北票—義縣地區(qū)義縣組化石沉積層的層位、時代及形成環(huán)境.pdf

1、北票－義縣地區(qū)的義縣組以含豐富的熱河生物群化石而著名于世，其中常見的化石種類有魚類、昆蟲、葉肢介、介形類和植物等，而三尾擬蜉蝣、葉肢介和狼鰭魚是其中的典型代表。自上世紀90年代以來，在區(qū)內尖山溝、四合屯、李八郎溝、金家溝、河夾心、白臺溝、王家溝和金剛山一帶的義縣組地層中先后產出了大量的珍稀鳥類、哺乳類、帶毛恐龍、原始被子植物等珍稀化石，使得北票－義縣地區(qū)再度成為國內外地學界和生物學界關注與研究的“熱點”。在這種情況下，人們迫切地期待著科

2、學研究工作盡快解決珍稀化石的空間分布、產出層位、時代和生物演化所依賴的古環(huán)境問題。 本論文緊密圍繞義縣組含珍稀化石沉積層的空間、層位、時代和環(huán)境問題展開科研工作。通過區(qū)域地質調查研究，采用多重地層劃分、火山巖石學、沉積巖石學和構造地質學等綜合手段，查明了北票－義縣地區(qū)義縣組含珍稀古生物化石沉積層的地質背景、空間分布和產出層位，并對珍稀化石沉積層進行了科學地區(qū)域對比研究。通過對義縣組巖石地層特征、火山作用旋回以及地球化學特征、層序

3、地層特征、生物地層特征、生物組合及古生物群落的研究，確定了包括珍稀化石在內的熱河生物群發(fā)育、繁盛的古生態(tài)和古環(huán)境，并結合同位素資料和古地磁資料厘定了義縣組含珍稀古生物化石沉積層的準確年代，為解決侏羅/白堊系界線問題提供了重要依據。具體研究成果如下： 1)晚中生代以來，遼西地區(qū)以北西－南東方向的拉張、伸展作用為主，高山逐漸剝蝕，形成了與俯沖帶大致平行的北東—北北東向疊加構造帶和北西向走滑斷裂帶，形成了一系列北東向展布的斷陷盆地。這

4、些盆地被北東向展布的山脈分割，盆地內則形成了大量的火山巖堆積和火山凹陷湖沉積。北票－義縣地區(qū)的義縣組就形成于這種斷陷盆地中，是一套火山－沉積巖系，由火山噴溢相及間歇期形成的河湖相沉積組成，至少存在六個沉積夾層。 此次研究將義縣組火山－沉積巖系劃分出四個巖性段。其中，第一段以基性火山巖為主，間夾間歇期河湖相沉積夾層；第二段以火山高地凹陷湖形成的沉積巖為主，間夾規(guī)模不等的中基性火山巖，頂部有酸性火山巖；第三段以基性和偏堿性的中性火山

5、巖為主；第四段以中酸性火山巖為主，局部夾火山高地的凹陷湖相沉積。第一段中沉積夾層以河湖相～濱湖相沉積為主，第二、三段中沉積層包括濱湖、淺湖、半深湖和深湖等不同亞相沉積。這些沉積層分別形成了各具特色的生物化石組合。 2)從北票至義縣，義縣組由下至上存在三個主要化石層位。下部層位：以義縣組一段地層中的火山碎屑－沉積夾層為主體，其中含有較多的鸚鵡嘴龍骨骼化石，另有強壯爬獸和熱河龍產出。中部層位：以義縣組二段中的沉積層為主體，包括四合屯

6、沉積層、尖山溝沉積層、上園沉積層、磚城子沉積層、大康堡沉積層等，其中的古生物化石十分豐富，除了含有典型的熱河生物群代表外，還包括了大量新發(fā)現的珍稀化石種類，如原始鳥類、原始哺乳類和原始被子植物等。上部層位：以義縣組四段中的沉積夾層(金剛山層)為主，除了產有豐富的室井氏狼鰭魚、葉肢介和介形等化石外，還有細小矢部龍、滿洲鱷、鸚鵡嘴龍和反鳥類化石。 3)基本查明了中生代地層分布規(guī)律和火山噴發(fā)次序，發(fā)現義縣期火山作用有由西向東遷移的特征

7、，總體表現出一個由基性向中基性、中酸性演化的過程。此次研究將義縣期火山旋回劃分為4個亞旋回。除了第三火山亞旋回地層不含化石外，其它各火山亞旋回地層都含有生物化石，而且生物組合特征不同。以中華龍鳥、孔子鳥和遼寧古果為代表的珍稀化石組合出現在第二火山亞旋回期間。 4)根據遼西地區(qū)中生代火山巖的時空分布規(guī)律、火山構造特征、成因、火山活動特點及其與區(qū)域構造的關系，劃分了六個級別的火山構造。研究區(qū)火山構造屬于四級－六級火山構造，位于錦州—

8、義縣—阜新三級火山噴發(fā)帶上，包含兩個四級火山構造洼地，每個火山構造洼地又包含一系列的五級～六級火山構造。由于火山巖漿性質的變化，導致義縣旋回早期火山構造以層狀為主體，之后破火山逐漸發(fā)育，晚期穹狀火山逐漸增加。不同級別、不同發(fā)展階段的火山構造對化石沉積層的形成、分布和保存起到了不同的作用。三級火山構造控制了義縣火山－沉積巖系呈北東向展布；四級火山構造形成了兩大火山洼地，并在兩個火山構造洼地中分別形成了相對獨立的沉積層；五～六級火山構造直接

9、影響了化石沉積層的空間形態(tài)和物質組成。 5)火山作用嚴重地影響了熱河生物群的生存環(huán)境，使熱河生物群直接面對的災難性地質事件?；鹕阶饔眯纬傻娜蹘r流進入水體可以引起水體迅速沸騰，破壞生物賴以生存的水體；火山碎屑可以污染空氣、水體，大量的碎屑堆積可以快速掩埋各種生物；火山噴氣形成的CO2、SO2、H2S以及S、As、Hg是對生物環(huán)境有重要影響的有毒、有害物質，它們可以造成脊椎動物的集群死亡。 6)通過同位素年代學和古地磁分析，

10、確定義縣組時代為早白堊世，其形成年齡介于135Ma～121Ma之間，含中華龍鳥、孔子鳥和遼寧古果等珍稀化石的湖相沉積層是在125～127Ma之間形成的。侏羅系與白堊系的界線應當置于義縣組底界。 7)通過區(qū)域構造、義縣組及其上覆與下伏巖石地層特征、層序地層特征、事件地層特征和生物組合特征與生物群落的分析，并采用巖石學、微量元素地球化學等研究手段，確定了義縣組及其生物化石的形成環(huán)境。早白堊義縣期北票－義縣地區(qū)處在一系列的北東向展布的

11、盆嶺體系中，盆地之間為高山峻嶺分割，盆地內則形成了以火山洼地和高地為背景的古湖泊。北票地區(qū)形成了四合屯－上園古月牙湖，義縣地區(qū)形成了金家溝－河夾心－萬佛堂古湖泊，湖泊表現為濱湖、淺湖、半深湖和深湖相等不同的沉積環(huán)境，湖水主要為淡水，間有半咸水，呈弱堿性，富含鈣質和碳酸根離子。水體PH值變化在6.6～9.5之間，平均水溫在20℃左右。由于地勢變化較大，盆地之間的相對隔絕，因此存在復雜多變的小環(huán)境和生態(tài)群落。 8)通過生物組合特征和

12、古今生物生存環(huán)境的分析，結合巖石組合和層序地層的研究，探討了北票－義縣地區(qū)義縣期古生物的生態(tài)特征。古植被具有明顯的垂直分帶性，以高山針葉林為主，具有山間高地、斜坡丘嶺、濕地、湖泊等多種不同生態(tài)環(huán)境。植物群具有五種植被類型，即針葉樹、常綠闊葉樹、落葉闊葉樹、灌木和草本，總體上反映了一種溫暖、濕潤氣候條件下的亞熱帶—暖溫帶陸地植被景觀，指示溫暖濕潤的生存環(huán)境。雖然存在一些旱生類植物，它們反映了一種季節(jié)性干旱、半干旱的氣候，但是這種氣候狀況持