王瑞, 姜宝玉. (2021). 中国晚白垩世古水系展布及其对鸭嘴龙类分布的影响* [J]. 古地理学报, 23(3): 581-599.
Wang Rui, Jiang Bao-Yu. (2021). Reconstruction of the Late Cretaceous paleoriver systems in China and their effects on distribution of hadrosaurs[J]. Journal Of Palaeogeography, 23(3): 581-599.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2021.03.028
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中国晚白垩世古水系展布及其对鸭嘴龙类分布的影响*
王瑞, 姜宝玉
南京大学地球科学与工程学院,江苏南京 210023
通讯作者简介 姜宝玉,男,1970年生,博士,南京大学地球科学与工程学院教授,主要从事古生物学、埋藏学、古地理学的科研工作。E-mail: byjiang@nju.edu.cn。

第一作者简介 王瑞,男,1995年生,古生物学与地层学硕士研究生,2014年毕业于吉林大学并获学士学位。E-mail: mg1829045@smail.nju.edu.cn。

收稿日期:2020-08-27 修回日期:2020-11-28
基金资助:*中国科学院第二次青藏高原综合科学考察研究(编号: 2019QZKK0706),国家自然科学基金基础科学中心项目(编号: 2020101040)以及中国科学院先导B专项(编号: XDB26000000)共同资助
摘要

晚白垩世河道和冲积平原等河流相沉积广泛分布于中国大部分地区,保存了大量以鸭嘴龙超科为主的恐龙骨骼化石和遗迹化石。这些河流是否存在水系上的联系以及其对陆地生态系统分布的影响程度,目前研究较少。笔者收集了中国9个晚白垩世陆相盆地共2357个碎屑锆石的U-Pb年龄资料,通过对已收集的碎屑锆石的物源分析,探讨了中国晚白垩世的水系展布模式和物源方向。研究结果表明:晚白垩世中国南方地区可能存在北东—南西向的大型水系,其与现代水系展布模式相反,整体流向可能起源于晚中生代东部高原,向西和西南方向流经中国南方大部分地区,并形成了彼此相互交错、宽阔的河岸和冲积平原带;而北方地区的盆地则显示出被古隆起分隔的山间盆地特征,除共享来自晚中生代东部高原的少量物源外,各个盆地的物源主要来自于周围的古隆起,并形成了较为独立的复杂水系。以鸭嘴龙超科为代表的恐龙主要繁盛于北方地区相对独立的水系所形成的流域,演化出独特的东亚鸭嘴龙超科动物群。南方大型水系所形成的流域虽然保存了大量恐龙蛋和足迹化石,但仅发现少量骨骼化石,推测这可能是因为以鸭嘴龙为主的恐龙不适宜在南方炎热干旱的气候条件下常年生活,而只是在适宜的季节沿南方大型水系迁徙或繁殖。

关键词: 晚白垩世; 物源; 水系分析; 恐龙; 生物古地理
中图分类号:P531 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2021)03-0581-19
Reconstruction of the Late Cretaceous paleoriver systems in China and their effects on distribution of hadrosaurs
Wang Rui, Jiang Bao-Yu
School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University,Nanjing 210023,China
About the corresponding author Jiang Bao-Yu,born in 1970,doctor,is a professor of School of Earth Science and Engineering,Nanjing University. He is mainly interested in paleontology,taphonomy and palaeogeography. E-mail: byjiang@nju.edu.cn.

About the first author Wang Rui,born in 1995,is a master candidate of paleontology and stratigraphy,and graduated from Jilin University with a bachelor’s degree in 2014. E-mail: mg1829045@smail.nju.edu.cn.

Fund:Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research of Chinese Academy of Sciences(No.2019QZKK0706),the National Natural Science Foundation of China(No.2020101040)and the Strategic Priority Research Program(B)of the Chinese Academy of Sciences(No. XDB26000000)
Abstract

The Upper Cretaceous in China is featured by fluvial deposits,such as channels and floodplains,in which abundant hadrosaur-dominated dinosaurs and dinosaur trace fossils are preserved. Whether these Late Cretaceous fluvial deposits belonged to certain large-scale paleoriver systems or not,and how the distribution pattern of paleoriver systems affected the evolution of terrestrial ecosystems,have not been well studied. In this paper,U-Pb ages of 2357 detrital zircons from nine Late Cretaceous terrestrial basins in China are collected. Based on provenance analysis on these detrital zircons,the distribution pattern of the Late Cretaceous paleoriver systems and provenance directions are discussed. The results show that there existed SW-NE oriented,large-scale river systems in southern China in the Late Cretaceous. Contrary to the eastward and southeastward drainage directions of modern river systems,the Late Cretaceous paleoriver systems drained from an inferred coastal plateau in eastern China to the west and southwest,and resulted in widespread web-like riverbank and floodplain deposits in southern China. In contrast,basins in northern China were separated by paleo-uplifts,from which most of the sediments were derived. The drainage systems of the studied basins in northern China were largely independent from each other. These complex drainage basins in northern China created many isolated habitats where a unique East Asia hadrosaur fauna evolved. In contrast,the riverine deposits of the river systems in southern China are featured by fossils of dinosaur eggs and footprints,and only few dinosaur skeleton fossils. This feature probably resulted from the hot and arid climate in southern China,which was not suitable to hadrosaur-dominated dinosaurs as a perennial habitat. They instead may have migrated through or laid eggs along the river systems seasonally.

Key words: Late Cretaceous; provenance; paleoriver analysis; hadrosaur; palaeobiogeography
1 概述

水系不仅可为陆生动物提供淡水和食物, 而且其广阔的河岸和冲积平原带还可为陆生动物提供赖以生存的环境, 因此, 水系的展布控制了河流流域陆地生态系统的分布。水系的展布主要受地势、地貌、气候和地质背景等因素的控制(Carpenter, 1992)。新生代青藏高原的隆起导致了中国西高东低的地理格局, 并控制了中国现代水系的展布模式, 大型水系(如黄河、淮河、长江和珠江)整体均呈东西向展布, 向东或东南入海(Chen et al., 2008; Lu et al., 2013; Su et al., 2020)。这些水系深刻地影响了流域陆地生态系统的分布, 形成了很多包括人类古文明在内的、独特的流域生态系统, 如黄河流域和长江流域生态系统(Jiang and Zhang, 2016)。中国大陆主体是由塔里木、华北、扬子、华夏、羌塘、拉萨等多个板块经历多次复杂的构造运动拼贴而成的, 这些构造运动导致的古地理格局变化控制着中国不同地质历史时期的水系展布模式(王鸿祯, 1985), 也必然影响着中国地质历史时期陆地生态系统的分布与演化。重建地质历史时期古水系展布模式, 对于揭示陆地生态系统的演化具有重要的意义。

白垩纪以极端的高温气候为特征, 地球两极无冰盖导致全球范围内的海平面升高, 全球陆相地层分布局限。当时陆地脊椎动物以爬行动物最为繁盛, 尤其是恐龙(含鸟类)。鸭嘴龙超科是晚白垩世恐龙的一个主要类群, 主要沿海岸和河流流域栖息和繁衍(Nadon, 1993; Lyson and Longrich, 2011; Nakajima et al., 2018), 其骨骼、蛋、巢穴和脚印等广泛产出于世界各地的晚白垩世河道和冲积平原相沉积中(Horner et al., 2004; Butler and Barrett, 2008; Paul, 2008; 邢海, 2015)。中国陆相上白垩统分布广泛, 以河道相、冲积平原相和山麓洪积相沉积夹少量湖相以及火山碎屑沉积为特征(Chen, 1983; Wan et al., 2013; Xi et al., 2019), 产出大量以鸭嘴龙超科为主的恐龙骨骼和遗迹化石(Carpenter, 1982, 1992; Tanke et al., 2001; Wang et al., 2012; 邢海, 2015)。

前人已分别采用古生物学、沉积学和碎屑锆石物源分析方法对中国晚白垩世的水系展布模式进行了探讨。例如, 陈丕基(1979)通过对比分布于中国各地的侏罗纪— 白垩纪叶肢介动物群, 提出在晚中生代中国南方地区可能存在1条向西流动的大型河流这一创新观点, 之后他根据构造、地层学特征以及对中国东部叶肢介生物群的分析, 进一步提出晚白垩世中国北方和南方存在分别以松辽盆地和江汉盆地为沉积中心的两大流域(Chen, 2000)。任纪舜(2003)提出晚中生代中国东部存在1个类似现今青藏高原的中生代高原— 山脉系统, 之后众多学者通过地球化学及矿物学的研究支持了这一观点(Dmitrienko et al., 2016; Zhang et al., 2016)。Sha(2007, 2010)通过对中国白垩纪类三角蚌超科的古地理分布和特征组合的研究, 也提出了在晚白垩世中国存在着1条连接着中南— 东部— 东北地区的南北向古水系和1条连接着内蒙— 西北地区的东西向古水系。Liu 等(2015)通过对华北板块中生代陆相盆地的沉积学、古地理学和大地构造分析, 提出中国东部存在N-S向及NE-SW向古水流。Wang 等(2018)通过对于长江中部地区中生代和新生代不同时期碎屑锆石年代学的对比研究, 提出晚白垩世古长江的西向流动及在渐新世的流向反转。

重建古水系较为成熟的方法是对同时期的不同盆地内碎屑沉积物进行物源分析。陆源碎屑岩由风化剥蚀的岩浆岩、变质岩及沉积岩原岩的碎屑通过搬运胶结而形成, 碎屑物质的年龄组成已经成为解决一系列地球科学问题的工具(Fedo et al., 2003)。锆石是一种难熔硅酸盐矿物, 对于U-Pb放射性同位素体系具有良好的封闭作用, 因此非常适合高精度U-Pb年代学研究。单锆石颗粒的年龄通常反映了源区岩石的岩浆结晶年龄。陆源碎屑岩中碎屑锆石的年龄谱是盆地系统地质演化的良好记录(Thomas, 2011), 碎屑锆石年龄谱中包含多个不同频率的峰值, 每一个峰值代表不同性质的源区特征, 因此获取盆地沉积岩中碎屑锆石的年龄谱, 可以了解该时期沉积物源区的多样性及其变化趋势。由于碎屑物质必须依赖介质进行传播, 多盆地碎屑锆石年龄谱的相似性表明这些盆地具有相同的源区, 因此不同盆地多样品碎屑锆石分析可以被用来还原当时的古水系(Vermeesch, 2012)。前人已通过沉积物碎屑锆石物源分析方法对中国多个中生代和古近纪盆地物源方向和水系展布进行了分析(She et al., 2012; Vermeesch, 2012; Spencer and Kirkland, 2015; Wang et al., 2018), 但是针对晚白垩世沉积盆地的研究大多倾向于针对某一盆地的物源进行分析(Yan et al., 2011; Li et al., 2012, 2018; Shen et al., 2012a, 2012b; Zhao et al., 2013; Wang et al., 2014, 2015b, 2016; Zhang et al., 2015; An et al., 2016), 缺乏对同时代各个盆地之间的物源是否有联系的研究。因此, 中国晚白垩世存在哪些水系, 这些水系如何展布, 水系的展布模式对恐龙、尤其是鸭嘴龙超科的分布有何影响等问题, 尚没有得到很好地回答。文中通过对前人已发表的三江盆地、松辽盆地、胶莱盆地、诸城盆地、江汉盆地、衡阳盆地、麻阳盆地、四川盆地、兰坪— 思茅盆地等9个陆相盆地上白垩统沉积物的碎屑锆石年代学资料进行统计和分析, 对中国晚白垩世盆地物源之间潜在的联系进行分析, 并结合前人关于中国鸭嘴龙超科化石种属以及恐龙蛋的时空分布的研究成果(Wang et al., 2012; 邢海, 2015), 试图对以上问题进行探讨。

2 地质背景
2.1 潜在的物源年龄

中国大陆的主体由华北板块与华南板块组成。本次研究的9个盆地中, 南方地区江汉、衡阳、麻阳、四川及思茅盆地位于华南板块, 北方地区胶莱、诸城、松辽及三江盆地位于华北板块及东北地区的微陆块上。

2.1.1 华南板块

华南板块是由新元古代初期位于西北方向的扬子地块与东南方向的华夏地块相互聚合形成, 北侧以秦岭— 大别— 苏鲁造山带与华北板块为界, 西南侧以哀牢山— 宋马缝合带与思茅地块和印支板块相隔(Metcalfe, 2006; Faure et al., 2014), 西侧以龙门山断裂带与松潘— 甘孜地块为边界(Nie et al., 1994)。扬子地块北部和西南部发育太古代和古元古代岩石, 其中太古宙露头崆岭杂岩、黄土岭麻粒岩和鱼洞子群仅分布于扬子地块北部(Zhao et al., 2018)。崆岭杂岩(TTG)片麻岩原岩年龄为3.3— 2.7 Ga, 在2.73 Ga和2.0 Ga发生变质事件, 并在1.85 Ga被A型花岗岩侵位(Gao et al., 1999, 2011; Peng et al., 2012; Guo et al., 2014); 黄土岭麻粒岩原岩年龄为2.78— 2.74 Ga, 在2.0 Ga发生变质事件(Wu et al., 2008); 鱼洞子群变质沉积岩和片麻岩岩系原岩年代不确定, 但含有2.7 Ga年龄锆石(Zhang et al., 2001)。扬子地块的古元古代岩石包括位于扬子地块北部的后河杂岩和西南部的大洪山、东川和河口群(Zhao et al., 2018), 其中后河杂岩为一套灰色片麻岩, U-Pb锆石年龄为2080 Ma(Wu et al., 2012), 而扬子地块西南部的古元古代原岩年龄在1740— 1503 Ma之间(Greentree et al., 2006; Sun et al., 2009; Zhao et al., 2010)。华夏地块古元古代基底分布广泛, 主要为出露在浙西南与闽西北NE-SW向武夷山区域的八都杂岩(及同时期杂岩体), 其中火成锆石的年龄在1910— 1780 Ma(Xia et al., 2012; Liu et al., 2014b), 变质锆石的年龄为1890— 1880 Ma及250— 235 Ma(Liu et al., 2014b)。

华南板块中元古代岩石分布于扬子地块西南和东南缘以及华夏地块的海南岛。其中, 位于扬子地块西南的劳务山组凝灰岩、句林群玄武岩及昆阳群膨润土年龄分别为1140 Ma(Greentree et al., 2006)、1050 Ma(Chen et al., 2014)及1030 Ma(Zhang et al., 2007), 位于扬子地块东南缘的碱性流纹岩年龄为1159± 8 Ma(Li et al., 2013), 华夏地块海南岛出露有1440 Ma和1430 Ma的变质凝灰岩及火山碎屑岩(Li et al., 2008)。

与扬子地块与华夏地块沿着江南造山带拼贴相关的新元古代岩浆岩广泛分布在华南板块上(Zhao et al., 2018), 其中新元古代早— 中期岩浆岩分布于华南板块北缘与西缘的攀西— 汉南带和位于华南板块东部的江南造山带。攀西— 汉南带新元古代岩浆岩总体年龄范围在950— 730 Ma之间, 峰值年龄位于860 Ma和750 Ma(Cawood et al., 2020)。江南造山带新元古代中期岩浆岩年龄范围为980— 730 Ma, 其中东北部年龄较老, 年龄分布范围为860— 810 Ma, 而西南部年龄较新, 年龄分布范围为810— 730 Ma(Zhao et al., 2018)。早古生代晚期(460— 420 Ma)华南板块发生了陆内造山事件, 在华夏地块和扬子地块的南缘形成了一个强烈的褶皱带和广泛分布的加里东期花岗岩(Wang et al., 2013a)。石炭纪— 二叠纪华南板块为一个整体的碳酸盐岩台地, 华南板块内部没有同期的岩浆作用(Shu et al., 2008, 2015)。在三叠纪, 印支运动在华南形成上三叠统与下伏地层的角度不整合, 在250— 200 Ma之间华南板块发生了广泛的岩浆作用及变形, 形成了南盘江、十万大山、江汉等一系列前陆盆地群(Wang et al., 2013b; Shu et al., 2015); 同时由于古特提斯洋在晚二叠世— 早三叠世(255— 248 Ma)的持续俯冲, 在中三叠世(~247 Ma)印支板块与华南板块碰撞造山形成印支造山带, 在234— 214 Ma的印支造山带中发育了大量花岗岩与超镁铁质侵入岩(Zi et al., 2013)。

侏罗纪— 白垩纪华南东部发育大规模钙碱性花岗岩、火山岩和弧后裂谷盆地, 代表着华南东部进入活动型大陆边缘时代(Gilder et al., 1996; Jiang et al., 2009)。在华南板块东部, 燕山期产生了与华北板块相似的NNE向变形。华南板块岩浆活动主要集中在雪峰山东部, 没有到达四川盆地(Zhang et al., 2013)。燕山期的岩浆岩出露面积很广, 在安化— 罗城断裂以东广泛分布着约2× 105 km2的燕山期岩浆岩露头, 其中侏罗纪的岩浆岩分布在相对内陆的地区如南岭地区, 年龄在180— 170 Ma之间(Xie et al., 2006), 另外在广东东北部、福建西南部以及浙江东南部分布一些~170 Ma的英安岩和流纹岩, 福建省西南部还分布有160— 148 Ma侏罗纪岩浆活动(Liu et al., 2016)。而白垩纪的岩浆岩分布在浙江、福建以及广东等沿海省份, 其中浙江东南部白垩纪火山— 沉积层序最为发育, 火山活动分为3个阶段, 早白垩世140— 128 Ma和122— 120 Ma以中酸性火山碎屑岩及沉凝灰岩为主, 早白垩世晚期— 晚白垩世110— 88 Ma以流纹岩及双峰玄武岩为主(Liu et al., 2014a)。华南板块燕山期岩浆岩中的锆石U-Pb年龄可分为3个年龄段: 180— 152 Ma、130— 120 Ma以及102— 87 Ma, 峰值分别为158 Ma、125 Ma和93 Ma(Wang et al., 2013a)。

2.1.2 华北板块

华北板块以显生宙造山带与其他板块为界, 如西侧的早古生代祁连山造山带和北侧的二叠纪末期中亚造山带(Xiao et al., 2003), 南侧与华南板块在中三叠世(~230 Ma)汇聚造山, 形成了横贯中国东西的秦岭— 大别— 苏鲁造山带。华北板块最古老的岩石是出露于辽宁鞍山和河北冀东等地的TTG古陆核(Cope, 2017), 锆石U-Pb年龄高达3.8 Ga(Liu et al., 2008; Wan et al., 2009; Zhao, 2014)。华北板块由相对均匀的太古宙至古元古代变质基底组成, 部分被中元古代到新生代的盖层所覆盖(Zhao, 2014)。华北板块在新太古代经历了2次大规模的大陆地壳生长事件, 分别发生在2.9— 2.7 Ga和2.6— 2.5 Ga。最新的研究揭示华北板块山东北部(胶北地体)、河北西部、河北东部以及河南等地出露了众多新太古代TTG岩系, 含有大量2.7 Ga年龄岩浆锆石(Zhai and Santosh, 2011; Zhao, 2014)。华北板块在太古代微陆块聚合期间形成了2条横贯华北东西的变质绿岩带, 其中太行山地区的雁翎关绿岩带年龄较老, 形成于2.8— 2.7 Ga, 在2.7 Ga被TTG岩系侵入(Zhao, 2014), 而鄂尔多斯微陆块东侧的绿岩带(如五台山绿岩带, 遵化绿岩带)形成于2.5 Ga(Zhai and Santosh, 2011)。

华北板块古元古代发生了2次造山事件: 第1次发生在1.95 Ga, 形成了横亘于阴山微陆块与鄂尔多斯微陆块之间的孔兹岩带(Zhao, 2014), 麻粒岩中含有1955— 1949 Ma变质锆石; 第2次发生在1.85 Ga, 华北西部与东部聚合形成了华北板块中央造山带(TNCO), 其中包含太古宙少量2.8— 2.7 Ga登封灰色片麻岩、2550— 2520 Ma五台、沭水花岗岩和2520— 2475 Ma淮安、衡山、阜平片麻岩, 古元古代2360— 2176 Ma衡山杂岩体、2176— 2110 Ma吕梁杂岩体、~2050 Ma阜平杂岩体、2190— 1920 Ma及1800— 1750 Ma的阜平、五台、淮安、衡山吕梁镁铁质岩脉以及胶北地体中广泛发育的1900— 1800 Ma变质岩(Zhao, 2014)。华北板块约从1650 Ma起成为一个稳定的克拉通(Cope, 2017)。在1650— 450 Ma期间, 华北板块除了在一些中元古代沉积序列中发现与裂谷相关的辉绿岩之外(Zhang et al., 2009), 缺乏明显的岩浆活动。晚志留世— 早泥盆世(453— 437 Ma), 白乃庙火山弧开始增生到华北板块被动大陆北缘(Zhang et al., 2014a), 华北板块北缘形成了1条被称为内蒙古古隆起(IMPU)的岩浆带(Zhang et al., 2009)。在晚二叠世之前, 位于华北板块北方的古亚洲洋将华北与现在蒙古和中国东北的微陆块分隔开来(Cope, 2017)。古亚洲洋在石炭纪早期(~350— 320 Ma)持续南向俯冲, 在现今蒙古东南缘形成一个岛弧系统, 自晚二叠世开始从西向东关闭, 直至早三叠世完全关闭, 形成Solonker缝合带。Solonker缝合带沿线古生代岩浆岩年龄以323— 282 Ma的石炭纪— 二叠纪年龄为主, 最年轻的与岛弧相关的岩浆岩不晚于244 Ma的中三叠世(Eizenhö fer and Zhao, 2018), 其中贺根山地区晚石炭世— 早二叠世岩浆岩在空间上密集分布(Eizenhö fer et al., 2015; Zhou et al., 2015)。进入中生代后, 由于华北板块东侧古太平洋板块的俯冲, 在华北板块东部产生了大量的岩浆作用(Cope, 2017), 其中晚三叠世岩浆岩在华北板块分布广泛, 224— 218 Ma钙碱性岩浆岩分布于华北板块东缘(Yang et al., 2012)。

由于中生代初古太平洋板块向东亚持续低角度俯冲, 导致华北板块东缘广泛发育侏罗纪— 白垩纪岩浆作用(Li et al., 2019a)。华北板块东部印支期岩浆岩主要分布在华北板块北部和东北部(Zhang et al., 2014a, 2014b), 特别是230— 220 Ma碱性花岗岩和正长岩、碳酸岩、煌斑岩和碱性辉石安山岩(Shao et al., 2006; Li et al., 2019a)。华北板块侏罗纪和白垩纪岩浆岩也普遍呈北北东向分布, 侏罗纪花岗岩的年龄大多在165— 145 Ma之间, 主要分布在华北板块东部, 如辽东丹东地区至山东招远地区。白垩纪华北东部的岩浆活动也开始向东迁移, 在除东部外的华北其他地区没有明显的岩浆活动(Li et al., 2019a)。

2.2 地层格架与沉积环境

受古太平洋构造域、特提斯构造域和超级地幔柱活动控制, 白垩纪中国形成了由弧— 陆系统组成的沉积盆地体系。中国的白垩系包括广泛分布的陆相地层和相对有限分布的海相地层和海陆交互相地层(Xi et al., 2019)。中国陆相上白垩统主要分布于东部一系列北东— 北北东向断陷盆地中, 包括嘉荫、三江、松辽、辽西、胶莱— 诸城、苏北、江汉、南雄以及东南部等盆地或盆地群, 位于西南部的四川盆地以及兰坪— 思茅盆地也分布一定面积的上白垩统(图 1)。本次研究共涉及9个中国晚白垩世盆地, 分别是三江盆地、松辽盆地、胶莱盆地、诸城盆地、江汉盆地、衡阳盆地、麻阳盆地、四川盆地和兰坪— 思茅盆地, 其中三江盆地仅在坎潘期接受沉积, 胶莱盆地和诸城盆地缺失部分马斯特里赫特期地层, 而麻阳盆地缺失晚白垩世晚期地层, 其余盆地晚白垩世地层完整。除松辽盆地以湖相沉积为主外, 其他盆地主要发育冲积扇、河流相地层, 冲积平原沉积发育(图 2)。

图 1 中国晚白垩世盆地及潜在物源分布略图(修改自王鸿祯, 1985; 马永生, 2009)
图中盆地名称为: 1.漠河盆地; 2.嘉荫盆地; 3.三江盆地; 4.鸡西盆地; 5.延吉盆地; 6.松辽盆地; 7.海拉尔盆地; 8.辽西盆地群; 9.二连盆地; 10.走廊盆地群; 11.胶莱— 诸城盆地; 12.南阳盆地; 13.苏北盆地; 14. 江汉盆地; 15.东部火山盆地群; 16. 衡阳盆地; 17.麻阳盆地; 18.四川盆地; 19. 南雄盆地; 20.兰坪— 思茅盆地; 21. 南宁盆地。底图为中国地图(界线版、有邻国、无河流), 审图号GS(2020)4631号Fig.1 Distribution of the Late Cretaceous basins in China and their potential provenances(modified from Wang, 1985; Ma, 2009)

图 2 中国9个代表性盆地上白垩统地层对比(对比方案采用Xi et al., 2019)
代表剖面: 三江盆地: 王山剖面, K2hl海浪组; 松辽盆地: 安达4, 195井剖面, K2qt泉头组, K2qs青山口组, K2y姚家组, K2n嫩江组, K2sf四方台组, K2m明水组; 胶莱盆地: 何家庄— 林家岭剖面, K2x辛戈庄组, K2ht红土崖组, K2jz胶州组; 诸城盆地: 红石山— 凤凰山剖面, K2x辛戈庄组, K2ht红土崖组; 江汉盆地: 石子岭剖面, K2l罗镜滩组, K2hh红花套组, K2p跑马岗组; 衡阳盆地: 神皇山剖面, 大坑剖面, 东塘剖面, K2sh神皇山组, K2dj戴家坪组, K2dt东塘组; 麻阳盆地: 神皇山剖面, K2sh神皇山组; 四川盆地: 灌县剖面, K2jg夹关组, K2g灌口组; 兰坪— 思茅盆地: 云龙县剖面, 江城县剖面, K2hs虎头寺组, K2mk曼宽河组Fig.2 Stratigraphic correlation of the Upper Cretaceous in nine typical basins of China(modified from Xi et al., 2019)

3 研究方法

笔者采用Xi 等(2019)的白垩系划分和对比框架, 根据各盆地所在地区的省级区域地质志(吉林省地质矿产局, 1988; 湖南省地质矿产局, 1988; 湖北省地质矿产局, 1990; 云南省地质矿产局, 1990; 山东省地质矿产局, 1991; 四川省地质矿产局, 1991; 黑龙江省地质矿产局, 1993), 绘制了上述9个盆地上白垩统代表剖面综合地层柱状图(图 2)。碎屑锆石数据分别来自以下9个盆地: 三江盆地海浪组(Zhang et al., 2015), 松辽盆地嫩江组(Li et al., 2012; Zhao et al., 2013), 胶莱盆地红土崖组和辛戈庄组(Wang et al., 2016), 诸城盆地红土崖组(An et al., 2016), 江汉盆地跑马岗组、红花套组和罗镜滩组(Shen et al., 2012a, 2012b), 衡阳盆地和麻阳盆地戴家坪组、神皇山组(Yan et al., 2011), 四川盆地灌口组和夹关组(Li et al., 2018), 兰坪— 思茅盆地曼宽河组和虎头寺组(Wang et al., 2014, 2015b)。共统计碎屑锆石年龄2357个, 各采样点的位置和采样层位见图 1和图 2。每个盆地的碎屑锆石年龄值以20 Ma为年龄段进行分组, 分别计算各个年龄段所占碎屑锆石含量的百分比, 绘制每个盆地的锆石峰值年龄谱。碎屑锆石峰值年龄计算采用核密度分析的方法, 使用Pieter Vermeesch开发的Density Plotter软件(Vermeesch, 2012)分析统计各个盆地的典型峰值(图 3)。由于传统上基于视觉的多盆地年龄谱峰值对比来重建古水系的方法带来了很多主观性, 因此Vermeesch(2013)提出了MDS(Multi-Dimensional Scaling)的方法解决该问题。该方法基于 K-S 检验的 D 值或 Kuiper 检验的 V 值, 通过一定的算法, 将分析结果以点的形式投射在多维空间(二维或三维), 表示多个样本之间的相对差异, 从而显著提升了碎屑锆石样品量化分析结果的可视化效果(张凌等, 2020)。该方法已经被很多研究者成功应用在多盆地基于碎屑锆石年龄数据的古水系重建工作中(如Vermeesch, 2012, 2013; Spencer and Kirkland, 2015; Wang et al., 2018)。文中使用碎屑锆石典型峰值分析与MDS相结合的方法对中国晚白垩世9个盆地碎屑锆石年龄进行分析。

图 3 中国南方地区5个代表性盆地上白垩统碎屑锆石U-Pb年龄谱对比
峰值年龄均以20 Ma年龄段内碎屑锆石颗粒数所占总体百分含量来进行统计, 左侧纵坐标为峰值占总体的百分含量, 右侧纵坐标为核密度分析计算的标度, 图中红线及数字代表核密度计算所得峰值, 共有年龄段物源以不同颜色区分Fig.3 Detrital zircon U-Pb age spectrums of the Upper Cretaceous from five typical basins in southern China

在物源分析和古水系重建的基础上, 采用系统发生古生物地理学(Lieberman, 2000, 2003)的方法, 对晚白垩世鸭嘴龙超科在中国的分布及其古水系展布之间潜在的关系进行研究。鸭嘴龙超科系统发育关系采用邢海(2015)的方案, 同时使用Xi 等(2019)的白垩系划分和对比框架, 对中国产出的鸭嘴龙超科化石的产出时代和地点进行标定和校准。根据校准后的鸭嘴龙系统发育关系和鸭嘴龙超科系统在中国的扩散和辐射过程, 探讨中国晚白垩世水系展布模式对鸭嘴龙超科扩散和辐射的潜在影响。

4 结果

中国南方地区的盆地(江汉盆地、衡阳盆地、麻阳盆地、四川盆地、兰坪— 思茅盆地)都显示出多峰值和年龄跨度较大的特征(图 3)。最古老的单颗粒碎屑锆石都属于中— 新太古代, 年龄在3115— 2700 Ma之间。麻阳盆地与兰坪— 思茅盆地最年轻的锆石属于三叠纪, 分别为201 Ma与215 Ma; 四川盆地最年轻的锆石年龄为109 Ma, 属于早白垩世; 江汉盆地与衡阳盆地最年轻的锆石年龄分别为89 Ma与92 Ma, 属于晚白垩世。这些盆地共有新太古代— 古元古代(2550— 2450 Ma, 占比1.6%~4.67%)、古元古代(1860— 1820 Ma, 占比0.7%~8.8%)、新元古代(860— 800 Ma, 占比4.1%~9.9%)、古生代(440— 420 Ma, 占比2.3%~5.2%)和中生代(240— 220 Ma, 占比1.4%~9.4%)5个年龄段。衡阳盆地与麻阳盆地除了上述共有年龄段外, 还含有中— 新元古代(1200— 900 Ma, 占比12.59%~14.28%), 该年龄段在江汉、四川以及思茅盆地中不明显。四川盆地具有的~763 Ma显著峰值在其余4个南方盆地中不明显; 四川盆地、兰坪— 思茅盆地与麻阳盆地印支期(260— 200 Ma)碎屑锆石的占比均大于16%, 高于江汉盆地(9.96%)和衡阳盆地(2.96%)。

中国北方地区沉积盆地年龄峰值较新且相对较为集中(图 4)。胶莱盆地与诸城盆地年龄谱较为相似, 胶莱盆地与诸城盆地最古老的锆石都属于新太古代, 年龄分别为2875 Ma与2644 Ma, 最年轻的锆石属于白垩纪, 年龄分别为107 Ma与66 Ma, 都含有新太古代(2560— 2500 Ma, 占比3.2%~4.8%)、古元古代(1900— 1860 Ma, 占比1.9%~2.6%)、新元古代(760— 700 Ma, 占比2.4%~4.8%)、石炭纪(340— 300 Ma, 占比1.31%~1.32%)、三叠纪(240— 220 Ma, 占比0.8%~1.6%)、白垩纪(120— 100 Ma, 占比20.1%~46.1%)年龄段锆石。三江盆地最古老的锆石年龄为2584 Ma, 属于新太古代, 最年轻的锆石年龄为80 Ma, 属于晚白垩世, 以寒武纪— 志留纪(540— 420 Ma, 占比22.6%)、二叠纪— 三叠纪(280— 220 Ma, 占比38.5%)、侏罗纪— 早白垩世(180— 120 Ma, 占比4.3%)和晚白垩世(100— 60 Ma, 占比7.7%)4个年龄段锆石为主。松辽盆地最老的锆石年龄为2568 Ma, 属于新太古代, 最年轻的锆石年龄为78 Ma, 属于晚白垩世, 以泥盆纪— 二叠纪(400— 260 Ma, 占比13.6%)、三叠纪(240— 220 Ma, 占比5.7%)、侏罗纪— 早白垩世(200— 120 Ma, 占比44.3%)和晚白垩世(100— 60 Ma, 占比8.6%)4个年龄段为主。

图 4 中国北方地区4个盆地上白垩统碎屑锆石U-Pb年龄谱对比
峰值年龄均以20 Ma年龄段内碎屑锆石颗粒数所占总体百分含量来进行统计, 左侧纵坐标为峰值占总体的百分含量, 右侧纵坐标为核密度分析计算的标度, 图中红线及数字代表核密度计算所得峰值, 共有年龄段物源以不同颜色区分Fig.4 Detrital zircon U-Pb age spectrums of the Upper Cretaceous from four typical basins in northern China

MDS分析图(图 5)显示, 在晚白垩世中国南北方没有流域上的联系。在南方地区的盆地中, 江汉盆地与麻阳盆地、衡阳盆地、四川盆地和思茅盆地都存在着主要的物源联系, 而四川盆地与麻阳盆地、衡阳盆地和思茅盆地之间存在次要的物源联系。在北方地区的盆地中, 胶莱盆地与诸城盆地存在主要的物源联系, 与三江盆地和松辽盆地亦存在物源上的联系。

图 5 中国9个盆地上白垩统碎屑锆石年龄MDS分析(S为应力函数, 代表MDS分析的拟合程度)Fig.5 Plot of detrital zircon U-Pb age of the Upper Cretaceous in nine typical basins of China by multi-dimensional scaling(MDS)method(S is stress function, represents the quality of the MDS fit)

5 讨论
5.1 物源分析

从碎屑锆石年龄谱(图 3, 图 4)中可以看出, 晚白垩世中国北方地区与南方地区盆地的碎屑锆石年龄峰值与锆石谱形态均相差较大。南方地区盆地的碎屑锆石年龄共有~2500 Ma、~1850 Ma、~800 Ma、~430 Ma和~230 Ma等显著峰值, 年龄跨度较大; 而北方地区的盆地年龄峰值跨度小, 同沉积或准同沉积的碎屑锆石年龄峰值(120— 80 Ma)占比较高。以下分别对北方地区与南方地区盆地的物源进行分析。

南方地区的5个盆地中, 最古老的锆石年龄均大于2700 Ma, 在~2550— 2450 Ma出现了1个峰值。根据前人报道, ~2500 Ma的锆石大多呈现浑圆状(Yan et al., 2011; Shen et al., 2012a, 2012b; Li et al., 2018), 证明其经过长时间的搬运或者来源于古老地层的再旋回沉积, 因此无特定物源示踪意义。在这些盆地中常见的~430 Ma和~230 Ma峰值对应加里东期与印支期广泛分布于华南地区的岩浆活动和变质作用, 物源示踪意义也不大。古元古代1900— 1700 Ma锆石在思茅盆地(17.54%)和江汉盆地(12.86%)超过10%, 在麻阳盆地和四川盆地占比超过6.6%, 衡阳盆地相对较少, 约为3%, 该年龄段的峰值年龄为~1860— 1820 Ma, 在各个盆地占比为2%~6%。古元古代岩石虽然在扬子地块西南部与华夏地块均有出露, 但扬子地块西南部的年龄以1740— 1503 Ma为主, 与当前峰值不符, 而华夏地块武夷山地区的八都杂岩(及同时期杂岩体)的年龄主要分布在1910— 1780 Ma之间, 符合南方地区各盆地~1860— 1820 Ma峰值的物源特征。衡阳盆地与麻阳盆地中出现的中— 新元古代1200— 900 Ma年龄段的碎屑锆石, 其中1000— 900 Ma年龄段来源于江南造山带东北部, 而1200— 1000 Ma来源于扬子地块东南缘(Greentree et al., 2006; Zhang et al., 2007; Li et al., 2013; Chen et al., 2014; Zhao et al., 2018)。新元古代年龄在南方地区各个盆地表现出不同的峰值, 其中所有盆地共有的年龄段为860— 800 Ma, 占比5%~13%, 该年龄段的物源主要来源于江南造山带东北部。侏罗纪— 白垩纪(200— 66 Ma)的锆石在江汉盆地北部(宜昌地区, 12.22%)和衡阳盆地(22.22%)含量较高, 在其他盆地则较少或缺失(0%~5%)。江汉盆地北部主要以侏罗纪(200— 150 Ma, 占比9.6%)的锆石年龄为主, 具有180 Ma和160 Ma这2个峰值。衡阳盆地除了侏罗纪(200— 150 Ma, 占比10.4%)年龄外, 准同沉积— 同沉积(100— 66 Ma)碎屑锆石占比也达到8.1%。侏罗纪的岩浆岩主要分布于南岭地区、广东东北部、福建西南部以及浙江东南部。南岭地区、广东东北部及浙江东南部主要以~170 Ma火山活动为主, 而福建西南部主要以~160 Ma火山活动为主(Liu et al., 2016)。因此, 江汉盆地和衡阳盆地侏罗纪的碎屑锆石主要来源于上述地区, 可能以福建西南部地区为主。华南白垩纪的岩浆岩主要分布在浙江、福建和广东等东南沿海地区, 锆石年龄峰值年龄为93 Ma, 衡阳盆地100— 80 Ma年龄段碎屑锆石(峰值为90 Ma)可能主要来自这一地区。通过上述分析可以看出, 南方地区5个研究盆地都含有来自华南东南部的南岭、武夷山和江南造山带等地的物源, 显示这些盆地之间有物源上的联系, 物源主要来自华南的东南部, 与MDS分析图(图 5)中这些盆地有直接的物源联系一致。同时, 思茅盆地和四川盆地西南部峰值为~1800 Ma古元古代年龄段和峰值为~230 Ma的印支期年龄段的比例大于华南中东部的盆地, 并且出现了扬子地块西北部汉南— 攀西带特有的~763 Ma峰值(Cawood et al., 2020), 表明这2个盆地除了接受东部提供的物源之外, 还接受来自于其西北部汉南— 攀西带古元古代和新元古代年龄的物源以及西南部印支造山带的物源。

北方地区三江盆地、松辽盆地、胶莱盆地和诸城盆地虽然都呈现出峰值跨度小的特征, 但各盆地年龄谱图(图 4)却有显著差别。其中, 山东地区胶莱盆地与诸城盆地年龄谱较为相似, 这与MDS分析图(图 5)提示一致, 共有2560— 2500 Ma、1900— 1860 Ma、710— 700 Ma、340— 300 Ma、240— 220 Ma和120— 100 Ma的峰值。~2500 Ma和~1900— 1800 Ma的峰值均来自于胶莱盆地和诸城盆地北侧的胶北地体; 新元古代年龄段(760— 700 Ma)锆石峰值年龄为710— 700 Ma, 是区分华北板块与扬子板块的标志性峰值, 主要来自位于2个盆地东南侧苏鲁造山带扬子板块一侧的古老基底(Xie et al., 2012); 华北板块北缘的内蒙古古隆起和盆地东侧的日本地区具有石炭纪岩石。内蒙古古隆起岩浆岩的年龄在323— 300 Ma之间, 峰值位于317 Ma(Cope, 2017), 与胶莱盆地、诸城盆地335 Ma峰值不符。日本广泛分布石炭纪岩石, 如日本Kitakami带334— 380 Ma的变质岩、日本Hida带300— 330 Ma 的花岗岩和Nagato-Renge 带264— 327 Ma 的变质岩(Li et al., 2020; Wakita, 2013), 符合山东地区2个盆地碎屑锆石物源年龄; 240— 230 Ma年龄峰值也主要来自于其东南侧苏鲁造山带中广泛分布的岩浆作用与变质作用(Chen et al., 2003; Wallis et al., 2005; Yang et al., 2005); 晚白垩世年龄峰值(~110 Ma)是胶莱盆地和诸城盆地的主要物源, 主要来源于2个盆地东南侧的青山群火山岩(An et al., 2016)。三江盆地和松辽盆地除共有~90 Ma峰值外, 三江盆地还有161 Ma、264 Ma和510 Ma这3个峰值, 而松辽盆地则另外显示143 Ma、191 Ma、 233 Ma和 302 Ma共4个峰值。三江盆地和松辽盆地周围的潜在物源包括三江盆地西侧的张广才岭、东南侧的佳木斯地块、东北侧的那丹哈达地块和锡霍特— 阿林增生地体以及松辽盆地西侧的大兴安岭地区。其中, 张广才岭中的岩浆岩主要以三叠纪— 侏罗纪(220— 150 Ma)的花岗岩为主(Wang et al., 2015a; Wu et al., 2011), 佳木斯地块出露寒武纪(~510— 490 Ma)的杂岩体(Wilde et al., 2000; Zhou et al., 2010, 2011a, 2011b, 2014)和二叠纪(~267 Ma)的花岗岩(Wang et al., 2015a), 那丹哈达地块和锡霍特— 阿林增生地体出露大量的白垩纪110— 75 Ma岩浆岩(Jahn et al., 2015; Wu et al., 2011; Zhou et al., 2014), 大兴安岭地区含有泥盆纪— 石炭纪年龄花岗岩(390— 300 Ma, 峰值310 Ma)和侏罗纪— 白垩纪的岩浆岩(187— 106 Ma年龄段内包含着很多峰值, 其中140 Ma年龄峰值分布最广泛)(Wu et al., 2011)。通过与上述源区对比可以看出, 三江盆地峰值为~510 Ma和~264 Ma的物源来自其东南侧的佳木斯地块, 三江盆地峰值为~161 Ma和松辽盆地峰值为233 Ma和190 Ma的物源来自于位于2个盆地之间的张广才岭, 而松辽盆地峰值为302 Ma和140 Ma的锆石则主要来源于其西侧的大兴安岭地区。尽管胶莱盆地和诸城盆地与松辽盆地和三江盆地的峰值存在明显区别, 但它们都显示少量来自东侧隆起的物源, 如年龄为~500 Ma、~215— 205 Ma和140— 120 Ma等锆石。这些年龄段物源在三江、松辽、胶莱、诸城盆地周围的造山带中均有发现(Zhang et al., 2015; Wang et al., 2016)。因此, MDS分析图(图 5)显示出三江盆地和松辽盆地与胶莱盆地存在直接的物源联系。

5.2 古地理背景及古水系展布分析

中生代西太平洋俯冲系统深刻影响了东亚的古构造和古地理格局(Li et al., 2019a)。古太平洋板块至少在中侏罗世就已经开始向北并逐渐转向西北向中国东部和东南部俯冲, 导致包括武夷— 云开褶皱带、江南造山带和秦岭— 大别— 苏鲁造山带在内的古老造山带再次隆升(Tang et al., 2014; Li et al., 2019a; Zhang et al., 2020)。至晚白垩世, 古太平洋板块俯冲在中国东部地区可能已经形成了一个高原— 山脉系统(Zhang et al., 2016; Dmitrienko et al., 2016)。本次研究的北方盆地和南方盆地普遍具有来自东侧的物源, 如位于华南盆地东侧的武夷山和江南造山带、位于山东盆地东侧的青山群火山岩及苏鲁造山带、位于三江盆地和松辽盆地东侧的佳木斯地块和那丹哈达地块的岩浆岩, 反映了东部高原— 山脉系统是这些盆地的一个主要物源区。南方地区盆地和北方地区盆地物源上的显著差异, 即南方盆地锆石年龄跨度大, 同沉积或准同沉积的碎屑锆石含量低, 而北方地区盆地碎屑锆石年龄峰值跨度小, 同沉积或准同沉积的碎屑锆石年龄峰值含量较高的特征, 则反映受南侧古太平洋板块俯冲和北侧与西伯利亚拼贴的影响, 华南板块与华北板块之间的秦岭— 大别— 苏鲁造山带至晚白垩世已经隆升为分割北方地区与南方地区物源联系的古隆起。南方盆地和北方盆地都具有来自秦岭— 大别— 苏鲁造山带的物源, 说明这个古隆起分别向北侧的山东地区盆地和南侧的江汉盆地提供了物源。

本次研究的5个南方盆地中都含有来自于华南东南部地区古元古代(1900— 1700 Ma)、新元古代(860— 800 Ma)和侏罗纪(180— 150 Ma)年龄, 表明这些盆地之间可能存在着1个东西向的古水系, 其将碎屑物质从东部高原— 山脉系统向西和西南搬运到各个盆地。这些物源区包括武夷山(1860— 1820 Ma)、南岭、东南沿海和江南造山带等地区, 与前人推测的东部高原— 山脉系统的位置一致(张旗等, 2001; Zhang et al., 2016)。来自江汉盆地和四川盆地碎屑锆石形态显示, 大于2000 Ma为浑圆状(Li et al., 2012, 2018; Shen et al., 2012a), 而1900— 1700 Ma和900— 700 Ma年龄段的锆石大多数为棱角状— 半棱角状(Shen et al., 2012b; Wang et al., 2014, 2015b, 2016), 反映晚白垩世东部物源区仍直接向江汉盆地、四川盆地以及思茅盆地提供物源。Shen等(2012a, 2012b)提出, 中国西南部地区的北东— 南西向水系可能自晚三叠世就已经开始形成, 至早侏罗世已经形成连接江汉盆地和四川盆地的流域。与北方地区盆地相比, 南方盆地中同沉积或近同沉积(100— 66 Ma)的物源很少, 仅出现于衡阳盆地和江汉盆地北部。由于华南侏罗纪— 白垩纪的岩浆岩主要分布于东南沿海地区, 在内陆地区仅分布于湖南长沙地区, 由此推断, 东部高原— 山脉系统的隆起可能阻碍了东南沿海白垩纪岩浆岩与西侧南方地区盆地之间的物源联系。衡阳盆地和江汉盆地北部的白垩纪锆石可能主要来自东南侧的白垩纪岩浆岩, 但白垩纪锆石(140— 80 Ma)的占比显著不同。衡阳盆地占比为9.6%, 而江汉盆地仅占比仅为2%, 由此判断位于二者之间的江南造山带可能阻碍了东侧的衡阳盆地与西侧的江汉盆地、麻阳盆地、四川盆地和思茅盆地的物源联系。同时, 四川盆地和兰坪— 思茅盆地中出现攀西— 汉南带古元古代~1800 Ma和新元古代~760 Ma的物源表明, 晚白垩世华南板块西北部也存在古隆起向华南西侧盆地提供物源。

与南方地区各个盆地之间具有物源上的联系相比, 北方地区的盆地显示出被古隆起分隔的山间盆地特征, 物源多来自于周围的古隆起。其中, 胶莱盆地和诸城盆地年龄谱较相似, 物源都主要来自其西北侧胶北地体、东侧和南侧的苏鲁造山带、青山群火山岩和日本石炭纪古隆起。松辽盆地和三江盆地都具有来自东北侧那丹哈达地块与锡霍特— 阿林地体同沉积的晚白垩世锆石, 反映二者之间存在古水系的联系。三江盆地和松辽盆地都显示来自位于二者之间的张广才岭地区的物源, 说明张广才岭地区当时存在一个古隆起, 分别向东西两侧的松辽盆地与三江盆地提供物源。同时, 松辽盆地和三江盆地还记录了来自西侧和北侧的大兴安岭以及东侧和南侧的佳木斯地块的物源。

5.3 古水系展布与鸭嘴龙超科分布关系探讨

鸭嘴龙类是一类主要生活于海岸和河流流域的恐龙(Nadon, 1993; Lyson and Longrich, 2011; Nakajima et al., 2018), 因此古海岸和古水系的展布对鸭嘴龙超科的扩散和演化具有至关重要的作用。3个最原始的基干鸭嘴龙超科成员最早发现于中国甘肃北部公婆泉盆地与俞井子盆地下沟组与中沟组(早白垩世阿普特期— 阿尔布期, 约125.0— 112.0 Ma)(You et al., 2003; You and Li, 2009; 张茜楠等, 2015)。至晚白垩世土伦期— 康尼亚克期, 基干鸭嘴龙类迅速扩散到河南南阳盆地和西峡盆地的马家村组(Xing et al., 2014)以及中亚乌兹别克斯坦Bissekty组(邢海, 2015)。至晚白垩世坎潘期— 马斯特里赫特期, 基干鸭嘴龙超科成员被发现于山东地区红土崖组(An et al., 2016)、内蒙古二连地区二连组(Godefroit et al., 1998)、广西南宁地区(Mo et al., 2007)和欧洲罗马尼亚地区 Densus-Ciula组(Grigorescu et al., 1990)。鸭嘴龙科成员最早发现于圣通中期哈萨克斯坦Dabrazhin组(邢海, 2015), 之后迅速扩散至北美和东亚地区, 在中国大量发现于黑龙江嘉荫地区渔亮子组和山东诸城地区红土崖组(坎潘期— 马斯特里赫特期)(Godefroit et al., 2000, 2008), 少数支系甚至被发现于欧洲西班牙Conques 组和南美阿根廷Los Alamitos组(邢海, 2015)。从上述鸭嘴龙类的演化和古地理分布可以看出, 鸭嘴龙超科最早于早白垩世阿普特期(~115 Ma前)出现于中国甘肃, 但扩散和演化速度较慢, 直到晚白垩世康尼亚克期(~90 Ma前)之前才分化为6个种, 主要分布于甘肃、中亚乌兹别克斯坦和北美地区。这些地区都属于亚热带— 温带的温暖湿润气候环境, 都属于近海环境, 推测该时期鸭嘴龙类主要沿近海平原和沼泽迁徙。自晚白垩世康尼亚克期开始, 鸭嘴龙超科出现快速的扩散和分化, 至晚白垩世马斯特里赫特期(~70 Ma前), 鸭嘴龙超科的主要类群鸭嘴龙科成员(Jaxartosaurus aralensis等)已相继出现, 并扩散至整个北方大陆(北美和欧亚大陆)。

通过鸭嘴龙类在中国的古地理分布(图 6)可以看出, 晚白垩世鸭嘴龙类主要沿着大兴安岭— 太行山— 华蓥山以东地区的一系列裂谷盆地扩散和演化。中侏罗世— 早白垩世期间古太平洋板块的俯冲在这一地区形成广泛的断陷盆地, 至晚白垩世这些盆山体系逐渐被剥蚀和填平补齐, 形成1个北北东向的大型裂谷带(张岳桥等, 2004; Shu et al., 2008), 其中鸭嘴龙类骨骼化石主要发现于这一裂谷带北侧的北方盆地中, 而南方盆地中主要产鸭嘴龙类的恐龙蛋和足迹化石, 仅在广西和南雄盆地报道少量骨骼化石(钱迈平等, 2009; Xing et al., 2009; Grigorescu, 2010; 赵资奎等, 2015)。推测有2种原因导致鸭嘴龙骨骼化石分布存在南北差异: 一种可能是由于研究程度的差异, 北方盆地研究程度较高, 而南方盆地研究程度相对较低; 另一种可能是在晚白垩世南方地区气候炎热干旱, 不适宜鸭嘴龙类常年在此生活, 它们只是在适宜的季节经过南方流域迁徙或繁殖, 所以骨骼化石保存稀少。笔者倾向于后一种观点。从图 1中鸭嘴龙类及恐龙蛋的分布可以看出, 南方地区虽然鸭嘴龙类骨骼化石稀少, 但报道了大量属于鸭嘴龙类的恐龙蛋化石, 其广泛分布于广东、湖北和浙江等地, 在广东南雄还发现鸭嘴龙类的足迹化石, 因此晚白垩世鸭嘴龙类骨骼化石在南方盆地的缺乏并不是由于研究程度的差异。

图 6 鸭嘴龙超科系统发育树及其在中国的分布
系统发育树根据邢海(2015)和Xi 等(2019)修改; 系统发育树中蓝色产于中国, 绿色产于亚洲其他地区, 黄色产于欧洲, 红色产于北美洲, 黑色产于南美洲; 非产于中国的鸭嘴龙种名已略去。地理底图为中国地图(界线版、有邻国、无河流), 审图号GS(2020)4631号Fig.6 Phylogenetic tree of hadrosaurs and geographical distribution in China

早白垩世晚期, 中国北方地区植物群以北亚热带— 温带气候温湿植被为代表, 气候温暖湿润, 广泛发育含煤岩系, 而南方地区植物群以热带— 亚热带干热型植被为代表, 气候炎热干旱, 以富含石膏与钙质结核的古土壤广泛分布为特征(Li et al., 2014, 2019b)。南方和北方植物群的界线大体沿祁连山— 南秦岭— 淮河流域呈北西— 南东向展布。晚白垩世南北方植物群界线向北推移, 大致以阴山— 燕山为界线, 晚白垩世是被子植物发展的重要阶段, 被子植物在东北地区如黑龙江松辽盆地、嘉荫盆地及吉林珲春等地较为丰富, 南方地区则十分稀少, 仅在广西十万大山盆地有所发现(李星学等, 1995)。

由于晚白垩世中国北方和中部属于亚热带— 温带, 气候温暖湿润, 裂谷带内形成一系列彼此相对独立的大型凹陷盆地, 如松辽盆地、胶莱盆地、苏北盆地、渤海湾盆地及南华北盆地等。在这些大型凹陷盆地中广泛发育河流相和湖泊相沉积, 非常适宜鸭嘴龙类的生活, 鸭嘴龙类沿着这一裂谷带扩散到嘉荫、二连、南阳和山东胶莱等盆地。而中国南方大部分地区晚白垩世气候炎热干旱, 沉积地层(如江西茅店组、四川灌口组、云南曼宽河组、广东南雄群等)以富含石膏和钙质结核的古土壤和红层沉积为特征。旱季炎热干旱的气候环境可能不适合鸭嘴龙类常年在此生活, 它们可能只在雨季沿着南方地区的水系繁殖或迁徙。处于中国最南部的南宁地区产有一定数量的樟科被子植物化石, 反映了热带半干旱的环境可能适宜鸭嘴龙类的生活。中国的鸭嘴龙物种分布范围均极其有限, 每一种鸭嘴龙只发现在1个地点或者相距非常近的几个地点, 说明在晚白垩世这些鸭嘴龙类大范围扩散以后被隔离在相对孤立的小环境中, 同时这些小环境为鸭嘴龙类提供了隔离分化的环境, 导致了鸭嘴龙类在晚白垩世康尼亚克期到马斯特里赫特期的快速扩散和分化。

6 结论

1)晚白垩世中国南方地区存在着大型古水系, 而北方地区则以山间盆地为特征。

2)中国南方地区流域的物源主要来自东部地区, 其中江南造山带西侧的流域以武夷山区、江南造山带为主要的物源区, 水流方向主要由北东向南西; 中央造山带、印支造山带以及扬子地块西缘也从不同方向分别向其提供物源; 而江南造山带东侧的流域的主要物源区为武夷山区、江南造山带以及东部白垩纪火山岩, 水流方向由东到西。中国北方盆地为古隆起包围的山间盆地, 物源主要来自周围的古隆起。

3)以鸭嘴龙超科为代表的恐龙主要繁盛于中国北方地区相对独立的水系所形成的流域, 演化出独特的东亚鸭嘴龙超科动物群, 而中国南方大型水系所形成的流域则主要保存大量恐龙蛋和足迹化石, 仅发现少量骨骼化石。推测南方炎热干旱的气候可能不适宜以鸭嘴龙为主的恐龙常年生活, 它们可能只是在适宜的季节沿南方大型水系迁徙或繁殖。

致谢 两位审稿人提出了宝贵的意见, 在此一并致以衷心的感谢!

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