Question

寒武纪地质简史

Answer 1

地质历史在距今5.43亿年时，进入显生宙古生代的第一个纪——寒武纪，以出现大量较高级的动物为主要特征。而寒武纪动物群又以具有坚硬外壳的，门类众多的海生无脊椎动物大量出现为其特征，是生物史上的一次大发展时期，其中三叶虫最为常见，是划分寒武系的重要依据。

什么是三叶虫呢？三叶虫属于动物界节肢动物门三叶虫纲，主要生存于古生代，古生代末期灭绝。个体一般长数厘米，最大的长可达70cm，小型的长仅数毫米。背部覆以几丁质背壳，我们今天看到的绝大多数是背壳化石。三叶虫无论是纵向和横向都可以分成三部分，纵向由两条背沟将身体分为一轴二肋，三叶虫名字由此而得。横向可分为头、胸、尾三部分，胸部多节且脆弱，不易保存，所以我们看到的化石多为头和尾。三叶虫种类繁多，演化较快，是早古生代地层的重要标准化石（图8-1）。

图8-1　三叶虫背壳构造（引自《地质词典》，1979）

寒武纪的寒武二字又是从何而来呢？从汉语含义中找不到答案。古生代开始一段的地层首先在英国的威尔士研究，英国人习惯于把威尔士称为Cam-bria。因此英国地质学家塞奇威克于1835年首先使用Cambrian作为纪名。日人依其音译为“寒武”，中国沿用称为寒武纪。

1.早寒武世

早寒武世为寒武纪海域的形成时期。华北区在寒武纪初期（相当于我国南方的梅树村期、筇竹寺期和沧浪铺前期）仍是剥蚀区。嵩山一带也已被夷为平地。沧浪铺中期（辛集早期），海水开始由东南和西南两个方面向华北古陆推进。当海水进到灵宝、叶县、确山、固始一带时，沉积了一套黑色页岩和砂质页岩，即辛集组①段。当海水推进到临汝、鲁山一带时，沉积了一套含磷岩系即辛集组②段（图8-2）。海水从两侧绕过熊耳古岛会合后继续北侵，淹没嵩山地区。由于古陆长期遭受剥蚀，堆积有大量的碎屑物，这时的海水也并不深。海滩的障壁作用，形成了障壁滩的沉积，主要是砂砾岩、含砾砂岩、石英砂岩、粘土岩、泥质白云岩。砾石分选差，磨圆度高，上部石英砂岩呈紫红色，泥质白云岩见石盐假晶和泥裂，为滨海沙滩及潮坪沉积。

辛集晚期，海水已进至太行山南麓焦作、开封一线。嵩山地区形成以潮间带为主的碳酸盐潮坪，潮坪内水体温暖洁净，潮间藻席开始形成并大面积发育，从而形成了广泛分布的豹皮灰岩层。

图8-2　河南省早寒武世辛集早期古地理图

图8-3　馒头组灰岩中的潮汐层（引自河南区调队，1989）

早寒武世馒头期，河南省除熊耳古岛外，全部成为海域，为华北海的一部分。这时的华北海很浅。碳酸盐潮坪继续发育，潮坪沉积物为泥灰岩、泥质白云岩、泥质条带灰岩夹页岩。潮汐层理（图8-3）极为发育，雨痕、泥裂、鸟眼、石盐假晶等暴露构造普遍，反映了该地当时为水位多变暴露频繁的潮间带上部环境。化石较少，有少量三叶虫。馒头末期，潮坪内藻类再次繁衍，形成馒头组顶部的核形石灰岩和叠层石灰岩。

2.中寒武世

毛庄期华北海基本上继承了早寒武世晚期的潮坪环境，但海域继续扩大。嵩山地区接受了由北方来的碎屑，沉积了泥质粉砂质岩层。叠层石已经消失，三叶虫空前发育，毛庄期的潮坪环境十分安静。

庄期时，浅而开阔的陆表海淹没前期的潮坪，碳酸盐台地在清洁、温暖的海域里大面积生成。台地上的搅动浅水区发育碳酸盐沙滩，沉积了鲕粒灰岩、生物屑灰岩。低洼部位发育了静水碳酸盐泥，沉积物为泥灰岩或泥质条带灰岩。生物更加繁盛，除大量三叶虫外，尚有腕足、腹足、软舌螺、藻等门类的生物。当然，徐庄期的华北海并非一直风平浪静，徐庄中期也曾经历过数次大风暴，强大的风暴潮流袭击台地上的沉积物，在米村蔓菁峪、王村佛洞等处，留下了风暴形成的砾屑灰岩。

至张夏早期，华北海达到了顶峰。随后华北地台南缘开始抬升。位于嵩山西南的熊耳古岛这时也向东北方面扩大。受南部上升的影响，嵩山附近海水变浅，使刚刚形成的碳酸盐沉积物暴露于海面，在大气淡水的作用下发生白云石化作用，从而形成张夏组上段的白云岩层。

3.晚寒武世

晚寒武世为全面海退时期，海域面积不断缩小，海水变浅。由于华北地台南缘平缓抬升和熊耳古岛的不断扩大，使晚寒武世的华北海逐渐向东北方向退缩。

崮山期熊耳古岛的北界大致在洛宁、鲁山、确山一线，嵩山一带的水下碳酸盐台地变成了潮坪。沉积物主要为泥灰岩、泥质白云岩，潮汐层理发育，常见厘米级、毫米级的纹层，充分显示潮间带水位变化频繁的特征。白云岩化强烈，生物渐渐稀少，仅见少量三叶虫和腕足类。

长山期海水继续北退，熊耳古岛北界可能在三门峡、汝阳、舞阳、确山一线。嵩山地区仍是潮坪环境，沉积的白云岩偶含燧石。生物稀少。

凤山期熊耳古岛进一步扩大，嵩山成为浅而闭塞的潟湖，嵩山这时正处在海岸附近（图8-4）。南坡已经没有凤山组沉积、而嵩山之北仍有凤山组存在。沉积物中富含硅质，白云岩化强烈，生物稀少。至凤山末期，海水全部退出嵩山地区。

图8-4　河南省晚寒武世凤山期古地理图

寒武纪由海进而后海退，嵩山地区由陆地变成海洋，最后又成了陆地。不过这时的嵩山地势已大不相同，海侵前总的地势是北高南低，现在却成了南高北低，嵩山地区已改换门庭，成为熊耳古陆的一部分了。

华北地台南沿这次地壳上升是加里东运动早期的影响，仅仅表现为造陆运动形式，未发生岩浆活动。