Subdivision and age of the Silurian fish-bearing Kuanti Formation in Qujing, Yunnan Province

CAI Jia-Chen ZHAO Wen-Jin* ZHU Min

(1 Key Laboratory of Vertebrate Evolution and Human Origins of Chinese Academy of Sciences, Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Chinese Academy of Sciences Beijing 100044)

(2 CAS Center for Excellence in Life and Paleoenvironment Beijing 100044)

(3 University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 * Corresponding author: zhaowenjin@ivpp.ac.cn)

Abstract The continuous Silurian strata are well developed and exposed with abundant fossils in Qujing Area of Yunnan Province, which makes Qujing as one of ideal areas in China for the research of Silurian stratigraphy and paleontology for a long time. The Kuanti Formation has become the focus of attention for early vertebrate researchers in the world, since tremendous amount of fossil fishes were found in the formation exposed in the surrounding areas of Qujing in 2007, which eventually led to the discovery and establishment of the Xiaoxiang Vertebrate Fauna in 2009. However, the stratigraphic subdivision, correlation and the geological age of the Kuanti Formation in Qujing still remain contentious, although many biostratigraphic and lithostratigraphic attempts have been made since the formation was named in 1914. Based on the detailed field geological investigation in recent years in the surrounding areas of Xiaoxiang Reservoir and the measured data of one continuous section (Shangtielu-Dongpo Section),together with many previous paleontological and stratigraphic works, this paper redefines the Kuanti Formation containing abundant Silurian fishes in Qujing Area and further discusses its geological age. According to the main lithological changes and paleontological characteristics, the Yuejiashan Formation which was separated by some researchers from the lower part of the Kuanti Formation is abandoned here. In the paper, the redefined Kuanti Formation can be subdivided into four members in ascending order. Member I (Yuejiashan Member) is characterised by yellowgreen and gray-green shales intercalated with thin-bedded fine sandstones or siltstones and several thin-bedded fine-grained conglomerates bearing fragments of fossil fishes in its lower and middle parts. Member II (Chongjiawan Member) is represented by gray-green and purple-red shales,intercalated with light grey middle- to thin-bedded or lenticular limestones or bioclastic limestones containing many brachiopod fossils. Member III (Cailian Member) is dominated by purple-red and gray-green silty and calcareous mudstones or marls intercalated with minor purple-red or yellow-green shales or siltstones, containing brachiopods, fossil fishes and stout tubular trace fossils. A set of middle-thick-bedded fine sandstone with small thickness is usually developed in the bottom of the member, which becomes the obvious marker of the boundary between Member III and Member II. Member IV (Dongpo Member) is composed of gray-green and yellow-green mudstones and shales intercalated with thin-bedded or lenticular argillaceous limestones and marlites. Abundant fossil fishes of the Xiaoxiang Vertebrate Fauna were found in the argillaceous limestones in the lower part, and coral fossils in the upper part. Mainly based on the records of fossil fishes, conodonts and other paleontological data, the age of Member III to Member IV of the Kuanti Formation, containing the main fish-bearing strata of the Xiaoxiang Vertebrate Fauna and conodont Ozarkodina crispa, should be assigned to the Ludfordian Stage of the Ludlow,and Member I to Member II can be referred to the Gorstian Stage of the Ludlow, Silurian. Based on the current stratigraphic data, the possibility of its bottom extending down to Wenlock is not excluded.

Key words Qujing, Yunnan; Ludlow, Silurian; Kuanti Formation

云南曲靖地區(qū)的志留系特別發(fā)育，且出露較好、化石豐富，是我國研究志留系較為理想的地區(qū)之一(方潤森等，1985)。1914年，丁文江最早開展了曲靖地區(qū)志留系的野外地質(zhì)調(diào)查工作，其研究成果發(fā)表于1937年(Ting and Wang, 1937)。此后70年來眾多研究者對本區(qū)志留紀地層及其中所含的腕足類、珊瑚、三葉蟲、介形蟲、牙形類、早期脊椎動物等做了大量的研究(Wang, 1944, 1947; Sun and Wang, 1946; Yin, 1949; 伍鴻基，1977; 戎嘉余、楊學長，1978, 1981; 葛治洲等，1979; 王鈺等，1980; 王成源，1980,1981, 1998, 2001; 陳均遠等，1981; 方潤森等，1985; 潘江，1986; Pan and Dineley, 1988;丁春鳴，1988; Walliser and Wang, 1989; 王念忠、董致中，1989; 王尚啟等，1992; 曹仁關(guān)，1994; Geng et al., 1997; Zhu and Schutlze, 1997; 何心一、陳建強，2004), 取得了一系列的科研成果和進展，為本區(qū)志留系各巖石地層單位地質(zhì)時代的確定以及洲際間地層對比提供了比較可靠的古生物學依據(jù)(戎嘉余、陳旭，1990)。然而曲靖地區(qū)的關(guān)底組自1937年正式命名以來，其劃分方案及地質(zhì)時代歸屬等地層學問題至今仍存有較大爭議。

2007年以來，我們主要圍繞志留紀魚類化石的發(fā)現(xiàn)與發(fā)掘，在曲靖地區(qū)尤其是志留系發(fā)育較好的瀟湘水庫周邊開展了大量的地質(zhì)考察工作，不僅在志留紀魚類化石的發(fā)現(xiàn)與研究中取得了系列重要進展，而且在志留紀含魚化石海相地層特別是關(guān)底組的時空分布、劃分與對比等方面取得了一些新認知。前人曾報道在曲靖地區(qū)關(guān)底組中發(fā)現(xiàn)了盾皮魚類大化石(潘江，1986; Pan and Dineley, 1988)以及少量的魚類微體化石(王念忠、董致中，1989), 不過這些盾皮魚類大化石迄今仍未被描述。在近10余年的野外發(fā)掘工作中，我們在關(guān)底組中發(fā)現(xiàn)了數(shù)個魚類大化石層位，其中除盾皮魚類以外，還有一些盔甲魚類、早期硬骨魚類等材料。這些瀟湘脊椎動物群魚化石的發(fā)現(xiàn)，不僅豐富了我國古生代中期特別是志留紀的魚群面貌，為深入探討魚類的系統(tǒng)演化如有頜類的早期演化和硬骨魚類的起源等提供了重要的化石實證(Zhu et al., 2009, 2012, 2013, 2016; Choo et al.,2014, 2017), 還為含豐富魚化石的關(guān)底組劃分與對比以及時代歸屬等地層學問題提供了古魚類學方面的新證據(jù)。

本文結(jié)合近年來在瀟湘水庫周邊地區(qū)詳細的野外地質(zhì)考察以及一條連續(xù)剖面(上鐵路-東坡剖面)的實測資料，并在前人古生物學研究與地層學劃分對比工作的基礎(chǔ)上，主要依據(jù)巖性變化及古生物化石特征，對曲靖地區(qū)含豐富志留紀魚化石的關(guān)底組重新進行了厘定與劃分，并對其地質(zhì)時代開展了深入討論。

1 剖面描述

位于瀟湘水庫西側(cè)的上鐵路-東坡剖面(圖1A)志留系出露完好，古生物化石特別是腕足類、珊瑚及魚類化石相當豐富，我們曾于2007年踏勘了此剖面，2017和2019年分兩次實測了該剖面(圖1B), 剖面詳細描述如下。

圖1 曲靖周邊上鐵路-東坡志留系關(guān)底組實測剖面及剖面位置Fig .1 The measured Shangtielu-Dongpo Section (A) of the Silurian Kuanti Formation around Qujing and its locality (B)

妙高組：

31. 淺灰色瘤狀灰?guī)r與黃綠色頁巖互層，含腕足類、雙殼類、腹足類、珊瑚等。未見頂

整合

關(guān)底組(881.92 m):關(guān)底組IV段(356.04 m)

30. 黃綠色頁巖夾灰黃色灰?guī)r、灰黑色泥灰?guī)r薄層或透鏡體，頂部灰?guī)r或泥灰?guī)r中含疊層石、珊瑚等，底部灰?guī)r、泥灰?guī)r薄層或透鏡體中含大量生物碎屑 84.12 m

29. 淺灰色、褐黃色泥灰?guī)r夾淺灰色灰?guī)r薄層或透鏡體，頂部夾少量灰黑色鈣質(zhì)頁巖，底部夾少量黃綠色頁巖 38.71 m

28. 土黃色粉砂質(zhì)頁巖夾薄層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r 9.71 m

27. 土黃色頁巖夾灰白色頁巖 54.08 m

26. 黃綠色頁巖，底部夾少量同色鈣質(zhì)泥巖 46.23 m

25. 黃綠色頁巖夾灰?guī)r或泥灰?guī)r透鏡體 7.40 m

24. 黃綠色粉砂質(zhì)頁巖，底部夾極少量肉紅色粉砂質(zhì)頁巖 63.94 m

23. 黃綠色粉砂質(zhì)頁巖與青灰色粉砂質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r互層，夾少量黃綠色頁巖，頂部夾中薄層黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖。本層上部及下部泥質(zhì)灰?guī)r中均含少量Lingulasp.和豐富魚化石，是瀟湘脊椎動物群產(chǎn)出的主要層位 11.87 m

22. 上部為黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖夾黃綠色粉砂質(zhì)頁巖，局部夾灰?guī)r團塊、薄層灰?guī)r條帶或灰?guī)r透鏡體，并含少量Lingulasp.和魚化石；下部為黃綠色粉砂質(zhì)頁巖或粉砂質(zhì)鈣質(zhì)頁巖夾同色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖及灰?guī)r透鏡體或薄層生物碎屑灰?guī)r，灰?guī)r中含豐富腕足類化石 39.98 m

關(guān)底組III段(203.95 m)

21. 黃綠色粉砂質(zhì)頁巖夾紫紅色及雜色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖，局部夾淺灰色瘤狀灰?guī)r薄層或透鏡體。黃綠色、紫紅色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖含Lingulasp., 雜色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖距本層底18.49 m處含盾皮魚骨片、距本層底50.82 m處含魚類鱗片化石 53.86 m

20. 黃綠色或灰綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖與黃綠色粉砂質(zhì)頁巖互層，夾雜色(紫紅色與黃綠色為主)粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖、灰?guī)r透鏡體或瘤狀灰?guī)r薄層。黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖中含大蟲管和腹足類化石，雜色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖中含Lingulasp.和魚化石，4個主要含魚化石的層位距本層底分別為5.13, 21.33, 24.91和35.07 m 36.38 m

19. 紫紅色、灰紫色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖夾紫紅色粉砂質(zhì)頁巖、黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)頁巖或粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖。紫紅色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖中含小蟲管及Lingulasp., 距本層底50.48 m處黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖中含少量盾皮魚類化石 80.82 m

18. 土黃色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖與灰黃色泥灰?guī)r互層，普遍含大蟲管，泥灰?guī)r中含Lingulasp.和硬骨魚類骨片 7.22 m

17. 黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖夾紫紅色、黃綠色泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖。上部為黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)頁巖夾粉砂巖，頂部為淺黃色粉砂巖；中部為黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖，含少量Lingulasp.和魚化石；下部為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)鈣質(zhì)頁巖 16.45 m

16. 淺黃色中厚層狀細砂巖夾黃綠色粉砂質(zhì)頁巖、紫紅色頁巖。頂部為中厚層狀淺黃色細砂巖夾黃綠色粉砂質(zhì)頁巖，頁巖中具大蟲管；中部為紫紅色頁巖夾中薄層狀淺黃色細砂巖；下部為厚層狀淺黃色細砂巖 9.22 m

關(guān)底組II段(178.11 m)

15. 黃綠色、紫紅色頁巖互層，夾灰?guī)r、泥灰?guī)r薄層，頂部為淺黃色頁巖 56. 31 m

14. 紫紅色頁巖與黃綠色頁巖互層 21.22 m

13. 紫紅色頁巖與黃綠色頁巖互層，夾灰?guī)r、泥灰?guī)r薄層或透鏡體，含腕足類、海百合莖及珊瑚等化石 100.58 m

關(guān)底組I段(143.82 m)

12. 黃綠色頁巖、薄層狀黃綠色粉砂巖和土黃色細砂巖組成的韻律存在多個沉積旋回，向上粉砂巖、細砂巖減少，頂部夾褐色灰?guī)r薄層，含腕足類小萊采貝(Retziella uniplicata)等化石 12.32 m

11. 黃綠色粉砂質(zhì)頁巖，中上部因覆蓋未見原生露頭 16.27 m

10. 黃綠色鈣質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖與薄層狀土黃色細砂巖互層，中部細砂巖層面上波痕發(fā)育 11.24 m

9. 黃綠色、灰青色頁巖，中上部夾薄層狀土黃色細砂巖，頂部砂巖層減少，夾鈣質(zhì)粉砂巖及細砂巖透鏡體，含大量腕足類Retziella uniplicata等化石 39.66 m

8. 黃綠色頁巖夾薄層狀黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、黃褐色細砂巖，底部為一薄層泥巖，普遍含小蟲管和大量腕足類Retziella uniplicata等化石 15.11 m

7. 灰綠色、黃綠色頁巖與薄層狀細砂巖互層，底部夾一薄層細礫巖，頂部夾一層黃綠色細砂巖 15.57 m

6. 黃綠色頁巖與灰綠色頁巖互層，含腕足類Lingulasp.13.68 m

5. 灰綠色頁巖夾細礫巖薄層，細礫巖中含少量魚類微體化石，普遍含腕足類Retziella uniplicata等化石 7.47 m

4. 黃綠色頁巖夾土黃色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，含大量腕足類化石，底部含少量雙殼類化石 4.83 m

3. 土黃色、黃綠色含細礫粉砂質(zhì)泥巖夾灰白色、紫紅色含礫泥質(zhì)粉砂巖及土黃色細礫巖。上部為土黃色泥巖夾含細礫粉砂質(zhì)泥巖或細礫巖；中部為中薄層狀紫紅色或黃綠色粉砂質(zhì)泥巖，夾薄層狀黃綠色含細礫粉砂質(zhì)泥巖；下部為灰白色中層狀含細礫泥質(zhì)粉砂巖 7.67 m

平行不整合

龍王廟組：

2. 土黃色頁巖夾薄層狀灰白色細砂巖，底部為薄層狀淺黃色細砂巖 17.62 m

1. 土黃色頁巖，含三葉蟲化石 4.42 m

2 關(guān)底組的厘定

1914年，丁文江最早對曲靖地區(qū)發(fā)育的志留系開展了詳細的野外地質(zhì)調(diào)查工作，將之統(tǒng)稱為馬龍系，并劃分出關(guān)底組、妙高組和玉龍寺組三個巖石地層單位(Ting and Wang, 1937; 表1), 其中的關(guān)底組命名于滇東馬龍縣關(guān)底村至尋甸縣易隆之間，參考剖面位于曲靖城西南的岳家山，以紫紅、黃綠或灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖為主，夾細砂巖、泥灰?guī)r，即下砂巖層(Lower Sandstone), 與產(chǎn)豐富腕足類的中灰?guī)r層(Middle Limestone)即妙高組整合接觸。Sun and Wang (1946)曾推斷關(guān)底組與妙高組可與英國的Wenlock地層相對比，且依據(jù)其與上覆的玉龍寺組在巖相的橫向變化上存在明顯差異的特點，認為丁、王二氏所劃分出的關(guān)底組與妙高組兩個巖石地層單位似乎有些隨意，遂依據(jù)1942年實測的岳家山-妙高山剖面將關(guān)底組與妙高組合并成一個組，并命名為馬龍組?，F(xiàn)在看來，關(guān)底組與妙高組的巖相在橫向及縱向變化上亦表現(xiàn)得非常明顯，丁、王二氏(1937)較孫、王二氏(1946)的劃分方案更為可取。

1960年代起，眾多國內(nèi)學者先后對曲靖周邊出露的志留系開展了大量的古生物地層學方面的工作，關(guān)底組的定義與劃分也幾經(jīng)變化、爭議不斷(表1)。1964年云貴石油勘探處102隊將丁、王二氏定義的關(guān)底組下部非紅層的巖性段單獨劃分出來并命名為岳家大山群，該群隨后常被稱為岳家山組(林寶玉等，1984; 方潤森等，1985; 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990; 曹仁關(guān)，1994), 而其上部仍稱為關(guān)底組(方潤森等，1985), 這實際上縮小了關(guān)底組下限的最初定義范圍。1978年，云南省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量大隊在完成1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告“曲靖幅”時，對曲靖瀟湘水庫地區(qū)的志留系進行了實測，雖仍分為關(guān)底組、妙高組和玉龍寺組，但這些地層單位的涵義已發(fā)生一些變化(表1), 以瘤狀灰?guī)r的大量出現(xiàn)作為關(guān)底組與上覆妙高組的區(qū)分界線，實際上擴大了關(guān)底組上限的最初定義范圍，此種劃分方案得到了一些后期研究者的支持(葛治洲等，1979; 丁春鳴，1988; 云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1990; 林寶玉等，1998, 2017; 表1)。曹仁關(guān)(1994)曾根據(jù)巖性、化石和巖相等特征將曲靖地區(qū)的志留系重新進行了劃分，除玉龍寺組采納了原始定義外，妙高組及關(guān)底組均二分，分別包括妙高組、紅廟組與瀟湘組、岳家山組(表1), 此方案給曲靖周邊地區(qū)本就爭議不斷的志留系劃分進一步造成了困擾。黃冰等(2011)與周航行、黃冰(2018)在研究黔西赫章志留紀晚期小萊采貝動物群(RetziellaFauna)及曲靖地區(qū)志留紀無洞貝Atrypoidea foxiJones居群時，認為曲靖地區(qū)妙高組之下的地層從下到上的巖性特征相似、地質(zhì)時代相同，且腕足動物等無脊椎動物化石組合面貌無本質(zhì)差異，建議取消一些學者將其下部單獨劃分出岳家山組，并指出僅用關(guān)底組稱之的意見應更為合理，王成源(2013)及戎嘉余等(2019)均持此觀點(表1)。趙文金、朱敏(2014)則采納了林寶玉等(1984)將非紅層的關(guān)底組下部單獨劃分出來并稱之為岳家山組[林寶玉等(1998)又改稱岳家山段]的劃分意見(表1)。

表1 云南曲靖地區(qū)志留系劃分對比Table 1 The division and correlation of Silurian strata in Qujing, Yunnan

綜上所述，曲靖地區(qū)的志留系關(guān)底組自其命名以來，眾多國內(nèi)學者對其涵義的理解及劃分的具體方案并未獲得一致的意見，爭議的焦點表現(xiàn)在以下兩個方面：一是其下界的定義，是否將其下部單獨劃分出岳家山組并將關(guān)底組的下界定義在兩組的界線之間？二是其上界的定義，是以瘤狀灰?guī)r的大量出現(xiàn)作為關(guān)底組與上覆妙高組的區(qū)分界線，還是以中薄層灰?guī)r夾層或透鏡狀灰?guī)r的出現(xiàn)作為上覆地層妙高組的開始？

《中國地層指南及中國地層指南說明書》(2001)指出，組是巖石地層劃分的基本單位，是野外宏觀巖類或巖類組合相同、結(jié)構(gòu)類似、顏色相近、呈現(xiàn)整體巖性和變質(zhì)程度特征一致、空間上有一定延展性的地層體；組主要以地層的巖石特征和巖石類別作為劃分依據(jù)，通常不考慮時間、成因、氣候、環(huán)境或事件等因素；其巖石組合可由一種巖石構(gòu)成，或者以一種主要的巖石為主、夾有重復出現(xiàn)的夾層，或者由兩三種巖石互層構(gòu)成，還可能以很復雜的巖石組分或獨特的結(jié)構(gòu)所構(gòu)成并與其他比較單純的組相區(qū)別；組的界線應為清楚、穩(wěn)定的特殊巖性變化面或特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)造標志層為界線劃分。據(jù)此，在曲靖地區(qū)丁、王二氏(1937)、“曲靖幅” 1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(1978)、丁春鳴(1988)等志留系的三分方案至今仍有可取之處，將以海相碎屑巖為主并伏于以瘤狀灰?guī)r為主的妙高組之下的地層定義為關(guān)底組不僅符合《中國地層指南及中國地層指南說明書》(2001)的要求，而且在沿襲關(guān)底組歷史沿革的基礎(chǔ)上可以很好地解決目前有關(guān)其涵義的紛爭。

結(jié)合近年在曲靖瀟湘水庫周邊開展的大量野外地質(zhì)工作，并在眾多前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，筆者重新厘定了志留系關(guān)底組的涵義：以細碎屑巖為主的一套濱淺海相沉積，主要巖性以黃綠色、灰綠色、紫紅色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，夾泥灰?guī)r、灰?guī)r及細砂巖薄層，富含腕足類、珊瑚、雙殼類、介形蟲與魚類化石。本組在滇東地區(qū)廣泛出露，厚度變化較大，通常在230～930 m之間，其與下伏下寒武統(tǒng)龍王廟組或中寒武統(tǒng)雙龍?zhí)督M呈平行不整合接觸，與上覆妙高組連續(xù)沉積并以淺灰色瘤狀灰?guī)r的出現(xiàn)作為妙高組的開始。

3 關(guān)底組的劃分

重新厘定的關(guān)底組總體上代表了一套以濱淺海相紅色細碎屑巖為主的沉積，其上、下部分的巖性組合特征并不完全相同、存有一定的差別，筆者主要依據(jù)巖性變化特點進一步將關(guān)底組劃分成4段，由下往上依次如下。

3.1 關(guān)底組I段——岳家山段

本段巖性主要以灰綠色、黃綠色頁巖夾土黃色薄層狀細砂巖為主(圖2A), 其下部為黃綠色或土黃色(可能為風化色)頁巖夾灰綠色細礫巖或含細礫粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖薄層，靠近其頂部的礫石層中常含少量魚類微體化石；中部為黃綠色與灰綠色頁巖互層，夾土黃色細砂巖，普遍含大量腕足類化石，在上鐵路-東坡剖面東側(cè)崇家灣一帶出露的細砂巖中含少量盾皮魚類化石；上部為灰綠色頁巖、黃綠色粉砂巖及細砂巖互層，偶夾紫紅色頁巖，普遍含腕足類化石，細砂巖層面常發(fā)育波痕。紫紅色頁巖的大量出現(xiàn)作為其上關(guān)底組II段的開始。本段在上鐵路-東坡剖面上出露厚度為143.82 m, 與《云南省區(qū)域地質(zhì)志》(1990)所描述的瀟湘水庫剖面中的岳家山組(厚129.3 m)層位相當，因此本文中將關(guān)底組I段稱為岳家山段。

圖2 曲靖周邊上鐵路-東坡剖面的志留系關(guān)底組地層Fig. 2 The Silurian Kuanti Formation exposed in the Shangtielu-Dongpo Section around Qujing, Yunnan

3.2 關(guān)底組II段——崇家灣段

本段巖性以紫紅色和黃綠色頁巖互層為主，夾淺灰黑色灰?guī)r、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖薄層或透鏡體(圖2B), 含豐富腕足類以及少量海百合莖、珊瑚等化石。本段以紫紅色頁巖的大量出現(xiàn)以及常夾灰?guī)r、泥灰?guī)r薄層等巖性特征可與下伏岳家山段相區(qū)分。本段在崇家灣-上鐵路一帶以及瀟湘水庫大壩附近均有出露，在崇家灣村北最為發(fā)育，遂將此段稱為崇家灣段，在上鐵路-東坡剖面上本段地層出露厚度為178.11 m。

3.3 關(guān)底組III段——彩蓮段

本段巖性以紫紅色和黃綠色粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖為主，夾同色頁巖以及少量淺黃色細砂巖與淺灰黑色泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r薄層(圖2C), 含大蟲管以及腕足類、腹足類與魚化石。本段底部為中厚層淺黃色細砂巖夾紫紅色、黃綠色粉砂巖、頁巖薄層，由下向上砂巖層減薄、頁巖層增多，含大蟲管、Lingula和少量魚化石；下部為黃綠色粉砂質(zhì)泥灰?guī)r夾紫紅色鈣質(zhì)泥巖、頁巖，泥灰?guī)r層中具大蟲管(圖2E)并含Lingula及魚骨片化石；中部為紫紅色鈣質(zhì)泥巖或泥灰?guī)r夾紫紅色、黃綠色頁巖、黃綠色鈣質(zhì)泥巖，向上紅層減少，以黃綠色或灰綠色為主，并夾少量灰?guī)r透鏡體或瘤狀灰?guī)r薄層，含大蟲管、腕足類、腹足類和魚化石(圖2F); 上部為黃綠色、淺黃綠色頁巖為主，夾紫紅色、灰紫色頁巖及黃綠色、紫紅色鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r和灰?guī)r透鏡體，含腕足類及魚化石。本段在曲靖市區(qū)西南瀟湘水庫周邊地區(qū)特別是彩蓮村南非常發(fā)育且化石豐富，因此在本文中將此段稱為彩蓮段。本段在上鐵路-東坡剖面上的地層出露厚度為203.95 m, 其底部的中層狀細砂巖可以作為與II段——崇家灣段相區(qū)分的良好標志層，而紅層的大量減少及至消失則可看作本段的結(jié)束。

3.4 關(guān)底組IV段——東坡段

本段巖性主要以黃綠色粉砂質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，夾淺灰色、灰黑色灰?guī)r條帶、灰?guī)r薄層或透鏡體(圖2D), 含腕足類、珊瑚以及魚化石。下部為黃綠色粉砂質(zhì)頁巖夾黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r薄層及泥質(zhì)灰?guī)r透鏡體，含腕足化石和魚化石；中部為黃綠色頁巖夾灰?guī)r、泥灰?guī)r薄層或透鏡體；頂部為黃綠色頁巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r透鏡體或薄層，含疊層石、珊瑚化石。本段在曲靖市區(qū)西南瀟湘水庫周邊地區(qū)特別是東坡村一帶非常發(fā)育且化石豐富，因此在本文中將此段稱為東坡段。本段地層與1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告“曲靖幅”中所定義的關(guān)底組上段、方潤森等(1985)所定義的妙高組下段一致。在上鐵路-東坡剖面上，本段地層出露厚度為356.04 m, 其下部泥灰?guī)r透鏡體是瀟湘脊椎動物群的主要產(chǎn)出層位。本段與下伏III段——彩蓮段可以紅色海相地層的消失以及灰?guī)r薄層、泥質(zhì)灰?guī)r透鏡體的出現(xiàn)作為很好的區(qū)分標志，而其頂則可以大量瘤狀灰?guī)r的出現(xiàn)作為本段的結(jié)束、上覆妙高組的開始。

4 關(guān)底組的魚化石及其產(chǎn)出層位

曲靖周邊地區(qū)的志留系關(guān)底組十分發(fā)育、古生物化石豐富，除含豐富的腕足類、珊瑚、雙殼類、介形蟲、牙形類等無脊椎動物化石以外，脊椎動物化石也相當豐富，以盔甲魚類、盾皮魚類、棘魚類以及硬骨魚類為代表的瀟湘脊椎動物群的發(fā)現(xiàn)與建立使得曲靖地區(qū)的關(guān)底組成為全球古脊椎動物學家矚目的焦點。曲靖周邊地區(qū)已不僅在早泥盆世時期是魚類的天堂，而且在志留紀期間也成為魚類的故鄉(xiāng)。

曲靖周邊地區(qū)關(guān)底組魚化石的發(fā)現(xiàn)可追溯到1970年代。云南省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量大隊在完成1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告“曲靖幅”時，于1976年首先在大碌碑至呂興坡公路西側(cè)關(guān)底組底部薄層細礫巖(位于本文中關(guān)底組I段)中發(fā)現(xiàn)魚化石碎片，隨后分別在尋甸縣麥廠街東南關(guān)底組內(nèi)距底約30 m的黃綠色泥質(zhì)粉砂巖(位于本文中關(guān)底組I段)、瀟湘水庫大壩附近關(guān)底組中部(相當于本文中關(guān)底組III段)紫紅色鈣泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)現(xiàn)并采獲一些魚化石(云南省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量大隊，1978), 但可惜這批魚化石材料至今均未描述發(fā)表。潘江(1986)在“中國志留紀脊椎動物群的初步研究”一文中提及了采于尋甸縣麥廠街附近的盾皮魚類化石，并將其命名為“中華王氏魚”(“Wangolepis sinensis”) (圖3), 但迄今仍一直以裸名的方式在文獻中被提及，并未被詳細描述(趙文金、朱敏，2014)。

王念忠、董致中(1989)最早描述并報道了曲靖周邊志留系中的魚類微體化石，包括采自關(guān)底組III段——彩蓮段中的Thelodus sinensis和Naxilepis gracilis等(圖3)。其中的Thelodus sinensis經(jīng)重新觀察或者是盾皮魚類的外骨骼瘤點殘片，或者是棘魚類的鰭刺，而不是花鱗魚類(M?rss et al., 2007)。隨后，Wang (1993)曾提及了采自關(guān)底組上部(位于本文中關(guān)底組IV段下部)的一個軀甲保存較好的盾皮魚類，當時將之稱為闊背志留魚(Silurolepis platydorsalis) (圖3), 但直到2010年相關(guān)的形態(tài)學描述才完成(Zhang et al.,2010), 并在最近完成了更深入的研究工作(Zhu et al., 2019)。

2007年，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所早期脊椎動物研究團隊開始在曲靖周邊千余米厚的志留紀地層中開展詳盡的地質(zhì)考察與化石發(fā)掘，在關(guān)底組上部——IV段東坡段下部的青灰色泥灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)并采獲了大量的魚類化石材料。在這批早期脊椎動物化石中，既有大型的盾皮魚類，又有以胴甲魚類為代表的小型盾皮魚類，此外還包括大量原始的硬骨魚類、盔甲魚類等早期魚類類群，2009年隨著夢幻鬼魚(Guiyu oneiros)的研究報道將之稱為瀟湘脊椎動物群(Zhu et al., 2009), 隨后的研究又將其細分為以硬骨魚類、盾皮魚類、盔甲魚類等大化石為代表的揚子魚類組合和以棘魚類、硬骨魚類微體化石為主的紅廟魚類組合(Zhao and Zhu, 2010, 2014, 2015; 圖3)。迄今，關(guān)底組瀟湘脊椎動物群中已報道的魚類大化石主要包括：硬骨魚類夢幻鬼魚(Guiyu oneirosZhu et al., 2009)、鈍齒宏頜魚(Megamastax amblyodusChoo et al., 2014)、丁氏甲鱗魚(Sparalepis tingiChoo et al., 2017), 盾皮魚類初始全頜魚(Entelognathus primordialisZhu et al., 2013)、長吻麒麟魚(Qilinyu rostrataZhu et al., 2016)、闊背志留魚(Silurolepis platydorsalisZhang et al., 2010)、“中華王氏魚”(“Wangolepis sinensis” 潘江，1986), 以及盔甲魚類長孔盾魚(Dunyu longiforusZhu et al., 2012)。除“中華王氏魚”采自關(guān)底組I段中部外，其他重要魚類化石均采自關(guān)底組IV段下部(圖3)。在近年的野外考察與化石發(fā)掘過程中，我們在關(guān)底組III段中也發(fā)現(xiàn)含魚類大化石的數(shù)個層位(圖3), 并采獲一些化石材料，另在關(guān)底組I段下部之頂細礫巖中也發(fā)現(xiàn)少量魚類微體化石，但限于時間和精力至今還沒有開展相關(guān)的研究工作。曲靖周邊地區(qū)關(guān)底組中瀟湘脊椎動物群的發(fā)現(xiàn)與研究不僅為探索有頜類起源與早期分化提供了一個最重要的窗口，而且也為解決我國南方志留紀海相地層的劃分與對比等地層學問題提供了可靠的古魚類學證據(jù)(Zhao and Zhu, 2010, 2015)。

目前最新數(shù)據(jù)表明，關(guān)底組中的魚化石主要賦存于關(guān)底組I, III及IV段之內(nèi)，其產(chǎn)出的具體層位包括I段的中-下部、整個III段及IV段的下部(圖3)。瀟湘脊椎動物群的揚子魚類組合主要產(chǎn)出于關(guān)底組III段及IV段的下部，而紅廟魚類組合則產(chǎn)出于妙高組和玉龍寺組的下部(圖3)。

圖3 滇東志留紀魚化石的地層分布Fig. 3 Stratigraphical distribution of Silurian fossil fishes from East Yunnan

5 關(guān)底組的時代討論

志留紀最常見的化石有筆石、腕足類和珊瑚等無脊椎動物，其中筆石是有效解決志留紀地層研究中一些重要地層學問題的第一主導化石門類，筆石帶是志留系分統(tǒng)、分階界線的主要依據(jù)。除筆石外，牙形類以及幾丁蟲(胞石)、疑源類、脊椎動物微體化石近年來也常被認為是在志留系生物地層的研究中十分重要的化石門類，其中牙形類更被認為是志留系第二主導化石門類(王成源，2005)。由于缺少深海相筆石化石，曲靖地區(qū)關(guān)底組的地質(zhì)時代歸屬歷來存在爭議、沒有定論。

丁、王二氏(1937)最初將曲靖地區(qū)的關(guān)底組(僅相當本文關(guān)底組I-III段)劃歸上志留亞系(圖4)。其后許多地層古生物學者基于對無脊椎動物不同門類化石的研究，如Wang(1944, 1947), Sun and Wang (1946), 丁春鳴(1988)對珊瑚的研究，陳均遠等(1981)對鸚鵡螺的研究，方潤森等(1985)對介形蟲的研究(圖4), 將關(guān)底組劃歸溫洛克統(tǒng)。潘江(1986)、Pan and Dineley (1988)通過對關(guān)底組I段(原稱岳家山組)魚化石的研究，認為關(guān)底組I段可與迴星哨組對比，應歸入溫洛克統(tǒng)，其上的關(guān)底組II-IV段(原稱關(guān)底組+妙高組下段)均歸入羅德洛統(tǒng)(圖4)。戎嘉余等(1990, 2019)認為關(guān)底組(僅相當本文關(guān)底組I-III段)與迴星哨組不能對比，并將其劃歸羅德洛統(tǒng)上部(圖4)。王尚啟等(1992)根據(jù)對介形蟲的研究也指出將關(guān)底組(僅相當本文關(guān)底組I-III段)歸入溫洛克統(tǒng)是不可靠的，并建議其時代為羅德洛世。何心一、陳建強(2000)依據(jù)珊瑚的研究成果認為，將岳家山段(相當于本文中的關(guān)底組I-II段)歸入溫洛克統(tǒng)、關(guān)底組上部即本文中的關(guān)底組III-IV段歸入羅德洛統(tǒng)較為合理，但隨后他們又指出，曲靖地區(qū)關(guān)底組的時代難以根據(jù)珊瑚群的時代確定為羅德洛世(何心一、陳建強，2004)。近40年來將關(guān)底組II-IV段歸入羅德洛統(tǒng)的觀點已陸續(xù)得到三葉蟲、腕足類、胞石、牙形類等門類研究成果的支持。伍鴻基(1977)對三葉蟲的詳細研究，戎嘉余、楊學長(1978, 1981), 葛治洲等(1979)對腕足類的研究，王成源(1980,1981, 1998, 2001, 2011, 2013)與Walliser and Wang (1989)對牙形類的研究，Geng et al.(1997)對胞石的研究，都支持將關(guān)底組(相當本文中關(guān)底組I-III段)歸入羅德洛統(tǒng)(圖4)。林寶玉等(2017)認為含牙形類Ozarkodina crispa的原岳家山組的上部應歸入羅德洛統(tǒng)，而其下不含O. crispa的地層時代則應是溫洛克世晚期(圖4)。

曲靖周邊地區(qū)的志留系中含有大量的牙形類化石，特別是志留紀羅德洛世最晚期牙形類帶化石Ozarkodina crispa在關(guān)底組、妙高組及玉龍寺組中的發(fā)現(xiàn)，為關(guān)底組地質(zhì)時代的確定以及全球地層對比提供了重要的古生物學依據(jù)(王成源，1980, 1981, 1998,2001, 2013; Walliser and Wang, 1989; 圖4), 目前在沒有筆石的關(guān)底組生物地層學研究中，牙形類無疑是確定關(guān)底組地質(zhì)時代、提高國際對比精度的首選化石門類。然而，關(guān)于O. crispa的時代，金淳泰等(1992)曾有過質(zhì)疑，推測該種可能時限較長、且在中國的出現(xiàn)可能比歐美早。另外目前國際上對O. crispa帶的時代歸屬尤其是其上、下界的界定也不確定，至少有以下3種意見：1) 帶化石O. crispa的消失是羅德洛世末的標志(Corradini and Corriga, 2012); 2)O. crispa可延至普里道利世(王成源, 2013; Corradini et al., 2015); 3)O. crispa在歐洲可下延到羅德洛世晚高斯特期(late Gorstian) (Viira and Aldridge, 1998)。從嚴格的意義上來講，牙形類O. crispa帶是志留系歷程最短的一個帶，在歐洲該帶是介于O. snajdri帶和O. remscheidensis eosteinhornensis帶之間的一個羅德洛世最晚期的牙形類化石帶，在波羅的海周邊地區(qū)其所限地層厚僅數(shù)米至數(shù)十米(Viira and Aldridge, 1998),而在曲靖周邊地區(qū)含O. crispa化石的地層累加起來有1000多米厚，盡管已用曲靖地區(qū)在羅德洛世時快速沉降來予以解釋(王成源，1980; Walliser and Wang, 1989), 但利用牙形類O. crispa的延限帶來標定曲靖周邊地區(qū)志留紀羅德洛世晚期的地層并不可取，這實際上與在歐洲牙形類O. crispa帶通常與O. snajdri帶和O. r. eosteinhornensis帶存在互相重疊的事實也相矛盾(Viira and Aldridge, 1998)。曲靖地區(qū)的牙形類O. crispa非常豐富且類型多樣，可劃分出α, β, δ和γ 4個不同的形態(tài)型，該種的正型α類型延限時間最長，從關(guān)底組II段上部——王成源(2001)所提及的岳家山段上部[最低到丁春鳴(1988)所測剖面的12層，相當本文中所測剖面的15層]一直到玉龍寺組上部都有發(fā)現(xiàn)，而其他3種類型則主要見于關(guān)底組IV段中上部——Walliser and Wang (1989)所提及的妙高組下段，無疑關(guān)底組IV段中上部為其頂峰帶。結(jié)合O. crispa在曲靖周邊地區(qū)志留系中的這種分布特征，筆者認為在華南利用該種的頂峰帶確定O. crispa帶更為合理?；诖?，曲靖地區(qū)含大量O. crispa的關(guān)底組IV段中上部無疑應歸入羅德洛世最晚期O. crispa帶；而含少量O. crispa的妙高組及玉龍寺組可歸入普里道利統(tǒng)；另鑒于O. crispa在歐洲最低可下延到羅德洛世晚高斯特期(late Gorstian) (Viira and Aldridge, 1998), 本文認為關(guān)底組III-IV段下部的時代則可歸入羅德洛世早-中盧德福特期(early to middle Ludfordian), 而含少量O. crispa的關(guān)底組II段上部及其下不含此牙形類化石的地層(包括關(guān)底組II段中下部及I段), 在沒有發(fā)現(xiàn)確鑿化石證據(jù)之前可暫歸入羅德洛統(tǒng)高斯特階較為穩(wěn)妥，當然關(guān)底組I段的下限并不排除可下延至溫洛克統(tǒng)的可能。上述方案也得到了近年來魚類微體化石深入研究與分析的支持(圖3)。

圖4 滇東關(guān)底組地質(zhì)時代的代表性歸屬方案Fig. 4 The representative schemes of geological age of the Kuanti Formation in East Yunnan

自國際地質(zhì)對比計劃(IGCP) 328項目實施以來，魚類微體化石在志留、泥盆紀地層劃分對比研究中所起到的重要作用開始被密切關(guān)注(Blieck and Turner, 2000; 戎嘉余、陳旭，2000)。 志留紀魚類微體化石特別有助于解決缺少無脊椎動物標準化石的志留紀地層的精細劃分與精確對比等重要的地層學問題(趙文金、朱敏，2014)。戎嘉余等(2019)指出，志留紀魚類及其微體化石多產(chǎn)自近岸淺水海相沉積物中，以往常被忽視；近年來，志留紀魚類的系統(tǒng)分類學、生物地層學研究越來越深入，精美的化石不斷被發(fā)現(xiàn)，演化生物學和地層對比意義也逐漸顯現(xiàn)。近十余年來，曲靖周邊地區(qū)志留系中魚類大化石及微體化石的研究為志留紀含魚地層的時代確定與對比提供了可靠的證據(jù)。

根據(jù)曲靖周邊地區(qū)志留系中魚化石的類型及分布特征，Zhao and Zhu (2010)在瀟湘脊椎動物群中識別出兩個魚類化石組合——分別賦存于關(guān)底組I段中部-IV段及妙高組-玉龍寺組底部之內(nèi)的揚子組合與紅廟組合(圖3, 4), 其中后者主要依據(jù)硬骨魚類及棘魚類的鱗片材料所建立(趙文金、朱敏，2014), 產(chǎn)自妙高組下部的棘魚類主要以棒棘魚Gomphonchus, 背棘魚Nostolepis和哈尼魚Hanilepis三屬為代表，硬骨魚類則以納西魚Naxilepis和舌鱗魚Ligulalepis為代表；而產(chǎn)自妙高組上部及玉龍寺組上易剝頁巖之下地層中的棘魚類主要以背棘魚Nostolepis, 孔棘魚Poracanthodes和哈尼魚Hanilepis三屬為代表，硬骨魚類則以佧佤魚Kawalepis為代表(圖3)。瀟湘脊椎動物群中具有時代意義的是紅廟組合中的棘魚類，在曲靖地區(qū)志留系中最豐富的Nostolepis是一類廣泛分布于歐洲、北美、大洋洲及亞洲的柵棘魚類，而Poracanthodes與Gomphonchus則是歐洲波羅的海周邊地區(qū)常見的銼棘魚類，它們的時限均主要限于羅德洛世-早泥盆世。近年來國內(nèi)外同行對棘魚類的研究表明，立陶宛東部地區(qū)羅德洛世-普里道利世的棘魚類化石帶中通常也見有在中國南方發(fā)現(xiàn)的三個棘魚類屬的分子，產(chǎn)出于玉龍寺組下部、上部的條紋背棘魚Nostolepis striata更是普里道利世Monospina erecta化石帶的代表分子(Valiukevi?ius, 2005)。據(jù)此，玉龍寺組可歸入到普里道利統(tǒng)中上部，而其下紅廟魚類組合的主要賦存層位(包括妙高組及玉龍寺組底部)則可歸入到普里道利統(tǒng)下部，這與關(guān)底組IV段中上部所含豐富的牙形類O. crispa所指示的地質(zhì)時間并不矛盾。另在關(guān)底組III段上部除發(fā)現(xiàn)一些與IV段中盾皮魚類相似的化石材料以外，也有硬骨魚類納西魚Naxilepis鱗片的產(chǎn)出(王念忠、董致中，1989), 這表明關(guān)底組III段上部乃至整個III段歸入羅德洛統(tǒng)上部盧德福特階應無問題(圖3, 4)。因此，依據(jù)魚類化石資料，曲靖周邊地區(qū)由揚子魚類組合組成的瀟湘脊椎動物群的主體產(chǎn)出層位——關(guān)底組III-IV段下部應歸入羅德洛統(tǒng)盧德福特階，而揚子魚類組合在曲靖周邊地區(qū)可下延至關(guān)底組I段下部之頂，相關(guān)的關(guān)底組I段地層及其上目前尚未見魚類化石的關(guān)底組II段暫歸入羅德洛統(tǒng)高斯特階較為穩(wěn)妥，關(guān)底組I段下部不含魚類化石的地層則可暫時全部歸入高斯特階或者部分歸入到溫洛克統(tǒng)(圖3, 4)。

綜上所述，依據(jù)牙形類及魚類微體化石，曲靖周邊地區(qū)關(guān)底組的地質(zhì)時代目前可以基本確定下來：其III-IV段的地層可歸入到羅德洛統(tǒng)盧德福特階，而I段中部-II段的地層則可歸入到羅德洛統(tǒng)高斯特階，I段下部地層目前還不能確定是全部歸入到高斯特階，還是部分可下延到溫洛克統(tǒng)之中(圖3, 4), 這有待深入的古生物學研究工作的開展。

6 結(jié)論

曲靖周邊地區(qū)出露的關(guān)底組自創(chuàng)名以來備受關(guān)注，但其涵義及劃分對比一直存有爭議。筆者在實測一條較完整且連續(xù)的上鐵路-東坡剖面的基礎(chǔ)上，主要依據(jù)巖石學特征及豐富的魚類化石資料，并結(jié)合牙形類、腕足類等無脊椎動物化石的研究進展，重新厘定了關(guān)底組的定義，劃分出4個不同的次級巖石地層單元，綜合分析討論了關(guān)底組的地質(zhì)時代，取得了對關(guān)底組如下的一些新認知：

(1) 關(guān)底組是一套以細碎屑巖為主的濱淺海相紅層沉積，在曲靖周邊廣泛出露于下寒武統(tǒng)龍王廟組或中寒武統(tǒng)雙龍?zhí)督M之上、以淺灰色瘤狀灰?guī)r夾頁巖為主的妙高組之下。

(2) 根據(jù)巖性變化特征將關(guān)底組劃分為4段，從下往上依次為I段岳家山段、II段崇家灣段、III段彩蓮段及IV段東坡段，曾從其下部劃分出的岳家山組一名應予以廢棄。

(3) 關(guān)底組的時限主要限于羅德洛世盧德福特期，其上限不會晚于牙形類Ozarkodina crispa帶，其下限可能會下延到溫洛克世，這有待于岳家山段下部不含化石層位當中化石的新發(fā)現(xiàn)。

致謝張江永研究員與徐光輝研究員審閱文稿并提出了寶貴的修改意見，崔心東、李強、彭禮建參加了野外地質(zhì)剖面的測制，在此一并致以謝意。