江 瑤, 劉雪敏, 時志強, 李建亭, 王燕燕

(成都理工大學 a.地球科學學院; b.沉積地質(zhì)研究院, 成都 610059)

0 引 言

在顯生宙生物進化史中, 地球共發(fā)生過5次大的全球性生物滅絕事件[1]。距今最近的一次發(fā)生于白堊紀末期(約66 Ma), 造成了大約75%的物種滅亡, 包括爬行類(如恐龍)、藻類、底棲類、浮游生物類等, 對于此次大滅絕事件的起因研究一直以來都是學術(shù)界關(guān)注的熱點問題之一[2-7]。目前獲得最廣泛認同的起因是66 Ma年前的一顆小行星撞擊地球, 撞擊坑位于墨西哥的尤卡坦半島(Chicxulub), 導(dǎo)致地球的環(huán)境發(fā)生了重大變化, 不適宜絕大多數(shù)生物的生存, 從而滅絕[8-9]。根據(jù)計算機模型推測, 當時地球上大部分的森林都因為隕石撞擊而燃燒, 撞擊產(chǎn)生的碎石、燃燒產(chǎn)生的灰燼在地表逐漸沉積[10-12], 形成了K/Pg界線層, 記錄了白堊紀-古近紀過渡期所發(fā)生的地質(zhì)事件。

白堊紀末期“小行星撞擊地球”假想的提出始于Alvarez等在意大利Gubbio地區(qū)發(fā)現(xiàn)的K/Pg界線銥元素(Ir)異常[13], 大陸地殼中的Ir含量為0.037×10-9, 但在K/Pg界線黏土層中的Ir含量卻高達9.1×10-9[13-14], 高含量的Ir可能來自撞擊地球的隕石。之后與撞擊相關(guān)的沖擊變質(zhì)礦物、微球粒等證據(jù)也相繼在全球各地發(fā)現(xiàn)[15-20], 且都伴隨著異常高含量的Ir, K/Pg界線地質(zhì)異常分布范圍很廣, 從地球最北端的美國阿拉斯加地區(qū)[21], 到最南端的南極海洋鉆探剖面[22], 甚至影響了與撞擊坑相距半個地球的中國地區(qū)[23]。研究還發(fā)現(xiàn), K/Pg界線不僅有Ir元素的異常, 其他鉑族元素(Ru, Rh, Pd, Os和Pt)也有異常, 且界線樣品中的Os/Ir、Ru/Ir值與地外物質(zhì)十分接近[24-25], 進一步證明此次滅絕事件很可能與地外物質(zhì)有關(guān)。

國外對于K/Pg界線的研究大多集中于海相地層[8, 13, 18, 20, 26]。小行星撞擊所引發(fā)的海嘯波及了整個墨西哥灣和附近的海岸線,以及原加勒比海和古大西洋沿岸地區(qū),海嘯高達100～300 m,進入陸地的距離達300多km[27]。海嘯的反沖作用使陸地上的沉積物在海溝和深海中沉積[28]; 撞擊形成的高溫物質(zhì)冷卻于海水中, 隨著時間逐漸沉積在海底[29];海相環(huán)境沉積古生物層劃分也相對容易[30],因此國外海相地層K/Pg界線研究成果豐碩。

中國陸相K/Pg界線相比國外海相地層研究難度大、程度低、進展緩慢, 發(fā)現(xiàn)的證據(jù)不甚充足, 主要原因為:(1)中國陸相白堊紀-古近紀過渡地層在時間和空間上具有很大的差異性, 晚白堊世時期除松遼盆地和中南、西南地區(qū)外, 其他地區(qū)均有不同程度的缺失[31]; 早古新世時期, 陸相地層主要分布在松遼盆地、中部和南部地區(qū)[32-34]。由于中國陸相地層的缺失, 導(dǎo)致晚白堊世天體撞擊事件中陸相所保存的證據(jù)有限, 無法在中國大陸建立完整的生物地層學、火山巖年代地層學和磁性地層學記錄[35]。(2)晚白堊世時期惡劣的氣候條件造成大量的生物滅絕[36-37], 增加了中國陸相生物演化關(guān)系的分析難度。(3)不同研究區(qū)域由于沉積環(huán)境不同、保存條件各異及巖性變化大等問題在一定程度上影響了陸相K/Pg界線地層劃分與對比的精度, 不易完成區(qū)域性的對比[31-32]。

中國陸相K/Pg界線研究中存在著諸多困難可能導(dǎo)致不同研究者在白堊紀-古近紀陸相地層的認識上發(fā)生偏差, 對白堊紀-古近紀眾多問題達不成共識。因此，本文關(guān)注了近年來中國陸相K/Pg界線研究的進展, 總結(jié)了證明陸相K/Pg界線的證據(jù), 試圖為未來中國完整的陸相K/Pg界線過渡地層序列研究提供參考依據(jù)。

1 中國陸相K/Pg界線研究概況

中國陸相K/Pg界線的研究進展良好, 目前國內(nèi)外文獻共報道了中國約30個地區(qū)發(fā)現(xiàn)了陸相K/Pg界線[23,34,38-90], 主要分布在中國東部地區(qū)(圖1), 其中有完整證據(jù)鏈(2個或2個以上的證據(jù))的界線點共9個(表1)。陸相K/Pg界線的證據(jù)主要有4大類:(1)地球化學證據(jù), 包括恐龍蛋銥含量及碳氧同位素等;(2)巖石學證據(jù), 主要有微球粒、黏土礦物等;(3)古生物學證據(jù), 包括恐龍骨骼及蛋化石、介形類動物群、輪藻、孢粉等;(4)環(huán)境磁學證據(jù)。它們所反映出的氣候信息相似, 地球化學元素異常呈現(xiàn)出等時性和普遍性。

圖1 中國陸相K/Pg界線發(fā)現(xiàn)位置分布示意圖(圖中序號與表1中序號對應(yīng))

表1 中國陸相K/Pg界線研究位置及研究證據(jù)(按采樣介質(zhì)分類)

2 中國陸相K/Pg界線研究特點

由于中國陸相K/Pg界線研究受到地層缺失、生物演化關(guān)系及保存條件的制約, 中國陸相K/Pg界線相比國外海相地層研究難度大、程度低、進展緩慢，發(fā)現(xiàn)的證據(jù)不甚充足，但在國內(nèi)外地質(zhì)工作者的共同努力下, 2011年黑龍江嘉蔭地區(qū)通過白堊世晚期和古新世早期的孢粉組合正式確定了我國完整的陸相白堊紀-古近紀過渡地層界線(K/Pg界線)[66], 標志著我國陸相K/Pg界線研究上了一個新臺階, 為中國其他地區(qū)的K/Pg界線分析及建立完整的K/Pg界線地層序列提供了參考依據(jù)。

中國陸相K/Pg界線以河湖相沉積序列為主, 沉積時溫度較高, 地層中化石豐富, 大氣CO2含量高，如廣東南雄盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)有形成于湖底沉積物表層或近表層鈣質(zhì)結(jié)核[91-93]; 盆地中的磁性礦物[43, 94]及恐龍蛋殼氧同位素分析表明, 在白堊紀-古近紀過渡的150 ka的時間內(nèi)出現(xiàn)過高溫天氣[95]; 界線層中存在著大量介形類等化石[41], 說明當時有大量的生物死亡; δ13C虧損和δ18O正偏間接反映出大氣CO2濃度有過長時間的持續(xù)升高[39]。松遼盆地明水組(K2m)跨越了晚白堊世和早古新世, 完整記錄了K/Pg界線處的地質(zhì)事件[34], 該地層以淺濱湖至河流相砂泥質(zhì)沉積序列為主[96]; 地層中發(fā)現(xiàn)的化石種類豐富, 主要包括介形類、孢粉和輪藻[64-65]; 古土壤碳酸鹽碳氧同位素分析表明, 當時大氣溫度較高且存在著大量CO2氣體, 可能與小行星撞擊引發(fā)的火山活動有關(guān)[97-98]。

3 中國陸相K/Pg界線地質(zhì)證據(jù)

3.1 恐龍蛋

晚白堊世是恐龍生物進化歷史上的關(guān)鍵時期, 恐龍的生物多樣性達到頂峰, 數(shù)量巨大[99]?？铸埖白鳛橐环N能反映恐龍生活狀況的遺跡化石, 一般成窩產(chǎn)出且呈多層分布, 兼有數(shù)量眾多、保存好且類型豐富的特點, 是中國陸相白堊紀地層劃分與對比的重要依據(jù)[100]。由于恐龍蛋殼中生物微晶方解石有非常薄的有機質(zhì)薄膜保護, 所以蛋殼是恢復(fù)晚白堊世恐龍動物群的生活環(huán)境以及了解恐龍動物群演化與滅絕的重要證據(jù)[95]。通過測試蛋殼和圍巖中的地球化學元素組成, 將元素的異常含量變化與恐龍的生活環(huán)境聯(lián)系起來, 可以找出恐龍滅絕的原因, 進而還原晚白堊世恐龍滅絕時的氣候環(huán)境[101-104]。目前通過研究恐龍蛋來分析K/Pg界線處異常事件的地區(qū)有安徽齊云山[38]、廣東南雄盆地[40, 44]、江西于都[45]、浙江天臺盆地[46]、河南西峽[53-55]、河南淅川[57]、山東萊陽[58-60]、陜西山陽盆地[69](表1)。

3.1.1 恐龍蛋種屬及特征 1975年趙資奎[105]研究了廣東南雄盆地恐龍蛋的顯微結(jié)構(gòu), 將5種恐龍蛋劃分為3個屬、1個科。科為長形蛋科，屬分別為巨型蛋屬、長形蛋屬、南雄蛋屬。5種恐龍蛋分別為粗皮巨形蛋、瑤屯巨形蛋、安氏長形蛋、長形長形蛋、主田南雄蛋(表2)，其中長形蛋科的蛋化石為長條形, 其長徑和橫徑之比約為2∶1, 蛋殼外表面具有瘤狀小突和鏈條狀棱紋的紋飾, 蛋殼由乳突層和層狀棱柱層組成, 乳突一般為圓錐形, 層狀棱柱層呈波浪形, 相對較厚；巨型蛋屬的蛋化石比較大, 蛋殼外表面具有粗糙的瘤狀小突和鏈條狀的棱紋紋飾, 乳突層和層狀棱柱層之間有明顯的分界, 氣孔道直, 弦切面近乎圓形, 如粗皮巨形蛋; 長形蛋屬蛋殼外表面的鏈條狀棱紋紋飾比巨型蛋屬的細長, 蛋殼也比較薄, 乳突層和層狀棱柱層之間沒有明顯分界, 層狀棱柱層呈波浪形, 氣孔道直, 弦切面近乎圓形, 如安氏長形蛋和長形長形蛋; 南雄蛋屬蛋殼外表面的鏈條狀棱紋紋飾不很明顯, 一般比較光滑, 乳突層呈淺棕灰色, 層狀棱柱層略呈波浪形, 棕紅色, 其中的棱柱體彼此界限分明, 氣孔道形狀不規(guī)則, 一般呈裂隙形, 如主田南雄蛋[105-106]。

表2 廣東南雄盆地恐龍蛋種屬[105]

3.1.2 恐龍蛋中的銥 銥(Ir)在地殼中的含量(0.037×10-9)遠低于其在碳質(zhì)球粒隕石中的平均含量(481×10-9)[14, 24]。由于Ir不是生物生命所必須的元素, 因此在正常情況下, 恐龍的蛋殼和骨組織中Ir的含量非常低[107]。蛋殼中Ir含量異常高的原因可能是食物、水源以及空氣等環(huán)境中較高的Ir進入恐龍母體內(nèi), 從而在其胚胎及蛋殼中富集[40, 44]。當恐龍體內(nèi)的Ir含量增大時, 可能由于鉑族金屬元素而中毒, 其正常生理活動受到影響, 同時會造成恐龍蛋的結(jié)構(gòu)異常, 影響胚胎的形成及早期發(fā)育, 出現(xiàn)病理結(jié)構(gòu)(圖2), 從而不利于恐龍的正常孵化, 使其逐漸趨于滅絕。目前關(guān)于撞擊后沉積環(huán)境中Ir含量超高的原因有兩種解釋: 突變因素(如小行星撞擊)和漸變因素(如環(huán)境變化)[13, 108-109]。

圖2 廣東南雄盆地K/Pg界線處的病理蛋殼(據(jù)文獻[44]修改)

目前研究中國陸相K/Pg界線地層中蛋殼及其周圍介質(zhì)中Ir含量的界線點如表3所示, 雖然蛋殼和圍巖中的Ir含量差異較大, 但與大陸地殼背景值0.037×10-9對比大多偏高。在河南西峽晚白堊世趙營組(K2zh)[54]采集的恐龍蛋殼樣品中, Ir含量的平均值為235.5×10-12, 最大值為860.0×10-12; 圍巖(砂巖, 恐龍蛋賦存層)的Ir含量(14 500.0×10-12)比恐龍蛋殼中的含量高得多。趙資奎等[95]在廣東南雄盆地的K/Pg界線地層、界線之上的古近紀上湖組(Esh)、界線之下的晚白堊世湞水組(Kzs)都采集了恐龍蛋殼樣品, 研究發(fā)現(xiàn)K/Pg界線地層中的蛋殼有最高的Ir含量(118.0×10-12), 明顯高于界線之上上湖組(Esh)的值, 但在界線之下湞水組(Kzs)也出現(xiàn)了高值(117.6×10-12), 反映出在K/Pg過渡的大約150 ka時間里出現(xiàn)了多次干燥氣候。在江西于都晚白堊世河口組(K2h)[45]采集的蛋殼樣品中, Ir含量最大值為480.8×10-12, 平均值為305.6×10-12, 均遠小于內(nèi)側(cè)圍巖(平均值2 381.3×10-12, 恐龍蛋賦存層)和外側(cè)圍巖(平均值7 550.3×10-12, 恐龍蛋賦存層)中的Ir含量。安徽齊云山剖面沉積巖(晚白堊世小巖組(K2x), 恐龍腳印賦存層的泥質(zhì)粉砂巖)、圍巖(晚白堊世徽州組(K1h), 恐龍蛋賦存層)、蛋核及蛋殼中的Ir含量均呈現(xiàn)出異?；虺弋惓?，8個蛋殼樣品中Ir含量的平均值為79.23×10-12, 最高值高達152.9×10-12, 而圍巖中的最高值為254.5×10-12, 說明離K/Pg界線越近, Ir含量就越高[38]。

表3 與中國陸相K/Pg界線相關(guān)的恐龍蛋殼及其圍巖中的銥含量

晚白堊世時期的蛋殼及其圍巖中的Ir含量高于大陸地殼(0.037×10-9)[38, 45, 54], 異常高含量的Ir可能來源于地外物質(zhì), K/Pg界線與其上下地層的Ir含量對比[95]也充分說明了這一點。白堊紀末期, 小行星撞擊地球, 引發(fā)全球性的災(zāi)變事件, 導(dǎo)致環(huán)境惡化, 突然的撞擊及某些環(huán)境條件的突變(如溫度)是許多生物無法承受的, 會造成大批的動物死亡, 由于時間較短, 并不會使物種完全滅絕[110], 但撞擊所引發(fā)的地震、海嘯、大火以及煙塵會存在幾十甚至幾百年, 生物的生存環(huán)境發(fā)生了極大改變, 生物的正常生長受到了影響, 生態(tài)系統(tǒng)崩潰, 生物逐漸滅絕。環(huán)境中較高的Ir進入恐龍母體內(nèi), 進而富集在恐龍胚胎及蛋殼中影響胚胎的形成及早期發(fā)育, 這對其繁衍生息極其不利[40,44-45]?？铸報w內(nèi)的Ir富集相比于沉積物較小, 所以圍巖和恐龍蛋殼中的Ir含量雖然都高, 但也存在明顯的差異[38, 45, 54]。

3.1.3 碳氧同位素 碳氧同位素可以作為恢復(fù)晚白堊世古氣候環(huán)境的證據(jù)[39, 95], 如廣東南雄盆地K/Pg界線剖面中恐龍蛋殼δ13C降低, 反映出恐龍主要食用的C3型植物中δ13C值發(fā)生了變化, C3型植物主要生長在富含CO2的環(huán)境中且光合作用優(yōu)先吸收12C, 因此, δ13C虧損間接說明當時大氣中的CO2濃度偏高[39, 111-113]; 松遼盆地[98]和新疆連木沁[114]地層剖面中的碳同位素發(fā)生偏移, 反映出大氣溫度先降低后升高; 分析安徽齊云山[38]、廣東南雄盆地[39]和山東萊陽[59]恐龍蛋殼中的氧同位素, 發(fā)現(xiàn)δ18O都有明顯富集, 表明晚白堊世時期發(fā)生了升溫事件, 當時至少出現(xiàn)過3次年平均氣溫在27 ℃以上的干燥氣候; 松遼盆地[65]介形類碳氧同位素分析發(fā)現(xiàn), 晚白堊世時期發(fā)生了短暫降溫事件, 原因可能與小行星撞擊引發(fā)的火山活動有關(guān)[98], 火山噴發(fā)會釋放大量的CO2氣體, 導(dǎo)致大氣中的含量發(fā)生變化[115-116]。

3.2 恐龍骨骼及牙齒化石

化石在研究地球發(fā)展歷史和生命演化過程中具有獨特的作用和意義, 如通過恐龍化石的研究可以還原恐龍生活的古地理環(huán)境和古環(huán)境變化[117]。晚白堊世是恐龍生存的最后一個時代, 在黑龍江嘉蔭[68]、內(nèi)蒙古二連浩特[87]、河南欒川[61-62]、湖南株洲[78]、浙江天臺盆地[46]、山東諸城[56]、四川開江[75]、四川自貢[77]等地(表1)都發(fā)現(xiàn)了大量晚白堊世時期的恐龍化石。

鴨嘴龍是晚白堊世鳥臀類的一個主要類群, 巨龍-鴨嘴龍動物群是該時期的代表恐龍動物群[118]。在黑龍江嘉蔭地區(qū)發(fā)現(xiàn)了該恐龍類群的骨骼和牙齒[68], 其中牙齒分為6種類型, 分別代表霸王龍類、馳龍類、白鯊齒龍、福井盜龍、新的獸腳類恐龍以及新的肉食龍類, 并且在內(nèi)蒙古二連浩特地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了這種恐龍的痕跡[87], 充分說明晚白堊世時期其數(shù)量多, 分布范圍廣。2016年姜楊等[46]和安偉等[56]分別對浙江天臺盆地和山東諸城的恐龍化石層進行鋯石定年, 結(jié)果顯示化石形成于晚白堊世時期, 并且在河南欒川[61]、湖南株洲[78]K/Pg界線研究以及四川開江[75]和四川自貢[77]的恐龍化石元素分析中都表明晚白堊世時期有大量的恐龍死亡?？铸埖耐蝗凰劳霭凳局戆讏资赖厍颦h(huán)境發(fā)生了重大變化, 但不能從恐龍化石中找到直接證據(jù)來證明這種變化是由“小行星撞擊地球”所導(dǎo)致。

3.3 微球粒

小行星撞擊地球的另外一個證據(jù)是微球粒。微球粒是當隕石撞擊地球時, 撞擊面上的巖石在高溫高壓下熔融, 濺射到大氣中快速冷卻后又落回地面所形成的[119]。微球粒的形態(tài)多為球粒狀和橢球狀, 圓度、球度較好, 表面大體光滑, 但有時會呈現(xiàn)出毛玻璃狀, 可見圓形或不規(guī)則的凹坑, 以及撞擊形成的細線狀流動構(gòu)造等, 大小一般為0.1～0.25 mm[120]，其中不透明的微球粒以棕褐色、黑色為主, 還可見棕黑色、棕黃色、淺棕色、淺黃色等; 透明的微球粒大多以無色、淡黃色、黃色為主, 呈現(xiàn)玻璃光澤。微球粒的成分大多為石英、長石、輝石、橄欖石、尖晶石等[121]。

中國陸相K/Pg界線地層研究中, 在山東膠萊盆地魯科1井巖心中發(fā)現(xiàn)的玻璃質(zhì)微球粒最典型, 數(shù)量巨大, 共計707顆，大小在0.34～1.20 mm, 平均大小約為0.50 mm, 其形態(tài)特征明顯不同于火山玻璃, 是撞擊產(chǎn)生的高溫高壓使巖石熔融、汽化、濺射, 并冷卻固化后所形成的[23]。白堊紀末期小行星撞擊地球的撞擊坑位于墨西哥灣, 撞擊點距離中國大陸比較遠, 但在中國山東膠萊盆地卻發(fā)現(xiàn)了與之密切相關(guān)的微球粒, 這些微球?？赡苁怯捎陔E石撞擊使其濺射進入大氣平流層, 被運移至中國陸區(qū)沉積于陸相環(huán)境。

3.4 黏土礦物

中國陸相白堊紀-古近紀地層十分發(fā)育, 如四川盆地和廣東南雄盆地都發(fā)育有完整的陸相紅層, 并且沉積連續(xù), 化石豐富, 受到了國內(nèi)地質(zhì)工作者的高度關(guān)注[122-123]。2008年曹珂等[122]在研究四川盆地的古氣候時發(fā)現(xiàn), 雅安-成都分區(qū)發(fā)育有晚白堊世時期的沉積物, F/Q>L/Q(其中F代表長石，Q代表石英，L代表巖屑), 以氣候控制為主。其中晚白堊世灌口組黏土礦物組合變化較大, 伊利石的結(jié)晶度指數(shù)和化學指數(shù)與黏土礦物組合變化趨勢一致, 說明氣候變化趨勢為干冷—暖濕—干冷。雅安古近紀名山組黏土礦物組合變化也大, 在K/Pg界線附近沒有發(fā)現(xiàn)蒙脫石, 但伊利石含量卻達到最高值, 在那之后很短的時間內(nèi)蒙脫石升高到晚白堊世中期的水平, 之后又突然消失, 充分說明名山組沉積時期氣候發(fā)生了多次變化, 在K/Pg界線附近先變冷, 再變暖濕, 最后變?yōu)楦衫? 與晚白堊世時期灌口組伊利石所反映氣候信息相似(表4)。王尹等[123]研究廣東南雄盆地的黏土礦物組成特點, 將K/Pg界線過渡時期的氣候劃為了3個階段:(1)晚白堊世馬斯特里赫特期, 氣候以干旱-半干旱為主;(2)古新世丹尼期早期, 為半干旱—濕熱交替性氣候;(3)古新世丹尼期晚期, 此時為半干旱氣候。

表4 四川盆地K/Pg界線處的氣候變化[122]

3.5 介形類動物群

中國陸相介形類化石的研究比國外起步晚, 但目前已在許多地方都找到了介形類的證據(jù), 包括松遼盆地[65]、山東膠萊盆地[23, 52]、平邑盆地[48, 50]、廣東南雄盆地[41]、廣西合浦盆地[47]、四川雅安[72]等地(表1), 通過介形類動物群化石的研究可以建立完整K/Pg界線沉積序列, 恢復(fù)白堊紀末期—古近紀早期的氣候環(huán)境。

類女星介科(Talicyprididae)是一個絕滅的介形類動物類群, 最早出現(xiàn)在早白堊紀時期的岡瓦納大陸, 緊接著傳入歐洲, 隨后遷移到亞洲地區(qū), 并在晚白堊世的坎潘期-馬斯特里赫特期數(shù)量達到其演化史上的頂峰(圖3)。但進入古近紀卻遭受了巨大的重創(chuàng)而使其分布范圍迅速縮小, 僅中國和蒙古的個別地區(qū)有所發(fā)現(xiàn), 最后在全世界范圍內(nèi)逐漸消失[52], 類女星介科數(shù)量的驟減可能與白堊紀末期發(fā)生的重大氣候變化有著某種聯(lián)系。因此在K/Pg界線地層研究中, 介形類動物群化石可以作為恢復(fù)晚白堊世古氣候、古環(huán)境重要的證據(jù), 其在K/Pg界線處的數(shù)量變化可以對K/Pg界線處發(fā)生的異常事件進行很好地制約。

圖3 類女星介科分異度變化曲線(據(jù)文獻[52]修改)

3.6 輪藻、孢粉

白堊紀晚期至古近紀早期是輪藻的最大繁盛期之一, 化石種類和類型都很豐富, 湖北當陽存在著全球所知最為連續(xù)且豐富的陸相白堊紀-古近紀過渡時期的輪藻生物地層記錄[76], 成為了建立陸相K/Pg界線地層的理想地區(qū)。2019年杜圣賢等[49]通過研究卞橋組上下亞段的輪藻-孢粉-介形類生物群化石組合, 確定了K/Pg界線的準確位置。李莎等[63]在松科1井中建立了4個輪藻化石組合帶, 分別為Atopocharaulanensis-Hornicharaanguangensis組合帶、Atopocharaulanensis延限帶、Hornicharaprolixa-Gobicharadeserta組合帶和Grovesicharachangzhouensis-Neocharasinuolata組合帶, 并且證明其為晚白堊世-古近紀過渡時期生物群, 不僅確定了K/Pg界線的位置, 而且還建立了完整的K/Pg界線古生物演化序列。2008年新疆準噶爾盆地發(fā)現(xiàn)了豐富的輪藻化石, 其中包含20屬1亞屬63種1亞種3變種2比較種1新型2未定種, 在確定白堊紀地層序列及地層對比中起到了至關(guān)重要的作用[80]。

孢粉是孢子和花粉的簡稱, 包括苔蘚類、蕨類孢子和種子植物的花粉[124]。孢粉是K/Pg界線地層識別的重要標志, 孢粉分析就是通過地層中的孢粉進行離析、分離、識別、鑒定、分類并統(tǒng)計所含種類的百分含量等途徑, 來研究它們的組合特征以及演化規(guī)律等。孢粉在K/Pg界線地層研究中主要有3個方面的應(yīng)用:(1)進行地層劃分及對比，即根據(jù)化石層序規(guī)律來確定孢粉的組合類型, 進而推斷地層時代, 如山東平邑盆地地層研究中通過輪藻-孢粉-介形類化石群組合分析, 確定了K/Pg界線的位置[49];(2)恢復(fù)古氣候，即通過孢粉組合、植物群以及自然地理條件的關(guān)系來推斷氣候的變化過程, 如湖北江漢盆地孢粉組合研究, 認為K/Pg界線過渡時期該地區(qū)屬于偏干旱的亞熱帶氣候[74];(3)恢復(fù)古植被，即通過研究植被的分布以及演變來了解孢粉組合與植被的關(guān)系, 從而進一步確定氣候的變化特征, 如松遼盆地LD17井晚白堊世-古近紀地層中的孢粉組合分析, 發(fā)現(xiàn)該時期屬于半濕潤的亞熱帶氣候面貌, 植被以針闊混生林和草叢為主[64]。

3.7 環(huán)境磁學

中國陸相K/Pg界線地層的磁學研究已經(jīng)取得了突破性的進展, 2019年彭超[43]綜合分析廣東南雄盆地大塘剖面的磁化率數(shù)據(jù)(圖4a)、化學風化指數(shù)CIA(圖4b)、同時期的海平面變化[125]和海水表層溫度(SST)[126](圖4c)、沉積物中伊利石的結(jié)晶度、風化指數(shù)[123](圖4d)數(shù)據(jù), 將該地區(qū)晚白堊世-古近紀的氣候分成了3個階段:(1)第1階段為72～71.5 Ma, 馬斯特里赫特早期, 氣候以濕熱為主;(2)第2階段為71.5～66 Ma, 馬斯特里赫特中晚期, 此時氣候總體表現(xiàn)為溫暖干燥;(3)第3階段為66～61.5 Ma, 古近紀丹麥期, 該時期氣候表現(xiàn)為濕熱。王海龍等[70]分析黑龍江東部地區(qū)白堊紀-古近紀的古地磁結(jié)果, 發(fā)現(xiàn)晚白堊世牡丹江斷裂東側(cè)的佳木斯地塊內(nèi)部的穆棱、雞西、七臺河和樺南地區(qū)整體發(fā)生了30°～40°的逆時針旋轉(zhuǎn), 可能是小行星撞擊地球后引發(fā)的全球地震所導(dǎo)致。尹濟云等[82]在云南蘭坪思茅地區(qū)通過白堊紀-古近紀的古地磁研究, 確定南新組與虎頭寺組所屬時代為晚白堊世, 并進一步證明晚白堊世華南與印度支那地塊存在明顯的緯度差。

圖4 大塘剖面質(zhì)量磁化率(a)、化學風化指數(shù)CIA(b)，全球海平面高度變化及中緯度(～35°N)海水表層溫度(c)，南雄盆地伊利石結(jié)晶度、風化指數(shù)(d)隨時間變化曲線(據(jù)文獻[43,123，125-128]修改)

4 國內(nèi)外證據(jù)對比

國外主要開展海相地層的K/Pg界線研究, 且證據(jù)豐富。在意大利的Gubbio剖面[13]、丹麥的Stevns Klint剖面[18]、西班牙的Caravaca剖面[19]和新西蘭的Woodside Creek剖面[20]等地都發(fā)現(xiàn)有異常的鉑族元素含量, 其中Ir含量分別為9.1×10-9、87×10-9、56.9×10-9、70×10-9, 都遠高于大陸地殼(0.037×10-9)的含量, 并且丹麥Stevns Klint剖面中的Pt/Ir值為2.01±0.07, 與碳質(zhì)球粒隕石中的值(Pt/Ir=2.10)十分接近, 間接說明有地外物質(zhì)的參與; 在太平洋[129]、突尼斯的Elles II剖面[26]以及科羅拉多[130]等地運用Re-Os、C、O、U-Pb同位素地球化學元素分析, 證明K/Pg界線處有異常事件發(fā)生; 在西班牙的Caravaca剖面[131]、蒙達那州[132]、中太平洋深處[133]發(fā)現(xiàn)了與撞擊直接相關(guān)的微球粒, 進一步證明K/Pg界線處的滅絕事件可能與地外物質(zhì)有關(guān); Lewis等[134]、Prinn等[135]和Zahnle[136]運用計算機模擬, 推測出大氣可能由于撞擊事件的沖擊而被加熱形成硝酸雨, 對生物的正常生長會產(chǎn)生嚴重的影響; Wolbach等在研究丹麥、西班牙、新西蘭的K/Pg界線地層時發(fā)現(xiàn)其中存在黑碳[10-12], 說明撞擊會引發(fā)大火, 形成惡劣環(huán)境; 在土耳其的Haymana盆地[137]、美國的蒙大拿州[138]和波蘭[139]等地的K/Pg界線處都發(fā)現(xiàn)有大量的底棲有孔蟲、介形類動物群死亡, 生物的死亡暗示著晚白堊世的古氣候環(huán)境發(fā)生了重大變化。

中國陸相K/Pg界線的研究證據(jù)(按采樣介質(zhì)分類)主要包括恐龍蛋銥含量及碳氧同位素、恐龍牙齒及蛋化石、微球粒、黏土礦物、介形類動物群、輪藻、孢粉和環(huán)境磁學變化, 多為古生物方面的研究, 中國發(fā)現(xiàn)的大部分K/Pg界線點論據(jù)不甚充足, 有2個或2個以上證據(jù)鏈的界線點只有9個。

5 存在問題與研究展望

中國大陸距小行星撞擊地球的撞擊點(墨西哥灣)比較遠, 卻也發(fā)現(xiàn)了一些與之密切相關(guān)的證據(jù)。目前與國外海相地層對比, 中國陸相K/Pg界線研究難度大、程度低, 且進展緩慢, 但要研究此次撞擊事件對中國大陸的氣候、環(huán)境及生物的影響, 中國陸相K/Pg界線研究必不可少。為了建立完整的中國陸相K/Pg界線地層序列, 恢復(fù)撞擊事件對中國大陸的影響, 未來可以從以下幾方面開展進一步的研究工作:

(1)加強生物地層學研究。在現(xiàn)有證據(jù)的基礎(chǔ)上, 提高生物地層對比的精度, 同時識別重要生物的演化節(jié)點, 建立完整、精確的白堊紀-古近紀中國陸相古生物年代地層序列。

(2)以生物地層學為基礎(chǔ), 綜合同位素年代學、旋回地層學、磁性礦物學等方法, 開展中國陸相K/Pg界線地層的劃分與對比研究。

(3)在研究中國陸相K/Pg界線地層的同時, 要注意與國外海相K/Pg界線地層研究之間的相互聯(lián)系, 力求在精確古生物年代學的基礎(chǔ)上, 尋找與海相相對應(yīng)的生物或其他標志。

(4)中國陸相地層主要集中于傳統(tǒng)同位素的研究, 缺乏非傳統(tǒng)同位素的研究, 今后可利用非傳統(tǒng)同位素證據(jù), 來獲得更加準確的地層界線信息。

(5)撞擊會造成火山噴發(fā)和森林燃燒, 通過火山灰夾層和燃燒碳(即黑碳), 可進行高精度同沉積期的鋯石同位素定年, 準確獲取撞擊事件發(fā)生的時間。

(6)繼續(xù)加強對中國東部地區(qū)陸相K/Pg界線研究, 同時注意對中國西部和西北部地層界線及有關(guān)證據(jù)的尋找, 以便豐富和完善中國陸相K/Pg界線的研究證據(jù)。