石炭纪的植物群落组成有哪些特点

中国石炭纪的古地理面貌是泥盆纪的继续和发展。华北-柴达木和华南板块的相互对峙，其间的秦岭小洋盆继续存在。华北板块西缘的古特提斯多岛洋进一步扩张发展。华北、塔里木和西伯利亚板块间的古亚洲洋内部发生了重要造山运动，导致古地理格局的变革。晚石炭纪至早二叠世极地大冰盖几乎覆盖整个冈瓦纳大陆。随着极地冰盖的增长消融变化，海平面升降频繁。由于海陆变迁和陆地森林的首次大规模出现，石炭纪成为中国地史上第一个重要成煤时期。

（一）华北-东北南部区

华北板块自奥陶纪晚期开始。一直处于隆起状态遭受缓慢剥蚀。早石炭世除大别山北麓出现较厚的近海和海陆交互含煤碎屑堆积以及辽东地区可能接受沉积之外，主体部分仍然是一个近乎准平原的低地，到晚石炭世开始缓慢沉陷，普遍接受海陆交互相沉积。因此上石炭统直接覆于下中奥陶统侵蚀面之上。

本区晚石炭世时，由于经历了长期的风化侵蚀，地形平坦，趋于准平原化。在地壳缓慢下降的条件下，引起海水不时内侵，形成一片“汪洋”；由于泥砂堆积充填（或地壳有微弱上升），又迫使海水退去，形成广阔的海滨低地，因气候湿润，植物繁盛，森林沼泽密布。这种极短暂的海侵、海退，造成薄的海相地层和陆相地层交替出现，即“海陆交互相”，它是重要的含煤地层。上石炭统下部以浅海相为主，夹部分陆相地层，不含重要的可采煤层；上石炭统上部是典型的海陆交互相沉积，其中常含重要可采煤层，形成许多大煤田，成为华北重要成煤时期之一。

1.山西太原西山石炭系

太原西山上石炭统剖面为一套典型的海陆交互相含煤岩系，厚度不大，界线清楚，是华北地区研究最早和最详的石炭系，可作为华北地区的标准剖面。与下中奥陶统灰岩间，地层不连续，缺失中上奥陶统至下石炭统；风化壳及残积铁矿分布于下中奥陶统灰岩侵蚀面上。上界以含海相晚石炭世的Pseudoschwagerina灰岩而与下二叠统底部陆相砂岩分界。

上石炭统本溪组下部铁铝岩层是含矿层位，在中奥陶统风化面上首先看到的是松散的粘土中含不规则团块状褐铁矿或赤铁矿层，即一般所谓的“山西式”铁矿。其下部不具层理（可能是残积成因的）；上部稍具层理。向上铁质逐渐减少，铝质成分不断增加，逐渐过渡为浅灰色具豆状或鲕状结构、层次较为清楚的铝土矿层（即“G层铝土矿”），在所夹的页岩中曾发现属于晚石炭世的植物化石碎片，同时亦有海相腕足动物化石。这说明在晚石炭世早期，在中奥陶统的风化壳上开始了新的沉积。这种含铁铝质的沉积，是由于长期的风化侵蚀，铁铝等矿物相对富集的结果，当地壳重新下降海水侵进时，这些物质在适当的环境下最先沉积，因此这是代表海侵开始的滨浅海沉积。铁铝矿层以上为滨海砂岩、沼泽相页岩和煤层以及浅海相灰岩，产小型腕足动物和珊瑚，页岩中产有植物化石。

如上所述，上石炭统本溪组就是由古风化壳的陆相残积物开始→滨浅海铁、铝沉积→滨海沼泽含煤沉积→浅海沉积（灰岩）→滨海沼泽沉积所组成，构成一明显沉积旋回。

上石炭统上部太原组为一套典型的海陆交互相含煤地层，包括3个沉积旋回，反映3次海侵，可用上述同样方法进行分析。每一旋回底部内陆相或滨海相砂岩开始，向上为滨海沼泽含煤沉积到浅海相灰岩。其中第二旋回上部实际包含3层较稳定的灰岩和含煤沉积，反映次一级的韵律性。太原组含重要的可采煤层，经济价值大（图8-4）。

图8-4 中国石炭系柱状剖面对比图

（转引自刘本培等，1996）

1—豆状灰岩；2—鲕状灰岩；3—白云质灰岩；4—铝土矿（其他图例参见图8-2）

2.横向变化和古地理

华北-东北南部地区经长期风化侵蚀后，晚石炭世海侵时，迅速淹没了除周围古陆以外的广大地区（见图8-5），并将风化作用产生的铁、铝氧化物富集，普遍形成含矿层。

在晚石炭世早期，华北-东北南部地区犹如山西太原一样，屡经多次海侵、海退，普遍形成厚度不大（数十米至300m）的海陆交互相含煤地层。上石炭统（本溪组）厚度和岩性变化有着明显的规律，东北部厚度大、地层全，向西和向南厚度变小，常缺失早期地层。如辽宁太子河流域本溪组厚达160～300m，含海相灰岩5～6层之多；河北开平一带厚70～80m，含海相灰岩3层；山东一带本溪组厚40～30m，具海相灰岩两层；山西太原一带，本溪组厚度一般不超过30m，含海相灰岩仅一层，再往南到河北峰峰，河南焦作，洛阳及安徽淮南等地，一般缺失本溪组的沉积。同时，在辽宁太子河流域本溪组包含两个化石带，下部是Eostaffella带，上部是Fusulina-Fusulinella带。在太原西山本溪组仅见上部化石带，由此看来太子河流域本溪组下部在接受沉积时，太原西山一带还没有接受海侵和沉积。以上事实证明华北-东北南部地区晚石炭世时，地势北低南高，海水自北而南的侵入规律。与当时整个北半球晚石炭世的海侵方向是吻合的。

晚石炭世晚期，海侵范围要广泛得多，在皖北、豫南、陕南及鄂尔多斯一带又有明显的超覆现象，华北地区晚石炭世太原组沉积的主要特点是厚度极为稳定，除淮南地区较薄，只有140m左右外，其他地区一般均为160～190m，说明当时地壳下降幅度微弱，不时遭受海侵。东南部淮南地区上石炭统含海相灰岩12层；贾汪地区含灰岩11层，淄博地区含灰岩4～5层，太原西山含灰岩4～5层，河北开平一带含灰岩2层，至北京西山即缺失晚石炭世海相灰岩，而主要为陆相沉积。这说明当时本区南部，尤其是东南部淮南一带，地势低凹，因此受海侵的时间较长，太原组以浅海相沉积为主，因而含煤性差。由此往北的广大地区，地形逐渐有所增高，不时遭受短暂的海侵，形成典型的海陆交互相沉积，并成为主要的含煤地层之一。本区最北部内蒙古陆南侧的大青山、京西、兴隆一带地势更高，太原组以陆相沉积为主。

由上所述，华北-东北南部地区晚石炭世晚期海侵主要自东南方向侵入，并在淮南一带与华南晚石炭世海侵相连。

（二）华南区

早石炭世的地层分布、岩相类型和晚泥盆世相似，海域主要分布于滇、黔、桂、湘地区，华夏古陆西缘的浙西-江西大部-粤东一带主要为陆源沉积物。与晚泥盆世不同的是下扬子地区开始出现海相沉积。晚石炭世海侵范围明显扩大，滨浅海成因的白云岩、灰岩广泛分布于除华夏古陆和上扬子古陆以外的广大地区，岩性岩相较为单一。

1.华南板块石炭纪地层序列

贵州南部都匀独山一带石炭纪地层剖面，黔南都匀、独山一带的下石炭统发育极好，化石丰富，研究详尽，最具有代表性。该区下石炭统自下而上分为汤粑沟组、祥摆组、旧司组、上司组、摆佐组；上石炭统为滑石板组、达拉组、马平组。国际上石炭系—二叠系的分界一般置于Pseudoschwagerina带之底，即位于马平组的中部。因此马平组属于跨越石炭系—二叠系的岩石地层单位（图8-4）。

本剖面下石炭统主要为厚层泥晶灰岩夹砂页岩，含海相底栖生物化石，主体为滨岸-浅海陆棚沉积。汤粑沟组下部具脉状-透镜状层理，含藻球粒灰岩，为潮坪沉积，代表石炭纪海侵开始。祥摆组的砂页岩夹煤层，上司组下部所夹砂岩及摆佐组上部白云岩反映海平面的变浅。从上述地层在黔桂地区的空间分布看，祥摆组和旧司组及摆佐组分布范围分别大于其下的汤粑沟组和上司组，为两次较大的海侵超覆，组成两个大的沉积旋回。上石炭统基本上由潮坪碳酸盐岩组成。不过马平期海侵规模相对缩小。马平组顶部与上覆梁山组之间的假整合代表一次重要的海平面下降，可能与冈瓦纳冰盖的极盛有关。

图8-5 中国晚石炭世（含P1初期）古地理图

（转引自刘本培等，1996）

2.华南板块古地理及横向变化

上述黔南都匀、独山一带下石炭统的划分在华南普遍适用，各地虽有特点，各不尽相同，但层位皆可对比。

湘中地区岩关阶底部的邵东组，含Cystophrentis kolaohoensis（革老河泡沫内沟珊瑚）的孟公坳组之下，层位上相当于黔南革老河组的下部（含Cystophrentis 层位之下，以含Syringopora为特征的部分）。邵东段组中的生物群既含有泥盆纪的分子（如Cyrtospirifer），也含有早石炭世的分子（如Camarotoechia kinligensis、Caninia等），属于过渡性的混合生物群。因此邵东组具有“过渡层”性质。

华南早石炭世地层分布、海侵范围和泥盆纪相似。东南地区和上扬子地区（四川盆地）仍为一古陆，海水限于西南一带，向北止于黔中；向东止于湘赣地区。泥盆纪时没有受到海侵的下扬子地区，早石炭世重新下降遭受海侵，说明海侵范围的加广。

早石炭世的海侵历程是比较复杂的，各地也不尽相同，一般说来为两次大海侵。一次在岩关期、另一次在大塘期和德坞期。岩关期海侵自早石炭世初开始，岩关期中后期达到顶峰，海洋中繁殖着 Cystophrentis、Pseudouralinia、Eochoristites（始分喙石燕）等，沉积物以灰质、泥灰质为主。此后海退，各地海退开始时期各有不同，都匀、独山一带开始较早，而桂北、湘中一带开始较晚。但总的看来，大塘期早期（或稍后）是一个海退的时期，各地均有反映，表现为此期沉积（旧司组及其相当地层）砂、页岩较为发育。在靠近古陆的边缘地区（如滇东、黔西北、桂北、湘中），由于海退形成滨海沼泽，发育了海陆交互相煤系地层，如湘中的测水组、桂北的寺门组、滇东的万寿山组等。大塘期后期至德坞期海侵比岩关期广，都发育了以石灰岩为主的浅海相沉积摆佐组及其相当地层，其中生物化石十分丰富，以Yuanophyllum、Dibunophyllum、Gigantoproductus等为代表，并在一些地区形成超覆。

华南晚石炭统远比下石炭统分布广泛，且几乎完全为浅海相碳酸盐相地层。在湘、粤、桂和下扬子地区称黄龙组和船山组。晚石炭统黄龙组（威宁组）主要为灰白色灰岩，下部常具白云岩。化石群以富含

类为主，以Fusulina（纺锤

）、Fusulinellum（小纺锤

），Pseudostaffella（假史塔夫

）等为代表；此外伴有少量的珊瑚，如Koninchophyllum（康宁珊瑚）及腕足类，如Choristites（分喙石燕）等，厚度一般为100～400m。江南古陆以东的湖南、广东、浙江等皆有出露，一般皆为浅海相碳酸盐类沉积，说明晚石炭世海侵广泛，向东以超覆到东南一带的原古陆区上。船山组主要为一套富含

类化石的石灰岩层，有时具豆状结构，下部产Triticites，上部产Pseudofusulina foecunda等。向上与下二叠统为假整合接触，说明石炭纪末地壳上升，沉积间断。灰岩层由于遭受剥蚀，各地厚度不等，一般为数十米左右（图8-5）。

（三）其他地区

古地磁资料反映塔里木板块自早石炭世起迅速北移并作顺时针方向旋转，至晚石炭世晚期已达到北纬30°位置。本区石炭纪海侵范围扩大，仍以西北部柯坪地区发育最好，下石炭统为滨浅海碎屑岩和灰岩，产 Kueichouphyllum（贵州珊瑚），Striatifera（细线贝），和华南地区同属热带类型。上石炭统以碳酸盐岩为主，含

类化石。在柯坪以北南天山托木尔峰南坡，上石炭统下部碎屑岩中发现的植物化石Neuropteris，Pecopteris，属欧美区分子，也反映与华南、华北板块华夏植物区之间存在海洋隔离。

塔里木-祁连山-华北地块以北的天山-兴安地区，石炭纪时仍为一活动的海槽。本区石炭系主要为一套巨厚的含有中酸性，中基性火山岩的碎屑岩系（夹灰岩）地层，含腕足类、珊瑚、

、菊石等化石，局部发育有较厚的碳酸盐岩地层。

昆仑山、柴达木地区的石炭系研究程度低，沉积类型比较复杂，一般与下伏地层不整合接触。主要是一套厚度较大的碎屑岩系，夹灰岩、有时具含煤地层及中酸性火山岩及火山碎屑岩。总的看来，大部分地区，在石炭纪的大部分时期处于活动状态。

藏北、川西地区石炭系以碳酸盐岩及细碎屑为主，局部发育火山岩。珠穆朗玛峰北麓石炭系也较完整，以浅海碎屑岩为主，厚达2600m。近年研究表明，从喀喇昆仑、冈底斯到滇西腾冲一带，已多处发现杂砾岩和冷水动物群，证明上述地区当时部属冈瓦纳板块的北侧陆源带，为陆源浅海区（图8-5）。

寒武纪的特征：

寒武纪是地质年代划分中属显生宙古生代的第一个纪，距今约5.7亿至5.1亿年，寒武纪是现代生物的开始阶段，是地球上现代生命开始出现、发展的时期。寒武纪对我们来说是十分遥远而陌生的，这个时期的地球大陆特征完全不同于今天。寒武纪常被称为“三叶虫的时代”，这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳。

此外，寒武纪还产生了进化史上的一个重要事件“寒武纪生命大爆发”，在很短（地质意义上的很短，其实也有数百万年之久）时间内，生物种类突然丰富起来，呈爆炸式的增加。它意味着，生物进化除了缓慢渐变，还可能以跳跃的方式进行。当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物，保存了大量的化石，从而有可能研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层，进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。但澄江生物群告诉我们，如今地球上生活的多种多样的动物门类在寒武纪开始不久就几乎同时出现。

石炭纪的特征：

石炭纪是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象又十分明显，北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区，冈瓦纳大陆却为寒冷大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。

石炭纪是地壳发展史上重要的造山时期，地壳上分布最广的晚古生代海西山系的雏型，基本上在石炭纪形成。早石炭世末期的苏台德运动是晚古生代最主要一次构造变动，使北美的阿帕拉钦地槽、西欧的莱茵海西地槽、欧亚交界的乌拉尔地槽等的主体部分皱起形成山系;西伯利亚地台以南的辽阔地槽区，大致可以中天山-内蒙人民共和国南部一线为界，其北部石炭纪陆相为主，苏台德运动也明显存在。石炭纪的古气候问题中最令人注意的是：岗瓦纳大陆自石炭纪末至二叠纪初的大规模的冰川活动现象、持续时间长达5000万年，属极地大陆冰盖类型。

什么是石炭纪？

石炭纪是蕨类植物形成茂盛森林的时代。与早石炭世孢子繁殖的蕨类植物相比，中石炭世种子植物更能适应干旱环境，种子蕨林覆盖季节性冲积平原；而且最早的裸子植物也出现在晚石炭世，分布在远离水系的高原和山区。这时候地球几乎每一寸土地都被绿色植物占据，让石炭纪的地球绿了！

石炭纪茂盛的蕨类雨林，引自《国家地理》

茂盛的蕨类雨林使石炭纪成为一个富氧的时代

蕨类植物的枝叶编织成绿色的网，捕捉阳光和二氧化碳，然后利用这种光能重组碳氢化合物和氧原子之间的化学键，从而产生更多的糖、脂肪和蛋白质。高大的树木也在其枝条中积累了大量的木质素，提高了植物的强度和韧性，支撑着厚重的树冠，抵御着风雨的侵袭。地球变成了满马力的光合车间。数百亿吨气态废物(即氧气)排放到环境中，大气中的氧气浓度飙升至35%，这是地球进化史以来的最高值。

泥盆纪扩张到淡水中的鱼类的一些成员将鳍变成了四肢，能够爬上岸，用新的器官“肺”在陆地上呼吸空气，从而成为一种全新的两栖动物。但早石炭世两栖动物的卵和幼虫必须在水中发育，成虫也需要保持体表湿润，仍不能完全摆脱对水的依赖。就像它们在陆地和水之间游荡一样，这片土地被蜘蛛、多足动物和甲壳动物进化而来的新群体所占据，即昆虫节肢动物，包括蜈蚣、马鹿、蝎子和蜘蛛。它们在枯叶间伸展卷曲，等待移动的机会，六足进化的代表——巨脉蜻蜓，进化出翅膀，从此翱翔天际。

丰富的食物和富氧的大气使许多陆生节肢动物长成庞然大物，其中著名的有肺蝎、蜈蚣、巨马鹿和巨蜻蜓。巨脉蜻蜓身材修长，有着巨大的复眼和两对透明的翅膀，与现在的蜻蜓在结构上很相似，但体型却大相径庭:翅膀宽75厘米，几乎和喜鹊一样大。

事实上，自寒武纪以来，巨大的节肢动物层出不穷，巨型羽状马蹄蟹、雷蝎和Icerer马蹄蟹一度占据顶级捕食者的生态位。然而，经过1000万年的复兴，脊椎动物强势崛起，彻底打破了这种格局。从海洋到淡水，节肢巨魔都是来砍头的。石炭纪更像是巨型蠕虫时代的终结。当四足脊椎动物只能笨拙地在泥泞中爬行时，蕨林就成了这些巨虫最后的伊甸园。