广西西北丹池盆地上泥盆统（埃姆斯期）地层序列：南丹式岩相沉积的起始

《Palaeoworld》：Emsian (Lower Devonian) stratigraphic succession of the Danchi Basin, northwestern Guangxi: Onset of the Nandan-type facies sedimentation

　　

摘要

Devonian南丹型沉积层在中国综合地层研究和资源勘探方面具有重要意义，但其起始时间和过程长期以来一直缺乏深入了解。本研究整合了广西西北部Mode剖面和ZK3179钻孔下泥盆统的生物地层学、微相和地球化学分析。宜兰组下-中部代表一个富含底栖无脊椎动物的高能开放台地环境，表明台间大塘盆地尚未形成。在埃姆斯期Polygnathus nothoperbonus牙形石带内，宜兰组上部转变为受限、低能深水环境，产出薄壳蛇索贝目和深水腕足类，标志着大塘盆地的形成和典型南丹型沉积的起始。这奠定了华南板块南丹型与湘州型岩相长期共存的基础，深刻影响了该地区泥盆纪的地层发育和动物演化。

引言

由于早古生代广西运动，华南板块大部分地区抬升成为陆地，仅在广西钦州—防城地区残留有槽地保存（Wang et al., 1985, Chen et al., 2014）。此后，华南板块经历了自早泥盆世开始的阶梯式向北和向东北的进积过程，导致自罗沃期以来海相沉积的重新发育（Lu et al., 2023, Lu, 2024）。埃姆斯期的进积高峰与同期沉积断层活动共同触发了广西西北部和西部台间盆地的形成，以及南丹型岩相沉积的深水环境的发育（Xin et al., 1987, Chen and Zeng, 1990, Guo et al., 2021）。

南丹型岩相得名于其模式产地——广西西北部大塘盆地的南丹县。该岩相主要由深色细粒硅质碎屑岩、具层理的燧石、炭质页岩及少量灰岩组成，常伴生同步生成的黄铁矿。化石组合以远洋型泪滴贝目蛇索贝、菊石和牙形石为主，而底栖化石相对稀少，指示了低能盆地的亚氧化至无氧环境（Xian et al., 1980, Ma et al., 2009, Guo et al., 2015）。除了南丹型岩相外，自埃姆斯期以来，湘州型岩相（浅水台地岩相）、曲靖型岩相（滨海岩相）和过渡岩相也同期发育（Zhong et al., 1992, Ma et al., 2009）。这种岩相分异自其起始以来贯穿整个泥盆纪，对华南板块的地层发育和生物演化产生了深远影响（Hou and Wang, 1988, Qie et al., 2019）。

鉴于相对完整的泥盆系序列和丰富的浮游化石（牙形石、蛇索贝、菊石等），南丹型沉积物为高分辨率生物地层学和研究提供了优良的沉积记录（Ruan and Mu, 1983, Guo et al., 2018, Li et al., 2022）。此外，富含有机质的黑色页岩的发育以及热液活动的叠加，使南丹型泥盆系成为非常规油气资源以及多种沉积矿产勘探的关键目标（Gao et al., 2024, Mei et al., 2025, Guo et al., 2026）。以往对南丹型泥盆纪岩相的研究大多集中在岩相分异之后的序列，即中-上泥盆统地层，而对岩相分异过程本身（即南丹型岩相的形成）关注较少，导致这一关键地段的沉积环境、岩性和化石组合的演替仍需进一步研究。

本研究从生物地层学、岩相和化学地层学角度，对广西大塘盆地南丹型泥盆统基底地层进行了综合地层学研究，旨在为南丹型岩相的起始时间以及该区段沉积环境和化石的演化提供新认识。

章节片段

地质背景

华南板块在早泥盆世从冈瓦纳大陆北部漂移分离，位于赤道附近古特提斯洋的东北缘（Bai, 1998, Xian et al., 2019）（图1A）。早泥盆世晚期，广西西北部裂谷作用开始，导致大塘盆地的形成以及南丹型深水沉积物的后续堆积（图1B, C）。本研究在大塘盆地两处剖面采集样品

材料与方法

本研究对Mode剖面和ZK3179钻孔进行了多门类化石研究、显微岩相分析和主量及微量元素分析，以探讨大塘盆地跨南丹型岩相起始地段的沉积环境和生物演化变化。

为建立生物地层框架，从Mode剖面宜兰组中-上部采集了37件灰岩样品用于

Mode剖面的牙形石生物带

Mode剖面的牙形石最初由Guo et al. (2018)进行了研究。基于关键牙形石分类阶的层位分布（图4A–D），在Mode剖面识别出两个牙形石带，即Polygnathus excavatus带和P. nothoperbonus带。P. excavatus带定义为由P. excavatus首次出现到P. nothoperbonus首次出现的间隔（Yolkin et al., 1994）。在Mode剖面，两个亚种，P. excavatus excavatus和P

沉积微相

大塘盆地泥盆系下部的丹林组以砂岩和粉砂岩为主。在本研究的Mode剖面和ZK3179钻孔中，丹林组上覆宜兰组，后者主要由碳酸盐岩沉积组成；其上覆唐顶组，以泥岩和钙质泥岩为主。制作了Mode剖面和ZK3179钻孔宜兰组和唐顶组的薄片用于沉积

ZK3179钻孔的Ce异常数据

为研究典型南丹型沉积起始前后大塘盆地的氧化还原动力学，从ZK3179钻孔中采集了碳酸盐岩和钙质碎屑岩样品。共采集了63件样品，对碳酸盐岩进行了主量和微量元素（包括稀土元素）分析，本研究重点关注对氧化还原条件敏感的稀土元素Ce。

鉴于碳酸盐岩中的稀土元素易受

讨论

由于华南板块早泥盆世的阶梯式进积，广西西北部经历了从滨海碎屑沉积环境到开放台地的转变。Mode剖面和ZK3179钻孔均记录了这一转变。在Mode剖面宜兰组下-中部，出现了一个丰度高且多样的"Spirifer"tonkinensis动物群，以四翼蛤和弦齿蛤为代表，可与腕足类相

结论

本研究整合了广西西北部Mode剖面和ZK3179钻孔下泥盆统的生物地层学、微相和地球化学分析。宜兰组中-下部代表一个富含底栖动物（如腕足类、珊瑚）的高能开放台地。在宜兰组上部，于Polygnathus nothoperbonus牙形石带内，研究区的沉积环境转变为受限、低能盆地，以薄壳蛇索贝目（如Nowakia、

CRediT作者贡献声明

Lei Mei-Rong：资源、资金获取。Mo Jian-Ming：数据整理。Qin Shun-Qiao：资源、调查、数据整理。Lu Jing：数据整理。Song Jun-Jun：撰写-初稿，数据整理。Liang Kun：撰写-初稿，数据整理。Li Wen-Jie：撰写-初稿，数据整理。Guo Wen：撰写-审稿与编辑，撰写-初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金

未引用文献

Hou et al., 1988, Kuang et al., 1982, Rozhdestvenskaya, 1962.

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作受中国科学院战略先导专项（XDB0850300）和国家自然科学基金（项目编号：42472031、42472032）资助。感谢期刊编辑和两位审稿人提出的建设性意见，帮助改进了本文。

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