科学传播

当前位置:首页> 科学传播 >科普荟萃

西澳活体叠层石与遗迹化石地质剖面考察记
来源:「国际古地理学会」     上传时间:2025-08-04     作者:国际古地理学会

企业微信截图_20250804100756.jpg


西澳活体叠层石与遗迹化石地质剖面考察记

吴因业 


      前言


       一提到西澳首府,就想起对珀斯(Perth)的赞美描述:海滩的迷人,公园的壮美,海岛的秀丽……珀斯拥有众多色泽浅淡、沙质细腻的海滩,如科特斯洛海滩(Cottesloe Beach),它是珀斯人气最高的海滩之一,洁白的沙滩在阳光的照耀下闪闪发光,清澈的海水与蓝天相映成趣,海浪轻轻拍打着岸边,为人们提供了绝佳的游泳、冲浪和日光浴场所。罗特尼斯岛(Rottnest Island)被碧绿的海水环抱,岛上郁郁葱葱的植被与湛蓝的天空、清澈的海水相互映衬,构成了一幅如诗如画的美景。这里不仅有澳洲乃至全世界最顶级的白沙滩,还是西澳最顶级的潜水地,同时也是可爱的短尾矮袋鼠的家园,它们那标志性的“微笑”,更是为这座海岛增添了几分迷人的魅力。天鹅河(Swan River)宛如一条蓝色的丝带,将珀斯市区一分为二。河水清澈,波光粼粼,河畔绿树成荫,风景秀丽。人们可以沿着河岸漫步、骑行,欣赏沿途的美景,也可以乘坐游船,在河上悠然自得地欣赏城市风光和两岸的自然景观。


澳大利亚西部首府Perth市的人文地理—天鹅河

企业微信截图_20250804100955.jpg


澳大利亚西部首府Perth市的人文地理—西澳大学

企业微信截图_20250804101007.jpg


       我们中方一行4人于2001年3月来到澳大利亚Perth开展层序地层学国际合作研究。Perth 是澳大利亚西部城市,西澳的首府。这里矿产丰富,人口稀少,是澳大利亚最大的一个州。合作伙伴是来自澳大利亚的Cedric G.教授、Chris博士和Annette博士。科学研究工作分野外沉积层序地层学考察和室内地质研究两大部分。在澳大利亚期间,开展了志留系、泥盆系、二叠系、三叠系和侏罗系五套地层的层序地层学野外研究,现代活体叠层石考察(叠层石的英文名称Stromatolite),现代海岸沉积环境、潮坪、潟湖沉积特征考察。地质剖面位置主要在澳大利亚西部Kalbarri地区和Shark Bay地区。


       Kalbarri地区的地质露头具体位置在澳大利亚70 Grey St, Kalbarri WA 6536,Shark Bay地区具体位置在澳大利亚89 Knight Terrace, Denham WA 6537,见位置图。


澳大利亚西部Kalbarri地区地质考察路线交通位置图

企业微信截图_20250804101149.jpg


澳大利亚西部Shark Bay地区地质考察路线交通位置图

企业微信截图_20250804101250.jpg


       澳大利亚西部的志留系以独特的沉积记录、生物演化证据和构造背景成为国际地质研究的重要区域,其对应的地质年代开始于约 4.43 ~4.19 亿年,持续时间约 2400 万年。主要分布在卡尔巴里国家公园(Kalbarri National Park)的默奇森河(Murchison River)峡谷。


       默奇森河深切出露的奥陶系上部至志留系“老红砂岩”(Lower Old Red Sandstone)厚达数百米,以紫红色、橙红色砂岩为主,发育水平层理、交错层理及钙质结核。其沉积环境为近岸浅海至潮坪,受周期性海退影响,形成强氧化条件下的赤铁矿胶结砂岩。这一时期的海平面波动在岩层中留下了清晰的波痕和干裂构造,记录了古海洋动力过程。


       遗迹化石揭示的生命演化,卡尔巴里的”老红砂岩”中保存了大量节肢动物足迹化石(如齿轮状排列的虫迹),指示早期节肢动物尝试登陆的行为。此外,蠕虫钻孔、鱼类啄食痕迹及蝎类捕食遗迹构成了完整的食物链金字塔:


       初级生产者:菌藻类;初级消费者:蠕虫类;中级消费者:肺鱼类;顶级消费者:蝎类。


       这一生态系统的复杂性表明志留纪浅海已具备成熟的食物网结构。


澳大利亚西部Karballi露头剖面志留系遗迹化石,反映滨岸沉积环境

企业微信截图_20250804101351.jpg


澳大利亚西部志留系柱状图

企业微信截图_20250804101447.jpg



澳大利亚西部Irwin coalfield露头二叠系层序地层学界面,反映三角洲与沼泽沉积环境,从左向右依次为顾家裕教授、吴因业博士、Chris博士、Annette博士、Cedric G. 教授等

企业微信截图_20250804101524.jpg


澳大利亚西部沉积盆地分布图

企业微信截图_20250804101623.jpg


       主要观察点内容与典型地质现象有:观察点1――澳大利亚西部志留系遗迹化石观察;观察点2――澳大利亚西部泥盆系风成沉积和大型交错层理;观察点3――澳大利亚西部Z-bone志留系出露剖面;观察点4――澳大利亚西部Cliffs露头志留系剖面;观察点5――澳大利亚西部Irwin 煤田露头二叠系剖面;观察点6――澳大利亚西部Denham海岸现代叠层石观察点; 观察点7――澳大利亚西部Shark Bay活体叠层石与尸体叠层石。


2.主要观察点内容简介与典型地质现象


观察点1: 澳大利亚西部Kalbarri地区志留系遗迹化石观察


       地点:澳大利亚西部Kalbarri地区志留系遗迹化石地质剖面点。


       澳大利亚西部志留系遗迹化石种类丰富,对于研究地球历史和生物演化具有重要意义。可以观察到足迹化石和管状化石。


       Diplichnites:是最早的完全陆生足迹化石,呈齿轮状产出,多以列式保存。造迹生物为节肢动物,如真螯类、剑尾鳃亚纲、曲肢类等。这些足迹化石反映了节肢动物在志留纪时期已经开始尝试登陆陆地,从而为研究生物从海洋到陆地的演化过程提供了重要证据。


       Eurypterids足迹:“海洋蝎子”—Eurypterids 是最早从海洋移居至陆地的动物之一,它们在 Kalbarri 国家公园的峡谷地区留下了一串串非常有特色的脚印。这些足迹化石表明 Eurypterids 具有在陆地短暂活动的能力,也揭示了当时的生态环境和生物迁徙路线。


       Skolithos:多为多毛类或节肢类动物留下的管状遗迹化石,大量发育于奥陶系 - 下志留统的 Tumblagooda “老红砂岩”下段中。其成因存在不同说法,有人认为是古风化沙丘,形成于干旱环境;也有人认为是古沙滩环境,在后期由于岩性的差异形成了差异风化。


       蠕虫管道化石:在遗迹化石中,可以辨认出蠕虫上下、水平穿梭的管道。这些管道化石反映了蠕虫类生物在当时的海底沉积物中的生活方式和生态习性,也为研究当时的食物链和生态系统提供了线索。


澳大利亚西部志留系露头的遗迹化石—足迹

企业微信截图_20250804101814.jpg


澳大利亚西部志留系露头的管状遗迹化石

企业微信截图_20250804101907.jpg


澳大利亚西部志留系露头的遗迹化石回填构造

企业微信截图_20250804101924.jpg


穿越澳大利亚西部露头区的丛林

企业微信截图_20250804102022.jpg


观察点2: 澳大利亚西部泥盆系风成沉积和大型交错层理


       地点:澳大利亚西部Kalbarri地区泥盆系地质剖面点。


       澳大利亚西部泥盆系(约 4.19 ~ 3.59 亿年前)的风成沉积和大型交错层理是古环境研究的重要证据,主要分布于金伯利地区的 Bungle Bungles(Purnululu 国家公园)和Kalbarri 等地。泥盆纪,澳大利亚西部位于冈瓦纳大陆北部边缘,地处南纬 30°~ 40° 的干旱带。古特提斯洋(Tethys Ocean)的暖流与泛大洋(Panthalassa)的寒流在此交汇,形成干燥的气候条件,为风成沉积提供了环境基础。Bungle Bungles 的砂岩形成于约3.6 亿年前的泥盆纪,由河流搬运的砂质沉积物经风力改造形成沙丘,后经压实作用形成石英砂岩6。这些砂岩最初埋藏于地下约7 公里深处,经历中生代的造山运动(如拉拉品汀海闭合)后,逐渐抬升并暴露地表,最终被风蚀塑造为独特的 “蜂巢圆顶” 地貌。


       在 Kalbarri 的Tumblagooda 组砂岩中,发育大角度(30°~40°)的交错层理,单个层系厚度可达数米,显示典型的风成沙丘迁移特征。Bungle Bungles 的砂岩中,交错层理与水平层理交替出现,形成橙色与灰色相间的条纹—— 橙色层含氧化铁矿,灰色层含蓝藻化石,反映了干旱环境下的氧化- 还原交替沉积。


       风成沉积的广泛分布直接证明泥盆纪澳大利亚西部为干旱 - 半干旱气候,类似现代的撒哈拉沙漠或澳大利亚中部。这与全球泥盆纪“老红砂岩”(Old Red Sandstone)沉积事件一致—— 劳俄大陆(Laurussia)和冈瓦纳大陆的内陆地区普遍发育风成红层。


泥盆系风成沉积层序,澳大利亚西部Karballi露头

企业微信截图_20250804102137.jpg


澳大利亚西部Karballi露头泥盆系风成沉积特征,注意独特的 “蜂巢圆顶” 地貌

企业微信截图_20250804102153.jpg


现代海岸沉积环境,澳大利亚西部印度洋海岸,海浪强烈侵蚀“老红砂岩”

企业微信截图_20250804102236.jpg


观察点3: 澳大利亚西部Z-bone志留系出露剖面


       地点:澳大利亚西部Kalbarri地区Z-bone志留系地质剖面点。


       澳大利亚西部Z-bone地质剖面显示志留系的沉积特征(如红色砂岩、蒸发岩)直接反映了澳大利亚西部在志留纪的干旱气候,与全球“老红砂岩” 事件一致。此外,碎屑锆石年代学研究可揭示物源区的构造演化,如金伯利地区的锆石年龄显示其物源来自北部的冈瓦纳古陆。Z-bone 剖面(中志留世)出露于皮尔巴拉地区,以浅海碎屑岩为主,夹薄层灰岩,反映陆棚边缘环境。


澳大利亚西部Z-bone露头志留系沉积环境,反映陆棚边缘环境的准层序演化

企业微信截图_20250804103059.jpg


澳大利亚西部Cliffs露头志留系层序地层学演化剖面,管状遗迹化石密布。从下到上,分别从海相滨岸层序演化到陆相河流沉积层序

企业微信截图_20250804103137.jpg


观察点4: 澳大利亚西部Cliffs露头志留系剖面


       地点:澳大利亚西部Cliffs露头志留系地质剖面点。


       澳大利亚西部Cliffs 露头志留系剖面以其独特的沉积序列、丰富的化石记录及清晰的构造响应,成为研究古生代中期地球系统演化的天然实验室,其科学价值不仅限于地质学领域,还为古生物学、气候学及资源勘探提供了重要支撑。


       Cliffs 露头完整记录了志留纪海相 - 陆相过渡的沉积旋回,其层序特征与全球海平面波动(如 Llandovery 期海侵、Pridoli 期海退)高度吻合,为建立区域沉积模式提供了标准剖面。Cliffs 露头的志留系剖面与全球其他地区相比,具有以下独特性:


       · 与中国华南对比:华南志留系以深海 - 半深海黑色页岩为主,而 Cliffs 露头以浅海碎屑岩与蒸发岩共生为特征,反映不同古地理位置的沉积差异。


       · 与北美纽约州对比:纽约州志留系以碳酸盐岩为主,生物群以珊瑚、腕足类为主;Cliffs 露头则以碎屑岩为主,脊椎动物微化石更为丰富。


       · 与英国威尔士对比:威尔士志留系以半深海页岩为主,缺乏蒸发岩;Cliffs 露头的蒸发岩沉积为研究古气候提供了独特视角。


观察点5:澳大利亚西部Irwin煤田露头二叠系剖面


       地点:澳大利亚西部Irwin 煤田露头二叠系出露点。


       澳大利亚西部Irwin 煤田露头二叠系以其独特的构造 - 沉积响应、丰富的化石记录及潜在的资源价值,成为研究冈瓦纳大陆北缘裂陷盆地演化与煤炭资源形成的天然实验室。


       Irwin River 煤系记录了潮控海湾- 三角洲平原的沉积演化过程,主要沉积相类型包括:


       辫状河 - 冲积扇:下部粗碎屑岩段发育大型槽状交错层理、冲刷面,反映高能陆相冲积环境。


       潮坪 - 潟湖:中部含煤段发育双向交错层理、干裂构造及石膏假晶,指示半干旱气候下的潮汐作用主导环境。


       三角洲平原:煤层与碳质泥岩共生,含植物根系化石及煤屑透镜体,显示泥炭沼泽发育。


       潮控海湾:上部细碎屑岩段含海绿石、腕足类化石(如Strophomena),反映浅海- 半咸水混合环境。


       观测点可以观察多期粗——细变化的河流沉积构造,包括沉积冲刷面、交错层理等。


澳大利亚西部Irwin River 煤系记录了潮控海湾-三角洲平原的沉积演化过程

企业微信截图_20250804103306.jpg


澳大利亚西部Irwin River 煤系层面上记录了波浪作用的遗迹:波峰和波谷

企业微信截图_20250804103342.jpg


澳大利亚西部Irwin 煤田露头二叠系剖面显示清晰的沉积层序界面

企业微信截图_20250804103417.jpg


澳大利亚西部新近纪-现代沉积剖面

企业微信截图_20250804103451.jpg


现代叠层石沉积环境,澳大利亚西部Denham海岸

企业微信截图_20250804103529.jpg


观察点6:澳大利亚西部Denham海岸现代叠层石


       地点:澳大利亚西部Denham海岸鲨鱼湾的哈梅林池(Hamelin Pool)出露点。


       可以观察澳大利亚西部 Denham 海岸的现代叠层石,主要分布在鲨鱼湾的哈梅林池(Hamelin Pool)一带,其沉积环境主要具有以下特点:


       盐度:海水盐度极高,是正常海水的两倍左右。这是因为海湾入口处有沙坝阻挡,海水流通不畅,再加上当地气候炎热干燥,蒸发旺盛,使得海水盐度不断升高。高盐度环境限制了其他生物的生存,为叠层石的生长提供了有利条件,因为叠层石的主要建造者蓝细菌等微生物能够适应这种极端环境,而高盐度可抑制其他可能与蓝细菌竞争的生物生长。


       光照:充足的光照是叠层石生长的重要条件之一。叠层石中的蓝细菌通过光合作用获取能量,将二氧化碳转化为有机物,并释放氧气。Denham 海岸所在地区阳光充足,能够满足蓝细菌进行光合作用的需求,促使其大量繁殖和生长,进而形成叠层石。


澳大利亚西部 Denham 海岸的现代叠层石—活体叠层石

企业微信截图_20250804103629.jpg


澳大利亚西部 Denham 海岸的现代叠层石—尸体叠层石

企业微信截图_20250804103645.jpg


观察点7:澳大利亚西部Shark Bay活体叠层石与尸体叠层石


       地点:澳大利亚西部Shark Bay活体叠层石出露点。


       澳大利亚西部 Shark Bay活体叠层石,带泳镜可以下海实地观察。注意水下蓝色活体叠层石,红色部分已经成为尸体叠层石。


澳大利亚西部 Shark Bay水下蓝色活体叠层石,注意红色部分已经成为尸体叠层石

企业微信截图_20250804103758.jpg


3.地质考察行程安排的建议


第一日 8:00-18:00 北京市—珀斯(Perth)市 飞机行程


第二日 8:00-18:00 珀斯(Perth)市 


       • 10:00到达西澳大学


       • 10:00-12:00 西澳大学开放图书馆,查询相关野外地质资料


       • 12:00-14:00午饭


       • 14:00-17:00考察珀斯(Perth)市人文地理


第三日 8:00-18:00 珀斯(Perth)市—卡那封(Carnarvon) 汽车行程


第四日 8:00-18:00 卡那封(Carnarvon)—Kalbarri地区露头点


       • 10:00到达露头剖面


       • 10:00-12:00 考察点1、考察点2


       • 12:00-14:00午饭


       • 14:00-17:00考察点3


第五日8:00—18:00  Kalbarri地区—Irwin 煤田露头


       • 10:00到达露头剖面


       • 10:00-12:00 考察点4


        • 12:00-14:00午饭


        • 14:00-17:00考察点5


第六日 8:00-18:00 Irwin 煤田露头—Shark Bay露头点


        • 10:00到达露头剖面


       • 10:00-12:00 考察点6


       • 12:00-14:00午饭


       • 14:00-17:00考察点7


第七日 8:00-18:00  Shark Bay地区—珀斯(Perth)市 汽车行程


第八日 8:00-18:00珀斯(Perth)市—北京市 飞机行程


4.结语


       西澳的活体叠层石和“老红砂岩”精彩地质遗迹吸引了全球科学家特别是地质学家前往“朝圣”,因为叠层石最早的发育是在大约30亿年前,繁盛时期是在大约18~10亿年前的元古代,现今保存完好的活体叠层石就在西澳的Shark Bay(鲨鱼湾)。除了丰富的地质遗迹,澳大利亚西部的海滩景色宜人,可以近距离接触野生海豚等海洋生物。相信你的到来,也一定会有不断的惊喜和科学新发现。


       成文过程中,《古地理学报》常务副主编郑秀娟博士提出了宝贵的修改完善意见,国际古地理学会胡琳老师编辑排版此文,一并致谢。


5.主要参考文献


       Hocking R M. 1991. The Silurian Tumblagooda Sandstone, Western Australia.Western Australia Geological Survey.Report 27: 101-108.


       Hoffman P F et al. 1998. A Neoproterozoic Snowball Earth. Science, 281: 1342–1346.


       Lyons T W, Reinhard C T. 2009. Early Earth: Oxygen for heavy-metal fans. Nature, 461: 179–181.


        Mory A J. 1990. Geology of the Perth Basin, Western Australia. Western Australia Geological Survey, Bulletin : 142.


       Nutman A P  et al. 2016. Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures. Nature, 537: 535–538.


       Talent J A. 1965. The stratigraphic and diastrophic evolution of central and eastern Australia in the Ordovician, Silurian, and Devonian periods.Journal of the Geological Society of Australia, 12(2): 181-228.


       吴因业,李国欣,吴洛菲,徐兆辉,龙国徽,方向,付蕾,张天舒,陶士振. 2022. 中国中西部大型湖盆沉积体系域研究进展及页岩油气勘探. 古地理学报, 24(4): .




转载自《石油科学传播》公众号


da677a19-e3b5-469b-a314-63108070e250.jpg









西澳活体叠层石与遗迹化石地质剖面考察记