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元古宙简介

  元古宙(距今约25亿年~距今约5.7亿年)

  Proterozoic Eon

  前寒武纪两个分期的晚期。这一时期形成的地层称元古宇,位于太古宇之上,古生界之下。元古宙原名元古代,是1887年由S.F.埃蒙斯命名的。Proterozoic属希腊字源,意为早期原始生命
。一般把元古宙分为古元古、中元古和新元古3个代,界限分别是18亿年前和10亿年前。

  元古宙与太古宙相比,岩石变质程度较浅,并有一部分未经变质的沉积岩。主要有板岩、大理岩、白云岩石灰岩页岩、砂岩和千枚岩等。中国的元古宙地层类型复杂,各地发育程度相差较大。华北地台的中、新元古代地层属稳定类型的盖层沉积,其余为活动类型沉积。新元古代地层上部的红色碎屑堆积,广泛分布于中国南方。

元古宙生物

  元古宙时藻类细菌开始繁盛,是由原核生物向真核生物演化、从单细胞原生动物到多细胞后生动物演化的重要阶段。叠层石始见于太古宙,而古元古代时出现第一个发展高潮。近年在中国北部的串岭沟组中发现属于16~17亿年前的丘阿尔藻的化石,这是已发现的最老的真核细胞生物。元古宙晚期,无脊椎动物偶有发现。

元古宙地质

  由于藻类植物日益繁盛,它们营光合作用不断吸收大气中的CO2,放出O2,使气圈和水体从缺氧发展到含有较多氧的状态。大约从中元古代开始,地层有含铁紫红色石英砂岩(如常州沟组、大虹峪组等)及赤铁矿层(如串岭沟组宣龙式铁矿)形成,说明当时大气中已含有相当多的游离氧。大气及水体中氧的增多,不仅影响岩石风化及沉积作用的方式及进程,而且也给生物发展和演化准备了物质条件。

  太古宙已出现菌类和蓝绿藻类,到元古宙得到进一步发展。在岩层中广布蓝绿藻类的群体,经生物作用和沉积作用形成综合体。这种综合体常保存在石灰岩和白云岩中。从横剖面上看呈同心圆状、椭圆状等。从纵剖面上看呈向上凸起的弧形或锥形叠层状,就象扣放着的一摞碗,称做叠层石。

  叠层石的基本构造单位叫基本层,一般为弧形或锥形,向上凸起。基本层组成集合体,最常见的形状为柱状、锥状、棒锤状,有的呈墙状(图11-5)。集合体有各种不同的分叉现象(图11-6)。集合体组成大群体,在地层中多呈透镜状、似层状等礁体现象。叠层石主要分布于滨海的潮间带和潮上带,有的能分布于潮下100m深处。近年根据叠层石的形态、分叉形式、体壁构造、纹饰及内部构造,划分为许多类、群、型,对于地层的划分和对比有一定意义。

  另外,近年在元古宙地层中分离出形体微小的(常小于10μm)微古植物,主要指一些单细胞藻类。到了晚元古代,微古植物形体增大(50—100μm),种类繁多。大约从中元古代起还出现了褐藻红藻等高级藻类。近年在中国北部中元古代串岭沟组地层中发现最古老的真核细胞生物化石,名为丘阿尔藻(Chuaria),距今16—17亿年。1978年在中元古代雾迷山组中也发现真核生物化石,命名为震旦乌藻(Tawuia),距今12—14亿年。这些单细胞藻类,分类位置尚不明,总称为疑源类(Acritarcha)。太古宙从无生命到有生命,是生物演化史上的一次飞跃,而元古宙则是从原核生物到真核生物,从单细胞到多细胞,标志着在地球发展史和生命演化过程中进入一个新阶段。

  在太古宙晚期的构造运动即阜平运动之后,中国和世界大陆上都出现了小规模的稳定核心,称为陆核,这是陆壳构造发展的第一阶段。早元古代中期的构造运动,在中国称五台运动;早元古代晚期的构造运动,在中国称吕梁运动。通过这些运动,陆核进一步扩大,形成规模较大的稳定地区,称为原地台,在原地台上开始沉积了类似盖层的沉积类型。由于沉积、喷发、侵入、挤压、褶皱、变质、固结等作用反复进行,陆壳某些部分更趋稳定,到中元古代晚期原地台进一步扩大,在世界上终于出现了若干大规模稳定的古地台。由陆核到原地台和古地台,是陆壳构造发展的第二个阶段。

  从岩石性质看,古元古代地层即下元古界往往和上太古界具有共性,多属活动类型沉积和浊流沉积变质而成的绿岩系,同时和上太古界一样,常含有规模巨大的铁矿床,性质和鞍山式铁矿近似,以低价铁为主,反映当时大气和水体的缺氧状态。下元古界(Pt1)和上太古界(Ar2)共同构成地台的基底。到了中、新元古代,原地台已经出现,出现了稳定地台浅海,真核及藻类生物繁盛,大气及水体中含氧量增加,红层、高价铁、碳酸盐等沉积出现,形成地台盖层,因此,中元古界(Pt2)特别是上元古界(Pt3)震旦系(Z)已经属于盖层沉积的范畴。

  在古元古代,中国北方已经形成华北原地台,南方形成扬子原地台,西部则形成塔里木原地台。在华北地区,在初步固结的基础上,发生断裂拗陷,形成了以滹沱群为代表的碎屑-火山沉积和含叠层石的白云岩沉积;在五台-太行山地区则形成造山后的磨拉石堆积。这些都属于地槽活动型堆积。在河南则形成嵩山群,在安徽形成凤阳群,它们都属于稳定类型,以分选较好的碎屑岩、碳酸盐岩等为主,很少有火山岩。上述沉积经过褶皱夷平,上面为中、新元古界不整合覆盖,这个不整合面分布广泛,即吕梁运动。华北地区经吕梁运动后,进一步固结,形成华北原地台。

  在中国西南,包括川中、鄂西,基底以上太古界崆岭群变质岩系为代表。下元古界分布不广,主要为岛弧型火山沉积岩系,川西一带也有类似沉积。后来下元古界连同上太古界褶皱形成扬子原地台。

  中国西部,塔里木地区下元古界以浅变质火山沉积岩系为主,属于活动类型,称兴地塔格群。早元古代末形成了原地台

  古元古代末期,在中国已经出现了华北、扬子、塔里木等相对稳定的原地台,但陆壳稳定情况仍存在很大差异。

  1.华北地区早在太古宙末,中国北部和辽宁南部已形成几个稳定陆核,陆核之间是活动地区,其间填充了五台群和滹沱群,经过吕梁运动褶皱变质固结,它们把陆核连接起来,形成较大规模的稳定地区——华北原地台。这个原地台地形高低起伏,相当复杂。有些地区在久经剥蚀之后,又开始下沉,形成浅海;而有些地区则高出海面,形成古陆,如图11-7所示,中国北部除内蒙古北部及东北北部属比较活动的地槽外,其余皆属华北原地台范围。原地台大致呈三角形,周围被高地环绕:北有内蒙古古陆,南有淮阳古陆,东边是胶东古陆(后来发展成胶辽古陆);古陆之间是一片陆表浅海,海中耸立着若干山地和陆岛。如鲁西古陆和晋陕古陆便是较大的古陆。在这片浅海中沉积了类似盖层的中上元台界,所以在辽宁吉林南部、河北山西(部分地区)、大青山、贺兰山、鲁中、豫西和皖北均有出露,但沉积发育情况各地不一。可大体分为三种类型:强烈沉降带沉积,稳定浅海沉积,隆起区的陆相沉积。

  (1)燕辽沉降带位于内蒙古古陆南侧,是华北地区强烈拗陷地带,如图11-8所示,拗陷中心在河北兴隆、天津蓟县以及北京平谷一带,沉积厚达10000m,地层发育完全,分层清楚,是北方中上元古界划分和对比的标准地区①。图11-9为燕山地区平谷一带中上元古界综合柱状剖面。

  在图11-9剖面中,根据沉积旋回、岩性和沉积间断可分为3个系12个组。长城系下部以碎屑岩为主,并夹火山喷发岩,上部为碳酸盐岩;蓟县系以碳酸盐岩为主,厚度最大,分布较广;青白口系以砂页岩、石灰岩为主,厚度较小,分布较窄。中上元古界由下而上代表一个巨大的沉积旋回;在这个旋回中又可分为三个次一级旋回,各旋回间都存在着明显的间断;次一级旋回中还包含着更小旋回。据此,说明以剖面为代表的这一时代初期,海侵开始,堆积了巨厚的滨海浅海碎屑岩,并有海底火山喷发活动;中期海侵扩大,向四周超覆(图11-10)形成了广厚的碳酸盐建造;后期地壳上升,海水渐退,又以碎屑岩沉积为主。在大旋回中,夹着次一级和更次一级旋回,说明整个地区是波浪式的发展过程。

  位于淮阳古陆北缘的豫西-淮南沉降带,其发育过程大致和燕辽沉降带相似。

  (2)华北地区其他部分 包括现在山东、河南、安徽等部分地区,是一片相对稳定的陆表浅海,沉降幅度较小,沉积厚度一般在1000m左右,下部以碎屑岩相为主,上部以碳酸盐岩相为主。

  (3)晋陕古陆为浅海所包围,是一个长期遭受剥蚀的隆起区,其边缘部分只有当海侵超覆时才形成不厚的滨海相沉积;内部低地堆积了陆相石英砂岩,分选良好,交错层发育,厚度仅100m左右。

  总之,华北地区在中元古代开始了新的发展阶段,虽然吕梁运动后已经基本上形成比较稳定地区,但尚有局部活动性较大的地区,如燕辽沉降带即是。沉降带为传统名称,其形成可能与古陆边缘深断裂有关,目前或认为与板块边界活动有关。这些活动单位经过中、新元古代的长期发展才逐渐相对稳定下来,到新元古代初期,已经发展为大规模的相对稳定的华北地台,也称中朝地台。

  2.中国西部塔里本地区 在北天山的北山地区,中上元古界分布广泛,为相对稳定型的浅变质,含碳酸盐沉积,沉积类型与中朝地台相似。沿中、南天山东段,有走向NWW的强烈沉降带,沉积厚度逾万米,与燕辽沉降带有类似之处。

  3.中国南部中国南部和中国北部地壳发育过程有很大不同,在那里缺少太古界地层,而元古界地层则广泛发育。南方扬子原地台(包括四川及湘、鄂、黔、桂等一部分,四川盆地为其核心部分)是一个相对稳定的地区,在它的周围出现了一些活动地带,如在其东部的鄂西地区出露崆岭群,以黑云斜长片麻岩、混合岩、角闪岩等为主,上部夹大理岩,总厚度大于5000m,时代属下元古界。在其附近出露浅变质的神农架群,以碳酸盐岩为主,下部和上部含有火山物质及硅质、铁质沉积,大约相当于北方的中、上元古界。

  在扬子原地台的东南缘,中上元古界出露非常广泛,下部称四堡群或梵净山群,上部称板溪群,二者以不整合接触。板溪群以浅变质岩为主,包括砂质板岩、千枚岩、泥灰岩,有时含细碧岩、火山喷发岩,或具海底喷发的枕状构造,间有复理石式沉积,各处厚度不等(1000—7000m)。广泛分布于湘西、黔东、桂北等地。有人认为板溪群非常近似大陆边缘从大陆架海、边缘海、大陆坡到火山岛弧海沉积,然后向外过渡到外海。

  在扬子原地台的西侧,即川滇交界地区,也是相对活动地带,沉积了厚达8500m以上的浅变质的会理群,下部和上部有火山沉积,中部以碳酸盐沉积夹泥砂质沉积为主,中、上元古界之间及上部与下震旦统之间,皆为不整合接触,分别代表晋宁运动早、晚两期。通过晋宁运动,扬子原地台周围固结扩大,到后来形成大型稳定的扬子地台

  总之,从太古宙到元古宙,中国南北地层分布不同的特点,说明地壳发展的不平衡性,北方在早元古代末吕梁运动之后已经形成稳定的基底,其上的活动区只限于沉降带(与古陆边缘断裂有关),火山活动不多;从晚元古代开始,已几乎全部固结,形成华北地台;而南方则在扬子原地台的两侧,活动相当强烈,特别是从中元古代起,发育了边缘海及岛弧海,火山活动相当频繁,经晋宁运动,原地台扩大才发展为扬子地台。这种在同一时期北方相对稳定、南方相对活动的特征,一直延续到古生代

  元古代所经历的时间很长,沉积的厚度也很大,如燕山地区中、上元古界最厚达10000m,相当于同一地区古生界地层的若干倍。因此,这一部分地层中含有比较丰富的矿产。

  (一)铁矿

  中元古代,在华北地区,特别是沿内蒙古古陆的南侧,沉积了大量浅海相鲕状和肾状赤铁矿。以河北宣化、龙关一带的宣龙式铁矿最为典型。矿层位于长城系串岭沟组底部(图11-8,11-9),多为富矿。这些都是吕梁运动后,古陆经长期风化和剥蚀作用,铁质在滨海地区不断富集形成沉积赤铁矿。

  在燕山地区的蓟县系铁岭组中,也可见到沉积赤铁矿,称四海式铁矿(因北京延庆四海而命名)。在青白口系下马岭组底部,有时也存在一层不规则的风化壳型铁矿。

  (二)锰矿

  在华北地区长城系高于庄组中下部,常夹有一层锰矿或含锰页岩及含锰灰岩。如在蓟县高于庄组中有含锰带,称蓟县式锰矿,但多为低品位。除此,在蓟县系铁岭组中部,含铁锰,在辽宁朝阳瓦房子一带形成锰矿层,称瓦房子式锰矿。

  (三)其他

  在苏北东海锦屏山、皖北大别山等处,下元古界变质岩中形成重要磷矿,称东海式磷矿。在北方长城系串岭沟组和大虹峪组中常含有含钾层位(绿色海绿石页岩)。在豫北发现含钾页岩矿床,即位于串岭沟组中。最近,在华北平原掩覆下的雾迷山组白云岩中发现储藏大量石油,如华北油田(河北任丘)最早发现古潜山油田,这些含油古潜山就是由雾迷山组白云岩构成的。

  此外,在北方元古界中有大量的碳酸盐沉积,其最大特征为富含镁质,绝大部分为白云岩和白云质灰岩,质纯者可作为冶金熔剂。其中辽宁大石桥一带的下元古界辽河群中产有大型菱镁矿床。中、上元古界中纯灰岩不多,在燕山地区一些地方的高于庄组上部、铁岭组上部等,有较纯灰岩,可以作为水泥和石灰等原料。含有叠层石的白云岩及白云质灰岩,磨光后是美观的建筑材料。

元古宙细分

  元古宙就是距今约2500百万年,到542百万年,大约十九亿年时间。元古宙又分为了始元古代、古元古代、中元古代和新元古代。元古宙又分为成铁纪、层侵纪、造山纪、固结纪、盖层纪、延展纪、狭带纪、拉伸纪、成冰纪和埃迪卡拉纪,这十个纪。

  从距今约2500百万年到1800百万年,700百万年(七亿年)期间就是元古宙——始元古代,始元古代分为成铁纪、层侵纪、造山纪三纪。在始元古代大量出现了蓝藻、细菌。

  元古宙——始元古代——成铁纪就是,从距今大约2500百万年到2300百万年,。成铁纪的名称来自于希腊语sideros“铁”,因这个时期是世界上形成特大型铁矿田,出现硅铁建造的主要时期,故名。(然而在中国大陆,此时却并不发育硅铁建造。)成铁纪期间蓝藻、细菌繁盛。

  元古宙——始元古代——层侵纪,从距今约2300百万年到2050百万年。层侵纪期间蓝藻、细菌繁盛。

  元古宙——始元古代——造山纪,从距今约2050百万年到1800百万年。造山纪期间蓝藻、细菌繁盛

  从距今约1800百万年到1200百万年,600百万年(六亿年)期间就是元古宙——古元古代,古元古纪分成了固结纪、盖层纪、延展纪三纪。在古元古纪期间,蓝藻、细菌经过了几亿年的进化,终于进化出了大型宏观藻类。

  元古宙——古元古代——固结纪,从距今约1800百万年到1600百万年。固结纪期间蓝藻、细菌繁盛

  元古宙——古元古代——盖层纪,从距今约1600百万年到1400百万年。盖层纪期间蓝藻、褐藻经过了近十亿年的进化,终于,出现大型的宏观藻类。

  元古宙——古元古代——延展纪,距今约1400百万年到1200百万年。延展纪期间蓝藻、褐藻发育,出现大型宏观藻类。

  从距今约1200百万年到630百万年,570百万年(五亿七千万年)期间,就是元古宙——中元古代,分为狭带纪、拉伸纪和成冰纪三纪。在中元古代,就已经出现大型的具刺源类和大陆板块。

  元古宙——中元古代——狭带纪,时间为距今约1200百万年到1000百万年。狭带纪期间蓝藻、褐藻发育,出现大型宏观藻类。

  元古宙——中元古代——拉伸纪,时间为距今约1000百万年到850百万年。拉伸纪期间首次出现大型具刺凝源类,形成了古大陆(罗迪尼亚古大陆)。

  元古宙——中元古代——成冰纪,时间为距今约850百万年到630百万年。成冰纪期间出现全球雪球事件,为生物低潮。

  从距今约630百万年到542百万年,88百万年(八千八百万年)期间,就是元古宙——新元古代。在新元古代中,只有一个埃迪卡拉纪。

  元古宙——新元古代——埃迪卡拉纪,是冥古宙、太古宙、元古宙(合称,隐生宙),这三宙时期的最后阶段,它有着特殊的意义。

  埃迪卡拉纪的名称来源:埃迪卡拉的名字来自南澳大利亚得里亚的埃迪卡拉山。1946年,RegSprigg曾在这里发现显生宙以前的化石。研究这些化石的MartinGlaessner认为这是珊瑚和海虫的先驱。以下几十年,南澳大利亚还找到很多的隐生宙化石,其他各大洲也找到一些。这些化石一起叫做埃迪卡拉动物。

  这个时期的开始与其他地质时代不同,不按照化石变化。在这个时期的出现的软体生物很少留下化石。埃迪卡拉纪是从一个有不同化学成份的岩石层开始。这个岩石层13C非常少,说明当时全球性的冰河时期结束。

  埃迪卡拉动物:埃迪卡拉动物化石出土越多,反而越没有规律。有几种化石比较象后来动物的先驱。埃迪卡拉后期,有一些虫子爬行的痕迹,也找到一些小的硬壳动物。可是大部分的埃迪卡拉动物是一些不能动的球,盘,叶状体,和以后的动物没有什么关系。学者之间,这些化石到底是什么也有很多争论。

  由这些,可以证明,在埃迪卡拉纪时期,已经出现了多细胞生物了。

  冥古宙 + 太古宙 + 元古宙持续约40亿年,也就是另一说的隐生宙时期。

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