地质通报  2019, Vol. 38 Issue (6): 922-929  
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阎春波, 张保民, 杨博. 滇西保山熊洞村栗柴坝组牙形石的发现及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(6): 922-929.
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Yan C B, Zhang B M, Yang B. The discovery of conodonts from the Lichaiba Formation in Xiongdong Village, Baoshan area, western Yunnan Province, and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(6): 922-929.
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基金项目

国家自然科学基金项目《中扬子地区嘉陵江组的牙形石序列及其年代地层学意义》(批准号:41402005)、《藏南晚二叠世至早三叠世牙形石及其对全球升温事件的影响》(批准号:41802016)和中国地质调查局项目《扬子地块西南缘志留纪—泥盆纪古地理演化与沉积成矿作用》(编号:12120114071301)、《湘西-鄂西成矿带神农架—花垣地区地质矿产调查》(编号:DD20160029)、《蒙西、豫西、鄂西北等典型古生物群与关键地层基础地质调查》(编号:DD20190009)

作者简介

阎春波(1984-), 男, 博士, 助理研究员, 从事古生物学与地层学研究。E-mail:yanchunbo123@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-12-05
修订日期: 2019-05-14
滇西保山熊洞村栗柴坝组牙形石的发现及其地质意义
阎春波 , 张保民 , 杨博     
中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430205
摘要: 针对保山地层区熊洞剖面原属栗柴坝组的灰岩进行了牙形石样品分析,总计建立了5个牙形石带,分别为Pterospathodus pennatus procerus带、Kockelella walliseri带、Ancoradella ploeckensis带、Polygnathoides siluricus带和Polygnathus nothoperbonus带。该剖面第8层原属栗柴坝组,Polygnathus nothoperbonus分子的出现证实其为下泥盆统埃姆斯阶的地层,应归为向阳寺组。剖面总体对应志留系温洛克统底部到下泥盆统埃姆斯阶中部,中间缺失志留系罗德洛统卢德福特阶—下泥盆统埃姆斯阶之间的8~10个标准牙形石带,说明该地区后期可能受构造作用影响,志留系和泥盆系界线为断层接触。该剖面牙形石序列的建立一定程度上完善了滇西保山地层区志留系生物地层的研究程度,为下一步该区生物地层格架的建立奠定了基础。
关键词: 牙形石    志留纪    熊洞剖面    栗柴坝组    保山    云南    
The discovery of conodonts from the Lichaiba Formation in Xiongdong Village, Baoshan area, western Yunnan Province, and its geological significance
YAN Chunbo, ZHANG Baomin, YANG Bo     
Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430205, Hubei, China
Abstract: This research is mainly focused on the conodonts sequence of "Lichaiba Formation" in Xiongdong area. Detailed investigation has revealed five conodont zones, which are in ascending order of Pterospathodus pennatus procerus Zone, Kockelella walliseri Zone, Ancoradella ploeckensis Zone, Polygnathoides siluricus Zone, and Polygnathus nothoperbonus Zone. Because of the recognition of conodont Polygnathus nothoperbonus from Bed 8, it is argued that the strata should belong to Lower Devonian, named Xiangyangsi Formation. To sum up, the strata of Xiongdong section range from Wenlock Stage of the Silurian to Emsian Substage of Lower Devonian, with the lack of 8~10 conodont zones from the upper part of Ludlow Stage of the Silurian to the lower part of Emsian Substage of Lower Devonian between them. These data indicate that the area was affected by regional tectonism, resulting in the faulted contact relationship in the Silurian-Devonian interval. As for stratigraphic thickness, Xiongdong section is a highly concentrated section compared with other typical sections which are equally situated in the west of Yunnan Province.
Key words: conodonts    Silurian    Xiongdong section    Baoshan    Yunnan Province    

扬子地台区志留纪地层发育局限,除滇西外普遍缺失中晚志留世地层,仅在重庆秀山—张家界一带存在晚志留世地层[1-2],导致中国中晚志留世地层研究与国际研究水平相比较滞后。滇西一带的中晚志留世地层保存完整,尤以保山周边最发育,是研究中国中晚志留世地层系统的理想地区。倪寓南等[3-4]曾研究了保山施甸地区的笔石地层,建立了较详细的兰多维列统—温洛克统笔石序列。相对笔石研究而言,该区牙形石序列的研究进展缓慢。该地区兰多维列统结束之后,志留系以灰岩为主,谭雪春等[5]在保山栗柴坝组上部的牛屎坪组的中部曾建立Spathognathodus eosteinhornensis牙形石带,时代为晚志留世普里道利期,之后倪寓南等[6]在栗柴坝组上段发现牙形石Spathognathodus inclinatusNeoprioniodus excavatesOzarkodina media等,时代为中志留世中晚期—早泥盆世,尚未发现典型志留纪温洛克统时期或早泥盆世的牙形石分子,但种的组合面貌具有浓厚的晚志留世普里道利统期的色彩。近年Zhang等[7]报道了滇西保山西北方向20km处老尖山剖面的牙形石序列,并建立了从兰多维列统特列奇阶上部到普里道利统的5个牙形石带,分别为Pterognathodus(Pt). amorphognathoides(a.),Kockelella(K.) variabilisPolygnathoides(P.) siluricusOzarkodina(O.) crispaOzarkodina eosteinhornensis,其中最后2个带是由其他牙形石标准分子推断建立的,在剖面中并未识别出该分子,但该研究是滇西保山地层区迄今为止报道最详细的牙形石序列。具体到保山熊洞剖面,在仁和桥组和栗柴坝组中已识别出从兰多维列统鲁丹晚期一直延伸到罗德洛统卢德福特阶的笔石化石,但在栗柴坝组上部的紫红色角砾状网纹状灰岩中暂无笔石等化石的发现[8];潘明等[9]根据栗柴坝组碳酸盐岩地球化学特征对该区古沉积环境和古气候进行了判别与重建。然而对于该剖面牙形石序列的研究,目前还处于空白阶段。

1 剖面描述

保山熊洞村剖面位于云南省西部边陲,保山市隆阳区西邑乡西南方向约9.7km的乡村公路边。西邑乡距保山市政府约33km,全程交通便捷,由省道和乡道组成。剖面起始坐标为北纬24°52′06″、东经99°16′41″,终点坐标为北纬24°52′16″、东经99°16′ 40″,剖面位置如图 1所示。

图 1 云南保山熊洞剖面交通位置图(a)和研究区地质简图(b) Fig.1 The location (a) and geological map(b) of Xiongdong profile in Baoshan, Yunnan Province

研究区志留系隶属保山地层区,主要出露仁和桥组和栗柴坝组,其中仁和桥组以一套灰黑色-黄褐色笔石页岩和砂质页岩相为主,上覆栗柴坝组以肉红色、灰色泥质灰岩、泥质网纹状灰岩、泥灰岩和灰岩为主,夹钙质泥页岩及粉砂岩。本次研究主要以栗柴坝组灰岩为对象。虽然剖面整体出露较好,但因该地区受构造运动、昼夜温差较大等因素影响,剖面整体风化较严重,部分层位出露较差,现将测制剖面简要描述如下。

栗柴坝组:

8层:下部13.1m为厚层青灰色网格状泥晶灰岩,风化面可见海百合茎等化石。青灰色风化后呈灰白色。中部为一层厚约60cm的中层青灰色鲕粒灰岩。上部岩性同该层下部     18.7m

7层:覆盖     11.5m

6层:青灰色中厚层状(30~60cm)的泥灰岩,局部夹薄层钙质泥岩。风化较严重,青灰色常风化为灰白色    5.8m

5层:青灰色厚层微晶灰岩夹中层微晶灰岩。厚层风化后为中层,中层局部层位碎裂化现象存在。泥质条带及方解石脉普遍发育。化石以海百合茎为主,亦可见腕足化石     22.4m

4层:下部2.1m同上部岩性,因顺层导致多数层位因垮塌基本不可见,从零星露头判断和该层上部地层岩性基本相同;中部为紫红色中、厚层微晶灰岩,中厚层可裂解为中、薄层,化石以腕足为主;上部为以紫红色为主,灰白色为辅的中层微晶灰岩,中层风化后多为薄层,化石以腕足为主。个别层位方解石脉发育,风化面呈土黄色    22.2m

3层:灰黑色页岩。页岩中富含笔石化石,但风化较严重,仅可见笔石轮廓,胞管不可见。此外,还可见双壳、腕足等化石     5.5m

2层:青灰色中厚层状微晶灰岩,灰岩中可见较完整的腕足、海百合茎和角石化石。厚层风化后多为中层状,风化面为灰黄色,局部方解石脉发育     2.3m

1层:中厚层砂屑灰岩、网格状灰岩夹灰绿、灰黄色页岩。中厚层风化后呈中薄层状。新鲜面在露头上基本不可见,风化面主要呈灰黄色和灰白色。该层位为栗柴坝组的底部,之下被第四纪沉积物覆盖,但零星露头可见仁和桥组上部的灰黄色页岩     3.5m

2 牙形石序列及意义

本次采集牙形石样品22个,根据处理结果,共发现10属16种。经分析首次在该剖面划分出5个牙形石带:①Pterospathodus pennatus procerus带;② Kockelella walliseri带;③Ancoradella ploeckensis带;④ Polygnathoides siluricus带;⑤ PolygnathusPo.)nothoperbonus带(图 2图版Ⅰ)。将主要的牙形石带与全球其他典型地区的志留纪生物地层进行了较详细的对比(表 1)。现将牙形石带分述如下。

图 2 保山熊洞剖面志留系—泥盆系牙形石序列逐点分布图 Fig.2 Silurian to Devonian columnar section and conodont ranges along Xiongdong section, Baoshan area, Yunnan Province
图版Ⅰ   PlateⅠ   1.Pterospathodus pennatus procerus (Wallisre, 1964), 1a.口视, 1b.侧视, 登记号: 14BXSL02, 第2层; 2.Kockelella amsdeni Barrick and Klapper, 1976, 2a.口视, 2b.侧视, 登记号: 14BXSL03, 第4层; 3.Ancoradella ploeckensis (Wallisre, 1964), 口视, 登记号: 14BXSL08, 第4层; 4~5. Wurmiella inclinata inclinata (Rhodes, 1953), 4a.侧视, 4b.反口视, 登记号: 14BXSL0801, 第4层; 5.Sc分子, 侧视, 登记号: 14BXSL0802, 第4层; 6.Wurmiella excavata (Branson and Mehl, 1933), 6a.侧视, 6b.反口视, 登记号: 14BXSL0803, 第4层; 7~8. Polygnathoides siluricus (Branson and Mehl, 1933), 7.M分子, 侧视, 登记号: 14BXSL1601, 第5层; 8.口视, 登记号: 14BXSL1301, 第5层;9.Ozarkadina confluens (Branson & Mehl, 1933), 侧视, 登记号: 14BXSL1302, 第5层; 10~11.Ligonodina brevis, 10.侧视, 登记号: 14BXSL0501, 第4层; 11.侧视, 登记号: 14BXSL0401, 第4层; 12~13.Pandorinellina sp. (Pyle et al., 2002), 12a.侧视, 12b.口视, 登记号: 14BXSL1801, 第8层; 13a.侧视, 13b.口视, 登记号: 14BXSL1802, 第8层; 14~15.Polygnathus sp., 14a.口视, 14b.侧视, 登记号: 14BXSL2101; 15.口视, 登记号: 14BXSL1803, 第8层; 16.Polygnathus nothoperbonus Mawson, 1987, 16a.口视, 16b.反口视, 登记号: 14BXSL1804, 第8层;17.Walliserodus multistriatus Farrell, 2004, 侧视, 登记号: 14BXSL1805, 第8层; 18.Walliserodus curvatus (Branson and Branson, 1947), 侧视, 登记号: 14BXSL1303, 第5层; 19~20. Panderodus unicostatus (Branson and Mehl, 1933), 19.侧视, 登记号: 14BXSL0805, 第4层; 20.侧视, 登记号: 14BXSL1602, 第5层。所有标本均保存于武汉地质调查中心古生物室, 比例尺均为400μm
表 1 志留纪熊洞剖面和全球典型剖面牙形石生物地层对比 Table 1 Correlation of the Silurian conodont and graptolite zones of some typical sections in the world

(1)Pterospathodus pennatus procerus带以该分子的首次出现为开始,顶界目前尚不能准确标定。共生的牙形石分子主要为Panderodus unicostatusPt. pennatus procerus的P1分子通常以外侧齿突发育,其上有愈合直立向远端变小的细齿,而无内侧齿突或内齿突很不发育为特征。在国内该分子主要报道于西藏定日县[14],之后报道于陕西宁强地区[15-16]、四川盐边稗子田地区[17-18]及保山西北方向25km的老尖山剖面栗柴坝组[7]。在国外,该分子主要报道于欧洲的波兰[19]、爱沙尼亚[20]、意大利的撒丁岛[21]和拉脱维亚地区[22];亚洲伊朗中部[13];北美洲美国的俄亥俄州[23]和非洲摩洛哥阿特拉斯山地区[24]。该段地层时代对应于温洛克统的开始。

(2)Kockelella walliseri带以Kockelella amsdeni分子的首次出现为开始,顶界尚不能准确确定。共生的牙形石分子包括Wurmiella excavataLigonodina brevisKockelella amsdeni的P1分子具有圆、宽的基腔,至少一侧含一个细齿,一般两侧发育,文中标本虽然基腔的部分保存不是很完整,但是细齿发育,圆宽的基腔符合该种的鉴定特征。从演化序列而言,该种是由K. ranuliformis演化而来的,区别在于后者基腔两侧不发育细齿[22]Kockelella amsdeni分子多为Kockelella walliseri带的共生分子,可见于东欧拉脱维亚地区[22]。在美国中南部该分子直接作为温洛克统的Kockelella amsdeni带存在[25-26],本文考虑到全球志留纪牙形石对比的一致性,将该分子的出现即代表Kockelella walliseri带在熊洞剖面的存在。该分子在国内尚未有过报道。

(3)Ancoradella ploeckensis带以Ancoradella(A.) ploeckensis的首次出现为开始,以Polygnathoides(P.) siluricus的首次出现为结束。A. ploeckensis代表了罗德洛统高斯特阶的结束和卢德福特阶的开始。共生的牙形石分子有Ozarkodina obseWurmiella excavataWurmiella inclinataA. ploeckensis分子特征非常典型,属于台型分子,在主齿脊两侧各发育有1~2个次齿脊,其中外侧经常有2个齿脊,内侧经常有1个齿脊。该种最早在中国发现在西藏聂拉木县罗德洛统科亚组[14],之后也发现于保山老尖山剖面牛屎坪组[7]。在国外该种广泛见于澳大利亚新南威尔士地区[27-28],北美洲美国内华达[29]和加拿大北极圈地区[30],欧洲波兰Gołdap地区[19]、瑞典的哥特兰岛[31-33]、意大利萨丁岛[34]和奥地利的卡尼克阿尔卑斯山地区[35]

(4)Polygnathoides siluricus带以P. siluricus的首次出现和消失分别为开始和结束。共生的牙形石分子有Ozarkodina confluensWalliserodus curtatusP. siluricus分子以齿台发育、近菱形、齿脊发育、细齿较密集但分离、主齿两侧的齿台有小的齿褶为特征。该分子最早被识别于西藏南部的石器坡组聂拉木县罗德洛统科亚组[36]。近年来该分子还被发现于四川盐边稗子田地区[17]、云南大理挖色镇青山剖面[37]和保山老尖山剖面牛屎坪组[7]。在全球范围内,该分子主要被报道于澳大利亚新南威尔士地区[27]、美国内华达州[29]和加拿大北极圈地区[30],欧洲的匈牙利[38]、波兰Gołdap地区[19]、瑞典哥特兰岛[32-33]、捷克波希米亚地区[11]和奥地利卡尼克阿尔卑斯山地区[35];亚洲的伊朗[13]及非洲的摩洛哥地区[39]。根据全球志留纪牙形石带对比表,该段地层时代对应于罗德洛统卢德福特阶的中期。

(5)Polygnathus nothoperbonus带以该分子的首次出现为该带的底界,具体层位对应第8层的底部,因上部牙形石丰度较低,未发现更高层位的标准分子,故顶界暂时无法确定。该带出现的牙形石分子包含Polygnathus sp.,Pandorinellina sp.和Walliserodus multistriatusPo. nothoperbonus分子口面齿台发育,横脊常不连续,具深的近脊沟;反口面基腔浅,后部平坦,没有发生明显翻转或基腔后部发生明显翻转。熊洞剖面的标本,相当于前人描述的早期形态的分子,即基腔后部无明显翻转[40-41]。在中国,该种仅报道于广西天等县把荷乡[42];在国外较常见,在欧亚大陆的北极地区[43-45]、中亚的乌兹别克斯坦地区[40-41]、澳大利亚的昆士兰地区[46]、西班牙的比利牛斯山脉[47]等地区均有发现。就时代而言,该牙形石带通常位于Po. inversus/laticostatusPo. gronbergi带之间,对应早泥盆世埃姆斯阶的中期[42, 44-45, 47-48]

3 牙形石序列的地质意义

牙形石Pt. a. amorphognathoides是志留系特里奇阶最后一个牙形石带的标准分子[49-51],而牙形石Pt. pennatus procerus多被作为划分特里奇阶和温洛克阶[18, 22]或温洛克阶的第2个牙形石带的标准化石[20]。但在中国陕西宁强地区[15-16]和四川盐边稗子田地区[17-18]Pt. pennatus procerus牙形石首现点可能位于特里奇阶晚期地层,因此以该分子的首次出现作为温洛克阶的开始尚值得商榷。亦有学者论述了Pt. a. amorphognathoidesPt. pennatus procerus两者的区别,认为前者通常出现于近岸的海洋环境,而在水深更深的区域,尤其是含笔石的环境中前者的丰度极低而被Pt. pennatus procerus取代[52]。然而,近年来在国外研究较详细的波罗的海的爱沙尼亚和拉脱维亚地区,Pt. pennatus procerus分子的首现点均位于Pt. a. amorphognathoides延限的中上部,且都以该分子的首现点定义了Pt. pennatus procerus带,并代表志留系温洛克阶的开始或最下部的牙形石带[20, 22],也并未多提及水深对该分子的影响。具体到熊洞剖面,Pt. pennatus procerus产出的层位牙形石丰度很低,目前尚未发现特里奇阶晚期的标准分子,因此本文暂以Pt. pennatus procerus分子出现的层位代表地层已进入温洛克阶时期。

牙形石Ancoradella ploeckensisPolygnathoides siluricus带的分子在华南已报道罗德洛统卢德福特阶中较常见[7, 17, 37]。就保山地层区而言,保山以北的老尖山剖面主要见于牛屎坪组,保山西南方向的熊洞剖面主要见于栗柴坝组,相当于前人报道的熊洞剖面栗柴坝组的中上部[8]。而在第8层出现的Polygnathus属种分子,是早泥盆世埃姆斯阶时期最典型的标准分子之一,该层底部识别出的牙形石Polygnathus nothoperbonus分子代表该层已经进入早泥盆世埃姆斯阶时期,与第6层之间缺失8~10个牙形石带,直接从罗德洛统卢德福特阶的中上部延伸到早泥盆世埃姆斯阶的中部,说明该剖面第6层和第8层之间存在一个大的地层缺失,缺失了栗柴坝组的上部地层及向阳寺组的下部地层,证实第7层可能为一个断层,但后期被第四纪沉积物覆盖或改造。

4 结论

本文通过对熊洞剖面志留系原均为栗柴坝组的灰岩进行了牙形石样品分析,在该剖面建立了Pterospathodus pennatus procerus带,Kockelella walliseri带,Ancoradella ploeckensis带,Polygnathoides siluricus带和Polygnathus nothoperbonus带5个牙形石带。牙形石序列表明该剖面时间跨度较大,从志留系温洛克统开始到早泥盆世埃姆斯阶中部,剖面顶部的地层应为早泥盆世向阳寺组,并非栗柴坝组,而在第6层和第8层中间缺失从罗德洛统卢德福特阶上部到早泥盆世埃姆斯阶之间的8~10个标准牙形石带,证实该地区后期可能受构造运动影响,志留系和泥盆系界线地层不连续。单就1~6层而言,厚约60m的地层中包含的牙形带等于滇西其他典型剖面(如保山老尖山剖面)至少上百米的地层的牙形石带,可见该剖面为一条高度浓缩的剖面。熊洞剖面牙形石序列的建立进一步补充了滇西一带,特别是保山地层区志留系生物地层的研究程度。

致谢: 感谢中国地质大学(武汉)陈粲博士和沈晶灵同学在野外工作中的大力支持,感谢武汉地质调查中心张春林技工对于牙形石样品的处理,同时衷心感谢审稿专家对本文提出的宝贵修改意见。

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