湖北恩施老寨溪剖面早志留世紗帽組牙形刺生物地層研究

李 朋， 謝應(yīng)波， 周 峰， 吳 龍

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

牙形刺是一類海相微體化石,在世界各地分布廣泛,從寒武系到三疊系的海相地層里均有發(fā)現(xiàn)。由于其形態(tài)多變、個(gè)體微小、數(shù)量豐富、各個(gè)地質(zhì)時(shí)代有著不同面貌,牙形刺已成為地層劃分對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)化石,在地層劃分和沉積相研究中起著重要作用[1-2]。在眾多研究中,早志留世生物地層通常以筆石、三葉蟲(chóng)等為劃分依據(jù),但筆石、三葉蟲(chóng)常見(jiàn)于泥頁(yè)巖相地層中,在以碳酸鹽巖為主的地層中,牙形刺就起到了第一主導(dǎo)化石門(mén)類的作用。

倪世釗(1987)對(duì)羅惹坪志留系牙形刺的報(bào)道,標(biāo)志著志留系牙形刺研究開(kāi)始起步;后經(jīng)汪嘯風(fēng)等[2](1987)再研究,在三峽地區(qū)從晚寒武世晚期至志留紀(jì)共建立了22個(gè)牙形刺化石帶(包括組合帶)。M?nnik[3](1998)將早志留世牙形刺進(jìn)一步劃分出兩個(gè)新亞帶：Pterospathoduseopennatusssp.nov.1和Pterospathoduseopennatusssp.nov.2。2007年,M?nnik[4]將P.eopennatus帶提升為P.eopennatus超帶,包括Pterospathoduseopennatusssp.n.1和Pterospathoduseopennatusssp.n.2兩個(gè)帶。

本文基于2016年開(kāi)展的1∶5萬(wàn)芭蕉幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的老寨溪剖面(PM405),對(duì)紗帽組頂部灰?guī)r透鏡體中的牙形刺進(jìn)行生物地層對(duì)比研究,使湖北省早志留世紗帽組牙形刺資料得到進(jìn)一步補(bǔ)充。

1 地質(zhì)背景及剖面概況

紗帽組由謝家榮和趙亞曾[5](1925)創(chuàng)名,命名剖面在宜昌城北40 km處的羅惹坪以東。紗帽組主要分布于湖北省揚(yáng)子地層分區(qū),主要由頁(yè)巖、泥巖、砂巖、粉砂巖組成。前人對(duì)紗帽組的時(shí)代歸屬爭(zhēng)議很大,戎嘉余等[6](1990)根據(jù)紗帽組中產(chǎn)出的三葉蟲(chóng)和胞石等化石,認(rèn)為紗帽組的時(shí)代不超出蘭多維列統(tǒng)(Llandovery)的特列奇階(Telychian)早期;Mu et al.[7](1986)認(rèn)為紗帽組的頂界略低于蘭多維列統(tǒng)與文洛克統(tǒng)(Wenlock)的時(shí)代界線。這些時(shí)代存在分歧的主要原因,一是在紗帽組中相關(guān)重要層段缺少筆石,二是很少發(fā)現(xiàn)灰?guī)r層。

研究區(qū)及鄰區(qū)構(gòu)造線呈北東—北北東向展布,紗帽組一般分布在背斜核部或兩翼(圖1)。老寨溪紗帽組實(shí)測(cè)地層剖面(圖2)(30°02′11″N,109°23′54.9″E)出露于湖北省恩施州宣恩縣椒園鎮(zhèn)—慶陽(yáng)壩鄉(xiāng)村公路旁,位于老寨溪村南東方向,剖面長(zhǎng)度為371 m。紗帽組與下伏志留紀(jì)羅惹坪組呈整合接觸,頂界被泥盆紀(jì)云臺(tái)觀組平行不整合所覆。

圖2 湖北省宣恩縣老寨溪紗帽組實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖

上覆地層：泥盆紀(jì)云臺(tái)觀組(D2-3y)肉紅色中厚層狀石英砂巖,底部見(jiàn)厚約30 cm的灰白色泥巖。

--------平行不整合--------

志留紀(jì)紗帽組(S1s)

厚266.40 m

35 灰綠色—灰黃色厚層狀含灰質(zhì)團(tuán)塊泥巖,單層厚度為34～56 cm?；屹|(zhì)團(tuán)塊呈灰色,長(zhǎng)4～9 cm,寬3～5 cm,局部呈條帶狀,向上灰質(zhì)團(tuán)塊逐漸減少,局部地段可見(jiàn)生物屑、三葉蟲(chóng)。

2.20 m

34 灰色薄層—中層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾灰?guī)r透鏡體,單層厚度為5～14 cm。層面間發(fā)育灰?guī)r透鏡體,透鏡體大小為3.5 cm×5.5 cm～4.5 cm×8 cm,發(fā)育生物屑。

19.90 m

33 灰黃色粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖條帶。粉砂質(zhì)條帶以灰黃色為主,寬1～4 mm,長(zhǎng)17～23 mm。巖層間夾棕黑色薄層狀(0.5～2 cm)鈣質(zhì)泥巖。

25.50 m

32 青灰色—灰綠色中厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾生物屑灰?guī)r。生物屑灰?guī)r呈淺灰色,多呈團(tuán)塊狀或條帶狀,團(tuán)塊長(zhǎng)2～7 cm,寬1～3 cm；向下多發(fā)育灰質(zhì)條帶,條帶長(zhǎng)14～40 cm,寬1～4 cm,局部見(jiàn)灰質(zhì)條帶中發(fā)育生物屑。產(chǎn)牙形刺。

32.20 m

31 青灰色含砂質(zhì)條帶泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。砂質(zhì)條帶呈灰白色,寬1～3 mm,長(zhǎng)12～39 cm,條帶間距為3～37 mm,向上條帶逐漸增多。

3.60 m

30 黑灰色—青灰色中厚層狀含灰質(zhì)團(tuán)塊粉砂巖?；屹|(zhì)團(tuán)塊以橢圓、柱狀為主，團(tuán)塊長(zhǎng)2～5 cm,寬1～2 cm,約占巖層總量的10%,團(tuán)塊內(nèi)發(fā)育方解石脈。生物屑灰?guī)r條帶厚1～15 cm,富含生物屑,多發(fā)育在粉砂巖層面間。該層頂部發(fā)育一層厚約10 cm的錳質(zhì)層。產(chǎn)牙形刺。

10.90 m

29 青灰色中—厚層狀粉砂巖夾泥質(zhì)條帶,粉砂巖以中厚層為主。

6.50 m

28 棕色—灰綠色厚層—塊狀含砂質(zhì)條帶粉砂質(zhì)泥巖。

22.70 m

27 灰色薄—中層狀泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖薄層。泥質(zhì)粉砂巖單層厚6～34 cm,發(fā)育平行層理，向上粉砂質(zhì)泥巖增多。

2.30 m

26 黃綠色塊狀粉砂質(zhì)泥巖。見(jiàn)低角度斜層理、魚(yú)骨狀交錯(cuò)層理。

3.10 m

25 灰色薄—中層狀細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖,向上過(guò)渡為黃綠色中—厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖條帶。

8.40 m

24 黃綠色中—薄層狀粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖透鏡體。

2.50 m

23 灰色塊狀粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖條帶。粉砂質(zhì)泥巖中見(jiàn)水平層理,細(xì)砂巖中見(jiàn)平行層理。

5.90 m

22 灰色中—厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r透鏡體或條帶。粉砂質(zhì)泥巖以灰色—深灰色為主,具條帶狀層理,頁(yè)理構(gòu)造不發(fā)育?；?guī)r透鏡體或條帶厚1.5～6 cm,見(jiàn)正粒序韻律結(jié)構(gòu)。

7.60 m

21 灰綠色中—薄層狀粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖薄層或條帶。

20.80 m

20 灰色中—薄層粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖條帶或薄層。粉砂質(zhì)泥巖單層厚6～23 cm,細(xì)砂巖單層厚2～7 cm,向上以條帶為主。

5.90 m

19 黃綠—灰綠色厚層—塊狀含粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖條帶或透鏡體。細(xì)砂巖主要發(fā)育于該層中部,單層厚3～6 cm,細(xì)砂巖中云母含量較高。

11.70 m

17-18 黃綠色中—厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖薄層或條帶。

11.50 m

16 灰綠色中—薄層狀細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。下部粉砂質(zhì)泥巖含量較高,泥質(zhì)與砂質(zhì)比率為1∶3,向上兩者比例減少為1∶9。細(xì)砂巖以灰綠色為主,局部呈條帶狀,條帶成分為暗色細(xì)砂巖，向上細(xì)砂巖單層厚度變大。

9.10 m

15 灰綠色中層—厚層狀細(xì)砂巖。下部主體以中層狀為主,單層厚度為11～23 cm,頂部發(fā)育一層厚層狀細(xì)砂巖,單層厚度為54 cm。發(fā)育平行層理、低角度斜層理。

2.30 m

12-14 土黃色中—薄層狀泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖。泥質(zhì)粉砂巖單層向上變厚,見(jiàn)平行層理。

13.80 m

11 土黃色粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖透鏡體,該層掩蓋嚴(yán)重。

4.60 m

8-10 淺灰色中—薄層狀細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。

5.40 m

6-7 黃綠色薄—中層狀細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖薄層,向上粉砂質(zhì)泥巖增多。

2.10 m

3-5 灰—黃綠色粉砂質(zhì)泥巖夾細(xì)砂巖。

10.60 m

2 灰色中—薄層狀細(xì)砂巖。巖石單層厚度由下向上具有變薄再變厚的特征。發(fā)育平行層理。

0.80 m

1 灰色巨厚層狀含泥石英粉砂巖。

2.00 m

----------------整合----------------

下伏地層：志留紀(jì)羅惹坪組(S1lr)灰綠色中—厚層狀粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖透鏡體或條帶。

2 老寨溪剖面的牙形刺

2.1 樣品采集

在野外剖面測(cè)制過(guò)程中,對(duì)每層灰?guī)r透鏡體(條帶)都采集了牙形刺樣品,共采集樣品9個(gè),其中7件樣品發(fā)現(xiàn)了牙形刺,2件樣品未發(fā)現(xiàn)牙形刺。

2.2 樣品鑒定結(jié)果

所采樣品位于第30層和第32層灰?guī)r透鏡體中,經(jīng)湖北省地質(zhì)調(diào)查院孟錚等人鑒定，共有9屬10種1親近種1親近亞種8未定種。30層灰?guī)r透鏡體中產(chǎn)ApsidognathusaulacisZhou,Zhai and Xian,Walliserodusaff.curvatusBranson and Branson,Wurmiellasp.A,Apsidognathussp.A,PanderodusamplicostatusWang and Aldridge,PanderoduspanderiStauffer,Panderodussp.A,PterospathoduseopennatusM?nnik,Distomodussp.A,Ozarkodinasp.A,WalliseroduscurvatusBranson and Branson等牙形刺分子。32層灰?guī)r透鏡體或條帶中產(chǎn)ApsidognathustuberculatusWalliser,Apsidognathussp.B,ApsidognathusaulacisZhou,Zhai and Xian,GalerodusmacroexcavatusZhou et al.,PterospathoduseopennatusM?nnik,WurmiellarecavaWang and Aldridge,WalliseroduscurvatusBranson and Branson,Pterospathodusamorphognathoidesaff.lennartiM?nnik,PanderoduspanderiStauffer,OzarkodinaguizhouensisZhou,Zhai and Xian,GalerodusmacroexcavatusZhou et al.,ParapygodustriangularisDing et Li,Apsidognathussp.C,PanderodusamplicostatusWang and Aldridge,Distomodussp.B等牙形刺分子。

2.3 部分牙形刺描述

穹隆顎刺屬ApsidognathusWalliser

結(jié)榴穹隆顎刺ApsidognathustuberculatusWalliser

特征:臺(tái)形分子,穹隆形。自由齒片短,齒脊后部向內(nèi)彎曲。內(nèi)齒臺(tái)比外齒臺(tái)窄,發(fā)育一個(gè)明顯的前方肩角。外齒臺(tái)有2個(gè)齒葉,凸出程度不同,后一個(gè)較粗壯。齒臺(tái)上發(fā)育瘤齒狀的齒脊,齒脊由齒臺(tái)中心向外輻射,齒脊和齒脊中間區(qū)域發(fā)育光滑的齒溝,缺少同心狀的線紋(圖3)。

產(chǎn)地層位:下志留統(tǒng)紗帽組。

圖3 Apsidognathus tuberculatus掃描電鏡照片

翼片刺屬PterospathodusWalliser

似變顎翼片刺PterospathodusamorphognathoidesWalliser

似變顎翼片刺勒納特亞種親近亞種Pterospathodusamorphognathoidesaff.lennarti M?nnik

特征:Pa分子,三突狀舟形分子,齒體大,齒片微彎。主齒片拱曲明顯,主齒片前端破碎,可見(jiàn)相對(duì)較高的14個(gè)齒,最高點(diǎn)在中后部,主齒不明顯。外側(cè)齒突短,有軸脊。發(fā)育一個(gè)羽狀的內(nèi)側(cè)齒突,由主齒片中央靠前處約呈60°分叉,齒片和內(nèi)側(cè)齒突之間缺少齒臺(tái)和齒脊,為一無(wú)裝飾區(qū)域,側(cè)齒突上發(fā)育細(xì)齒?；辉诜纯诿姘既?并膨大(圖4)。

產(chǎn)地層位:下志留統(tǒng)紗帽組。

圖4 Pterospathodus amorphognathoides aff.lennarti掃描電鏡照片

始羽翼片刺PterospathoduseopennatusM?nnik

特征:Pa分子,微微拱曲,齒片上約有14個(gè)細(xì)齒,中部的細(xì)齒上部斷裂,主齒不明顯,前后齒突上發(fā)育有齒臺(tái)棱脊。刺體中部發(fā)育有外側(cè)齒突和內(nèi)側(cè)齒突,外側(cè)齒突較內(nèi)側(cè)齒突長(zhǎng),內(nèi)、外側(cè)齒突不在同一位置分出,有前后的位置區(qū)別(圖5)。

產(chǎn)地層位:下志留統(tǒng)紗帽組。

圖5 Pterospathodus eopennatus掃描電鏡照片

3 生物地層的對(duì)比

近年來(lái),人們?yōu)榻鉀Q志留系時(shí)代劃分問(wèn)題,在牙形刺研究方面取得了一系列成果。中(國(guó))英(國(guó))志留系Telychian階跨半球?qū)Ρ软?xiàng)目[8-9]對(duì)揚(yáng)子地臺(tái)志留系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。王成源等[10](2010)通過(guò)對(duì)湖北秭歸楊林紗帽組灰?guī)r段的詳細(xì)研究,將灰?guī)r時(shí)代確定為P.eopennatus帶,高于重慶秀山剖面。

湖北恩施老寨溪剖面在第32巖性層獲得Pterospathodusamorphognathoidesaff.Lennarti牙形刺分子,相當(dāng)于湘西張家界剖面的小溪峪組,其層位明顯高于湖北秭歸楊林剖面，采樣層位可跨至特列奇階頂部,是目前鄂西發(fā)現(xiàn)的紗帽組最高層位(表1)。

根據(jù)老寨溪剖面牙形刺的發(fā)育特征,可將其劃分為三個(gè)帶：

(1)Pterospathoduseopennatus帶。產(chǎn)于紗帽組中上部,是產(chǎn)出層位最高的牙形刺。以富集帶分子為特征。此帶中還存在Apsidognathusaulacis,Walliserodusaff.curvatus,Wurmiellasp.,Panderodusamplicostatus,Ozarkodinasp.,Distomodussp.等。地質(zhì)時(shí)代屬于早志留世中晚期。

(2)Pterospathoduscelloni帶。邱洪榮[11](1985)、王成源和Aldridge[12](1996)發(fā)現(xiàn)過(guò)此帶的標(biāo)志化石P.celloni,但后來(lái)經(jīng)鑒定屬于P.eopennatus。M?nnik(1998)將Pterospathoduscelloni帶劃分出P.a.angulatus、P.a.lennarti和P.a.lithuanicus3個(gè)亞帶。本區(qū)僅發(fā)現(xiàn)P.a.aff.lennarti,典型的Pterospathoduscelloni分子未見(jiàn)到,實(shí)際可能僅僅是Pterospathoduscelloni帶下部的P.a.angulatus亞帶。

(3)Pterospathodusamorphognathoidesamorphognathoides帶。M?nnik[13](2007)提出以Apsidognathus的滅絕來(lái)判斷蘭多維列統(tǒng)和文洛克統(tǒng)的界線。老寨溪剖面上仍可見(jiàn)Apsidognathussp.,同時(shí)還有Ozarkodinaguizhouensis,Galerodusmacroexcavatus,Parapygodustriangularis,Panderodusamplicostatus等，因此地質(zhì)時(shí)代屬于早志留世晚期,未到文洛克統(tǒng)。

4 結(jié)論

志留紀(jì)早期是華夏板塊與揚(yáng)子板塊拼合碰撞的強(qiáng)烈活動(dòng)期,華南開(kāi)始大規(guī)模整體抬升。隨著華夏古陸向西北方向擠壓,宜昌地區(qū)較早抬升并發(fā)生剝蝕,從而形成紗帽組頂界層位較低的特征[14]。向鄂西方向,紗帽組頂界逐漸增高,接受沉積的時(shí)間更長(zhǎng),因此恩施宣恩縣老寨溪一帶層位更高,但均未到文洛克統(tǒng),故鄂西紗帽組在地質(zhì)時(shí)代上應(yīng)仍屬于早志留世。

表1 華南揚(yáng)子地臺(tái)牙形刺P.eopennatus帶和P.celloni帶的地層對(duì)比表