18 早、晚古生代的地质变迁和生物演化～结合相关高考真题-备战高考地理之探讨大学地理知识

早、晚古生代的地质变迁和生物演化～结合相关高考真题
【一】早古生代海洋面积大，海相沉积广，海生藻类多，海水无脊椎动物繁盛。

古生代因地史上出现大批较高级的生物而得名。可以分为早古生代和晚古生代。早古生代距今5.43~4.10亿年，所形成的地层叫下古生界。早古生代划分为3个纪，即寒武纪、奥陶纪和志留纪。
寒武纪是古生代的第一个纪，约开始于5.43亿年前，结束于4.90亿年前，寒武纪形成的地层称寒武系，1835年取名于英国西部威尔士的坎布连山脉。
志留纪约开始于4.38亿年前，结束于4.10亿年前，形成的地纪是时代，系是岩层。
层称志留系。1835年取名于英国南威尔士地区的一个古老部族的名称。
1879年，拉普沃思将上述命名的寒武系和志留系的中间部分划入奥陶系，形成奥陶系的时代为奥陶纪，约开始于4.90亿年至4.38亿年前。
早古生代和它以前的时代相比，古地理、古生物、沉积环境、地壳运动等有很大差异。在大陆壳地区，早古生代海洋占绝对优势，陆地不多，因此下古生界几乎都是海相沉积，少有陆相沉积。海水中无脊椎动物种类空前繁盛，陆生植物很少。这标志着地质历史发展进入一个新的阶段。
一、动物界的第一次大发展一海生无脊推动物时代
最早划定寒武系，是以大量三叶虫突然出现为标志。后来发现在寒武系底部（如云南晋宁梅树村组）或震旦系顶部（如三峡灯影组上部）含有大量个体微小的原始硬壳无脊椎动物化石，如软舌螺、腹足类、腕足类等（统称小壳动物群），故国际决定以地层中开始出现小壳化石的层位为寒武系底界。
寒武纪已发现动物化石2500多种，除脊椎动物外，几乎所有门类都有了。最多的是节肢动物中的三叶虫，数量占生物分类总数的60%~70%，故寒武纪又称“三叶虫时代”；其次为腕足类动物，约占20%~30%;其他无脊椎动物占10%~15%，包括海绵动物、古杯动物、腔肠动物（如珊瑚）、软体动物（如头足类）、环节动物、牙形石、棘皮动物等。早古生代的海生无脊椎动物空前繁盛。
三叶虫是较高级的节肢动物，种类繁多，形体大小不一，一般长数厘米，大部分游移于浅海底，以其他动物或其尸体为食料。其躯体结构已经分化得很好，可横分为头、胸、尾三部，又可纵分为中轴和左右肋叶3部分，所以叫三叶虫。头部结构复杂，有一对眼睛；胸部有若干胸节。中国已描述过的三叶虫有1200多种，其中有些是很好的标准化石。三叶虫以寒武纪为最盛，到古生代末完全绝灭。
腕足类是具有2片硬壳的浅海底栖动物，2壳一大一小，每一片壳左右对称。可从2壳后端伸出一条肉茎插入泥沙，固着海底生活。腕足类在整个古生代都很繁盛，如图扬子贝是中奥陶世的标准化石，但以志留纪为最盛，是腕足类的“壮年时代”，到中生代以后衰落，目前海洋中只剩下不多的种属。
笔石是已经绝灭的小型群体海生动物，开始出现于中寒武世，特别繁盛于奥陶纪和志留纪，演化很快，形体多种多样。是很好的标准化石珊瑚指示温暖浅海。
，多保存在页岩特别是黑色页岩里，很像笔迹，因此叫笔石。
珊瑚是生活于温暖、清澈浅海中的腔肠动物，单体或群体，可分泌灰质形成体内隔壁及外壳硬体，种类很多。中国南方志留系中常有由蜂房珊瑚和链珊瑚构成的珊瑚礁灰岩。
头足类是软体动物中构造最复杂的，头上生有许多触手，和现在的乌贼同类，可在海中漂游，但早古生代的头足类有一个锥形外壳，壳内分许多房室。
牙形石形体微小，外形很像虫牙，由磷酸钙组成。形状呈直单锥刺状，最大约5mm。从寒武纪至三叠纪，分布于世界各地海相地层中，演化迅速，成为地层划分和对比的重要微化石。
从奥陶纪开始，主要是志留纪，出现了淡水原始的鱼类——无颌类，属脊椎动物，说明新时代即将来临。在植物界方面，寒武纪、奥陶纪都以海生藻类为主，到志留纪，已出现半陆生的裸蕨植物，也意味着即将进入新时代。
从寒武纪一开始生物便呈爆发性增长，称其为寒武纪生命“大爆炸”。1984年，南京地质与古生物研究所的科研人员在云南省澄江发现5.3亿年前（早寒武世）的动物化石群，包括节肢类、脊索类、叶足类、腕足类等40多门类的80多种动物，引起国内外科学家的重视，认为这是地球生命演化史上的重大事件，是目前世界上了解寒武纪生命“大爆炸”的窗口和佐证。


自然界的生命及其发展，和万物一样，既包含缓慢进化，也包含迅速飞跃。生物界在寒武纪以前，是低级原始的（单细胞的菌类、藻类等极低等生物)，分布面积不广，密度不大，还未形成硬体，很难保存成化石。但寒武纪以前的漫长时代为生物准备了设问：生物由低等向高级的进化需要哪些条件？
质变飞跃和大量繁殖的条件，因而到寒武纪，在适宜的外界条件（海水温度、成分、营养物质等）促使下，自然界的生命之火，成燎原之势，动物界从软躯体到硬躯体、从单样性到多样性飞跃发展，奠定了现代生命形式的基本框架。
二、加里东构造阶段的世界古地理轮廓及地史特征
(一)加里东运动和加里东构造阶段
早古生代初期的大地构造轮廓和震旦纪相似。后来发生了有世界影响的构造运动，世界海陆形势变化，这就是加里东运动。
广义上讲，发生在早古生代的构造运动称加里东运动，其中寒武纪后期的构造运动称萨来伊尔运动；奥陶纪后期的构造运动称太康运动。但狭义的加里东运动，指志留纪后期的构造运动。不提板块构造阶段，但这一时期确实发生了某些板块碰撞事件，引起海陆格局的变化。
苏格兰古称加里东，加里东地槽、加里东运动、加里东褶皱带等名称皆源于此。
(二)海洋占优势的时代
前寒武纪末，世界上出现了许多古陆，各古陆之间又为地槽所分隔。进入古生代后，许多古陆重新为海水所浸漫，尤以奥陶纪海侵规模最大。从整体看，早古生代仍是海洋占优势。
这时既有剧烈拗陷的地槽纵横于地台之间，又有广阔的相对稳定的陆表浅海，提供沉积场所。地槽中沉积了上万米厚的下古生界，如贯穿英国的加里东地槽，下古生界厚达11500m。许多地台陆表海也沉积了几百米到几千米的海相地层，形成地台的下古生界盖层，如中国地台的下古生界盖层厚约600~3000m。
海水占优势，下古生界几乎全是海相地层，可分为两种：一是活动型沉积，主要在地槽中，厚度巨大，多复理石相碎屑岩、硅质岩、火山岩、页岩和少量碳酸盐岩；二是稳定型沉积，主要是地台陆表海中沉积，厚度较小，横向变化不大，以砂岩、页岩、石灰岩、白云岩等为主。
稳定浅海沉积薄，深海下陷沉积厚。

典例
(2019年高考地理浙江卷)下图为某湖泊区域地质构造示意图。图中等值线为该区域250万年以来沉积物等厚度线。完成21～22题。

21．该湖湖盆形成主要因(　　)
A．风化侵蚀 B．搬运沉积
C．构造抬升 D．断裂下陷
22．在外力作用下，该湖盆区的湖泊最容易形成陆地的是(　　)相对下降者受沉积；下降幅度越大，沉积物越厚；坡度变化越大，沉积物厚度变化越大。

A．甲 B．乙
C．丙 D．丁

【答案】21.D　【命题意图】　本题主要考查地质构造对湖泊形成的影响。
【解题思路】　据图可知，该湖泊东部、南部和西部存在地壳强烈抬升区和抬升区，而北部也存在微弱抬升区。这些抬升区与湖泊之间存在断层构造，因此湖盆是断裂下陷形成的，D正确。
22.A　【命题意图】　本题主要考查内外力作用对湖盆的影响。
【解题思路】　根据上题分析可知，该湖泊是由地层断裂下陷形成的，其深度一般比较大，乙、丙两地位于湖泊中央，湖泊深度大，形成陆地的可能性较小，B、C错误；
甲、丁两地都位于湖泊边缘，甲地西侧靠近抬升区，丁地东侧靠近强烈抬升区，结合甲、丁两地的沉积物等厚度线可知，丁地断裂下陷幅度较甲地大，湖盆深度较甲地深，所以在外力作用下甲地较丁地更容易形成陆地。D错误，A正确。
【拓展提升】　构造湖的成因和特点
构造湖指由地壳构造运动(断裂、断层、地堑)所造成的坳陷盆地积水而成的湖泊。例如青海湖、纳木错、博斯腾湖、滇池等都是构造湖。
构造湖具有十分鲜明的形态特征，①坡陡：湖岸陡峭且沿构造线发育，比较平直。②水深：湖水一般都很深，如世界上最深的湖泊贝加尔湖就是构造湖。③湖泊平面形态比较简单：长度大于宽度，呈长条形。④面积较大。经常出现一串依构造线排列的构造湖群，例如著名的东非大裂谷沿线的许多湖泊。
(三)世界古地理格局及其演变
早古生代海陆分布形势，目前已恢复出各种版本，图5-20是其中之一。古生代初期，全球计有北美（相当槽台说的地块、地台，下同）、俄罗斯（欧洲）、西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木、华北（中朝）、华南（扬子)等古陆，及包括南美、非洲、印度、南极洲、澳大利亚的冈瓦纳古陆。

冈瓦纳古陆当时处南半球高纬度地区，北半球各古陆则位于中、低纬度地区，特别是低纬度地区。北美和俄罗斯古陆之间是古大西洋。俄罗斯与西伯利亚古陆之间是古乌拉尔海。西伯利亚古陆与华北古陆、塔里木古陆之间是古北亚海，包括祁连海。华北古陆与华南古陆之间是秦岭海。北美古陆、扬子古陆、澳洲古陆的外侧为古太平洋（分别相当于阿巴拉契亚地槽、华夏活动带、塔斯马尼亚地槽)。北方各古陆和冈瓦纳古陆之间是东西横亘的古特提斯海（古地中海）。上述各古陆相当于槽台说的地台，或板块说的板块。
志留纪末期，古大西洋逐渐变窄，北美板块向欧洲极块俯冲，形成加里东褶皱带，相当于现在的西北欧及英国一带，使北美板块与欧洲板块对接，初步形成劳亚大陆（或北方大陆)，并导致古大西洋关闭。中国的祁连海，在志留纪末期封闭消失，使柴达木板块和华北(中朝)板块拼合在一起。此外，其他一些古海洋，如扬子板块、澳大利全球海洋退缩，陆块移动拼接，海槽隆起变山。
亚板块的外侧及古特提斯海等，也都遭受加里东运动不同程度的影响，导致大陆板块边缘的陆壳增生。
总之，志留纪末期，亦早古生代结束时，北方某些板块拼接和增生，出现最大的海退时期（直到泥盆纪初），陆地面积扩大，陆表浅海面积缩小，这种环境的变化，导致生物界的重大变革，意味着一个新的时代即将到来。
(四)早古生代气候
寒武纪大部地区气候较温暖、干燥，如中国北部和东北南部，及巴基斯坦等，都有红紫色页岩、食盐假晶、具有紫红色氧化圈砾石的砾岩（竹叶状灰岩）等沉积地层；中国的西南部、伊朗、西伯利亚中部、非洲摩洛哥等有岩盐、石膏等蒸发盐；在世界很多地方都分布有鲕状灰岩、白云岩；还有在中国长江中下游和西南、新疆中天山、黑龙江北部，西伯利亚、澳大利亚、北美洲、南极等都发现有古杯动物灰岩和古杯礁。古杯动物是海生多细胞动物，有单体、群体之分，单体形似杯状，直径5~20mm，单独成门。繁盛于早寒武世，分布遍及世界各地。古杯动物生活在不低于25℃水温的海水中。以上都是气候判定依据。
奥陶纪早、中期气候和寒武纪相似，气候较温暖。当时北美、西伯利亚和中国华北地区，都有蒸发岩沉积，推测存在干热气候环境，属低纬度地区。按古地磁数据，奥陶纪南极位于现在北非西北部，北极位于南太平洋。奥陶纪晚期，冈瓦纳大陆的西部即非洲西北地区，出现大规模的大陆冰盖和冰海沉积，代表极地寒冷气候，这可能和当时其所处的地理位置在南极圈有关。
晚奥陶世末期被认为是震旦纪以后的又一次大冰期，因时间短暂，未对北方产生重大影响，但当时出现大范围海退（如中国华北冰期——海面下降——陆面抬升——缺失沉积。
地区，晚奥陶世上升为陆，缺失上奥陶统沉积)，被认为是由于这次大冰期，全球海平面下降导致的。
志留纪初期，南极冰盖迅速消融，导致大气环流减弱，纬向气候分带不明显。有些浅海地方变为较深海水，环流不畅，含氧量降低，形成滞流环境。早志留世初期，全球广布黑色笔石页岩，表明滞流缺氧环境普遍。除高纬度的冈瓦纳大陆外，其他各板块多为温暖和干热气候，如北美和北欧都有碳酸盐岩和生物礁分布；西伯利亚、澳大利亚等地有蒸发岩，便是证明。
三、早古生代中国地史概况
(一)稳定的地台
早古生代，中国地壳构造继承震旦纪。前寒武纪在中国形成了3个稳定核心。即华北地台、塔里木地台和扬子地台或称板块，基底是复杂的变质系，盖层主要是稳定沉积型。
1.华北地台
包括阴山-燕山与秦岭-大别山之间、贺兰山以东的近似三角形的广大地区，向东延伸包括东北南部、渤海、黄海北部，从地质构造上讲，包括朝鲜北部，所以又称中朝地台。北边是蒙古-兴安地槽，南边是秦岭地槽，再南边是扬子地台，向西越过贺兰山与阿拉善地块相接。
华北地台是中国最古老的地台，在18亿年前古元古代末期吕梁运动后形成。随后在上面沉积了中、新元古界的巨厚盖层。震旦纪时海水退出，到寒武纪海水重新进来，变成一片陆表浅海（图5-21，图5-22(a))，直到中奥陶世末，海水退出，又变成了和东北南部连在一起的广袤陆地，称华北古陆。陆表浅海，生物多，易沉积石灰岩。


因此，华北地台在中、新元古界盖层之上，又叠加了寒武系和中、上奥陶统的盖层，主要为碳酸盐相建造。河北开平地区（唐山市)是华北地台稳定沉积型下古生界标准剖面的出露地区（图5-23）。从山东济南向南到大汶口一线，也有良好剖面。

2.扬子地台
包括秦岭一大别山以南、雪峰山（湘）一怀玉山（赣）以北、龙门山(川)一哀牢山（滇）以东的广大地区，向东延展没于黄海南部。主要形成于元古宙末晋宁运动。
震旦纪时海水广泛入侵，形成震旦系盖层。到寒武纪大部地区继续为海水淹没（图5-21，图5-22(b))，到中志留世末发生全面海退，扬子地台变为扬子古陆。因此，扬子地台在基底之上形成震旦系盖层后，继续累加了寒武系、奥陶系和下志留统的盖层，主要为碳酸盐、笔石页岩、砂页岩建造，湖北宜昌地区为标准剖面出露地区（图5-23）。
3.塔里木地台
位于天山、昆仑山和阿尔金山之间。由若干隆起带和拗陷带组成。北邻天山地槽，南接昆仑地槽，向东过阿拉善地块与华北地台断续相连。它也形成于新元古代末晋宁运动。
震旦纪和早古生代，部分地区有海水进来，形成滨海相及浅海相石灰岩、碎屑岩等盖层。但这一大块地方长期以隆起为主，直到新近纪，青藏高原和天山褶皱带的隆起，地台大部分相对沉降，形成中国最大的内陆盆地设问：描述塔里木盆地的形成过程？
。还有准噶尔和柴达木地区，是相对稳定的地块。中国东南部，也比较稳定，名为华夏地块。
围绕上述各地台（板块）或地台与地台之间，都是相对活动、拗陷较深的活动地带，如蒙古-兴安地槽、天山地槽、祁连地槽、秦岭地槽、昆仑地槽等，沉积厚度巨大，多碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩、复理石等建造，岩浆活动频繁，有些地方形成蛇绿岩套。在扬子地台东南部，包括今皖南、苏南、浙西、湘、粤、桂、赣西等地，属于边缘海，相对比较活动，向东越过岛弧带，为陆缘外海，凹陷较深，沉积很厚（图5-22(b)。
(二)加里东运动对中国的影响
到古生代中后期，由于加里东运动，海陆分布和大地构造情况发生较大变化。首先，晚奥陶世华北地台海退，形成广大古陆。以后华北地台的北缘发生破碎，有岛弧发育，并向南叠接，形成加里东褶皱带；华北地台的南缘北秦岭地槽，也形成加里东叠接带；志留纪末期，祁连地槽褶皱隆起。这样，柴达木地块和阿拉善地块对接；扬子地台与华北地台部分对接，稳定地区进一步扩大。特别是扬子地台和华夏地块之间的东南部活动带，受到加里东运动的影响强烈，二者对接碰撞，形成宽广的加里东造山带。
(三)从中国下古生界看中国地史发展主要特征
由于加里东运动，志留纪末期发生了最大的海退，海水面积缩小，古陆面积扩大，地理环境发生很大变化。
中国下古生界地层发育有3种类型的代表地区，即北部稳定区（华北地台)、南部稳定地区（扬子地台）和东南活动区。北部稳定区以河北省唐山市开平为代表，岩层出露完全，构造简单，岩性典型而横向变化少，如下寒武统馒头组以紫红色页岩为主，中寒武统张夏组以鲕状灰岩为主，上寒武统以含竹叶状灰岩为标志；至奥陶系则从薄层灰岩、白云岩发育成中、下统马家沟组厚层纯灰岩。下古生界盖层总厚度可达1400m左右，反映一次海侵海退过程。红色岩层指示氧化环境；黑色页岩并含黄铁矿指示还原环境

南方稳定区以鄂西宜昌为代表，从下寒武统砂页岩过渡到中、上寒武统及奥陶系碳酸盐岩，也反映海侵过程；但到早志留纪，沉积了厚度较大、含有笔石的黑色页岩，通称笔石页岩相，反映海水滞流，局部地区海水较深，一般生物不能存活。但中志留世以后也发生大规模海退，下古生界总厚度达2000m以上，最厚可3000~4000m。东南活动带沉积厚度更大，横向变化也大。
概括而言，中国早古生代地史发展有如下特征：
a.中国南方，寒武纪海水入侵较早，故下寒武统地层齐全，化石也较丰富，如云南划分为梅树村组等，是中国下寒武统标准剖面出露的典型地区。
中国北部，寒武纪海水入侵稍晚，故下寒武统层位略高。但中、上寒武统岩层发育较好，划分为“毛庄组和崮山组等，是北方稳定型地层划分的典型地区。
b.中国南方海水退出较晚，如扬子地台大部从中志留世开始海退；而中国北方海水退出较早，如华北地台从上奥陶世开始海退。因此，南方下古生界包括寒武系、奥陶系和下志留统（局部可能有中、上志留统），而北方下古生界只有寒武系和下、中奥陶统，缺失上奥陶统和志留系。
c.从图5-23看，南方下古生界厚度较大，岩性也较复杂；而北方下古生界厚度较小，岩性较单纯，说明南方陆壳比北方的活动性要大些。
d.志留系全部缺失或部分缺失，是加里东构造运动的反映，此时地台对接，或边缘褶皱，陆地面积增生，海水覆盖面积减少，地理面貌重大变化。
(四)中国早古生代矿产
下古生界中已发现磷、石膏等重要矿产。
1:磷（磷块岩）矿设问：中国南方非金属矿产丰富，以磷矿为例，说明其形成过程？

云南东部（昆阳）、四川西部（峨眉）、贵州（开阳）、湖北北部（襄阳）、湖南西部以及安徽中部等地的下寒武统底部，有分布普遍的磷矿层位，并形成重要矿床。重要磷矿生要分布于古陆边缘地带，如康滇古陆东侧，江南古陆西侧，秦岭淮阳古陆两侧。
由于古陆长期风化剥蚀，在海侵过程中含磷物质大量搬运入海，沉积成矿。寒武系底部磷矿是中国重要的磷矿资源，对于发展农业生产有很重要的作用。
2.石膏
在山西吕梁山东麓，中奥陶统马家沟组灰岩上部，含石膏层，厚数米至十数米。山西西北部黄河附近，中奥陶统灰岩中也有石膏与白云岩共生。中奥陶世后期，发生海退，当时山西一带地势较高，因此出现一些潟湖和设问：石膏属于蒸发盐岩，推测其形成过程？
闭塞海湾，石膏的形成可能与此有关。
3.石灰岩
中国下古生界为海相岩层，石灰岩分布很广。特别是在华北及东北南部，因中奥陶世海侵达到最高潮，普遍沉积了层厚而质纯的石灰岩（马家沟组灰岩），为具有工业价值的水泥原料及冶金工业原料。
此外，在西北祁连山一带下古生界中发现有与地壳强烈拗陷及火山喷发有关的铜矿。近来太行山东麓下寒武统馒头组页岩中发现含铜砂页岩，可以作为找铜矿的线索。
中国南部的下寒武统地层往往含有“石煤”层，炭质含量高的可作燃料，还常含有稀有和放射性元素，有更大价值。
川西地区，中奥陶世海侵超覆，底部侵蚀面上有鲕状赤铁矿层。滇东地区，上志留统地层中夹有铝土矿层位。
【二】晚古生代
晚古生代距今4.10~2.50亿年，形成的地层称上古生界，地层年代符号是P2。分为3个纪，即泥盆纪、石炭纪、二叠纪。泥盆纪距今4.10~3.54亿年，形成的地层称泥盆系，1839年英国塞奇威克命名。石炭纪距今3.54～2.95亿年，因其地层中含煤而得名。石炭系二分性明显，下部以海相灰岩为主，上部以海陆交互相和陆相含煤沉积为主。因此把石炭系分为两个系，上石炭系与下石炭系的界线为3.20亿年。二叠纪是古生代最后一个纪，距今2.95～2.50亿年，二叠是两层相叠的意思，1859年根据德国地层命名，其二分性明显，下部为陆相的红色陆块拼接，陆地增大，植物征服陆地、陆生动物繁盛。
砂岩；上部为海相的镁质灰岩。
晚古生代，加里东运动后陆地面积不断扩大，陆生生物繁盛。植物界从水生发展到陆生，蕨类植物达到极盛，晚古生代晚期出现裸子植物。动物界从无脊椎动物发展到脊椎动物，鱼类和无颌类广布于泥盆纪，两栖类全盛于石炭纪和二叠纪。
晚古生代发生了两次生物集群绝灭，一是晚泥盆世生物量的突然变化和生态系的更替；二是二叠纪末许多无脊椎动物如三叶虫、䗴、四射珊瑚和床板珊瑚（珊瑚中的2大类）、大部分腕足动物绝灭，成为划分古生代和中生代的标志。
晚古生代陆生植物繁盛，是地史上大规模形成煤炭的时代。晚古生代后期冈瓦纳大陆冰川广布。晚古生代发生海西运动，北半球主要板块碰撞，大部分地槽和活动带（除古特提斯海和古太平洋边缘活动带）褶皱成山，形成统一的劳亚古陆，同时与南方的冈瓦纳古陆相接形成联合古陆。
四、晚古生代生物界的飞跃发展泥盆纪——低级蕨类植物初步登陆；
石炭二叠纪——高等蕨类占领陆地。

(一)植物界的第一次大发展一蕨类时代
地球上的植物，最初以原始形态出现于海水中，到元古宙海水中藻类空前繁盛。陆地在漫长时期内没有植物。早古生代的地壳运动(加里东运动)使海域缩小，陆地扩大，出现大面积的低湿平原、洼地或湖泊，为植物“征服”大陆提供了外界条件，促进植物从水生转为陆生，并逐渐向高等植物演化。由于植物繁茂，大气和水体中的氧也更丰富。
志留纪开始发现原始的裸蕨植物，但只是陆生植物的先驱。到泥盆纪才有繁盛的裸蕨（图5-24(a))为代表的陆生植物群。所以泥盆纪又称裸蕨时代。这是植物界的第一次大发展。这种植物茎的分化还很不完全，没有叶子，只有枝的分叉，是最原始的陆生孢子植物。它还不能真正适应广大的大陆环境，到泥盆纪晚期完全绝灭。

到石炭二叠纪，代之而起的是较高级的植物（图5-24），包括石松类、节蕨类和种子蕨类等，如芦木、鳞木、楔羊齿等。这时植物才从海滨地带延伸到大陆内部，出现万木参天、郁郁葱葱景象。因此，石炭二叠纪又称蕨类时代。
这些植物组成的设问：说明煤炭的形成过程？
巨大森林由于地壳的下降运动和流水冲刷常被泥沙埋藏，新的森林又在埋藏层上继续成长，周而复始形成了许多煤层，所以石炭二叠纪是地史上最重要的成煤时代之一。到晚二叠纪，因地壳运动强烈，环境变化大，能适应多种环境的以松柏类和苏铁类为代表的裸子植物大量出现。
（二)动物界的两次大飞跃
1.从无脊椎到有脊椎
早古生代海生无脊椎动物空前繁盛。到泥盆纪，三叶虫类逐渐减少，繁盛于奥陶纪和志留纪的笔石类延续至早泥盆世后期已全部绝灭。但珊瑚类、腕足类、双壳类等科属数量达到极盛。属于软体动物的头足类菊石（纲）动物在海中开始繁盛，有小型锥壳的竹节石也大量漂浮洋面。许多海洋热带底栖动物如层孔虫、床板珊瑚在上古生界地层中常形成礁体。珊瑚类、腕足类有许多属种是上古生界的标准化石（图5-25(b)~(f)),如拖鞋珊瑚、鹗头贝、云南贝、中国石燕等。牙形石仍是地层划分和对比的重要依据。

从早石炭世晚期开始，海生动物䗴突然繁盛，演化迅速，层位稳定，为石炭~二叠系的重要分带化石。䗴(图5-25(a)又叫纺锤虫，属原生动物有孔虫类，具纺锤形或球形外壳，一般只有几毫米大小，壳内具许多房室，构造各异，种类繁多。泥盆纪——鱼类繁盛；石炭二叠纪——两栖类繁盛。

另外，陆上因有大规模森林出现，石炭-二叠纪昆虫类空前繁盛，已知昆虫种类达1300种，大型蜻蜓展翅宽达60cm，创古今昆虫身体最大记录。因陆地面积扩大，淡水软体动物也逐渐多起来。
应当指出，有些动物经复杂的演变，从无脊椎动物中分化出来，这就是从志留纪开始出现而繁盛于泥盆纪的鱼类（图5-25(g)。因此，泥盆纪又称鱼类时代。中国泥盆纪鱼类超过52属，多在江南发现。当时的鱼类多身披骨甲，没有上下颌骨，称胴甲鱼类或无颌类（甲胄鱼）；也没有骨质的中轴骨骼或脊椎，中轴很原始。但它一经出现，就为向高等脊椎动物发展提供了基础。从无脊椎动物发展到脊椎动物，是动物界发展史的一次大飞跃。
2.从水中到陆上
到石炭纪，有一种叫总鳍鱼的鱼，逐渐演化成两栖类。因晚古生代后期，地壳运动强烈，环境多变，许多地方海退，出现湖泊沼泽。这种总鳍鱼有坚硬的鳍，内有和陆上四足动物相似的骨骼，平时在水里呼吸，而遇到干旱水涸季节，可以在空气中呼吸，甚至可以勉强用鳍代替四肢在陆上移动。再进一步演化，终成两栖类，最常见的为迷齿类，广泛生活于成煤沼泽环境（图5-25(h)。所以石炭二叠纪又称两栖类时代。从水到陆是动物界发展史的又一次飞跃。
到中晚石炭世，陆地面积增大，地势分异加剧，许多地方转化为广阔的内陆河湖盆。气候由潮湿向干燥变化。两栖类为适应离水较远的生活条件，其中一支进化到原始的爬行动物。两栖动物产卵和繁殖不能脱离水体；而爬行动物完全可以在陆上产卵繁殖，真正地“征服”了大陆。
(三)晚古生代最重要的生物事件
生物演化并非一帆风顺，其间不断遇到灾难。以泥盆纪而论，已被识别的全球性事件至少8次。最重要的一次危机发生在晚泥盆世，生物量急剧下降，造礁生物消失，竹节石类、腕足动物的3个目、四射珊瑚的10多个科灭亡，称凯勒瓦瑟尔事件。这一事件后，世界各地普遍海退，蒸发盐广布，南美出现冰川沉积。生物事件常与黑色页岩联系。因此，生物事件的原因可能与海平面变化、气候干燥、缺氧等有关。
晚古生代末期二叠纪生物事件更明显。冈瓦纳古陆，包括印度和中国西藏普遍生长的舌羊齿植物群，二叠纪末几乎全部绝灭。许多动物门类在二叠纪末整目灭亡。繁盛于早古生代的三叶虫至此全部消失。䗴类在晚二叠世初尚存40多个属，该世末全然无存。菊石在晚二叠世初有12个科，该世末有10个绝灭；腕足类同期有140个属，至二叠纪末所余无几。
这一生物绝灭事件尚无一定解释。或曰与海洋盐度变化、气候变化、地磁极倒转、宇宙线暴、超新星爆发、陨石撞击有关，或曰与生物营养结构变化、病毒和瘟疫有关。
五、海西构造阶段世界古石炭二叠纪：地台挤压，地槽隆起，陆块拼接，陆地扩大，气候变干。
地理格局变化及地史特征
(一)海西构造阶段地史特征
在加里东运动中，特别是早古生代晚期，大陆块从浅海广布向陆地转化的序幕已经揭开。泥盆纪开始，这种倾向更明显，海陆形势巨变，促进生物界演化。晚古生代，特别是石炭二叠纪的地壳运动，称海西运动。晚古生代可称海西构造阶段。海西因德国的山名命名。
在晚古生代，那些仍然活动的地槽中进行着巨厚沉积，如在西欧地槽（古地中海地槽的一部分，包括从现在法国到波兰一带)，堆积了总厚度15000~16000m的上古生界，其他地槽大同小异；另一方面许多地台继续沉积，形成上古生界盖层，如中国地台上的上古生界约从1000米（北方）到3000~4000m(南方)厚。由于早古生代海洋面积占绝对优势，下古生界几乎都是海相地层。而晚古生代时，陆地扩大，陆相地层也多起来；有些地方海陆变化频繁，还形成了海陆交互相地层。
所以，从地层看，上古生界比下古生界要复杂得多。这是第一个特点。其次，自古生代特别是晚古生代以来，大陆块不断靠近和聚集，若干大陆块边缘和相邻地槽受挤压、褶皱和隆起上升，形成岛屿和山脉，导致大陆拼接和扩大，最后形成联合古陆。所以海西构造阶段使陆块从分散趋向集中，这是第二个特点。
(二)联合古陆形成
北方各古陆在海西运动前，都是被活动性很强的地槽分割。从石炭纪到二叠纪，许多地槽先后褶皱隆起。海西运动远比加里东运动显著而广泛，造山作用和火山活动广泛。海西构造阶段包括系列集中的地壳运动，以西欧莱茵海西地槽为例：泥盆纪后期称布列东运动；早石炭世后期称苏台德运动等。
西欧地槽、乌拉尔地槽、中亚-蒙古地槽、中国西北各地槽、阿巴拉契亚地槽、塔斯马尼亚地槽等，由于各陆块碰撞，都发生强烈褶皱，并伴随岩浆侵入和火山喷发。结果是原加里东时期联结在一起的北美古陆和欧洲古陆，因乌拉尔地槽褶皱又和西伯利亚板块对接，形成更广大、统一的劳亚古陆。劳亚古陆又称北方大陆，由劳伦古陆（包括加拿设问：陆地形成气候分带需要哪些条件？
大的大部分和格陵兰，名称来源于加拿大的劳伦斯河)与欧亚大陆联合而成。
这时，劳亚古陆和南方的冈瓦纳古陆可能局部连结，但为一条古地中海(现在地理位置相当于从西南欧和非洲北部边缘经小亚细亚、喜马拉雅山脉到马来半岛再到印度尼西亚)分隔，因此形成南北两大古陆互相连结但又南北对峙的统一大陆，即联合古大陆（泛大陆）。此外，古陆周围还环绕着环太平洋地槽。这种南北古陆和两大地槽带的对立形势，就是海西构造阶段结束时的大地构造特征。
(三)晚古生代气候和植物分区
根据沉积物岩相及分布看，泥盆纪已具明显气候分带。据古地磁资料推断（图5-26），泥盆纪古赤道正好穿过加拿大北部、北欧和澳大利亚以东的海洋，北美、俄罗斯、中亚可能处于亚热带、热带干燥气候下，有红层和蒸发盐沉积。冈瓦纳古陆的部分地区处在极地寒冷气候。

据古地磁资料，石炭纪时的南极位于冈瓦纳古陆南极洲上（图5-27），北极位于西伯利亚。

泥盆纪和石炭纪初，植物生态环境较单一，只能适应滨海低地环境，因此植物的结构和形态往往无显著区别，尚未出现明显的地理分区。但到了中、晚石炭世以至二叠纪，陆地面积不断扩大，各地纬度不同，气候条件亦不相同，不同环境下生长的各类植物，分别占领了不同的生态空间，在地史上第一次呈现明显的植物分区。
劳亚古陆的植物群总称北方植物群，可分为：
a.欧美植物区，包括北美洲、北非、欧洲、小亚细亚、中亚、中国，以热带、亚热带气候为特征。
b.华夏植物区，包括中国和东南亚，早、中石炭世时属于欧美植物区；从晚石炭世开始，欧美植物区气候转为干燥，而中国等地区气候仍然湿热，并且到二叠纪末形成特有的大羽羊齿植物群，所以从欧美植物区分出华夏植物区。
c.安卡拉植物区，包括西伯利亚通古斯、哈萨克斯坦及天山、兴安地槽以北广大地区，气候温带偏凉。
冈瓦纳古陆上的植物群称南方植物群，在冈瓦纳植物区，包括南美洲、南非、澳大利亚、印度、南极大陆和中国西藏南部，气候也以温凉为特征，晚石炭世开始形成特有的舌羊齿植物群。
图5-28是中国及相邻地区植物分区图，中国的大部，东到日本，南到马来西亚、苏门答腊等地，都属于华夏植物区，高大的石松类（如鳞木，不显年轮)、节蕨类（如芦木）、科达树等十分繁茂，为典型的热带、亚热带森林景观。天山、阴山以北，即亚洲北部，从早石炭世晚期开始，以草本的真蕨和种子蕨为主，木本植物有显著年轮，代表北部温带植物，属安卡拉植物区。它在中国主要分布于新疆北部、内蒙古大部和东北北部。喜马拉雅山属于印度洋板块，与亚欧板块的缝合线在雅鲁藏布江。


此图的西南部，包括印度等地，为冈瓦纳植物区，为以舌羊齿为代表的灌木-草本植物群，代表南方温凉气候。本植物群在中国仅见于喜马拉雅山北麓，为喜马拉雅山脉是由印度板块向北俯冲挤压成山的证据。
二叠纪，华夏植物区又以昆仑秦岭为界，分为北方亚区和南方亚区。植物分区现象与地理纬度、南北极位置、海陆分布、地形起伏密切相关。
(四)北方大陆广大煤田形成和南方大陆冰川广布
石炭、二叠纪是世界上最重要的成煤时代。欧美植物群和华夏植物群均代表热带潮湿气候，其分布地往往形成大煤田。安卡拉植物群和冈瓦纳植物群代表温凉气候，但在一定条件下也可形成重要煤田。石炭纪赤道通过北美洲、西北欧、中亚、中国西北和华南、印度尼西亚等地，两侧热带和亚热带植物丛生，因此，从煤田分布面积来看，北方大陆远远大于南方大陆。
石炭、二叠纪北方大陆森林繁茂，形成广大煤田，南方冈瓦纳古陆却冰雪晶莹，出现了震且纪和奥陶纪以来规模最大的一次冰川活动(图5-27和图5-29)。从石炭纪末至二叠纪初，冰川活动持续时间长达50Ma，仅巴西境内，冰碛层覆盖面积超过4000000km2。由此可见当时冰川类型属极地大陆冰盖。
设问：读图，解释巴西和非洲冰碛层连续的原因？

根据南方诸大陆古地磁资料，恢复晚石炭世至早二叠世古陆纬度位置，可拼成统一的冈瓦纳大陆，而大陆冰盖的中心正好大致接近南极位置（图5-27），如把图5-29上冰流方向移绘于图5-27上，可看出冰川流动方向大致呈放射状。
有趣的是巴西的冰川来自东方，而冰碛层中的某些岩石在南美洲并不存在，但在非洲西南部发现；同时非洲西南部的冰川流动方向有的正好指向西方。这是大陆漂移学说的有力证据。
六、晚古生代中国地史概况
(一)由海洋向大陆的环境转化
晚古生代，中国也和世界许多地方一样，由海洋占优势向陆地面积扩大发展。虽然晚古生代也曾多次海侵，有时海侵范围相当广泛，但整个时代看，主要还是陆地扩大。
在华北地台区（包括东北南部），从晚奥陶世就已经脱离海洋，形成古陆，沉积间断了约一亿数千万年（图5-30）。到了中石炭和晚石炭世，华北有多次海侵（图5-31），但每次海侵时间都很短暂，时而为海，时而为陆，沉积了海陆交互相地层。到二叠纪时，又全部隆起成陆（图5-32)，沉积了陆相地层，一直延续到现代。虽然新生代海水曾经漫覆过平原地区，但与过去的规模相比，微不足道的。

在扬子地台区，早古生代时广大地区长期沉没于海水中，受加里东运动影响，到泥盆纪初期，大部分地区隆起为陆。但此后又多次海侵，差不多整个晚古生代都是在海水浸漫之下，沉积了海相为主的地层。到晚二叠世早期，扬子地台产生大规模裂隙，川、滇、黔地区有大面积的玄武岩喷发（峨眉玄武岩，图5-32）。总的来看，华南要比华北活动性大，地理环境比华北复杂。

海西构造阶段，介于各地台间的地槽活动区沉积了巨厚的碎屑岩、碳酸岩、火山岩，从数千米到一万多米。到晚古生代末期，海西运动强烈，天山、昆仑、秦岭、蒙古-兴安等地槽相继褶皱隆起，并伴随着广泛的岩浆侵入。华北地台与西伯利亚地台对接在一起，与塔里木地台也基本联结在一起。稳定地台区进一步扩大。
扬子地台的边缘地带在晚古生代末期仍十分活跃，直到三叠纪印支运动中才褶皱隆起，但扬子地台内部及边缘在海西期产生强烈的张裂和拗陷作用，导致了中国西南地区大范围玄武岩裂隙喷发活动。
经过海西运动，海水大规模撤退，环列中国西北和北方的各地槽都已褶皱为山，华北、东北以及华南的一部分，已连结成广阔大陆，只在西藏、西南和华南等相对狭小的地方，还有海水存在。所以说，晚古生代是从海洋向陆地转化的重大变期，中国出现陆地空前占优势的时代。
海西运动后，地势起伏分异显著，山岭盆地互相阻隔，气候由湿润向干燥演变，生物界遭受严峻的考验，意味着中国地史又将推进到一个新设问：说明地槽隆起，地台对接，大陆扩展对气候的影响？
阶段。

(二)上古生界特征
中国上古生界地层分布广。上古生界总特点：陆相地层和海陆交互相地层相对增多，而海相地层相对减少；陆生植物化石大量出现；含煤地层广布。但晚古生代中国各地地壳运动强烈程度不同，地壳运动性质和古地理环境也不同，所以，上古生界的层序、厚度、岩相等，因地而异，相差很大。现以山西代表华北地台，贵州代表扬子地台，概括说明中国南北2个地台区上古生界的特征（图5-33）。

1.华北地区上古生界的特征
①整个华北地区（包括东北南部），上古生界只有上石炭统和二叠系。
②总厚度数百米至一千四五百米，相对较稳定。
③各地岩相变化不大，一般说来，上石炭统（即本溪组）主要岩性为砂页岩和灰岩夹煤层，灰岩厚度很小，富含海生动物化石，属于海陆交互成煤相地层，总厚度一般不超过一、二百米。
二叠系全部为陆相，下二叠统（山西组）为砂页岩夹煤层，属沼泽盆地成煤相地层。上二叠统（上石盒子组）逐渐变为红色岩层，植物化石减少，煤层绝迹，有的含有石膏，厚度也较大。说明由沼泽盆地成煤相向半干燥和干燥内陆盆地相转变。
④上古生界下伏地层为中奥陶统马家沟组灰岩，之间呈普遍的平行不整合，说明中间长时期沉积间断。
⑤上古生界含很多矿产，首先是丰富的煤炭。其次是石炭二叠纪煤系之下、中奥陶纪灰岩侵蚀面之上，富集有铝土、黏土或铁矿。设问：推测某时代岩层缺失的原因？

2.华南地区上古生界的特征
①包括泥盆、石炭和二叠系。
②地层总厚度超过4000m,但各地差异较大，横向变化显著。
③整体以海相地层为主，间有陆相地层，和北方显著不同，说明曾多次海侵。
④含煤地层层位较多，但分布面积和规模一般不如北方大。
⑤地层间接触关系较复杂，西南地区有大规模玄武岩喷发活动，东南地区有褶皱运动，常呈角度不整合关系。这是海西运动在华南地区的表现。
综上，南北地壳发展有很大差异，总的说来，南方有较大的活动性和不均一性。至于在西北天山、昆仑山、祁连山所在地区，上古生界地层一般厚度较大，并有强烈的喷发和花岗岩侵入。东北北部蒙古-兴安地槽通过，上古生界也很厚，如大小兴安岭地区泥盆系厚约5000~6000m,东北北部的石炭系（吉林群）可厚达7000~8000m。

典例
(2019年高考地理江苏卷)图1为某次地质野外考察时拍摄的照片。照片中界面M之上的“甲”是一水平岩层，界面M之下的“乙”是一向斜，“丙”是地表沟谷，N是岩层层面。读图回答3～4题。

3．界面M反映的地质含义不同于N的是(　　)
A．沉积物变化岩层水平展布说明均匀下沉接受沉积；
岩层弯曲说明构造运动挤压，形成褶皱；
岩层局部缺失说明抬升不均匀，隆起处被外力侵蚀；
岩层全部缺失说明整体均匀抬升，未沉积或全被侵蚀。

B．古气候变化
C．古环境变化
D．构造运动变化
4．该区域(　　)
A．甲抬升前持续接受沉积
B．乙形成时代晚于甲岩层
C．乙形成后经历长期侵蚀
D．丙是背斜受侵蚀的结果

答案：3.D　
【命题意图】　本题主要考查地质构造的含义和综合思维。
【解题思路】　界线N是向斜构造中岩层的层面，反映了地壳受水平挤压产生了明显的褶皱运动；
界面M是水平岩层的下界，反映了地壳的下沉运动，N、M分别反映了水平运动和垂直升降运动对岩层的作用，D正确。
M、N能够反映出古地理环境的变化(包括古气候、沉积物的变化)，A、B、C错误。
4.C　
【命题意图】　本题主要考查地质作用，以及综合思维、区域认知。
【解题思路】　M界面以下与向斜构造之间为不整合接触，反映了甲岩层形成之前乙岩层已经形成，并且褶皱抬升后经历长期侵蚀，然后再下沉接受沉积形成甲岩层，A、B错误，C正确；
甲岩层及其以上为水平岩层，没有发生褶皱，即没有形成背斜或向斜，D错误。
(三)中国晚古生代矿产
形成了许多重要矿产，主要有铁、锰、铝土、煤及金属矿产。
1.铁矿
中国南方中、上泥盆统中分布有丰富的赤铁矿和菱铁矿，上泥盆统的铁矿工业价值较大，分布于湖南、鄂西、赣东等地，因首先发现于湖南宁乡，故称宁乡式铁矿。
铁矿的形成跟当时古地理环境有密不可分。从图5-30可以看出，铁矿大都分布于当时古陆边缘地带，泥盆纪初海侵规模较小，到中、晚泥盆世海侵规模变大，许多古陆被海水淹没，使大量风化物质在海陆交界处沉积，并富集了铁矿，属典型的滨海、浅海沉积类型。
在华北地台范围内，上石炭统底部，也就是中奥陶统石灰岩侵蚀面上，相当普遍地分布有一层赤铁矿或褐铁矿，称山西式铁矿。多呈透镜体状、似层状及不规则状，规模一般不大，但多为富矿。
2.锰矿
主要分布于南方上古生界地层，含矿层位较多。广西上泥盆统榴江组底部与中部有含锰矿层，称桂平式锰矿。沉积环境主要为古陆边缘浅海地带。江西、广西等地石炭统中分布有具开采价值的锰矿。广西、湖南、江西、皖南等地下二叠统中常有含锰硅质页岩，以软锰矿为主。
3.铝土矿
华北地台石炭二叠系含煤地层中常有数层铝土矿和耐火黏土，特别是位于最底部(中奥陶统灰岩侵蚀面之上，本溪组之下)的铝土矿，质量好，分布广，通称G层铝土。如冀东开滦、辽宁本溪、山东淄博等地，都有重要经济价值。同时西南地区贵州中部及云南东部等地的下石炭统（旧司组）也分布有极丰富的铝土矿。
因石炭纪初南方海侵范围不广，许多地方位于海面之上，使大量铝的风化物搬运入海，于古陆边缘的近岸地设问：试说明北方煤炭丰富，南方非金属矿产丰富的原因？
带形成了重要铝土矿。
4.煤
石炭二叠纪是最主要的造煤时代，但煤的分布情况和形成时间因地而异。华北地台的成煤时期是上石炭统和下二叠统下部，合称石炭二叠纪煤系（包括太原组、山西组等)。由于华北地台稳定，地势低平（久经侵蚀），故含煤地层厚度不大(一般200~300m，最大500~600m)，但层位稳定、分布广、面积大、储量丰、质量好。如图5-31，从东北到华北的广大地带，几乎都有这一时代的煤田分布，如开滦、淮南、平顶山、淄博，及本溪、焦作、大同等煤矿。
华南和华北不同，因海水长期漫覆，只有海退间隙在滨海低地形成小块煤田。所以，南方煤田分布规模较小而分散。但成煤地层时代延续长，在下、上石炭统和下、上二叠统中几乎都有煤层存在，以上二叠统龙潭组最重要（因海西运动海退)，形成海陆交互相煤系，如的江西乐平煤系，浙江礼贤煤系，安徽宣泾煤系，湖南斗岭煤系等。
中国西北部也有煤田形成，如甘肃河西走廊的武威等石炭纪煤田，代表祁连地槽褶皱隆起后山前拗陷类型。这一类型含煤地层厚度较大(1000m以上)，往往成带状分布。
5.金属矿产
因各地槽中有岩浆活动，形成许多金属矿产，如西北祁连山地区的斑状铜矿。其他有色金属矿及阿尔泰山的铅、锌、铁等矿，大都和岩浆侵入体有关。
设问：说明山前凹陷易发现金属矿藏的原因。

典例
(2019年高考地理北京卷)莫霍面深度不一，图7为长江中下游某区域莫霍面的等深线分布图。读图，回答第11题。

11．据图可推断
A．①地地壳厚度最薄
B．②地金属矿产丰富
C．③地地幔深度最浅
D．④地地下水埋藏深

答案：11.B 【解析】本题考查等高线和地球内部圈层。
莫霍面的深度就是地壳的厚度，直接读数据即可判断①地地壳最厚，所以A错误；
莫霍面以下到古登堡界面为地幔，③地地壳厚度较大，相应地幔也很深，所以C错误；
④地莫霍面较浅，说明地壳厚度小，地势相对较低，且位于河流附近，所以地下水埋藏浅，所以D错误；
金属矿床的产生原因为：岩浆分异、变质作用、海底喷流、热液作用、沉积作用和风化作用，②地莫霍面较浅，说明地壳厚度小，地势相对较低，又在河流附近，会有沉积作用，可能会有金属矿产，所以B正确。