柳江盆地本溪组底部海相动物群.pdf

中国矿业大学学报990 10 7 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第1期 第2 8 卷 Vo l . 2 8 No . 1 1999 柳江盆地本溪组底部海相动物群 范炳恒 李壮福 摘要 柳江盆地本溪组底部泥灰岩及相邻泥岩中产有丰富的腕足动物、软体动物化 石，经鉴定有腕足动物10 属12 种，双壳类8 属14种和腹足类4属5种，软体动物保存于含 腕足动物层的相变岩层或直接位于其上层，到目前为止，这一丰富材料（特别是软体 动物）尚属首次综合报道. 通过对这一动物群的分析研究，丰富了华北地台晚古生代生 物群的内容，有助于柳江盆地的地质史研究. 同时作者分析了这个动物群的发生发展过 程，认为生物群内容的变化与生态环境密切相关，当时柳江盆地经历了从开放型盆地 闭塞盆地浅水三角洲的演化，浅水三角洲的发育导致了生物群的阶段性消失. 关键词 柳江盆地，本溪组底部，腕足动物，软体动物，生态环境 中图分类号 Q 915 Re s e a r c h o n M a r i n e Fa u n a f r o m t h e Bo t t o m Be d o f Be n x i Fo r m a t i o n i n Li u j i a n g Ba s i n Fa n Bi n g h e n g Li Zh u a n g f u （ Co l l e g e o f M i n e r a l Re s o u r c e a n d En v i r o n m e n t Sc i e n c e s , CU M T , Xu z h o u 2 2 10 0 8 ） A b s t r a c t A l o t o f b r a c h i o p o d a n d m o l l u s k f o s s i l s , i n c l u d i n g 12 s p e c i e s o f 8 g e n e r a o f b r a c h i o p o d , 14 s p e c i e s o f 8 g e n e r a o f b i v a l v e a n d 5 s p e c i e s o f 4 g e n e r a o f g a s t e r o p o d , a r e c o l l e c t e d f r o m t h e m a r l a n d m u d s t o n e s i t u a t e d o n t h e b o t t o m o f Be n x i Fo r m a t i o n i n Li u j i a n g b a s i n . T h e m o l l u s k f o s s i l s a r e d i r e c t l y p r e s e r v e d i n t h e u p p e r p a r t o r f a c i e s c h a n g e b e d o f b r a c h i o p o d f o s s i l b e d . U p t o n o w , t h e m a t e r i a l s i s f i r s t l y r e p o r t e d , e s p e c i a l l y t h e m o l l u s k . T h e r e s e a r c h o n t h e m a r i n e f a u n a g r e a t l y e n r i c h e s t h e c o n t e n t o f p a l e o n t o l o g y i n No r t h Ch i n a Pl a t f o r m , a n d i s v e r y h e l p f u l t o g e o l o g i c r e s e a r c h o f Li u j i a n g b a s i n . M e a n w h i l e , t h e w r i t e r s h a v e s y s t e m a t i c a l l y a n a l y s i z e d t h e e v o l u t i o n a l c o u r s e o f t h e f a u n a , a n d h o l d t h a t t h e c h a n g e o f f a u n a l c o n t e n t i s c l o s e l y r e l a t e d t o e c o l o g i c e n v i r o n m e n t s . So a s t h e e v o l u t i o n o f Li u j i a n g b a s i n c o n c e r n e d , i t w e n t t h r o u g h t h e c o u r s e f r o m o p e n b a s i n n e a r s e a c l o s e d b a s i n s h a l l o w w a t e r d e l t a i n t h a t p e r i o d . T h e s t a g e d i s a p p e a r a n c e o f t h e f a u n a w a s c a u s e d b y t h e d e v e l o p m e n t o f s h a l l o w w a t e r d e l t a . K e y w o r d s Li u j i a n g b a s i n ， b o t t o m o f Be n x i f o r m a t i o n , b r a c h i o p o d , m o l l u s k , e c o l o g i c e n v i r o n m e n t f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 7 . h t m （第 1／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 35 中国矿业大学学报990 10 7 柳江盆地位于秦皇岛市区之北的抚宁县境内，盆地内煤系发育，其地层发育情况 与华北其它地区基本相同，但由于所处地理位置及区域构造的控制，从沉积特征上有 其本身特殊性，为此曾引起地质工作者的重视，先后对该区石炭纪地层进行过研究. 然 而，由于该区沉积的区域性特征、古生物资料的相对匮乏，关于石炭纪地质研究仍然 存在许多问题. 就目前来看，作者认为下面几个方面需要商榷和进一步研究. 1 本区本 溪组的定义系采纳赵亚曾［1］的本溪组原始定义，即代表奥灰剥蚀面至第一层稳定砂 岩止，以产腕足动物Ch o r i s t i t e s m o s q u e n s i s 动物群为特征，进而相当于 蜓 / 类 Fu s u l i n a -Fu s u - l i n e l l a 带. 近年来人们已认识到原本溪组定义存在很大问题，其所谓的古生物依据仅仅存 在于这个组的上部，而下部相当厚的碎屑岩沉积从岩性上与上部截然分开，根据多重 地层划分理论，原本溪组下部已另建组，本文中本溪组的定义限定在石炭二叠系沉积 中最低一层海相石（泥）灰岩底至第一层较稳定厚砂岩（即云山砂岩）底的一段沉积. 2 太原组命名地在太原西山，其典型的岩石特征是石灰岩、泥岩、砂岩和煤等互层， 是一套含灰岩和煤的地层，而柳江盆地现用太原组地层中根本不含典型的石灰岩层， 与标准地点的岩性差异甚大, 因此, 作者认为这个地区云山砂岩之上不应称为太原组，命 名有待研究. 3 这个地区“本溪组、太原组”的时代归属尚有争议，需要进一步作生物 地层工作. 4 本溪组底部海相泥灰岩沉积时的古地理背景，以前由于生物和沉积等方面 的典型证据研究较少，几乎没有涉猎过. 研究区长期来作为我校本科生的实习基底， 1995年李壮福带领学生实习期间，在本溪组底部泥灰岩及相当层位中采集到了丰富的 海相动物化石，包括腕足动物、双壳类和腹足类动物，材料之丰富特别是大量双壳类 和腹足类动物的发现在本区尚属首次报道. 作者认为大量翔实的材料对柳江盆地地质研 究有重要价值. 1 断代地层概述 柳江盆地本溪组出露于槐树庄以东，石门寨以西. 本溪组定义为奥灰剥蚀面之上最 低一层灰岩（泥灰岩）底至云山砂岩底，厚度约40 m ，主要由灰色、暗色粉砂岩、 砂质泥岩、泥岩、泥灰岩组成，属于一套海陆交互相沉积，垂向韵律性明显，但在横 向上有较大变化；本溪组含泥灰岩3～5层，厚度变化大，常呈透镜状产出（图1）. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 7 . h t m （第 2 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 35 中国矿业大学学报990 10 7 图1 柳江盆地断代地层柱状图 Fi g . 1 Co m p o s i t e c o l u m n a r m a p o f t h e s t u d i e d d a t i n g s t r a t a i n Li u j i a n g b a s i n 在过去的文献中，该段地层的生物化石一直以腕足类Ch o r i s t i t e s m o s q u e n s i s 动物 群，类Fu s u l i n a -Fu s u l i n e l l a 动物群为代表. 90 年代初，刘发［2 ］（1992 ）研究报道了柳 江盆地石门寨区本溪组下部不同组成性质的腕足动物群并讨论了其生态特点. 本文在此 基础上，通过进一步工作，在柳江盆地范围内本溪组底部泥灰岩及相当层中发现了更 加丰富的化石，除了腕足动物还有大量的双壳类和腹足类，而上部的泥灰岩或海相层 中化石数量少且难以采集，化石内容亦有很大差异. 通过研究表明，柳江盆地本溪组的 生物内容与华北地台中南部地区有明显不同，底部所产动物群代表时代可能稍老，其 生物内容的差异及分布受环境影响甚大，这种现象反映了柳江盆地沉积古地理背景的 区域性特征. 2 生物群特征 本溪组底部泥灰岩及相变层中，含有大量的古生物化石，包括腕足动物、双壳动 物和腹足动物，特别是后两者，在本区本溪组底部的大量发现尚属首次. 这些生物化石 的发现大大丰富了柳江盆地古生物资料，对该区石炭纪地质研究提供了难觅的宝贵材 料. 生物群的主要特征简要分析如下. 2 . 1 腕足动物群特征 本溪组底部泥灰岩中，腕足动物化石相当丰富，常见化石复叠在一起. 所采集化石 有10 属12 种，尤以直形贝超科分子占绝对优势，是一个个体数量繁盛但属种分异度低 的动物群. 主要分子及化石数量丰度为O r b i c u l o i d e a c a p u l i f o r m i s （化石标本数量占总标 本数量的2 . 5, 下同 , O r t h o t e t i n a s h i m e n z h a i a 5. 4 , M e e k e l l a s h i l i n g e n s i s 8 . 4 , D e r b y i a c r a s s a 30 . 1 , D . s h i m e n z h a i e n s i s 43. 5 , D . o r d i n a t u s 6 . 3 , St r e p t o r h y n c h u s s p . 0 . 8 , Sc h u c h e r t e l l a s p . 0 . 8 , Ch o n e t e s s i n k i a n e n s i s 0 . 4 , Ru g o s o c h o n e t e s q u a s i h a r d r e n s i s 0 . 4 , f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 7 . h t m （第 3／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 35 中国矿业大学学报990 10 7 Pl i c o c h o n e t e s s p . 0 . 4 , D i c t y o c l o s t u s s p . 0 . 8 等，经过对所采化石进行数量统计，直形 贝超科分子在标本数量上占有95. 3％，其次是无铰纲占2 . 5％，戟贝超科1. 6 ％，长身贝 超科0 . 8 ％. 均衡度相当低，且在所发现的属种中，土著分子及未定属种占总种数的7 5％. 动物群中D e r b y i a 占绝对优势，其标本统计数量占总数的8 0 ％以上，其中D . s h i m e n z h a i e n s i s 数量尤多，保存好且特征清楚，到目前为止仅发现于此地，是一土著分 子；O r t h o t e t i n a 是世界性石炭二叠纪常见化石属，但在华北地台范围内本溪期，尤其 是本溪组底部层位中产出尚属首次，这个发现对揭示O r t h o t e t i n a 的时空分布意义重 大，本次所得材料其数量相当丰富，且特征具有特殊性，故建立了一新种O r t h o t e t i n a s h i m e n z h a i a . 根据本腕足动物群的面貌特征，以上述二典型分子为代表建立了D e r b y i a s h i m e n z h a i e n s i s -O r t h o t e t i n a s h i m e n z h a i a 组合. 就这一组合而言，土著分子多，属种分异 度低，没有典型的反映较短时限的特征分子，这就大大减弱了组合带的对比价值，但 从其上覆层位中所产化石分析，大致相当类Pr o f u s u l i n e l l a 带产出层位. 2 . 2 软体动物群特征 柳江盆地本溪组底部泥灰岩呈透镜状，横向常相变为深灰色泥岩或黑色泥岩；在 泥灰岩的顶部也发育一薄层深灰色泥岩. 这些泥岩中，软体动物完全取代了腕足动物， 有大量化石产出，经鉴定这个软体动物群共有双壳类8 属14种，它们是 St r e b l o c h o n d r i a l o n g i a u r i c u l a t a , S. g r a n o s o s t r i a t a , W i l k i n g i a r e g u l a r i s , Sc h i z o d u s h e d o n g e n s i s , S. m a n l a n i , A v i c u l o p e c t o n c h o u n i u k o u e n s i s , A . q i n -h u a n g d a o e n s i s , A . g u a n g x i e n s i s , A . s p . , A s t a r t e l l a a d e n t i c u l a t a , Pa l a e o n e i l o a n t h r a c o n e i l o i d e s , Ed m o n d i a n y s t r o e m i , E. c o n s o b r i n a , Nu c u l o p s i s y u a n i 等. 其中Sc h i z o d u s （2 种）标本数量最 丰富，占化石标本总数量的47 . 2 ％（下同）；A v i c u l o p e c t o n （4种）占19. 8 ％； St r e b l o c h o n d r i a （2 种）占8 . 2 ％；Ed m o n d i a （2 种）占10 . 8 ％；W i l k i n g i a （1种）占 2 . 8 ％；Nu c u l o p s i s （1种）占2 . 8 ％；A s t a r t e l l a （1种）占5. 6 ％；Pa l a e o n e i l o （1种）占 2 . 8 ％. 腹足类4属5种，包括So l e n i s c u s m u c r o n a t u s , Pt y c h o m p h a l u s s p . , Na t i o c o p s i s h e m i s t r i a t a , N. d e f i r m i s , St r o b e u s s p . 等，腹足类标本较少，但保存尚好，其中以 Na t i o c o p s i s 化石数量占优势. 这一软体动物群的绝大多数分子为我国华北、西北地区石炭纪至二叠纪早期海相 层中的常见属种，同时也见于我国其它地区及世界许多地区的相当层位，具有广泛的 对比价值［3］. 一般说石炭二叠纪的双壳类和腹足类演化较慢，所发现的化石难以准确 地指示所在层位的地质年代. 然而柳江盆地有一定数量的燕海扇（A v i c u l o p e c t o n ）化石 与产于祁连山地区的A v i c u l o p e c t o n c h o u n i u k o u e n s i s 特征相同，归入此种无疑，到目前 为止，这个种主要发现于我国北方的早石炭世晚期，被普遍认为是早石炭世的特征化 石［4］. 由于其它化石的时限不清，这个动物群的时代不能一锤定音，但是至少说明了 当前动物群层位偏低，可能代表了Pr o f u s u l i n e l l a 带层位. 柳江盆地动物群的发现对该盆地 乃至大区域地质研究是难能可贵的资料. 3 动物群的生活环境 本溪组底部泥灰岩所产腕足动物化石密度大，属种分异度低，但保存基本完好， 属于原地或微异地埋藏. 所见化石的主要类群是直形贝超科分子，其中D e r b y i a 一属化石 数量占总数的8 0 ％以上，其次有少量的长身贝类和无铰纲分子［5］. 动物群中的直形贝 超科分子生活习性基本相同，个体均较大，壳体扁平，基面发育，以基面或借助于壳 体后端固着于基底生活，在所见化石中，大多铰合线较长，背壳顶区较凸，这是对软 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 7 . h t m （第 4／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 35 中国矿业大学学报990 10 7 基底的一种适应特征. 长身贝目中一些代表如Ch o n e t e s , D i c t y o c l o s t u s , M a r g i n i f e r a 等适应环 境较广. 动物群所在围岩层中未见到 蜓 / 、牙形刺、珊瑚、海百合等正常浅海环境中 的常见类型，另一方面通过对围岩样品进行地球化学分析，其围岩硼的质量分数均在 90 10 -6～9510-6，w Sr / w Ba 在0 . 37 ～0 . 50 之间，表明水体微淡化，根据腕足动物群 主要组成特征，共生生物、围岩岩性、及地球化学分析结果认为该腕足动物群生活 之环境是一种水体微淡化、软基底、与广海沟通性较强的近开放型盆地，应位于潮间 带下部. 在泥灰岩的顶部或横向上常相变为深灰色泥岩，在泥岩中产有丰富的软体动物化 石，软体动物化石中双壳类以个体较小、呈圆三角形或横卵形、薄壳弱纹饰或具饰褶 而铰齿不发育等类型为特征；腹足类以个体小、宽大的体螺环为特征. 这些化石均反映 了具软泥质的低能生活环境. 就该区所发现属种看，均为海生底栖种，主要为表栖类 型，如海扇类，它们主要靠足丝直接附着于海底或海生植物上，所见腹足类游移表栖 于软基底上或固着于海生植物体上；其次是那些在泥沙中游移、钻孔生活的类型，如 Sc h i z o d u s ，Ed m o n d i a ，Nu c u l o p s i s 等. 软体动物化石大量产出层位中，腕足动物全部绝 迹，亦没有见及其它正常海相的化石，可以推测当时的环境为底层还原水体、相对宁 静、水体微淡化的海湾泻湖环境［6 ］. 柳江盆地位于燕山沉降带东段，山海关隆起的东南缘，本溪组沉积早期，由于受 山海关隆起的影响，该地区地形起伏较大，位于华北海盆近北部边缘的柳江盆地自晚 石炭世早期开始接受海水的侵进，当时海水主要来自东部，海水初期到达时，首先在 若干低洼地区形成与广海相沟通的开放型盆地，这些开放型盆地水体相对较静，一方 面有海水的补给，另一方面又会有周围淡水的注入，从而使得盆地内水体微淡化且底 层海水含氧量低，在这种环境中，大多数底栖腕足类无法生存下去，仅仅有那些适应 性较强的无铰纲类型O r b i c u l o i d e a 、长身贝类Ch o n e t e s 和D i c t y o c l o s t u s ，壳体扁平且具长 铰合线的直形贝超科分子能够生存. 特别是直形贝超科分子具有扁平的体制，长的铰合 线，它们具有高的壳周长与体积之比，这种壳体相对来说对低氧、乏食物环境有较强 的适应. 亚历山大［7 ］（A l e x a n d e r , 197 5）在研究奥陶纪腕足动物与环境的适应关系时得 出了相同的结论. 腕足动物扁而平的壳体为呼吸和取食提供了较大的表面积，是对特殊 生态环境的一种有用的适应. 这种生存环境中，这些腕足动物缺少竞争对手，从而可以 充分地繁衍，形成极大的数量丰度和低的属种分异度. 与这些开放型盆地相毗邻的可能是一些闭塞的泻湖，沉积物以深灰色至黑色泥岩 为特征，横向上与泥灰岩沉积相变过渡，在这种环境中，水体盐度变化较大，水体底 层闭塞缺氧，这是任何腕足动物所不能忍受的，而具有相似形态功能特征的双壳类以 及腹足类与腕足动物相比对这种闭塞环境的适应能力要强的多，因而出现双壳类和腹 足类取代腕足动物繁盛发育的情况［8 ，9］. 另一种情况，对于腕足动物生存的开放型盆地，由于海底的局部沉降或是盆地与 广海的阻隔渐隆起，造成原来的开放型盆地向闭塞盆地转化，水环境发生显明地变 化，达到任何腕足动物难以忍受的程度致使其在生活盆地内全部消亡，代之而起的是 软体动物的生存繁盛，从而出现了生物内容上的取代. 柳江盆地本溪组底部富含腕足动 物的泥灰岩之上的泥岩中产出大量软体动物正是这种环境变化的结果. 4 结 论 通过对柳江盆地本溪组沉积层序和岩相的分析认为本溪组底部泥灰岩沉积层或 相当层为泻湖海湾环境（包括开放型或闭塞盆地），随后逐渐向浅水三角洲环境转 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 7 . h t m （第 5／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 35 中国矿业大学学报990 10 7 化，此时，由于河流携带大量泥沙倾入生物生活场所，使得生物（软体动物）的生态 环境遭到严重破坏，发生激剧的变化，故而造成了动物群的阶段性死亡. 柳江盆地本溪 组底部泥灰岩及相邻层位形成期，沉积环境经历了开放型盆地闭塞盆地浅水三角 洲的转化，从而造成了从腕足动物繁盛被双壳类、腹足类取代再到全部阶段性消亡的 过程. 生物群的发展变化对柳江盆地的历史演化分析提供了可靠的、难觅的反演证据. *煤炭基金资助项目（97 地10 10 2 ） 作者简介 范炳恒，男，1958 年生，副教授，工学博士 作者单位 中国矿业大学资源与环境科学学院 徐州 2 2 10 0 8 参考文献 1 Ch a o Y T . Ca r b o n i f e r o u s St r a t i g r a p h y o f S. M a n c h u r i a . Bu l l e t i n o f t h e G e o l o g i c a l Su r v e y o f Ch i n a , 192 6 , 8 6 ～18 2 刘 发. 河北秦皇岛石门寨地区晚石炭世本溪组下部的腕足动物及其古环境. 古生物 学报，1992 ，31（2 ）2 49～2 53 3 崔新省. 鄂尔多斯盆地西缘中宁、乌达地区石炭纪海相双壳类. 现代地质，1994，8 （4）40 3～411 4 中国科学院南京地质古生物研究所编. 中国的瓣鳃类化石. 北京科学出版社，197 6 . 2 ～40 1 5 范炳恒，沈树忠. 华北地台石炭纪至早二叠世腕足动物古生态研究. 长春地质学院学 报，1996 ，2 6 （3）2 48 ～2 54 6 张仁杰. 中国石炭纪海相双壳类及其生活习性. 古生物学报，1990 ，2 9（1） 8 4～93 7 D o d d J R, St a n t o n R J. 古生态学概念与应用. 徐珊红，钱文龙，王雪等译. 南京南京 大学出版社， 198 9. 16 0 ～16 2 8 Ra m s b o t t o m W H C. Ca r b o n i f e r o u s . I n t h e Ec o l o g y o f Fo s s i l s . M a s s a c h u s e t t s T h e M I T Pr e s s , 197 8 . 146 ～17 8 9 Bo u c o t A J. Pr i n c i p l e s o f Be n t h i c M a r i n e Pa l e o e c o l o g y . Ne w Yo r k A c a d e m i c Pr e s s , 198 1. 5～ 535 收稿日期 1998 -0 5-12 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 7 . h t m （第 6 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 35