胡修棉

南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023

東特提斯洋晚中生代—古近紀(jì)重大事件研究進(jìn)展*

胡修棉?

南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023

東特提斯域西藏南部地區(qū)發(fā)育晚中生代至古近紀(jì)的連續(xù)海相地層序列，是研究東特提斯演化、印度-亞洲大陸碰撞以及眾多的古海洋事件理想的研究地區(qū)，是了解晚中生代溫室地球不可或缺的重要窗口。主要基于中國西藏南部海相沉積的資料，對(duì)近年來東特提斯洋古海洋事件(如大洋缺氧事件、大洋紅層、古新世—始新世極熱事件)和重大地質(zhì)事件(早白堊世印度北緣火山事件、晚白堊世構(gòu)造抬升事件、印度-亞洲大陸初始碰撞事件、東特提斯海消亡事件等)的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。指出今后應(yīng)加強(qiáng)生物-年代地層、短時(shí)期環(huán)境-氣候變化的研究，加強(qiáng)挖掘東特提斯域地域優(yōu)勢(shì)的研究。

東特提斯洋；晚中生代；古近紀(jì)；重大事件

當(dāng)前，大氣中的CO2含量已經(jīng)突破400 ppm (百萬分之一)，達(dá)到了0.42 Ma(百萬年)以來，甚至是20 Ma以來的最高值，導(dǎo)致溫室效應(yīng)不斷增強(qiáng)。全球氣候是否會(huì)進(jìn)入兩極無冰的溫室地球狀態(tài)，這是從社會(huì)大眾到科學(xué)界共同關(guān)注的問題。人類文明的發(fā)展迫切要求人類對(duì)這種變化的趨勢(shì)及其環(huán)境效應(yīng)有更加深入的了解。研究地質(zhì)歷史中溫室地球條件下氣候、環(huán)境變化的規(guī)律，可為洞悉未來的全球變化提供科學(xué)依據(jù)。長期以來，大量的地質(zhì)證據(jù)表明，晚中生代—古近紀(jì)是顯生宙溫度最高的時(shí)期，是地質(zhì)歷史中最典型的溫室地球時(shí)期[1-3]。該溫室時(shí)期距離現(xiàn)今最近，地質(zhì)記錄也保存得最為完整。

研究表明，晚中生代發(fā)生的快速氣候變化事件是理解該時(shí)期溫室地球演化狀態(tài)的關(guān)鍵[4]。從顯生宙歷史來看，晚中生代發(fā)生了眾多與快速氣候變化相關(guān)的一系列獨(dú)特的重大事件，這些事件可能是導(dǎo)致中新生代地球各圈層發(fā)生重大擾動(dòng)的根本原因[5-6]，大體可分為：①古海洋、古氣候事件，包括大洋缺氧事件(Toarcian OAE、Aptian早期OAE1a、Cenomanian晚期OAE2)、白堊紀(jì)大洋紅層(CORB)、古新世—始新世極熱事件(PETM)等；②古地理事件，如岡瓦納大陸的裂解、印度-亞洲大陸碰撞、特提斯洋的關(guān)閉等；③巖漿事件，如大火成巖省事件等；④生物群重大輻射和更替，如三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)界線事件、侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)界線事件、白堊紀(jì)-古近紀(jì)界線事件等。

晚中生代地球古地理格局的一個(gè)最突出特征是沿低緯度發(fā)育緯向的特提斯洋(圖1)。盡管地質(zhì)學(xué)家研究特提斯洋已經(jīng)超過1個(gè)多世紀(jì)[7]，然而科學(xué)界對(duì)特提斯洋演化與晚中生代氣候變化之間的關(guān)系的研究長期以來進(jìn)展不大，一個(gè)很重要的原因是缺乏對(duì)特提斯洋的東段相關(guān)地質(zhì)過程的了解。正是由于印度從東岡瓦納大陸的裂解、漂移以及隨后與亞洲大陸的碰撞，直接改變了晚中生代的全球古地理、古洋流，并深刻影響著古氣候。然而，在這些重大問題上，科學(xué)界還存在巨大的分歧，有待更深入的研究。

東特提斯域西藏南部地區(qū)發(fā)育晚中生代至古近紀(jì)的連續(xù)海相地層序列，是研究東特提斯演化、印度-亞洲大陸碰撞及古海洋事件的理想場(chǎng)所，是了解晚中生代溫室地球不可或缺的重要窗口。經(jīng)過幾代人的努力，已經(jīng)基本建立該區(qū)晚中生代至古近紀(jì)生物地層格架。筆者主要基于中國西藏南部海相沉積的資料，試圖對(duì)近年來東特提斯洋古海洋事件(如大洋缺氧事件、大洋紅層、古新世—始新世極熱事件)和重大地質(zhì)事件(如早白堊世印度北緣火山事件、晚白堊世構(gòu)造抬升事件、印度-亞洲大陸初始碰撞事件、東特提斯海消亡事件等)的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。在此基礎(chǔ)上今后應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)生物-年代地層、短時(shí)期環(huán)境-氣候變化的研究，加強(qiáng)挖掘東特提斯域地域優(yōu)勢(shì)的研究。

圖1 100 Ma(1億年)前全球古地理重建，顯示白堊紀(jì)中期特提斯洋沿低緯度的分布(由PALEOMAP項(xiàng)目提供，C.R. Scotese，www.scotese.com)

1 東特提斯洋古海洋事件

在歐洲和地中海地區(qū)晚中生代海相沉積中分布多套富含瀝青質(zhì)的頁巖，被認(rèn)為是大洋缺氧事件的產(chǎn)物。其中被確認(rèn)為全球性的大洋缺氧事件至少有三次[4]：侏羅紀(jì)Toarcian期大洋缺氧事件、白堊紀(jì)OAE1a與OAE2大洋缺氧事件(圖2)。缺氧事件發(fā)生期間，全球溫度升高，碳同位素發(fā)生明顯偏移，生物明顯更替，部分地區(qū)缺氧條件延伸從深海-陸棚到海洋光合帶。由于大洋缺氧事件關(guān)系到碳氧循環(huán)、古海洋和古氣候變化等一系列重大科學(xué)問題，盡管歷經(jīng)30余年的研究，目前仍然是地球系統(tǒng)科學(xué)中的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)[8]。

1.1 早侏羅世Toarcian大洋缺氧事件

Toarcian大洋缺氧事件(～183 Ma)是侏羅紀(jì)唯一一次全球性的大洋缺氧事件，在北方洋、特提斯洋和泛大洋海域得到廣泛確認(rèn)。事件發(fā)生時(shí)期以海水溫度升高、海平面上升、下層水體缺氧和表層水體富營養(yǎng)化以及黑色頁巖廣泛發(fā)育為特征[9]。在東特提斯域，藏北羌塘盆地雙湖地區(qū)可能存在這次事件的記錄[10-11]。該地區(qū)早侏羅世Toarcian 期出現(xiàn)以灰黑色油頁巖、泥巖、泥灰?guī)r互層為特征的巖相組合，有機(jī)碳含量最高可達(dá)26%，有機(jī)碳同位素組成為-26‰～-23‰(PDB)。有學(xué)者認(rèn)為這套黑色頁巖為Toarcian期全球大洋缺氧事件的產(chǎn)物。由于這套黑色頁巖厚200余米，Toarcian大洋缺氧事件的具體位置還有待進(jìn)一步確定。

作者等在對(duì)西藏南部定日—聶拉木地區(qū)侏羅紀(jì)實(shí)測(cè)地層剖面基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了Toarcian大洋缺氧事件在淺水碳酸鹽臺(tái)地的記錄。下侏羅統(tǒng)普普嘎組為淺水臺(tái)地沉積，以發(fā)育大量的顆粒灰?guī)r(團(tuán)?；?guī)r、鮞?；?guī)r、球?；?guī)r等)和底棲生物(如雙殼類Lithiotis、底棲有孔蟲等)為特征，碳酸鹽巖微相研究表明普普嘎組主體為局限海臺(tái)地、臺(tái)地內(nèi)部淺灘、開闊海臺(tái)地環(huán)境。Toarcian早期缺氧事件發(fā)生期間，主要沉積了一套黑色、灰黑色生物碎屑泥灰?guī)r、泥粒灰?guī)r為主，沉積環(huán)境快速轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}外緩坡。之后，聶聶雄拉組整體發(fā)育中緩坡和外緩坡環(huán)境。這是首次在東特提斯域淺水臺(tái)地環(huán)境下發(fā)現(xiàn)Toarcian大洋缺氧事件的記錄，相關(guān)研究正在進(jìn)行中。

1.2 白堊紀(jì)大洋缺氧事件

白堊紀(jì)是大洋缺氧事件頻發(fā)時(shí)期，區(qū)域性規(guī)模的至少有8次，早白堊世有6次：Valanginian期Weissert大洋缺氧事件、Hauterivian晚期Faraoni事件、Aptian-Albian期4次大洋缺氧事件(OAE1a、1b、1c、1d)[8]。晚白堊世出現(xiàn)2次：OAE2(Cenomanian-Turonian界線)和OAE3 (Coniacian-Santonian期)。其中OAE1a (Selli 層，～120 Ma)和OAE2(Bonarelli層，～93 Ma)被認(rèn)為是全球性古海洋事件[4]。

圖2 晚中生代—古近紀(jì)東特提斯洋(海)重大事件分布及其與西特提斯洋的對(duì)比(OAE: 大洋缺氧事件; CORB: 白堊紀(jì)大洋紅層; PETM: 古新世—始新世極熱事件)

在東特提斯域，確切的早白堊世大洋缺氧事件的記錄尚未報(bào)導(dǎo)過。但是，早白堊世海相沉積廣泛分布于特提斯喜馬拉雅(崗巴地區(qū)的東山組—察且拉組—冷青熱組—崗巴村口組；定日地區(qū)的臥龍組—崗巴村口組)和拉薩地體(郎山組)。在崗巴—定日地區(qū)，早白堊世整體沉積環(huán)境為三角洲前緣—前三角洲—陸棚環(huán)境。由于受到早白堊世巖漿事件的影響[12]，陸源碎屑輸入異常豐富，這增加了追蹤古海洋事件的難度。拉薩地體郎山組時(shí)代大體為Aptian-Cenomanian早期[13]，由于缺乏系統(tǒng)的工作至今未見大洋缺氧事件的相關(guān)研究。今后應(yīng)注重加強(qiáng)在東特提斯域?qū)ふ掖_認(rèn)早白堊世大洋缺氧事件(尤其是OAE1a)的工作。

在東特提斯域研究較多的是Cenomanian-Turonian界線大洋缺氧事件OAE2，在定日和崗巴地區(qū)都得到確認(rèn)，包括巖石學(xué)、元素地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、穩(wěn)定碳氧同位素等研究[14-16]。與西特提斯地區(qū)不同的是，在定日地區(qū)OAE2缺氧事件層(約10 m)并沒有出現(xiàn)黑色頁巖，而是仍然以泥灰?guī)r為主，與上下巖層巖性相差不大，但全巖碳同位素記錄顯示出強(qiáng)烈的正偏移(2‰)[16]。在崗巴地區(qū)該缺氧事件位于大套的黑色頁巖內(nèi)，并出現(xiàn)草莓狀黃鐵礦，顯示強(qiáng)烈的缺氧環(huán)境，出現(xiàn)有孔蟲的明顯更替[15]。相比于西特提斯域同類研究而言，東特提斯域OAE2研究還有待多學(xué)科的深化研究。

1.3 白堊紀(jì)大洋紅層與富氧事件

白堊紀(jì)大洋紅層與富氧事件是中國學(xué)者提出的新的古海洋事件的類型，迄今發(fā)表了大量的研究成果[5,17-20]。白堊紀(jì)大洋紅層廣泛分布于特提斯域。與白堊紀(jì)類似的且代表大洋富氧條件的大洋紅層還廣泛出現(xiàn)在顯生宙的許多時(shí)期。業(yè)已證實(shí)，白堊紀(jì)大洋紅層存在長周期(百萬年)與短周期(萬年)兩種尺度，二者的成因機(jī)制不同：長周期白堊紀(jì)大洋紅層的出現(xiàn)及其大規(guī)模分布，是白堊紀(jì)古海洋-古氣候系統(tǒng)綜合演變的結(jié)果，主要與大洋缺氧事件之后的氣候變冷、洋流發(fā)育和地球化學(xué)循環(huán)的控制等因素相關(guān)，這就是白堊紀(jì)黑色頁巖-大洋紅層沉積轉(zhuǎn)變(黑-紅轉(zhuǎn)變)的理論模型[21]；短周期大洋紅層顯示高頻的旋回，可能受米蘭科維奇天文旋回所導(dǎo)致的氣候-環(huán)境變化控制[20,22]。

東特提斯洋西藏喜馬拉雅地區(qū)是白堊紀(jì)大洋紅層研究的誕生地，已開展地層學(xué)、古生物學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)等多學(xué)科研究[20]。西藏白堊紀(jì)大洋紅層的巖性主要為灰?guī)r、頁巖、泥灰?guī)r等，含豐富的浮游有孔蟲和放射蟲等，時(shí)代為Santonian-Maastrichtian，沉積環(huán)境為遠(yuǎn)洋的半深海至深海環(huán)境[23]，致色礦物為細(xì)小的晶態(tài)和非晶態(tài)的赤鐵礦共同致色[20]。

眾多地質(zhì)和地球化學(xué)證據(jù)表明，白堊紀(jì)大洋紅層是在原地氧化條件下的產(chǎn)物，代表了底層水的富氧條件[22]。如何定量表征大洋紅層的底層水富氧程度有賴于今后新方法的運(yùn)用。

1.4 古新世—始新世極熱事件

古新世—始新世極熱事件(PETM) 是地球歷史中最強(qiáng)烈的全球升溫事件之一[24-25]。在少于10萬年時(shí)間內(nèi)，深層海水溫度升高了5～6 K。PETM期間內(nèi)陸高緯度地區(qū)(約80°N)平均氣溫在11 ℃左右，中緯度地區(qū)(45°N～50°N)平均溫度在12～18 ℃，最低溫度不低于-10 ℃，赤道地區(qū)溫度上升到25 ℃左右[25]。

目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為PETM事件是由大陸坡的巨量天然氣水合物(甲烷)釋放所致。據(jù)估計(jì)，PETM早期階段有2800～5000 Gt 生物成因的碳(δ13C=-60‰)被快速加入到海洋-大氣系統(tǒng)，導(dǎo)致碳同位素記錄的大幅負(fù)偏[26]。由于PETM事件是由溫室氣體快速增加所致，在過程上與工業(yè)革命以來的大氣CO2增加有可比性，加之人們擔(dān)心未來的增溫是否會(huì)引起海底天然氣水合物的釋放，因而PETM的研究在全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究中具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義[27-28]。最近，中國學(xué)者在南陽盆地成功地獲得了迄今為止世界上分辨率最高的PETM碳同位素記錄[29-30]。

在東特提斯域，定日—崗巴地區(qū)是可能保存古新世—始新世極熱事件沉積的地區(qū)之一，中國學(xué)者對(duì)該地區(qū)古新世-始新世界線進(jìn)行了長期的探索研究[31-33]。業(yè)已證實(shí)，定日—崗巴地區(qū)的古新世-始新世界線存在一個(gè)不整合面，表現(xiàn)為一套呈透鏡體狀出現(xiàn)的、完全為碳酸鹽礫石的礫巖的出現(xiàn)，且沉積環(huán)境也發(fā)生了突變[34]。礫巖層之下為開放海中緩坡生物碎屑灰?guī)r，礫巖層之上逐漸過渡為瀉湖相灰?guī)r。初步的碳酸鹽巖穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)顯示，崗巴地區(qū)記錄了不完整的PETM事件，詳細(xì)研究工作正在深化中。

2 東特提斯洋重大構(gòu)造——古地理事件

晚中生代東特提斯洋演化的一個(gè)突出特征是印度板塊從東岡瓦納大陸的裂解以及隨后的快速向北漂移并最后與亞洲大陸的碰撞，導(dǎo)致東特提斯洋(海)的徹底消亡。這期間，發(fā)生了一系列重要的重大構(gòu)造——古地理事件(圖2)。

2.1 早白堊世印度北緣火山事件

近年來，許多學(xué)者注意到在西藏東南部特提斯喜馬拉雅北帶(深水沉積環(huán)境為主)出現(xiàn)大規(guī)模的早白堊世火成巖，包括玄武巖、鎂鐵質(zhì)巖墻/巖床、輝長巖侵入體以及少量層狀超鎂鐵質(zhì)巖和酸性火山巖[35]。這些火成巖以夾層或侵入體形式出現(xiàn)在早白堊世—三疊紀(jì)深水海相沉積中，現(xiàn)今出露面積約5萬km2。鋯石U-Pb 定年結(jié)果指示本次巖漿活動(dòng)發(fā)生在130 ～ 136 Ma( 峰期約132 Ma) 之間。地球化學(xué)和同位素?cái)?shù)據(jù)顯示這套火成巖的成分類似于印度洋Kerguelen 地幔柱產(chǎn)物，形成的溫度高(地幔潛溫 1560 ℃)。基于火成巖漿活動(dòng)范圍大、持續(xù)時(shí)間短和地幔潛溫高等特征，命名為措美(Comei)大火成巖省[36]。他們進(jìn)一步認(rèn)為，措美大火成巖省很可能記錄了Kerguelen 地幔柱在132 Ma 左右的早期巖漿作用，拉開了大印度從澳大利亞分離出來的序幕，促成了同期Weissert 大洋缺氧事件[37]的形成。

無獨(dú)有偶，在特提斯喜馬拉雅南帶(淺水海相沉積環(huán)境)廣泛分布一套早白堊世火山巖屑砂巖，稱之為臥龍火山巖屑砂巖?；诘貙訉W(xué)、巖石學(xué)、沉積學(xué)和物源區(qū)分析，表明臥龍火山巖屑砂巖時(shí)代為侏羅紀(jì)末期到早白堊世Albian早期，沉積環(huán)境為三角洲前緣-陸棚環(huán)境[12]。通過研究砂巖的玄武質(zhì)火山碎屑的地球化學(xué)特征和碎屑鉻尖晶石的化學(xué)成分，指示物源區(qū)早白堊世火山活動(dòng)為板內(nèi)構(gòu)造背景。碎屑鋯石U-Pb年齡指示這套巖漿活動(dòng)主要集中在142～116 Ma；最年輕和最老的碎屑鋯石年齡限定物源區(qū)火山作用開始于晚侏羅世(148～147 Ma)，結(jié)束于早Albian期110 Ma。地層資料表明火山碎屑沉積年齡從東到西依次變年輕，在西藏最早為Tithonian期，在尼泊爾為Valanginian期，而印度Spiti和Zanskar地區(qū)為Albian期。這種明顯向西遷移的火山活動(dòng)最初被解釋為裂谷作用或者與拉張/扭張構(gòu)造活動(dòng)和深切至印度大陸邊緣地殼的斷裂不斷地向西生長發(fā)育有關(guān)[12]。最近的碎屑鋯石年代學(xué)的研究并不支持物源區(qū)巖漿活動(dòng)自東向西的變化，很可能反映了水道系統(tǒng)自東向西的不斷推進(jìn)，即火山碎屑物質(zhì)自東部火山作用物源區(qū)開始向西搬運(yùn)[38]。如果這個(gè)認(rèn)識(shí)得到確認(rèn)的話，印度北緣的早白堊世巖漿活動(dòng)應(yīng)該位于印度東北緣，不僅出現(xiàn)在深水沉積環(huán)境(現(xiàn)在殘留的措美大火成巖省的記錄)，還出現(xiàn)在印度東北緣的陸地環(huán)境，并向北、向西通過水系輸送到淺海和深海環(huán)境中沉積下來。

2.2 晚白堊世印度北緣構(gòu)造抬升事件

地層和沉積學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，西藏南部定日—崗巴地區(qū)晚白堊世末期發(fā)生一次沉積環(huán)境的快速變化，由半遠(yuǎn)洋-遠(yuǎn)洋環(huán)境、富含浮游有孔蟲的生物碎屑灰?guī)r(崗巴村口組和舊堡組)轉(zhuǎn)變?yōu)殛懺此樾己吞妓猁}混積沉積為主(遮普熱山坡組和宗山組)，并且古水深逐漸變淺，至白堊紀(jì)-古新世界線時(shí)期廣泛沉積濱岸海灘環(huán)境的石英砂巖(基堵拉組)[39]。晚白堊世末期這種沉積環(huán)境的突變還出現(xiàn)在西喜馬拉雅地區(qū)Zanskar地區(qū)。前人對(duì)白堊紀(jì)末期印度北緣的這次古環(huán)境變化有不同的解釋和模式，如蛇綠巖仰沖[40]、弧-陸或陸-陸碰撞[39,41]。

基于沉積學(xué)、地層學(xué)、巖石學(xué)、物源區(qū)分析等研究，特提斯喜馬拉雅白堊紀(jì)—古新世早期沉積記錄為非造山型演化，主要受控于被動(dòng)大陸邊緣在德干巖漿噴發(fā)之前的抬升及隨后的熱沉降[42-43]。這一認(rèn)識(shí)獲得以下地質(zhì)證據(jù)的支持：①構(gòu)造沉降分析表明，這一古環(huán)境變化不是全球海平面變化的結(jié)果，而主要受控于基底的構(gòu)造抬升[44]；②藏南崗巴、定日地區(qū)及Zanskar地區(qū)廣泛發(fā)育晚白堊世的地層缺失(時(shí)代為80～72 Ma)；③Maastrichtian-Danian期整個(gè)印度大陸北緣沉積盆地中硅質(zhì)碎屑物質(zhì)的堆積速率突然增加；④物源區(qū)分析表明，這些石英質(zhì)為主的砂巖來自南部再活化的印度克拉通及抬升的大陸邊緣。該時(shí)期地層中的火山巖巖屑和鉻尖晶石的化學(xué)特征與德干大火成巖省的性質(zhì)非常類似?；谝陨献C據(jù)，我們提出，德干大火成巖省噴發(fā)之前，印度板塊巖石圈底部的巖漿上涌，影響到印度北緣地區(qū)，導(dǎo)致白堊紀(jì)末期構(gòu)造隆升。首先導(dǎo)致地層中在80～72 Ma出現(xiàn)缺失，之后出現(xiàn)構(gòu)造隆升。這一事件的啟動(dòng)時(shí)間比德干溢流玄武巖的高峰期早15 Ma。德干大火成巖省之后，由于Seychelles板塊與印度板塊的裂解，印度板塊北緣自古新世Danian末期(～62 Ma)以后出現(xiàn)熱沉降，導(dǎo)致特提斯喜馬拉雅廣泛發(fā)育碳酸鹽沉積(宗浦組)。該模型如果得以確認(rèn)的話，德干巖漿上涌及隨后的巖石圈變冷可能是控制晚白堊世印度北緣構(gòu)造隆升的主要原因。

2.3 印度-亞洲大陸初始碰撞事件

印度-亞洲大陸碰撞事件是青藏高原地球科學(xué)中一個(gè)長期討論的科學(xué)熱點(diǎn)。近年來在古地磁學(xué)、地層學(xué)、沉積學(xué)、巖漿巖石學(xué)、變質(zhì)巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科持續(xù)研究下，取得了明顯的研究進(jìn)展，但同樣存在不少的爭論。爭論的焦點(diǎn)之一在于印度-亞洲大陸初始碰撞的時(shí)間。初始碰撞的時(shí)間，國際多數(shù)學(xué)者以板塊間洋殼的消亡，或陸殼與陸殼(或島弧)開始接觸為標(biāo)志。對(duì)于這一關(guān)鍵科學(xué)問題，不同的學(xué)者認(rèn)識(shí)分歧也很大[41-42,45-49 ]。

在所有這些方法中，利用沉積記錄來約束碰撞的時(shí)間，應(yīng)該是最直接和有效的方法之一[46]。近年來，作者等利用物源區(qū)變化、沉積環(huán)境突變、海相沉積的結(jié)束、周緣前陸前隆的識(shí)別等多種與沉積記錄相關(guān)的方法來探討初始碰撞的時(shí)間。其中，最有效的方法是利用識(shí)別地層中碎屑物質(zhì)的物源區(qū)變化和周緣前陸盆地前隆的識(shí)別。

初始碰撞后，在下伏板塊原特提斯喜馬拉雅地體地層中，如果地層出現(xiàn)來自上覆板塊拉薩地體的物質(zhì)，那么這一地層沉積就約束了初始碰撞的時(shí)間上限。根據(jù)這一原則，現(xiàn)已確認(rèn)，特提斯喜馬拉雅定日—崗巴地區(qū)的恩巴組[50-51]、薩嘎桑單林組[52-55]是最早接受來自以岡底斯弧為主的造山帶物源的地層單元。遺憾的是，恩巴組和桑單林組的時(shí)代還缺乏精確的限定。根據(jù)古生物浮游有孔蟲和鈣質(zhì)超威化石，恩巴組的時(shí)代僅大致限定為始新世(50～38 Ma)，主要有兩種觀點(diǎn)：①始新世早期(定日地區(qū))，大致相當(dāng)于浮游有孔蟲P8帶(～50 Ma)[47,51]；②始新世中晚期。定日地區(qū)大致相當(dāng)于鈣質(zhì)超威化石帶NP15-17 (46～38 Ma)[56]，崗巴地區(qū)浮游有孔蟲P15帶(～36 Ma)[57]。對(duì)于薩嘎桑單林組的時(shí)代，爭論更大，有古新世[54-55,58]、始新世早期[53,59]等多種認(rèn)識(shí)。這些地層時(shí)代的精確厘定非常重要，還有賴于更詳細(xì)的生物地層學(xué)和同位素年代學(xué)的工作。

大陸初始碰撞后，沉積盆地性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，下伏板塊將出現(xiàn)被動(dòng)大陸邊緣向周緣前陸盆地的轉(zhuǎn)變；上覆板片緊鄰碰撞帶將會(huì)出現(xiàn)弧前盆地向同碰撞盆地的轉(zhuǎn)變。通過識(shí)別沉積盆地轉(zhuǎn)變的沉積記錄及其時(shí)代，可以用來限定大陸碰撞的初始時(shí)間。周緣前陸盆地一般發(fā)育四個(gè)沉積帶：楔頂、前淵、前隆、隆后。其中，尤以前隆的識(shí)別最為關(guān)鍵，其特征也最為明顯，一般表現(xiàn)為沉積環(huán)境的突變或不整合。對(duì)于同一地區(qū)的演化而言，前隆出現(xiàn)的時(shí)間通常比物源區(qū)改變的時(shí)間更早，因而也更趨近初始碰撞的時(shí)間。在藏南定日—崗巴地區(qū)，恩巴組被解釋為周緣前陸盆地的前淵沉積[42]，因而沉積盆地性質(zhì)改變和前隆在地層中的位置應(yīng)該保存在恩巴組沉積之前的地層中，有三種可能的方案[34,42,49]：宗浦組與下伏基堵拉組界線(～62Ma)[42]、宗浦組內(nèi)部古新世-始新世界線附近(～56Ma)[34,49]、宗浦組-恩巴組界線(～50 Ma)[47]。定日—崗巴地區(qū)究竟把前隆放在何處，還需要從地層記錄中尋找更多的地質(zhì)證據(jù)。

2.4 東特提斯海消亡事件

新特提斯海的關(guān)閉直接標(biāo)志著海水的消失，山脈隆升的起始。對(duì)于理解印度-亞洲大陸碰撞過程、喜馬拉雅山脈的隆升及其導(dǎo)致的環(huán)境-氣候變化具有重要的意義。新特提斯海的關(guān)閉時(shí)間通常通過研究海相地層的消失、最早陸相地層的出現(xiàn)來獲得。長期以來對(duì)這一事件發(fā)生的時(shí)間存在很大的爭論。

自1908年Hayden H. H. 研究了藏南崗巴地區(qū)始新世海相沉積以來，科學(xué)界長期籠統(tǒng)地把始新世作為東特提斯海關(guān)閉的時(shí)間。但是，始新世延時(shí)22 Ma，有必要進(jìn)一步限定。由于政治、高海拔等原因，對(duì)西藏南部最高海相沉積的時(shí)間缺乏系統(tǒng)的研究，尤其缺乏現(xiàn)代意義上的高分辨率生物地層學(xué)的工作，這是導(dǎo)致該問題長期懸而未決的主要原因。定日—崗巴地區(qū)最高海相地層被認(rèn)為是恩巴組和扎果組。關(guān)于其時(shí)代，爭論很大。崗巴地區(qū)基于浮游有孔蟲的研究，認(rèn)為可達(dá)Priabonian早期(約35 Ma)[57,60-61]；定日地區(qū)最高海相層持續(xù)到Lutetian 期[62]或Priabonian 晚期(鈣質(zhì)超微化石帶NP20，34 Ma)[50]。作者等最新的研究結(jié)果表明，定日和崗巴地區(qū)恩巴組鮞?；?guī)r的時(shí)代可能為始新世中期P11-P12a浮游有孔蟲帶，指示該地區(qū)海相沉積結(jié)束時(shí)間為43 Ma左右。這一時(shí)代還需要更多化石證據(jù)的進(jìn)一步確認(rèn)。

3 東特提斯洋晚中生代—古近紀(jì)古環(huán)境演變

3.1 東特提斯洋南緣(印度大陸北緣)

早侏羅世時(shí)期，印度大陸北緣位于南半球中低緯度地區(qū)，沉積了一套以碳酸鹽為主的臺(tái)地-緩坡沉積(普普嘎組-聶聶雄拉組或者Kioto組-Laptal組)[63]。Toarcian大洋缺氧事件影響到印度北緣，導(dǎo)致碳酸鹽臺(tái)地相的消失，取而代之的是碳酸鹽緩坡相的發(fā)育，一直持續(xù)到中侏羅世。在特提斯喜馬拉雅南帶(崗巴—定日—札達(dá)—Zanskar地區(qū))，中侏羅世巴通階廣泛出現(xiàn)一套鐵質(zhì)鮞粒砂巖(定結(jié)組)，之下出現(xiàn)Bajocian-Bathonian地層缺失[64]。鐵質(zhì)鮞粒砂巖層代表新的沉積階段的開始，之上廣泛出現(xiàn)富含菊石的門卡墩組陸棚相黑色頁巖，時(shí)代為Oxfordian-Tithonian。

侏羅紀(jì)末期到早白堊世，印度北緣首先在陸棚相黑色頁巖中突然出現(xiàn)一套石英砂巖(古錯(cuò)組)，隨后大量出現(xiàn)巖屑砂巖，并以出現(xiàn)火山巖屑為特征(臥龍組)。這樣一種巖石組合同樣出現(xiàn)在深水環(huán)境中(石英砂巖：維美組；巖屑砂巖：日朗組)。這就讓許多學(xué)者思考早白堊世印度北緣火山事件的時(shí)代、規(guī)模和性質(zhì)(2.1節(jié))。Albian晚期，特提斯喜馬拉雅北緣以廣泛出現(xiàn)海綠石砂巖為特征，代表著一次明顯的構(gòu)造熱沉降，一般解釋為印度大陸從東岡瓦納大陸徹底分離后的熱沉降[12,65]。隨后，在西部出現(xiàn)遠(yuǎn)洋灰?guī)r(Chikkim組；Fatu La組；波林夏拉組)，定日地區(qū)出現(xiàn)鈣質(zhì)頁巖和泥灰?guī)r，而東部的崗巴地區(qū)仍保持黑色頁巖沉積，但鈣質(zhì)成分向上逐漸增加。在定日—崗巴地區(qū)，直到Santonian期才以遠(yuǎn)洋灰?guī)r沉積為主。從Albian到Santonian期，通常認(rèn)為印度大陸從南半球高緯度地區(qū)快速向北漂移，西北部首先進(jìn)入中低緯度，東北部晚些，以此來解釋碳酸鹽沉積在東西喜馬拉雅地區(qū)出現(xiàn)的時(shí)間差異。這段時(shí)間(Albian晚期至Campanian早期)沉積的遠(yuǎn)洋碳酸鹽巖，是研究東特提斯洋古海洋事件和環(huán)境變化的最理想的載體，保留了白堊紀(jì)大洋缺氧事件(1.2節(jié))、白堊紀(jì)大洋富氧事件(1.3節(jié))以及一些短期、快速的氣候、環(huán)境、海平面變化等[66]。

在特提斯喜馬拉雅南帶(定日—崗巴和Zanskar地區(qū))，晚白堊世晚期出現(xiàn)一次明顯的構(gòu)造抬升事件，造成Campanian期大部分地層的缺失。隨后以碳酸鹽-碎屑巖混積(定日地區(qū)遮普熱山坡組和崗巴地區(qū)宗山組為特征)，整體顯示向上變淺的沉積旋回。所有這些沉積學(xué)和物源區(qū)的證據(jù)表明，印度北緣可能受到德干大火成巖省噴發(fā)的影響(2.2節(jié))。之后，印度北緣廣泛發(fā)育一套淺水碳酸鹽臺(tái)地(宗浦組)，以出現(xiàn)豐富的底棲大有孔蟲。對(duì)宗浦組的深入研究，將為探討印度-亞洲大陸初始碰撞時(shí)間、古新世—始新世極熱事件提供了可能(1.4節(jié)和2.3節(jié))。定日—崗巴地區(qū)宗浦組之上的恩巴組和扎果組以及薩嘎地區(qū)的桑單林組和者雅組的深入研究，不僅有助于理解印度-亞洲大陸初始碰撞時(shí)間，還對(duì)于理解東特提斯海消亡的時(shí)間和過程具有重要的研究意義(2.4節(jié))。

3.2 東特提斯洋北緣(亞洲大陸南緣)

日喀則弧前盆地是亞洲大陸最南緣的沉積盆地單元，保留了新特提斯俯沖和亞洲大陸碰撞的重要信息。白堊紀(jì)時(shí)期主要有深海盆地相沖堆組、斜坡相濁積巖昂仁組及淺海相帕達(dá)那組、曲貝亞組[67-68]。最近的研究工作表明[69]：基底玄武巖與沖堆組、昂仁組之間均為整合接觸；基底玄武巖的時(shí)代為130～120 Ma，具有N-MORB型特征。這表明，日喀則弧前盆地基底玄武巖很可能是形成于弧前環(huán)境。日喀則弧前盆地早期深水海底扇環(huán)境下沉積的昂仁組，物源主要來自白堊紀(jì)岡底斯弧(主峰110 Ma)，有少量的侏羅紀(jì)岡底斯弧物質(zhì)的輸入。昂仁組上段和三角洲環(huán)境的帕達(dá)那組物源除了岡底斯巖漿弧外，中拉薩地體也是重要的物源區(qū)。

日喀則弧前盆地何時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鲎渤练e盆地，取決于初始碰撞時(shí)間的確定。目前，有兩種觀點(diǎn)： 一種觀點(diǎn)認(rèn)為曲下組和加拉孜組為同碰撞沉積盆地[52,70]；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為弧前盆地的沉積一直持續(xù)到加拉孜組沉積之后[71]。作者傾向于接受第一種觀點(diǎn)。對(duì)這套曲下組和加拉孜組地層的深入研究，應(yīng)該能提供關(guān)于印度-亞洲大陸碰撞過程的重要信息。

4 研究展望

西藏南部地區(qū)晚中生代—古近紀(jì)海相沉積記錄連續(xù)，空間分布廣，記錄了東特提斯洋南緣和北緣的演化歷史。對(duì)這些沉積記錄的深入挖掘，不僅能提供東特提斯演化中的全球古海洋事件(如大洋缺氧事件、富氧事件、氣候變化事件等)，還能提供大陸裂解、漂移、碰撞、造山等板塊構(gòu)造演化的重要信息。借助多學(xué)科研究手段，近年來取得了一些進(jìn)展，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到精確刻畫的程度，對(duì)東特提斯洋演化的一些重要事件和演化還需要繼續(xù)深化研究。今后應(yīng)加強(qiáng)以下方面的研究：

(1)加強(qiáng)生物地層的研究。由于歷史和客觀原因，西藏南部晚中生代生物地層的研究盡管取得了許多重要進(jìn)展，但與西特提斯和北美研究程度高的地區(qū)相比，差距還比較大。對(duì)一些關(guān)鍵地層的時(shí)代仍然需要花大力氣來研究。要把建立一批高質(zhì)量、完全與國際接軌的生物-年代地層格架作為今后一段時(shí)期的重要研究目標(biāo)。沒有這個(gè)基礎(chǔ)，地質(zhì)演化的討論就沒有穩(wěn)定的根基。

(2)重視對(duì)短時(shí)期環(huán)境-氣候事件、海平面變化的研究。經(jīng)過多年持續(xù)的研究，目前東特提斯域晚中生代—古近紀(jì)構(gòu)造作用對(duì)沉積的影響和控制作用已基本清楚。下階段要加強(qiáng)從地層中挖掘氣候和環(huán)境的信息。對(duì)構(gòu)造事件影響弱的沉積地層(如特提斯喜馬拉雅的白堊紀(jì)中期、晚白堊世)，要特別加強(qiáng)高分辨率氣候-環(huán)境變化的研究。

(3)要加強(qiáng)挖掘東特提斯域地域優(yōu)勢(shì)的研究。如對(duì)環(huán)特提斯洋流的研究，東特提斯域?qū)⑹球?yàn)證這一重要科學(xué)問題的關(guān)鍵地區(qū)。

致謝 感謝王成善院士、陳曦博士對(duì)本文提出的建設(shè)性修改意見；感謝朱弟成、李國彪、姜仕軍、李響、李祥輝、E. Garzanti的學(xué)術(shù)討論；感謝973課題研究人員和研究生的貢獻(xiàn)。

(2015年1月19日收稿)■

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(編輯：溫文)

自然信息

東非發(fā)現(xiàn)最古人屬化石或改寫人類進(jìn)化史

科學(xué)家2015年3月4日在美國《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，他們?cè)跂|非發(fā)現(xiàn)了一塊帶著5顆完整牙齒的不完整下頜骨，這是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的人屬化石，有可能改寫人類的進(jìn)化時(shí)間表。

這塊下頜骨2013年出土于埃塞俄比亞阿法爾州。分析表明，該化石可追溯至275萬年至280萬年前，比此前發(fā)現(xiàn)的最早的人屬化石早了約40萬年。由于有關(guān)化石極度缺乏，考古學(xué)家此前認(rèn)為，人屬可能直到230萬年前或240萬年前才從南方古猿中分化出來。

科學(xué)界認(rèn)為人類與其他動(dòng)物的分化發(fā)生在500萬至700萬年前，此后的人類進(jìn)化史又分為南方古猿與人屬階段。人屬又包括智人、能人等物種，但最終只有智人幸存，現(xiàn)在的人類屬于晚期智人。最具代表性的南方古猿化石是在埃塞俄比亞同一地區(qū)發(fā)現(xiàn)的“露西”，它生活在距今320萬年前。

參與研究的亞利桑那州立大學(xué)人類起源研究所所長威廉·金貝爾當(dāng)天在電話記者會(huì)上說：“了解我們的進(jìn)化分支——人屬出現(xiàn)的最重要時(shí)間段是300萬至200萬年前。諷刺的是，這也是人類化石記錄最少的一個(gè)時(shí)間段?！?/p>

據(jù)金貝爾介紹，這塊下頜骨化石只保存有左側(cè)部分和5顆完整的牙齒，其牙齒與下巴的形狀更像人屬而不是同時(shí)期或更古老的南方古猿，說明它應(yīng)該屬于人屬物種，但尚不清楚它屬于一個(gè)已知人屬物種，還是代表一個(gè)新的人屬物種。

論文共同作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)的埃琳?迪馬喬說：“我們所確定的是，280萬年前，人屬物種生活在埃塞俄比亞阿法爾地區(qū)的開闊草原上，附近有湖泊、河流、活火山，可能還有活斷層?！?/p>

[關(guān)毅 編譯]

Overview of the Late Mesozoic Paleogene major paleoceanographic and geological events in Eastern Tethyan Ocean

HU Xiu-mian
School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China

Eastern Tethyan oceanic sediments now outcropped in Himalayan mountains preserved important information for understanding the evolution both of the Tethyan Ocean and of Mesozoic paleoclimate and palaeoceanography. Based on the stratigraphic record from Tibetan Himalayas, this paper overviewed the studies of paleoceanographic events (oceanic anoxic events, oceanic red beds and oxic events, Paleocene-Eocene Thermal Maximum) and major geological events (Early Cretaceous magmatic event and Late Cretaceous tectonic uplift event in northern Indian margin, India-Asia initial collision event; Eastern Tethyan seaway closure event). The studies of high-resolution biostratigraphy, short-term paleoclimatic and paleoenvironmental changes should be strengthened in near future.

Eastern Tethyan Ocean, Late Mesozoic, Paleogene, paleoceanographic and geological event

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.02.003

*國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2012CB822001)資助

?通信作者，E-mail: huxm@nju.edu.cn