寒武纪（Cambrian, 541.0±1.0 ~ 485.4±1.9Ma）

在寒武纪时，具有硬壳的动物第一次大量出现，许多大陆都被浅海所泛滥， 超大陆刚瓦那(Gondwana)则正在南极附近形成。

• 形成于前寒武纪末期(大约距今六亿年前)的超大陆潘诺西亚（Pannotia），在古生代的时候开始分裂，一个新的海洋——巨神海(Iapetus Ocean)在劳伦西亚(Laurentia,北美)、波罗地(Baltica,北欧)和西伯利亚(Siberia)这几个古大陆之间扩张。超大陆冈瓦那(Gondwana)则在泛非褶皱带上组合而成当时最大的大陆，范围从赤道延伸到南极。

• 在奥陶纪时期，温暖的海水把石灰岩和盐岩沉积在冈瓦那大陆的赤道地区(Australia澳洲、India印度、China中国与Antarctica南极洲)，同时在冈瓦那大陆的南极地区(Africa非洲与South America南美)则沉淀了冰河的沉积及冰漂的碎屑。

• 寒武纪全球陆块主要分为冈瓦纳超大陆、劳伦古陆、波罗的和西伯利亚古陆等（寒武纪(520Ma)全球古板块分布图）。冈瓦纳超大陆由众多陆块汇聚而成，主要包括非洲、南美洲、阿拉伯、东南极洲、印度、马达加斯加、澳大利亚和塔里木等(Torsvik and Cocks, 2009; Torsvik et al., 2012)。其边缘分布有阿瓦隆尼亚(Avalonia)等陆块。劳伦古陆主要包括北美洲和格陵兰。南极靠近西北非陆块。全球陆块寒武纪主要集中于南半球，北部为泛大洋(Panthalassa)。劳伦古陆和波罗的之间为亚匹特斯洋(Iapetus)，于600〜580Ma开始张开(Torsvik et al., 1996)，其宽度可达3000km。普雷奥尼克洋(Pleionic)张开于西伯利亚和波罗的之间(McKerrow et al., 1991; Golonka et al ., 1994)。冈瓦纳超大陆西缘的阿瓦隆尼亚地体，包括北美洲东部、纽芬兰、爱尔兰东南、英国、威尔士、比利时、荷兰和德国西北部，早奥陶世从冈瓦纳超大陆中裂离出来，并向波罗的斜向俯冲，与波罗的之间为通奎斯特洋(Tornquist)(McKerrow et al., 1991; Torsvik et al ., 1996; Dalziel, 1997)，其与冈瓦纳超大陆间发生裂谷作用，早奥陶世形成莱茵洋(Rheic)(Von Raumer et al., 2008)。

• 西非东部边缘与亚马孙克拉通、刚果-圣弗朗西斯科克拉通于630Ma左右由于Brasiliano造山运动而聚集到一起(Trompette, 1997)，形成冈瓦纳超大陆西部造山带。540〜530 Ma莫桑比克洋盆最终闭合，形成东非造山带(Meinhold et al., 2013)，即冈瓦纳中部造山带(Santosh et al., 2013）。此后，沿着Pinjarra造山带，印度与澳大利亚-东南极洲最终对接，形成Kunnga 造山带(Cordani et al., 2009; Avigad and Gvirtzman, 2009)，即冈瓦纳东部造山带。

• 早—中寒武世，冈瓦纳超大陆快速向南漂移，速率可达10cm/a或更快，逆时针旋转角速度可高达2°/Ma，远高于同期的波罗的和劳伦古陆漂移速度；晚寒武世开始向北漂移，速率明显变缓，奥陶纪开始顺时针旋转。波罗的陆块早—中寒武世一直向北漂移，速率逐渐减小（最高为4cm/a），随后经历了晚寒武世—早奥陶世短暂向南漂移后，又迅速向北漂移，速率最高可达9.5cm/a，在漂移过程中一直进行逆时针旋转，其角速度为1°〜2°/Ma。而对于劳伦古陆，大约520Ma后开始缓慢向北漂移并逆时针旋转，速率均较低，漂移速率约为3cm/a，旋转角速度为0.7°/Ma左右。西伯利亚位于近赤道区域，寒武纪一直向北漂移，速率较低，1〜4cm/a, 并进行逆时针旋转，角速度约为0.3°/Ma。华北、华南等小陆块在此期间也缓慢向北漂移(Torsvik et al., 2012)。

• 澳大利亚Delamerian造山运动始于新元古代晚期，在寒武纪一直持续，使得岛弧增生到冈瓦纳大陆边缘。塔斯马尼亚(Tasmania)地区发生中寒武统蛇绿岩仰冲，表明该时期冈瓦纳超大陆边缘存在岛弧增生。澳大利亚中部Uluru存在510Ma左右的大火成岩省，又称作“Antrim 高原火山岩”，其下可能存在热点，展布范围约400 000km2(Veevers, 2004)。

• 新元古代，西伯利亚附近存在走滑断裂体系并一直持续到古生代。从新元古代晚期到中生代，西伯利亚与海洋之间的作用是相对较独立的，没有其他较大陆块的参与，晚寒武世漂移到北半球，古生代晚期到达北半球高纬地区。540〜520Ma，该地区存在岛弧岩浆作用(Khain et al., 2003)。

• 寒武纪气候总体上较温暖，气温及海平面不断上升，陆块大部分被浅水淹没（早—中寒武世(530〜500Ma)全球古地理环境恢复图）。早—中寒武世，西部环冈瓦纳的洋流覆盖南极洲及低纬度区域，从西南向东北流动至波罗的海的底栖生物区。晚寒武世东北-西南向的顺岸洋流流向高纬度地区，携带了较多生物，富含有机质，尤其是冷、暖流交汇处(Álvaro et al., 2003)，有助于富含有机质的烃源岩形成。

• 震旦纪生物主要为多细胞后生动物及小壳动物等简单生物，寒武纪地球上首次出现带硬壳的动物，很多已知的寒武纪生物可在加拿大的布尔吉斯页岩中发现，以海生无脊椎动物为主，特别是三叶虫、低等腕足类和古杯动物，红藻、绿藻等开始繁盛。北美、华南、波罗的和澳大利亚等均有布尔吉斯页岩型生物群的分布(Hendricks et al., 2008; Meert and Lieberman, 2008; Álvaro et al., 2007)（早—中寒武世(530〜500Ma)全球古地理环境恢复图和寒武纪全球典型古生物分布图），华南的澄江动物群和凯里生物群是当时海洋生物多样化及生态复杂化过程的见证(Zhao et al., 2005)，反映了早期后生生物进化过程，导致包括脊椎动物在内的现生动物各门类的诞生(Shu et al., 2004,2005; Hou and Bergström, 2003）。

• 寒武系地层在全球分布较广，主要在南美洲、印度和东南极洲等地，但有大部分的缺失。冈瓦纳超大陆边缘多被海水淹没，内部多为高地（早—中寒武世(530〜500Ma)全球沉积岩相图）。中北部多以碳酸盐岩沉积为主，南部多以砂岩沉积为主。澳大利亚北部的Arafura-Money Shoal盆地主要为浅海相碳酸盐岩，但中部的Georgina盆地北部为浅海相砾岩沉积，伴有火山活动。中寒武世普遍为浅海相环境，以碳酸盐岩沉积为主，夹杂砂岩和泥页岩沉积，部分地区烃源岩较有潜力，尤其是在南部。南部的Amadeus盆地由早期的冲积扇-三角洲砂砾岩沉积逐渐过渡到浅海相砂岩和碳酸盐岩沉积，处于伸展阶段。

• 寒武系沉积在非洲南部，保留并不齐全。西北非靠近大陆边缘处多为浅海相砂岩沉积，并夹杂一些碳酸盐岩和页岩，陆地内部多为河流-三角洲相砂砾岩沉积，整体为克拉通沉降环境。东北非下寒武统以陆相砂岩沉积为主，部分地区存在火山活动，但中、上寒武统多转变为海相砂岩沉积，尤其是西部边缘。南非一般为河流相沉积，但也可见到浅海相碳酸盐岩的沉积，推断当时海平面不断上升。西阿拉伯主要为陆相砂岩沉积，也夹杂海相碳酸盐岩沉积；扎格罗斯以浅海相砂岩到局限台地白云岩沉积为主；阿曼盆地早期为冲积扇砂岩，晚寒武世北部为海相碳酸盐岩和泥页岩沉积，南部为陆相砂岩沉积。

• 劳伦古陆被海洋所包围，其沉积相具有环带分布特征，由内向外分别为北美地盾→河流相-浅海相砂岩沉积→浅海相碳酸盐岩沉积→深海相泥页岩沉积。西伯利亚陆表海碳酸盐台地快速发展，由边缘趋于中心，碳酸盐岩沉积转变为蒸发岩，并且偏中心地区火山活动较强，多具有火山岩夹层。北美洲北部和格陵兰东部地区除沉积碳酸盐岩外，还有碳酸盐岩与碎屑岩的混合沉积(Trettin and Balkwill, 1979)。

• 波罗的沉积与其他陆块相比有明显差异，主体为砂岩和页岩沉积，河流相、浅海相兼具，这可能与其纬度相对偏高等有一定关系，不利于碳酸盐岩的生成。

• 我国的众多小陆块几乎全被海水淹没，以海相碳酸盐岩台地沉积为主，下寒武统以富含有机质的页岩、硅质岩等为主，如塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和南黄海盆地等。

• 寒武纪烃源岩在当时的四大陆块（包括冈瓦纳超大陆、劳伦古陆、西伯利亚和波罗的陆块）以及中国陆块群（包括华北、华南和塔里木陆块）均有分布（寒武纪全球烃源岩分布图）(Bertrand et al., 2003; Verfelt , 2001; Terken et al., 2001; Li et al., 2002)，其中，冈瓦纳超大陆主要分布在澳大利亚和阿拉伯，这些烃源岩的形成多与被动陆缘、裂谷和克拉通内坳陷等构造背景下的海相环境有关(Longley et al., 2001)。烃源岩主要为下寒武统富有机质黑色页岩和碳酸盐岩，多处于成熟—过成熟的状态，干酪根以I型和II型为主(Wang et al., 2002; 戴金星，2003；于炳松，2008；梁薇，2011），可与其上覆的碳酸盐岩储层和蒸发岩盖层构成较好的生储盖组合。

• 加拿大、西伯利亚、波罗的、华南、塔里木和澳大利亚等陆块的寒武系底部沉积物中均发现有含磷层，与全球寒武系烃源岩分布范围相对应，这些富有机质地层的沉积与海水热液相关，通过上升涌流将有机质带到浅海或者陆棚而沉积，有助于烃源岩发育。另外，部分地区如波斯湾、塔里木和西伯利亚等发育寒武系膏盐层，有利于油气的保存和封盖，形成重要油气田。目前西伯利亚、波罗的、阿拉伯、东北非、澳大利亚、塔里木和华南的四川盆地等均已有油气田发现。

• 寒武纪处于全球性大冰期之后的冰川快速消融-海平面上升期，早寒武世大气圈具有高CO2、低O2含量的特征（张水昌等，2005），古气候以干热为主，此时伸展盆地发育，不存在大规模碰撞造山运动。烃源岩主要分布于亚热带干燥区。在（低压）气旋控制的沿岸带、浅水区，往往发育风暴岩而不利于烃源岩发育，但在处于风暴浪基面之下的相邻较深水区却发育碳-硅泥岩优质烃源岩。热带干燥区的赤道洋流辐散带，形成低温、富含营养盐的上升洋流，极有利于广阔范围内烃源岩的发育。

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