河北怀来新元古代青白口纪龙凤山宏观藻类生物群特征与地质意义

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前寒武纪是地球演化史上一段重要的地质时期,约占地质历史的7/8,这一阶段地球经历了开始的混沌,剧烈构造运动,到后期的稳定,是认识地球早期海洋环境,大陆形成,生物起源与演化的重要阶段。新元古代(1000-541Ma)作为显生宙与隐生宙的重要过渡时期,是前寒武纪中十分重要而独具特色的时代,一直备受地质学家的关注。此时期代表性的地质事件包括:Rodinia超大陆形成与裂解,低纬度大规模冰川发育,大气与海洋的快速充氧,以及宏体多细胞生物起源与繁盛等。随着研究的不断深入,对其后期出现的具有器官分化的后生生物-埃迪卡拉生物群的生物面貌、属性以及古环境的认识已非常完善,但对其早期拉伸纪的相对简单宏观藻类生物群的研究相对滞后。本文以河北怀来拉伸纪龙凤山生物群简单浮游的Chuaria-Tawuia宏观藻类,和具有叶状体、拟茎、固着器分化的底栖固着Longfengshania宏观藻类生物组合为主要研究内容,系统总结以往研究成果,同时选取区域内典型的龙凤山剖面为主要研究对象,对宏观藻类生物特质、地质意义进行探讨,并进一步探索生物的解剖结构和生存环境,获得的主要进展如下:1、将龙凤山东坡、南坡、西坡三条剖面采集龙凤山生物群Chuariaceae科,Tawuiaceae科,Longfengshaniacea科2762件宏观藻类样品,进行镜下高精度微区观察和数据统计,并与以往研究结果进行对比,系统总结、厘定了龙凤山生物群的分类系统:Chuariaceae包含2属2种Chuaria circularia,Beltanelloides cf.sorichevae。Tawuiaceae仅包含1属1种Tawuia dalensis;认为以往世界范围内报道的短棒状Nephyroformia、Phascolites,椭圆形Shouhsienia,舌形Glossophyton,卵圆形Ovidiscina,鞋底形Pumilibaxa以及耸棒状Tachymacrus皆为Tawuia的同物异名体;Longfengshanianceae中Paralamilaria xinglongensis形态特征不稳定,取消建种,将此形态化石归为Longfengshania ellipticulum。由于拟茎长度在化石保存中容易受到影响,且属种特征不稳定,取消L.longipetiolata建种,结合化石叶状体形态分析,将原形态属种归入L.ovalis。发现两个新的形态属种:Longfengshaniafungorumis sp.nov.,Paralongfengshania longfurumis sp.nov.,梳理后Longfengshanianceae共计2属16种。此外还发现2个相似种:Suketea cf.rampuraensis,Beltanelloides cf.sorichevae。2、对Longfengshanianceae系统发育特征进行聚类分析,将其分为五种类型:Ⅰ类—简单基本型:L.stipitata,L.spheria,L.cordata,Ⅱ类—复杂变化型:L.gemmiforma,L.fusiformis,L.dicrana,P.sicyoides,P.qinyuensis,L.fungorumis sp.nov,Ⅲ类—快速收缩型L.ovalis,L.qingboikonensis,Ⅳ类—简单伸长型L.elongata,Ⅴ类—复杂伸长型L.foliolatusa,P.oblong,L.ellipticulum,P.longfurumis sp.nov.,为龙凤山藻形态演化研究提供了基础。3、通过现代形态学定量统计分析,结合生物定性的时空演替,建立了早期宏观藻类演化模式:最早出现于中元古代初期的是浮游类Chuariaceae科,而后藻类分化出Tawuiaceae科,两者在新元古代拉伸纪达到繁盛,后者在部分地区出现了特化的J、C、U型个体;随着海水持续的充氧以及水体结构变化,拉伸纪出现了宏观藻类第一次辐射演化,出现了底栖固着的Longfengshaniaceae科,其演化模式可以分为不伸长的复杂化方向:简单基本型(Ⅰ类)—复杂变化型(Ⅱ类)演化顺序;伸长复杂化方向:基部快速收缩型(第Ⅲ类)—简单伸长型(第Ⅳ类)—复杂伸长型(第Ⅴ类)演化顺序。但此时的生物的生产力还比较低,宏观藻类叶状体基本以较大叶状或立体球形的不分枝形态为主。随着海洋环境的进一步改善,埃迪卡拉纪出现了线状(Anhuiphyton)、丝状(Enteromorphites)、细带状(Baculiphyca)、丛状(Doushantuophyton)分枝叶状体的固着宏观藻类。4、根据拉伸纪宏观藻类生物古地理分布特征,笔者认为此时期在赤道附近低纬度地区存在一个宏观藻类生物域,并且进一步可划分为华北-劳伦(ChuariaTawuia-Longfengshania)区和扬子-印度(Chuaria-Tawuia)区;根据生物组合特征进一步划分为华北宏观藻类省和劳伦宏观藻类省,前者又可分为中心燕山底栖-浮游生物区和边缘的淮南浮游生物区、辽南浮游生物区,后者可分为中心的麦肯基底栖-浮游生物区和周围维克托亚-犹他浮游生物区。而扬子-印度(ChuariaTawuia)区内生物属种分布基本相同,仅存浮游宏观藻类。以上生物分布特征受到古纬度与古地理隔离两方面因素的控制。根据以上新元古代Rodinia时期宏观藻类的古生物地理区系划分结果,可以确定此时期内华北板块与劳伦古陆西北缘相邻,位于Rodinia超级大陆东缘。而扬子板块与印度古陆相邻,位于Rodinia超级大陆的西缘。5、通过对岩层、BSR活性及其影响因素的分析,初步认为:龙凤山剖面富含化石层位黄铁矿大部分为生物成因。结合矿物分析以及化石埋藏特征认为,与碳质化石并存的自生的粘土矿物和微生物作用的黄铁矿化共同为龙凤山生物群的有效保存提供了良好的理化条件。结合岩层中沉积型黄铁矿的粒径分布,认为生物的生存环境主体为缺氧-次氧化环境。6、结合对化石的微区SEM观察结果,对以往发现Chuaria的细胞膜、胞壁、层间及层面孔洞等显微结构进行了评述;对Longfengshania内部碳质膜SEM下观察发现的楞状致密电子细纹,以及撕片法发现的拟茎中存在的纤维结构,为其真核多细胞归属提供了新的证据;而Chuaria,Tawuia,Longfengshania表面的同心纹饰或皱纹结构应为埋藏所致,并非原植体的原生结构。
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