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奥陶纪生物大辐射是地质历史时期重要的生物多样性增加事件,近年来关于其背景机制的研究已经成为国际奥陶系研究的热点。在华南,虽然各个主要海洋生物门类的辐射型式已取得了一系列重要进展,但相关背景机制的探索仍较为缺乏。早奥陶世晚期,华南扬子台地上腕足动物和笔石的宏演化达到了第一次多样性峰值,而此时的台地边缘地区发育一套海相含泥质的紫红色碳酸盐岩,与典型的近岸浅水海相红层以及大洋深水红层均存在明显差异,关于其形成机制以及与华南奥陶纪生物大辐射之间可能的联系尚无专门论述。 本文选取扬子台地及江南斜坡六条下、中奥陶统碳酸盐岩-碎屑岩混积序列,以发育这套红层的紫台组及部分地区大湾组和湄潭组中部(中灰岩部分)等地层单位为研究对象,通过沉积序列对比、沉积微相分析以及矿物学、地球化学等方法,对华南在这一时段的沉积环境变化、红层形成机制以及生物-环境共演化等内容提出了一些新认识。 早、中奥陶世时,华南扬子台地发生了一次淹没事件,表现为红花园组被紫台组及其同期地层所上覆。湖北松滋响水洞剖面,红花园组中发育碳酸盐岩微相MF-1~MF-6,亮晶胶结为主,发育似球粒、岩屑、鲕粒和生屑等颗粒,属于镶边台地环境;紫台组发育碳酸盐岩微相MF-7~MF-13,泥晶充填为主,颗粒含量较低,主要为生屑,指示缓坡环境。淹没过程表现为紫台组底部的凝缩沉积,发育硬底构造和强烈生物扰动组构,主要受控于全球海平面快速上升和陆源碎屑增加导致的礁体生长速率放缓,导致了扬子台地由镶边台地向混积缓坡的转变。 淹没台地上发育湄潭组、大湾组和紫台组等碳酸盐岩-碎屑岩混积地层,除响水洞剖面紫台组中所识别微相外,其它同期碳酸盐岩地层中还可识别出MF-8a、MF-9a、MF-10a、MF-11a、MF-12a、MF-12b、MF-13a和MF-13b等微相,显示出粉砂级石英碎屑、生物扰动组构以及介壳、腹足类和海绵骨针等生屑在不同环境中的指示意义。总体而言,早、中奥陶世,扬子台地淹没后呈现出西北高,东南低,同时向南倾的碳酸盐岩-碎屑岩混积缓坡地形,物质主要来源于台地西部,受平均/风暴浪基面和区域地质构造运动控制。 这套红层的典型岩性为紫台组紫红色含泥质瘤状灰岩,其瘤状组构形成于成岩阶段,不具有环境指示意义。紫台组中同时也发育灰色和灰绿色灰岩层,灰色层发育在红层之前,灰绿色层常与红色层相伴产出(交互出现)。斑驳状和不规则层状的灰绿色层主要由成岩作用导致,而原生灰绿色层发育环境和红色层大体相似,但具有较低氧化还原电位,可能源自海平面波动等因素。 红层主要分布在台缘地区,识别出五个阶段:(1)Fl3中晚期;(2)Dp1早期;(3)Dp1中晚期;(4)Dp2期;(5)Dp3到Dw1早期;受相对海平面变化以及区域地质构造运动的控制。在红层出现前,底域氧含量已经达到较高水平并一直保持,而红层中Fe含量显著高于下伏非红层,说明Fe质输入增加是形成红层的重要原因。鉴于此时的江南斜坡上未显示出上升流沉积特点,主量元素相关分析指示稳定的构造背景,没有发生剥蚀区母岩类型的改变,另外,Fe质组分和陆源碎屑输入显示显著的强正相关,此时还具有较强的河流淡水输入。综上所述,紫台组这套红层虽然是碳酸盐岩红层,但其出现缘自含铁质陆源细碎屑增加,以及同时期水-沉积物界面下的氧化环境。在水体相对较浅(大湾组/湄潭组)处,接受陆源营养物质较多,初级生产力较高,TOC在沉积物中进行分解导致水-沉积物界面下为还原环境,而水体更深(宁国组)处,底域本身即为还原环境。因此,红层仅在台地边缘地区发育。从红层在台缘地区的分布和发育过程来看,影响其分布的因素还包括西北高、东南低的缓坡地形,以及位于西南侧的物源和广阔的陆表海浅水环境等。 结合华南早-中奥陶世的海洋生物多样性变化,弗洛晚期,扬子台地淹没导致地形由镶边台地转换为开阔混积缓坡,陆地来源的营养物质增加,加上斜坡上较深的水体提供的众多生态位,很可能是浮游的笔石和疑源类在斜坡上的多样性增加的原因;同一时期,腕足类产生了华南乃至全球奥陶纪的第一次多样性峰值,并表现为由斜坡上部向台地浅水底域迁移的型式,淹没事件在改变了底质环境的同时,也为腕足类向浅水方向的演化提供了一系列连续的生态位;而在大坪期,腕足类等底栖壳相生物占据浅水生态位后,三叶虫Whiterock动物群由浅水向深水拓展,并逐渐取代了Ibex动物群在整个陆棚地区的优势地位。因此,华南奥陶纪生物大辐射中,不同门类的幕式发展,也受到了古地理背景的控制。