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《海洋与人类社会》课件一则:南京地区地质发展历史与全球海洋演化的联系

已有 3022 次阅读 2022-1-6 21:01 |个人分类:本科教学与人才培养|系统分类:教学心得


 

(题记:《海洋与人类社会》是南京大学开设的本科通识课程,我本人担任该课程的主讲教师。其主要内容是概述物理海洋学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学的基本内容,进而探讨与海洋相关的全球环境、气候与海面变化、生态系统保护、海洋经济发展、海洋权益、海洋国际治理等问题。要求学生掌握地球与海洋科学的核心理念,形成应用海洋科学理论分析问题的能力;鼓励他们探讨身边的问题,养成探究的习惯。本课件是为“海洋地质特征、演化与资源形成”部分而准备的内容之一。)

 

各位同学,我们来到南京大学求学,这意味着至少要在这里生活四年。除校园生活外,大家一定会对南京的历史文化感兴趣,古城墙、夫子庙、明孝陵、中山陵、总统府,等等,都在诉说着这座城市的底蕴。建议各位在周末抽出时间,遍访大街小巷、山乡村野,肯定会有不小的收获。此外,南京方言也值得花时间学一些,把普通话的一、四声对调,不要把呢、勒分得很清,甚至还要反过来,就有点像啦。

南京的地理位置和自然环境也很独特[1]。长江向东海奔流,从南京开始进入三角洲区域,最后到达三角洲前缘的上海。从南京往上游方向,还有武汉和重庆。一个流域,养育了四个超大型城市,这在全世界是却无仅有的。

南京有水,还有山。这里的山都是低山丘陵,高度没有超过500米的。然而,就在这些地方,古生代以来的地层有数千米厚,隐藏着自然史的巨大秘密。早年的地质学家们来到南京辛勤耕耘,回过头来看,他们真是选对了地方。大片石灰岩和玄武岩火山的奇特组合,蕴含着激动人心的故事。南京大学的地学系是国内历史最为悠久的,而南京的石灰岩和玄武岩则提供了丰富的学术营养。在我们早年的学习生涯里,从湖山地质实习起,就接触到了石灰岩、玄武岩。湖山这个地方,离我们仙林校区不远,就在江苏园博园大门旁边不远处,虽然当年我们实习时的居住地湖山村已被拆迁,但湖山的记忆不会磨灭。南京大学一代又一代的地学本科生,都是从湖山地质实习指导书[2]开始,打下后来研究的基础。

现在,有夏邦栋先生主编的《宁苏杭地区地质认识实习指南》一册在手,我们可以从幕府山开始,跟随着时间再作一次宁镇山脉地质旅行。出发之前,希望大家关注以下几个关键词,因为很快就要与它们打上交道:白云岩、石灰岩、珊瑚化石、火山和玄武岩、褶皱与断层。

仅仅从观景的角度,幕府山也很值得前往。乘坐35路公共汽车到终点站,沿着三百多级台阶上到山顶,远眺南京城、长江,无比惬意。但我们眼下的观察要点是幕府山的白云岩地层。古生代之前,距今六亿年前后,被称为震旦纪的一段时期,其沉积位于幕府山地层的下部,厚度有两百多米,一部分出露地表,一部分埋藏于地下,物质主要是白云岩。它与石灰岩同属于碳酸盐岩,白云岩的成分是碳酸镁钙,而石灰岩的成分是碳酸钙,这一点点差别使得白云岩密度要稍高于石灰岩,其矿物晶体的硬度也要高一些。白云岩成因是地质学的重要问题之一,早期的碳酸盐岩多白云岩,形成于海岸线附近的浅水区,但现代环境里却很少见,主角变成了石灰岩。新近的研究,倾向于将白云岩归结于地质时期微生物作用的产物。

从震旦纪进入古生代,迎来寒武、奥陶、志留、泥盆、石炭、二叠纪等六个时期。幕府山震旦纪地层之上,是寒武纪地层,总厚度差不多有500米,仍以白云岩为特色,但夹有石灰岩和硅质页岩,富含三叶虫化石,指示了当时的海洋环境。还可见到燧石结核,碳酸钙沉积里为何混杂进了燧石,过去难以解释,现在研究者们认为是硅藻碎屑转变而成的。硅藻颗粒被沉积物空隙水溶解,又在空隙中流动、聚集,最终成为块状的燧石。

其余的古生代地层要到南京东郊才能看个究竟。紫金山东南方向的狮子山、大连山、狼山,地铁S6号线沿线附近的汤山、孔山,还有汤山以东的仑山,都是理想地点。仙林校区附近的桂山,也有不错的露头和剖面。

接下来我们来到句容市境内的仑山,这里奥陶纪地层总厚度超过500米。早奥陶纪时期,岩性转化为石灰岩,自下而上出现灰色-浅灰色、深灰-灰黑色、浅灰-灰色、灰-灰黄色等4套石灰岩,地层所含化石让位给头足类化石(以角石为代表)。中奥陶纪以灰色至肉红色泥灰岩为特征,有多种角石化石。晚奥陶纪地层从灰白-微红泥灰岩和页岩过渡到黑色页岩。如果说碳酸盐是来自生物的,那么泥岩或石灰岩中的泥质物质就是来自陆地的,奥陶纪的中后期泥质沉积的出现,指示了陆源物质供给的增加。

汤山以西、地铁S6号线古泉站附近,是观察志留纪地层的较好地点。志留纪地层总厚度接近500米,其下部为黑色、黄绿色页岩或泥岩,可见是继承了晚奥陶纪的环境特征,但化石变为笔石为主;中、上部地层,自下而上出现灰黄色砂岩、粉砂岩、泥岩;灰黄-灰紫色泥岩、砂岩互层;灰黄-绿黄色泥岩、粉砂岩。石灰岩的缺失,指示了丰富的陆源物质供给,化石丰富,除腹足类等物种外,首次出现了鱼类化石,如江苏南京鱼(Kiangsuaspis nankingensis)和中华棘鱼(Sinacanthus)。此种环境,与我们现在的江苏海岸有些相像,而江苏海岸是以丰富的河流入海物质供给著名的。

在宁镇山脉中段,古生代后半段的泥盆、石炭、二叠纪地层展示颇最为完整。泥盆纪地层厚度近300米,泥盆纪早期到中期,砂质、粉砂质和泥质沉积占据主导地位,甚至出现紫红色砂岩、页岩,化石很少,大概是一个不利于生物繁衍的环境。晚泥盆纪持续了泥、砂堆积的格局,但先是出现大型植物化石,指示了陆地环境,接着出现多种鱼类化石,如大头中华鱼(Sinolepis macrocephala)、五通中华鱼(Sinolepis wutungensis)、星鳞鱼(Asterolepis)等,表明正在逐渐重新回到海洋环境。

南京地区的石炭纪是海洋的世界,尽管在其早期有过非常短暂的陆地环境。早石炭纪先后堆积了四类物质,总厚度50~60米。其中最下面的一层是厚层灰黑色石灰岩,富含有机质,最重要的一点是首次出现珊瑚化石,有汤耙沟假乌拉珊瑚(Pseudouralina tanpakouensis)、多枝笛管珊瑚(Syringopora ramulosa)等物种。接着出现了砂岩、页岩,表明陆源物质供给特征,而且还有一层含陆地植物化石,但其主体部分仍为海洋沉积,最上部分出现异犬齿珊瑚(Heterocaninia sp.)化石。然后是灰黄色泥质和白云石化石灰岩,含石柱珊瑚(Lithostrotion irregulare)、袁氏珊瑚(Yuanophyllum)、贵州珊瑚(Kuerchouphyllum)化石。最上面的一层为灰色、浅灰色白云岩,风化面有刀砍状溶沟,含燧石结核,有石柱珊瑚、轴管珊瑚(Aulina)化石。

中石炭纪沉积的主体为灰白色、略显肉红色微晶生物屑灰岩,厚层活块状,层理不清晰,需凭缝合线来判断其产状,有犬齿珊瑚(Caninia)、刺毛螅珊瑚(Chaetetes)化石,厚度近100米。晚石炭纪沉积以浅灰、深灰色灰岩交替为特征,核形石(葛万藻集合体化石)是标志性的化石,具缝合线构造,有犬齿珊瑚、泡沫复珊瑚(Cystophora)化石,厚度为30~50米。

中石炭纪石灰岩被称为“黄龙灰岩”,而晚石炭纪石灰岩被称为“船山灰岩”,南京地区用石灰岩来生产水泥,这两种石灰岩是品质最好的。位于栖霞区的中国水泥厂、江南水泥厂曾是有名的企业,也是很有故事的企业,例如江南水泥厂在抗日战争中发生的事情,可从网上查阅。对于过去40年的大规模基础设施建设,它们也作出过巨大贡献。石灰岩的过度开采曾经带来环境恶化,现在大规模进行环境修复,原先的矿区被重新绿化,甚至改建为公园,如汤山周边的江苏园博园和矿坑公园。对于我们的观察而言,采矿使得沉积剖面暴露,江苏园博园和矿坑公园都有理想的剖面可看,矿区甚至有残留的石灰岩堆石,采一些手标本很方便,说不定还找到珊瑚化石呢。

早二叠纪时期继续保持海洋环境,其产物在栖霞山被深入研究,故其主体部分称为“栖霞灰岩”,为深灰色微晶生物屑灰岩,产灰黑色燧石结核,具据缝合线构造,可作为识别层理的标志。有杨子多壁珊瑚(Polythecalis yangtzeensis)、早坂珊瑚(Hayaskaia)、奇壁珊瑚(Allotropiophyllum)、原米契林珊瑚(Protomichelinia)、中国孔珊瑚(Sinopora)化石。“栖霞灰岩”的上、下方均有一层厚度为10米量级的燧石、硅质岩层,含还想化石。奇特的是,下硅质岩层以下还有一层“臭灰岩”,是沥青质深灰-黑色石灰岩,其臭味是所含有机质造成的。早二叠纪的最上部还有一层页岩,含扁体鱼(Platysomus)化石,因而也是海洋环境的产物。早二叠纪地层总厚度超过160米。

关于栖霞灰岩,还有一个有趣的故事。明代朱棣决定要竖起一块巨型石碑,以彰显朱元璋的功德,方案是在汤山西面的石灰岩山地开凿碑材,设计参数为:碑座高13米,宽16米,长30.35米,重1.6万吨;碑身长49.40米,宽4.4米,高10.7米,重约9千吨;碑额高10米,长20.3米,宽8.40米,重约6千吨。石碑的总高为78米,重三万余吨。然而这个宏大的计划最终没有完成而遗弃在山里了。现在,这个经典称为“阳山石碑”,对我们而言是观察古生代生物礁的好地方,走在石灰岩的地面上,感觉就像在海南岛的珊瑚礁坪上,在栖霞灰岩里寻找化石,也是独特的感受。

晚二叠纪时期,海、陆环境交替,形成厚约140米的沉积层,可见于龙潭镇附近。其陆相部分为页岩、粉砂岩,含陆地植物化石和煤炭层,南京地区曾有过小型煤矿,开采这些煤层;其海相部分也是页岩、粉砂岩,含浅海生物化石。古生代结束之际,晚二叠纪地层透露出南京地区将要转变为陆地环境的信号。

中生代的三叠纪早期,是南京地区海洋环境的尾声。在女装山脉早三叠纪开始后,沉积从页岩、泥岩夹薄层石灰岩转化为灰色石灰岩,化石主要有菊石和瓣鳃类,厚度为200米。然后形成薄层石灰岩,以紫红色瘤状和蠕虫状石灰岩为特征,地层厚度变化大,为200~360米;后期还形成了厚度为10~200米的硬石膏层,指示高强度蒸发环境。中、晚三叠纪地层底部为最后可达200米的石灰岩质角砾岩,然后堆积灰紫、暗紫色粉砂岩、泥岩,生物化石从海岸环境过渡到陆地环境。三叠纪地层特征指示了环境的剧烈变动。

侏罗纪的南京地区不仅变为陆地,而且还出现了岩浆活动,环境变得非常不稳定。在紫金山等地出露的早、中期侏罗纪沉积主要为砂岩、砾岩,有些层位为河流、湖泊沉积,有植物和水生动物化石,局部形成煤炭堆积,沉积层厚度变化很大,为100~1000米。晚侏罗纪时期,多个地点发生火山喷发,堆积了火山凝灰岩,按其物质组成应属于安山岩。火山喷发堆积物的厚度达数百米,可见岩浆活动的活跃性。早白垩纪继承了晚侏罗纪的火山喷发活动,喷发地点堆积的火山凝灰岩厚度可达600米以上,而晚白垩纪的地层则以河流相的砾岩、砂岩为主,厚度差异很大。

进入新生代,由于处于陆地环境,沉积层往往是由于老地层被剥蚀产生物质的重新堆积,第三纪地层表现为山前坡积物、洪积物,而第四纪地层表现为长江两岸的河流沉积和长江北岸等地的风成堆积(黄土堆积)。一个显著的变化是第三纪晚期出现的基性岩浆喷发,形成玄武岩。长江南岸的江宁方山是著名的玄武岩火山,现已成为汤山方山国家地质公园的组成部分。长江北岸六合周边的火山群多达25座,包括平顶火山、桂子山、西阳山、瓜埠山、灵岩山、方山、马头山等,已成为国家地质公园,六合方山被开发为森林公园,而桂子山、瓜埠山和马头山的柱状节理的规模十分壮观。

南京的地质史资料之丰富,远非一次地质旅行就能穷尽。但就我们目前所见,是否可以问一下:为什么本区域古生代是海洋环境,到了中生代却转化为陆地环境?

已故的夏邦栋先生为《宁苏杭地区地质认识实习指南》第一章第五节写的文章“地壳运动与地质发展简史”可以提供一个答案[3]。但是,既然我们已从本课程掌握了有关全球海洋演化的不少信息,那么为何不能从新的视角来阐述一下?因此,我想尝试用板块构造、古生代以来的海陆变迁图景、全球海面变化理论来探讨这个问题,也请各位同学以你们自己的思考来解释,甚至提出有待研究的新课题。

板块构造理论所包含时间尺度为两亿年,接近于中生代以来的全部时期。也就是说,东海之外的西太平洋海底在两亿年前还位于太平洋的洋中脊,而且两亿年前就已存在的西太平洋地壳,现在已经消失在了西太平洋板块俯冲带之下了。因此可以推论,南京所在的区域在中生代或者更早的时期,应该受到来自太平洋板块的自东向西的水平方向挤压。如果这一挤压受到足够大的抵抗,那么这里的地层早就应该发生褶皱和断裂。然而,实际情况是,那时的南京一直处于稳定的海洋环境,持续堆积碳酸盐物质,地层褶皱和断裂并未发生。

古生代以来的海陆分布图提供了线索。古生代结束时,地球表面的陆地是连成一体的,成为“泛大陆”,其整体形态构成一个巨大的”C”形,南、北两翼的陆地向东伸展近万千米,如此形成的半围封海域称为“特提斯洋”[4]。当时的南京,连同全国乃至日本的广大区域,是位于北翼陆地的东段之外的海域,为特提斯洋的一部分。在此情形下,来自太平洋方向的应力被释放了,南京所在的区域在挤压下向特提斯洋内缩,因而不会使应力集聚。

特提斯洋演化可带来多种可能的环境效应。第一,虽然特提斯洋的较为确切的演化历史仅限于2.5亿年以来,但“冰冻三尺非一日之寒”,规模大到可与现在的太平洋比拟的特提斯洋不会是短期内形成的。南京地区的早古生代,从寒武纪到志留纪的地层都是由海洋的白云岩、石灰岩构成,说明特提斯洋有一个更久远的年代。

第二,我们观察到的泥盆纪、石炭纪的短暂陆地环境沉积记录,可能是海面变化的产物。本课程的第一讲曾经提到,海面变化有不同的“阶”,第一阶海面变化的时间尺度为2~4亿年,第二阶为0.2~0.8亿年,第三阶为1~10百万年,为不同规模的洋盆形态变化所引起;第四阶海面变化是冰期-间冰期气候变化引发的,其时间尺度为万年至百万年[5]。距今约5亿年前是一阶海面变化周期的高海面时间,与本区早古生代的海洋环境相符;泥盆纪和石炭纪之初,是第二阶海面变化周期的海面下降时期,本区域短暂的成陆现象可能与此有关。

在前述的观察记录里,我们特别关注了石炭纪的石灰岩和珊瑚化石,它们可能也含有第四阶海面变化信息,可用以恢复当时冰期-间冰期气候变化的历史。研究表明,古生代纪更早的地质时期也有气候变化,如寒武纪之前的冰期和石炭-二叠纪冰期[6],不过,由于当时的海陆分布和洋流格局不同于现在,气候变化的特征也不相同。

石炭纪以后有了珊瑚,这对于气候与海面变化信号的提取具有重要意义。在对观察进行总结时,我着重提到了不同物种的珊瑚,以引起大家的重视。生物礁在石炭纪以前就有,但珊瑚礁相对而言生长更快,产生碎屑沉积物的效率更高[7]。船山灰岩中灰色、深灰色周期性沉积很可能就是气候变化的产物,每个周期的沉积层厚度为1米量级,很可能对应着10万年尺度的冰期-间冰期尺度:冰期时海面下降,海水上下交换顺畅,形成浅色石灰岩,间冰期时海面上升,海水上下交换不畅,形成深色石灰岩。但要使这一前提成立,我们对南京地区石灰岩的形成环境的解释要做一些修改。一般认为,珊瑚生长于浅水区,因此其沉积也是浅水沉积。但现代南海的环礁环境显示,虽然珊瑚礁石浅水的,但环境周边的碳酸盐沉积可以是深水的,环礁是述碎屑产生的地方,而深水区是堆积的地方。(碎屑产生的方式有多种,例如波浪作用可以击碎珊瑚礁块,块体在床面上被快速磨蚀,变为细小的颗粒;最新的发现是鹦鹉鱼啃食珊瑚礁表面,也能产生相当可观的碎屑物[8]。)按照这一模式,南京地区在晚石炭纪应是有深水碳酸盐沉积的。那个时候特提斯洋的范围很大,大半个中国都淹没在海水之下,不大可能都是浅海,在现代环境中,东海大陆架是最宽的浅海之一,其宽度也没有超过600千米。因此,碳酸盐沉积的环境是值得进一步探讨的。

第三,珊瑚还有另一个重要的环境指示意义,即石炭纪的南京地区十分温暖,以至于喜好热带海洋的珊瑚能够生长、繁衍。我们现在看到的珊瑚是热带生物,其演化历史可追踪到中生代的三叠纪[9]。由于在定殖的初期此类珊瑚体内有六个隔片,因此被称为“六射珊瑚”(Hexacorallia)。此后,随着生长的进行,珊瑚虫体格迅速加大,隔板数量可多次翻倍,石芝的隔板甚至可增加到768篇或更多,也就是说翻倍8次或更多。这可以解释为何珊瑚礁能够快速堆积起来。石炭纪的珊瑚有所不同,它最初的隔版只有4片,因而被称为“四射珊瑚”(Tetracorallia)。四射珊瑚没有熬过石炭纪的生物灭绝事件,所以现在已经消失了。尽管如此,四射珊瑚也是需要温暖海水的。我国石炭纪、二叠纪时期四射珊瑚超过37科、14亚科、374属,而另一份早期文献则报道日本有12科、52属、103种,与华南珊瑚有亲缘关系[10]。现在造礁石珊瑚在江苏和日本沿岸均不能生长,可见当时特提斯洋必定是足够温暖的。从大洋环流的角度看,由于特提斯洋的南北两翼均为陆地,赤道海域的日辐射造成海水温度上升,且向两极方向的热能输送受到陆地的阻挡,因此夹在其中的特提斯洋海水会升温,使得纬度30度及以上的海域均能达到珊瑚生长的条件。这个因素也可造成高纬区域的降温,说不定就是石炭-二叠纪冰期的重要影响因素呢。

第四,中生代之后南京地区的成陆与特提斯洋关闭相关联。二叠纪之后,特提斯洋南北两翼陆地内缩,是洋盆逐渐变小。这个过程持续了近2亿年,最终来自南翼的印度撞上了欧亚大陆,特提斯洋消亡。在此过程中,南京地区逐渐受到了来自特提斯洋地壳和太平洋板块的双重挤压,两边都有俯冲带[11]

随着挤压的进行,原来的地层里出现许多小裂隙,称为“节理”。我在总结观测结果时忘了节理的描述,现在加以补充。根据力学分析,水平挤压可造成一组节理,例如东西方向的挤压可形成北东-南西向和北西-南东向的节理,节理面几乎垂直于地层层面,是会严重的节理因有方解石结晶而非常显眼,常以白色条带的形式出现。本区域各个时期的石灰岩都有节理,而且经常有多组节理出现,表明受到不同方位的挤压。在多组节理中,往往是粗大的改在细小的之上,说明细小节理在先,粗大节理在后,挤压是逐渐增强的。最初产生细小的节理可能是在三叠纪早期,然后发展为粗大节理。同时,挤压造成抬升,浅水区孤立的水体蒸发就形成石膏沉积。

再往后,到了三叠纪晚期,所有的地层在挤压下无法继续保持水平状态,变得卷曲起来,这就是褶皱。褶皱的地层层面倾斜,突起的地方变成山,下凹的地方变成洼地。随着挤压的进一步进行,地形越发崎岖,许多地方地层几乎竖立起来,有的甚至倒转过来。宁镇山脉就此形成。山地冲刷,低洼处堆积,于是造成堆积地点和厚度的多变。

从侏罗纪到白垩纪,来自特提斯洋和太平洋得双重挤压,使得地层在水平方向大大缩短,高程抬升,海洋变为陆地,南京只是其中的一个缩影罢了。此时,南京地区的褶皱已经到了岩石所能承受的极限,岩层开始破裂,层面产生相对位移,这就是断层。一些深大断裂联通了地下的岩浆,因此岩浆就循着断裂上涌,这就是侵入岩和火山岩。中生代时期,岩浆上涌要经过本区业已堆积的数千米地层,将这些地层熔化掉,再加入岩浆,其成分会发生改变。因此,岩浆的组分除来源特征外,也有后来物质混合的影响。无论如何,岩浆活动的结果就是中生代的中、酸性侵入岩、火山岩。

到了新生代,特提斯洋走向衰亡,太平洋俯冲加剧,东海以外形成沟-弧-盆体系。南京地区的深大断裂继续演化,连通了深部的基性岩浆,这回与中生代不同,岩浆直接喷发到了地面形成火山,其堆积物就是玄武岩。

最后一点,南京地区经历的演化过程产生了不少环境、资源效应。由海变陆之后,南京再也没有重现海水淹没的情形,而在全球范围,中生代和新生代正处于第一阶海面变化周期的高海面阶段,许多地方形成了海相碳酸盐沉积,例如西欧的白垩纪石灰岩。美国的中西部到了中生代变为一片狭长的海洋,称为“晚白垩纪西部内陆海”,因油气资源开发的驱动已被研究者关注了很长一段时间[12]。如此看来,我们这边的石灰岩和玄武岩也有继续深入探讨的必要。

 

注释:

[1] 有关南京自然环境的信息很多,位于珠江路的南京地质博物馆藏品丰富,早期的文献有《科学的南京》(中国科学社出版于1932年,东南大学出版社2014年重新出版),收录名家文章十多篇。

[2] 南京大学地质实习指导书有多个未发表版本,后来正式发表为:夏邦栋(主编), 1986. 宁苏杭地区地质认识实习指南. 南京大学出版社, 南京, 278pp.。

[3] 见附录:夏邦栋先生的文章“地壳运动与地质发展简史”。

[4] 关于泛大陆和特提斯洋的论述,见《现代自然地理》(Strahler A N, Strahler A H, 1998. Modern physical geography (2nd edition). John Wiley & Sons, New York, 567pp.)一书第306-310页,其中特提斯洋演化图是来自文献Dietz R S, Holden J C, 1970. Reconstruction of Pangea: breakup and dispersion of continents, Permian to Present. Journal of Geophysical Research, 75, 4943-4951.。

[5] 关于第一阶至第四阶全球海面变化的概念,以及海面变化的影响因素,见《沉积盆地分析原理》(Miall A D, 1984. Principles of sedimentary basin analysis. Springer-Verlag, New York, 490pp.)一书第338-357页。

[6] 研究表明,古生代之前就发生过气候变化,形成大规模冰盖,见Walker G, 2004. Snowball Earth. Random House, 269pp.;石炭至二叠的冰期,见Plummer C C, McGeary D, CarlsonDH, 2003. Physical geology (9th edition). McGraw-Hill, New York, 574pp.,第309页,晚古生代冰碛物的发现不仅是气候变化的证据,也是泛大陆曾经存在的依据(根据冰碛物分布和运动信息,可将现在分离的大陆拼合到一起)。

[7] 见Fagerstrom J A, 1987. The evolution of reef communities. John Wiley & Sons, New York, 600pp.,本书对生物礁作了系统论述。

[8] 参见文献Cramer K L, O’Dea A, Clark T R, Zhao J-X, Norris R D, 2017. Prehistorical and historical declines in Caribbean coral reef accretion rates driven by loss of parrotfish. Nature Communications, 8, 14160.,文中提出鹦鹉鱼对于珊瑚碎屑沉积很重要,人类酷捕鹦鹉鱼竟然导致了珊瑚礁堆积速率的下降。

[9] 关于四射珊瑚和六射珊瑚的叙述,见文献“廖卫华, 邓占球, 2013. 中国中生代石珊瑚化石. 中国科学技术出版社, 合肥, 224pp+图版”。

[10] 我国石炭纪二叠纪珊瑚的论述,可见:俞建章, 林英铴, 时言, 黄柱熹, 俞学光, 1983. 石炭纪二叠纪珊瑚. 吉林人民出版社, 长春, 357pp+图版.;林英铴, 黄柱熹, 武世忠, 彭向东(主编), 1992. 中国石炭纪珊瑚文集. 吉林科学技术出版社, 长春, 184pp+图版。日本的石炭纪二叠纪珊瑚的报道,见(Masao Minato, 1955. Japanese Carboniferous and Permian corals The Japan Society for the Promotion of Science, Tokyo, 202pp + 图版)一书。

[11] 关于特提斯洋北侧俯冲带的位置图示及其解释,见《世界海洋概论》(Sverdrup K A, Duxbury A C, Duxbury A B, 2000. Introduction to the world’s oceans (8th edition). McGraw-Hill, 514pp.)一书第83-85页。

[12] 晚白垩纪美国西部内陆海因其环境和资源意义而受到研究者的关注,例如文献Lowery C M, Leckie R M, Bryant R, Elderbak K, Sterzinar E, 2017. The late Cretaceous Western Interior Seaway as a model for oxygenation change in epicontinental restricted basins. Earth-Science Reviews, 177, 545-564.认为它是一个空间范围受限的沉积盆地,具有典型性。

 

 

附录:夏邦栋先生的文章“地壳运动与地质发展简史”

 

宁镇地区是下扬子断裂坳陷带的东段。从震旦纪到早古生代末,这里地壳活动性弱,只有多次轻度的升、降,整个环境是浅海,形成了厚度3000余米的石灰岩、白云岩、页岩及砂岩,含丰富化石。有时有硅质物供应,在震旦、寒武、奥陶及志留系中均或多或少出现过薄层的硅质岩或燧石结核(后者生在碳酸盐地层之中)。志留纪末期,华南发生了强烈的加里东运动,本区受到重要影响,海水退却,成为陆地,接受剥蚀。

在早中泥盆世的沉积物未曾发育,晚泥盆世初,在准平原化的条件下,先堆积了平原型河流沉积,随着出现了大型湖泊沉积。形成了上泥盆统的石英砂岩和页岩。局部地区堆积了薄薄的赤铁矿层。早石炭世,本区处于海陆交互地带,海水时进时退,形成了具有滨岸沉积特征的下石炭统的灰岩、页岩、砂岩。从中石炭世到早二叠世,本区地壳缓慢而持续下沉,在沉陷得到沉积物补偿的条件下,堆积了浅海的碳酸盐沉积。这时气候温暖,海中生物繁盛,故相应层位中化石丰富。从远处周期性地运来硅质物质,它已薄层硅质岩或燧石结核形式堆积下来。在早二叠世末期还堆积了含锰磷的沉积物,这就是下二叠统孤峰组。该层中的锰、磷在局部有地方有开采价值。

早晚二叠世之交,地壳曾一度显著上升(即东吴运动),使本区海水撤退,成为滨海沼泽环境,从而堆积了上二叠统的含煤沉积,这就是龙潭组煤系地层。东吴运动毕竟还是短暂的,到晚二叠世后期,海水复行侵入,直至中三叠世后期为止,本区又堆积了具有浅海性质的上二叠统大隆组及下、中三叠统青龙群。青龙群沉积的过程中,下扬子坳陷已经有了明显的收缩,海水逐渐变浅,青龙群的顶部出现了在海湾、潟湖环境下形成的石膏沉积。

青龙群沉积完毕以后,本区发生了印支运动第一幕,它标志着地壳运动性质的一次突变,由古生代以来长期的升降运动性质转化为褶皱的性质,青龙群及以前的老地层全部参加到褶皱之中,形成了宁镇山脉褶皱的雏形。整个下扬子的山脉-淮阳山脉,是因为这一运动而奠定轮廓,地质上称这一运动为淮阳运动,在宁镇地区称为金子运动。金子运动结束了下扬子地带长期海进的历史,使之变为陆地。在金子运动形成的山间盆地中堆积了中、上三叠统的黄马青群沉积,它与青龙群在许多地方是明显的不整合接触关系,它的底部普遍存在有10米到200米厚度不等的石灰岩质角砾岩。黄马青群堆积的晚期,气候由干热转为湿热,地势变为比较平坦,在局部地方形成了含煤沉积,这就是黄马青群上部局部出现的范家塘组含煤地层。

此后,地壳运动再次剧烈进行,使包括上三叠统在内的所有地层褶皱,这次地壳运动是金子运动的继续和发展,属于印支运动的第二幕,称为南象运动。在南象运动的作用下,宁镇山脉的构造格架全面完成。地貌上是山脉与山间盆地相交织。在山间盆地中堆积了下、中侏罗统的象山群砂岩、页岩沉积,其底部是河流沉积,中、上部过渡为湖泊沉积,局部地点有煤的形成。象山群与下伏老地层在许多地方为明显不整合接触,如栖霞山附近的南象山,它不整合地盖在下二叠统栖霞组之上,有的地方,如西岗附近,它不整合地盖在中、上三叠统黄马青群之上。

象山群沉积以后直至白垩纪末期,这里地壳运动频繁,断裂活动极其发育。沿断裂的垂直位移量很大,在断裂下落的部位形成盆地,堆积了很厚的上侏罗统到白垩系的洪积与河湖沉积,形成很厚的砾岩、砂岩、页岩。由于断裂切割相当深,地壳深部的岩浆沿断裂带上升,发生喷出和侵入,因而陆相地层中同时出现很多中酸性火山熔岩及凝灰岩,随着大量中酸性侵入岩侵入到前第三纪地层之中。侏罗白垩纪是本区岩浆活动高潮时期。这时除发育高角度的正断层外,还发育了低角度的逆掩断层和推覆构造。

与中生代大规模岩浆活动相关的有重要的内生金属矿床形成。在栖霞山形成了大型的铅锌矿床;在汤山附近的安基山、伏牛山以及在铜山等地形成了重要的铜矿床。岩浆作用为这些矿床的形成提供了动力及物质来源,使金属元素从围岩中迁移、富集起来,或者是直接提供了成矿所必要的金属元素本身。

侏罗纪到白垩纪的地壳运动统称为燕山运动。它也有几个幕,第一幕在晚侏罗世和早白垩世之间,第二幕在早、晚白垩世之交,第三幕在晚白垩世与早第三纪之交。换句话说,燕山运动在这三个时期是处于剧烈状态。相应的地层之间出现了不整合接触关系,但是地层的褶皱比较和缓而开阔。

第三纪以来,地壳仍有大幅度的差异性质升降,在内陆盆地中堆积了厚度较大的陆相砾、砂、泥质沉积。第三系的一些层位是有利的生油地层和储油对象。由于地壳运动和缓、微弱,第三系地层产状极其平缓。但第三纪末期第四纪初期,发生了一些重要的断裂,它切割到地壳深部,有的甚至与某些深达上地幔的断裂相沟通,使深部的玄武质岩浆上升、喷溢,造成了南京附近的一些中心式火山喷发并堆积玄武岩层。在江宁方山及六合方山等地至今还保存了较好的火山地形。

 

 




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