的陆棚边缘盆地。,宝塔组：含生物碎屑的砖红色泥质泥晶灰岩。生物群主要为营底栖游泳生活的大型鹦鹉螺类以及腕足类。区域上，宝塔组的腕足动物属于特化的叶月贝动物群(Foliomena Fauna)：以发育小型

10、扭月贝类、正形贝类和个别无洞贝类为特征,体宽一般不超过10 mm。分异度小，单层群落中常少于68 属;个体生存密度也小。此动物群大都生活在寡营养的深水海底，水深约在100200 m 之间。典型的收缩纹灰岩。这种收缩纹是成岩过程中上覆的负荷使胶体脱水形成的裂纹，反映较深的浅海陆棚环境。,宝塔组生物碎屑灰岩(收缩纹构造发育)，陕西汉中梁山,宝塔灰岩中的鹦鹉螺类化石,临湘组：以瘤状泥质灰岩为特征，含深水相叶月贝(Foliomena)腕足动物群。叶月贝动物群：奥陶纪晚期，以叶月贝领衔、伴有大量褶脊贝族的代表(如：Leptestina,Sericoidea)和少量德姆贝族(Dedzetina)、扭月贝族

11、(Christionia)及无洞贝族(Cyclospira)的一个腕足动物群。通常指示深水环境。灰黄色瘤状泥灰岩，环境与宝塔组类似。代表陆棚浅海较深水域的沉积。,五峰组：为半封闭滞流盆地笔石页岩相沉积。末期海水明显变浅，出现含冷温水型腕足类和三叶虫等底栖生物的泥质灰岩沉积。是冈瓦纳冰川高峰期全球海平面明显下降背景下的地质记录。,奥陶纪末期冈瓦纳冰川事件,上世纪70 年代，首先在非洲北部、后来在南非的奥陶纪晚期地层中发现了冰川沉积，引起国际地质界的广泛关注。嗣后，阿根廷、秘鲁、玻利维亚等国发现了奥陶纪晚期的冰碛杂岩，西班牙、葡萄牙、法国、捷克、德国以及沙特阿拉伯等国发现了海相冰川沉积。这个时期的

12、冰川属于冈瓦纳大陆冰川，围绕当时的南极，以非洲北部为中央活动区，并扩展到南非、南欧和中欧、西亚、南美。由于范围广，该冰川活动在各地是穿时的，尤其是其外围地区(例如：南美)，可延至早志留世早中期。这次冈瓦纳冰川活动并未在中国留下冰川痕迹或岩石学证据，所以一度被中国地质学界所忽视。尽管其直接记录没有找到，但对华南地区的间接影响(包括：海平面升降、温度变化、生物相、古地理等方面)比较明显。,奥陶纪末期冈瓦纳冰川事件与奥陶纪末期生物大灭绝事件的关系,奥陶纪末的集群灭绝与冈瓦纳冰川事件密切相关。冰盖的形成是奥陶纪末集群灭绝第一幕的主控因素。冰川使当时全球平均大气和海水的温度下降,幅度可达810。Ashg

13、ill 晚期绝大多数海域变成冷水或凉水域,对Ashgill 中期温暖海域无论是浅水还是深水域的浮游生物(如笔石)、游泳生物(如三叶虫和头足类)、底栖生物(如腕足动物和珊瑚)等影响极大,这是造成生物集群灭绝的一个最重要的因素。冈瓦纳大陆冰川的形成,使高纬度区的浅、冷、高密度的海水向下,并向赤道方向运移,造成了富氧、富营养的冷、深水流,形成了大洋翻转。气候分带梯度增加,大洋循环畅通,充氧水体广为发育,扰乱了原来比较稳定的、密度分层的“温室效应”的海洋环境。这就使早就形成的较深水、贫氧、寡营养水体的生态系统发生了本质性的变化,导致了Ashgill 中期Foliomena 动物群整体灭绝。,奥陶纪末期

14、冈瓦纳冰川事件与奥陶纪末期生物大灭绝事件的关系,大气和海洋水温度的普遍回升以及冰盖的消融是奥陶纪末集群灭绝第二幕的主控因素。这次冰川活动的延续时间不长，大约只有0.51 Ma。伴随着全球温度的迅速回升，温度梯度减小，大陆冰盖也快速融化，导致全球海平面的回升速度也很快。据推测，当时海平面可能回升50100 m，返回到冰期以前的水平。这次海平面回升使海水重又侵漫到较平缓的陆地上，形成了宽阔的陆表海域，带来了全球大规模的海侵和缺氧事件，贫氧或缺氧甚至有毒的水体也成为上升洋流而侵犯到许多海域，使海水发生翻转。这正与世界上广泛识别的海侵事件和下志留统黑色笔石页岩相一致。由于海水迅速上升、海水温度显著增高

15、、海水底域严重缺氧，致使Hirnantia动物群整体灭绝。这一时期的生物灭绝事件还发生在笔石、三叶虫、珊瑚等许多海洋生物类别中。,奥陶纪末期扬子板块发生海退，因此与上覆下志留统呈不整合接触关系。,(2)、横向变化与古地理奥陶纪时，扬子板块内部岩相变化比较显著。总的趋势是西部碎屑岩较多，东部碳酸盐为主。特别是早奥陶世表现更为明显。,扬子板块西部：由于中寒武世以后抬升，使康滇古陆范围扩大。早奥陶世发生新的海侵，在扬子板块西部形成上超，川西、滇东一带沉积了具交错层的砂岩与页岩(红石崖组)，代表滨岸沉积环境。由此向东陆源物质逐步减少，相变为砂泥质及碳酸盐(黔北、川南)碳酸盐及泥质沉积(鄂西)碳酸盐沉积

16、(长江中、下游)。,中奥陶世时，西部的滇东、黔西南一带隆起与康滇古陆南段相接组成滇黔古陆，康滇古陆北段向北扩展与川西北的松潘古陆融为一体。,早奥陶世由西向东依次排列的南北向延伸的相带至中奥陶世已不复存在，整个扬子区均以碳酸盐沉积为主，夹少量泥质，尤以宝塔组收缩纹灰岩及临湘组瘤状泥质灰岩分布最广。庙坡组黑色页岩的分布则呈补丁状，代表平坦的碳酸盐台地上局部坳陷形成的滞流盆地，其周围则为同期异相的浅水碳酸盐沉积(大田坝组)。晚奥陶世早期(临湘期)海侵达到最大，沉积了薄层瘤状泥灰岩，含南京三瘤虫。,五峰期海平面下降，川滇古陆急剧向东扩大与滇黔桂古陆相连。沉积范围缩小，形成五峰组滞流盆地，反映了冈瓦纳冰

17、川作用的影响。,中国南方五峰期岩相古地理图,2、扬子板块大陆边缘奥陶纪地史特征(1)、扬子板块东南大陆边缘的江南区,呈北东南西向狭长带状分布，包括湘中、皖南、浙西等地。,A、湘中地区 为深灰及灰黑色含灰质、硅质笔石页岩，总厚600余米。代表半深海非补偿滞流还原环境。属过渡类型沉积。,O3,O2,O1,B、浙西地区早中奥陶世仍为滞流还原环境的笔石页岩相。晚奥陶世沉积了一套巨厚的浅水浊积岩(于潜组)，厚度1400余米。至皖南一带浊积岩厚度变小，向西则与湘中半深海相连。,O3,O2,O1,(2)、东南区(活动类型)分布于赣南、闽西、粤北、桂北等地。晚奥陶世与早、中奥陶世地史特征有较大差异。,下、中奥

18、陶统(爵山沟组至韩江组)：为深海或半深海炭质、硅质、泥质沉积，仍为非补偿环境。上奥陶统：沉积了巨厚的浊积岩系，表明晚奥陶世地壳运动加强，华夏古陆面积扩大，为赣南、闽西海盆提供了大量的岩屑。,O2,扬子板块西缘：在金沙江红河一线的藏东昌都和滇南金平一带，早、中奥陶世都出现被动大陆边缘砂泥质复理石沉积，金平地区晚奥陶世转化为浅海碳酸盐台地，显示了被动大陆边缘向南进积的趋势。,(二)、华北板块及其大陆边缘奥陶纪地史特征 1、华北板块奥陶系标准剖面及古地理华北板块范围内奥陶系主要为灰岩和白云岩，局部含少量泥质。下奥陶统发育齐全、岩相稳定。中上奥陶统发育与保存不全，仅在太行山中、南段和山东保留有中奥陶世

19、下部地层。上奥陶统仅见于宁夏固原和陕西陇县、耀县一带。河北唐山一带的奥陶系层序清楚、化石丰富、研究程度高，是华北板块奥陶系的标准剖面。,(1)、河北唐山剖面及其分析(a)、剖面介绍,华北板块奥陶系主要为灰岩和白云岩，局部含有少量的泥质。下奥陶统发育齐全，岩相稳定。中上奥陶统发育与保存不全，仅在太行山中-南段和山东保留有中奥陶统下部。上奥陶统仅见于宁夏固原和陕西陇县、耀县一带。河北唐山一带的奥陶系层序清楚、化石丰富、研究程度高，是华北奥陶系的标准剖面。,(b)、剖面分析冶里组主要由厚层灰岩夹竹叶状灰岩及页岩。含三叶虫、腹足类等底栖生物。砾屑灰岩中的灰岩砾未见氧化晕圈，说明为潮下浅海环境。,亮甲山

20、组：下部为灰岩和竹叶状灰岩，含底栖生物腕足类、腹足类、古杯海绵与头足类。仍为正常浅海环境。,该组向上逐渐变为以白云岩为主，出现潮上蒸发和陆上暴露环境，并遭受剥蚀。在华北地区形成区域性平行不整合面。,下马家沟组：下部一般为厚层灰岩。上部为白云岩，代表正常浅海潮上环境。,上马家沟组：通常为灰岩和灰质白云岩，局部可出现膏溶角砾岩。为浅海潮上蒸发环境沉积。,其后，华北板块除局部地区继续接受沉积之外，整体上升为陆，遭受长达约一亿七千万年的风化剥蚀。中石炭世才开始下降重新接受海陆交互相沉积。,右图：甘肃平凉O1/P1平行不整合接触关系。P1山西组超覆于O1马家沟组灰岩之上。由此表明：华北板块西南缘遭受风化

21、剥蚀的时间更长。,P1：山西组,O1：马家沟组,(c)、横向变化与古地理在太行山中段和南段、吕梁山、中条山等地，上马家沟组之上还有一套厚约140 m的厚层灰岩与泥质灰岩、白云岩。含直角石类Protocycloceras(前环角石)、Fengfengoceras(峰峰角石)及牙形类Microcoelodus(微空齿刺)等，称峰峰组，时代为中奥陶世。,与峰峰组同期沉积在山东西部和苏北一带称阁庄组和八陡组。唐山地区及华北区北部未见中奥陶统，可能是后期剥蚀作用的结果。,上奥陶统：仅见于华北板块的西南部陕西耀县及宁夏固原等一带，称背锅山组。以碳酸盐沉积为主，含珊瑚、腕足类、三叶虫、腹足类和海百合茎等，仍

22、为正常浅海环境。,早奥陶世早期(冶里期)：华北板块内部岩相分异明显，大致以德州石家庄保德一线为界，分为南北两部分。总的地势为南高北低，海水南浅北深。北部以灰岩为主，属正常浅海环境。南部自晚寒武世开始至早奥陶世早期均以白云岩和白云质灰岩沉积为主。地层厚度从北向南有减薄的趋势，表明此时华北区南部受怀远运动的影响已开始抬升，呈半封闭状态。,早奥陶世中期(亮甲山组)：海平面进一步下降。南部抬升为陆地，遭受剥蚀，为含石膏和白云岩的潮上蒸发环境，但蒸发海盆已向北迁移。范围扩大，下超在早期正常浅海沉积之上。在晋南、冀西北和鲁西北一带形成膏盐沉积。亮甲山末期：华北区大部分已抬升为陆，遭受风化剥蚀。,早奥陶世晚

23、期(上、下马家沟组)：从下马家沟期开始，华北板块整体下降，发生新的海侵。下马家沟组向南及西北方向上超。在内蒙古桌子山、豫西熊耳伏牛山古陆北缘及徐淮等地区，下马家沟组均上超于冶里组或上寒武统之上。,早奥陶世末期至中奥陶世：岩相稳定，表明海侵仍比较广泛。晚奥陶世：地壳抬升，发生大规模海退，使华北板块成为持久的古陆剥蚀区，仅在西南缘仍有海侵。,2、华北板块大陆边缘奥陶纪地史特征A、华北板块南部大陆边缘：奥陶系称草滩沟群，为一套巨厚的变质中酸性火山沉积岩系。其中获得晚奥陶世珊瑚化石Plasmoporella(网膜珊瑚)和457 Ma的火山岩同位素年龄，代表秦岭洋向北俯冲形成的火山岛弧带。,B、华北板块

24、北缘：自白云鄂博向东经四子王旗直至呼兰、桦甸一线,为一个连续、狭窄的加里东褶皱带，其中：奥陶系包尔汉图群为火山沉积岩系，产有Desmograptus(绞结笔石)，中、上志留统不整合覆于其上。,在西拉木伦河一带见有含早古生代化石的蛇绿岩套，并且向东西延伸，代表晚奥陶世古亚洲洋壳向南俯冲的消减带。这种南北两侧洋壳相向俯冲作用与华北板块中奥陶世后的整体抬升有密切关系。,三、中国奥陶纪矿产资源奥陶纪的矿产资源主要有铁矿、铅锌矿、石膏与建材等。河北邯郸式铁矿产于马家沟组富铁的碳酸盐岩地层中。青海锡铁山大型层控铅锌矿床产于上奥陶统滩间山群中。山西太原、临汾等地上、下马家沟组中石膏矿层最厚可达45 m。华北、华南地区广泛分布的奥陶系碳酸盐岩可作为水泥、石灰、熔剂和建筑业的原材料。富含头足类的宝塔组灰岩等还可用作工艺石材。,复习思考题,生物相/壳相/礁相/混合相/笔石页岩相/奥陶纪生物大辐射事件/叶月贝动物群/赫南特贝动物群。奥陶纪主要生物门类及代表化石。奥陶纪末期冈瓦纳冰川事件及其影响。扬子板块和华北板块奥陶系标准剖面沉积发展史及其横向变化。华北板块和扬子板块奥陶纪地史特征的主要差异(遭到海侵的早晚、岩石组合及生物群面貌、古气候等)。中国奥陶纪矿产资源。,恭祝马到成功,