中國地質(zhì)大學古生物學與地史學課件

1、第四章 前寒武紀,一、概 述 (一)前寒武紀時代劃分 距今6億年以前的地質(zhì)時期為前寒武紀，延續(xù)達30億年以上，占整個地質(zhì)歷史的六分之五以上。 前寒武紀可劃分為；太古代、元古代，元古代再分為早元古代、晚元古代及震旦紀。,,,(二)前寒武紀巖系特征及其劃分和對比方法 1．構(gòu)造—巖漿旋迥法 構(gòu)造運動、巖漿活動是前寒武紀地史中重大事件，在一定程度上，反映了地殼構(gòu)造演化的階段性。它表現(xiàn)為地層間角度不整合，大規(guī)模巖漿侵

2、入以及區(qū)域變質(zhì)作用等。 前寒武紀有三次重大的構(gòu)造、巖漿活動，即24—25億年左右、16—19億年左右、8－10億年左右。,,2、同位素年齡測定 是前寒武系時代劃分、對比的重要手段。3．沉積建造和變質(zhì)作用 前寒武系中特殊的巖石類型和沉積建造可作為地層劃分對比的標志。如：“碧玉鐵質(zhì)巖類”、“南沱冰磧層”等。4．生物地層 主要是海生的菌藻類和疊層石及后生動物 ，具有一定的地層劃分對比意義 。 后生動物

3、：是一些不具硬體部分的無脊椎動物軟體印膜化石，如埃迪卡拉(Ediacara)動物群，包括腔腸類、環(huán)節(jié)類，節(jié)肢類以及一些分類位置不明的生物。,,前寒武紀生物界面貌 Features of the Precam. organisms1 Ar:Molecular fossils（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氫化合物、環(huán)形化合物等），此外少量tromatolites 2 Pt:Bacteria & alga:Stromatolite

4、s 繁盛，特別是Pt3 Microalga(微古植物）指單細胞或多細胞藻類有機體，我國主要發(fā)育于Pt2-3 Macroalga指根據(jù)目前研究程度尚無法歸入現(xiàn)代藻類系統(tǒng)的、肉眼可見的藻類，主要Pt2-3 3 Ediacara Fauna指震旦紀后期出現(xiàn)的，主要由腔腸動物（67%水母、海鰓綱）、環(huán)節(jié)動物（25%）、節(jié)肢動物（似三葉蟲）（5%）組成的不具外殼的多細胞后生動物群。我國發(fā)現(xiàn)地點：鄂西、陜南、淮南、遼南和黑龍江。 4 Trac

5、e fossils: Planolites-like, Gordia, Palaeophycus-like,,Ediacara動物群化石,,Ediacara動物群復原1,,Ediacara動物群復原2,,前寒武系的分布,,,二、中國的前震旦系 (一)華北－東北南部區(qū) 中國北方的前震旦系發(fā)育較全。從老到新包括三套地層：太古界古老變質(zhì)巖系，下元古界淺變質(zhì)巖系和上元古界基本未變質(zhì)的沉積巖系。 1．太古界 五臺一太行地區(qū)的

6、太古界 下部包括阜平群和龍泉關(guān)群，以深變質(zhì)的片麻巖、麻粒巖、變粒巖為主，夾角閃巖、片巖、大理巖及碧玉鐵質(zhì)巖，厚一萬多米。最大的變質(zhì)年齡約30億年左右(阜平運動) 上部五臺群不整合于龍泉關(guān)群或阜平群之上，以變粒巖，角閃巖，角閃片巖為主，夾云母片巖，綠泥片巖、條帶狀鐵礦建造等。五臺群最大的變質(zhì)年齡約24億年左右。(五臺運動),,,,1 Ar1-2 2 片麻理 3 陸核輪廓 4 華北板塊邊界 5 后期平移斷層,河淮陸

7、核,鄂爾多斯陸核,冀遼陸核,,,除五臺一太行山區(qū)外，相當太古界的地層在呂梁山、中條山、燕山、陰山、東北南部、山東、淮陽以及秦嶺北坡等地皆有分布。它們都是一套厚度巨大的變質(zhì)的火山－沉積巖系，經(jīng)受了不同程度的混合巖化和花崗巖化作用。 根據(jù)變質(zhì)程度，可劃分為以片麻巖及麻粒巖為主的深變質(zhì)麻粒巖相和中低級變質(zhì)的中基性、基性火山－碎屑沉積巖組成的綠片巖(綠巖)相兩種類型。,上述太古界地層和上覆元古界之間普遍為角度不整合關(guān)系，標志著太古代末期

8、的地殼運動，稱五臺運動(或鞍山運動)。這次運動使得太古界地層褶皺、變質(zhì)，從而形成一些穩(wěn)定的基底地塊－“陸核”。同位素年齡測定所確定的五臺運動的變質(zhì)年齡不低于24億年左右。,2．下元古界 不整合于太古界之上的下元古界以五臺山區(qū)滹沱群為典型代表。總厚數(shù)千米至萬米以上，自下而上分為豆村亞群，東冶亞群和郭家寨亞群三個部分，皆以角度不整合分隔。 滹沱群主要是一套厚度巨大的淺變質(zhì)沉積巖或火山沉積巖等。含有粗粒碎屑沉積、碳酸鹽類巖石的

9、沉積，說明地殼構(gòu)造已有分異，原始的穩(wěn)定地塊(太古界陸核)已經(jīng)出現(xiàn)。滹沱群的原巖是一套粗碎屑巖，砂質(zhì)、粘土質(zhì)及鎂、硅質(zhì)碳酸鹽類巖石，夾少量中基性火山巖組成的巨大沉積旋迥。滹沱群遭受低級變質(zhì)作用，早期變質(zhì)年齡19．5億年左右，晚期變質(zhì)年齡約17．5億年左右。滹沱群中發(fā)現(xiàn)有疊層石化石。,早元古代后期發(fā)生了強烈的地殼運動，在華北稱呂梁運動，使滹沱群及其相當?shù)貙影l(fā)生褶皺，變質(zhì)，并伴有巖漿活動。 早元古代褶皺帶鑲嵌在太古界陸核之間或邊緣，在

10、中國北方就形成了一個巨大的穩(wěn)定地塊一華北地臺。,3．上元古界 冀東薊縣上元古界 冀東薊縣上元古界劃分為四群、十二個組，本身組成一巨型沉積旋迥，和下伏太古界變質(zhì)巖系化石的寒武系為微角度不整合接觸。群與群之間由于受到升降運動影響造成沉積間斷或平行不整合。每一個群，其沉積順序大體是由碎屑巖的粗粒到細粒轉(zhuǎn)化到碳酸鹽巖或泥質(zhì)巖類沉積，代表一次級沉積旋迥。反映出由陸相、濱海相到濱、淺海相的變化過程。,,長城群底部為河流相(或包括濱

11、海相)礫巖，常州溝組，大紅峪組及龍山組中的石英巖、石英狀砂巖、長石石英砂巖等，交錯層，波痕發(fā)育，為濱海相(包括潮下極淺水帶)沉積。 團山子組白云巖，楊莊組紅色白云巖常具波痕、泥裂，含食鹽假晶及膏鹽層，為典型的濱海瀉湖相沉積。,串嶺溝組頁巖，洪水莊黑色頁巖，下馬嶺組頁巖，一般含粉砂質(zhì)，產(chǎn)豐富的微古植物化石，主要為淺海泥質(zhì)巖相，相當串嶺溝組底部，在河北宜化地區(qū)出現(xiàn)潮下淺水帶的鮞狀赤鐵礦層(宣龍式鐵礦)。 高于莊組、霧迷山組、

12、鐵嶺組中的白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r，富含疊層石，屬濱、淺海沉積。 此外，串嶺溝組和大紅峪組中夾多層中基性火山巖及火山碎屑巖，具枕狀構(gòu)造，代表多次間歇性的海底火山噴發(fā)。,華北地塊在呂梁運動之后，上元古界已具有蓋層性質(zhì)，由于地勢復雜，差異升降明顯，南北海區(qū)為中部隆起所分隔，在南北海區(qū)不同程度地都有火山活動。晚期地勢已較低平，相當青白口群的地層厚度較小，巖相較穩(wěn)定，為相對均一的典型蓋層，標志著構(gòu)造發(fā)育的一個新階段。,(二)中國南方

13、 中國南方包括秦嶺、大別山以南；川西、滇東以及川西北龍門山一線以東的廣大地區(qū)。在中國南方尚未發(fā)現(xiàn)太古代地層，廣泛出露的是一套元古界淺變質(zhì)巖系。主要分布在兩個地區(qū)：西邊的“川滇區(qū)”和東邊的雪峰一九嶺區(qū)。 雪峰一九嶺區(qū)：包括湘西、黔、桂北的雪峰山，贛北的九嶺以及鄱陽湖以東的地區(qū)。,下部為一套數(shù)千米厚含基性，超基性火山巖、具復理石式韻律的變質(zhì)砂巖、硬砂巖、板巖及火山碎屑巖系，具較典型的“蛇綠巖套”特征 ； 上部為具復理石韻律的板

14、巖，變質(zhì)砂巖和粉砂巖，夾火山碎屑巖及大理巖層，厚數(shù)千米。亦為地槽型沉積。 上、下部地層呈不整合接觸，為武陵運動的表現(xiàn)，與上部震旦系地層的不整合接觸，為晉寧運動 的表現(xiàn)。,川滇區(qū)： 滇東、川西一帶，相當“康滇地軸”的區(qū)域，主要是淺變質(zhì)巖系(變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖等)，夾堿性、中基性火山巖及碳酸鹽巖等，厚數(shù)千米以上，屬島弧環(huán)境的地槽型沉積。 上述川滇地槽帶和雪峰－九嶺地槽帶。二者之間的現(xiàn)今四川盆地內(nèi)部存在著一個太古界(或包括

15、下元古界)組成的穩(wěn)定 “陸核”區(qū)。晉寧運動導致了川滇地槽帶和雪峰－九嶺地槽帶轉(zhuǎn)化為元古代褶皺帶。它們和川中古陸核一起，構(gòu)成一巨大的穩(wěn)定地塊－揚子地臺。,,,三、中國的震旦系 震旦紀(Sinian)的定義“震旦”為中國的古稱，在印度佛經(jīng)中指中國 李?；舴遥?871）最早將其用于地層，指下古生界和元古宇之間的一套地層； 葛利普（1922）→高振西（1934）重新厘定為“寒武系之下，五臺群或泰山群變質(zhì)巖系之上的一套未變質(zhì)的巖系

16、”，以天津薊縣剖面為代表； 李四光（1924）在峽東建立完整的震旦系剖面，時限為800—540Ma1975年：正式確立三峽剖面為震旦系層型剖面 近年震旦系又細分為南華系（下）和震旦系（上）,,震旦系特征1） 大型穩(wěn)定板塊已形成，發(fā)育穩(wěn)定成熟的蓋層沉積，與寒武系之間無大的構(gòu)造運動，因而與古生界接近（無機界）。 2）發(fā)育豐富、高級的裸露動物群，在Ediacaran 以前出現(xiàn)后生動物胚胎（Nature,98,391:553-58）→

17、少量帶殼化石。但整體上，化石仍然較少，保存差，無法利用生物化石進行建階和分帶，有別于古生界（有機界） 。 3）冰川沉積發(fā)育（低緯度大陸冰蓋） 。,揚子板塊震旦紀地層序列,中國東部震旦紀古地理圖,,雪球事件與生物演化雪球說最早（1992）由加州理工學院的J. L. Kirschvink 提出，1998年哈佛大學的P. F. Hoffman在科學上進行了系統(tǒng)論證。主要內(nèi)容：8-10億年的格林威爾運動引起大規(guī)模的剝蝕和沉積，CO2的消耗量

18、超過火山作用的補給量，CO2的減少導致地球降溫成雪球，全球年均氣溫-50?C， 海水表層冰厚1400m， 水和碳（生物產(chǎn)率幾乎為零）循環(huán)幾乎停止。該特征在6-8億年前至少發(fā)生過4次。（From SCIENCETIMES, 02-02-06-3)主要證據(jù)：新元古代的大陸冰蓋可達赤道（古地磁）；新元古代冰磧巖（雪球期）上均覆蓋碳酸鹽（高CO2的火球期）；冰磧巖上碳酸鹽的?13C（納米比亞）與火山源CO2的值一致。意義：雪球事件加速了生物演化

19、。從最早（20億年前）的真核生物~10億年期間最復雜的有機體是絲狀海藻和單細胞原生動物。而雪球事件后的幾千萬年間就演化出Ediacara和復雜的體腔動物。因嚴酷的環(huán)境可產(chǎn)生基因突變.,震旦系地層廣泛分布于天山一秦嶺一線以南的廣大地區(qū)，將鄂西三峽作為中國震旦系的標準剖面點。(一)中國南方 1．鄂西震且系標準剖面 角度不整合于前震旦系變質(zhì)巖系之上，自下而上分二統(tǒng)四組。 下統(tǒng)蓮沱組砂巖具交錯層和流動波痕，厚度變化大(

20、50一260米)，為晉寧運動之后地勢高峻條件下，所接受的一套陸相至濱海相沉積。,,南沱組冰磧礫巖，無層理，礫石成份復雜，大小不一，排列無方向性，礫石具冰蝕擦痕，膠結(jié)物為砂質(zhì)及粘土質(zhì)，厚度變化大(60—110米)，為典型的冰川及冰水沉積物。 上統(tǒng)陡山沱組和燈影組是一套連續(xù)過渡的濱淺海相粘土質(zhì)及硅、鎂質(zhì)碳酸鹽巖，除微古植物外尚含后生小殼動物化石，代表冰期之后的一次海浸。,,(二)華北一東北南部區(qū) 華北－東北南部區(qū)為呂梁運動后形

21、成的穩(wěn)定地塊，即華北地臺區(qū)，上元古界已基本屬蓋層性質(zhì)。震旦紀時，其絕大部分上升為陸，未接受沉積。僅東部和南部邊緣地區(qū)有震旦紀沉積。主要為一套濱、淺海相砂巖、泥質(zhì)巖及泥質(zhì)、硅質(zhì)碳酸鹽巖沉積，厚度數(shù)百米至二、三千米以上，向上和下寒武統(tǒng)平行不整合接觸。,,四、前寒武紀地史特征 (一)前寒武紀地殼構(gòu)造演化 前寒武系地層，特別是太古界及下元古界地層普遍遭受區(qū)域變質(zhì)及強烈的構(gòu)造變動。 1．太古代(>37億年至24—25億

22、年左右) 太古界巖石一般都遭受不同程度的區(qū)域變質(zhì)。根據(jù)變質(zhì)程度可劃分為兩種類型：深變質(zhì)片麻巖－麻粒巖相和中低級變質(zhì)的“綠巖’相帶。屬于地殼比較活動條件下的產(chǎn)物 。大約在24—25億年左右，發(fā)生了一次較普遍的地殼構(gòu)造運動及其伴生的巖漿活動－五臺運動。這次運動使得太古界巖石褶皺、變質(zhì)，從而形成一些穩(wěn)定地塊一太古界“陸核”。,2．早元古代(24—25億年至17億年左右) 下元古界為一套變質(zhì)的火山一沉積巖系，沒有高級變

23、質(zhì)的麻粒巖相區(qū)域變質(zhì)，表明地殼的發(fā)展已由普遍活動的階段向持續(xù)至今的地臺地槽階段過渡。重大的事件發(fā)生在大約17億年左右，發(fā)生強烈的褶皺運動和巖漿侵入－呂梁運動 。形成一些巨大的穩(wěn)定地塊－－“原地臺”。,3．晚元古代(17億年左右至8億年左右) 穩(wěn)定和較穩(wěn)定類型沉積較廣泛分布是晚元古代的特點，中國北方上元古界已是地臺型蓋層，地塊邊緣則分布著地槽型地層，如中國南方的上元古界。 晚元古代迭層石、真核細胞生物(綠藻、褐藻、紅藻等

24、)出現(xiàn)，標志著生物發(fā)展已進入一個新的階段。 8—10億年左右，世界很多地區(qū)都有地殼運動發(fā)生，其結(jié)果是形成一些巨型穩(wěn)定地塊－地臺。如北美地臺，歐洲地臺、西伯利亞地臺，中國地臺，以及南半球的岡瓦納聯(lián)合地臺等，這就是在元古代后期全球范圍內(nèi)出現(xiàn)的五個大陸板塊。,4．震旦紀(8億年左右至6億多年) 從構(gòu)造演化、沉積作用和生物發(fā)展等方面來看，震旦紀已屬于一個新的歷史階段。地臺型穩(wěn)定沉積是其特點。 生物化石－包括“裸露動物

25、”和“小殼動物”的發(fā)現(xiàn)也意味著一個新的歷史階段的來臨。 震旦紀的冰川，具有重要的古地理、古氣候 意義。,(二)前寒武紀生物界演化 前寒武紀是生命起源、原始菌、藻類生物的演化和發(fā)展、真核細胞生物出現(xiàn)階段。最終后生動物出現(xiàn)，隱生宙向顯生宙的過渡。 已知最老的化石發(fā)現(xiàn)于南非老于30億年的無花果樹群中，是一些微小的球狀，絲狀體，被認為可能是單細胞菌、藻類生物。真核細胞生物大約是19—20億年以前出現(xiàn)并得到一定程度的發(fā)

26、展。 前寒武紀晚期，以埃迪卡拉動物群為代表的不具硬體部分的無脊椎軟體印膜化石，在世界很多地區(qū)都有發(fā)現(xiàn)。微小帶殼無脊椎動物化石在六億年前就已開始出現(xiàn)。作為古生界寒武系之底 。,(三)前寒武紀的礦產(chǎn) 前寒武紀地層中有著豐富的有用礦產(chǎn)。相當太古界和下元古界地層中的碧玉鐵質(zhì)巖建造(即條帶狀鐵礦)是全世界最重要的鐵礦類型，如我國的“鞍山式鐵礦”。 另外蘇北、大別山等地的東海式磷礦、東北地區(qū)的巨型菱鎂礦床等，與碎屑巖有關(guān)的