奥陶纪

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奥陶纪生物群示意图
奥陶纪四笔石

  奥陶纪汉语拼音:Aotaoji;英语:Ordovician Period),古生代第二个纪,在寒武纪之后,志留纪之前。约开始于4.9亿年前,结束于4.38亿年前。在此期间形成的地层称奥陶系(Ordovician System)。奥陶系是英国地质学家C.拉普沃思于1879年用威尔士地区的一古民族名Ordovices命名。“奥陶”一词系Ordovices的日文汉语音译。奥陶系包括原来属于A.塞奇威克命名的寒武系和R.I.莫企逊命名的志留系两地层的重复部分。

地层

  奥陶纪一般分为3个世:早奥陶世、中奥陶世和晚奥陶世。相应的地层为下奥陶统、中奥陶统和上奥陶统。英国的奥陶系分为6个统,由下至上依次为:特里马道克统(Tremadoc)、阿雷尼格统(Arenig)、兰维恩统(Llanvirn)、兰代洛统(Llandeilo)、卡拉多克统(Caradoc)和阿什及尔统(Ashgill)。世界上多数国家的奥陶系都取用三分,但界线不甚一致。

  奥陶系的顶、底界在英国原来以雕刻雕笔石带的底界为奥陶系顶界,1985年国际地层委员会又同意以尖削拟尖笔石带的底界为其顶界,中国和其他一些国家的地质学家有不同意见,如陈旭等(1999)提出志留系最底部应位于尖削拟尖笔石带之下的向上尖笔石(Akidograptus ascensus)带的底界。关于奥陶系的底界,世界上多数国家以特里马道克统底界为准,以流动古大西洋牙形石(Iapetognathus fluctivagus)的首现为生物标志。只有英国倾向以阿雷尼格统底界为奥陶系底界。全球奥陶系内部的划分方面,以中国浙江常山黄泥塘宁国组剖面为层型,以澳大利亚齿状波曲笔石(Undulograptus austrodentatus)的最初出现为界线标志的层型剖面和点位已被国际地层委员会批准为全球中奥陶统上部达瑞威尔阶(Darriwilian)的界线层型和点位(陈旭等,1997),这是中国获得的第一颗地学“金钉子”。

  中国的奥陶系沉积分布很广,包括华北、东北、华南和西部地区。沉积基本上可以分为2种类型:

  1. 活动类型沉积,如天山、兴安地槽区、祁连山地槽区和东南地槽区等;
  2. 稳定类型沉积,如中朝地台,扬子地台以及塔里木地台等。

  此外,上述两种类型之间还有过渡区,如江南区。地槽区的岩石有复理石相碎屑岩、硅质岩、火山岩、页岩和少量的碳酸岩等,一般厚度较大,有些地区可达数千米。地台区以砂岩、页岩、石灰岩和白云岩等为主,一般厚度较小,多在400~600米之间。北非和南美等地奥陶系有冰碛层,中国尚未发现。扬子地台与东南地槽区之间,以及中朝地台与祁连山地槽区之间过渡类型的奥陶系,黑色页岩增多,灰岩减少,厚度比地台区较大。

  中国北方地台区的奥陶系是碳酸盐沉积,由上至下包括中奥陶统八陡组、阁庄组和下奥陶统马家沟组、亮甲山组和冶里组,上奥陶统仅见于地台西缘。中国西南地台区的奥陶系研究较详,湖北三峡地区的地层划分具有代表性,由上至下是上奥陶统五峰组、临湘组,中奥陶统宝塔组、庙坡组,下奥陶统牯牛潭组、大湾组、红花园组、分乡组和南津关组。中国东南地区有完好的笔石地层剖面。

生物界

  奥陶纪以海生无脊椎动物占绝对优势。

  由于浅海广布和气候条件适合,海生无脊椎动物进一步繁盛,生态分异更为显著。在浅海海域,滋生着底栖的三叶虫、腕足类、双壳类、腹足类、介形类、海百合、海林檎等。在清澈的浅海中有苔藓虫、珊瑚、海绵类、喙壳类、鹦鹉螺、牙形石、层孔虫和藻类等。此外,尚有无颌类的出现。在深水或滞流静水海域,海底不适合底栖生物生存,海面上则漂浮着笔石类和其他具有薄壳的纤小动物,如叶虾类等,这些动物可以顺洋流漂浮到海或洋域的各个部位,成为广布的化石。奥陶纪时,除海生藻类外,尚未发现陆生或半陆生植物化石。

  笔石最早出现于中寒武世,奥陶纪大量繁盛,主要营漂浮生活方式,分布广,演化快而且容易保存,因而是奥陶纪重要的分带化石。

  早奥陶世早期以树形笔石为主,中期正笔石类中的无轴亚目大量繁盛,晚期有轴亚目的雕笔石出现;中、晚奥陶世是正笔石类的鼎盛时期。鹦鹉螺类最早出现于晚寒武世,奥陶纪属种繁多,体形较大,长可达1米以上,可能是奥陶纪海域中最凶猛的动物。

  三叶虫和腕足类种属很多,也是研究奥陶纪生物地层的重要门类。奥陶纪开始出现的或大量繁盛的三叶虫有栉虫类、斜视虫类、镰虫类、三瘤虫类、镜眼虫类、手尾虫类、隐头虫类、裂肋虫类和齿肋虫类等。腕足类中有绞纲的正形贝类和扭月贝类占重要地位。此外,牙形石也是奥陶纪最重要分带的生物门类。

  奥陶纪的生物地理区与寒武纪的生物地理区有所不同。由于地质和生物的逐渐演化,奥陶纪一些属群分布较广,因此有明显边界的大生物地理区已不存在,主要是小范围的生物地理区。一些地质或物理、化学条件相似的地区,动物群趋向相似,如华北和东北南部区与西伯利亚、北美等地区,在三叶虫、头足类、牙形石和笔石等门类是相似的,有人认为这是属于低纬度的动物群。中国西南地区的三叶虫、鹦鹉螺、笔石、牙形石和疑源类等,通过古地中海与欧洲动物群相似,而中国东南地槽区的笔石与澳大利亚东部地槽区、北美地槽区的笔石动物群相似。此外,中国祁连地槽区和北方地槽区所发现的笔石动物群也与东南地槽区的相似,有学者称这是太平洋笔石动物群区。在奥陶纪末,曾出现过一次全球生物大绝灭事件。

地史特征

  中国奥陶纪的海侵是在寒武纪海域延续下来的。扬子地台和中朝地台西部边缘地带,在中、晚寒武世或早奥陶世略有上升,奥陶纪早期地层缺失,较新的奥陶纪地层与寒武系呈假整合接触。在中朝地台的中部、东部和扬子地台,奥陶纪地层与寒武纪地层皆呈整合接触。中奥陶世之后中朝地台上升为陆地,除西部边缘地区外,晚奥陶世没有沉积。奥陶纪加里东运动在地台区表现为频繁的震荡运动,地槽区有较多的火山喷发岩、中基性和中酸性火山岩,如北方地槽区。祁连山地槽区火山活动有两个时期,一是早奥陶世中期,另一是晚奥陶世。欧亚大陆上有4个稳定的地台区,即俄罗斯地台(或东欧地台)、西伯利亚地台和规模较小的中朝地台、扬子地台。印度半岛和阿拉伯半岛也属稳定区,但包括在南方大陆的范围。前述4个地台,除少数地区外,基本上被海水侵入,形成浅海水域,地台的周围被地槽区所围绕。俄罗斯地台和扬子地台的南缘,呈东西向条带状的海域即古地中海。古地中海的南缘止于非洲北部、阿拉伯半岛中部、伊朗南部和印度半岛北部,向南经中南半岛与澳大利亚东部及北部奥陶纪的海域相连,更南可能伸延到南极地区。北美大部为地台浅海地区,沉积以石英砂岩、页岩和碳酸盐岩为主,厚度不大。北美大陆的东西两侧为地槽区的海域,西部以碎屑岩和碳酸盐岩为主,东部有硬砂岩、泥岩和火山岩为特征。南美的西部太平洋沿岸地带为地槽海域,北部的中部为地台浅海海域。南大陆的周围边缘地带皆被地槽区或地台型海域所围绕,非洲、印度半岛、澳大利亚西南部、南美东部和南极洲的东部皆为陆地。

  奥陶纪早、中期继承了寒武纪的气候,气候温暖、海侵广泛;奥陶纪晚期南大陆的西部发生了大规模的大陆冰盖和冰海沉积,代表寒冷的极地气候。按古地磁数据,奥陶纪南极应位于现在北非西北部,这与非洲冰碛层的分布应位于南极圈内的解释是相吻合的。南大陆的东部仍处于赤道附近。北美、西伯利亚和中国华北地区有蒸发岩沉积,推测为干热气候环境,属于低纬度地区。奥陶纪北极应位于南太平洋,大陆地区基本上位于南半球,从沉积物来判断,当时南半球的气候分带比较明显。还由于晚奥陶世末期大冰期的存在,同时影响全球海平面的下降,并引起广泛的海退。

矿产

  中国云南东北部中奥陶世早期或早奥陶世晚期的巧家组产鲕状赤铁矿,华北马家沟组或峰峰组不同层位有磁铁矿和赤铁矿。这种铁矿的成因与中生代侵入岩侵入奥陶纪的富镁围岩有关。华北区峰峰组下段产硬石膏和石膏层。石灰岩和白云岩等作为石灰、水泥、熔剂的材料,在华北区奥陶系层位多,分布较广。以奥陶纪地层作为运移、储存条件的矿产还有石油和丰富的地下水资源。