东亚坎潘期—马斯特里赫特期（晚白垩世）孢粉植物变化

发布时间：2018-07-09 12:12

本文选题：松辽盆地 + 和泉群　；参考：《中国地质大学(北京)》2016年博士论文

【摘要】：白垩纪是一段由于火山活动产生的温室气体而导致的气候长期温和稳定的时期。最近研究显示在坎潘期-马斯特里赫特期发生了全球变冷事件。这一气候变化对理解Cretaceous/Paleogene (K/P g)事件的背景有重要的启示作用。然而,生物群和全球变冷之间的详细关系仍然存有争议。植物是能进行光和作用的生物体。通常,它们对气候变化很敏感。因此,坎潘期-马斯特里赫特期全球变冷会影响植物群的分布。孢粉型是具有有机壁的微体化石。植物产生的孢子和花粉是其中之一。这些化石出现在陆相的沉积物中。孢子和花粉可以为陆相生物群和气候之间的关系提供新的见解。以前的研究阐释了白垩纪孢粉植物区。解释了早白垩世和晚白垩世的孢粉植物区。但,每个时代的孢粉植物区仍然存有争议。白垩纪阶之间界线的全球界线层型剖面和点位(GSSP)是通过海相沉积物定义的。因此,获得研究区域之间的年代地层对比和讨论孢粉植物区的时空变化非常困难。东北松辽盆地保存了晚侏罗世-古近纪的地层。该盆地保存了丰富的孢粉,有可能为在寒冷气候下晚白垩世生物群的时空变化提供新的视野。在松辽盆地开展了白垩纪大陆科学钻探计划,即松科1井(北)(SKI (N))和松科1井(南)(SK1(S)),获得了几乎完整的白垩纪陆相沉积记录。SK1(N)的岩石地层形成于晚白垩世-古近纪,由生物地层,放射性测年,磁性地层,稳定同位素和旋回地层确定。但是,由于缺乏凝灰岩层,包含这一界线的SK1(N)没有同位素年龄。阶之间界线的具体地层位置仍有争议。坎潘期/马斯特里赫特期(C/M)界线的GSSP在海相沉积露头中确定,基于几种海相化石。若要确定C/M界线的详细地层位置,需要将SK1(N)与海相沉积物对比。和泉群是位于日本西南处的上白垩统海相沉积。基于软体动物,放射虫,磁性地层和放射性测年数据,确定该组形成于坎潘期-马斯特里赫特期,且从西到东有逐渐变新的特点。先前对于和泉群软体动物生物地层的研究识别出10个软体动物带(由老至新):Sphenoceramus schmidti带,Metaplacenticeras subtilistriatum带, Baculites kotanii带, Didymoceras s p.带, Didymoceras awajiense带,Pravitoceras sigmoidale带,Pachydiscus awajiensis带,Nostoceras hetonaiense带,Gaudryceras izumiense带和Pachydiscus aff. subcompressus带。和泉群内的C/M界线可能和P.awajiensis/N.hetonaiense界线一致。在C/M界线的GSSP中,软体动物是确定阶之间界线的关键化石之一。主要由菊石确定年代的和泉群有了相对确定的年代地层框架。和泉群内的放射虫带可以确定远洋沉积物C/M界线的地层学位置。此外,在和泉群内发现了孢子和花粉。因此,和泉群有利于建立用来确定坎潘期-马斯特里赫特期远洋和陆相沉积中综合的大化石和微体化石生物地层,或将其二者进行对比。但是,该组的孢粉植物群变化还没有确定。我们需要建立孢粉生物地层框架并和软体动物及放射虫生物地层进行对比来建立一个可用于陆相沉积物的综合大化石和微体化石生物地层。本文主要研究来自SK1(N)及和泉群的化石以进行年代地层对比和讨论坎潘期最末期-马斯特里赫特期早期孢粉植物区的时空变化。在松辽盆地,先前的研究已经建立了孢粉地层。但是,需要重新考虑四方台组上部-明水组下部的生物地层来进行与和泉群的年代地层对比。在和泉群,本研究试图确定孢粉生物地层框架并和软体动物生物地层进行对比,以建立综合的大化石和微体化石生物地层。然后通过SK1(N)的孢粉生物地层与和泉群中建立的综合生物地层对比,以此来确立SK1(N)中的C/M界线位置。SK1的岩性主要由沉积于湖泊或曲流河中不同颜色的泥岩或砂岩组成。因此,在白垩纪时期沉积环境显然改变了很多次。这些沉积环境的变化可能会对孢粉组合的成分产生影响。本研究描述了研究剖面(嫩江组最上部-明水组下部)的岩性特征来确定沉积环境。此外,也研究了剖面中孢粉植物群成分和属种的地层分布。在这些结果的基础上,本研究讨论了坎潘期最晚期-马斯特里赫特期早期孢粉植物区的转换以及影响因素。SK1(N)嫩江组最上部-明水组下部(深680.0-1041.8 m)主要是曲流河相及湖泊相沉积。以前的工作认为明水组下部(深680.0-765.5 m)主要由浅湖和湖岸亚相组。尽管这些亚相被分为几个微相,但是具体的沉积环境仍然存有争议。本研究考虑明水组下部湖相的沉积环境。在762.7-765.5 m深度,绿灰色块状泥岩被解释为洪泛平原沉积而不是湖相沉积。向上变粗的砂岩层序(692-694.7 m和760.2-762.7 m深度),可能在湖盆的三角洲地区形成的。粉砂岩和细砂岩的互层(748.6-751.2 m),被认为是浊流沉积岩。因此,其平行层理的灰色泥岩层应在湖盆平原或湖盆斜坡上沉积。厚层砂岩(702.4-718.1 m),被认为是湖盆内的风暴沉积。分布在695.7-699.8 m的泥岩层呈块状构造,这些岩层没有碎屑注入的证据。因此,泥岩可能为远离河流的湖岸台地沉积。总共20个岩石样品有孢粉标本出现。本研究在种一级水平鉴定大部分孢粉标本,在属一级水平确定了地层分布。研究剖面有102属282种。孢粉的丰度在嫩江组最下部-四方台组中部普遍较低。同时,四方台组上部-明水组下部的孢粉丰度和研究剖面下部相比相对较高。尤其其中9个样品出现了超过200个孢粉,被分为5组(被子植物花粉,双气囊裸子植物花粉,非气囊类裸子植物花粉,蕨类植物孢子和藻类)。四方台组上部-明水组下部剖面识别出孢粉95属253种孢粉。孢粉组合以裸子植物花粉为主,随后为蕨类植物孢子和被子植物花粉。Polyporites spp.,Abiespollenites spp.,Parcisporites spp.,Cedripites spp., Psophosphaera spp.,Triporoletes spp.,Cerebropollenites spp.,Ephedripites (Spiralipites) spp.和Osmundacidites spp在该剖面中很常见。以标志属的首次出现为依据,建立了四个孢粉间隔带(由老至新)：Jianghanpollis间隔带,Chenopodipollis间隔带,Toroisporis间隔带和Betulaceoipollenites间隔带。前两个带保存在河漫滩相和堤岸相沉积中。第三个带识别于湖盆平原-湖盆斜坡相沉积中。最后一个保存于湖岸三角洲相沉积中。和泉群被分为三个岩石相(北缘相(NMF),主部相(MF),南部相(SF))。NMF和SF是非浊流沉积相,而MF是一个浊流沉积相。NMF和MF同时沉积。在以前的工作中,大部分软体动物标本和生物带识别于NMF。同时,放射虫带是根据主要来自MF的标本建立的。因此,为了准确,软体动物生物地层只用于NMF,而放射虫带只用于MF。为了综合两个生物地层,我们必须证明软体动物带和其时带对于两个相都有效。本论文研究了和泉群NMF和MF软体动物化石带之一的Pravitoceras sigmoidale带。这个化石带延伸从NMF到MF。这样,P. sigmoidale时带也同样延续到了NMF和MF。除了西端和东端,和泉群的地质构造稳定。这表明,坎潘期-马斯特里赫特期和泉盆地中碎屑物及软体动物壳的迁移过程也同样是稳定的。由此可以判断,大多数以时间持续为划分标准的软体动物时带可延续到这两个相。因此,软体动物生物地层可以应用到MF中,且可以与放射虫生物地层结合。坎潘期-马斯特里赫特期孢粉生物地层框架是在和泉群中建立的。在和泉群中发现了总共50属140种的孢粉及藻类化石。基于标志属和Aquilapollenites属的标志种首次出现位置,识别出四个间隔带(由老至新)：Tricolporopollenites间隔带,Betulaepollenites间隔带,Toroisporis间隔带和Hymenophyllumsporites间隔带。Tricolporopollenites间隔带是在P.sigmoidale带中的MF识别出来的。时代为坎潘期晚期。Betulaepollenites间隔带可以和P.awajiensis带对比。时代可能是坎潘期最晚期。Toroisporis间隔带位于N. hetonaiense带MF的底部。因此,该间隔带的时代为马斯特里赫特期早期。Hymenophyllumsporites间隔带位于G. izumiense带上部的MF中。时代为马斯特里赫特期早期。目前,仅依据孢粉层位不足以精确的限定化石带的界线。然而,Betulaepollenites/Toroisporis两个带的界线被认为与P. awajiensislN. hetonaiense两个带的界线的地层位置相同。换句话说,Betulaepollenites/Toroisporis两个带的界线可以大致的作为和泉群中的C/M界线。本研究以SK1及其对应地层中的孢粉为研究对象。建立了四个孢粉化石间隔带。通过对比和泉群与松辽盆地的孢粉化石可以寻找C/M界线的具体层位。33属在两个地区都有发现。Aquilapollenites是两个地区的特征属。这是Aquilapollenites区系特征之一,并且被认为存在于坎潘期-马斯特里赫特期。这样,与之共同出现的属及Aquilapollenites的种类被认为可以解决和泉群与松辽盆地中的年代地层的对比问题。在和泉群中,8个属出现在Betulaepollenites/Toroisporis两个带的界线之上,该界线能够很好地与P. awajiensislN. hetonaiense两个带的界线和C/M界线重合。除了Jiaohepollis和Toroisporis之外,其他6个属出现在四方台组-明水组内部的N2正极性带之下。在松辽盆地,Jiaohepollis属和Toroisporis属在Toroisporis间隔带中首现。本研究在和泉群中识别出Aquilapollenites的15个种。在Toroisporis和Hymenophyllumsporites两个间隔带中发现了Aquilapollenites cf. crassatus,A. minshuiensis, A. procerus, A. cf. spiceris 和 Aquilapollenites sp. G。在松辽盆地,前两个种同样也可在Toroisporis间隔带中发现。基于上述成果,SK1(N)中的Toroisporis间隔带可对比到和泉群中的Toroisporis间隔带或者Hymenophyllumsporites间隔带。这样,Toroisporis间隔带和Betulaceoipollenites间隔带可以限定为马斯特里赫特期早期。Toroisporis首现于和泉群和SK1(N)中的Toroisporis间隔带底部。SK1(N)的Chenopodipollis/Toroisporis两个带的界线可对比到和泉群中的Betulaepollenites/Toroisporis两个带的界线。暗示着之前的界线对应着P. awajiensislN. hetonaiense两个带的界线和C/M界线。具体来说,Chenopodipollis/Toroisporis两个带的界线的位置处于748.5-764.2 m深度范围之内。然而,Toroisporis的首在深度748.5 m。基于这些结果,通过与和泉群的孢粉生物地层的对比,SK1(N)中的C/M界线可以限定在748.5m的位置。通过岩相和孢粉组合的分析,认为环境的演变是影响松辽盆地坎潘期-马斯特里赫特期地层中孢粉种类变化的主要因素。Jianghanpollis间隔带的底部位于含有大量藻类化石的具水平层理的蓝灰色中层粘土岩中。据成分组合分析,发现藻类在该沉积区已经大量存在。己获得的18个属孢粉化石显示,该地区的植物可能包含了一些稀有的品种。Chenopodipollis间隔带的底部出现了超过22个属。在这个或者之上的间隔带中孢粉组合的成分含量有所增长。大多数泥岩的颜色要比四方台组的颜色要深。因此可以认为该间隔带所处的沉积环境比下部间隔带的环境更为湿润。说明湿度的增加是造成Chenopodipollis间隔带与Jianghanpollis间隔带差异的主要因素之一。Toroisporis间隔带所处的沉积背景被认为是浅湖环境。孢粉化石的属种含量在该间隔带中有所增加。底部三个层位的岩相特征显示含有孢粉化石的泥岩是在平静的湖泊环境中沉积的,且未受到河流环境的干扰。因此,可以认为这些孢粉化石是该地区产生的或者被风力从邻近地区带的。在顶部的两个层位,泥岩层中夹有砂岩且含化石碎片。暗示了这些碎屑物是被河流搬运并沉积下来的。这样,被河流二次搬运的孢粉化石可能与原先组合中的成分混合了。在这个间隔带的底部,藻类与孢子占主要优势,双气囊裸子植物花粉在间隔带的上部数量增加。因此,针叶树在马斯特里赫特期早期的植被中逐渐占优势。Betulaceoipollenites间隔带的底部出现在三角洲相的灰绿色泥岩中。通过岩相及环境的分析,这时期的沉积环境可能被河流影响而且比Toroisporis间隔带时期的沉积水体浅。该间隔带的孢粉组合与下部的组成也不同。前者以孢子占优势为特征。因此这些孢子的母体植物很可能是该时期地方植被的主要组成。通过对比本次研究与前人研究成果中的孢粉生物地层特征,认为坎潘期-马斯特里赫特期的标志性成分是三突起花粉,例如Aquilapollenites o然而,Wodehouseia尚未在研究剖面中确切的发现,尽管该属在同一时期的其他地区己然出现。这是一个重要的认识不同区域间植被差别的线索。在晚白垩世,Aquilapollenites区和Schizaeoisporites区主要分布在亚洲地区。前者主要以三突起花粉的形态多样性,数量丰富为特征,如Aquilapollenites, Integricorpus, Mancicorpus,Orbiculapollis, Triprojectus等。后者主要以Schizaeoisporites, Cicatricosisporites, Cicatricososporites, Classopollis, Ephedripites为代表属。古地磁结果显示,白垩纪时期松辽盆地的古纬度大概位于400N到500N之间。在之前的孢粉植物区系研究中,这个盆地在晚白垩时期被划分到Aquilapollenites区。然而,在Jianghanpollis间隔带底部获得的孢粉组合限定的坎潘期时期己然出现了Classopollis和Ephedripites。由此可知,Jianghanpollis间隔带反映的孢粉组合与Sch izaeoisporites区系的孢粉植物更相似,而不是Aquilapollenites区系的。给予上述事实,松辽盆地坎潘期晚期的孢粉组合可以归为Schizaeoisporites区系。Aquilapollenites首现于Chenopodipollis间隔带底部。此外,马斯特里赫特期早期的Toroisporis间隔带中出现了三突起花粉,例如Translucentipollis 和 Integricorpus。然而,Cicatricosisporites, Classopollis, Ephedripites也同样出现在这些间隔带中。孢粉植物的组成表明了Aquilapollenites区系的成分在马斯特里赫特期早期含量增加。由此本文判断,在坎潘期最晚期至马斯特里赫特期早期,Aquilapollenites区系混入了松辽盆地。因此,松辽盆地周边可能是一个混合的孢粉植物区系。基于四方台组上部-明水组下部孢粉植物组成的分析,松辽盆地坎潘期晚期-马斯特里赫特期早期己然存在孢粉植物区系的时空变化。四方台组过去常常被认为是在干旱环境中形成的。而明水组下部被认为是由曲流河及湖泊沉积组成的。岩相的变化暗示了古环境是从洪泛平原到湖泊演化的。由此可以认为,在坎潘期晚期-马斯特里赫特期早期,松辽盆地的湿度在持续地增加。而湿度又是影响植被分布的主要因素之一。因此,三突起花粉的母体植物可能由于湿度的增加而逐渐迁移靠近松辽盆地。这样,孢粉植物区系的变化很可能是由于地方的环境湿度及植被引起的。此外,三突起花粉在高纬度的坎潘期的沉积物中也有发现。例如,加拿大的阿尔伯塔省,阿拉斯加,库页岛和俄罗斯。这样看来坎,潘期晚期-马斯特里赫特期早期时,三突起花粉的母体植物很能向南迁移了。全球变冷也很可能发生在同一时期。孢粉植物区系的变化很可能与全球气候的变化相关。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q914

【参考文献】