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华南志留系-泥盆系界线研究新进展

发表日期:2021-07-27来源:放大 缩小

  志留系-泥盆系界线(SDB)是第一个使用现代地层学方法和程序进行系统研究的系之间的界线,其界线层型(GSSP,俗称金钉子)位于捷克布拉格西南35km处、克隆克地区Suchomasty附近的微晶灰岩与页岩互层的层序中,该界线被明确定义在Lochkov组第20层上部笔石Monograptus uniformis uniformis化石带的底部,辅助的标志化石包括首次出现的三叶虫Warburgella rugulosa rugosa和牙形刺Caudicriodus hesperius。在华南滇东地区,连续的上志留统-下泥盆统出露良好,提供了从开阔海洋向近岸环境过渡的完整记录,同时伴随着早期脊椎动物的分化和动物群的更替。近百年来,尽管在滇东地区开展了大量的古生物学研究,但至今在该地区尚未发现三个早泥盆世最早期的标志化石,这导致了SDB在该地区的确切位置长期以来一直存有较大争议。概括来说, 滇东地区SDB的划分方案有如下五种意见(1)(A) 在玉龙寺组底部;(B) 在玉龙寺组上黑色页岩层底部;(C) 在西山村组(或下西山村组)内部某处;(D) 在玉龙寺组顶部或西山村组底部;(E) 在西屯组中部某处。基于目前对滇东西山村剖面生物地层学的研究,前三个方案已被放弃,而后两个方案迄今则尚未达成共识。 

1 滇东曲靖地区SDB的代表性划分方案a) 

 

a) 鱼剪影代表肉鳍鱼类冠群的最低层位 

  许多化学地层学研究表明, 无机碳和有机碳稳定同位素(δ13Ccarbδ13Corg)在世界各地志留系最上部-泥盆系最下部地层中都存在明显的正向偏移。在过去三十年中,作为一次显著的全球性碳循环波动,克隆克事件(Klonk Event)已在世界各地SDB地层记录中被陆续识别出来。根据δ13C漂移的幅度, SDB上下碳同位素的明显波动代表了古生代期间有据可查的最大的生物地球化学转变之一, 这表明SDB这条界线可以依据一个明显的“重碳”信号在全球范围内进行对比。横跨SDB的化学地层学研究,对高分辨率的地层对比和全球事件的认识应能够做出更大贡献。在滇东开展SDB上下δ13C化学地层学的详细研究,不仅能够为确定滇东地区SDB的准确位置提供新的有说服力的数据资料,而且能够加深对早期脊椎动物特别是肉鳍鱼类早期演化的认识。 

  近日,《SCIENCE CHINA: Earth Sciences》(《中国科学:地球科学》)中、英文版分别在线发表了由中国科学院威尼斯正规官网-威尼斯官方网站-首页早期脊椎动物研究团队与中国科学技术大学、同济大学海洋地质国家重点实验室3位专家共同完成的关于“滇东志留系-泥盆系界线与肺鱼-四足动物分歧点的最小时间约束”的最新研究成果。滇东SDB准确位置的确定既具有全球地层对比意义,又直接影响肺鱼-四足动物分歧点的最小与最大时间约束的估算。 

  该项成果主要对滇东宜良大河地区连续的SDB层序开展了详细的δ13C化学地层学的研究工作,获得了δ13Corgδ13CcarbTOC的数值和变化曲线等可靠的地球化学指标。研究结果(1)表明,玉龙寺组上部和西山村组下部的δ13Corg有明显的正向偏移,在西山村组最下部样品YD-25中显现δ13Corg峰值(-20.0‰),再现了全球志留系最上部至泥盆系最下部δ13Corg的变化趋势。δ13Corg在大河剖面上跨越SDB的这种变化特征与在捷克布拉格盆地克隆克GSSP附近Klonk-1钻孔SDB地层层序中的变化趋势十分类似,据此将大河地区的SDB置于西山村组最下部样品YD-17YD-18之间,曲靖地区西山村组下部早泥盆世花鳞鱼类副花鳞鱼(Parathelodus)的新发现佐证了这一观点。 

1 宜良大河复合剖面有机碳同位素变化曲线及与国内外经典SDB剖面的化学地层对比

  早期肉鳍鱼类化石的多样性在中国南方特别是滇东地区非常高, 其化石记录表明, 重要肉鳍鱼类支系的最早代表出现在云南(2)。大河地区SDB的确定以及滇东地区已有的古生物资料和生物地层化石带的建立,为厘清滇东含鱼地层的地质时代提供了关键资料,这十分有助于更准确的校准空棘鱼-扇鳍鱼与肺鱼-四足动物分歧点的最小和最大估算时间。 

2 志留纪-泥盆纪期间早期有颌类的系统发育与地史分布

  产自滇东西山村组和西屯组(泥盆纪洛赫考夫期, 时限约为419.2±3.2~410.8±2.8 Ma)的肺鱼形类杨氏鱼(Youngolepis),被普遍认为是扇鳍鱼类冠群及肉鳍鱼类冠群最古老的代表,将空棘鱼类排除在外的扇鳍鱼类冠群主要包括肺鱼类和四足动物(2)。已知最古老肉鳍鱼类冠群的姊妹类群,如斑鳞鱼(Psarolepis)鬼鱼(Guiyu),在志留系罗德洛统卢德福特阶(425.6±0.9 Ma)中已有报道。因此, 空棘鱼-扇鳍鱼和肺鱼-四足动物的分异均应发生在罗德洛世-洛赫考夫期间隔内, 这意味着两个分歧点的最小估算时间至少应为416.0(419.2-3.2)Ma、最大估算时间约为426.5(425.6+0.9) Ma,即空棘鱼-扇鳍鱼与肺鱼-四足动物的分异均应发生在426.5~416.0 Ma之间(3) 

3 肉鳍鱼类支系(包括现生空棘鱼类、肺鱼类及四足动物)的系统发育及地史分布 

  中科院古脊椎所赵文金研究员与中国科学技术大学地球和空间科学学院的张晓林副教授为论文共同第一编辑、中科院古脊椎所朱敏研究员为论文通讯编辑。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金项目和中国科学院前沿科学重点研究项目的支撑。 

  原文链接:https://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11430-020-9794-8  

  https://engine.scichina.com/doi/10.1360/N072020-0417  

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