古生代时期的地层演变和岩石圈变动

古生代时期的划分

古生代，如果作为最古老生命的时代，那固然已经名不副实了；但是，从另外一种意义上来看，古生代还是反映了这个时期的特点：一方面，从古生代开始，生物界进入了空前繁盛的时期，数量之大，种类之多，确实是前所未有的；又因为从这个时期开始，出现了大量有钙质和硅质骨骼的生物，所以其中许多代表得以保存成很好的化石，成为古生物学家的研究对象。另一方面，综观这个时期的生物界，跟古生代以后的生物界面貌却又有很大不同，毕竟是属于古老生命的范围。

古生代时期包括距今5．7亿年到距今2．3亿年这段时期，持续3．4亿年。古生代跟前古生代相比要短得多，但是研究程度要比前古生代高得多。

古生代时期地层

地球到这个时期已经经历了几十亿年的演变，大气圈、水圈和岩石圈的物质组成和结构跟今天地球的情况相比已经差不多了。这个时期所发生的地质作用，无论是内力的还是外力的，跟今天地球表面和上层正在进行的相比，也已经很相近了。

古生界的地层总的说可以分为上下两部，就地质年代来说，也就是可以把古生代分成早晚两期。

早古生代包括寒武、奥陶、志留三个纪，从距今5．7亿～4亿年，持续1．7亿年。

晚古生代包括泥盆、石炭、二叠三个纪，从距今4亿～2．3亿年，持续时间跟早古生代相当。

早古生代的寒武、奥陶、志留这三个纪是怎样确定的呢？

原来下古生界地层的研究以英国威尔士地区算是最早的。1833年，研究英国威尔士地区下古生界地层的英国地质学家薛知微（1785～1873年）用威尔士的一个古代地名“寒武”命名这套地层。稍晚一点，原来跟薛知微合作研究这套地层的另一英国地质学家莫企逊（1792～1871年）因为跟薛知微发生了意见分歧，1835年提出用另外一个名字“志留”来命名这套地层，“志留”是曾经居住在威尔士的一个古代民族的名称。后来的化石研究证明，薛知微的寒武系的上部相当于莫企逊的志留系的下部，造成有一部分地层由两个研究者给了不同命名的混乱局面。直到1876年，才由另一英国地质学家拉普华斯提出新方案，问题才算得到解决。拉普华斯保留寒武、志留的名称，但是限定寒武系只代表下古生界下部地层，志留系只代表下古生界上部地层，而把原来两系重复的一部分地层另立新名“奥陶”，“奥陶”是曾经居住在威尔士的另一个古代民族的名称。

英国威尔士地区下古生界地层的厚度很大，受到的改造作用也比较强烈，而且在1876年以前找到的化石还很少，这是初期地层划分产生含混和意见分歧的原因。英国下古生界地层划分方案确立的过程具有一定代表性，也就是说，任何一个时代的地层划分的确立一般都经过反复的研究和对比。划分方案一旦确立之后，这个最早开展研究的地层剖面就成了标准剖面，比如英国威尔士地区的下古生界地层剖面就是标准剖面，世界其他同时代的地层都应该根据所含化石的情况跟它对比来确定时代。

晚古生代的泥盆、石炭、二叠三个纪又是怎样确定的呢？

泥盆和石炭两系都是从英国的地层研究中建立的。“泥盆”取名于英国西南部的一个郡的名称，它也是由薛知微和莫企逊所建立的，时间在1837年。“石炭”是因为这一地层普遍含有煤层而得名的，它建立的时代比较晚，在1882年。

二叠系的标准剖面地点在前苏联乌拉尔山西坡的彼尔姆州，它由应俄国沙皇的邀请去那里进行地质考察的莫企逊在1841年确立，所以在国际上叫“彼尔姆系”。在我国和其他少数国家称做二叠系，是因为德国的这一地层明显分成上下二层。

早古生代地台演变

在前古生代末期，从距今8亿～6亿年这段时期里，岩石圈经历了一系列变动。进入寒武纪以前，地球表面的大陆地势高峻，面积扩大，天寒地冻。

从寒武纪开始，以古陆作为核心的相对稳定区——地台区经过长期的夷平作用之后，地势逐渐趋向平缓；低洼的区域屡次遭到海水浸漫，广阔的浅海不断扩大；环绕着地台区或者位于地台区之间的，是相对活动的区域——地槽区，一般是或深或浅的海槽。

这个时期的地槽分布在古大陆地台的边缘，如北美地台的东西两侧、东欧地台的西缘、中国地台和西伯利亚地台之间、西伯利亚地台和东欧地台之间等等，它们主要表现成海槽。

我们说到早古生代地台，这是一个地质构造概念，并不就是指早古生代的大陆，而是指在早古生代处在相对稳定状况的区域。当然相对稳定并不就是绝对不动，地台特别是它的边缘还是有相当的活动性的。

一般来说，地台是大陆规模的成片区域，由基底和盖层两部分构成。基底由古老变质岩组成，刚性比较大，对盖在上面的相对柔软的沉积层起着保护的作用。基底也并不是完整的一块，更不是完全僵死的，而是被断裂分割成若干块，块跟块之间存在着相对运动，比如有的块相对其他块上升，或者在水平方向上有相互错动等。显然，基底发生的运动会影响盖层。读者可以设想一个由几块木板拼起来的台子，上面铺了几层台布，如果木板之间发生相对移动，盖在上面的台布就会相应地产生隆起、凹陷、扭曲、褶皱甚至被撕破。这种情况和地台的运动相类似。

从世界上比较典型的地台来看，地台的运动相对地是比较弱的，以发生在地台内部的相对升降运动的幅度说，它还不及地槽区的1/10。不过地台边缘由于受到相邻地槽的影响，运动幅度一般比较大。

尽管寒武纪早期大陆地势陡峻，但是由于它内部的相对运动逐渐减弱，风化、剥蚀、搬运等外力地质作用渐渐占了上风，到了寒武纪中期，大陆和它邻近地区的地貌已经发生了显著的变化，一般比较均一化，比较低平了。地球表面高低差异减小，因而发生了大规模的海浸，大片的低平大陆被海水所淹盖。这种情况也影响了古气候，使它变得温和了。阳光灿烂的海滩、海水淹盖的大陆架和浅海空前广阔。

正是在这样的环境里，海洋植物和动物得到了稳定的生活条件，大大繁盛起来。寒武纪是地球上最早出现可供利用的煤的时期，如我国南方寒武纪岩层里的一种劣质煤叫石煤的，就是由生活在滨海、浅海的海生植物遗体大量聚集、石化而形成的。大量生物遗体的埋藏还形成了农用肥料——磷矿层。

地台内部的运动往往表现成大块大陆的升降运动。当大陆块缓缓上升的时候，它就成为高出海面不多的平原，当它缓缓下降的时候，又很容易遭到海浸，并且在海底上接受从陆地风化、剥蚀、搬运而来的沉积物。

例如，我国华北地区在早古生代时期的经历就是这样。当古华北地区陆块稍有下降，海平面相对升高，从现代的东海之滨到太行山区都是一片汪洋。当它稍有升高，海平面相对下降，广大的古华北地区又重新露出海面。从寒武纪到奥陶纪，这样的过程不知道经历过多少次，在这里渐渐沉积了几百米厚的碳酸钙质（石灰质）和泥质沉积物。在这些沉积物转变成岩的岩层里夹有许多层所谓龟裂灰岩，就是海底的淤积物常常露出海面发生干裂现象的极好证明。

从寒武纪到志留纪这段历史时期中，虽然在地台的某些局部曾经遭到过比较强烈的变动，但是从总体看，上面说的比较稳定的体制一直保持着。

到了志留纪末期，情况发生了变化。这时候在地台周围和地台之间的地槽区里先后发生了翻天覆地的变化，发生了所谓加里东运动的大变动。加里东运动这个名称来自英国的一个山名。

这场运动延续的时间是用百万年来计算的。而且就一个地区来说，运动还不只发生一次，这每一次地质学上叫作幕，就像一个剧从序幕开始经过几幕达到剧终的情况那样，一个运动也是由几个幕组成的。

早古生代的地台因为受到加里东运动的影响，原来低平的地区重新被抬高，简单的地貌又变得复杂起来。大片的海水从地台上退去。初始基本上水平的沉积盖层，经过这场变动之后，有的地方发生了倾斜、褶皱，有的地方发生了断裂。然而地台的这些变动的强度远不及地槽区里岩层所发生的变动的强度。志留纪末期的运动使气候也重新变得严峻，同时也不能不影响到生物界。(www.xing528.com)

早古生代地槽区演变

地槽是成长条形状的区域，它不像地台那样具有刚性基底的保护。

一般说来，地槽发育的早期表现是大幅度的下陷，在下陷的同时接受从上升地区剥蚀来的岩屑，再加上来自地下的火山物质，所以在地槽里往往有巨厚的堆积物，下陷幅度10倍于同期发育的地台区。

地槽发育晚期，强烈的构造运动能使地槽里的沉积岩层和火山岩层产生剧烈褶皱和断裂破坏，同时有大量来自地下的炽热岩浆侵入，形成规模很大的侵入岩，数量最多的是大家所熟悉的一种建筑石料——花岗岩。如果一部分岩浆沿着断裂上升到地表，就会形成壮观的火山爆发。

经过地槽晚期的强烈构造运动之后，地槽区从下陷海槽转变成了雄伟的山系——褶皱带，从此之后渐渐走向稳定。

以上就是地槽区演变的大体过程。

早古生代地槽经过加里东运动，转变成稳定的褶皱带，并且镶在地台边缘，这一情况可以英国的地槽作为代表。英国的加里东地槽位于古老的东欧地台的西北边缘，经过加里东运动之后，东欧地台向西北方向扩大了。另外一条类似的地槽褶皱带位于北美地台的东缘。在西伯利亚地台的南缘也有强大的由加里东运动形成的褶皱带，在我国的东南部和秦岭、祁连山、天山等地区也都有加里东皱褶带的发育。

晚古生代地台和地槽区的演变

跟早古生代开始的时候情况相似，随着均夷作用的进行，地球表面的地势逐渐趋向和缓。从泥盆纪中期开始，在北半球的若干地区重新发生海浸，如我国的南方、前苏联的欧洲部分、北美大陆等地。经过泥盆纪晚期短暂的海退，到了石炭纪中期，海浸规模达到了最大。石炭纪晚期，海水又渐渐退去。

南半球的情况有所不同。泥盆纪早期，地台内遭到过短暂的海浸，中期海水已经退出，整个晚古生代，除某些边缘地区之外，地台内部没有再受到海浸。可见南半球地台的大部分长期处在稍稍隆起的状态。

泥盆纪时期，气候温暖，但是比较干燥。石炭纪时期，气候变得温暖潮湿。而到了二叠纪时期，气候又渐转干旱。

晚古生代的地槽区，在开始阶段接受了厚厚的沉积物和火山物质之后，从石炭纪晚期开始，先后遭到强烈构造运动的影响，转化成褶皱山系。运动此伏彼起，一直延续到晚古生代末期才最终完成。这个运动叫华力西运动，这个名称来自阿尔卑斯山脉中的华力西山。华力西运动也叫海西运动，这个名称来自德国的哈兹山。

华力西运动使位在欧洲和非洲之间的地槽、东欧地台和西伯利亚地台之间的乌拉尔地槽、西伯利亚、中亚和中国地台之间的广大地槽区、北美东缘的阿巴拉契亚地槽等都转化成褶皱山系，海水退出，使世界上最大的大陆——欧亚大陆连成一片。南半球大陆，随着周边地槽发展的结束，在晚古生代末期也有所扩大。

大陆漂移和潘加亚大陆形成

大陆形成以后，它们的位置有没有发生过移动？就是说稳定地台除了存在差异性的升降运动（表现为海水的进退）以外，是不是还有大规模的水平位移？对待这个问题，地学界历来有两种截然对立的观点：

一种观点认为，大陆在地史时期只有面积的增大和缩小，位置没有发生过明显的水平方向的移动。这种观点叫作固定论。

另一种观点认为，被断裂分割成块的岩石圈曾经在软流圈上发生过大规模的水平运动，结果大陆块一再分裂和重新拼合，并且在这个过程中不断增大。这种观点叫作活动论。

按照活动论的观点，古生代开始的时候。在古欧洲和古北美洲之间曾经有过一个古大西洋。古大西洋的宽度虽然不得而知，但是至少它曾经阻隔了两边生物的沟通，看来宽度是不小的。古生代开始以后，古欧洲和古美洲两个陆块逐渐接近，到志留纪时期才碰在一起。相碰的力量引起了加里东运动。

类似的情况也发生在古欧洲和古非洲、古欧洲和古亚洲、古西伯利亚和古中国之间。到古生代末期，全球大陆块达到最大程度的互相接近。

以上的推测是根据近几十年来海洋地质和地球物理的研究所提出来的板块构造理论引申的。对于古生代时期大陆是否发生过大规模水平移动的问题，虽然还有少数学者仍然持怀疑态度，但是已经有不少地质、古生物、古地理和古地磁方面的证据支持这种推测。

在古生代末期，全球大陆块达到最大程度的相互接近，这就形成了全球的统一大陆，叫作潘加亚大陆。“潘加亚”一词是由魏格纳提出来的，潘加亚大陆意思是泛大陆。

潘加亚大陆的北半球部分，叫作劳亚大陆。“劳亚”是加拿大东南部一个地名劳伦斯和亚洲的缩合词。劳亚大陆也叫北方大陆，范围包括北美大陆和欧亚大陆（除印度和阿拉伯半岛）。

潘加亚大陆的南半球部分，叫作冈瓦纳大陆。“冈瓦纳”是印度中部一个地名。冈瓦纳大陆也叫南方大陆，范围包括南美洲、非洲、澳大利亚和印度半岛。

下面的图就是冈瓦纳大陆图。这是根据现在南半球相互分开的各大陆拼合成的。图中虚线所圈定的范围是根据各地石炭纪晚期和二叠纪早期的冰碛恢复出来的古大陆冰盖的位置，箭头的指向是根据冰碛的研究所确定的古冰流的方向。大家看到它们刚好从冰盖的中心指向边缘，这进一步说明，把大陆按照如图的方案拼合起来是合理的。更有意思的是，南美冰碛中的某些砾石竟来自远在几千里之外的非洲的西南部，如果这两个大陆不曾互相毗邻的话，这个事实简直就无法解释了。

冈瓦纳大陆的冰盖复原图

在劳亚和冈瓦纳两古陆之间，有一个朝右方开口的三角区，这里是古地中海，叫作特提斯海。图上其他广阔的海域都是古太平洋。

从以上所说不难看出，古生代时期大陆岩石圈演变的总趋势是继续扩大和连成一片。大陆的扩大主要是通过位在它的边缘的地槽转化成褶皱带的过程实现的。古生代的褶皱带主要就是前期的加里东褶皱带和后期的华力西褶皱带。

到了古生代末期，大陆的总面积已经跟今天地球上的大陆总面积相差无几了。