南雄盆地上湖组蛋化石的发现与古环境意义

南雄盆地上湖组蛋化石的发现与古环境意义

南雄盆地丰富，化石丰富，研究水平高。在非海相-古生代地层的研究中，具有明显的优势。近年来，她取得了一些新的发现。主要进展如下。一、南雄盆地西部岩石地层研究1998—2000年广东省地矿局705地质大队开展1/5万《马市幅》和《始兴幅》区域地质调查,重测了南雄盆地西区1/5万地质图。笔者配合该队实测了天子地、斜潭、马市、古市、修仁、黄茅坪和暖水塘等7条地层剖面,系统地采集微体化石样品522个及其他门类化石一批。通过此次工作,查明了南雄盆地西区岩石地层序列、各岩石地层单位的分布及生物群面貌,地层研究取得显著进展,大大提高了西区岩石、生物和年代地层的研究程度(张显球等,2000a、2000b、2000c)。主要成果如下:1岩石地层序列的建立依据7条实测地层剖面和地表追索,将南雄盆地西区白垩系—古近系划分为南雄群(大凤组、主田组、浈水组)、罗佛寨群(上湖组、浓山组、古城村组)和“丹霞组”等2群7组,建立和完善西区的岩石地层序列。南雄盆地西北侧的“丹霞组”是南雄群和罗佛寨群的同时异相地层。2南雄盆地的晚白垩世地层格局微体化石样品室内分析处理结果,有412个样品含介形虫化石,310个样品含轮藻化石。介形虫计有22属87种,依其纵向分布规律可以划分为类女星介Talicypridea、扣星介Porpocypris、金星介Cypris、中华金星介Sinocypris等4个动物群和14个介形虫组合;轮藻计有22属57种,划分为细长似轮藻Charitestenuis-新店扁球轮藻Gyrogonaxindianensis、稍短宽轮藻Latocharacurtula-常州厚球轮藻Grovesicharachangzhouensis、潜江扁球轮藻Gyrogonaqianjiangica-培克轮藻Peckichara-冠轮藻Stephanochara等3个轮藻植物群11个组合。首次建立了南雄盆地西区介形虫和轮藻化石组合序列,其中对古市剖面主田组和暖水塘剖面浓山组、古城村组研究最详细。南雄盆地大凤组及古城村组以往化石稀少,此次在天子地剖面及东湖坪村西的大凤组中发现较丰富的介形虫、轮藻、腹足类和少量瓣鳃类化石,在马市剖面东风陂大凤组上段采获恐龙长形蛋化石;在暖水塘剖面古城村组采获大量以中华金星介Sinocypris为主的介形虫动物群和以小型的潜江扁球轮藻Gyrogonaqianjiangica占绝对优势的轮藻植物群,个别层位还发现锥螺Turritellasp.和河球蚬Sphaeriumrivicolum等软体动物化石。这些发现大大丰富了南雄盆地大凤组和古城村组生物群的面貌。在古市剖面主田组发现一层(M11-G9917)薄壳叶肢介(Tenuestheriatenuis);在古市镇政府之北主田组采获叶肢介石T.tenuis及昆虫化石(古-22)短剑划蝽(Siculicorixa);在马市剖面主田组发现直线叶肢介科Orthestheridae及节肢动物甲壳纲背甲目的鲎虫Triops化石(M7-69)。淡水鲎虫化石不常见,在我国仅见于云、贵、川、冀、皖的侏罗系地层中,在白垩纪地层中发现尚属首次。叶肢介和昆虫在南雄盆地南雄群中也是首次发现。在古市镇政府东侧(古1)和石圳村北网顶形南坡(M11-36)两处发现海相性半咸水底栖有孔虫诺宁虫Nonion化石,与1985年在南雄城南主田姚屋村发现的有孔虫层位相当,两地相距约7km,再次证明南雄盆地白垩纪红层产有孔虫化石,而且它的分布可能很广。它的发现为研究我国大陆东部晚白垩世红层盆地的古地理、古环境提供新资料。在马市镇西北陆源张屋、竹田岭、璎珞坝、赤谷坪、黄田坳头等“丹霞组”地层中发现大量恐龙圆形蛋、恐龙长形蛋、恐龙骨骼及大型龟类等爬行动物及其蛋化石,证实其时代为晚白垩世。在始兴县城东北斜潭村一带大凤组中发现大量圆形蛋类和长形蛋类化石。二、南雄盆地的理论2002年6月吕君昌、邱立诚、张显球三人到南雄考察时,详细观察了南雄和始兴县博物馆馆藏的爬行动物及其蛋化石标本,恐龙专家吕君昌发现馆藏标本中有多个窃蛋龙类和鸭咀龙类标本,而且保存较好,特征明显。其中产于始兴县陆源浈水组的标本属新颌龙科(Caenagnathidae),产于南雄市新城区上湖组坪岭段的标本属窃蛋龙科(Oviraptoridae),两者都属进步的窃蛋龙类(吕君昌,2005)。南雄城浈水河以南至韶赣公路(323国道)一带的地层富含微体化石扣星介动物群Porpocyprisorbiculata带及稍短宽轮藻-常州厚球轮藻植物群,一向被归入古新统上湖组,后来不断发现恐龙蛋化石,显示其地层时代应属白垩纪。窃蛋龙类化石从白垩纪欧特里沃Hauterivian期至马斯特里赫特Maastrichtian期都有发现,进步的窃蛋龙类和鸭咀龙类都是晚白垩世的标准化石,它们在新城区上湖组坪岭段中出现再次证明其地层时代属晚白垩世而非古新世。南雄城新城区上湖组坪岭段恐龙及其蛋化石的新发现,有助于解决微体化石组合与爬行动物之间的对比、上湖组坪岭段的时代归属以及白垩系-古近系界线的划分。南雄盆地的蛋化石十分丰富、分布广泛,在地层中从大凤组开始出现,主田组较常见,至浈水组大量出现,一直延至上湖组底部。过去在大凤组发现的蛋点较少,近年来在始兴县城东北斜潭村至马市东南东风陂,南雄市主田以东下坪村、水口正山、新龙、界址一带的大凤组中发现大量蛋化石,并以圆形蛋类最常见。圆形蛋类过去发现较少,主要见于始兴县陆源浈水组(或“丹霞组”、“坪岭组”)及乌径黄塘一带大凤组上部。从现有资料分析,南雄盆地含蛋化石层下部(大凤组)是以含圆形蛋类为主,而上部(主田组、浈水组及上湖组底部)以长形蛋类占绝对优势,目前仅在陆源的浈水组发现圆形蛋类化石。下部以圆形蛋类为主,上部长形蛋类占绝对优势,这与河源盆地蛋化石的分布规律完全相同。三、地壳氧同位素杨卫东等(1993)测试了南雄盆地浈水组中上部几个夹层的碳酸盐样品的碳、氧同位素,其同位素组成是:δ13C值的范围为-8.14～-10.3‰,平均为-9.18‰,δ18O值的范围-7.36～-10.94‰,平均为-8.91‰。根据蛋壳δ18O与其产地年平均气温呈线性关系,推算出浈水组中上部当时的古温度平均变化范围为26.66～33.95°C。赵资奎等(2000)分析大塘(36个样品)和枫门坳(20个样品)两剖面蛋壳的碳氧同位素,氧同位素(δ18O)大塘为+11.43～-7.97‰,枫门坳为+6.9～-6.68‰,变化幅度较大,并均在孢粉所定白垩系-古近系界线层之上(浈水组上部)出现剧烈波动,发生了多次(3次以上)正值偏移。δ18O与Ir异常变化基本一致,证明南雄盆地在浈水组上部时期气候环境曾发生过强烈的变化,据δ18O值推算当时温度大体在22°～27.6°C之间,并至少出现过3次年平均气温在27°C以上的相当严重的干燥气候;蛋壳碳同位素(δ13C)大塘为-8.74～-11.60‰,枫门坳为-8.37～-11.09‰,碳酸盐蛋壳的δ13C主要与该产蛋动物吸收食物中13C/12C有关,两剖面δ13C变化幅度均较小,并出现相对亏损的变化趋势,这种均一性反映恐龙食物(以C3型植物作为食物)主要来源的相似性,植物的δ13C值可反映大气CO2浓度及δa变化,C3型植物生长于富含CO2的环境中,其δ13C明显高于-27‰,恐龙蛋壳δ13C值相对亏损变化趋势可能间接反映该时期出现过大气CO2浓度的持续升高。四、南雄盆地的兴起赵资奎等(1998)用放射化学中子活化分析方法测定大塘剖面浈水组的铱含量,发现有3个层位(CGD109/52—55m,111/60—63m,119/109—110m)的蛋壳样品有铱含量异常,其中孢粉所定白垩系-古近系界线层底部的样品(CGD111)铱丰度最高,相当于背景值的8—10倍。认为白垩系-古近系界线铱富集事件与恐龙绝灭有联系,结合该地层间隔内蛋壳微量元素、氧同位素及蛋壳结构的异常变化,提出:1)恐龙蛋的铱异常和微量元素是通过食物进入恐龙体内,然后经新陈代谢作用而沉积到蛋壳中;2)南雄盆地浈水组发生以铱异常为标志的环境事件至少持续了15万年。赵资奎等(2002)进一步研究了大塘和枫门坳剖面浈水组的恐龙蛋壳铱含量,指出浈水组至少有6个含铱层位,其中由孢粉所确定的白垩系-古近系界线间隔带及其附近的蛋壳铱含量高于背景值19倍(大塘剖面)或28倍(枫门坳剖面),也是微量元素异常和病态蛋壳的主要分布层位,据此认为从晚白垩世最晚期至“古新世最早期”至少有6次铱释放事件存在。南雄盆地恐龙蛋计有Macroolithusyaotunensis、M.rugustus、Elongatoolithusandrewsi、E.elongatus、E.sp.、Spheroolithusshuinanensis、Prismatoolithushukouensis、Stromatoolithusping-lingensis、Ovaloolithuscf.O.laminadermus、O.cf.O.chinkangkouensis、Nanshiungoolithuschuetienensis、Shixingoolithuserbeni等8属12种,以前2属5种纵向最常见、数量最多,并越过孢粉所定的白垩系-古近系界线,后6属7种在白垩系-古近系界线上绝灭。恐龙蛋壳的地球化学分析表明,病态蛋壳的形成是微量元素异常所引起,恐龙绝灭的原因是环境污染和气候条件的反常变化,经常反复的地球化学环境恶化影响恐龙的生长发育,促成恐龙的绝灭。南雄盆地恐龙绝灭不是瞬间发生的,而是从主要绝灭(E/K界线)开始延续了25万年,至早古新世才完全绝灭。五、关于阶齿兽的地层分布周明镇等(1977)描述南雄上湖组哺乳类化石7属10种,认为是以阶齿兽为代表的中古新世哺乳动物群,并将上湖组划分为顶、上、中和下部等4个化石层,指出阶齿兽在中、上化石层大量出现,而在顶部和下部的化石层中较少或缺失,但没有明确指出代表顶部和下部的化石层在地层剖面中的具体位置。童永生等(1976)将上湖组的4个化石层合并成3个,认为中部化石层以产丰富的南雄阶齿兽为特征,分布比较广泛;上部化石层已知有Bemalambdacrassa和Lofochaiusbrachyodus,化石点集中于珠玑附近的增德坳,金堂和大石坑一带;下部化石层可能分布不广,在南雄师范学校的公路南侧找到过较多的哺乳类化石。现已初步查明在大塘剖面,阶齿兽出现的最低层位在第18层(图1),距依恐龙绝灭划分的白垩系-古近系界线约56m(叶捷,2000),距上湖组的底界约60m,即大塘剖面上湖组下部有60m厚的地层未发现阶齿兽化石,但有原始髁节类和犭亚类;在湖口地区罗佛寨剖面上湖组下部140m厚的地层未发现阶齿兽,但有哺乳类化石碎片;武台岗剖面阶齿兽最低层位距上湖组底界212m,上湖组下部只有髁节类和一些古哺乳类破碎肢骨和牙齿(郑家坚等,1973)。在南雄盆地阶齿兽一向被认为是上湖组独有,是上湖组时代划归古新世或中古新世或早—中古新世的主要依据,查明它的地层分布有重要意义。如上所述,阶齿兽主要产于上湖组中部(下惠段),下部(坪岭段)只见髁节类、犭亚类或哺乳类碎片,未见阶齿兽化石,阶齿兽始现层位距上湖组底界60—212m,即上湖组下部有60—212m厚的地层至今未发现阶齿兽化石,却产微体化石扣星介(Porpocypris)动物群和稍短宽轮藻-常州厚球轮藻植物群,在大塘、高田、南雄城南等地上湖组近底部还产鸭咀龙类和窃蛋龙类及恐龙蛋化石。因此,笔者主张上湖组下部的时代归属晚白垩世晚期,盛产阶齿兽动物群的上湖组中上部才属古新世,白垩系-古近系界线可以考虑划在阶齿兽首现处。其实在南雄盆地阶齿兽并非上湖组独有,它出现的最高层位是浓山组竹桂坑段,见于大塘剖面必得坑村以北约500m处。该化石点在1994年以前即已发现,但大多数人没有注意其层位,经笔者在该化石点采集微古样品分析,其中富产Sinocyprisexcelsa、Parailyocyprischangzhouensis、Eucyprissanshuiensis等介形虫及Grovesicharachangzhouensis轮藻植物群,并有大量的腹足类口盖、鲤科鱼类咽喉齿及小型哺乳动物牙齿化石,其层位属浓山组无疑,肯定不属上湖组。类似的层位较高的阶齿兽类化石还见于三水盆地东北部南国桃源(原称新村水库)一套红色粗碎屑岩中,笔者根据岩性和层位对比,结合微体化石分析,认为阶齿兽所在的红层属宝月组,因为当地许多钻井已揭露,阶齿兽层以下为布心组(大套黑色层)不整合于上古生界或三叠系—侏罗系地层之上,当地缺失莘庄村组。王伴月等(1977)仍坚持认为阶齿兽层应属莘庄村组,不可能属宝月组,理由是其时代不可能晚到中始新世。笔者认为宝月组的时代可以商榷,但三水盆地阶齿兽的层位在土布心组之上,而不是在土布心组之下,这是毫无疑问的。南雄盆地浓山组的时代是有争议的,有早始新世和晚古新世两种意见,笔者赞同后一观点,即阶齿兽的时代可以延续到晚古新世,因为它出现在时代有争议的浓山组和三水盆地宝月组中,还不能排除到早始新世的可能性。六、白垩系-古近系界线南雄盆地大塘剖面出露良好、化石丰富,是我国目前非海相地层研究程度最高的一条白垩系-古近系界线典型剖面,由于依据的化石门类不同,对该剖面白垩系-古近系界线划分目前存在下列4种意见:1半干热汉世纪地层内龙肉与阶齿兽的出现非海相白垩系-古近系界线国际上传统的划分是以恐龙的绝灭为白垩系的上限,以哺乳类的大量出现为古近系的下限。如上所述,在南雄盆地恐龙类消失后与哺乳类阶齿兽动物群大量出现之前尚有一段厚薄不一的地层,其中既未发现恐龙及其蛋化石,也未发现阶齿兽。这段恐龙与阶齿兽空白的地层在大塘剖面有56m,罗佛寨剖面厚约140m,武台岗剖面厚约212m。故依据恐龙绝灭和阶齿兽出现还难以精确划分这一界线,只能粗略地划在恐龙类消失处或阶齿兽始现点。近年来Erben等(1995)和赵资奎等(赵资奎等,1998、2000;ZhaoZ.K.etal.,2002)放弃用恐龙绝灭划分白垩系-古近系界线,认为恐龙绝灭已不再是白垩纪末毫无疑问的时代标志,认为南雄盆地恐龙绝灭不是瞬间发生的,而是从白垩系-古近系界线开始延续了250ka,至早古新世才完全绝灭。2晚白垩世生物相对生物的结构和生物地层界线张显球(1992)系统采集和详细研究上湖组介形虫动物群的纵向分布规律,划分出2个介形虫动物群和4个化石带。扣星介动物群分布在上湖组坪岭段,属种分异度高,含有Cypridea、Mongolocypris、Nanxiongium等典型中生代的属,兼有中、新生代非海相的介形虫,是一个以中生代属种为主,中、新生代属种混生的过渡性动物群,它与三水盆地大朗土朗土山组、衡阳盆地车江组、苏北泰州组、晋冀边境灰泉堡组、松辽明水组及蒙古纳莫格特盆地Nemegt组等晚白垩世的介形虫动物群非常相似,地层层位相当,时代相近,属晚白垩世最晚期。产于上湖组中上部(下惠段和逆龙坑段)的金星介动物群,属种单调、分异度低,以Cypris、Eucypris、Ilyocypris、Candoniella等属为主,Sinocypris开始出现,典型的中生代属种全部绝灭,介形虫动物群演化进入一个新阶段,完全反映新生代非海相介形虫的面貌,时代属古新世。在坪岭段与下惠段界面之上,有近半数的属和2/3的种消失,界面上、下的介形虫面貌截然不同,属种新旧更替明显、是一条很清晰的生物地层分界线,可作为白垩系-古近系界线。南雄盆地白垩系-古近系界线地层上下介形虫地理分布广泛,纵向出现频繁、个体数量丰富、容易发现、演化迅速、组合特征明显,坪岭段的两个化石带(P.orbiculata带和P.sphaeroidalis带)在大塘、武台岗、罗佛寨、南雄城南、枫门坳、修仁、黄茅坪等剖面的坪岭段中分布十分稳定,应用介形虫化石,可以对南雄盆地白垩系-古近系界线地层作精细的划分与对比。3古近纪—根据腹足类化石组合将白垩系-古近系界线划在上湖组坪岭段上部(18层/17层之间)(图1)余汶等(1990)认为上湖组坪岭段中下部腹足类Palaeoancylus