冈瓦纳古大陆

冈瓦纳古大陆(英文名:Gondwanaland ),又称南方大陆,是新元古代-古生代过渡时期主要分布于南半球的古大陆。

1885年,奥地利地质学家修斯(Eduard Suess)在著作《地球的面貌》(The Face of the Earth)中首次提出“冈瓦纳大陆”概念,其命名依据为印度中部冈瓦纳地区石炭纪到侏罗纪地层——“冈瓦纳系”。根据板块构造的证据,冈瓦纳是在前寒武纪晚期(大约10亿到5.42亿年前)由大陆碰撞形成的。冈瓦纳随后与北美、欧洲西伯利亚地区相撞,形成了盘古超级大陆。冈瓦纳的分裂是分阶段进行的。大约1.8亿年前,在侏罗纪时期,冈瓦纳大陆的西半部(非洲和南美洲)与东半部(马达加斯加、印度、澳大利亚南极洲)分离。大约1.4亿年前,随着非洲与南美洲分离,南大西洋就此形成。大约在同一时间,仍与马达加斯加相连的印度板块与南极洲和澳大利亚分离,中部印度洋随之诞生。在白垩纪晚期,印度板块与马达加斯加分离,澳大利亚慢慢地从南极洲分离出来。印度板块最终在大约5000万年前与欧亚大陆相撞,形成了喜马拉雅山脉山脉,而向北移动的澳大利亚板块开始在东南亚南缘发生碰撞,这种碰撞至今仍在进行。

在四个现代没有任何联系的地区:巴西、非洲中部及南部和马达加斯加岛、印度半岛与澳大利亚,从石炭系上部起到侏罗系,有巨厚的含同一植物群的相似大陆沉积及特殊的巨大爬行纲 Theromorphae(兽形类)的化石,后者在南非特别众多。因而这四个地区在这段时间内有共同的历史;自然可以假定,它们都参与一巨大陆块的组成,即冈瓦纳大陆。这四个地区,在挤入褶皱的古老岩石上,首先不整合覆盖着冰川沉积,然后为巨厚的陆相沉积岩系,其相与西欧石炭系含煤组及二迭系相似,底部也有煤层。

命名定义

冈瓦纳古大陆(又称南方大陆)是新元古代古生代过渡时期存在的主要分布于南半球的古大陆。其命名依据为印度中部冈瓦纳地区发育的石炭系到侏罗系地层——“冈瓦纳系”。

发现历史

早在1620年,英国哲学家弗朗西斯·培根就在地图中观察到,南美洲和非洲相邻一侧的形状可以完美的衔接在一起。然而可惜的是,他仅提出了想法而没有科学地探究下去。

1885年,奥地利地质学家Eduard Suess在著作《The Faceofthe Earth》中首次提出“冈瓦纳大陆”概念,

1911年,阿尔弗雷德·魏格纳在马堡大学图书馆读到一篇奥地利学者修斯有关冈瓦纳大陆的文章,魏格纳注意到这篇文章中列举的一些反映古气候信息的沉积物分布位置与现代全球气候带分布模式不符。从此开始,他收集和整理全球各地各种古生物化石、沉积物和地层资料,并进行古气候分析,从中得出了对大陆漂移的认识。1912年1月,魏格纳在一次学术报告上首次提出了“大陆漂移”的观点。

1912年1月6日,魏格纳在法兰克福地质协会做了题为《大陆与海洋的起源》的讲演,首次提出了大陆漂移假设;1915年,阿尔弗雷德·魏格纳出版了《海陆的起源》一书,系统地论述了他的大陆漂移说:地球的大陆最初是一个整块,大约距今3亿年前开始分裂,向东西南北移动,后来便形成了现在的七大洲四大洋。系统整合了冈瓦纳大陆的地质、古生物和古气候证据,使这一概念从单纯的地层对比上升为完整的科学理论。

1962年,朗科恩还编辑出版了一部题为《大陆漂移》的论文集,为大陆漂移学说提供了有力证据。

地理范围

大致以东非造山带为界,冈瓦纳大陆被分为东冈瓦纳和西冈瓦纳两部分。 冈瓦纳大陆的基本框架及主要板块的相对位置已得到很好约束。

在印度半岛,由石炭系到侏罗系,从下部的特征冰碛层到上部的含煤地层,统称为“冈瓦纳(岩)系”。南半球各大陆都发现有这一时代的相似岩系和化石,根据这一相似性和其他证据,便把这个古大陆命名为冈瓦纳大陆。学界当前对于冈瓦纳大陆的几个主要块体组成并无异议,然而,对于一些微型地块(或陆块)的来源却存在较大争议。南羌塘来自冈瓦纳大陆已是公认,但北羌塘地块的来源及其漂移历史一直争议很大:一些学者认为,北羌塘地块来自北方劳亚大陆,然而还有一些学者认为北羌塘地块在晚古生代时期就已从冈瓦纳大陆裂解出来,甚至还有观点认为北羌塘地(与南羌塘地块一起)与当时的华北地块、塔里木盆地地块、扬子地块以及其他一些岛陆共同组成中国古大陆的主体,与劳亚大陆和冈瓦纳大陆“三足鼎立”。争议的主要原因是北羌塘地块缺乏石炭纪—二叠纪典型的冰筏砾岩,因为这种冰海杂砾岩是在距今约3亿年前冈瓦纳大陆的标志性沉积²⁻⁴,其在南美洲、非洲、澳大利亚印度以及南极大陆都有发现。

但北羌塘的地层和古生物又明显不同于欧亚大陆的塔里木地块和昆仑山脉地块,而与扬子地块有很高的相似性。因而试图通过古生物地层的对比来揭示北羌塘高原地块的来源是行不通的。近现代古地磁学的发展,为更精确地厘定冈瓦纳大陆解体及随后欧亚大陆各地块拼贴聚合过程提供了可靠资料。

距今3亿年前(晚石炭世),冈瓦纳大陆主体仍然位于南半球中、高纬度带,羌塘地块已经从超大陆北缘裂离出来并发生向北的漂移,而此时拉萨市地块则仍然与冈瓦纳大陆连接在一起。

地质演化

根据板块构造的证据,冈瓦纳是在前寒武纪晚期(大约10亿到5.42亿年前)由大陆碰撞形成的。冈瓦纳随后与北美、欧洲西伯利亚地区相撞,形成了盘古大陆

侏罗纪普遍出现的大规模玄武岩喷发,标志着南方大陆解体的开始。但是南方大陆各部分之间的真正分离,却是白垩纪中逐步发生的。早白垩世早、中期,非洲、南美、印度南极洲澳大利亚之间开始了逐步分离。南美巴西和非洲西南部都存在114—136Ma的基性火山喷发。南大西洋两岸自早白垩世晚期起逐渐遭受海侵,非洲沿岸地区出现的海相碳酸盐岩碎屑岩。但除澳大利亚存在较广的海侵外,其它地区仍然只有陆相盆地沉积。

晚白垩世起,南方大陆的解体进一步增强,原始的大西洋和印度洋已经出现。海侵不仅波及非洲、南美、印度和澳大利亚的沿岸地带,而且大规模地侵入非洲内部,形成大理石、白垩以及和白垩相似的泥灰岩沉积,含海胆瓣鳃纲菊石亚纲。印度半岛上大面积分布的德干玄武岩,最大厚度可达3800m,代表自侏罗纪延续到早第三纪的火山喷发产物,但主体部分形成于晚白垩世。

冈瓦纳古大陆在古生代经历了三次较大的冰期,分别是晚奥陶世至早志留世、晚泥盆世至早石炭世以及晚石炭世晚期至二叠纪。这三次冰期的冰盖分布在冈瓦纳大陆的不同区域,其中晚奥陶世至早志留世的冰盖主要分布在西冈瓦纳大陆,而晚泥盆世至早石炭世的冰盖则主要分布在南美板块。至于晚石炭世晚期至二叠纪的冰期,冰盖分布在冈瓦纳大陆的各个主要板块上,且存在时间最长、范围最广。这三次冰期的冰盖中心点位置都靠近南极点,但并不完全重合,这表明气温是影响冰盖分布的主要因素之一,但并非唯一因素。冰盖的分布还受到盆地动力学、地形、冰川属性等其他因素的影响。在中国的陆块中,仅晚石炭世晚期至二叠纪冰期对西南陆块群(如保山市地块、腾冲市地块、拉萨市地块、羌塘地块等)产生了影响。

冈瓦纳的分裂是分阶段进行的。大约1.8亿年前,在侏罗纪时期,冈瓦纳大陆的西半部(非洲和南美洲)与东半部(马达加斯加、印度、澳大利亚南极洲)分离。大约1.4亿年前,随着非洲从南美洲分离出来,南大西洋就此形成。大约在同一时间,仍附属于马达加斯加的印度洋与南极洲和澳大利亚分离,中部印度洋随之诞生。在白垩纪晚期,印度洋从马达加斯加岛分离出来,澳大利亚慢慢地从南极洲分离出来。印度洋最终在大约5000万年前与欧亚大陆相撞,形成了喜马拉雅山脉,而向北移动的澳大利亚板块刚刚开始在东南亚南缘发生碰撞,这种碰撞至今仍在进行。

区域构成

在四个现代没有任何联系的地区,即在巴西、非洲中部及南部(及马达加斯加岛)、印度半岛与澳大利亚,从石炭系上部起到侏罗系,有巨厚的含同一植物群的相似大陆沉积及特殊的巨大爬行纲 Theromor phae(兽形类)的化石,后者在南非特别众多。因而这四个地区在这段时间内有共同的历史;自然可以假定,它们都参与一巨大陆块的组成,即称做冈瓦纳大陆。这四个地区,在挤入褶皱的古老岩石上,首先不整合覆盖着冰川沉积,然后为巨厚的陆相沉积岩系,其相与西欧石炭系含煤组及二叠系相似;底部也有煤层。不过,植物群十分贫乏,含有北半球二叠系和石炭系含煤组标准植物群中完全没有的羊齿植物;如舌状光滑无缺边的舌羊齿属(舌羊齿属)和Gangamopteris(恒河羊齿属)就是。这个植物组合很早以来叫做舌羊齿植物群,或冈瓦纳植物群。其年代曾有很多争论。因为在南半球其下部为含煤相,上部与三叠系同型,长期以来被认作为二叠-石炭系,且至少在其底部含北半球石炭纪动物群。

后来在西伯利亚地区各个地方一直至苏联欧洲部分,曾发现几乎同一的,即我们和查列斯基一起所称的安加拉植物群。该植物群久知于安加拉河谷所见的陆相含煤组中;这个一直包括侏罗系的陆相岩系,休士用以建立他的安加拉大陆,或安加拉古陆。

安加拉植物群在西伯利亚的库兹巴斯曾特别详细地作过研究,该地在类似于英国的土尔内阶和韦宪阶之上,覆盖了厚度达8000米的陆相含煤组,根据最近资料,这个岩组包括三叠系。最后,此植物群曾被发现于伯绍拉盆地,该地与它相连系的有冈瓦纳类型爬行纲(兽形类)和中及晚二叠世年代的海相夹层。再南它还遇见于乌拉尔西坡二叠系带,伏尔加河卡马河盆地,直达契卡洛夫。

这个安加拉植物群不与冈瓦纳植物群完全相同;舌羊齿属(舌羊齿属)(阿马里茨基见的)在其中为查列斯基所发现的亲近属Pursongia(普尔松羊齿属)所替代;但是其中也发现Gangamopteris(恒河羊齿属)和许多其它特征型相混,如欧洲二叠纪的Callipteris(美羊齿属)即是。古植物学者一致认为这个植物群和冈瓦纳植物群很接近且同时,因此,其二叠纪年代是肯定了的。由此可见,经过中亚地中海与尚不清楚地区,冈瓦纳与安加拉大陆之间的联系是存在的。

此外,安加拉植物群至少还应当分布于亚欧某些地方,不久以前达朗尼于比利牛斯二叠系中曾发现之,正可能存在过特别气候条件。

其实我们可以这样考虑,正是中及晚二叠世时广布于西欧的干燥气候,阻止了煤层的形成及比正常二叠纪植物群Walchia和Callipteris(美羊齿属)可能更喜湿的安加拉植物群的发展。在伯绍拉与Gangamopteris(恒河羊齿属)植物群相伴的笨重Theromorpha(兽形类)(Pareiasaurus(锯齿龙属),Inostranzevia(伊诺斯特兰采夫龙属),Permocynodon(二叠犬齿兽属)),可能最适于沼泽而不适于沙漠。这样又一次出现了沉积景观的气候对比,一方面是黑色煤建造,而另一方面是蒸发岩的红色盐类建造。

最后,皮维托不久以前注意到欧亚很多地方发现的与南非Theromorpha(兽形类)动物群有亲缘关系的爬行纲。他甚至作出这类动物发源于北极的结论,而这些动物以前认为只存在于南非。

因此,象许多经典概念所发生的一样,冈瓦纳大陆的特殊性,不论从植物群观点或大陆动物群的观点来看,都开始消失了。

最后再补充一点,在亚洲大陆东部,知有欧洲类型的石炭纪植物群;我们已经提到其在苏门答腊岛马来群岛及中国开平煤田;在山西煤田它们曾被赫勒仔细研究过,该地维斯法和斯特凡植物群为Gigantopteris(大羽羊齿属)和Callipteris(美羊齿属)带沉积所覆盖,毫无疑问,后者相当于下二叠统。而以后到中二叠统在各个盆地中出现了来自冈瓦纳大陆的Gangamopteris(恒河羊齿属)植物群。

在这段长而有益的插话之后,为了精确地作出舌羊齿属植物群的年代,现在我们转到南半球来以资叙述与安加拉同时的冈瓦纳沉积的各种类型。

印度

恒河以南的全印度斯坦半岛,为一相当于北半球地盾的古老地块,其上在陷落凹地中,保留着知名的冈瓦纳群的巨厚沉积。此岩系纯为陆相,其下部是我们目下感兴趣的部分,含有舌羊齿植物群。这个地层开始为砾岩,称做塔什尔组,毫无疑问是古老冰碛

这些岩层的年代在冈瓦纳古大陆的北缘可以确定,该处开始出现海相地中海沉积。我们已经知道它曾出现于盐岭。事实上,这里塔什尔期的古老冰碛直接覆盖于寒武系之上;还伴有毫无疑问的来自冰水的绿色砂岩,但含一些海相夹层,其中有很贫乏而特殊的包括Conularia(锥石属)的动物群,但有特别奇特而有厚壳的巨大瓣鳃纲——或接近于Avicula(燕蛤属),或接近于Ostrea(牡蛎属)的Eurydesma(宽壳蛤属)。因此,这个我们还在其它地方遇到的Eurydesma(宽壳蛤属)动物群,是冈瓦纳古海岸所特有的冷海动物群,当时冰川临近这个古陆。然后海水最终到达盐岭并在那里沉积了下长身贝石灰岩,我们归之于下二叠统。这样,在新近研究这个问题的地质学家们多次争论之后,把塔什尔层归入于石炭系最上部;而覆盖含舌羊齿属植物群的冈瓦纳岩系,当然是二叠纪时代了。

但是还要补充一点,岩系的上部含有三叠纪植物群,而这些陆相一直继续至包括侏罗系在内。

非洲

开普敦区的海岸山脉,为纬度方向延展的海西蒙古族藏族自治州褶皱山系,由海相泥盆纪和陆相下及中石炭统所组成,含贫乏而不大特征的植物群。从这些山系向北,分布着多少变质的、哑的(不含化石的)、组成中非撒哈拉沙漠古老基底岩石的广大地区。在这个基底上,几乎常以角度不整合覆盖着有时很厚的陆相岩层,分布于几个盆地内。其中最南和最大的一个直接从开普山脉向北和东北延展到卡鲁高原和巴苏托林德山,该处已到半沙漠区了。

这个盆地的陆相沉积厚度达8000米,为知名的卡鲁群;它与冈瓦纳群完全相似。按照岩石性质,特别是根据陆相植物群和动物群(爬行纲),其中从下到上分为得维卡、埃卡、博弗尔和斯托尔堡等组。

得维卡组(800米)以有很厚的砾岩冰碛岩而著名,冰碛岩具有擦痕漂砾,无疑是冰碛来源。有时(向北)它直接覆盖于古老结晶岩石之上,其表面有强烈磨损,有“羊背石”擦痕;向南它为已经含有舌羊齿属植物群痕迹的下页岩分开;最后,在纳米比亚基特曼斯胡普和吉比恩之间,岩组有含Eurydesma(宽壳蛤属),Conularia(锥石属)或甚至古头帕海胆(古海胆属)的海相夹层。鱼类(Palaeonicuscapensis(南非古尼鱼))显出很接近于欧洲晚石炭世型;最后,这个下岩组以中龙属(中龙属)为特征,此属是一种冈瓦纳大陆所特有并适于水中生活方式的爬行纲。因此,得维卡组常与上石炭统对比。

埃卡组有时含煤层,有舌羊齿属(舌羊齿属)和Gangamopteris(恒河羊齿属)植物群;但爬行类很贫乏。

反之,博弗尔组植物贫乏(Gangamopteris(恒河羊齿属)消失),有众多的爬行类,其中巨齿兽类(Pareisauria(巨齿龙科))、二齿兽下目二齿兽属(二齿兽属))和兽齿类(Theriodonts(兽齿类))彼此依次相继,它们被成功地用以建立六个古生物带。我们列举在这里作为根据爬行纲建立古生物地层的唯一例子,按照皮维托,我们还将指出北半球这类动物群代表曾被描述过的地区。

这样,在博弗尔组上部遇到了欧洲下三叠统所特征的属(Capitosaurus(大头龙属),Trematosaurus(幻螈属))。因此可以假定,全部埃卡组和博弗尔组底部归于二叠系。

三叠系

6.Cynognathus(犬颌兽)带(Capilosaurus(大头龙属)——格陵兰,斯匹次堡根,德国)。

5.Procolophon(前棱蜥属)带(苏格兰?,德国?)。

4.水龙兽属(水龙兽属)带(中国)。

3.Cisticephalus(箱头兽属)带(中印半岛,中国,苏联,苏格兰)。

二叠系

2.内齿兽属(内齿兽属)带(苏联)

至于斯托尔堡组,它相当于三叠系和瑞替克阶,完全为陆相;它以巨大玄武岩喷溢终结,玄武岩流形成雄伟的巴祖托兰山。

从这个卡鲁大盆地向北,可以找到类似的,但小得多的盆地于赞比西、罗得西亚、坦噶尼喀海岸和接近于蒙巴萨印度洋沿岸;最后,发现舌羊齿属植物群的最北地点,是恩德培,在维多利亚湖北岸,即约赤道处。

另一方面,远一些向西还有一个有陆相沉积的大盆地——刚果盆地,它向西延续于刚果(前中央刚果)和安哥拉,这里化石非常稀少且不特征,以致尽管研究很详细,刚果群与卡鲁群的对比仍然在争论着。富尔马列采用了如下命名。

索马里埃塞俄比亚,也发育有陆相岩系(埃塞俄比亚为阿迪格拉特砂岩,索马里为卢克层),而在卢克区那里,可以看到它顺走向过渡于印度洋区海相侏罗系。

迟一些至白垩纪和第三纪,陆相沉积物堆积于卡拉哈里(卡拉哈里组);现代卡拉哈里和撒哈拉广大无排水的风成堆积——都给我们表明了二叠—三叠纪时卡鲁群也许是那样的。在封闭盆地中这种堆积情况继续存在,从石炭纪末期开始直到现代,看地壳运动及风的情况而变动地方。

马达加斯加岛

这里很久以来知道有卡鲁类型的陆相岩系,覆于结晶基底之上并有舌羊齿植物群及爬行纲,同开普敦地区一样。不过这里有不久以前发现的含海相动物群的夹石

这个岩系于岛的西南部发育最好,该处贝查利区分出如下分层:

它由厚度几百米的砂岩页岩组成,含舌羊齿属(舌羊齿属)植物群,无Gangamopteris(恒河羊齿属),而主要保存有完美的爬行纲,皮维托研究过并分出Theromorpha(兽形类)的两个带,他用以与博弗尔组中部,即上二叠统对比。最后,岩组终结为上红色岩组的页岩。在岛的北部安基托卡高原,为海相岩层,直覆于结晶基底之上;在其下部为砂岩含腕足动物门(Productus(长身贝属),Spirifer(毛脚燕贝属),Athyris(无窗贝属)等)和瓣鳃纲(Schizodus(裂齿蛤属),Goniomya(角樱蛤属)等);这里也有盐岭长身贝石灰岩所特征的头足纲(Xenaspiscarbonarivs(石炭异盾菊石)),其次接上二叠统泥板岩含头足类(Cyclolobus(圆叶菊石属),Medlicottia(麦得利菊石属),Xenaspis(异盾菊石属),Hungarites(匈牙利菊石属))。这个岩系终结为阿纳博兰诺粘土,含结核,其中有三叠纪时代的鱼类和菊石亚纲

3.最后,伊沙洛(山块)组由大厚度砂岩形成,只含有硅化木和稀少海相贝壳(Myophoria(褶翅蛤属))。它相当于上三叠统;在伊沙洛砂岩下部有强烈沥青沾染,因此那里被认为有可能发现石油矿床。

因此,马尔加什的卡鲁群完全与同名的开普敦区岩系相似;其年代下部为二叠纪,上部为三叠纪,为含海相动物群的夹石很好地确定。上覆的海相上阿斯统只在岛的西北部安基尔高原有,岩层含Spiriferinarostrata(喙状准毛脚燕贝),只是到中侏罗世,海侵到莫桑比克海峡两岸,多多少少地完全破坏了马尔加什和非洲大陆的联系。

澳大利亚

澳大利亚组成冈瓦纳大陆极东端,位于淹盖新西兰太平洋区系海和我们已知的到达的摩尔岛并淹盖西澳大利亚的地中海之间,在西澳大利亚的西北盆地海相二叠系厚度达2000或3000米。

事实上,当北部的摩尔、苏门答腊岛马来群岛遇到欧洲类型植物群时,在澳大利亚有舌羊齿植物群,这个植物群出现于晚石炭世,继续存在于整个二叠纪期间,在三叠纪初,象南非一样,为Thinnfeldia(丁菲羊齿属)植物群所替代。

最完整剖面见于澳大利亚东部,新南威尔士州,特别在亨特河盆地(悉尼稍北)。这里在结晶岩石之上,开始覆盖着厚度750米砂-页岩岩组,有冰水-冰川砾岩,含冰擦痕漂砾。其中找到所谓的Rhacopteris(裂羊齿属)植物群,归之于中或上石炭统。再接厚度1350米的下海相岩系,其中出现有舌羊齿属(舌羊齿属)和Gangamopteris(恒河羊齿属)植物群;在下部含有海相Eurydesma(宽壳蛤属)动物群,上部找到二叠纪菊石亚纲阿加斯菊石(阿加西斯菊石属));这个岩系可以和得维卡组和埃卡组底部对比。格利塔煤层或下含煤组,分隔这个下岩组和上海市相组,后者厚度1800米,也有冰川成因砾石和含窗格苔藓虫苔藓虫属)及海百合纲夹层。再上只发育有厚度1300米的陆相沉积物,也包括两个含煤层的组(中及上含煤组);在上层(或新卡斯尔组)还保留着舌羊齿植物群;因此全部归之于二叠系(博弗尔组下部)。再上突然出现了标志三叠纪开始的Thinnfeldia(丁菲羊齿属)植物群(博弗尔组上部和斯托尔堡组的下部)。

应该指出,这样的岩系还见于塔斯马尼亚州维多利亚州,甚至西北澳大利亚海岸的摩尔海峡,该地开始也为冰川沉积。

南美

在沿太平洋延展的第三纪山系中,我们找到了石炭系,这里我们将不讨论它。

整个大陆东部由古老岩石基底形成,其上覆盖着卡鲁类型陆相建造;在巴西西南部,圣卡塔琳娜州,特别在巴拉那,曾被详细研究过。

在巴拉那盆地,开始为冰碛砾岩,表示来自东方的冰盖赖茨曾试图分出几个冰期,因为在冰碛物中有带状泥夹层,有时含煤层及植物化石(Gangamopteris(恒河羊齿属)和舌羊齿属(舌羊齿属)植物群),表示有间冰期。象在冈瓦纳到处一样,这些冰川归入于石炭系和二叠系之间。在冰川退走之后,到处广布了早二叠世Gangamopteris(恒河羊齿属)植物群,且出现了中龙属(中龙属)。在经过剥蚀之后,接着为埃斯拉达诺瓦层,也全为早二叠世时代。在里奥-多-拉斯托斯沉积之前有一很大间断,里奥-多-拉斯托斯层有与英格兰和苏格兰中三叠世型相似的十分特化的Rynchosauridae(喙头龙目)(Cephalonia(头龙属)和Scaphonyx(异平齿龙属))。

这些冈瓦纳型的大陆沉积延展于乌拉圭东北;与古老冰碛一起的舌羊齿属植物群也知于马尔维纳斯群岛

结论

石炭系终结为广泛分布的冰川,不局限于山谷,而是相反,占有广大空间。这些冰川可以与第四纪北半球冰盖相比。在冰川消失之后,在整个二叠纪期间,在这个区域立刻散布着舌羊齿植物群以及众多的爬行纲,象我们现代的哺乳动物一样有各种特化。气候开始仍然十分潮湿,以致形成煤层。其后,有的早些,有的迟些,全看地区而定,有的在中或晚二叠世,有的在三叠纪,气候变成为沙漠性的且只沉积了红色岩层,没有生物,很难区分。

这个相似历史还需要统一说明。在巴西、南非马达加斯加岛、印度半岛和澳大利亚之间,应该存在着大陆联系,象我们已经提到过的,这也表现为冈瓦纳大陆假说。不需要假定印度洋大西洋南部曾全部为大陆,但同时在南半球各个地区出现大冰盖,是一个比较困难问题。因为热带类型的珊瑚动物群不断地继续繁荣于欧洲海中,就可以作出地球不同时共同寒冷的假定,而寒冷只限于接近南极地区。在巴西冰川为人知道以前,曾假定南极移动,认为南极当时位于印度洋中心,在已知冰川地区(南非、印度半岛、澳大利亚)。但是,冰川的分布于巴西,关于大陆不动而极地移动的说法就完全不能说明。因此,这个问题再不能有其它结论,除非是假定一个大陆块对另一个大陆块移动。这个由阿尔弗雷德·魏格纳所创的大陆漂移说,我们将不讨论它所依据的理论基础。不必要采用魏格纳及其众多继承者所提供的形式,我们只记住阿尔图巧妙地称做活动论的观点,因为不依赖于任何假说,这个学说只指出这种情况,在褶皱山系内,应该必然发生压缩,因而其边缘部分比较接近。

盖尔特十分正确地着重指出,帝汶岛二叠纪珊瑚动物群与澳大利亚海岸冰碛的接近是无法解释的,如果不假定二叠纪以后澳大利亚接近了帝汶岛的话。还令人惊异的是经受冰川的最北面陆块是印度半岛;正是那里地中海带的挤压最大,因为印度半岛和亚洲大陆现在以广大喜马拉雅褶皱山系连接。

如果活动论的原则被接受了的话,那末可以假定,巴西、南非、印度半岛和澳大利亚在石炭纪末期位于当时的南极,然后或多或少地向北移动。

另一方面,冈瓦纳的历史与叙述的少人知晓的西欧地区完全不同。设想旅行者,离开最后的撒哈拉阿特拉斯山脉,不断地向南移动到达开普山脉,在这巨大空间内只遇到陆相的和未褶皱的后石炭纪沉积。自石炭纪以来的地中海和西欧地区所经历的无数地质改变,在这个广大地区内是差得很远。但是,如果注意到所研究的苏联西班牙之间是地球上多么小的一个地区,那末应该承认,其地质情况是例外的。我们只研究了围绕大陆地台的窄狭地槽带,是具活动海岸的陆块的小部份。这里地质历史进程进行得迅速而有反复无常节奏,与在巨大非洲大陆占统治的安静情况恰相反。如果只涉及无机化合物界,我们的不安定的地中海显然是不正常的;非洲反映了大陆发展的正常历史。

争议与研究

争议

争议主要集中于其边缘众多陆块的古地理位置。作为东亚陆块群的重要组成部分,华南陆块一般被认为曾位于东冈瓦纳的北侧。由于“泛非期”变质作用和岩浆作用的严重缺乏,一些学者主张华南陆块不是冈瓦纳大陆的一部分。但大量沉积记录显示华南陆块内部发育寒武纪奥陶纪前陆盆地沉积,暗示存在更早或同期的“挤压”驱动力;此外,这些沉积岩中存在大量具冈瓦纳亲缘性,年龄为埃迪卡拉纪-寒武纪时期的碎屑锆石以及化石记录。因此,华南陆块曾是东冈瓦纳的一部分已被普遍接受。然而,华南何时,以何种方式与冈瓦纳拼合仍存在争议。 

研究结论

基于碎屑锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素的沉积物源分析是追溯沉积盆地演化历史的有效途径。围绕上述问题,已经开展了较多的华南陆块沉积盆地的研究,但这些研究主要集中于中东部内陆盆地地区,样品空间覆盖范围不全面;而且采样的地层层位缺乏准确的沉积时间限定,难以精细对比。华南陆块西部埃迪卡拉纪-寒武纪过渡时期沉积地层发育良好(图1),且这套地层的沉积时代已通过化学地层、生物地层和放射性同位素年代学等多种方法交叉校准,是开展高时间分辨率地层框架下碎屑物源分析、重建华南陆块与冈瓦纳的古地理格局的理想地区。基于此,中国科学院地质与地球物理研究所李献华院士团队与科廷大学李正祥教授、中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员合作,综合运用微区原位分析技术,对上述地层开展详细的碎屑物源分析,在华南陆块与冈瓦纳大陆碰撞的拼贴时间和过程研究中取得重要进展。 

结果显示,华南陆块西部-云南省东部地区0.55-0.52Ga地层中碎屑锆石年龄峰值主要为:2.51Ga,1.85Ga,1.20Ga,0.80Ga和0.52Ga(图2)。该研究首次在这一地区该时期地层中识别出1.20Ga的碎屑锆石峰。在东冈瓦纳重建中,1.20Ga的碎屑锆石峰被经常解释为有澳大利亚碎屑物质的输入。然而,该研究中云南省东部地区1.20Ga的碎屑锆石普遍具有较低的氧同位素特征,明显区别于澳大利亚同时期地层中1.20Ga的碎屑锆石的氧同位素特征,因此它们由澳大利亚物源输入的可能性较小。进一步的分析显示,这些1.20Ga碎屑锆石主要源自于邻区古老叶县群的再循环和中元古代晚期岩浆岩。该1.20Ga碎屑锆石峰具有随时间演化的特征,即在古元古代新元古代过渡时期地层中广泛存在、早中新元古代地层中缺失、而在0.55-0.52Ga地层中再次出现。这种变化特征反映了该区域在埃迪卡拉纪-寒武纪过渡时期经历了强烈构造隆升,导致古老物质的抬升、剥蚀、再沉积。这一过程很可能受控于华南陆块与冈瓦纳大陆的碰撞拼贴。 

此外,沿着冈瓦纳大陆的北缘,埃迪卡拉纪-寒武纪岩浆活动广泛发育,而华南陆块缺乏相应的岩浆岩记录,却含有同时期地层中同时代的碎屑锆石和大量火山灰夹层(个别厚度可达数米),这表明该时期华南陆块和邻近的冈瓦纳北缘陆块靠近。各陆块碎屑锆石年龄谱特征对比分析进一步表明,华南陆块与印度板块相邻。综上,研究者们提出,华南陆块在ca.0.55Ga开始与印度板块西北缘碰撞,随后沿着顺时针方向于早古生代拼贴到东冈瓦纳的北缘。

这项研究厘定了华南陆块与冈瓦纳大陆拼贴的时间和过程,为在高时间分辨率地层框架下开展沉积物源解析、古地理重建提供了良好范例。

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