李 亞, 姚建新, 王思恩*, 龐其清

1)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 國土資源部地層與古生物重點實驗室, 北京 100037; 2)石家莊經(jīng)濟學院, 河北石家莊 050031

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鄂爾多斯盆地中
—晚三疊世陸相地層與建階

李 亞1), 姚建新1), 王思恩1)*, 龐其清2)

1)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 國土資源部地層與古生物重點實驗室, 北京 100037; 2)石家莊經(jīng)濟學院, 河北石家莊 050031

摘 要:中生代以來, 陸相沉積是中國地層發(fā)育特色。海相地層與陸相地層發(fā)育特征不同, 難以進行對比。三疊紀是中生代第一個紀, 在中國發(fā)育有眾多陸相湖盆。對這些三疊紀湖相沉積開展研究, 有助于建立陸相年代地層序列, 完成陸相地層劃分, 賦予可與海相地層對比的年代。我們選擇中國北方鄂爾多斯盆地漆水河剖面和窟野河剖面, 開展中—上三疊統(tǒng)陸相地層建階研究。我們在理順巖石地層劃分系統(tǒng)的基礎上, 分析了各類生物發(fā)生、發(fā)展以及繁盛的演變歷程, 劃分出生物帶及生物界線, 并建立了中三疊統(tǒng)印臺階和金鎖關階以及上三疊統(tǒng)楊家坪階和焦坪階。印臺階以介形類Tungchuania quadratiformis和Lutkevichinella ansulca的首現(xiàn)層位為底界; 金鎖關階以植物Danaeopsis magnifolia, Danaeopsis cf. marantacea和Tongchuanophyllum shensiense的首現(xiàn)層位為底界; 楊家坪階以植物Asterotheca szeiana和Danaeopsis fecunda的首現(xiàn)層位為底界; 焦坪階以植物組合Danaeopsis fecunda-Asterotheca szeiana-Cladophlebis kaoiana首現(xiàn)層位為底界。

關鍵詞:鄂爾多斯盆地； 陸相地層； 中—晚三疊世； 階

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(編號: 1212011120142; 12120114026701; 1212011120115; 1212011120116; 1211402108021)、科技部科技基礎性工作專項(編號: 2015FY310100)、國家重點基礎研究發(fā)展計劃(編號: 2011CB403002)和國家自然科學基金項目(編號: 41472030)聯(lián)合資助。

地層中蘊藏了地球演化過程中豐富的重要信息。近兩個世紀以來, 國際地層學者、古生物學者和其他地質(zhì)學者在巖石地層、生物地層以及其它相關學科研究方面, 投入了極大精力進行研究, 已完成一張高水平的國際地質(zhì)年表(International Chronostratigraphic Chart), 之后逐年修改完善(Gradstein et al., 2012; Cohen et al., 2013)。在這張最新版本(v2016/04)的國際地質(zhì)年表中(Cohen et al., 2013), 全球已建了110個階, 其中67個階的全球界線層型剖面和點位(GSSP)(通常所稱“金釘子”)被國際地層委員會和國際地質(zhì)科學聯(lián)合會批準確認, 有10個GSSP被建立在中國。當前國際年代地層系統(tǒng)主要是在海相地層中進行的, 且海相階內(nèi)的生物地層均顯示為生物帶。目前, 國際地層委員會確定了未來地層學研究的主要工作內(nèi)容: ①國際地質(zhì)年代分辨率的標準化和繼續(xù)改進, 更深入地從區(qū)域?qū)Ρ劝l(fā)展到全球?qū)Ρ? ②在理解地球演化過程中建立起地層格架和對比關系, 更真實地認識地球演變的歷史。為達到上述目的, 強調(diào)要使國際地層學概念標準化, 繼續(xù)改進國際地質(zhì)年表的分辨率, 在應用生物地層定義界線的同時, 要更多地引入其它諸如磁性地層、穩(wěn)定同位素、事件地層、層序地層等非生物地層方法, 以利全球?qū)Ρ鹊膶崿F(xiàn)(戎嘉余, 2003;姚建新等, 2015)。由此可以看出, 隨著國際地質(zhì)年表分辨率的繼續(xù)提高和各種方法的綜合運用, 一個更精確、更高水平的國際地質(zhì)年表將會展現(xiàn)在人們面前。細察海相年代地層單位——階的建立過程,有以下幾點值得珍視:

(1)自19世紀中葉開始, 在西歐即開始了海相地層的巖石地層學、古生物學與年代地層學的研究,幾個學科幾乎齊頭并進。其中巖石地層單位的分層、描述已達到厘米級; 各門類化石大量詳細地采集、鑒定、描述與發(fā)表; 年代地層單位有很多已劃分到階、亞階和生物帶, 有的對階的上、下界線還作了論述(卡弗利挨和羅歇, 1989)。其后, 又經(jīng)歷了長達一個多世紀的研究、檢驗、修改、再研究、再修改,形成現(xiàn)今的國際地質(zhì)年表。由此看出, 現(xiàn)今國際地質(zhì)年表是全球地層學者、古生物學者、地質(zhì)學者長期精心研究的結(jié)果, 是寶貴經(jīng)驗的總結(jié), 這對于今天研究陸相地層具有重要的啟迪與參考作用。

(2)階的關鍵內(nèi)容應包含兩項: ①生物化石內(nèi)容, 即若干生物帶, 帶內(nèi)又有若干被選用的生物屬、種, 組成階的標志性化石, 例如, 中生界三疊系、侏羅系和白堊系的每個統(tǒng)均劃分出2至5個階,每個階又劃分出3至7個生物帶, 而每個生物帶還有若干屬種組成(卡弗利挨和羅歇, 1989; Gradstein, 2012)。這就為其它地層的劃分對比與時代提供了更精確的對比標志。②階的界線(現(xiàn)在只確定下界, 上界由上覆階的下界確定)。

(3)當前的國際地質(zhì)年表雖然獲得新進展, 達到新水平, 但還需要實踐知識的檢驗與完善, 表中尚有不少階的界線有待進一步研究確定。

陸相地層要不要建立年代地層單位——階這一問題, 在我國20世紀末至本世紀初存在過爭論。1999年12月, 全國地層委員會開會討論決定陸相地層也要進行建階工作。我們認為, 陸相地層建階是完全必要的, 理由如下:

(1)陸相地層是地球表層重要的組成部分, 也含有地球演變歷史的許多重要信息, 是全面了解地球變化及其動態(tài)驅(qū)動力不可或缺的。

(2)陸相地層學, 特別是陸相生物地層學也可跟據(jù)詳細的化石紀錄, 進行精確的地層對比, 為礦產(chǎn)資源勘查、地質(zhì)環(huán)境評價、地質(zhì)災害預防等作出重要貢獻, 例如, 在我國的中晚三疊世、早中侏羅世和早白堊世的陸相地層中, 都含有豐富的煤、石油、天然氣資源, 這些資源的勘查都離不開地層學的支持。

(3)陸相生物界, 包括植物界和動物界, 各類生物的發(fā)生、發(fā)展、演化過程與海生生物不同, 利用海相生物建立的年代地層單位——階、帶不能直接應用于陸相地層, 只能利用某些屬種進行聯(lián)系對比。

中生代以來, 陸相沉積是中國地層發(fā)育特色。三疊紀是中國地質(zhì)歷史演變的一個重大轉(zhuǎn)折時期(童金南和殷鴻福, 2015), 在中國發(fā)育有眾多陸相湖盆。因此, 對這些三疊紀湖相沉積開展研究, 有助于建立中國陸相年代地層序列, 完成陸相地層劃分,賦予可與海相地層對比的年代。我們根據(jù)上述陸相地層建階的必要性, 探討中國中—上三疊統(tǒng)陸相建階問題。

1 中國陸相三疊紀地層概況

1.1中國陸相三疊紀地層的分布與特征

中國陸相晚三疊世地層的分布甚廣, 可以大致以昆侖—秦嶺—大別山系為界, 分為南方區(qū)和北方區(qū)。南方區(qū)西藏南部喜馬拉雅區(qū)廣泛分布海相沉積,青藏地層區(qū)北部和東部也有極少量的海相夾濱海沉積, 其它地區(qū)由于自晚三疊世初期的大海退, 逐漸形成了一套海、陸交互相或半咸水與陸相沉積, 總體特征是以晚三疊世晚期的陸相地層最發(fā)育。北方區(qū)晚三疊世繼承了早、中三疊世的沉積, 全部為陸相。北方區(qū)三疊紀的沉積特征是: 早三疊世至中三疊世早期是在干旱氣候環(huán)境下, 沉積了一套紅色、紫紅色巖系; 自中三疊世晚期開始至晚三疊世, 由于古氣候逐漸演變?yōu)闇嘏瘽駶? 沉積了一套灰色、灰綠色夾灰黑色等暗色巖系。在紅色巖系(紅層)與灰色、灰綠暗色巖系之間形成一段過渡層, 其特征是紅色、灰紫色、暗紫色泥巖與灰、灰綠、黃綠色泥巖交替出現(xiàn)。包括這段過渡層在內(nèi)的暗色巖系,在鄂爾多斯盆地以往被稱為延長群(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980)。暗色巖系中含有比較豐富的植物、孢粉及介形類、葉肢介、雙殼類和昆蟲等化石。紅層中含化石甚少, 主要有脊椎動物及少量無脊椎動物, 如介形類和葉肢介等化石。中國北方區(qū)三疊紀的地層沉積和生物群發(fā)育與該地區(qū)的古地理、古氣候、古生態(tài)環(huán)境的演變密切相關, 而中國北方各地區(qū)不同盆地間生物群有較大的變化, 這給大區(qū)域地層對比造成一定困難, 因此這是一個需要研究的問題。

1.2中國陸相三疊紀地層的研究概況

迄今, 中國陸相三疊紀地層的研究情況, 可以概括為: ①各地區(qū)(或盆地)都建立起巖石地層系統(tǒng),一般都劃分到組或段, 各組根據(jù)所含化石, 一般都為地層確定了大致的地質(zhì)時代。②生物地層以植物、孢粉學的研究進展較大, 將中國南、北方劃分為兩大植物群(或植物區(qū)系): 南方為Dictyophyllum-Clathropteris植物群, 代表熱帶、亞熱帶地理區(qū); 北方為Danaeopsis-Bernoullia植物群,代表溫暖潮濕的地理區(qū)。與這兩大植物群共同埋藏的無脊椎動物包括介形類、葉肢介、昆蟲和雙殼類等, 其中介形類和雙殼類也可區(qū)分出兩大生物群。在北方區(qū)的一些含化石比較豐富的剖面上, 如陜西銅川漆水河剖面, 陜西神木縣窟野河剖面, 以及新疆吉木薩爾縣大龍口剖面, 人們已經(jīng)劃分出若干植物、孢粉和介形類的生物組合, 從而為建立年代地層單位奠定了一定的基礎。但仍存在不足, 主要是某些層段化石較少或采集不夠, 難以識別出生物界面。③總觀目前中國陸相三疊紀地層的研究情況,符合建立年代地層條件要求(全國地層委員會, 2001)的剖面少之又少。如果要建立年代地層單位(階), 尚需做更細致的基本剖面的研究工作, 即使有一定研究基礎的剖面, 如銅川漆水河剖面, 也需要做某些層段的補充研究。④自本世紀初, 全國地層委員會確定在陸相地層進行建階工作以來, 陸相地層均將原劃分的巖石地層單位改稱為階, 例如中三疊統(tǒng)二馬營階、銅川階以及上三疊統(tǒng)胡家村階、永坪階和瓦窯堡階(全國地層委員會, 2001), 其后又將這些名稱改成其它階名。但存在的問題是: 這些階的界線延用的仍是巖石地層單位的界線, 而沒有按中國地層指南和國際地層指南的要求, 建立在生物地層單位的基礎上, 這樣建立的“階”與以生物地層單位劃分的階的界線不一致, 而且在階的生物內(nèi)容研究方面進展很少, 這是當前和今后需要解決的問題。

2 中國陸相中、晚三疊世地層建階嘗試

如前所述, 中國南方區(qū)晚三疊世地層為海、陸交互相, 其陸相地層的時代可參照海相化石判定,無需另建年代地層單位——階, 因此陸相地層建階主要應用于中國北方區(qū)?？紤]到中國北方區(qū)的下三疊統(tǒng)和中三疊統(tǒng)下部都以紅層為主, 生物化石甚少, 難以劃分生物界面, 不具建階條件, 目前不宜建階, 故本文只論及上三疊統(tǒng)和中三疊統(tǒng)上部建階問題。關于陸相地層建階, 我們的思路和主要原則是:

(1)以國際地層指南和中國地層指南中的地層學原理和近年國際地層委員會的新概念、新標準為指導, 結(jié)合中國陸相中、上三疊統(tǒng)的實際情況, 先易后難, 先區(qū)域(或先盆地)后大區(qū), 再推到海相(全球)。

(2)重點抓好階的兩個關鍵內(nèi)容: 階的生物化石(生物帶)和下界的生物界面(GSSP)。

(3)先試點(嘗試), 后檢驗, 再研究、修改, 逐步完善, 不一刀切。

(4)選擇具有一定厚度、連續(xù)沉積、出露良好的地層剖面, 如果在同一條剖面上能夠建立多個階是最理想的; 并具有豐富或較豐富、保存完好、分布較廣、能夠提供生物面分析的各類化石, 化石進行了描述, 關鍵屬、種(包括照片), 已公開發(fā)表。

(5)綜合運用其它非生物方法, 如磁性地層學,同位素測年等, 進行界線研究與對比。

2.1鄂爾多斯盆地的巖石地層和生物地層

根據(jù)以上思路與原則, 我們選擇了鄂爾多斯盆地中—晚三疊世地層作嘗試, 以漆水河剖面為主要剖面, 以窟野河剖面為輔助剖面(圖1)。鄂爾多斯盆地, 又稱陜甘寧盆地, 是華北地臺(華北板塊)上的一個大型盆地, 廣泛發(fā)育中生代陸相地層(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980)。前人曾對盆地內(nèi)三疊紀地層時代、生物和沉積特征進行研究(潘鐘祥, 1954; 斯行健, 1956; 武富禮等, 2004), 本文梳理20世紀70年代以來鄂爾多斯盆地地層劃分與沿革情況(表1)。

圖1　鄂爾多斯盆地漆水河剖面(I)和窟野河剖面(II)位置(據(jù)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980修改)Fig. 1 The location of the Qishuihe section (I) and the Kuyehe section (II) in Ordos Basin (modified after Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, 1980)

巖石地層是基礎, 含有豐富的地球演變歷史信息, 如古生物及其演化、放射性同位素測年和地磁極性等, 為研究建階問題, 在這里首先將盆地的巖石地層系統(tǒng)、劃分與對比, 作一清理與統(tǒng)一, 以便利于問題的討論。

鄂爾多斯盆地的三疊系主要出露于黃河東、西兩岸及其支流和溝渠中。黃河東岸區(qū)歸屬于山西省,而黃河西岸區(qū)歸屬于陜西省。由于研究單位、作者不同, 在地層劃分和命名上也有所不同, 有的組名相同, 而含義有別(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989), 這是需要統(tǒng)一的。陜西銅川漆水河剖面位于鄂爾多斯盆地東南部, 三疊系發(fā)育比較齊全、連續(xù), 巖石地層自下而上包括早三疊世和尚溝組(下部出露不全)以及中三疊世二馬營組、銅川組和晚三疊世狹義延長組(表2), 除下三疊統(tǒng)的劉家溝組、和尚溝組(這兩組出露于西鄰耀縣石川河剖面)被覆蓋外, 中、上三疊統(tǒng)出露于漆水河兩側(cè),也在公路兩側(cè)(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980)。按巖性特征, 漆水河剖面三疊紀地層明顯地分為兩大套: 下部包括劉家溝組、和尚溝組、二馬營組(陜西又稱紙坊組), 由灰綠、灰白色砂巖與紫紅、灰紫、暗紫色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層組成, 代表干旱氣候環(huán)境下的產(chǎn)物; 上部由灰綠色砂巖與灰、灰綠、黃綠、暗綠色夾灰黑色泥巖組成, 常夾煤線或煤層,代表溫濕氣候環(huán)境下沉積的一套暗色巖系。陜西神木窟野河剖面位于鄂爾多斯盆地的東北部, 其三疊系的發(fā)育特征與漆水河剖面類似, 只是地層厚度較小。

根據(jù)漆水河剖面的巖石組成特征及生物群特征(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980), 將剖面的巖石地層單位自下而上劃分為三疊系中統(tǒng)二馬營組和銅川組以及三疊系上統(tǒng)永坪組和瓦窯堡組(表2)。將各組的新定義簡述如下。

二馬營組: 該組命名于山西寧武縣東寨鎮(zhèn)二馬營, 主要由肉紅色砂巖夾紫紅、暗紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成, 厚595.6 m, 含脊椎動物化石Parakannemeyeria dolichocephala Sun, Shansisuchus sp.。按照這一定義, 我們將漆水河剖面的第6層至69層, 厚度438 m, 劃為新義的二馬營組。它由肉紅色、黃綠、灰綠色砂巖與暗紫色、暗紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖的互層組成, 產(chǎn)假鱷類Pseudosuchia？化石。在盆地的其它地區(qū)還產(chǎn)多種脊椎動物化石(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980)。

表1　鄂爾多斯盆地三疊紀地層劃分沿革簡表Table 1 The stratigraphic division of the Triassic in Ordos Basin

表2　陜西銅川三疊系漆水河剖面巖石地層Table 2 The lithostratigraphy of the Triassic Qishuihe section in Tongchuan, Shaanxi Province

銅川組: 該組為中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所(1980)始建。新義的銅川組包括漆水河剖面的第70層至248層, 厚度801.7 m, 自下而上劃分為一段和二段。第一段包括剖面的第70層至177層, 其中、下部由黃綠、灰綠色泥巖、頁巖和灰紫、紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與黃綠、灰綠色粉砂巖、細砂巖組成, 向上部, 灰紫、紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖演變?yōu)辄S綠色、灰綠色泥巖, 厚度434 m(表2), 含較多的介形類、少量的雙殼類和植物化石。介形類稱為Lutkevichinella ornatula-Shensinella gaoyadiensis組合, 計有4屬13種, 包括: Darwinula accuminata Belousova, D. fragilis Schneider, D. gerdae Glebovskaja, D. liulingchuanensis Zhong, D. subovatiformis Su et al., Lutkevichinella ansulca Su et al., L. brachycostata Su et al., L. longovata Su et al., L. minuta Su et al., L. ornatula Su et al., Shensinella gaoyadiensis Su et al., S. praecipua (Zhong) Su et al., Tungchuania quadratiformis Su et al.等。植物僅有8屬種: Carpolithus sp., Cladophlebis sp., Danaeopsis sp., Equisetites sthenodon, Glossopteris sp., Neocalamites carcinoides, Taeniocladopsis cf. rhizomoides, Todites cf. shensiensis, 顯示出延長植物群早期面貌。該段地層以往曾被歸入二馬營組上段上部(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980), 現(xiàn)在考慮到該段巖性及生物群特征與上覆銅川組更相近, 與二馬營組相差較遠, 它代表鄂爾多斯盆地古氣候由干旱演變?yōu)榘敫珊?半濕潤條件下的產(chǎn)物, 與延長群及延長植物群屬于同一個大的發(fā)展階段, 因此, 我們將其改劃為新義的銅川組下部(一段)。根據(jù)一段的巖性和所含動、植物化石判斷, 應為淺湖相沉積環(huán)境。

銅川組第二段系指漆水河剖面的第178層至248層, 主要巖性是黃綠、灰綠、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與粉砂巖、細砂巖的互層, 夾深灰、灰黑色頁巖, 厚度367.7 m; 含豐富的植物化石, 此外,還有介形類、葉肢介、昆蟲及雙殼類化石。該段是延長植物群發(fā)展的第一個繁盛期, 形成第一個富集帶, 約有15屬20余種, 主要有: Bernoullia zeilleri, Cladophlebis cf. roesserti, Danaeopsis magnifolia, D. cf. marantacea, D. plana, Equisetites brevidentatus, Glossophyllum? shensiense, Glossopteris cf. angustifolia, G. chinensis, Neocalamites carcinoides, N. carrerei, Pleuromeia labiata, P. tongchuanensis, Taeniocradopsis rhizomoides, Todites shensiensis, Tongchuanophyllum concinnum, T. shensiense, T. trigonum(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980), 可稱為Danaeopsis magnifolia-Tongchuanophyllum concinnum-Pleuromeia labiata 組合。介形類分布于該段的上部, 為Tungchuania aurita-Tungchuania houae-Darwinula accuminata組合帶, 目前所知組成分子較少。

原銅川組上段(b)上部第249層至266層, 厚140.1 m, 未見植物化石, 僅見極少的介形類(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980), 將該段地層劃歸中三疊世的銅川組似根據(jù)不足, 而原銅川組的時代劃歸中三疊世的主要根據(jù)是第248層及其以下各層所產(chǎn)植物化石確定的, 因此, 本文將這段地層劃為永坪組。

永坪組: 本文采用的是廣義永坪組(楊遵儀等, 2000)。永坪組在銅川漆水河剖面上, 大體相當于“延長組”的a, b兩段、c段下部和原銅川組的上部(表2), 包括剖面的第249層至351層, 厚622 m,自下而上分為一段和二段。一段自249層至266層, 厚140.1 m, 主要由灰綠、黃綠、灰褐色粉砂巖、細砂巖與油頁巖、灰黑色頁巖互層組成, 在灰黑色頁巖中含介形類化石 Tungchuania aurita Zhong和T. houae Zhong, 代表半深湖相沉積。二段自267層至351層, 厚481.9 m, 主要巖性是黃綠、灰綠、細砂巖、粉砂巖和灰綠、黃綠、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖, 含介形類、葉肢介、雙殼類化石和少量植物化石。介形類 Tungchuania-Darwinula-Lutkevichinella組合, 主要分子有Darwinula accuminata, D. liulingchuanensis, D. opinabilis Zhong, D. rotundata Lubimova, Lutkevichinella costata (Zhong), L. ornatula Su et al., Tungchuania agrestata, T. aurita Zhong, T. houae Zhong, T. perelegana等。植物化石僅在上部的338層產(chǎn)Asterotheca? szeiana, Cladophlebis ichünensis, Danaeopsis fecunda, Glossopyyllum? shensiense, Podozamites lanceplatus等。由此看來, 二段可能為淺湖環(huán)境。

在盆地東北部神木窟野河剖面上, 永坪組發(fā)育較好, 自第16層至52層, 厚321 m, 產(chǎn)豐富的植物化石, 為Danaeopsis fecunda-Bernoullia zeilleri-Cladophlebis gigantea植物組合, 其組成分子還有Aipteris nerviconfluens, Asterotheca sziana, Cladophlebis grabauiana, C. gracilis, C. raciborskii, C. cf. raciborskii, Glossophyllum? shensiense, Neocalamites carcinoides, Thinnfeldia nordenskioldi, Th. rhomboidalis, Todites shensiensis等。其中Danaeopsis fecunda和Asterotheca sziana 在該組近底部的第17層首次出現(xiàn), 與下伏銅川組植物組合之間形成一個明顯的生物界面, 此界面可為建階使用, 以彌補漆水河剖面植物化石的不足。

瓦窯堡組: 該組原命名于陜西省子長縣的瓦窯堡鎮(zhèn), 但至今未見發(fā)表有關命名地剖面的詳細描述,在這里系指漆水河剖面的第352層至373層, 厚度160.4 m, 大致相當原“延長組”的c段中—上部(表2), 主要由黃綠、灰綠、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和細砂巖組成, 夾深灰、灰黑色泥巖及多層煤線; 產(chǎn)大量的植物化石, 屬、種繁多, 是延長植物群發(fā)展的頂盛時期, 形成第二個富集帶。該組植物化石有30余屬種(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980), 其中有: Aipteris shensiensis, Annulariopsis annularioides, Asterotheca? szeiana, Bernoullia zeilleri, Cladophlebis gigantea, C. grabauiana, C. gracilis, C. ichünensis, C. kaoiana, C. raciborskii, Danaeopsis fecunda, Equisetites acanthodon, E. brevidentatus, Glossophyllum? shensiense, Neocalamites carcinoides, N. carrerei, Nilssonia cf. orientalis, Protoblechnum hughesi, Sagenopteris lanceolatus, Sphenopteris chowkiawanensis, Swedenborgia cryptomerioides, Todites shensienis, Thinnfeldia nordenskioldi等, 可稱為Danaeopsis fecunda-Asterotheca szeiana-Cladophlebis kaoiana 組合。

在盆地東北部神木窟野河剖面上, 瓦窯堡組自53層至61層, 厚88 m, 以黃灰、淺黃、灰綠色厚層狀中細粒、細粒砂巖為主, 夾灰綠色砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)泥巖, 也產(chǎn)極為豐富的植物化石, 從而形成該剖面的富集帶, 其主要分子有: Asterotheca sziana, Cladophlebis gracilis, C. ichünensis, C. undata, Danaeopsis fecunda, Equisetites cf. deltodon, Glossophyllum? shensiense, Neocalamites cf. carcinoides, N. carrerei, Podozamites cf. lanceolatus, Sphenopters cf. chowkiawanensis, Todites shensiensis。

2.2陸相地層建階嘗試

關于陸相地層建階, 最早d′Orbigny (1849—50) 用Portland灰?guī)r相和非海相(non-marine)的Purbeck作為英格蘭和法國北部的兩個階: Portlandian和Purbeckian, 后者主要為陸相(Gradstein et al., 2012)。但據(jù)Cope(2008)考查, 這兩個階名其后就停用了。近年來, 國際上也在考慮陸相地層建階問題,例如, Gradstein等(2012)在地質(zhì)年表(The Geologic Time Scale 2012)中, 提出利用植物、孢粉、葉肢介及脊椎動物(四足動物)等作為陸相區(qū)域建階的標志,其中已用脊椎動物(四足動物)在德國盆地三疊系中作了建階標志, 并以葉肢介生物帶作了區(qū)域?qū)Ρ?但這些目前還沒得到同行們的公認, 也就是說在世界范圍內(nèi)陸相地層建階工作也在剛剛起步與探索?？傆^目前中生代, 還沒有全球公認的真正的陸相階的確立, 因此, 陸相地層建階還是當前的一個新課題。

2.2.1漆水河剖面和窟野河剖面生物界面分析

漆水河剖面含有較豐富的動、植物化石, 其中以植物大化石和孢粉最為豐富, 其次是介形類也較豐富, 其它還有葉肢介和雙殼類等化石。這些生物群自銅川組一段(第70層)開始, 伴隨古氣候由干旱向溫暖潮濕的演變, 逐漸發(fā)展起來。其中延長植物群的分子, 如Danaeopsis sp., Neocalamites carci-noides, Todites cf. shensiensis等在銅川組一段底部首先出現(xiàn), 向上(第70層至164層)有較廣泛的分布。同時, 介形類也跟著出現(xiàn), 而且以Darwinula-Lutkevichinella為代表的類群也很快地發(fā)展起來, 第70層是該剖面出現(xiàn)第一個生物界面。由銅川組二段的第178層開始至248層, 發(fā)展為第二個生物繁盛期, 形成以Danaeopsis magnifolia-Bernoullia zeilleri為代表的植物富集帶, 在第178層底出現(xiàn)第二個生物界面。但從永坪組下部第249層開始, 植物和介形類的發(fā)展似乎處于低潮,僅在個別層位發(fā)現(xiàn)個別屬種, 如281層, 產(chǎn)少數(shù)植物Bernoullia zeilleri 和 Cladophlebis ichünensis 等, 252層僅見有介形類Tungchuania houae和 T. aurita。從永坪組上部第329層開始, 以Darwinula-Tungchuania為代表的介形類群又重新繁盛起來,至瓦窯堡組下部, 形成了介形類的第二個繁盛期。在永坪組的頂層(355層), 植物中的Danaeopsis fecunda和Asterotheca? szeiana, Cladophlebis kaoiana等, 又迅速繁盛起來, 發(fā)展成為延長植物群的第二個繁盛期, 形成第一個頂盛帶二個富集帶。但考慮到永坪組下部生物化石, 尤其是植物更少,無法識別出生物界面, 因此, 我們將該段地層建階剖面選在窟野河剖面。

在神木縣窟野河剖面上, 永坪組發(fā)育較好, 自第16層至50層, 厚305 m, 多層產(chǎn)豐富的植物化石,可稱為Danaeopsis fecunda-Bernoullia zeilleri-Cladophlebis gigantea植物組合, 其組成分子還有Aipteris nerviconfluens, Cladophlebis grabauiana, C. gracilis, C. raciborskii, C. cf. raciborskii, Glossophyllum? shensiense, Neocalamites carcinoides, Thinnfeldia nordenskioldi, Th. rhomboidalis, Todites shensiensis等。在這里, 植物組合與下伏銅川組植物組合之間存在一明顯的生物界面, 而且第17層是Danaeopsis fecunda的首現(xiàn)層位, 此界面可為建階使用。

2.2.2鄂爾多斯盆地中—晚三疊世地層建階

1)印臺階(Yintaian)

階名: 來源于銅川市一區(qū)名。

剖面位置: 陜西銅川紙坊鎮(zhèn)與金鎖關鎮(zhèn)之間漆水河邊(圖1, 剖面I)。

階的定義: 以介形類Tungchuania quadratiformis和Lutkevichinella ansulca的最低出現(xiàn)(剖面第72層, 圖2)為底界。該階包含的地層自第72層至177層, 由黃綠、灰綠色泥巖、頁巖和灰紫、紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與黃綠、灰綠色粉砂巖、細砂巖組成, 大致相當新義的銅川組一段(表2), 與下伏二馬營組(待建階)整合接觸。

印臺階含有一個介形類組合帶Lutkevichinella ornatula-Shensinella gaoyadiensis和一個植物組合帶Neocalamites carcinoides-Todites cf. shensiensis-Danaeopsis。介形類包括以下成員: Darwinula accuminata Belousova, D. fragilis Schneider, D. gerdae Glebovskaja, D. liulingchuanensis Zhong, D. subovatiformis Su et al., Lutkevichinella ansulca Su et al., L. brachycostata Su et al., L. longovata Su et al., L. minuta Su et al., L. ornatula Su et al., Shensinella gaoyadiensis Su et al., S. praecipua (Zhong) Su et al., Tungchuania quadratiformis Su et al.等。植物化石包括Cladophlebis sp., Danaeopsis, Neocalamites carcinoides, Taeniocladopsis cf. rhizoimoides, Todites cf. shensiensis等。

2)金鎖關階(Jinsuoguanian)

階名: 來源于剖面中部的地名金鎖關鎮(zhèn)。此名已經(jīng)由童金南和殷鴻福(2015)在中國三疊系建階方案中提出。我們引用于此, 但是我們這里是用生物地層單位定義該階。

剖面位置: 陜西銅川金鎖關鎮(zhèn)漆水河邊(圖1,剖面I)。

階的定義: 以植物 Danaeopsis magnifolia, Danaeopsis cf. marantacea和Tongchuanophyllum shensiense的首現(xiàn)層位(第178層, 圖3)為底界。金鎖關階包括的巖石地層范圍, 自剖面的178層至248層, 主要巖性是黃綠、灰綠、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與粉砂巖、細砂巖的互層, 夾深灰、灰黑色頁巖, 厚度367.7 m, 相當新義銅川組的第二段(表2)。

圖2　陜西銅川中三疊統(tǒng)印臺階的底界Fig. 2 The lower limit of the Middle Triassic Yintaian in Tongchuan, Shaanxi

圖3　陜西銅川中三疊統(tǒng)金鎖關階的底界Fig. 3 The lower limit of the Middle Triassic Jinsuoguanian in Tongchuan, Shaanxi

金鎖關階包含兩個生物組合帶: 一個植物組合帶Danaeopsis magnifolia-Tongchuanophyllum concinnum -Pleuromeia labiata和一個介形類組合帶Tungchuania aurita-Tungchuania houae-Darwinula accuminata。植物化石約有15屬20余種, 主要分子有: Bernoullia zeilleri, Cladophlebis cf. roesserti, Danaeopsis magnifolia, D. cf. marantacea, D. plana, Equisetites brevidentatus, Glossophyllum? shensiense, Glossopteris cf. angustifolia, G. chinensis, Neocalamites carcinoides, N. carrerei, Pleuromeia labiata, P. tongchuanensis, Taeniocladopsis rhizomoides, Todites shensiensis, Tongchuanophyllum concinnum, T. shensiense, T. trigonum等(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980)。該植物組合帶不僅屬種多, 而且數(shù)量極為豐富, 是延長植物群發(fā)展的第一個繁盛期。介形類化石分布于階的上部, 目前所知組成分子較少。

3)楊家坪階(Yangjiapingian)

階名: 來源于陜西神木縣窟野河剖面中部的村名楊家坪。

剖面位置: 陜西榆林神木縣楊家坪東山坡(圖1,剖面II)。

圖4　陜西神木縣上三疊統(tǒng)楊家坪階的底界Fig. 4 The lower limit of the Upper Triassic Yangjiapingian in Shenmu, Shaanxi

階的定義: 以植物Asterotheca szeiana和Danaeopsis fecunda的首現(xiàn)層位, 即窟野河剖面第17層底為底界(圖4)。該階的地層包括剖面的第17至52層,主要巖性為灰白色灰綠色黃綠色黃灰色中細粒砂巖、粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖、頁巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖互層組成, 厚度307 m, 大致相當原延長組的a段和b段。該階包含一個植物組合帶Danaeopsis fecunda-Bernoullia zeilleri-Cladophlebis gigantean, 其組成分子還有Aipteris nerviconfluens, Asterotheca szeiana, Cladophlebis grabauiana, C. gracilis, C. raciborskii, C. cf. raciborskii, Glossophyllum? shensiense, Neocalamites carcinoides, Thinnfeldia nordenskioldi , Th. rhomboidalis, Todites shensiensis等。這里選擇Danaeopsis fecunda的首現(xiàn)層位為下界, 是因為該種不僅廣泛分布于中國北方區(qū), 在南方區(qū)也有廣泛地分布, 并且還可與歐洲各地所產(chǎn)的該種進行對比。關于Danaeopsis種的鑒定, 以往延長群及與其相當?shù)貙又械腄anaeopsis多被鑒定為Danaeopsis fecunda, 但根據(jù)黃枝高等的研究(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980), 延長群下部所產(chǎn)為Danaeopsis magnifolia, D. cf. marantacea, D. plana種, 而Danaeopsis fecunda僅產(chǎn)于延長群上部, 在歐洲此種也都產(chǎn)在上三疊統(tǒng)。此后, Danaeopsis fecunda 就成為劃分三疊系中統(tǒng)和上統(tǒng)的標志性化石。

4)焦坪階(Jiaopingian)

階名: 來源于銅川漆水河剖面的終點地名焦坪街(現(xiàn)名, 原名焦坪煤礦)。

剖面位置: 陜西銅川焦坪街南側(cè)(圖1, 剖面I)。

圖5　陜西銅川上三疊統(tǒng)焦坪階的底界Fig. 5 The lower limit of the Upper Triassic Jiaopingian in Tongchuan, Shaanxi

階的定義: 以植物Danaeopsis fecunda-Asterotheca szeiana-Cladophlebis kaoiana富集帶定義該階, 其底界在剖面第355層(圖5), 自此而上, 至剖面頂373層, 主要巖性為黃綠色、黃灰色、灰綠色、深灰色細砂巖、粉砂巖與泥巖、粉砂質(zhì)泥巖, 夾多層灰黑色泥巖頁巖及煤線, 地層厚度為160.4 m。該富集帶的組成分子主要有: Aipteris shensiensis, Annulariopsis annularioides, Asterotheca szeiana, Bernoullia zeilleri, Cladophlebis gigantea, C. gracilis, C. grabauiana, C. ichünensis, C. kaoiana, C. raciborskii, Equisetites acanthodon, Danaeopsis fecunda, E. brevidentatus, Glossophyllum? shensiense, Neocalamites carcinoides, N. carrerei, Nilssonia cf. orientalis, Protoblechnum hughesi, Sagenopteris lanceolatus, Sphenopteris chowkiawanensis, Swedenborgia cryptomerioides, Thinnfeldia nordenskioldi, Todites shensienis等。富集帶的屬、種繁多, 達30余屬種, 是延長植物群發(fā)展的頂盛時期, 但該帶的絕大多數(shù)分子都是從下伏地層中延續(xù)上來的, 在這里選擇為下界點位, 只表明到第355層植物群開始發(fā)展到頂盛時期, 并顯示出它與下伏地層中的植物群有一較明顯的界線。在神木窟野河剖面上, 該階的地層范圍大致相當于原“延長組”的c段, 其植物組合帶的組成分子也相當豐富(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 1980)。

3 鄂爾多斯盆地三疊紀地層的同位素測年與新階的時代

中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所(1980)對鄂爾多斯盆地三疊紀地層的劃分與時代, 作了詳細論述。本文雖在地層劃分方面作了一些調(diào)整, 但在時代方面與前者大同小異, 在此不再論述。近年來, 中國科學院古脊椎與古人類研究所劉俊研究員赴鄂爾多斯盆地對三疊紀地層進行考查, 在盆地的東部山西永寧—石樓地區(qū)的二馬營組上部和銅川組下部采集了同位素樣品(表2), 分別由中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所離子探針中心離子探針實驗室(SHIMP法)和美國麻省理工學院的實驗室(MIT)進行測試, 得出如下結(jié)果(表2): ①銅川組一段下部年齡為241.48 Ma (MIT)(數(shù)據(jù)引自劉俊手稿)或者(239.6±1.5) Ma (SHIMP)。②二馬營組上部年齡為: (243.53) Ma (MIT)(數(shù)據(jù)引自劉俊手稿)或者(244.3±1.4) Ma (SHIMP)。

二馬營組上部樣品的兩實驗室測試數(shù)據(jù)相近,與國際地質(zhì)年表對比, 相當安尼階(Anisian)的上部(表2)。銅川組一段下部樣品的兩實驗室測試數(shù)據(jù)也比較相近, 與國際地質(zhì)年表對比, 相當于拉丁階下部或比較接近底部。換句話說, 新建的印臺階下部的年代約相當于拉丁期早期(Early Ladinian)。由此推斷, 印臺階中上部和金鎖關階可能相當于中—晚拉丁期(Middle–Late Ladinian)。目前上三疊統(tǒng)尚無同位素測年數(shù)據(jù)參考, 新建焦坪階的年代還無法確定, 但根據(jù)該階的地層位置和其所含植物化石與國內(nèi)、外對比, 可以認為它的時代應為瑞替期(Rhaetian)。其下伏地層楊家坪階的時代可能為Carnian-Norian期。

致謝： 我們感謝中國科學院古脊椎與古人類研究所劉俊研究員提供鄂爾多斯盆地三疊紀地層同位素年齡的有關手稿。我們感謝兩位匿名審稿人認真審閱文稿, 并提出很好的修改意見。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. 1212011120142, 12120114026701, 1212011120115, 1212011120116 and 1211402108021), Basic Research Project of Ministry of Science and Technology, China (No. 2015FY310100), National Program on Key Basic Research Project (No. 2011CB403002) and National Natural Science Foundation of China (No. 41472030).

參考文獻:

卡弗利挨C, 羅歇 J. 1989. 法國地層典[M]. 芮仲清, 譯. 北京:地質(zhì)出版社.

潘鐘祥. 1954. 陜北老中生代地層時代的討論[J]. 地質(zhì)學報, 34(2): 209-216.

全國地層委員會. 2001. 中國地層指南及中國地層指南說明書(修訂版)[M]. 北京: 地質(zhì)出版社.

戎嘉余. 2003. 新的挑戰(zhàn)新的使命——附記國際地層委員會2002年6月全會[J]. 地層學雜志, 27(1): 1-10, 18.

山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1989. 山西省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京: 地質(zhì)出版社.

陜西省地質(zhì)局石油普查隊. 1974. 陜甘寧盆地三疊系侏羅系地層對比及時代歸屬[R]. 西安: 陜西省地質(zhì)局石油普查隊.

陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 1989. 陜西省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京: 地質(zhì)出版社.

斯行健. 1956. 中國古生物志 總號第139冊 新甲種第5號 陜北中生代延長層植物群[M]. 北京: 科學出版社.

童金南, 殷鴻福. 2015. 三疊紀年代地層與中國建階[J]. 地球科學——中國地質(zhì)大學學報, 40: 189-197.

武富禮, 李文厚, 李玉宏, 席勝利. 2004. 鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組三角洲沉積及演化[J]. 古地理學報, 6(3): 307-315.

楊遵儀, 張舜新, 楊基端, 周惠琴, 曹洪升. 2000. 中國地層典三疊系[M]. 北京: 地質(zhì)出版社.

姚建新, 李亞, 侯鴻飛, 紀占勝, 武桂春, 武振杰, 李素萍, 郭彩清, 張利偉, 孟美岑, 薄婧方. 2015. 中國地層學研究近期面臨的主要問題[J]. 地球?qū)W報, 36(5): 515-522.

中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所. 1980. 陜甘寧盆地中生代地層古生物[M]. 北京:地質(zhì)出版社.

References:

CAVELIER C, ROGER J. 1980. The Stages and stratotypes of France[M]. Translated by RUI Zhong-qing. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

COHEN K M, FINNEY S C, GIBBARD P L, FAN J X. 2013. The ICS International Chronostratigraphic Chart[J]. Episodes, 36: 199-204.

COPE J C W. 2008. Drawing the line: the history of the Jurassic—Cretaceous boundary[J]. Proceedings of the Geologists' Association, 119(1): 105-117.

GRADSTEIN F M, OGG J G, SCHMITZ M D, OGG G M. 2012. The Geologic Time Scale 2012, Volume 1[M]. Oxford: Elsevier.

Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences. 1980. Mesozoic Stratigraphy and Paleontology of ShanGan-Ning Basin, volume I & II[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

National Commission Stratigraphy of China. 2001. Stratigraphical Guide of China and its Explanation (Revised Edition)[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

Oil Survey Team, Shaanxi Province Bureau of Geology. 1974. The Stratigraphy and Date of the Triassic and Jurassic Strata in ShanGanNing Basin[R]. Xi’an: Oil Survey Team, Shaanxi Province Bureau of Geology(in Chinese).

PAN Zhong-xiang, 1954. Discussion on the age of the Early Mesozoic strata in Northern Shanxi[J]. Acta Geologica Sinica, 34(2): 209-216 (in Chinese).

RONG Jia-yu. 2003. New challenge and new mission for the ICS[J]. Journal of Stratigraphy, 27(1): 1-10, 18(in Chinese with English abstract).

Shanxi Province Bureau of Geology and Mineral Resources. 1989. Regional Geology of Shanxi Province, People’s Republic of China[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

Shaanxi Province Bureau of Geology and Mineral Resources. 1989. Regional Geology of Shaanxi Province, People’s Republic of China[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

SI Xing-jian. 1956. Palaeontologia Sinica, Whole Number 139, New Series A No. 5, Older Mesozoic Plants from the Yenchang Formation, Northern Shensi[M]. Beijing: Science Press(in Chinese).

TONG Jin-nan, YIN Hong-fu. 2015. Triassic chronostratigraphy and Chinese stages[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 40: 189-197(in Chinese with English abstract).

WU Fu-li, LI Wen-hou, LI Yu-hong, XI Sheng-li. 2004. Delta sediments and evolution of the Yanchang Formation of Upper Triassic in Ordos Basin[J]. Journal of Palaeogeography, 6(3): 307-315(in Chinese with English abstract).

YANG Zun-yi, ZHANG Shun-xin, YANG Ji-duan, ZHOU Hui-qin, CAO Hong-sheng. 2000. Stratigraphical Lexicon of China, Triassic[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

YAO Jian-xin, LI Ya, HOU Hong-fei, JI Zhan-sheng, WU Gui-chun, WU Zhen-jie, LI Su-ping, GUO Cai-qing, ZHANG Li-wei, MENG Mei-cen, BO Jing-fang. 2015. Some problems in recent stratigraphic researches of China[J]. Acta Geoscientica Sinica, 36(5): 515-522(in Chinese with English abstract).

Middle–Late Triassic Terrestrial Strata and Establishment of Stages in the Ordos Basin

LI Ya1), YAO Jian-xin1), WANG Si-en1)*, PANG Qi-qing2)
1) Key Laboratory of Stratigraphy and Paleontology, Ministry of Land and Resources; Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Shijiazhuang University of Economics, Shijiazhuang, Hebei 050031

Abstract:Terrestrial deposits are especially well developed in the strata of China since the Mosozoic. It is difficult to directly compare terrestrial strata with marine strata because of their different developmental characteristics. In the first period of the Mesozoic period, the Triassic occurred in many terrestrial lacustrine basins of China. The study of these Triassic lacustrine deposits contributes to the establishment of terrestrial chronostratigraphic sequences, the division of the terrestrial strata and the provision of its ages that are comparable with those of marine strata. In this paper, the authors selected the Qishuihe section and Kuyehe section in the Ordos Basin to carry out the study of establishing new stages of Middle–Late Triassic terrestrial strata. The authors first summarized the lithostratigraphic classification of the Ordos Basin, then analyzed the occurrence, development and flourishing of various organisms so as to find out the biological assemblages and biological boundaries, and finally established four new stages: the Middle Triassic Yintaian stage and Jinsuoguanian stage, and the Upper Triassic Yangjiapingian stage and Jiaopingian stage. The bottoms of these stages are respectively defined by the first appearance of the Ostracods Tungchuania quadratiformis and Lutkevichinella ansulca (Yintaian stage), the plants Danaeopsis magnifolia, Danaeopsis cf. marantacea and Tongchuanophyllum shensiense (Jinsuoguanian stage), the plantsAsterotheca szeiana and Danaeopsis fecunda (Jinsuoguanian stage), and the plant assemblage Danaeopsis fecunda-Asterotheca szeiana-Cladophlebis kaoiana (Jiaopingian stage).

Key words:Ordos Basin; terrestrial strata; Middle–Late Triassic; stage

中圖分類號:P534.51; P539.2

文獻標志碼:A

doi:10.3975/cagsb.2016.03.02

收稿日期:2016-03-09; 改回日期: 2016-04-20。責任編輯: 張改俠。

第一作者簡介:李亞, 男, 1983年生。博士后。主要從事地層與古生物研究。E-mail: liya207@163.com。

*通訊作者:王思恩, 男, 1935年生。研究員。主要從事地層與古生物研究。電話: 010-68999703。E-mail: sienwang@cags.ac.cn。