南雄盆地上湖組蛋化石的發(fā)現(xiàn)與古環(huán)境意義

南雄盆地上湖組蛋化石的發(fā)現(xiàn)與古環(huán)境意義

南雄盆地豐富，化石豐富，研究水平高。在非海相-古生代地層的研究中，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，她取得了一些新的發(fā)現(xiàn)。主要進(jìn)展如下。一、南雄盆地西部巖石地層研究1998—2000年廣東省地礦局705地質(zhì)大隊(duì)開(kāi)展1/5萬(wàn)《馬市幅》和《始興幅》區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,重測(cè)了南雄盆地西區(qū)1/5萬(wàn)地質(zhì)圖。筆者配合該隊(duì)實(shí)測(cè)了天子地、斜潭、馬市、古市、修仁、黃茅坪和暖水塘等7條地層剖面,系統(tǒng)地采集微體化石樣品522個(gè)及其他門類化石一批。通過(guò)此次工作,查明了南雄盆地西區(qū)巖石地層序列、各巖石地層單位的分布及生物群面貌,地層研究取得顯著進(jìn)展,大大提高了西區(qū)巖石、生物和年代地層的研究程度(張顯球等,2000a、2000b、2000c)。主要成果如下:1巖石地層序列的建立依據(jù)7條實(shí)測(cè)地層剖面和地表追索,將南雄盆地西區(qū)白堊系—古近系劃分為南雄群(大鳳組、主田組、湞水組)、羅佛寨群(上湖組、濃山組、古城村組)和“丹霞組”等2群7組,建立和完善西區(qū)的巖石地層序列。南雄盆地西北側(cè)的“丹霞組”是南雄群和羅佛寨群的同時(shí)異相地層。2南雄盆地的晚白堊世地層格局微體化石樣品室內(nèi)分析處理結(jié)果,有412個(gè)樣品含介形蟲(chóng)化石,310個(gè)樣品含輪藻化石。介形蟲(chóng)計(jì)有22屬87種,依其縱向分布規(guī)律可以劃分為類女星介Talicypridea、扣星介Porpocypris、金星介Cypris、中華金星介Sinocypris等4個(gè)動(dòng)物群和14個(gè)介形蟲(chóng)組合;輪藻計(jì)有22屬57種,劃分為細(xì)長(zhǎng)似輪藻Charitestenuis-新店扁球輪藻Gyrogonaxindianensis、稍短寬輪藻Latocharacurtula-常州厚球輪藻Grovesicharachangzhouensis、潛江扁球輪藻Gyrogonaqianjiangica-培克輪藻Peckichara-冠輪藻Stephanochara等3個(gè)輪藻植物群11個(gè)組合。首次建立了南雄盆地西區(qū)介形蟲(chóng)和輪藻化石組合序列,其中對(duì)古市剖面主田組和暖水塘剖面濃山組、古城村組研究最詳細(xì)。南雄盆地大鳳組及古城村組以往化石稀少,此次在天子地剖面及東湖坪村西的大鳳組中發(fā)現(xiàn)較豐富的介形蟲(chóng)、輪藻、腹足類和少量瓣鰓類化石,在馬市剖面東風(fēng)陂大鳳組上段采獲恐龍長(zhǎng)形蛋化石;在暖水塘剖面古城村組采獲大量以中華金星介Sinocypris為主的介形蟲(chóng)動(dòng)物群和以小型的潛江扁球輪藻Gyrogonaqianjiangica占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的輪藻植物群,個(gè)別層位還發(fā)現(xiàn)錐螺Turritellasp.和河球蜆Sphaeriumrivicolum等軟體動(dòng)物化石。這些發(fā)現(xiàn)大大豐富了南雄盆地大鳳組和古城村組生物群的面貌。在古市剖面主田組發(fā)現(xiàn)一層(M11-G9917)薄殼葉肢介(Tenuestheriatenuis);在古市鎮(zhèn)政府之北主田組采獲葉肢介石T.tenuis及昆蟲(chóng)化石(古-22)短劍劃蝽(Siculicorixa);在馬市剖面主田組發(fā)現(xiàn)直線葉肢介科Orthestheridae及節(jié)肢動(dòng)物甲殼綱背甲目的鱟蟲(chóng)Triops化石(M7-69)。淡水鱟蟲(chóng)化石不常見(jiàn),在我國(guó)僅見(jiàn)于云、貴、川、冀、皖的侏羅系地層中,在白堊紀(jì)地層中發(fā)現(xiàn)尚屬首次。葉肢介和昆蟲(chóng)在南雄盆地南雄群中也是首次發(fā)現(xiàn)。在古市鎮(zhèn)政府東側(cè)(古1)和石圳村北網(wǎng)頂形南坡(M11-36)兩處發(fā)現(xiàn)海相性半咸水底棲有孔蟲(chóng)諾寧蟲(chóng)Nonion化石,與1985年在南雄城南主田姚屋村發(fā)現(xiàn)的有孔蟲(chóng)層位相當(dāng),兩地相距約7km,再次證明南雄盆地白堊紀(jì)紅層產(chǎn)有孔蟲(chóng)化石,而且它的分布可能很廣。它的發(fā)現(xiàn)為研究我國(guó)大陸東部晚白堊世紅層盆地的古地理、古環(huán)境提供新資料。在馬市鎮(zhèn)西北陸源張屋、竹田嶺、瓔珞壩、赤谷坪、黃田坳頭等“丹霞組”地層中發(fā)現(xiàn)大量恐龍圓形蛋、恐龍長(zhǎng)形蛋、恐龍骨骼及大型龜類等爬行動(dòng)物及其蛋化石,證實(shí)其時(shí)代為晚白堊世。在始興縣城東北斜潭村一帶大鳳組中發(fā)現(xiàn)大量圓形蛋類和長(zhǎng)形蛋類化石。二、南雄盆地的理論2002年6月呂君昌、邱立誠(chéng)、張顯球三人到南雄考察時(shí),詳細(xì)觀察了南雄和始興縣博物館館藏的爬行動(dòng)物及其蛋化石標(biāo)本,恐龍專家呂君昌發(fā)現(xiàn)館藏標(biāo)本中有多個(gè)竊蛋龍類和鴨咀龍類標(biāo)本,而且保存較好,特征明顯。其中產(chǎn)于始興縣陸源湞水組的標(biāo)本屬新頜龍科(Caenagnathidae),產(chǎn)于南雄市新城區(qū)上湖組坪嶺段的標(biāo)本屬竊蛋龍科(Oviraptoridae),兩者都屬進(jìn)步的竊蛋龍類(呂君昌,2005)。南雄城湞水河以南至韶贛公路(323國(guó)道)一帶的地層富含微體化石扣星介動(dòng)物群Porpocyprisorbiculata帶及稍短寬輪藻-常州厚球輪藻植物群,一向被歸入古新統(tǒng)上湖組,后來(lái)不斷發(fā)現(xiàn)恐龍蛋化石,顯示其地層時(shí)代應(yīng)屬白堊紀(jì)。竊蛋龍類化石從白堊紀(jì)歐特里沃Hauterivian期至馬斯特里赫特Maastrichtian期都有發(fā)現(xiàn),進(jìn)步的竊蛋龍類和鴨咀龍類都是晚白堊世的標(biāo)準(zhǔn)化石,它們?cè)谛鲁菂^(qū)上湖組坪嶺段中出現(xiàn)再次證明其地層時(shí)代屬晚白堊世而非古新世。南雄城新城區(qū)上湖組坪嶺段恐龍及其蛋化石的新發(fā)現(xiàn),有助于解決微體化石組合與爬行動(dòng)物之間的對(duì)比、上湖組坪嶺段的時(shí)代歸屬以及白堊系-古近系界線的劃分。南雄盆地的蛋化石十分豐富、分布廣泛,在地層中從大鳳組開(kāi)始出現(xiàn),主田組較常見(jiàn),至湞水組大量出現(xiàn),一直延至上湖組底部。過(guò)去在大鳳組發(fā)現(xiàn)的蛋點(diǎn)較少,近年來(lái)在始興縣城東北斜潭村至馬市東南東風(fēng)陂,南雄市主田以東下坪村、水口正山、新龍、界址一帶的大鳳組中發(fā)現(xiàn)大量蛋化石,并以圓形蛋類最常見(jiàn)。圓形蛋類過(guò)去發(fā)現(xiàn)較少,主要見(jiàn)于始興縣陸源湞水組(或“丹霞組”、“坪嶺組”)及烏徑黃塘一帶大鳳組上部。從現(xiàn)有資料分析,南雄盆地含蛋化石層下部(大鳳組)是以含圓形蛋類為主,而上部(主田組、湞水組及上湖組底部)以長(zhǎng)形蛋類占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),目前僅在陸源的湞水組發(fā)現(xiàn)圓形蛋類化石。下部以圓形蛋類為主,上部長(zhǎng)形蛋類占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),這與河源盆地蛋化石的分布規(guī)律完全相同。三、地殼氧同位素楊衛(wèi)東等(1993)測(cè)試了南雄盆地湞水組中上部幾個(gè)夾層的碳酸鹽樣品的碳、氧同位素,其同位素組成是:δ13C值的范圍為-8.14～-10.3‰,平均為-9.18‰,δ18O值的范圍-7.36～-10.94‰,平均為-8.91‰。根據(jù)蛋殼δ18O與其產(chǎn)地年平均氣溫呈線性關(guān)系,推算出湞水組中上部當(dāng)時(shí)的古溫度平均變化范圍為26.66～33.95°C。趙資奎等(2000)分析大塘(36個(gè)樣品)和楓門坳(20個(gè)樣品)兩剖面蛋殼的碳氧同位素,氧同位素(δ18O)大塘為+11.43～-7.97‰,楓門坳為+6.9～-6.68‰,變化幅度較大,并均在孢粉所定白堊系-古近系界線層之上(湞水組上部)出現(xiàn)劇烈波動(dòng),發(fā)生了多次(3次以上)正值偏移。δ18O與Ir異常變化基本一致,證明南雄盆地在湞水組上部時(shí)期氣候環(huán)境曾發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的變化,據(jù)δ18O值推算當(dāng)時(shí)溫度大體在22°～27.6°C之間,并至少出現(xiàn)過(guò)3次年平均氣溫在27°C以上的相當(dāng)嚴(yán)重的干燥氣候;蛋殼碳同位素(δ13C)大塘為-8.74～-11.60‰,楓門坳為-8.37～-11.09‰,碳酸鹽蛋殼的δ13C主要與該產(chǎn)蛋動(dòng)物吸收食物中13C/12C有關(guān),兩剖面δ13C變化幅度均較小,并出現(xiàn)相對(duì)虧損的變化趨勢(shì),這種均一性反映恐龍食物(以C3型植物作為食物)主要來(lái)源的相似性,植物的δ13C值可反映大氣CO2濃度及δa變化,C3型植物生長(zhǎng)于富含CO2的環(huán)境中,其δ13C明顯高于-27‰,恐龍蛋殼δ13C值相對(duì)虧損變化趨勢(shì)可能間接反映該時(shí)期出現(xiàn)過(guò)大氣CO2濃度的持續(xù)升高。四、南雄盆地的興起趙資奎等(1998)用放射化學(xué)中子活化分析方法測(cè)定大塘剖面湞水組的銥含量,發(fā)現(xiàn)有3個(gè)層位(CGD109/52—55m,111/60—63m,119/109—110m)的蛋殼樣品有銥含量異常,其中孢粉所定白堊系-古近系界線層底部的樣品(CGD111)銥豐度最高,相當(dāng)于背景值的8—10倍。認(rèn)為白堊系-古近系界線銥富集事件與恐龍絕滅有聯(lián)系,結(jié)合該地層間隔內(nèi)蛋殼微量元素、氧同位素及蛋殼結(jié)構(gòu)的異常變化,提出:1)恐龍蛋的銥異常和微量元素是通過(guò)食物進(jìn)入恐龍?bào)w內(nèi),然后經(jīng)新陳代謝作用而沉積到蛋殼中;2)南雄盆地湞水組發(fā)生以銥異常為標(biāo)志的環(huán)境事件至少持續(xù)了15萬(wàn)年。趙資奎等(2002)進(jìn)一步研究了大塘和楓門坳剖面湞水組的恐龍蛋殼銥含量,指出湞水組至少有6個(gè)含銥層位,其中由孢粉所確定的白堊系-古近系界線間隔帶及其附近的蛋殼銥含量高于背景值19倍(大塘剖面)或28倍(楓門坳剖面),也是微量元素異常和病態(tài)蛋殼的主要分布層位,據(jù)此認(rèn)為從晚白堊世最晚期至“古新世最早期”至少有6次銥釋放事件存在。南雄盆地恐龍蛋計(jì)有Macroolithusyaotunensis、M.rugustus、Elongatoolithusandrewsi、E.elongatus、E.sp.、Spheroolithusshuinanensis、Prismatoolithushukouensis、Stromatoolithusping-lingensis、Ovaloolithuscf.O.laminadermus、O.cf.O.chinkangkouensis、Nanshiungoolithuschuetienensis、Shixingoolithuserbeni等8屬12種,以前2屬5種縱向最常見(jiàn)、數(shù)量最多,并越過(guò)孢粉所定的白堊系-古近系界線,后6屬7種在白堊系-古近系界線上絕滅?？铸埖皻さ牡厍蚧瘜W(xué)分析表明,病態(tài)蛋殼的形成是微量元素異常所引起,恐龍絕滅的原因是環(huán)境污染和氣候條件的反常變化,經(jīng)常反復(fù)的地球化學(xué)環(huán)境惡化影響恐龍的生長(zhǎng)發(fā)育,促成恐龍的絕滅。南雄盆地恐龍絕滅不是瞬間發(fā)生的,而是從主要絕滅(E/K界線)開(kāi)始延續(xù)了25萬(wàn)年,至早古新世才完全絕滅。五、關(guān)于階齒獸的地層分布周明鎮(zhèn)等(1977)描述南雄上湖組哺乳類化石7屬10種,認(rèn)為是以階齒獸為代表的中古新世哺乳動(dòng)物群,并將上湖組劃分為頂、上、中和下部等4個(gè)化石層,指出階齒獸在中、上化石層大量出現(xiàn),而在頂部和下部的化石層中較少或缺失,但沒(méi)有明確指出代表頂部和下部的化石層在地層剖面中的具體位置。童永生等(1976)將上湖組的4個(gè)化石層合并成3個(gè),認(rèn)為中部化石層以產(chǎn)豐富的南雄階齒獸為特征,分布比較廣泛;上部化石層已知有Bemalambdacrassa和Lofochaiusbrachyodus,化石點(diǎn)集中于珠璣附近的增德坳,金堂和大石坑一帶;下部化石層可能分布不廣,在南雄師范學(xué)校的公路南側(cè)找到過(guò)較多的哺乳類化石?，F(xiàn)已初步查明在大塘剖面,階齒獸出現(xiàn)的最低層位在第18層(圖1),距依恐龍絕滅劃分的白堊系-古近系界線約56m(葉捷,2000),距上湖組的底界約60m,即大塘剖面上湖組下部有60m厚的地層未發(fā)現(xiàn)階齒獸化石,但有原始髁節(jié)類和犭亞類;在湖口地區(qū)羅佛寨剖面上湖組下部140m厚的地層未發(fā)現(xiàn)階齒獸,但有哺乳類化石碎片;武臺(tái)崗剖面階齒獸最低層位距上湖組底界212m,上湖組下部只有髁節(jié)類和一些古哺乳類破碎肢骨和牙齒(鄭家堅(jiān)等,1973)。在南雄盆地階齒獸一向被認(rèn)為是上湖組獨(dú)有,是上湖組時(shí)代劃歸古新世或中古新世或早—中古新世的主要依據(jù),查明它的地層分布有重要意義。如上所述,階齒獸主要產(chǎn)于上湖組中部(下惠段),下部(坪嶺段)只見(jiàn)髁節(jié)類、犭亞類或哺乳類碎片,未見(jiàn)階齒獸化石,階齒獸始現(xiàn)層位距上湖組底界60—212m,即上湖組下部有60—212m厚的地層至今未發(fā)現(xiàn)階齒獸化石,卻產(chǎn)微體化石扣星介(Porpocypris)動(dòng)物群和稍短寬輪藻-常州厚球輪藻植物群,在大塘、高田、南雄城南等地上湖組近底部還產(chǎn)鴨咀龍類和竊蛋龍類及恐龍蛋化石。因此,筆者主張上湖組下部的時(shí)代歸屬晚白堊世晚期,盛產(chǎn)階齒獸動(dòng)物群的上湖組中上部才屬古新世,白堊系-古近系界線可以考慮劃在階齒獸首現(xiàn)處。其實(shí)在南雄盆地階齒獸并非上湖組獨(dú)有,它出現(xiàn)的最高層位是濃山組竹桂坑段,見(jiàn)于大塘剖面必得坑村以北約500m處。該化石點(diǎn)在1994年以前即已發(fā)現(xiàn),但大多數(shù)人沒(méi)有注意其層位,經(jīng)筆者在該化石點(diǎn)采集微古樣品分析,其中富產(chǎn)Sinocyprisexcelsa、Parailyocyprischangzhouensis、Eucyprissanshuiensis等介形蟲(chóng)及Grovesicharachangzhouensis輪藻植物群,并有大量的腹足類口蓋、鯉科魚(yú)類咽喉齒及小型哺乳動(dòng)物牙齒化石,其層位屬濃山組無(wú)疑,肯定不屬上湖組。類似的層位較高的階齒獸類化石還見(jiàn)于三水盆地東北部南國(guó)桃源(原稱新村水庫(kù))一套紅色粗碎屑巖中,筆者根據(jù)巖性和層位對(duì)比,結(jié)合微體化石分析,認(rèn)為階齒獸所在的紅層屬寶月組,因?yàn)楫?dāng)?shù)卦S多鉆井已揭露,階齒獸層以下為布心組(大套黑色層)不整合于上古生界或三疊系—侏羅系地層之上,當(dāng)?shù)厝笔л非f村組。王伴月等(1977)仍堅(jiān)持認(rèn)為階齒獸層應(yīng)屬莘莊村組,不可能屬寶月組,理由是其時(shí)代不可能晚到中始新世。筆者認(rèn)為寶月組的時(shí)代可以商榷,但三水盆地階齒獸的層位在土布心組之上,而不是在土布心組之下,這是毫無(wú)疑問(wèn)的。南雄盆地濃山組的時(shí)代是有爭(zhēng)議的,有早始新世和晚古新世兩種意見(jiàn),筆者贊同后一觀點(diǎn),即階齒獸的時(shí)代可以延續(xù)到晚古新世,因?yàn)樗霈F(xiàn)在時(shí)代有爭(zhēng)議的濃山組和三水盆地寶月組中,還不能排除到早始新世的可能性。六、白堊系-古近系界線南雄盆地大塘剖面出露良好、化石豐富,是我國(guó)目前非海相地層研究程度最高的一條白堊系-古近系界線典型剖面,由于依據(jù)的化石門類不同,對(duì)該剖面白堊系-古近系界線劃分目前存在下列4種意見(jiàn):1半干熱漢世紀(jì)地層內(nèi)龍肉與階齒獸的出現(xiàn)非海相白堊系-古近系界線國(guó)際上傳統(tǒng)的劃分是以恐龍的絕滅為白堊系的上限,以哺乳類的大量出現(xiàn)為古近系的下限。如上所述,在南雄盆地恐龍類消失后與哺乳類階齒獸動(dòng)物群大量出現(xiàn)之前尚有一段厚薄不一的地層,其中既未發(fā)現(xiàn)恐龍及其蛋化石,也未發(fā)現(xiàn)階齒獸。這段恐龍與階齒獸空白的地層在大塘剖面有56m,羅佛寨剖面厚約140m,武臺(tái)崗剖面厚約212m。故依據(jù)恐龍絕滅和階齒獸出現(xiàn)還難以精確劃分這一界線,只能粗略地劃在恐龍類消失處或階齒獸始現(xiàn)點(diǎn)。近年來(lái)Erben等(1995)和趙資奎等(趙資奎等,1998、2000;ZhaoZ.K.etal.,2002)放棄用恐龍絕滅劃分白堊系-古近系界線,認(rèn)為恐龍絕滅已不再是白堊紀(jì)末毫無(wú)疑問(wèn)的時(shí)代標(biāo)志,認(rèn)為南雄盆地恐龍絕滅不是瞬間發(fā)生的,而是從白堊系-古近系界線開(kāi)始延續(xù)了250ka,至早古新世才完全絕滅。2晚白堊世生物相對(duì)生物的結(jié)構(gòu)和生物地層界線張顯球(1992)系統(tǒng)采集和詳細(xì)研究上湖組介形蟲(chóng)動(dòng)物群的縱向分布規(guī)律,劃分出2個(gè)介形蟲(chóng)動(dòng)物群和4個(gè)化石帶?？坌墙閯?dòng)物群分布在上湖組坪嶺段,屬種分異度高,含有Cypridea、Mongolocypris、Nanxiongium等典型中生代的屬,兼有中、新生代非海相的介形蟲(chóng),是一個(gè)以中生代屬種為主,中、新生代屬種混生的過(guò)渡性動(dòng)物群,它與三水盆地大朗土朗土山組、衡陽(yáng)盆地車江組、蘇北泰州組、晉冀邊境灰泉堡組、松遼明水組及蒙古納莫格特盆地Nemegt組等晚白堊世的介形蟲(chóng)動(dòng)物群非常相似,地層層位相當(dāng),時(shí)代相近,屬晚白堊世最晚期。產(chǎn)于上湖組中上部(下惠段和逆龍坑段)的金星介動(dòng)物群,屬種單調(diào)、分異度低,以Cypris、Eucypris、Ilyocypris、Candoniella等屬為主,Sinocypris開(kāi)始出現(xiàn),典型的中生代屬種全部絕滅,介形蟲(chóng)動(dòng)物群演化進(jìn)入一個(gè)新階段,完全反映新生代非海相介形蟲(chóng)的面貌,時(shí)代屬古新世。在坪嶺段與下惠段界面之上,有近半數(shù)的屬和2/3的種消失,界面上、下的介形蟲(chóng)面貌截然不同,屬種新舊更替明顯、是一條很清晰的生物地層分界線,可作為白堊系-古近系界線。南雄盆地白堊系-古近系界線地層上下介形蟲(chóng)地理分布廣泛,縱向出現(xiàn)頻繁、個(gè)體數(shù)量豐富、容易發(fā)現(xiàn)、演化迅速、組合特征明顯,坪嶺段的兩個(gè)化石帶(P.orbiculata帶和P.sphaeroidalis帶)在大塘、武臺(tái)崗、羅佛寨、南雄城南、楓門坳、修仁、黃茅坪等剖面的坪嶺段中分布十分穩(wěn)定,應(yīng)用介形蟲(chóng)化石,可以對(duì)南雄盆地白堊系-古近系界線地層作精細(xì)的劃分與對(duì)比。3古近紀(jì)—根據(jù)腹足類化石組合將白堊系-古近系界線劃在上湖組坪嶺段上部(18層/17層之間)(圖1)余汶等(1990)認(rèn)為上湖組坪嶺段中下部腹足類Palaeoancylus