中国古地理——中国自然环境的形成_张兰生主编_9787030338884

《中国自然地理系列专著·中国古地理：中国自然环境的形成》系统地阐述了中国自然地理环境的起源、演化和形成过程。全书分总论和分区专论两部分内容。总论部分（第一章至第四章），以时间为主线，“厚今薄古”地阐述了对现代中国自然环境形成具有深远影响的重大事件或过程，主要包括中国大陆的拼合、构造－地貌格局的奠定、季风气候的形成、冰期－间冰期的环境变化和人类活动等；分区专论部分（第五章至第十二章），从典型景观组合出发把全国划分为八个自然地理区域，并从典型景观组合“发生”的角度，分别阐述了各区自然地理环境的形成和演化过程。
　　《中国自然地理系列专著·中国古地理：中国自然环境的形成》可供自然地理学、环境演变和环境考古等领域的研究人员参考，也可作为高等院校地理学、地球系统科学、第四纪地质学等学科的教学参考书。

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第一章古自然地理环境的形成和演变
　　自然地理环境由地球表层的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈等共同组成，是一个复杂的巨系统，其中任何一个圈层的变化都会受到其他圈层的制约，并引起其他圈层的相应变化。现代地理环境就是在这种长期、复杂的各圈层相互作用的过程中进化、发展形成的。
　　中国自然地理环境是全球自然地理环境的一部分，是在全球自然地理环境形成、演化的背景下发展、推进的。虽然或有自己的特色，但发展过程基本上与全球一致。即使在各圈层发展过程中区域性相对最强的岩石圈，中国大陆形成发展过程中的构造事件、构造期也都可以与国际地质联合会拟定的国际构造事件、构造期一一对应，只是或有活动的强弱程度、影响范围的大小以及时间上稍有提前或落后的差别（图1.1）。
　　中国大陆是一个由多个陆块拼合而成的大陆。构成现今中国大陆的众多小陆块原本各自在大洋中“漂移”，互不相属，经过多次“碰撞、联合、分裂、再碰撞”的板块运动过程，到中生代中国大陆的现代轮廓才基本成型，并成为欧亚大陆东南部的组成部分。与每次拼合过程相伴的构造活动不仅决定着当时的岩浆活动和类型、海陆分布的格局、侵蚀和沉积区的分布等诸多古地理过程与格局，而且对现代区域地貌及自然景观的形成具有深远的影响。
　　中国大陆形成后，海水基本上撤出；在周边太平洋板块、印度板块和西伯利亚板块运动的作用下，出现了控制现代地貌结构的新华夏构造体系和盆岭相间的格局，为现代地貌形态奠定了基础；上述演变过程，为生物界在中国大陆的发展提供了良好的机遇。经过中生代的发展、变化，中国自然地理环境完成了从古代向现代的过渡。
　　第一节　前寒武纪自然地理环境的形成和发展
　　漫长的隐生宙是地球现代自然环境的孕育期。现今规模的中国大地在此期间还远没有形成，但存在于构成现代中国大地主体的华北、扬子、塔里木等多个古陆块（地台）上的记录，都已印证了从陆核凝聚的初始阶段起，岩石圈、大气圈、水圈的形成与协同演化，全球冰期气候剧变，乃至原始生命的出现这一系列自然地理环境孕育、进化的全过程。
　　一、古陆块的形成与自然环境的演化
　　地球大陆壳的形成始于40亿年前，现今世界各大陆（如格陵兰、北美、南非等许多地点）都发现了形成于约38亿年前的古老陆壳。随着同位素年代学技术的进步和应用，在现今中国的范围内也已发现多处古老陆壳的存在：冀东迁西岩群中最古老的岩石年龄为3720～3650MaB.P.，辽宁鞍山附近花岗质古陆壳年龄为（3804±5）MaB.P.，都与地球上最古老陆壳形成的时间相当，属于地质年代最古老的始太古代（图1.1）。
　　中国境内最古老的岩石主要出露在中朝古陆、塔里木陆块以及扬子陆块的西部和东北部（图1.2）。地球物理异常和一些深部钻探表明，这些陆块内部都具有太古宙的结晶基底，它们就是现今中国境内最古老的陆壳所在。
　　地表古老陆壳形成之后，在近40亿年的漫长地质时期中经历了多次的构造变形、变位以及相关的岩浆变质作用。这种历时相对较短的活跃变化与所经历的时期，称为“构造事件”（tectonicevent）和“构造期”（tectonicstage）。每一活跃时期结束后，都会出现一个历时较长的稳定期。地壳就在这样相对较短的剧烈变动与随后较长稳定时期的交替过程中发展、演化。
　　与国际地层划分方案中太古宙的古、中、新三个时期相对应，中国境内可分别以冀东迁西岩群、河北阜平岩群、山西五台群的变质岩系为代表，它们之间都是不整合接触的，表明存在构造活动，并分别命名为迁西事件、阜平事件和五台事件（万天丰，2004）。
　　国际上划分太古宙和元古宙的主要依据是地壳构造体制的转变，即从全活动体制转化为大陆地壳普遍地快速增生和大面积的克拉通化（craton，陆壳达到稳定状态并在以后地质时期很少再发生构造变形的地区）。大量2500MaB.P.左右的可靠同位素测年数据的广泛出现，表明构成现代中国大陆主体的许多陆块的基底形成于太古宙末期，接近于全球性的克拉通化时期。五台群的成分、构造环境都还显示着太古宙的特征，经过五台运动，不整合面上堆积了滹沱群。滹沱群底砾岩厚度大、砾石成分复杂且下伏层位变化大，表明基底侵蚀范围很广，侵蚀历时也很长。这一规模巨大的不整合面就是中国境内太古宙与元古宙的分界线。
　　滹沱群是位于现代中国境内元古宙的第一个单元，属于古元古代。古元古代的初期在国际上有一个特殊名称――成铁纪（Siderian），因该时期是世界上出现硅铁建造的主要时期，故在世界上形成多处特大型铁矿。在中国，此类沉积铁矿主要分布在山西和山东，其中以山西吕梁地区袁家村铁矿较为著名。但中国铁矿形成的最重要时期是在早于滹沱群形成时代的新太古代，此期间形成的铁矿储量约占全国铁矿总储量的50%，在华北陆块的北缘、南缘、五台、鲁西都有分布，特别是鞍山本溪、冀东密云、五台更为集中。这一类型的铁矿为与海底火山作用关系密切的条带状成铁建造，在含铁岩系中广泛分布有火山岩，特别是中、基性火山岩（沈保丰等，2005）。与新太古代的成铁建造不同，古元古代条带状铁矿石英岩是大陆架浅海环境中以沉积作用为主形成的，其在世界上的广泛沉积表明当时水圈和大气圈的性质不同于今日，都缺乏自由氧，且都属于还原性质。因为如果大气中含有一定比重的自由氧，铁元素必将形成不溶于水的高价铁，不可能以溶解状态经水流搬运而进入海洋。在成铁建造形成之后，情况发生了巨大的变革。滹沱群中出现了红色地层，并出现大量的、多种类型的碳酸盐质的叠层石，意味着水圈、大气圈已经不再处于还原状态，生物圈也有了进化。世界上最古老的叠层石见于澳大利亚西部的古陆块中，距今35亿年，意味着地球上生命的起源。但只是在“成铁纪”之后，叠层石才在数量和类型上大为增长，出现了地质学上的“叠层石时代”。叠层石是以蓝藻为主的藻类和部分细菌通过生命活动而形成的生物沉积构造，“叠层石时代”的出现，表明菌藻类得到了极大的繁衍。
　　蓝藻的出现也就是地球上植物光合作用的开始，蓝藻在它的生命过程中通过光合作用释放游离氧，逐渐改造了环境，使原先的还原性大气和水体逐步转化为氧化环境。这一转化又直接影响着生命的进一步发展，为生命加快进化速度提供了外在条件。于是到了元古宙末期，在澳大利亚南部埃迪卡拉（Edicara）地层中已有类似于今日水母、海鳃、蠕虫等的动物群出现，年龄约为距今7亿年，是至今已知的最古老的无脊椎动物，它们都只有在水体中氧含量足以供它们维持生命时才可能存在。与此相应，我国元古宙末期震旦纪地层中，如宜昌的灯影组、黑龙江的麻山群等，也都发现可与埃迪卡拉动物群相对比的化石或印痕化石。
　　不过，对蓝藻本身来说，这一环境变化却是一幕悲剧。在原先的还原环境与后来的氧化环境之间应该存在着一个临界点，在此以前的环境是适合于蓝藻的繁衍发展的，所以才会有“叠层石时代”的出现，一旦超过这个转折点，氧化程度日益增强的新环境逐渐不利于蓝藻的生存，于是它不得不逐渐衰落，让位于后来的生命。对蓝藻来说，自由氧是它生命过程中排出的“废物”，虽也有“物竞”和“天演”，但主要是自身这些“废物的积累”使它自己遭到了边缘化。蓝藻这种由于自己无意识的行为所产生的后果，应是对当今人类活动与全球变化关系的一个警示。
　　20世纪初，气候学家AlfredWegener提出了大陆漂移学说，这个关于岩石圈发展、演化的假说在学术界几经反复，直到20世纪60年代古地磁记录、海底扩张现象得到证实，才得以肯定。其后，加拿大地球物理学家J.TuzoWilson又提出了关于板块构造的“威尔逊循环”理论。
　　Wegener等原企图证明的是地球上的大陆在大约2亿年以前曾聚合成两大块体：南方诸大陆聚合成冈瓦纳古陆（Gondwana）、北美与欧亚大陆聚合成劳亚古陆（Laura？sia），两大古陆再结合在一起构成联合古陆（Pangaea泛大陆），并推演了2亿年来联合古陆的分裂、漂移过程和路线。
　　到了20世纪90年代，学术界又提出了一个罗迪尼亚（Rodinia）超级古大陆假说，特别是P.F.Hoffman等以格林威尔（Grenville）碰撞带岩石建造的全球对比研究为基础，复原了这个存在于11亿年前的超级大陆（图1.3）。
　　经历了太古宙和元古宙早期的构造事件后，到了罗迪尼亚超级古大陆时期，已经出现了构成现代中国大陆主体的多个陆块，主要是：华北（中朝）陆块、塔里木陆块、扬子陆块、华夏陆块、柴达木陆块以及其他许多小陆块（图1.4）。其中，华北陆块西起阿拉善，东延抵朝鲜半岛，范围最大，克拉通化的时间也最早；华夏古陆的范围和时代还存在很多争议。
　　当时，这些陆块还都各自在大洋中“漂移”，互不相属，还得按照漂移学说和威尔逊循环学说在以后漫长的地质时期中经过多次的“碰撞、联合、分裂、再碰撞”，才能最终形成现代中国大陆的格局。这些陆块在超级大陆罗迪尼亚中所处的位置现在还难有定论。由于扬子陆块震旦纪地层中存在可与澳大利亚南部古陆元古宙末期埃迪卡拉动物群相对比的化石或印痕化石，因而认为扬子陆块（南中国陆块）应处在与澳大利亚相邻的位置上；又由于华夏古陆与扬子古陆约10亿年前存在强烈碰撞的记录，或认为这些碰撞正显示着罗迪尼亚超级大陆的形成过程。
　　二、新元古代冰期
　　新元古代，另一个对其后全球自然环境发展有重大影响的事件是全球性冰期的来临。新元古代冰川活动至少有两期，分别称为Sturtian冰期（720MaB.P.左右）和rangerian冰期（590MaB.P.左右），国际地质构造期年代表上称这一时期为“成冰纪”（800～680MaB.P.）。在中国，相当于Sturtian冰期的冰川堆积出现在扬子、塔里木和柴达木陆块（图1.5）。扬子陆块西部堆积的是冰积砾岩，后期为冰水纹泥沉积；扬子陆块东部为海相冰川沉积。标准剖面南沱冰积层可以与南澳大利亚及非洲加丹加的冰川堆积相对比，从沉积古地理方面也提供了当时扬子陆块与这两大古陆地理位置比较接近的证据。相当于Vrangerian冰期的冰川堆积以华北陆块南缘的罗圈冰碛层为代表，以冰积砾岩和冰水含砾泥砂岩为主，分布范围从河南、陕南向西延伸到天山一带，是古陆边缘的山岳冰川冰海沉积（图1.6）。

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