疊層石記錄了地球上最原始的生命現象,經歷了多次興衰,但以前寒武紀最為繁盛。疊層石縱貫地史大部分時期,對研究地球早期生命演化、環境變遷、古海洋化學性質及海平面升降、沉積礦產,乃至地外生命都有重要的價值。
本書採用了大量第一手資料,以太古宙-元古宙發育的疊層石為研究對象,特別是對神農架群疊層石進行了詳細記錄與描述,是高等院校、科研院所及地質公園教學、科研和科普教育與宣傳不可多得的參考資料。
作為地球上最古老生命的記錄者,疊層石縱貫地球歷史約38億年;在不同的地質時期,疊層石的興衰都與全球事件密切相關。因此,對疊層石的研究,不能僅局限於其單一形態的研究,更重要的是通過了解其形態及其組合的變化與地質環境的關聯,揭示在地球演化過程中與其興衰相關聯的地質大事件。從這個意義上來說,疊層石的研究具有重要的科學意義。同時,疊層石作為地球歷史上生命早期形式的記錄者,無論是對研究地球演化及地球早期生命演化、探尋地外生命等方面,還是研究其與沉積礦產的關係,或是作為一種神奇的觀賞石供大眾欣賞、科普學習來說,也都有很重要的意義。
神農架群碳酸鹽巖地層中疊層石極其發育,類型多樣,但研究程度較低。在20世紀70~80年代開展的1∶20萬填圖和專題填圖中,朱士興和曹瑞驥等前輩在艱苦的條件下,針對神農架地區神農架群疊層石開展了系統的分類和命名,在神農架群中共確定了疊層石31個群和69個形,其中包括3個新群和27個新形(李銓和冷堅,1987),但之後鮮有人再進行研究。前人主要是針對其形態屬用生物學二分法進行分類及地層的對比研究,而對疊層石的環境指示意義研究不多。近年來,由於精確測年數據的大量湧現,前寒武紀地層對比格架已發生了革命性的改變,以往主要依據疊層石建立的地層對比關係已不復成立,這為我們提出了新的課題:主要通過疊層石的形態或形態組合建立的地層對比關係是否可靠?疊層石是否具有區域地層對比意義?疊層石及其形態或形態組合的控制因素是什麼?這些問題都促使我們需進一步研究和探索疊層石的特徵及其地質意義。
最近,在神農架地區開展地質調查和地層沉積學研究的過程中,我們觀察、描述和採集了大量疊層石樣本,期望通過系統的研究,對神農架群疊層石有更為全面深入的認識。為了進一步梳理總結並充分展現神農架群研究成果,彰顯神農架群在前寒武紀待建系研究中的重要地位,服務神農架國家公園的科普教育,體現成果的科學性、社會性和公益性宗旨,中國地質科學院地質研究所研究人員基於4年來在神農架群的野外觀測資料、宏觀照片及室內光面磨製的基礎上,分類整理了疊層石標本及圖片,通過精心策劃,周密部署,科學選材和合理分工,在較短的時間內完成了神農架群研究系列圖書之二——《地球早期生物-環境演化記錄:前寒武紀疊層石》。本專著介紹了地球與生命起源及其主要演化歷程,從世界上最早發現的疊層石開始敘述,舉例回顧了從太古宙至元古宙近30億年的漫長地史過程中疊層石發育的樣式和形成環境;系統總結了神農架群疊層石及其類型,通過對疊層石形態、組合關係和形成環境的研究,揭示其地質意義。本專著的出版有望為深入研究神農架群沉積、地層關係及其沉積盆地演化過程提供依據,同時也可為神農架公園的建設提供科學依據與基礎素材。要說明的是,此專著僅僅是初步成果,神農架群疊層石的進一步研究還在持續進行中。
本書主要由曠紅偉教授撰寫和修改;範正秀碩士撰寫了第1章第1、2、6節初稿部分內容,繪製了第3章和第4章的部分圖件,完成了全書的排版、校對、大部分圖件的清繪以及參考文獻的整理;耿元生研究員審閱了全書,並提出了建設性的修改意見;研究生王玉衝、夏曉旭翻譯和清繪了部分圖件;蔡娜娜幫助清繪了部分圖件。與本研究有關的野外工作由曠紅偉教授和柳永清研究員負責,耿元生研究員、彭楠助理研究員,朱志才、許歡、安偉、範正秀、王能盛、章朋、劉海、易治宇、王昌勇、張懿、宋昌貴、孫宇翔、蔡娜娜、劉東娜等參加了全部或部分野外工作;長江大學宋換新、唐永、胡勇副教授,周文、陳梁、凌睿、薛偉、劉楊、黃勁風、周立夫、李忠巖、程弘飛、李林翰、楊振瑞、張永新等研究生參加了野外工作;湖北省地質調查院瞿樂生研究員、長江大學高振中教授多次在野外和室內進行指導,為本課題的順利開展起到了引領作用;山西地質博物館續世朝教授級高工和山西省地質調查院李建榮高工提供了山西古元古代滹沱群的疊層石照片,中國地質科學院地質研究所高林志研究員提供了俄羅斯烏拉爾地區裡菲系的疊層石照片,吉林大學王德海副教授提供了吉林白山地區的疊層石照片;初稿完成後,中國地質調查局天津地質礦產研究所朱士興研究員審閱了全書,並給予了充分肯定,同時提出了中肯意見;中國地質科學院王澤九先生,馬秀蘭、尚新、胡光曉研究員,中國地質科學院地質研究所姚建新、任留東研究員,湖北省國土資源廳曹微處長給予了指導、支持和幫助;神農架國家公園李清泉副局長,李曉池老師、餘輝亮院長、王志先科長、周紅汛、鍾權等同志對本專題業務的進行給予了積極協調和熱情幫助,特別是在野外考察工作中給予了大力支持,在此一併表示衷心的感謝;另有少量照片來自網絡,具體作者不詳,在此深表歉意和感謝。
本研究得到中國地質調查項目(DD20160120-1、1212011120427),湖北省國土資源廳與神農架國家公園及全國地層委員會,國家重點研發計劃「深地資源勘查開採」專項(2016YFC0601001)與國家自然科學基金項目(41472082)聯合資助。
本書既可作為高等院校地質專業的實驗實習材料,也可供區域地質調查、沉積地層研究、前寒武紀研究等方面的科研人員參考,特別是為神農架地區神農架群地層學、沉積學研究提供了良好的素材。
由於時間倉促,著者水平有限,書中難免存在疏漏,敬請讀者不吝批評和指正。
著 者
2018年9月
疊層石形態類型
(據Walter,1976)
隱藻類型疊層石(據何鏡宇和孟祥化,1987)
隱藻碳酸鹽巖組構及微環境類型
(據何鏡宇和孟祥化,1987)
宣龍式鐵礦——疊層石赤鐵礦(標本由朱士興研究員提供)
格陵蘭西南依蘇阿組疊層石礦物學組構(來自觀察點B 和C)
(據Nutman et al.,2016)
格陵蘭西南依蘇阿組A 處的疊層石和來自澳大利亞西部較年輕的疊層石
(據Nutman et al.,2016)
Strelley Pool 燧石中的疊層石相,展示了重建的疊層石三維視圖和露頭照片
(據Allwood et al.,2006)
芬特斯多普超群Omdraaivlei 組湖相疊層石沉積模型
(據Altermann & Lenhardt,2012)
前 言
0 緒 論
0.1 地球演化與生命起源
0.2 疊層石——最古老生命的記錄者
0.3 疊層石的生長過程
1 疊層石的基本特徵、研究現狀及意義
1.1 疊層石的定義
1.2 疊層石的分類原則與方式
1.3 疊層石的形態與形成環境
1.4 疊層石的成因
1.5 疊層石的興衰
1.6 中國疊層石研究歷程
1.6.1 疊層石的分布與分類命名研究
1.6.2 疊層石的應用研究
1.6.3 疊層石的控制因素研究
1.7 疊層石的研究意義
2 前寒武紀疊層石
2.1 格陵蘭西南依蘇阿組(ISB)太古宙(3.7Ga)疊層石
2.2 澳大利亞皮爾巴拉克拉通瓦拉沃納群(3.5~3.4Ga)疊層石
2.3 加拿大Steep Rock湖Mosher Carbonate組(2.8Ga)疊層石
2.4 澳大利亞皮爾巴拉克拉通弗特斯克群(2.78~2.63Ga)疊層石
2.5 澳大利亞古元古代早期Turee Creek群(2.45~2.22Ga)疊層石
2.6 南非太古宙疊層石
2.6.1 巴伯頓綠巖帶(BGB)(3.4~3.2Ga)疊層石
2.6.2 南非蓬戈拉超群Nsuze群(3.0Ga)疊層石
2.6.3 南非太古宙芬特斯多普超群Sodium 群(2.8~2.7Ga)疊層石
2.6.4 南非德蘭士瓦超群(2.58~2.50 Ga)疊層石
2.7 中國山西五臺- 中條山地區古元古代滹沱群(2.1~1.9Ga)疊層石
2.7.1 五臺山區(回龍底)古元古代滹沱群東冶亞群河邊村組疊層石
2.7.2 五臺山區(殊宮寺)古元古代滹沱群東冶亞群大關山組- 槐蔭村組疊層石
2.7.3 中條山區(閆家池山梁)古元古代中條群餘元下組疊層石
2.8 中國中元古代早中期疊層石
2.8.1 豫西中元古代疊層石
2.8.2 中條山區中元古代龍家園組疊層石
2.8.3 太行山區(昔陽縣)中元古代長城系疊層石
2.9 中國薊縣中元古代長城系-薊縣系疊層石
2.10 中國中元古代東川群、昆陽群疊層石
2.11 中國大洪山地區中元古代打鼓石群疊層石
2.12 北美中元古代貝爾特超群疊層石
2.13 加拿大北極地區Dismal Lakes 群Sulky 組(<1.37Ga)疊層石
2.14 印度元古宙疊層石
2.15 俄羅斯南烏拉爾地區中- 新元古代疊層石
2.16 毛利塔尼亞Taoudeni 盆地中元古代阿塔群疊層石
2.17 加拿大北部巴芬島小達爾群疊層石
2.18 中國河南新元古代何家寨組疊層石
2.19 中國山東新元古代土門群疊層石
2.20 中國吉林南部新元古代八道江組疊層石
2.21 中國遼東半島新元古代十三裡臺組疊層石
2.22 中國徐淮地區新元古代魏集組疊層石
2.23 中國淮南地區新元古代九裡橋組疊層石
2.24 中國新元古代晚期埃迪卡拉紀疊層石
2.24.1 貴州中部陡山沱組磷質疊層石礁
2.24.2 湖南石門燈影組微小疊層石
2.24.3 貴州甕安地區燈影組疊層石
3 神農架群疊層石
3.1 地質背景
3.2 神農架群疊層石的主要類型及特徵
3.2.1 層狀疊層石
3.2.2 柱狀疊層石
3.2.3 穹狀疊層石
3.2.4 錐狀疊層石
3.2.5 疊層石礁丘
3.3 神農架群疊層石組合及垂向序列分布特徵
3.3.1 神農架群底部疊層石
3.3.2 神農架群下亞群中上部疊層石特徵(神農頂剖面)
3.3.3 神農架群中亞群疊層石特徵(鐵廠河、官門山剖面)
3.3.4 神農架群上亞群疊層石
4 神農架群疊層石與沉積環境
4.1 單一形態疊層石與沉積環境的關係
4.2 疊層石的微觀結構
4.3 疊層石組合形態與沉積環境的關係
4.4 疊層石成因探討
4.4.1 生物作用
4.4.2 水動力條件及水體深度
後 記
附 錄
參考文獻
責任編輯:李凱明
字數:450千字
版次:2018年9月北京第1版
印次:2018年9月北京第1次印刷
審圖號:GS(2018)2624號
定 價:158.00元
書 號:ISBN 978-7-116-11175-2
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