奥陶纪（地质年代名称）
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更新时间：2023-05-20
奥陶纪
地质年代名称
奥陶纪（Ordovician Period），显生宙古生代第二个地质时代，其时间划分为485.4±1.9Ma~443.8±1.5Ma，历时4160万年，设立三统七阶，已建立7枚“金钉子”。底界划分来自于同位素测年为485.4±1.9Ma的奥陶系下奥陶统底界“金钉子”——”特马豆克阶“金钉子”，顶界划分来自于同位素测年为443.8±1.5Ma的志留系兰多维列统底界“金钉子”——鲁丹阶底界“金钉子”。
基本信息
中文名
奥陶纪
英文名
Ordovician Period
开始时间
485.4±1.9百万年
结束时间
443.8±1.5百万年
主要事件
海侵事件、加里东构造、海洋生物大辐射、奥陶纪末期生物大灭绝
主要生物
笔石、鹦鹉螺、三叶虫
宙
显生宙
代
早古生代
奥陶纪温暖湿润的气候导致海平面持续升高，到奥陶纪晚期凯迪时期达到最高海平面，比寒武纪初期海平面高出300多米，在这一时期大陆发生多次大规模的海侵活动，海水温度在奥陶纪时期持续下降，于奥陶纪晚期形成了赫南特冰期事件。
奥陶纪是一个地质相对活跃的时期，曾发生过多次大区域的构造运动，如库尔加克运动、怀远运动、广西运动、塔康运动等。在奥陶纪中期层发生过密集的陨石雨事件，并因此出发了地震和火山活动。活跃的版块运动最终是劳伦板块与波罗的板块发生位移碰撞，导致古大西洋闭合。
奥陶纪的海洋生物把生态域从近海海底扩展到深海海底以及广阔的远洋水域，开启了奥陶纪生命大辐射，“目”“科”“属”级生物类群爆发，对寒武纪部分生物类群进行生命演替，许多寒武纪时期不多见的笔石、牙形刺、腕足动物、鹦鹉螺等大量出现，生物多样性大发展，在奥陶纪末期的赫南特冰期事件中，气温骤降，全球海平面下降，造成了该海洋生态系统中85%的物种灭绝。
定名
1879年英国地质学家查尔斯·拉普沃思（Charles Lapworth）为解决亚当·塞治威克（Adam Sedgwick）与罗德里克·莫奇逊（Roderick Murchison）对于志留系和寒武系重叠部分的争论而创立，“Ordovician”一词源于英国北威尔士古民族“Ordovices”，因此处地区奥陶纪地层发育较好而得名。1916年10月由章鸿钊和翁文灏编写的《地质研究所师弟修业记》一书中，最早出现“奥陶纪”译名，这也是中国中国地质学界首个独立翻译并未日本学者采用的地质系词汇。1960年，第21届国际地质大会上正式认可并成为国际地层年代表中的官方名称。
时期划分
国际地层年代表
自奥陶系命后的100年里，国际社会逐渐接受了奥陶纪三统六阶的划分，即下、中、上三个统，每个统进一步划分为两个阶，但上奥陶统的两个阶的划分无法找到合适的界线。2003年，第九届国际奥陶系大会在阿根廷圣胡安市召开，国际奥陶系分会在会议上决定把上奥陶统分成三阶，最终形成了三统七阶的划分方案，并一直沿用至今。奥陶系地层自下而上划分下奥陶统（特马豆克阶、弗洛阶）、中奥陶统（大坪阶、达瑞威尔阶）、上奥陶统（桑比阶、凯迪阶、赫南特阶）。
统（世） | 阶（期） | GSSP设立时间 | 底界值（Ma） | 顶界值（Ma） | GSSP 位置 | 开始标志 |
下奥陶统（Lower Ordovician） | 特里马道克阶（Tremadocian） | 2000年1月批准 | 485.4±1.9 | 477.7±1.4 | ||
弗洛阶(Floian) | 2002年批准 | 477.7±1.4 | 470.0 ±1.4 | 瑞典南部亨内贝格（Hunneberg）山的Diabasbrottet废采石场 | ||
中奥陶统(Middle Ordovician) | 大坪阶(Dapingian) | 2008年批准 | 470.0 ±1.4 | 467.3 ±1.1 | 牙形石（ Baltoniodus triangularis）首次出现 | |
达瑞威尔阶(Darriwilian) | 1997年批准 | 467.3 ±1.1 | 458.4 ±0.9 | 笔石（Undulograptus austrodentatus）首次出现 | ||
上奥陶统 (Upper Ordovician） | 桑比阶(Sandbian) | 2002年批准 | 458.4 ±0.9 | 453.0 ±0.7 | 瑞典南部斯科讷省Fågelsång剖面 | 笔石（Nemagraptus gracilis）-纤细丝笔石首次出现 |
凯迪阶(Katian) | 2006年批准 | 453.0±0.7 | 445.2 ±1.4 | 美国俄克拉荷马州Black Knob Ridge剖面 | 笔石（Diplacanthograptus caudatus）-具尾双刺笔石首次出现 | |
赫南特阶(Hirnantian) | 2006年批准 | 445.2±1.4 | 443.8 ±1.5 | 中国湖北省宜昌市夷陵区分乡镇王家湾北剖面 | 笔石（Normalograptus extraordinarius）首次出现 | |
参考文献： | ||||||
中国地层表
中国地质调查局和全国地层委员会组织实施下，经国土资源部批准（国土资[2014]374号）出版发行了《中国地层表(2014)》，《中国地层表》《中国地层指南及中国地层指南说明书》是中国地质行业标准规范重要内容之一，在参考国际地层学研究的基础上编制了中国地区的地层年代表。
统（世） | 阶（期） | 中国年代表 | 底界值（Ma） | 顶界值（Ma） | 命名 | 开始标志 |
下奥陶统 | 特里马道克阶 | 新厂阶 | 485.4±1.9 | 477.7 | 穆恩之1974年命名，命名剖面为中国广东省台山县新厂剖面 | 牙形石 Cordlodus lindstromi首现（暂定） |
弗洛阶 | 益阳阶 | 477.7 | 470.0 | 曾庆銮1983命名道保湾阶，后改为由汪啸风2016年命名的益阳阶，命名剖面在中国湖南省益阳市泥江口剖面 | 笔石Tetragraptus approximatus首现 | |
中奥陶统 | 大坪阶 | 大坪阶 | 470.0 | 467.3 | GSSP，命名剖面在中国湖北省宜昌市东北黄花场剖面 | 牙形石（ Baltoniodus triangularis）首现 |
达瑞威尔阶 | 达瑞威尔阶 | 467.3 | 458.4 | GSSP，命名剖面中国浙江省常山市黄泥塘剖面 | 笔石（Undulograptus austrodentatus）首现 | |
上奥陶统 | 桑比阶 | 艾家山阶 | 458.4 | —— | 李四光、赵亚曾在中国三峡地区艾家山命名，命名剖面在中国重庆市城口县东南40余千米处的新开公路旁 | 笔石（Nemagraptus gracilis）首现 |
凯迪阶 | 钱塘江阶 | —— | 445.6 | 杨敬之、穆恩之1954年命名，命名剖面在中国湖北省远安县苟家垭 | 笔石（Diplacanthograptus caudatus）首现 | |
赫南特阶 | 赫南特阶 | 445.6 | 443.8±1.5 | 笔石（Normalograptus extraordinarius）首现 | ||
参考文献： | ||||||
地史特征
全球构造
奥陶纪时期大体延续了寒武纪时期的构造特征，大陆板块集中在南半球一带，相对活跃的地质事件使得各板块之间的地理位置开始发生变化。
位于劳伦板块和波罗的板块南部的阿瓦隆尼亚地体也在奥陶纪时期开始向着劳伦板块与波罗的板块移动，阿瓦隆尼亚板块和波罗的板块之间的通古斯洋开始闭合，并奥陶纪末期、志留纪早期发生碰撞，形成美国东部的绵延山脉，三个板块的聚合形成了新的劳伦古陆。
在西伯利亚板块的东欧北部边缘发生分裂，形成了一条长约3000公里的大陆内部裂谷带，这条裂谷带最终将西伯利亚板块分裂开来，形成了一系列岛弧杂岩，名为萨克马尔的岛弧，该岛弧最终与波罗的板块融合，裂谷带则不断分裂成长最终形成了乌拉尔古洋，乌拉尔古洋的张开，使得东欧大陆被动陆缘形成。
在寒武纪时期的中国形成了3块稳定的地台核心，分别是华北地台、扬子地台、塔里木地台，奥陶纪早期基本承袭了寒武纪的构造特征，温暖湿润的气候造成海平面持续上涨，中国的地壳板块大部为陆表浅海环境，基底为变质岩系，上层为沉积盖层（主要为海侵形成的碳酸盐相建造）。至奥陶纪晚期，华北地台主体抬升，出露地表形成古大陆，华南盆地收缩加剧，仅在奥陶纪末期部分地表出露海面。
地层及地理特征
奥陶纪时期整体延续了寒武纪时期的地层特点，广泛的海侵活动形成了碳酸盐地层沉积，奥陶纪期间海平面达到了显生宙的最高海平面，温暖的海洋环境和广泛的海侵运动使得海洋生物群从近海海域扩展到深海及远洋水域，并在全球范围内形成了海洋生物大辐射，至奥陶纪晚期，形成了寒武纪时期生物物种的三倍之多，几乎所有的门类都得到快速发展。
大陆板块名称 | 典型地区 | 地质事件及地层特点 | ||
奥陶纪早期 | 奥陶纪中期 | 奥陶纪晚期 | ||
中国 | 华北地台 | 海侵扩大，海水咸化，未出露地表，岩相稳定，发育完整，化石丰富，以沉积岩为主 | 海侵范围扩大，地台整体下降，阿拉善地区、胶辽地区东部、淮南南部有零星地表出露，浅海区笔石动物、鹦鹉螺、三叶虫繁盛 | 怀远运动开始，地台整体抬升，海退，地形低平，缓慢上升，后期全部成陆地，风化剥蚀严重 |
华南地台 | 扬子地台受海侵影响形成深海环境，华南裂谷盆地萎缩 | 海侵范围扩大，砂泥质浊沉积岩沉积 | 广西运动开始，华夏古陆由东南向西北方向快速推进，华南区主体成陆 | |
塔里木地台 | 海侵，南部台地逐渐被淹没，演变成为远端变陡的东倾碳酸盐缓坡；北部台地逐渐演变为高能浅水区 | 海侵范围扩大，海平面再次快速上升，北部台地演变为东倾缓坡，与南部一起构成远端变陡型缓坡环境 | 海侵规模达到鼎盛，古城——肖塘地区均被 海水淹没，形成淹没台地型混积陆棚沉积 | |
劳伦大陆板块 | 北美东部、格陵兰岛 | 北美地台：早期为与寒武纪相似的海侵地理特征，至中期海水大部分退至两侧地槽区—阿帕拉契亚地槽和科迪勒拉地槽区，晚期海侵逐渐扩展；中奥陶世海侵范围扩大，随后两侧地槽区强烈沉降；到晚期本区大部分地区被海水匿盖，是北美地史上最大的海侵期 中央地台：浅海相的碳酸盐岩层，东侧的柯帕拉契亚地梢区底部为白云岩和含Tetragraptus的页岩，中部由页岩、疑灰岩、火山角砾岩、熔岩组成，为海底喷发型枕状熔岩构造，顶部为砂岩、砾岩 | ||
西伯利亚板块 | 西伯利亚 | 西伯利亚地台：继续持续寒武系的连续沉积。西北部为灰岩及白云岩，有时夹粉砂岩和笔石页岩；中部由泥灰岩和红色页岩相间组成，产三叶虫、腕足类和头足类珠角石等。西南部边缘以碎屑岩相沉积为主，夹有石膏层。整个板块沉积物的颗粒从南向北逐渐变细，其岩性由碎屑岩逐渐过波到碳酸岩，厚度逐渐增厚 哈萨克地块：于奥陶纪时期形成，下部是巨厚的火山喷发岩，上部是巨厚的砾砂岩、泥岩和灰岩的互层。该地块向东与中国准噶尔海区相连，为天山地槽的西延部分，奥陶纪时期孤立于当时其他大陆之外，于石炭纪时期才和西伯利亚大陆碰撞 | ||
波罗的板块 | 沙尔马提亚(Sarmatia)、芬诺斯堪的亚(Fennoscandia) | 东欧地台：与北美地台之间相向移动，最终使岩层褶皱升起形成山脉，称之为塔康造山运动。 地台中部(乌克兰、托克莫夫)大部分地区高出海面，只在边缘部分发生海侵。底层以海绿石页岩及砂岩为主，上部为灰岩夹页岩，富含笔石和三叶虫等化石。在瑞典南部，底层及中层以灰岩和页岩为主，底部产三叶虫化石，中上层以头足类和笔石类化石为主，上层则以笔石相地层为主 | ||
阿瓦隆板块 | 加拿大纽芬兰岛东部、加拿大新斯科舍省局部、加拿大新布伦瑞克省南部、美国麻省、英国英格兰、威尔士 | 奥陶系研究以威尔士地区最早，较为详细，该地区首先把奥陶系剖面根据笔石组合不同分为六个阶，成为国际通用底层单位。但该地区奥陶系的剖面不连续，岩相变化较大，至今在国际上尚有争议、底层为笔石的泥板岩，为陆源碎屑岩建造；中层是火山喷发岩夹笔石泥页岩、硬砂岩，为海底火山岩建造；顶层为薄层灰岩和页岩，盛产三叶虫及笔石类化石，代表海侵状态下得碳酸盐层建造。整个加里东地槽区地史并不相同，有稳定的浅海区有的部分已经上升为陆地 | ||
冈瓦纳板块 | 非洲东南大部、南美东北部、南极大部、印度大部、西澳大利亚 | 南美地区：浅海陆表环境，阿根廷为浅水沉积；智利为深水沉积，沉积厚度向东、向北厚度变薄 澳大利亚：中西部地台区为石英岩、砂页岩和薄层灰岩。东部维多利亚地区由巨厚的板岩和石英岩组成，盛产笔石类化石，顶部的岩性为黑色板岩夹硅质岩及安山凝灰岩，属于活动的地植型沉积 | ||
参考资料： | ||||
矿产
奥陶纪的矿产以铁矿及盐矿为主。
铁矿
奥陶纪是一个多火山活动的时期，火山喷发后形成许多大型轻微变质铁矿带，来自陆地的铁质被搬运到富含二氧化碳的海水中，在温暖的海洋环境下形成了大量的鲕状二价铁离子，最终形成了鲕状赤铁矿。奥陶纪时期的铁矿以鲕状赤铁矿为主，如中国华北邯邢式铁矿，在铁矿中存在与富镁岩性有关的磁铁矿和赤铁矿。
锰矿
中国的湖北、川西、湘中、浙江龙游等地都含有沉积锰矿层，一般属浅海陆棚相碳酸盐岩建造型锰矿。
岩盐
奥陶纪时期海水咸化，干燥炎热的气候环境易形成岩盐层。
石膏
石油与天然气
长期下降的地台区灰岩往往是重要的生油层，如北美地台东部、西伯利亚、利比亚等地广布许多奥陶系大油田。
石灰岩
中奥陶纪海侵活动达到高潮，世界各地普遍沉积了层厚而质纯的石灰岩。
其他
石煤、铜矿等。
气候环境
奥陶纪早、中期延续了寒武纪的温暖气候特征，在西伯利亚地区、中国的华北地区、北美地区、澳大利亚地区都在下奥陶统、中奥陶统的地层中发现了有红层和干裂纹灰岩，这些蒸发岩沉积反映了当时的气候处于干燥炎热的气候环境。从古地磁的数据看，奥陶纪的南极位于现在的北非西北部，北极位于南太平洋。在北非撒哈拉沙漠北侧法国南部和西班牙、南美的阿根廷及玻利维亚地区均发现大规模的大陆冰盖和冰海沉积，这代表极地的寒冷气候。而北美格陵兰、中国北方、泰国、马来西亚等地发现有喜温性头足类化石，东北亚和澳大利亚东南部发现小型生物礁说明，上述地区当时可能位于古赤道一带。
奥陶纪晚期，出现海退事件，海水温度急剧下降，形成了新一轮的冰期——赫南特期大冰期。赫南特期冰期间，全球海平面骤降，冈瓦纳大陆冰盖扩增，整个非洲、南美洲、阿拉伯地体大部均被冰雪覆盖，在全球范围的多个地区均发现有冰碛岩，这一发现表明在奥陶纪晚期出现全球性的冰川事件，造成生物多样性锐减，生态系统遭受重创。奥陶纪末期的赫南特冰期持续了约20万年，赫南特冰期中晚期、志留纪早期时开始全球转暖，冰川快速消融，海平面在短时间内又形成了海侵的状态。
生命发展
生命大辐射
经过“芙蓉世间断”事件之后，奥陶纪开启了海洋生物大辐射的历程。所谓奥陶纪生物大辐射是发生在奥陶纪期间海洋生物多样性极速增加事件，该事件构造了古生代演化动物群（Paleozoic Evolutionary Fauna）的基本框架，完成了对以节肢动物为主的寒武纪演化动物群（Cambrian Evolutionary Fauna）的全面替代。生命大辐射前后持续了4000多万年，共有3次峰值，形成了一个长期缓慢渐变的演化过程，表现为从分类单元多样性发展至群落生态的多样性再至生物地理的多样性。
奥陶纪是一个海洋占绝对优势的时代，寒武纪末期出现的许多古陆重新被海水浸漫，形成了显生宙时代最大的海侵规模。广阔而又相对稳定的陆表浅海环境，温暖适宜的温度气候，频繁的火山活动提供了充足的营养等等都成为生命大辐射的前提条件。其具体表现为多科目类别的生物类群集体爆发，对寒武纪原有生物类群的交替演化。其生命物种多以无脊椎温居带生物为主，主要标志是以三叶虫和磷酸盐质壳腕足动物为主的寒武纪生物衰退和以钙质壳腕足动物、苔藓虫、海百合、四射珊瑚等“古生代演化动物群”的崛起和繁盛，许多寒武纪不常见的笔石、牙形刺、腕足动物、鹦鹉螺和棘皮动物得到飞速发展，新出现了珊瑚、层孔虫、几丁虫、苔藓虫等。同时出现了盛行于志留纪、泥盆纪时期的板足鲎类生物，板足鲎是生活在奥陶纪至二叠纪时期典型的节肢动物，体型较大，可长达2 ~ 3米，栖息于浅海或淡水中。发现于寒武纪的脊椎动物鱼类也在奥陶纪时期得到发展，北美西部中奥陶纪发现了该段时期原始脊椎动物的代表—星甲鱼（Astraspis）。
生物大灭绝
奥陶纪晚期发生了大规模的灭绝事件，被称之为奥陶纪生物大灭绝，这是显生宙史上第一次大灭绝事件，活跃于寒武纪时期和奥陶纪早期的三叶虫类、笔石类、腕足类、珊瑚类等动物大幅度减少，海洋生态系统中85%的物种灭绝，生物多样性锐减，生物群落结构瓦解。
关于奥陶纪生物大灭绝的原因一直是国际地学界研究的热点之一，一部分学者认为是由于冰川事件，冰川事件造成气候巨变、温度骤降、海平面发生变化变化，从而导致生物圈被破坏，导致生物灭绝；一部分学者认为此次生物大灭绝与伽马射线有关，奥陶纪末期来自距地球6000光年以外的超新星发生伽马射线爆发，导致地球的臭氧层被破坏，紫外线破坏了浮游生物等食物链基础，同时伽马射线使得空气分子组合成有毒气体，加速了生物的灭绝；还有一部分观点认为与该时期频发的火山活动有关，火山喷发后大气 中二氧化硫大量增加，形成的火山云层会增强反射率，导致气温的下降，加快冰川的形成。其具体原因尚待进一步的证明，但气候巨变(海水温度先迅速变凉、后迅速变暖)、海平面快速升降、大洋缺氧事件及其他相关环境的恶化是奥陶纪大灭绝值得考虑的重要因素。
赫南特冰期结束以后，气候快速回暖，幸存的生命得以复苏，形成以底栖固着的腕足、珊瑚、苔藓虫、海百合等继续占领海底的局面，三叶虫因浮游分子绝迹，底栖分子在深水域消失而使面貌大为改观。
奥陶纪主要生物种类 | |||||||
名称 | 所属科目 | 出现时代 | 灭绝时期 | 奥陶纪变化 | 特征标志 | 参考资料 | 图片 |
三叶虫（Trilobites） | 节肢动物门、三叶虫纲 | 寒武纪 | 二叠纪 | 以栉虫亚目、斜视虫亚目、三瘤虫亚目为主 | 尾甲增大，多为等尾型至大尾型，胸节减少为8~9节，头鞍向前扩大，鞍沟、背沟都不发育 |  三叶虫假想图 | |
笔石类（Graptolites） | 半索动物门、口索动物纲 | 寒武纪中期 | 早石炭世 | 大量发展，演化迅速 | 群体性生物，形似铅笔书写在岩石表面的痕迹而得名。奥陶系、志留系最重要的标准化石。早奥陶世主要是树形笔石，以反称笔石动物群为代表，中奥陶世以均分笔石动物群大量发展为标志，晚奥陶世表现为叉笔石动物群和双笔石动物群同时发展 |  笔石——四笔草假想图 | |
鹦鹉螺类（Nautilus） | 软体动物门、头足纲 | 寒武纪 | 未灭绝 | 繁盛时期，生物链顶端重要的海洋捕食者 | 鹦鹉螺类从最早晚寒武纪出现至今，共有75科300属3500种，现仅存1科1属3种，其他类型和属种均已绝灭。奥陶纪时期是鹦鹉螺类重要发展时期，以直壳类型为主，在奥陶纪以后极速衰退。早奥陶世具有粗大的体管，梯板颈直，有明显的内体管；中奥陶世，体管变小；晚奥陶世壳体呈蛇卷式， 旋环扩大缓慢，彼此接触 | 鹦鹉螺假想图 | |
腕足类（Brachiopoda） | 腕足动物门 | 寒武纪早期 | 未灭绝 | 有铰纲类发展，分异度增加 | 具真体腔的海产底栖无脊椎动物，头顶突出部生有许多触手，称为腕足。奥陶纪腕足类动物以有铰纲发展为主，具有坚硬厚实的灰质外壳，奥陶世晚期以赫南特贝动物群为特征 | ||
牙形刺（Conodonts） | 脊索动物门 | 寒武纪 | 三叠纪 | 早中期繁盛，晚期少见 | 海相为题化石，个体在0.2~2毫米之间，个别可达20毫米。有磷灰石组成，形态可分为单锥型、复合型和齿台型。奥陶世早期以单锥型为主，到奥陶世晚期，牙形刺极为少见 | ||
珊瑚（Coral） | 刺胞动物门 | 寒武纪 | 未灭绝 | 开始繁盛 | 奥陶世早期发现床板珊瑚，晚期开始繁盛，主要为单带型的四射珊瑚和床板珊瑚 |  珊瑚 | |
