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地球断代:中国新近纪综合地层和时间框架

已有 4568 次阅读 2018-12-23 17:44 |个人分类:考察随笔|系统分类:科研笔记| 地层, 时间, 新近纪, 化石, 年代

地球断代:中国新近纪综合地层和时间框架 

当我们在20019月前往山西省保德县进行野外调查时,在招待所的电视上目睹了美国911事件的发生,那确实是人类历史上的一个标志性事件。而我们在保德的地层调查工作则是要挖掘地质历史中的标志事件,为中国新近纪时间框架的建立提供精确的约束。在古生物学上,保德是中国新近纪最著名的一个哺乳动物化石地点,从20世纪早期就开始进行科学的研究。在保德发现的大量哺乳动物化石成为《中国古生物志》中一系列三趾马动物群专著所依据的最重要的材料,从而也使保德这一著名的新近纪化石地点闻名世界。

 

新近纪是新生代的第二个纪,过去与古近纪共同组成第三纪,因此曾经分别被称为新第三纪和老第三纪。新近纪生物界的总面貌与现代更为接近,开始于距今2303万年前,一直延续距今533万年前,它进一步被划分中新世和上新世。在地质年代中,比更低的级别是,而与对应的年代地层单位是

裴文中院士等在1963年命名了保德阶,虽然没有正式指定层型剖面,但所指明确,即山西保德含三趾马动物群的这套红粘土地层。在《中国科学:地球科学》最新组织的中国综合地层和时间框架中、英文专辑中,我们对包括以保德动物群为依托建立的保德阶等中国新近纪年代地层系统中的各阶进行了全面的论述。

在国际地层委员会的有力领导下和全球地层学工作者的不懈努力下,最近30年来的地层工作有了突飞猛进的发展,一个以海相地层为基础的国际地层年代框架已经建立。得益于对地中海沿岸地区海相微体生物化石的细致研究,新近纪的年代地层工作在这一进展中表现得相当突出,国际年代地层表中新近系的8个阶已有6个建立了底界层型,余下的兰盖阶和布迪加拉阶也有精确的底界年龄。以海相地层为标准,各大洲广泛分布的新近纪陆相地层可进行很好的海陆对比。

中国的新近纪地层以陆相沉积为主,在1978年以前侧重于对哺乳动物化石的描述。邱占祥院士等在1979年回顾总结了中国中新世哺乳动物群的研究工作,首次提出了这些动物群的年代排序方案,此后更多的学者相继建立和修订了中国新近纪哺乳动物期的划分方案。自2000年以来,中国新近系的建阶工作得到极大推进,在哺乳动物分期的基础上依据《国际地层指南》的原则,将中国的新近系划分为中新统的谢家阶、山旺阶、通古尔阶、灞河阶、保德阶,以及上新统的高庄阶和麻则沟阶,这一方案已应用到《中国地层表》中。

 

在欧亚大陆上中国比欧洲更具备建立精确的新近纪生物地层层序的条件,因为欧洲新近纪的陆相盆地沉积不那么发育,很多著名的哺乳动物群均发现于裂隙堆积中; 此外,由于古地磁测年方法在中国新近纪地层中的广泛应用,同位素年龄测定较少的缺陷已得到有效克服。

谢家阶为中国新近系下中新统的第一个阶,得名于青海省湟中县田家寨乡谢家村。地质部青海省地质局石油普查队在1978年命名了西宁盆地的谢家组,李传夔和邱铸鼎在1980年将在谢家组中发现的一批以小哺乳动物为主的化石命名为谢家动物群,这是在中国发现的第一个早中新世哺乳动物群。随后,李传夔等在1984年以谢家动物群为代表命名了中国新近纪分期中的谢家期,时代为早中新世。1999年第二届全国地层委员会正式提出建立谢家阶的年代地层单位。

谢家阶的候选层型剖面位于谢家村北的车头沟内,从坡脚到山顶依次发育马哈拉沟组、谢家组、车头沟组和咸水河组。谢家组与马哈拉沟组和车头沟组均为整合接触。谢家动物群以小哺乳动物化石为主,包括兔形目、啮齿目,以及奇蹄目和偶蹄目等。根据定义,中国新近系下中新统谢家阶应与国际地层年表中的阿基坦阶对比,其底界的年龄为2303万年。这条界线位于谢家组下部的棕红色块状泥岩连续沉积中,距谢家组底部14米。

 

山旺阶为中国下中新统的第二个阶,得名于山东省临朐县上林镇山旺村。杨钟健在1936年创立山旺系一名,其内涵是指覆盖于青山系,即现在的牛山组玄武岩之上一套富含动、植物化石的含凝灰质砂、砾岩及薄层硅藻土页岩,时代定为早中新世或中中新世,后改称山旺系。随着工作的推进,山旺盆地一带新生代地层被三分,上部为尧山组,中部为山旺组,下部为牛山组。李传夔等在1984年以山旺组所含的山旺动物群命名了山旺期,并把江苏泗洪和方山等动物群归入这一时期。1999年第二届全国地层委员会正式提出建立山旺阶的年代地层单位,其时限与中国陆生哺乳动物分期的山旺期对应。

由于山旺阶被定义为与国际地层年表中的布迪加拉阶对比,底界年龄应为2044万年。不过,由于地层缺失,山旺组的底部年龄为1800万年,与其下伏的牛山组之间有沉积间断,因此在山旺剖面上并不存在山旺阶的底界。甘肃临夏盆地和内蒙古中部地区有下中新统沉积出露,并有山旺阶最底部的化石和适合于古地磁分析的沉积物,因此是有可能建立山旺阶底界界线层型的有利地点。

 

通古尔阶为中国新近系中中新统的阶,得名于内蒙古苏尼特左旗赛汉高毕苏木东南15公里的通古尔台地。美国自然历史博物馆第三中亚考察团的Spock1929年将这个台地上的地层命名为通古尔组,名称来自此处一口叫古尔通卡拉乌苏的水井名字的前半部分颠倒。通古尔组主要由河流相沉积构成,最大厚度接近80米,可以分为两段沉积:上段主要为灰白色砂岩和杂色泥岩,偶夹灰色泥灰岩,在通古尔台地北缘和西缘出露良好;下段为相当均匀的红色或褐红色泥岩,中夹一层河道砂岩,出露在台地南缘的推饶木,在台地北缘的阿勒特希热剖面下部也能见到。两段地层都富含化石。

李传夔等1984年以通古尔动物群为代表建立了中中新世的通古尔期,而通古尔阶的层型剖面位于通古尔台地东南缘的推饶木,该地点只有通古尔组出露,未见下伏地层,其上被第四纪的黄色砂砾掩盖,剖面厚35.6米。推饶木剖面的沉积序列清楚,岩性由上部的红色泥岩、中部的河道砂岩和下部的红色泥岩组成。上红泥岩颜色较浅,偏向桔黄,含有较多由古土壤形成的彩色条带;下红泥岩颜色较深,岩性均一,缺乏水平条带。通古尔阶底界的年龄为距今1500万年,以戈壁跳兔和葛氏铲齿象的首次出现为其生物标志。这条界线在推饶木剖面位于下部红色泥岩的连续沉积中,距中部砂岩的底部7.6米。

 

灞河阶为中国新近系上中新统的第一个阶,得名于流经陕西省蓝田县的灞河。蓝田地区沿灞河分布的沉积地层是中国最好的上中新统生物地层剖面之一,刘东生院士等在1960年命名了灞河组。灞河组主要由棕红色泥岩和砂质泥岩、灰白色砂岩和砂砾岩组成,底部为砾岩。不整合于下伏中中新统寇家村组之上,与上覆上中新统蓝田组也呈不整合接触。李传夔等在1984年创建灞河期。对蓝田地区的古地磁测定结果显示,灞河组的底界年龄为距今1100万年。将灞河阶底界与海相的托尔托纳阶底界1163万年的数据对比,则蓝田地区的灞河组并未包含晚中新世最早期的地层。

甘肃临夏盆地的柳树组岩性均一,为褐红色粉砂质泥岩,即典型的红粘土沉积。柳树组下部的大深沟动物群与灞河动物群相似,而柳树组底部的郭泥沟动物群含有晚中新世最早期的化石,且下伏通古尔阶地层,剖面连续。灞河阶底界层型剖面位于甘肃省临夏回族自治州东乡县那勒寺乡郭泥沟村北一条冲沟内,地层出露良好,下部为中中新统下部东乡组、中部为中中新统上部虎家梁组、上部为上中新统柳树组。郭泥沟动物群代表了灞河沟阶最底部的动物群,包括不少首次出现的化石属,对灞河阶的底界有重要的指示意义。在古北区的陆相地层中,上中新统的底界很长一段时间以来都是以三趾马的首次出现作为标志。郭泥沟动物群中的东乡三趾马是中国已知最小的三趾马,其首次出现作为灞河阶和上中新统的底界生物标志,层位年龄接近1163万年,是欧亚陆最早的三趾马化石地点,而且这一界线年龄恰好与海相的托尔托纳阶底界一致。

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保德阶为中国中新统的最后一个阶,其层型剖面位于保德县腰庄乡冀家村南主沟南侧支沟中,三趾马红土共分13层,总厚约60米。保德阶底界被确定为与海相墨西拿阶底界一致,年龄为725万年。这条界线位于冀家沟剖面第9层之内,恰好在化石层之下,首次出现的福氏三趾马可以作为保德阶底界的生物标志。

保德期盛产三趾马动物群化石,主要为大、中型哺乳动物,以鼬鬣狗类、大唇犀类和中等体型三趾马为典型代表。小哺乳动物的始鼠科、山河狸科和林跳鼠科继续衰退或绝灭,跳鼠科有所发展,仓鼠科和鼠科出现了高度分化,种类和数量达到空前的繁荣。

 

高庄阶是中国上新统的第一个阶,得名于山西省榆社县云簇镇高庄村。德日进和杨钟健在1933年发表了有关榆社的第一个地质报告,发现华北地区的三趾马化石除在红土中有丰富的赋存外,也产于河湖相沉积中。邱占祥院士等在1987年研究榆社盆地的三趾马时,建议将榆社群划分为4个组,自下而上为马会组、高庄组、麻则沟组和海眼组,其时代分别为晚中新世、早上新世、晚上新世和早更新世,并首次提出了高庄期/阶的概念,用以代表中国的早上新世/下上新统。

高庄阶的层型剖面位于榆社盆地桃阳-高庄-赵庄,总厚340米。高庄阶与国际地层年表中海相的赞克勒阶对比,同时高庄期也与欧洲陆生哺乳动物分期的路西尼期对比。赞克勒阶的底界年龄为533.3万年,高庄阶的底界与其一致,这条界线的精确位置在榆社桃阳剖面高庄组桃阳段第5层的土黄色块状砂岩近底部。原始长鼻三趾马在榆社盆地高庄组有较为广泛的分布,其首次出现的位置最接近高庄阶底界,因此是重要的生物标志。

 

麻则沟阶是中国上新统的第二个阶,得名于山西省榆社县云簇镇赵庄村和白海村之间的麻则沟。邱占祥和邱铸鼎在1990年分别以榆社盆地的高庄动物群和麻则沟动物群作为早、晚上新世的代表,后来以此为依据建立了中国上新统的年代地层单位高庄阶和麻则沟阶,分别代表下上新统和上上新统。

麻则沟阶的层型剖面位于榆社盆地赵庄-大马岚剖面,总厚度约95米,麻则沟组下部出露较好;位于大马岚西北约7公里的西周村北剖面出露麻则沟组上部地层。整个麻则沟组是一套厚约175米的以黄砂和紫红色粘土互层并逐步过渡到以粘土为主的沉积。麻则沟阶与国际地层年表中的皮亚琴察阶对比,后者的底界年龄为距今360万年。在榆社赵庄-大马岚剖面,麻则沟阶的底界位于第6层麻则沟组下部紫红色粘土层中部,麻则沟动物群产出这条界线之上。在榆社盆地有精确层位的小哺乳动物化石中,恰好在360万年界线之上出现的种类是张洼沟姬鼠并有对应的晚中新世最晚期的更原始的谱系种邱氏姬鼠,因此张洼沟姬鼠的首现可以作为麻则沟阶底界的生物标志。

 

中国的新近纪地层划分对比工作结合生物地层学、磁性地层学和同位素年代学方法,充分利用各个沉积盆地,尤其是华北地区的丰富哺乳动物化石记录,目前已建立了一个完整的年代地层框架,并已被国际同行广泛接受为代表亚洲地区的核心方案。实际上,自2012年起,中国新近系以陆生哺乳动物为依据建立的年代地层框架就已被作为亚洲标准与北美和欧洲的划分方案并列。

 

不过,由于中国新近纪地层的划分对比主要依据陆生哺乳动物化石,与海相地层相比还存在着一些问题。哺乳动物本身在分布上具有强烈的地域性,在数量上过度稀少,且大多残缺不全,使得陆相地层的划分在原则、方法和工作程序上都有别于主要依据无脊椎动物划分的海相地层。陆相地层和哺乳动物化石在地层划分中的重要作用在《国际地层指南》中没有得到应有的体现,缺少国际性规范的结果,各大洲不得不各自建立单独的陆相地层划分体系。

因此,我们将继续以《国际地层指南》为工作原则,对中国新近系已建立的以哺乳动物化石为依托、以阶为基础的年代地层框架进行深入的研究和完善。只要我们遵循《国际地层指南》的基本原则,采取正确的方法和工作程序,即以哺乳动物化石为主要生物标志,以磁性地层学为主要测年手段,严格进行海陆精细对比,这一任务在不久的将来就有可能完成。



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