桂林興安拓村下石炭統黃金組生物地層研究

陳貴英,韓乃仁,周又敏,鄭 昊,龐崇進

(1.桂林理工大學 a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室;b.廣西有色金屬隱伏礦床勘查及材料開發協同創新中心,廣西 桂林 541006;2.廣西科技師范學院,廣西 來賓 545004)

華南泥盆-石炭紀地層較好地記錄了一次全球性的海退事件,引起了國內外學者的廣泛關注。桂林興安拓村,是桂林理工大學多年來普通地質學和地史古生物學的實習基地。最早在此工作的有王志堯、韋煒烈、何令儀、戴國铦老師,他們為桂林理工大學古生物實驗室采集了大量的下石炭統珊瑚、腕足化石。20世紀60年代至今,拓村一直作為桂林理工大學的實習地點。1985年,張家志老師帶領郭周平以“桂林及其鄰區下石炭統碳酸鹽相地層對比”為其畢業論文,在此測過剖面，并采集了一些化石,但未公開發表。李鳳麟等[1]在研究華南下石炭統海膽時,其中一個標本即產于此剖面上部；后來李酉興等[2]在研究三葉蟲Paladin(Sinopaladin)guibeiensis、P.(S.)subcylindricus和P.(S.)xinganensis中提到的“廣西興安東北約7.5 km,興安至界首公路西側”即本文實測的拓村剖面； 張家志[3-4]在研究紅波特珊瑚時也曾在此剖面工作。

雖然此處化石豐富,卻沒有一個實測剖面，也未進行過系統的古生物學研究。本文以拓村剖面下石炭統為研究對象，通過野外剖面測量、古生物化石采集與鑒定，以及區域地層對比，從而限定了此剖面地層的形成時代和沉積環境。

1 區域地質背景

桂北興安及鄰區位于南嶺東西向成礦帶的西段,區內斷裂構造以北東向為主。研究區北部貓兒山-越城嶺為加里東期-印支期復合巖體,南東側為海洋山加里東期花崗巖。區內地層從老到新包括前寒武系、寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系和白堊系(圖1)。其中石炭紀地層層序完整、分布廣泛且出露較好,化石相當豐富。桂北石炭系的典型剖面在羅城仫佬族自治縣,包括巖關階和大塘階,其中大塘階自下而上包括黃金組、寺門組和羅城組[6],可與貴州下石炭統地層單元進行對比(表1)。

興安地區石炭系包括下石炭統巖關組(C1y)、下石炭統黃金組(C1h)、下石炭統寺門組(C1s)和中-上石炭統羅城組(C1-2l)(圖1)。 巖關組以灰巖、含燧石灰巖夾白云巖為主,底部多為頁巖及砂巖,上部局部有頁巖,厚250～400 m。黃金組主要以灰巖為主,夾鈣質頁巖,厚度變化大,200～1 100 m。寺門組為頁巖夾砂巖和泥質灰巖,1～3層含煤,厚40～70 m。羅城組為灰色中厚層灰巖,夾白云質灰巖、砂巖和泥質灰巖,厚200 m。整體而言,桂北地區石炭紀地層的沉積相帶分布基本繼承了晚泥盆世地層的格局。早石炭世早期,桂東北地區出現濱海潮坪、開闊臺地和臺地邊緣斜坡沉積相類型,晚石炭世則主要以局限臺地相和臺地淺灘相夾臺地斜坡相為主[7]。同時,石炭紀地層賦存有煤、錳、磷及白云巖、石灰巖等礦產,是廣西重要的含礦層位[7]。

圖1 桂林興安及其鄰區區域地質圖(據廣西壯族自治區1∶50萬數字地質圖[5]修改)Fig.1 Geological map of Xing′an County in GuilinQ—第四系; K—白堊系; P2-3—中-上二疊統; C2-P1—上石炭統-下二疊統; Cs-l—寺門組-羅城組(未分); C1-2l—羅城組; C1s—下石炭統寺門組; C1h—下石炭統黃金組; C1y—下石炭統巖關組; D3—上泥盆統; D2—中泥盆統; D1—下泥盆統; O—奧陶系; ∈—寒武系; p∈—前寒武系;γ5—印支期花崗巖; γ3—加里東期花崗巖

2 實測地層剖面

本次工作對興安北拓村附近下石炭統黃金組剖面進行了詳細的野外測量,剖面(圖2—圖4)描述如下:

上覆地層,寺門組頁巖、泥巖,中間夾有泥頁巖,頁巖中夾有炭質頁巖,泥灰巖中含少量珊瑚化石(野外層號 GS5),含Gigantoproductus?

12.5 m

———整合接觸———

4.灰色泥灰巖及灰白色泥巖,巖石遭受風化后較破碎,含泥質較高(野外層號 GS4),產珊瑚:Auloclisia、Lophophyllum、Kueichouphyllum; 腕足類:Gigantoproductus?和Cleiothyridina。

119.6 m

3.灰白色泥灰巖,鈣質泥巖,巖石遭受風化后破碎,含少量的鐵質結核及大量珊瑚化石(野外層號 GS3),產珊瑚:Kueichouphyllumsinense、K.heishikuanenseYu、AuloclisiaelegantulaWu et Zhao、Auloclisiasp.、Heterocaninia、Neoclisiophyllum、Arachnolasma、Clisiophyllum、Sugiyamaella(?)和Michelinia; 腕足類:Pugilishunanensis、Plicochonetes、Daviesiella、Delepinea、Avonia、Echinoconchuselegans、E.subelegans、Dictyoclostus、Levitusia、Wellerella、Neospirifer、Punctospirifer、Cleiothyidinaroyssii、C.media、AthyrisyazitanensisJin et Liao、Vitiliproductusgr?beri(Krenkel)和Composita;三葉蟲:Paladin(Sinopaladin)xinganensisLi et Yuan、P. (S.)subcylindricusLi et Yuan和P. (S.)guibeiensisLi et Yuan。同時產菊石(圖4b)、少量苔蘚蟲、海百合莖及海膽骨刺。

19.1 m

2. 灰色中層泥質灰巖,中間夾有泥巖及頁巖,產大量單體珊瑚和腕足類化石(野外層號 GS2),產珊瑚:Kueichouphyllumsinense、Neoclisiophyllum和Michelinia;腕足類:Pugilishunanensis、Echinoconchus、Neospirifer、Punctospirifer、Cleiothyridina、Plicochonetes和Wellerella;三葉蟲:Pa1adin(Sinopaladin)xinganensis。

122.66 m

1.深灰色微晶灰巖,夾有硅質團塊(圖4a),含有少量復體和單體珊瑚,和零星腕足類化石(野外層號 GS1),珊瑚化石包括Kueichouphyllum、Thysanophyllum(?);腕足類主要為長身貝類Dictyoclostus。

118.8 m

下伏地層被第四系掩蓋。

表1 廣西與貴州下石炭統生物地層單元對比與劃分Table 1 Biostratigraphic correlation of Lower Carboniferous in Guangxi and Guizhou

圖2 桂林興安拓村下石炭統黃金組實測地層剖面圖Fig.2 Measured section of the Lower Carboniferous Huangjin Formation of Tuocun in Xing′an County， Guilin

圖3 興安拓村下石炭統黃金組實測剖面綜合柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of Lower Carboniferous Huangjin Formation of Tuocun in Xing′an County1—灰巖;2—泥質灰巖;3—泥灰巖;4—頁巖;5—泥巖;6—炭質頁巖;7—鈣質頁巖

3 關于地層時代的討論

對中國下石炭統的研究起始于俞建章[8],其中貴州下石炭統的研究程度較高[14-17]。 俞建章[8]將貴州獨山地區下石炭統珊瑚化石從下至上劃分為4個帶,即Cystophrentis帶、Pseudouralinia帶、Thysanophylloides帶和Yuanophyllum帶。20世紀80年代中期以后,微體化石的研究結果表明,產珊瑚Cystophrentis帶的革老河組應為上泥盆統,而Pseudouralinia、Thysanophylloides、Yuanophyllum3個帶分別相當于巖關階、大塘階黃金組、大塘階寺門組和羅城組(表1)。

圖4 桂林興安下石炭統黃金組野外照片Fig.4 Field photographs of Lower Carboniferous Huangjin Formation in Xing′an County,Guilina—深灰色灰巖夾硅質團塊; b—菊石化石

從桂北興安拓村剖面看,出現的大量Kueichouphyllum和Auloclisia,還有不少Heterocaninia、Neoclisiophyllum、Arachnolasma等珊瑚化石大致可以與貴州威寧下石炭統的鴨子塘組[16](表1)相對比,在珊瑚化石帶上應當與貴州的Kueichouphyllumsinense-Auloclisia珊瑚組合一致。但無論在其上部或者底部石灰巖的位置卻找不到復體的Thysanophyllum和Diphyphyllum珊瑚。大量出現的化石幾乎皆為單體珊瑚,復體珊瑚罕見。

從腕足動物化石看,腕足類Vitiliproductusgr?beri、Athyrisyazitangensis、Pugilishunanensis、Delepinea以及Plicochonetes也是威寧鴨子塘組常見的化石。

從這兩類化石的種屬來看,本次工作所測的拓村剖面地層基本上與貴州威寧鴨子塘組相當。 也就是說,此段地層從化石上看應該屬于黃金組,而且是上部。 因為其以Kueichouphyllum和Auloclisia為特點,又含Pugilishunanensis和Vitiliproductusgr?beri以及Echinoconchus,但沒有貴州獨山地區同期地層中常見的Thysanophyllum。 因為Thysanophyllum是復體珊瑚,在純灰巖中才會有。 而興安拓村剖面黃金組則以泥灰巖及頁巖為主,巖相上不利于Thysanophyllum和Diphyphyllum的生長。 在GS1可能會有,但此灰巖有不少硅質團塊(圖4a),僅有少量珊瑚和腕足。 GS2和GS3主要是泥質灰巖、泥灰巖為主,含泥量太大,更不利于群體珊瑚生長。 在GS4,則出現有Gigantoproductus,也還有少量珊瑚,應該是接近黃金組的頂部,靠近寺門組的層位,《廣西的石炭系》[11]中提出的Gigantoproductus延限帶。 實際上,從黃金組的末期已經開始有Gigantoproductus了,它還能與Kueichouphyllum和Auloclisia共生,但數量不太多,到寺門組才大量出現。

吳望始等[16]在討論貴州威寧石炭紀和早二疊世早期的生物群落時,提到了Gigantoproductus-Kueichouphyllum群落,認為鴨子塘組頂部到十里鋪組(表1)是一個過渡群落,這與興安拓村剖面的情況一致。黃金組的頂部與寺門組之間,存在著同一類型的腕足和珊瑚群落。吳望始等[16]在介紹Kueichouphyllumsinense-Auloclisia組合時提到，“值得指出的是無論在黔南、桂北或湘中,歸習組,黃金組或石蹬子組中的珊瑚,屬種都是很少的,標本數量不多。它們為Thysanophyllum,Diphyphyllum和Kueichouphyllum等,其他有少量的Arachnolasma的代表?！惫饢|北地區在黃金組晚期泥灰巖增加,含泥量增加,珊瑚,尤其是單體珊瑚,相當豐富,個體也很多,而Thysanophyllum和Diphyphyllum則很少出現,這與地區性的水體深度和巖相有關。但在同一層位中,還有相當數量的三葉蟲和小型菊石(圖4b)以及棘皮動物,桂東北地區好幾個地方都在這個層位見到海膽,例如李鳳麟等[1]的LovenechinusgunyiiLi,He et Zhang,NeolovenechinusguangxiensisHe et Li,這表明黃金組上部的巖相比較適合多種海生無脊椎動物的生存,應作深入研究。

4 結 論

(1)桂林興安拓村黃金組上部以灰巖、泥質灰巖為主,向上漸變為泥灰巖、泥巖和頁巖互層,含豐富的珊瑚和腕足類化石,同時含有少量三葉蟲、菊石、海百合莖等化石,反映了淺海沉積環境。

(2)依據所發現的珊瑚和腕足類化石,興安拓村黃金組上部可與貴州獨山地區鴨子塘組相對比，但拓村剖面并未出現Thysanophyllum,可能與興安地區早石炭世水體含泥量較高有關。