新疆東準(zhǔn)卡拉麥里碰撞帶南緣志留－泥盆系生物地層研究新進(jìn)展＊

蔡雄飛，王富明，廖群安，樊光明

（1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074）（2 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，成都 610213）

新疆東準(zhǔn)卡拉麥里碰撞帶是國(guó)內(nèi)重大基礎(chǔ)理論研究的熱點(diǎn)之一，尤其對(duì)碰撞帶時(shí)限問(wèn)題存在不同觀點(diǎn)［1－5］。盡管長(zhǎng)期以來(lái)該地區(qū)一直存在“構(gòu)造熱”，但是對(duì)地層的研究卻十分滯后，尤其對(duì)志留－泥盆系地層研究更少，對(duì)泥盆系地層的研究更是從未涉及。卡拉麥里碰撞帶南緣志留系中－上統(tǒng)由白山包組組成，志留系上統(tǒng)由老溝組（新建）組成，泥盆系下統(tǒng)由紅柳溝組組成，泥盆系下－中統(tǒng)由卡拉麥里組組成，泥盆系上統(tǒng)由克安庫(kù)都克組組成。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）新疆隊(duì)通過(guò)三年多系統(tǒng)的野外地質(zhì)工作，按照“有所為、有所不為”的原則，在卡拉麥里碰撞帶西部以涉及大區(qū)域重大基礎(chǔ)理論的古生界為重點(diǎn)，尤其在志留－泥盆系等地層的年代學(xué)、生物地層學(xué)等多方面取得了重大突破，獲得了一系列新認(rèn)識(shí)。按照國(guó)際地層表（2013）志留系四分劃分原則，建立了碰撞帶南緣志留紀(jì)、泥盆紀(jì)年代學(xué)地層序列，為東準(zhǔn)噶爾卡拉麥里碰撞帶的演化及該碰撞帶時(shí)限問(wèn)題的研究提供重要參考。

1 研究概況

對(duì)卡拉麥里碰撞帶南緣志留－泥盆系地層的研究十分薄弱，僅有新疆地質(zhì)局綜合研究隊(duì)（1966）白山包組進(jìn)行過(guò)較詳細(xì)的研究。白山包組由1966年新疆地質(zhì)局綜合研究隊(duì)命名，命名剖面位于卡拉麥里地區(qū)平頂山南麓，時(shí)代含義為S－D［6］1。1977年地科院地礦所與新疆地質(zhì)局區(qū)調(diào)大隊(duì)組成的地層分隊(duì)在原剖面采到圖瓦貝（Tuvaella）化石，將時(shí)代改為中志留世。在年代地層上很多學(xué)者認(rèn)為白山包組應(yīng)以產(chǎn)出大量大型圖瓦貝（Tuvaellagigantea Tschernyschew）化石為特征，白山包組在生物地層上應(yīng)以圖瓦貝（Tuvaella）的出現(xiàn)、繁盛和消失為特征［7－11］。林寶玉（1984）［12］對(duì)中國(guó)志留系進(jìn)行總結(jié)，指出產(chǎn)圖瓦貝動(dòng)物群（TuvaellaBiota）地層時(shí)代為中志留世－下志留世早期（表1）。

一直以來(lái)，紅柳溝組的研究程度也不高，新疆巖石地層（1999）［6］認(rèn)為其時(shí)代為晚志留世至早泥盆世（表2）。

泥盆統(tǒng)卡拉麥里組一直是碰撞帶南緣泥盆系和濱、淺海沉積環(huán)境的代名詞，該組長(zhǎng)期以來(lái)橫跨泥盆紀(jì)內(nèi)部三個(gè)世，代表泥盆系沉積是極不合理的（表3）［13］。位于卡拉麥里組上部的上泥盆統(tǒng)克安庫(kù)都克組在本區(qū)幾乎無(wú)人研究，有關(guān)陸相磨拉石沉積也未見(jiàn)報(bào)道。

表1 白山包組劃分沿革Table 1 Division history of Baishanbao Formation

表2 紅柳溝組劃分沿革Table 2 Division history of Hongliugou Formation

表3 卡拉麥里組劃分沿革表Table 3 Division history of Kalamaili Formation

2 志留系生物地層研究新進(jìn)展

2．1 中－上志留統(tǒng)白山包組生物群特征

中－上志留統(tǒng)白山包組古生物化石主要為腕足類(lèi)，其次為雙殼類(lèi)和腹足類(lèi)。

第一段產(chǎn)小個(gè)體腕足，有薄扭貝（Leptostrophiasp．），奧氏克山小謊貝（MendacellaoshikeshanensisZhang），布克塞爾“納里夫金貝”（“Nalivkinia”hoboksarensisZhang） ，圓凸形雷氏貝（ResserellaobicularisZhang），準(zhǔn)雙分貝（Meristinasp．），巴里坤準(zhǔn)雙分貝（MeristinabarkolensisZhang），原始戟貝（Protochonetessp．），等正形貝（Isorthissp．）和扭圖瓦貝（Tuvaestrophiasp．）（圖1）。

第二段腕足類(lèi)豐富，產(chǎn)以圖瓦貝（Tuvaella）為代表的組合，主要有大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew），貴州薄扭貝（相似種）（Leptostrophiacf．guizhouensisRong et al．），近平無(wú)洞貝（相似種）（Atrypacf．depressaZhang），等正形貝（Isorthissp．），薄扭貝（Leptostrophiasp．），小型薄扭貝（相似種）（Leptostrophiacf．minorRong et al．），沙爾布爾提等正形貝（相似種）（Isorthiscf．sarburtensisZhang），原始戟貝（Protochonetessp．），曲齒蚶（Cyrtodontasp．），沙爾布爾提柔無(wú)洞貝（LissatrypasarburlensisZhang），）褶準(zhǔn)無(wú)窗貝（相似種）（Athyrisinacf．plicata（Mansuy）），安嘎西蓋嘴貝（StegerhynchusangaciensisTschernyschew），腹足類(lèi)始切口螺（Eotomariasp．），蓋嘴貝（Stegerhynchussp．）以及和布克塞爾準(zhǔn)攜螺貝（SpirigerinahoboksarensisZhang）等（圖2－1～圖2－5）。

圖2 白山包組第二段和第三段生物群面貌特征Fig．2 Biota visages of the second and third sections of the Baishanbao Formation

第三段圖瓦貝（Tuvaella）組合特征明顯，主要有大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew），扁平薄皺貝（Leptaenacf．depressa（Sowerby）），等正形貝（Isorthissp．），和布克塞爾準(zhǔn)攜螺貝（Spirigerinacf．hoboksarensisZhang），褶準(zhǔn)無(wú)窗貝（相似種）（Athyrisinacf．plicata（Mansuy）），拉氏圖瓦貝（TuvaellarackovskiiTschernyschew），塔斯塔貝（Tastariasp．），新疆高面石燕（TannuspiriferxinjiangensisZhang），宜城塔斯塔貝（相似種）（Tastariacf．yichengensisWang），沙爾布爾提等正形貝（相似種）（Isorthiscf．sarburtensisZhang），原始戟貝（Protochonetessp．）（圖2－6～圖2－10）。

通過(guò)對(duì)比以上生物群組合面貌，發(fā)現(xiàn)該區(qū)白山包組各段古生物雖以殼相生物為主要特征，且門(mén)類(lèi)比較單調(diào)，但各段生物群組合具有明顯差異。

第一段以扭圖瓦貝（Tuvaestrophiasp．）出現(xiàn)為開(kāi)始，腕足類(lèi)組合主要以準(zhǔn)雙分貝（Meristinasp．）為主，也出現(xiàn)薄扭貝（Leptostrophiasp．），奧氏克山小謊貝（MendacellaoshikeshanensisZhang），和布克塞爾“納里夫金貝”（“Nalivkinia”hoboksarensisZhang），圓凸形雷氏貝（ResserellaobicularisZhang），原始戟貝（Protochonetessp．）和等正形貝（Isorthissp．）。因此，可稱(chēng)為扭圖瓦貝（Tuvaestrophiasp．）－薄扭貝（Leptostrophiasp．）－原始戟貝（Protochonetessp．）生物群組合。

第二段以大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）的繁盛為特征，出現(xiàn)的腕足類(lèi)組合主要為近平無(wú)洞貝（相似種）（Atrypacf．depressaZhang）、褶準(zhǔn)無(wú)窗貝（相似種）（Athyrisinacf．plicata（Mansuy））和蓋嘴貝（Stegerhynchussp．）等，其它與第一段相似。但需要指出，除大量腕足類(lèi)之外，還出現(xiàn)雙殼類(lèi)羽海扇（Pterinopectensp．）、腹足類(lèi)曲齒蚶（Cyrtodontasp．）以及和布克塞爾準(zhǔn)攜螺貝（SpirigerinahoboksarensisZhang）等。因此，可稱(chēng)為大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）－近平無(wú)洞貝（相似種）（Atrypacf．depressaZhang）－蓋嘴貝（Stegerhynchussp．）生物群組合。

第三段除了由大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏圖瓦貝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）共生外，還出現(xiàn)扁平薄皺貝（Leptaenacf．depressa（Sowerby））、塔斯塔貝（Tastariasp．），新疆高面石燕（Tannuspirifer xinjiangensisZhang）等。因此，可稱(chēng)為大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）－拉氏圖瓦貝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）－扁平薄皺貝（Leptaenacf．depressa）－新疆高面石燕（TannuspiriferxinjiangensisZhang）生物群組合。

綜上認(rèn)為，白山包組各段生物群組合具有不同的生物群組合，尤其是圖瓦貝（Tuvaella），在上部出現(xiàn)鼎盛，以大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏圖瓦貝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）共生為特征。大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏圖瓦貝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）是圖瓦貝動(dòng)物群的典型代表，分布于圖瓦貝生物地理區(qū)域的俄羅斯境內(nèi)的阿爾泰、圖瓦、遠(yuǎn)東地區(qū)、蒙古西部及我國(guó)東北和內(nèi)蒙古等地。關(guān)于圖瓦貝（Tuvaella）的時(shí)代，有學(xué)者認(rèn)為其時(shí)代為中志留世［11］，也有學(xué)者認(rèn)為屬于中志留世－晚志留世早期［12］。筆者經(jīng)過(guò)精細(xì)的生物地層、巖石地層等多方面工作，在該剖面上獲得對(duì)圖瓦貝動(dòng)物群地質(zhì)時(shí)代連續(xù)演化的序列。從白山包組第一段看，始終未出現(xiàn)圖瓦貝（Tuvaellasp．），而是以扭圖瓦貝（Tuvaestrophiasp．）出現(xiàn)為開(kāi)始，第二段以大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）出現(xiàn)為特點(diǎn)，第三段以大型圖瓦貝（TuvaellagiganteaTschernyschew）和拉氏圖瓦貝（TuvaellarackovskiiTschernyschew）先后出現(xiàn)為特征，即拉氏圖瓦貝 （TuvaellarackovskiiTschernyschew）在本剖面處于圖瓦貝（Tuvaellasp．）演化的頂峰。而老溝組圖瓦貝（Tuvaellasp．）迅速消失。與第二段相比，第三段圖瓦貝（Tuvaellasp．）比第二段的圖瓦貝（Tuvaellasp．）繁盛，幾乎每層都可見(jiàn)之。

此外，在圖瓦貝（Tuvaellasp．）組合帶里有很多共生分子，雖然多是地方性分子，不足以大范圍對(duì)比，但根據(jù)地質(zhì)歷程，其明顯可劃分為兩類(lèi)：一類(lèi)地質(zhì)時(shí)間較長(zhǎng)，可延伸到下、中泥盆世；另一類(lèi)地質(zhì)時(shí)間較短，限于志留世，如新疆高面石燕（TannuspiriferxinjiangensisZhang）、蓋嘴貝（Tegerhynchus）等，它們一般從中志留世出現(xiàn)可以延伸到上志留世早期，個(gè)別蓋嘴貝（Tegerhynchus）可到上志留世中期。

根據(jù)剖面生物組合帶劃分，從圖瓦貝（Tuvaellasp．）縱向演化特征和一些重要組合分子共生特征上看，圖瓦貝（Tuvaellasp．）動(dòng)物群始現(xiàn)中志留世，不排除延伸到上志留世早、中期的可能，一些重要成員可延伸到上志留世早、中期。

2．2 上志留統(tǒng)老溝組生物群特征

上志留統(tǒng)老溝組以圖瓦貝（Tuvaellasp．）消失，出現(xiàn)中、晚志留世常見(jiàn)的小鴿小無(wú)洞貝（相似種）（Atrypellacf．columbellaBarrande），單褶準(zhǔn)無(wú)窗貝（相似種）（Athyrisinacf．uniplicataGrabau），安嘎西蓋嘴貝（StegerhynchusangaciensisTschernyschew）等分子為特征。因此，生物群組合為小鴿無(wú)洞貝（Atrypellacf．columbellaBarrande）－單褶準(zhǔn)無(wú)窗貝（Athyrisinacf．uniplicataGrabau）－安嘎西蓋嘴貝（StegerhynchusangaciensisTschernyschew），時(shí)代為上志留世（圖3）。

圖3 老溝組主要腕足類(lèi)化石生物群面貌Fig．3 Biota visages of brachiopod fossils of the Laogou Formation

3 泥盆系生物地層研究新進(jìn)展

3．1 頂志留統(tǒng)、下泥盆統(tǒng)紅柳溝組生物地層特征

志留系頂統(tǒng)、泥盆系下統(tǒng)紅柳溝組以產(chǎn)珊瑚和放射蟲(chóng)為特征。珊瑚主要產(chǎn)在第二段，有肥厚灌木孔珊瑚（Steatothamnoporasp．）、溝孔珊瑚（Striatoporasp．）、擬灌木孔珊瑚（Parathamnoporasp．）和放射蟲(chóng)。第一段和第三段以放射蟲(chóng)為主（圖4）。第二段可稱(chēng)為肥厚灌木孔珊瑚（Steatothamnoporasp．）－溝孔珊瑚（Striatoporasp．）－擬灌木孔珊瑚（Parathamnoporasp．）組合帶，具濃厚的下泥盆統(tǒng)珊瑚色彩。在新疆地區(qū)一直將其作為上志留統(tǒng)－下泥盆統(tǒng)的沉積，本文暫作為頂志留統(tǒng)－下泥盆統(tǒng)的沉積。

圖4 紅柳溝組生物群面貌Fig．4 Biota visages of the Hongliugou Formation

3．2 下－中泥盆統(tǒng)卡拉麥里組生物地層特征

下－中泥盆統(tǒng)卡拉麥里組雖然生物化石稀少，尤其是第一段幾乎不產(chǎn)化石，但在夾層細(xì)碎屑巖系中發(fā)育不少微體放射蟲(chóng)化石。第二段在細(xì)碎屑巖系中發(fā)育大量灰?guī)r透鏡體，采獲不少珊瑚、腕足和海百合莖化石。本項(xiàng)目采獲的珊瑚化石有雙錐珊瑚（未定種）（Diplochonesp．）和腸狀珊瑚（未定種）（Enterolasmasp．）等。腕足類(lèi)化石有中華薄腔貝（相似種）（Leptocoeliacf．sinicaSu）（圖5－1）和海百合莖等，其中中華薄腔貝（相似種）（Leptocoeliacf．sinicaSu）和腸狀珊瑚（未定種）（Enterolasmasp．）為早泥盆世的代表分子，而雙錐珊瑚（未定種）（Diplochonesp．）僅出現(xiàn)在中泥盆世，因此該組時(shí)代定為早－中泥盆世。

我們認(rèn)為，盡管第一段產(chǎn)豐富的微體放射蟲(chóng)化石，但由于發(fā)生過(guò)較強(qiáng)重結(jié)晶作用，導(dǎo)致這些微體放射蟲(chóng)化石多為球狀，鑒定其時(shí)代十分困難。第二段生物化石主要集中在灰?guī)r透鏡體中，生物群面貌以珊瑚、腕足、海百合莖等組合為特點(diǎn)，說(shuō)明當(dāng)時(shí)的水體明顯變淺，生物群具濃厚的下、中泥盆世特色。因此，卡拉麥里組從生物組合看，其應(yīng)為早－中泥盆世沉積的產(chǎn)物。

3．3 上泥盆統(tǒng)克安庫(kù)都克組生物地層特征

上泥盆統(tǒng)克安庫(kù)都克組巖性以礫、砂質(zhì)韻律組成的礫巖夾粗－中砂巖為主體，化石稀少，克安庫(kù)都克組第一段采獲古植物先鱗木（未定種）（Prelepidondronsp．）（圖6），時(shí)代主要為晚泥盆世。因此，我們認(rèn)為該區(qū)的克安庫(kù)都克組應(yīng)為晚泥盆世的沉積產(chǎn)物。

圖5 卡拉麥里組生物群組合面貌Fig．5 Biota visages of the Kalamaili Formation

圖6 克安庫(kù)都克組第一段采獲的先鱗木（未定種）Fig．6 Prelepidondronsp．discovered in the first section of Keankuduke Formation

4 時(shí)代建立及研究意義

4．1 時(shí)代建立

對(duì)卡拉麥里碰撞帶南緣的志留－泥盆系地層進(jìn)行重新理順（表4），認(rèn)為原定于中志留世的白山包組應(yīng)重新解體：下、中部為白山包組，上部應(yīng)為“老溝組”。解體后的白山包組應(yīng)為中志留世－晚志留世早－中期，老溝組為晚志留世地層。

早泥盆世由原跨晚志留世晚期－早泥盆世的紅柳溝組組成，根據(jù)珊瑚動(dòng)物群組合特征，重新厘定為頂志留統(tǒng)－早泥盆統(tǒng)。其上的卡拉麥里組多年來(lái)一直代表整個(gè)泥盆統(tǒng)，根據(jù)珊瑚動(dòng)物群結(jié)合下部碎屑鋯石定年（386 Ma）可確定為下－中泥盆統(tǒng)。晚泥盆世克安庫(kù)都克組磨拉石沉積類(lèi)型以往都放在下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組，本此研究根據(jù)植物先鱗木（Prelepidondronsp．）重新厘定為上泥盆統(tǒng)。

表4 卡拉麥里碰撞帶南緣志留－泥盆系地層序列Table 4 Silurian－Devonian stratigraphic sequences in the southern margin of Kalamaili collision zone

續(xù)表

4．2 研究意義

新建立的卡拉麥里碰撞帶南緣的志留－泥盆系地層序列，對(duì)碰撞帶構(gòu)造演化階段進(jìn)行了約束。中－上志留世早－中期到泥盆紀(jì)早－中期始終為海進(jìn)序列。中－上志留世早－中期本區(qū)由“風(fēng)暴?！鞭D(zhuǎn)為晚志留世晚期“動(dòng)蕩?！?，泥盆紀(jì)早期至下－中期下部斜坡形成，表明下、中泥盆統(tǒng)卡拉麥里組“洋盆體系”并沒(méi)有消失。晚泥盆世克安庫(kù)都克組磨拉石沉積類(lèi)型出現(xiàn)，是洋盆關(guān)閉的標(biāo)志［14］，這一研究成果對(duì)卡拉麥里洋盆的閉合時(shí)間進(jìn)行了限定［13］。早石炭世初期東準(zhǔn)噶爾地區(qū)隨后進(jìn)入后碰撞演化階段［15］。卡拉麥里碰撞帶南緣的志留－泥盆系地層序列的建立，為該區(qū)碰撞演化階段注入了新的研究?jī)?nèi)容，填補(bǔ)了泥盆紀(jì)演化階段的空白，為晚泥盆世洋盆關(guān)閉提供了年代學(xué)和沉積學(xué)依據(jù)。

致謝：本文腕足類(lèi)化石由吳順寶、何衛(wèi)紅教授鑒定，珊瑚化石由李志明教授鑒定，植物化石由黃其勝教授鑒定，在此表示感謝！

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