新生代早期是南海北部古地理发生巨变的时期,沉积环境经历了从陆到海的转变,通过植物生态学方法准确揭示这一过程发生的时间及过程,对本地区古地理的恢复具有重要意义。本研究选取南海北部深水区白云凹陷代表性钻井样品,通过孢粉藻类分析,揭示古近纪海侵过程。研究表明: 早中始新世文昌组沉积时期,白云凹陷为未受海侵影响的河湖相环境; 晚始新世恩平组沉积时期,凹陷东部和东南部为浅海相环境,海相沟鞭藻大量出现,凹陷南部隆起带早期为河湖相环境,晚期变为海陆过渡相环境,凹陷西北部为大型河流三角洲相环境; 渐新世珠海组沉积时期,凹陷东部和东南部以陆坡深水环境为主,凹陷西北部及南部为海陆过渡相,西北部发育大型河流三角洲; 早中新世,由于全球海平面上升及南海扩张轴发生转向,整个白云凹陷大部分地区处于陆坡深海环境。综上,海侵最早发生在白云凹陷的东部和东南部,呈由东向西的推进,西部海侵发生时间最晚,这一过程与南海洋壳从东向西逐步打开完全一致。

晚中生代一系列的构造运动使中国东部的地形、地貌发生了巨大的改变,形成了“东高西低”的地貌格局。关于白垩纪中国东部是否存在高原或山脉仍存在争议,故对高原或山脉的演化过程、古高程以及其延伸范围等方面仍需进一步的研究。笔者收集了白垩纪中国各地的双气囊花粉和喜干植物花粉的孢粉数据,通过它们百分含量的变化来分析中国东部的古植被演替和古气候演变,为白垩纪中国东部地形地貌的解读提供证据。孢粉分析表明,白垩纪中国大致分为3个气候区: 东北地区为温暖湿润的亚热带—暖温带气候区; 北方地区为半干旱的热带—亚热带气候过渡区; 南方和西藏、新疆地区为炎热干旱的热带—亚热带气候区。在古气候分析的基础上,根据孢粉数据对白垩纪中国东部地貌进行解读,结果显示: 早白垩世早期中国东北地区存在1个高海拔地貌区; 早白垩世东部沿海地区可能存在1个较高海拔的山脉,范围大致在闽浙地区; 晚白垩世早期,中国东部海岸山脉范围达到最大; 晚白垩世最晚期至古新世最早期,中国东部山脉逐步垮塌。推测至古新世早期,中国东部山脉基本已经消失。

琼东南盆地北部新近系三亚组储集层中生物扰动非常发育。在岩心详细观测和描述的基础上,利用偏光显微镜、扫描电镜和微米CT等方法分别对含生物扰动样品和不含生物扰动样品的微观孔隙进行了定量表征和连通性分析,并重点对Ophiomorpha-Thalassinoides遗迹组构的储层改造效应进行了研究。结果表明: (1)琼东南盆地北部新近系三亚组Ophiomorpha-Thalassinoides遗迹组构发育,且生物潜穴对储集层的原始结构具有重要的改造作用,岩心上最显著特征是其破坏了原生层理; (2)生物潜穴充填物主要为石英、长石及少量海绿石和黏土矿物,孔隙发育,以粒间孔和少量粒内溶孔为主, 而围岩基质泥质含量较高,孔隙发育较差; (3)孔喉形态特征较为一致,孔隙体积、孔隙面积、孔隙等效半径和喉道面积均呈左偏单峰分布,喉道等效半径和喉道长度呈近似双峰分布,含生物扰动样品的大孔隙和喉道数量、有效孔隙度、渗透率和配位数平均值都要明显大于不含生物扰动样品。上述结果揭示Ophiomorpha-Thalassinoides遗迹组构增强了研究区三亚组储集层微观孔隙的储集能力和连通性,这对于分析生物扰动对油气储层的改造效应及推进研究区油气增储、上产和提高采收率具有重要意义。

依据在湖北武汉古姆山志留系浅海红层中新发现的古鱼类化石,确证了兰多维列统特列奇阶下部红层——志留系下红层在鄂东南地区广泛存在,并在前人工作基础上对武汉地区原坟头组进行了重新厘定,将其一分为二,上部仍为坟头组,下部则称清水组。新厘定后的坟头组以黄绿色、灰绿色、灰黄色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主,富含腕足类、双壳类、腹足类、三叶虫和遗迹化石; 清水组下部以紫红色、红褐色泥岩、泥质粉砂岩为主,夹少量石英砂岩,上部以紫红色、黄绿色石英砂岩为主,夹泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。在清水组上部新发现的鱼类化石包括盔甲鱼类锅顶山汉阳鱼(Hanyangaspis guodingshanensis)、意外洪山鱼(Hongshanaspis inexpectatus)、后棘江夏鱼(Jiangxialepis retrospina)及软骨鱼类中华棘鱼(Sinacanthus)、新中华棘鱼(Neosinacanthus)。这些新发现的古鱼均为张家界脊椎动物群温塘鱼类化石组合中的成员,其中,后棘江夏鱼可以跟产自江西武宁地区下红层清水组中的九江江夏鱼(J. jiujiangensis)直接对比,二者同属于真盔甲鱼目曙鱼科江夏鱼属,而曙鱼科成员则可以作为志留系下红层的标志性分子。根据鱼群面貌和地层层序,武汉地区的志留系下红层可以与皖、苏地区的侯家塘组、浙西北地区的唐家坞组、赣西北地区的清水组、湘西北地区的溶溪组以及新疆塔里木地区的塔塔埃尔塔格组进行很好的对比,其时代为志留纪兰多维列世特列奇期早期。华南板块志留系下红层的分布特征表明, 在特列奇期早期,上、下扬子海之间存在一狭长的浅海区域,这为盔甲鱼类在湖北武汉和江西武宁两地之间的扩散与交流提供了便利条件和可能。

新疆乌鲁木齐地区上石炭亚系祁家沟组地层出露较完整,沉积序列清晰,古生物化石丰富,但一直以来对祁家沟组的时代多有争论,且介形类研究薄弱。笔者在新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系祁家沟组中鉴定出的介形类共计11属19种,并系统研究了这些介形类的组合面貌、地层分布,探讨了其古环境和古地理意义。结果表明: (1)根据介形类的组合面貌推断,祁家沟剖面祁家沟组的时代应为晚石炭亚纪莫斯科期—卡西莫夫期; (2)祁家沟组介形类生态类型属于古足目类和光滑速足目类的混合集群,符合构造活动区域的介形类OA1-OA3组合特征; (3)根据介形类的生态组合变化以及沉积学的证据,推断祁家沟剖面祁家沟组整体为滨、浅海沉积,存在海退序列; (4)祁家沟组介形类面貌与同时期的塔里木、准噶尔、中天山以及俄罗斯乌拉尔地区等产出的介形类最为相近,与北美、西欧和华北等板块的介形类也较为相似,表明晚石炭亚纪准噶尔、塔里木等块体聚集,并且距离劳俄大陆较近,所以其可与欧洲、北美板块的介形类进行属种交流。研究结果不仅进一步丰富了祁家沟组的化石材料,也对探索古亚洲洋演化特征和区域矿产开发具有重要的意义。

地质历史时期的重大生物—环境事件往往伴随着古海洋海水氧化还原条件的改变,而遗迹化石作为原位保存的生物成因沉积构造,对于解读古海洋氧化还原条件具有显著的优势。通过对前人常用的遗迹学参数进行分析总结,发现遗迹化石多样性、生物扰动强度、潜穴直径、特征遗迹化石组合这4项定量参数可以表征古海洋氧化还原条件的变化。文中以华南二叠系乐平统遗迹化石及生物扰动构造作为研究对象,系统分析了二叠纪末生物大灭绝事件前后遗迹化石参数表征的古海洋氧化还原条件变化特征:自吴家坪期晚期华南古海洋开始出现缺氧,然而该缺氧状态在长兴期不具有持续性,而是呈现出周期性缺氧/贫氧→富氧/有氧的波动特征;在二叠纪末生物大灭绝之前,煤山剖面高精度的定量遗迹学参数指示长兴组24e层顶部存在缺氧事件,并与大灭绝事件有着良好的对应关系。这一实例具体展示了遗迹学参数在古海洋水体氧化还原条件重建中应用前景广阔。

甘肃和内蒙交界的北山地区早白垩世发育众多小型内陆沉积盆地,富含煤、铀、油气等能源资源,但由于该地区岩石地层系统划分较为混乱、时代归属不清,从而制约了近年来的大规模资源勘探工作。本研究基于众多钻孔及露头剖面的沉积序列特征和孢粉等古生物资料,系统清理了该地区的下白垩统归属关系,建议将该地区的下白垩统老树窝群划分为3个组,自下而上依次为驼马滩组、甜水井组(新名)以及马鬃山组(新名),驼马滩组和甜水井组呈不整合接触。驼马滩组以灰黑色、深灰绿色含煤泥岩、粉砂岩及粗砂岩为主,含早白垩世早期孢粉Aequitriradites,但早白垩世中晚期繁盛的Cicatricosisporites含量极低且类型单调,指示驼马滩组的时代为早白垩世早期(大致为贝里阿斯期晚期至瓦兰今期早期)。甜水井组以灰绿色泥岩、粉砂岩为主,Ephedripites、Cicatricosisporites等孢粉含量丰富且类型多样,指示其时代为早白垩世中期(大致为欧特里夫期至巴雷姆期)。马鬃山组以紫红色、浅灰色粉砂岩为主,含有少量三沟类早期被子植物花粉化石,指示其时代为早白垩世晚期(可能为阿普特期至阿尔布期)。以上研究初步整理了甘、蒙交界北山地区下白垩统地层系统,可为后期资源勘探、基础地质研究等工作提供参考。

受到植物化石材料局限性与时代久远性的限制,目前用古生代植物化石δ¹³C值来反演古环境的研究程度较低。文中通过对云南省曲靖市下泥盆统徐家冲组和文山州下泥盆统坡松冲组的部分植物化石进行稳定碳同位素测试,分析了早泥盆世植物的光合作用途径以及古环境。结果表明: 徐家冲组镰蕨属(Drepanophycus)δ¹³C值为-29.0‰~-22.8‰,平均值为-24.5‰,其中镰蕨属茎轴的δ¹³C值高于叶片0.1‰~0.3‰;坡松冲组工蕨属(Zosterophyllum)和始叶蕨属(Eophyllophyton)δ¹³C值分别为-24.8‰~-22.1‰和-23.0‰~-22.6‰,平均值分别为-23.2‰和-22.7‰;三者的δ¹³C值分布范围都与现代C3植物一致。自徐家冲组第57至第79沉积旋回,δ¹³C值总体呈上升趋势,达到2‰左右,推测可能与早泥盆世大气CO₂浓度下降和气候变冷相关。镰蕨属和工蕨属的C_i/C_a值较为稳定,说明这2种植物可能对大气CO₂浓度变化较为敏感,曲靖市古气候可能为当今的热带疏林草原气候或热带季风气候。

早侏罗世托阿尔期早期大洋缺氧事件(Toarcian Oceanic Anoxic Event,~183.8 Ma)是一次全球性的多幕式生物—环境事件,其在四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段亦有显示。对采集自川东北地区大安寨段的鱼粪化石进行形态学描述和内含物分析,发现鱼粪化石中含有大量的磷质成分,多为未经消化的鱼骨化石,另有大量介壳类化石与有机质混杂在一起。据露头岩性和显微薄片特征认为: (1)粪化石呈螺旋状,生产该粪化石的鱼类为大型肉食性鱼类,其喜食小型鱼类和软体动物等,推测可能是肺鱼类(角齿鱼);(2)鱼粪化石形成于开放型淡水湖泊中的半深湖—深湖区,其中湖泊表层含氧量丰富,主要由生产者、消费者构成了研究区早侏罗世托阿尔期大型湖泊生态系统,食物链较为复杂,而湖底为水动力条件较弱的还原环境。该研究成果可为早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件在湖泊中的沉积响应及生态影响研究提供依据。

西秦岭地区是二叠系—三叠系之交深水相保存较为连续的地区,西秦岭甘南地区上二叠统毛毛隆组发育丰富的遗迹化石(12属17种)。遗迹网络分析作为新兴的研究方法,侧重于用相互连接的遗迹分类群来重建遗迹群落系统,这为研究遗迹群落的行为学和生态学提供了丰富的手段。笔者以西秦岭甘南地区上二叠统毛毛隆组发现的遗迹化石为数据源,运用遗迹网络分析方法,揭示出毛毛隆组遗迹群落具结构化特征,遗迹群落体现出环境驱动的遗迹组合面貌特征: Palaeophycus-Lockeia-Arenicolites-Dictyodora-Planolites-Protovirgularia-Chondrites组合(C1,近源浊流区),Palaeophycus-Lockeia-Arenicolites-Dictyodora-Protovirgularia-Phycodes-Chondrites-Helminthopsis组合(C2,浊流过渡区—浊流远源区),和Palaeophycus-Nereites-Scolicia-Protovirgularia-Helminthopsis组合(C3,远源浊流区)。该遗迹群落由C1演变至C3的过程,揭示了古环境从近源浊流区至远源浊流区的演变历程。

通过对豫西—晋中南地区上石炭统—下二叠统太原组碳酸盐岩中遗迹化石的组成、产状及分布特征的研究,结合部分生物潜穴中Sr含量、Sr/Ba值、1000×(Sr/Ca)值和δ¹³C值,得到不同地区太原组沉积期古水深的变化曲线,建立了3种不同水深的遗迹组合: (1)Nereites-Chondrites遗迹组合,产生于氧化还原界面附近水体相对较深的浅海下部环境;(2)Zoophycos-Teichichnus遗迹组合,形成于浪基面至氧化还原界面之间的浅海中部沉积环境;(3)Zoophycos-Thalassinoides遗迹组合,出现在平均海平面至浪基面之间的浅海上部或较为闭塞的海湾潟湖沉积环境。依据这3种遗迹组合在各剖面上的变化特征和古水深,认为在豫西—晋中南地区太原组沉积期发生过2次较大规模的海侵。这一成果为精细研究华北西部地区太原期沉积环境演变规律及对比地层提供了生物遗迹学方面的依据。

黔西高原的长时间序列孢粉记录比较少,限制了对该地区末次冰期晚期古植被及西南季风演化过程和机制的认识。本研究通过对黔西高原一个连续的古湖泊沉积物孢粉记录的分析,并结合AMS¹⁴C测年,重建黔西高原末次冰期晚期古植被及西南季风演化。结果表明: 轨道尺度上,MIS3(氧同位素3阶段)中晚期,黔西高原主要为木本、草本植物,喜湿的针叶树种较多,西南季风较强。MIS2(氧同位素2阶段)期间,喜湿的针叶树种减少,而草本、蕨类植物增多,指示气候冷干,西南季风减弱。千年尺度上,黔西高原西南季风响应于北大西洋冰漂碎屑事件及H3(Heninrich 3)、H2(Heninrich 2)和LGM(Last Glacial Maximum)事件,导致西南季风减弱,喜湿的针叶树种减少。通过对比发现,东亚夏季风和西南季风在轨道及千年尺度上协同演化,二者均响应于北半球高纬度太阳辐射变化及北大西洋冰漂碎屑事件。在19~18 cal ka BP,黔西高原经历最冷干气候,西南季风减弱,木本、草本植物近乎消失,而同期东亚夏季风增强,说明西南季风和东亚夏季风在冰后期上存在反相位关系。