<b>:</b> 中国古地理各地质历史时期,中国古地理环境屡经变迁。其中构造轮廓即古构造格局对某些因素起重要的控制作用。
太古代和元古代古地理
太古代和元古代系指38亿年前至6亿年前,即寒武纪以前的地质时期。一般将太古代和元古代的界限置于26亿年前。元古代早、中、晚的分界分别置于18.5亿年前、10亿年前和8.5亿年前。
大气圈、水圈、岩石圈地球现代大气圈与太阳系中其他行星的组成显著不同。目前普遍认为地球现代的大气圈是地球内部排气、光化学分解与植物光合作用的产物。有些科学家认为太古代时已具有真正的大气圈和水圈,从硅质条带铁建造的存在以及其他证据来判断,当时大气圈是缺游离氧或几无游离氧的,水圈已出现,可能有原始海洋存在。早元古代已有最老的氧化红层沉积,说明原始的氧化大气圈可能已出现。中、晚元古代起世界各地台区普遍出现含铁红色砂岩(红层)、高价铁沉积矿层以及白云岩为主的碳酸盐岩沉积,内含丰富的叠层石,说明含氧量不断增长,已完全具备了氧化大气圈的条件。地球上最老的、可识别的岩石——钠花岗岩与片麻岩的混合岩以及绿岩—杂砂岩的出现大约是38亿年前,最近有人用离子探针测得世界上最老的岩石年龄为42亿年左右。中元古代是地壳发展的重要阶段,晚元古代晚期世界上各主要大型稳定地台已最后形成。
原始生命的出现和发展可分为3个阶段:1原核生物的出现。太古代的生命证据包括氨基酸、脂肪酸等生命物质的存在和可鉴别的生物化石。多数学者认为地球上最早具有细胞的生物是原核生物,包括单细胞的细菌和蓝藻。在中国太古界的鞍山群(时代约为32~28亿年前)中上部发现了一些微古植物化石,可能是中国目前已报道的最早微古植物化石。中国元古代地层中微古植物化石及叠层石较为丰富,主要属于原核生物蓝藻类。2真核细胞的出现。从原核生物向真核生物的转变,关键是必需具备氧化的大气圈。但究竟何时完成这一进化还不十分清楚,多数人认为约是15~13亿年。最近在中元古界长城群串岭沟组中(年龄约为18亿年),发现梭形藻类和某些肉眼可见的炭质膜化石,蓟县群雾迷山组(年龄为14~12亿年)发现管状藻都可能属真核生物。3后生动物的首次出现。晚元古代晚期出现了大量多细胞海生裸露动物群和小型硬壳动物的先驱。前者首先发现于澳大利亚南部,年龄为6.8亿年。在中国相当于震旦纪的地层中,如三峡地区陡山沱组和灯影组、陕南高家山组、辽南长岭子组中均有发现。此外,晚元古代晚期出现了少量外骨骼(硬壳)的后生动物,如中国南方震旦纪灯影组及其相当层位出现的软舌螺类、虫管等化石。中国滇东地区在灯影组之上的梅树村组已发现大量丰富的小壳动物化石,称梅树村动物群(见云南晋宁梅树村界线层型剖面)。
先寒武系发育概况可分为塔里木—中朝(华北)板块和华南板块两大地区:
塔里木—中朝(华北)板块这一板块东部以太古代—早元古代期间固化的中朝(华北)地块为陆核,西部以晚元古代固化的塔里木地块为陆核,后者南面还有柴达木中间地块。太古界只限于两个陆核区。元古界除上述两个陆核区外,还包括板块南缘及两个陆核区之间的现代昆仑山北坡、阿尔金山、祁连山、北秦岭(合称为秦祁昆地槽)及柴达木中间地块。除震旦纪外,元古界普遍变质,震旦系为浅变质的碎屑岩、碳酸盐岩及部分冰碛岩。
塔里木—中朝(华北)地块(台)的下太古界以燕山东段的迁西群为代表,属深变质的麻粒岩和片麻岩类,年龄为36~30亿年;上太古界以太行山地区的阜平群、鲁西的泰山群、豫西的登封群和东北南部的鞍山群为代表,以各种片麻岩、角闪岩和变粒岩为主,年龄为26~25亿年前;早元古代地层分布比太古界广泛,以山西五台山五台群和滹沱群为代表,前者由巨厚的变粒岩、角闪岩和各种片岩组成,年龄值为23.6亿年,相当于早元古代早期沉积。后者为浅变质的碎屑岩、粘土岩和碳酸盐岩系,厚近万米,年龄为19亿年。早元古代末期发生了吕梁运动,这是中国地史上一次规模巨大、影响很广的地壳运动。中元古代及晚元古代早期地层分布在华北地台北缘、西南缘及塔里木地台边缘,以燕山地区发育最好,自下而上,中元古代早期长城群,碎屑岩为主,时限为18.5~14亿年前;中元古晚期蓟县群,碳酸盐岩为主,常含丰富化石,时限为14~10亿年前;晚元古代早期青白口群,砂岩、页岩及泥灰岩,厚度小,时限为10~8.5亿年前。晚元古代晚期,相当于震旦纪时,仅在华北地台东缘、南缘及塔里木地台北侧有震旦系的沉积。华北地台以辽东半岛南部发育最好,包括革镇堡群及金县群,总厚约5000多米,为碎屑岩及碳酸盐岩,后者含丰富的微古植物、叠层石及后生动物化石。华北地台南缘以东秦岭北坡为典型,震旦系总厚约500米,中下部为碎屑岩及碳酸盐岩,上部罗圈组是一套冰碛泥砂砾岩及冰水含砾砂泥岩。塔里木地台北侧的震旦系主要出露在库鲁塔格地区,总厚约5000米,包含3期冰川沉积,主要为碎屑岩、冰碛岩、火山岩。
华南板块这一板块东部以扬子地台为陆核,至今未发现太古代地层。元古界构成地台的基底、地台南、北缘元古代分别为活动型的东南地槽及南秦岭地槽。板块西部为羌塘中间地块。
扬子地台的元古界(不包括震旦系),主要出露在地台边缘,下元古界分布于川中、鄂西以及川西、滇东一带,以鄂西的崆岭群为代表,是一套角闪岩相的变质岩系,年龄值早于17亿年。中上元古界分布广泛,经浅变质作用,构成地台的褶皱基底。中元古界以滇东昆阳群为代表,为浅变质的碎屑岩及少量碳酸盐岩,上部夹凝灰岩,厚逾万米,属活动型沉积,年龄为16~9.3亿年,大致相当于华北长城群及蓟县群。上元古界出露零星,多为浅变质碎屑岩,具磨拉石沉积特征,如鄂西的马槽园组、滇东的柳坝塘组,时代大体相当于青白口群。晚元古代晚期震旦纪地层分布广泛,构成扬子地台的典型盖层,以长江三峡一带为典型,下统为莲沱组和南沱组,分别为陆相砂岩和冰碛岩。上统下部为陡山沱组,主要为碳酸盐岩夹黑色页岩,含磷、锰、铁矿层。上部灯影组为碳酸盐岩。古扬子板块直到8.5亿年后基底才固结硬化,转变为相对稳定的地台区。
东南地槽,元古界(包括震旦系)主要为巨厚的复理石沉积夹火山岩,遭区域变质,属活动型沉积,地槽状态一直保持到早古生代。板块北缘地槽(南秦岭地槽),元古界普遍为活动型的火山—沉积岩系。
震旦纪的冰川震旦纪是世界地史上一次大冰期,中国震旦纪时冰川活动亦颇广泛,大体可分3期,早震旦世的长安组和南沱组,晚震旦世的罗圈组。标准剖面分别在湘西和桂东北一带、湖北宜昌三峡及豫西的罗圈。关于震旦纪冰期的成因,目前仍有很多争议。
早古生代古地理
早古生代包括寒武纪、奥陶纪、志留纪,经历了2亿年左右。
生物界面貌和生物地理分区几乎所有重要的无脊椎动物门类在寒武纪已经出现,寒武纪初期以小壳类为主,其后三叶虫繁盛,次为腕足类,介形类尚有软体动物、蠕虫动物、古杯动物、棘皮动物、苔藓动物、笔石、床板珊瑚、牙形石等。奥陶纪时无脊椎动物已达极盛,生态分异已很明显。脊椎动物的无颌类在中奥陶世首次出现(也有报道已知最老的脊椎动物鱼化石碎片发现在晚寒武世)。志留纪末三叶虫大为减少,笔石大量绝灭,仅有少数单笔石延至泥盆纪,腕足动物的无铰纲大为衰退,但有铰纲的石燕贝和小嘴贝继续发展。志留纪是陆生、半陆生植物的发展和原始脊椎动物无颌类演变为有颌类的时期。
综合3个纪的动物群特征,大致可以分为3个生物地理区:1大体以中天山—西拉木伦河一线以北地区称天山—兴安区(或准噶尔—兴安区),寒武纪的三叶虫可能接近西伯利亚。奥陶纪牙形石为北大西洋型。志留纪时广大海域内,分布特殊的腕足动物群,以图瓦贝为代表,可能代表当时北半球高纬度海域的冷温水动物区系。2雅鲁藏布江以南称喜马拉雅区。奥陶纪牙形石为北大西洋型,志留纪生物群种属较贫乏,中志留世含波希米亚地区常见的哈里斯角石和优角石。3古地中海区。位于上述二区之间。寒武纪动物群属东方动物群,早寒武世以含莱得利基动物群为代表。奥陶纪是寒武纪的继续。志留纪除一些世界性种属外,含大量地方型分子,笔石为欧洲型。
下古生界发育概况和加里东运动分为下列5个地区简述:
塔里木—华北板块可分为3区:
1塔里木—华北地台。华北地台在寒武、奥陶纪经历广泛海侵,长期发育滨海至浅海相沉积,大部分地区只有寒武系和中下奥陶统,而地台西部平凉一带有中奥陶世的笔石相及晚奥陶世的壳相沉积。奥陶纪中晚期华北地台整体上升,缺失志留系、泥盆系及下石炭统的沉积。塔里木地台下寒武统以硅质岩、碳酸盐岩为主,局部地区有火山岩。其后,海侵扩大,中上寒武统、奥陶系均为正常浅海相碳酸盐岩沉积。另外在地台西部及北部边缘发育有早志留世的滨浅海含钙质碎屑沉积组合,早志留世晚期,西部及北部边缘也均上升隆起。
2板块南缘的秦祁昆地槽。其北部为祁连山地槽,下古生界厚达2万米,为泥砂质复理石、碳酸盐岩、火山岩,基性、超基性岩断续地成为带状分布,构成绿岩带,为典型的活动型沉积。志留纪末祁连山地槽褶皱升起,形成祁连山加里东褶皱带。地槽南部北秦岭、昆仑山地槽,下古生界厚数千米,属活动型沉积,为变质岩系夹火山岩及火山碎屑岩等。昆仑山地槽介于塔里木—华北板块及华南板块之间。
3板块北缘地槽区。主要出露在内蒙古昭乌达盟、吉林中部及北山一带,下古生界为冒地槽型沉积,有砂岩、板岩、硅质岩及灰岩。北山地区奥陶系、志留系发育有火山岩、火山碎屑岩。
华南板块可分为3区:
扬子地台及东南地槽。东南地槽在加里东运动后形成加里东褶皱带,合并于扬子地台,习惯称华南地区。早古生代自北而南依次分为稳定地台型的扬子区(扬子地台),过渡类型的江南区及活动地槽型的东南区(东南地槽),表现为陆表海、边缘海及岛弧海的大陆边缘的完整连续变化。扬子区下寒武统以钙泥质沉积为主,普遍含炭质页岩,中上统以碳酸盐岩为主,可夹石膏、盐类及红色岩系。奥陶系为浅海和半隔绝的小型静水盆地,生态分异为笔石页岩相及壳质灰岩相,混合或交替出现。至早志留世形成大型滞流盆地,其后海侵扩大成为正常浅海沉积。中志留世后,除地台北部边缘及滇东外,地台整体上升,因而上志留统沉积仅限于滇东。江南区寒武系为黑色页岩、灰岩,奥陶系为笔石页岩相,晚奥陶世晚期部分为复理石沉积,早志留世后褶皱上升。东南区寒武、奥陶系均为巨厚的复理石沉积,志留系海侵范围仅限于湘、粤、桂和浙皖地区,为巨厚的碎屑岩沉积(部分为笔石页岩相)。志留纪晚期,除钦防海槽延续至泥盆纪的残留海槽外,其余均褶皱上升,形成加里东褶皱带。板块南部仍为羌塘中间地块。
板块北缘地槽区。主要出露在中、南秦岭一带,为冒地槽沉积,寒武系为碳酸盐岩、炭质页岩、硅质岩。奥陶系为浅变质岩和碳酸盐岩。志留系在南秦岭,中下统以碎屑岩、板岩为主夹少量笔石页岩相,上统为介壳碎屑沉积。昆仑山地槽仍为活动型沉积。
哈萨克斯坦中间板块、西伯利亚板块南缘—天山兴安地槽哈萨克斯坦板块在中国仅出露一小部分,其南缘的地槽区与西伯利亚板块南缘地槽区合称天山—兴安地槽区。此区位于中天山—索伦山—西拉木伦河—延吉一线以北地区,下古生界为活动型的地槽沉积,寒武系主要为硅质岩、白云岩、灰岩、泥页岩,并含有火山岩。东北北部厚度较大,常遭变质。奥陶系分布零星,多已变质,主要是砂泥质及碳酸盐岩、火山岩、火山碎屑岩,厚数千米。志留系厚度亦达数千米,火山岩发育,主要为复理石碎屑岩沉积。
冈底斯—拉萨中间板块(冈瓦纳大陆)以念青唐古拉元古界变质岩基底为陆核。如滇西保山等地,寒武系为数千米厚的浅变质砂质岩、硅质岩及碳酸盐岩。奥陶系为厚度较大的类复理石碎屑沉积。志留系发育齐全,总厚千米以上,除中统上部为壳相外,其余主要为笔石页岩相。
印度板块(冈瓦纳大陆)喜马拉雅山脉主干是前寒武系变质岩。仅在少数地区覆盖有早古生代地层,属地台型沉积。寒武系下部为板岩夹石英岩,上部为碳酸盐岩及砂页岩。奥陶系主要为灰岩、细砂岩、页岩。志留系底部为砂岩,中部为含笔石黑色页岩,上部为灰岩及页岩。
志留纪末期的地壳运动是早古生代地壳运动最强烈时期,狭义的加里东运动即指发生于此时期的地壳运动。这次运动在中国称广西运动或祁连运动,使祁连山地槽及东南地槽褶皱升起成加里东褶皱带。
晚古生代古地理
包括泥盆纪、石炭纪和二叠纪,共经历了1.7亿年。加里东运动的结果使海域缩小,陆地面积扩大,为动植物向陆地迁移提供了有利环境,陆生植物第一次繁盛,首次形成全球性的重要煤期,并出现不同的植物地理分区。脊椎动物中鱼类继续发展,出现了两栖类、爬行类,完成了登陆的重要演化步骤。晚古生代的生物界形成了陆生植物、脊椎动物和无脊椎动物的三足鼎立。华力西运动使天山—兴安地槽褶皱上升。秦岭昆仑地槽大部分也已褶皱上升,部分仍保持地槽状态直至三叠纪。华南板块西缘的三江地槽在华力西运动后部分已褶皱上升,部分仍保持地槽状态。
生物界面貌和生物地理分区按泥盆、石炭、二叠3纪分述生物界简况:泥盆纪是脊椎动物飞跃发展的时期,鱼类特别繁盛。最老的四足动物,原始两栖类化石鱼石螈发现于晚泥盆世。至石炭、二叠纪两栖类已达到极盛时期。晚石炭世出现最早的爬行类化石。志留纪末期出现了最早的以裸蕨植物为代表的第一批陆生植物,这是植物发展史上的大进化。泥盆纪早、中期裸蕨植物仍占统治地位,但中期石松植物及节蕨类已很发育;晚期出现新型的真蕨类。至此乔木状植物已占相当优势,开始出现小规模的森林,并形成可采煤系。晚石炭世至早二叠世石松类、节蕨类和真蕨类空前繁盛,与之伴生的有种子蕨和科达类。晚二叠世石松、真蕨、种子蕨和科达类大为衰退,而能适应干燥寒冷气候的裸子植物中的银杏、苏铁和松柏类相继出现。晚古生代时珊瑚、腕足、菊石和类十分繁盛。二叠纪末期四射珊瑚、类、腕足动物大部分类群、三叶虫、海雷和许多苔藓虫相继绝灭,出现新的类群,标志着新时期的开始。
下面按植物、动物分述晚古生代的生物地理分区:
植物地理分区泥盆纪至早石炭世植物分区还不明显。晚石炭世后,一般可分为3区:热带亚热带植物区,在中国主要分布在天山—兴安岭地槽以南、雅鲁藏布江板块缝合线以北的广大地区。大羽羊齿是该区的重要代表,又称华夏植物区,中国大部分地区属此区。温带植物区,又称安加拉植物区或通古斯植物区,匙叶是该区的重要代表,中国天山—阴山以北地区属此区。以温凉气候为代表的冈瓦纳植物区,舌羊齿为重要代表,中国雅鲁藏布江板块缝合线以南地区属此区。
动物地理分区基本上与早古生代相似。最北部仍为天山—兴安区。泥盆纪时生物群分异度低,常见小型单体珊瑚,石炭纪时珊瑚不很发育,早二叠世既有大量冷水型底栖动物,又有丰富的暖水动物,具混合色彩。最南部的分区界限比早古生代稍北移至班公错—丁青—澜沧江一线,此线以南为冈底斯—喜马拉雅区。早泥盆世生物群大量发育西欧型分子,而极少地方分子,晚石炭世至早二叠世含有宽铰蛤等冷水动物群。介于上述二区之间为古地中海区。泥盆纪生物群基本上属旧世界区系,但发育有大量地方性科属。早石炭世以上扬子古陆为界,东西二侧生物群有所差异,东侧地方型种属较发育。二叠纪时古地中海区仍发育暖水型动物。
上古生界发育概况按华北—塔里木板块、华南板块等5板块分别简述:
华北—塔里木板块可分为3区:
1华北—塔里木地台。华北地台晚石炭世开始沉积,上石炭统为海陆交互相含煤沉积,厚度不大。二叠纪后发生海退,此后不再遭受海侵。二叠纪早期为含煤沉积,晚期为干燥气候下的红色内陆盆地沉积。地台西缘鄂尔多斯西侧的拗陷带下降较快,石炭系厚度有时可达东部的10倍。塔里木地台周缘,泥盆系为陆相红色碎屑岩,偶有海相夹层。下石炭统全为海相碳酸盐岩沉积,缺失早石炭世早期地层。二叠纪时为陆相杂色碎屑岩、玄武岩,厚度千余米。祁连山褶皱带泥盆系为陆相红色粗碎屑岩,早石炭世海水重新侵入,以滨海及潟湖相沉积为主,晚石炭世发育有海陆交互相的含煤沉积。二叠系为内陆盆地沉积。
2板块南缘的秦岭—昆仑地槽。泥盆纪时昆仑山一带为一套厚度巨大的复杂岩系,由于枚岩、片岩及少量灰岩组成。北秦岭泥盆系仅有中上统。为具复理石韵律的变质泥砂质沉积,夹灰岩和菱铁矿,局部含中基性火山岩及火山碎屑岩。石炭系昆仑山一带为基性至中性火山岩、硅质岩、碎屑岩及碳酸盐岩,总厚2000~8000米,与下伏地层常为了整合接触。秦岭北侧(山阳—桐城以北)二叠纪为厚达7000米的板岩、砾状灰岩。昆仑山、巴颜喀拉山一带,主要为碎屑岩、火山碎屑岩、碳酸盐岩,为典型的复理石,厚度百余米至万米,华力西运动后,除部分仍保持地槽状态直至三叠纪外,均已结束地槽状态。
3板块北缘地槽区。主要出露在内蒙古、吉林中部一带。泥盆系为变质砂岩、砂岩、页岩夹板岩、灰岩。石炭系为碳酸盐岩、碎屑岩夹陆相火山岩。二叠系以碎屑岩(海陆相均有)夹灰岩、酸性熔岩。
华南板块可分为3区:
1扬子地台。泥盆纪时地台主体升出海面,海侵范围限于滇黔桂地区,下泥盆统大多为陆相—滨海浅海相碎屑到泥灰质沉积,中晚泥盆世岩相分异明显,由黔桂至湘粤、鄂西直至苏浙皖地区,依次为正常浅海相、以碳酸盐岩为主变为海陆交互相、以碎屑岩为主及完全陆相的红色碎屑岩沉积。早石炭世的岩相分异大体类似于泥盆纪。晚石炭世海侵范围更大,至早二叠世早期是本区海侵最大的时期之一,浅海碳酸盐岩广泛发育。晚期岩相自黔桂向东至湘、鄂一带由浅海相灰岩渐变为常含燧石结核的灰岩,硅质成分增多,再东至苏、浙、皖、闽等地变为硅质页岩及碎屑岩为主。早二叠世末,本区发生东吴运动,普遍上升,在西部还发生了大规模的基性火山喷发,称“峨眉山玄武岩”。东吴运动使本区晚二叠世早期广泛发育陆相至海陆交互相含煤沉积,海水较深地区以灰岩为主,底部夹含煤沉积,西部地区仍有玄武岩喷发。晚二叠世后期本区又发生新的海侵,大致分为二种岩相:一种以灰岩为主,一种以硅质页岩、硅质岩为主,西部及东南沿海闽西等地仍发育有陆相含煤沉积。
2板块北缘海槽区。主要出露在南秦岭一带,上古生界基本为稳定浅海碳酸盐岩沉积。昆仑山地槽的上古生界见塔里木—华北板块南缘地槽区。
3板块西缘地槽区。主要包括金沙江、澜沧江、怒江和川西等地,泥盆系为碳酸盐岩、变质岩及砂岩,石炭系为碳酸盐岩和碎屑岩夹有含煤沉积。下二叠统为灰岩夹硅质岩、板岩、砾岩或玄武岩,上二叠统为灰岩、基性火山岩夹碎屑岩。
哈萨克斯坦中间板块、西伯利亚板块南缘—天山兴安地槽上古生界主要为海相碎屑岩,伴随有大量中基性、中酸性火山喷发岩夹部分灰岩及陆相夹层,厚度大,岩性变化剧烈,少部分变质,地层多为不整合,植物属安加拉植物群,与西伯利亚相同(哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块在石炭纪时已并合,形成安加拉古陆)。早二叠世末或晚二叠世初,西伯利亚板块与塔里木—中期板块拼合,地槽褶皱升起,晚二叠世普遍出现陆相砂砾岩及中酸性大陆喷发。
冈底斯—拉萨中间板块(冈瓦纳大陆)泥盆系为碳酸盐岩夹有碎屑岩、硅质岩等岩石,生物群缺少华南常见属种。石炭、二叠系为碳酸盐岩、碎屑岩及火山岩。石炭纪已多处发现冰海相的杂砾岩,并含有宽铰蛤等冰水动物群。近来滇西一带下二叠系发现似瓦冈贝等重要腕足类群,说明本区属冈瓦纳大陆北侧陆缘带。