石炭纪地质简史

石炭纪时期的地球是怎样的？~

3.55亿年前开始，到2.9亿年前，这个时期的地球时一个碳与氧的盛宴，也因为氧含量无比丰富而造就了这样一个“巨虫时代”，它就是地质年代中的石炭纪。
石炭纪中大量的巨型昆虫类生物或许就是许多昆虫恐怖电影中的灵感来源，而下面我们揭开石炭纪十大恐怖生物的神秘面纱，带你一起了解3.55亿年前的地球生物，以及石炭纪生物大灭绝真相原因分析。
石炭纪十大恐怖生物先知：林蜥、巨脉、引螈、希氏根齿鱼、肺蝎、节胸蜈蚣、始祖单弓兽、三眼恐龙虾、蛛鲎、无棘腔鳄
石炭纪地质名片：
地质时期：显生宙-古生代-石炭纪
植物种类代表：蕨类植物、舌羊齿目植物、有花植物
动物种类代表：辐鳍鱼类、棘皮动物、嵴椎动物、两栖动物
林蜥-最早的爬行动物之一

最早的爬行动物之一，也是目前所能确认最早的爬行动物，通常体长约20厘米，身躯和尾巴细长。在石炭纪，它们只能屈居巨型两栖动物和节肢动物之下，靠灵巧和敏捷生存。
林蜥外表应该相当接近现代蜥蜴。它拥有锐利的小型牙齿，应该以早期昆虫为生，它们在巨型昆虫生存的年代来说算是特小的物种。

南岭地区地质构造发展始终受地球自转速率变化所形成的南北、东西向压应力以及中国大陆与海洋接触特点所产生的南北向扭应力作用所形成的多期多阶段的纬向、经向、华夏方向等构造活动的影响，它控制着本区地壳发展以及地层、构造及岩浆活动。现今的地质构造图案，各类构造形迹的成生发展，充分反映了构造应力场的转化规律（图1-6）。

图1-6　构造体系活动和铀成矿历史示意图

1—构造活动时间及强度；2—构造可能活动时间；3—成矿作用强；4—成矿作用中等；5—成矿作用弱
雪峰运动以前，本区为一系列近东西向槽地，沉积了一套巨厚的海相复理石碎屑岩、火山岩夹火山碎屑岩建造。随着地球自转速率加快，我国南方震旦纪初期发生了雪峰运动，本区地壳局部上升，继之形成一套与冰川有关的复杂的边缘海沉积和间冰期的含铁、锰、磷及碳酸盐岩的浅海相碎屑碳酸盐建造。
本区西北侧的古雪峰隆起露出海面，含铀丰度较高的前震旦系受到剥蚀，铀元素随碎屑物质运移，给浅海的复理石碎屑岩提供了铀源，在合适的还原条件下，沉积了一套含铀的碳硅泥岩建造，奠定了该区碳硅泥岩型铀矿床的基础。
由于地应力的持续作用，使本区纬向构造明显加强，经向构造也相应发生，雪峰运动后期中国大陆不断增生，本区适位于古海岸东南边缘，海岸线的总体走向呈北东向，随后地球自转速率变慢，海水自低纬度向高纬度北撤，中国大陆则相对以力偶作用南移，形成了一系列的左旋扭动构造形迹，早期华夏系构造即从此显现。
寒武纪本区处于陆缘海盆地，沉积了海相复理式碎屑岩建造，局部夹碳酸盐质页岩建造。
奥陶志留纪，沉积了一套海相泥砂质碎屑岩、笔石页岩夹碳酸盐岩建造，复理石特征明显。
加里东运动以强大的东西、南北压应力交替作用为主，继而转变为南北向的左旋扭动，相应地形成了一系列南北向、东西向和北东向构造带。志留纪晚期开始的海退，实际上是晚期加里东运动的前奏，在地球自转速率变快的情况下，形成一系列紧闭全形褶皱，局部岩石经受动力变质，并伴随有规模较大的中酸性岩浆活动和混合岩化作用。由于南北及东西向压应力交替作用继续进行，同时还伴随一些弧形、山字型构造产出。随着地块的不均匀滑移，稍后，本区东部大陆边缘，区域应力场转变为南北向扭应力为主，从而北东向构造得到发展，华夏系构造完善显现。
加里东运动后，沉积了的含铀碳硅泥岩建造上升为陆，这些含铀地层通过后期构造淋滤富集作用，形成了碳硅泥岩型铀矿床。
晚古生代，本区地壳处于相对宁静时期，全区沉积了大致相似的地台型盖层，以浅海相碳酸盐岩建造为主，次为海陆交互相碎屑岩建造和潟湖沼泽相含煤建造，在相对平静的环境下，地壳出现一些振荡运动，因而各时代地层多呈整合或平行不整合接触。局部地区产生了海底喷发，形成了泥盆—石炭纪地层中有少量浅海中酸性火山岩、火山碎屑岩沉积。
在滨海潟湖相的碳酸盐岩－碎屑岩过渡岩相的硅灰泥沉积建造中，在有利的含铀蚀源区补给的条件下，形成了含铀较高的硅灰泥岩夹层并产出于碳酸盐岩建造中，经过热液叠加改造，形成了碳酸盐岩型和碳硅泥岩型工业铀矿床。
二叠纪末，随着应力加强→释放，华力西运动发生，本区西段可见岩浆活动。随后相对平静，沉积了早、中三叠世地层。中三叠世以后、晚三叠世以前，本区地应力持续加强，印支运动由此产生，发生了极为强烈的褶皱、断裂活动。由于南北向扭应力的加强，形成了晚期华夏系构造。
晚三叠世以后，南北向压应力的加强，华南地区产生了巨大的东西向隆起带，大面积上升为陆，仅粤东、粤中及湘、赣边境局部指状海湾尚有早侏罗世海浸，沉积了一套以太平洋型浅海相碎屑岩为主夹碳酸盐的地层，以及海陆交互相碎屑岩含煤建造，随后逐渐隆起成为陆地。
这时，中国大陆大幅度增长，华夏陆块已发展到现今模样，海岸线也由北东向变迁为现今的北北东向。由于陆壳的演化，本区已由塑性形变转化为脆性形变为主，在地壳应力作用下，出现了应力集中—释放、再集中—再释放的构造旋回，闻名的燕山运动多次发生。在中国大陆与古海水北撤相对扭应力作用下，又一次强大的左旋力偶作用产生，使中国东南沿海产出一组北北东向的巨大构造形迹——新华夏构造体系，同时伴随大规模的岩浆活动以及强烈的褶皱作用、断裂作用、造盆作用。与此同时，东西构造带、南北构造带与新华夏构造带交替发生而产出，它们都分别控制着岩浆活动、火山活动及断裂、褶皱等。在宏观的燕山构造旋回中，早期以岩浆活动为主，晚期以断裂构造为特色。岩浆活动以侏罗纪为鼎盛时期。
燕山期花岗岩浆的多阶段活动，形成了继承性较好的复式岩体，岩浆分异明显，富含挥发分，尤以晚阶段岩浆中挥发分含量高而相对富集，铀从丰度较高的岩浆中分异出来进入热液，然后沿断裂运移沉淀，形成了本区著名的花岗岩型热液铀矿床。本区东部含铀丰度值高的火山岩，随着多旋回的火山喷发活动，岩浆亦产生分异作用，铀元素在火山口中的火山碎屑岩中或其附近火山岩的断裂带中富集成矿，形成了火山岩型铀矿床。
与此同时，南北、东西向的压应力亦多次伴随发生，其间亦同时展现出新的纬向、经向及华夏式构造，或与古老构造复合，但以断裂的形式产出为主，与新华夏系相比，则大为逊色。
应该指出的是，由于地球自转速率变化与力偶作用转换，相应而产生的北西向构造亦随之而相对产出。
自早侏罗世到老第三纪，本区大多为陆相湖泊沼泽相沉积，含铀丰度值较高的变质岩系及燕山期花岗岩体等，由于风化剥蚀，铀元素析出转移，在适宜的Eh值和pH值条件下，形成了同生沉积的砂岩型铀矿床。成岩成矿以后，含铀砂岩自身经过淋滤作用，铀元素被转移到水溶液中，连同外界被水溶液带来的铀元素，在适宜的条件下，于砂岩层间或断裂构造中再次富集沉淀，形成后生的工业铀矿床。
第三纪开始，在较稳定的大陆边缘以及山间盆地，沉积了红色磨拉石建造。随着应力再次集中—释放，喜马拉雅构造运动发生，除继续发育北北东及北东向以断裂为主的构造外，东西向及南北向的褶皱断裂亦显现明显，同时伴随着岩浆活动及火山喷发作用，尤以本区西南侧玄武岩浆喷发活动最为强烈，直到第四纪仍强烈发生。

石炭纪为古生代第五个纪，名称乃1922年创用于英国，由于这个时期的地层中蕴藏着丰富的煤层而得名。石炭纪开始于距今3.54亿年，延续了59Ma。

嵩山地区中奥陶世上马家沟组沉积早期海水向东北退走以后，在长达一亿三千多万年的时期里，南秦岭虽然仍在海进海退中，继续演义着志留纪—泥盆纪的历史，而嵩山一直是陆地。早古生代形成的碳酸盐岩地层遭受了长期的风化剥蚀，在湿热的亚热带气候条件下，形成了红土风化壳喀斯特地形。中石炭世本溪期，海水由东北方向侵入嵩山地区。海水刚来时，首先进入喀斯特洼地，形成了一系列面积较小、封闭滞流的海漫潟湖，潟湖内发育黄铁矿、铁质岩、铝质岩、粘土岩，它们对地形起了填平补齐的作用。海水继续南侵，嵩山地区成了滨岸潟湖环境（图8-20）。沉积物主要为铝质岩、粘土岩。顶部为沼泽形成的炭质页岩或煤层。未发现动物化石，植物化石也不很丰富，但已经出现了高大的鳞木。

图8-20　河南省中晚石炭世古地理图

晚石炭世太原期至山西期早期，嵩山地区气候潮湿，海水时进时退。对于这一阶段的地理环境，有两种看法：一种认为是海陆交替，时而是陆，时而是海，此时形成灰岩、碎屑岩和薄煤层；另一种看法认为灰岩形成于开阔的陆表海潮下环境，碎屑岩及煤层形成于障壁海岸中的潮坪、潮道、泥炭坪环境。后一种看法认为嵩山地区这一时期一直处在海平面上下波动频繁的陆表海中。海水时进时退，开阔陆表海与障壁海岸环境交替出现，总体都在水下。此期海相生物十分发育，计有

、有孔虫、腕足、珊瑚、双壳、介形虫、棘皮类、苔藓类、腹足类、藻类、牙形石、海绵类、头足类等。

山西期晚期，受中华里西运动的影响，海水向东南方向缓慢退出，嵩山地区由潮坪、潮道环境逐渐发展为宽阔平坦的海滨平原，气候温暖湿润、鳞木、科达树、真蕨以及羊齿植物茂盛，在滨海平原形成了大面积的淡水森林沼泽环境，沉积了较厚的二₁煤煤层，煤质优良而且稳定。

上述太原期和山西期形成的煤层（线）很多，但仅二₁煤大面积可采，其他多数不可采或偶尔可采，原因是它们的生成环境不同。如上所述，二₁煤是在滨海沼泽环境下生成的，这种淡水森林沼泽地形平坦宽阔，因之煤层分布广而稳定。海水退出后形成滨海沼泽早，生成的煤层较厚。而它以前的薄煤层都是在泥炭坪环境中生成的，泥炭坪环境形成的煤层分布面积大，层位稳定，但由于海水频繁进退，开阔陆表海与障壁海岸环境反复交替出现，造成泥炭坪不断发育和破坏（淹没），所以形成的煤层较薄。受潮道的侧向侵蚀，煤层还常常尖灭。

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