辽西地区系列盆地

与滦平盆地研究发展历史相似，辽西地区的义县盆地、金岭寺-羊山盆地、喀左-建 昌盆地、凌源盆地等地的研究进程，无不与当代“热河生物群”这一全球性的研究热点 密切相关。奠定我国鸟类起源、真兽类（哺乳动物）起源、被子植物起源研究国际领先 地位的“热河生物群”研究，除了在生物演化方面取得了历史性的突破外，在侏罗系— 白垩系界线的划分方面也做了大量工作，并取得了许多重要成果。

“热河生物群”演化过程许多划时代的发现，都诞生在这片古生物学研究的“热土”。自1996年中国地质科学院的季强教授在该地区化石地层中发现“中华龙鸟”以来，由他 所领导的研究团队在“热河生物群”的研究方面取得了一系列突破：1997年发现了世界 上第二只长羽毛的恐龙“原始祖鸟”；1998年发现了世界上第三只长羽毛的恐龙“尾羽 鸟”。2000年发现了全身长羽毛的“奔龙”化石；2002年发现了初鸟类化石——“中华 神州鸟”和“东方吉祥鸟”。1999年发现了最原始的三尖齿兽类哺乳动物化石“金氏热 河兽”；2001年发现了全身保存软体和毛发印痕的对齿兽类哺乳动物化石“毛兽”；2002 年发现了世界上最古老的有胎盘类哺乳动物化石“攀援始祖兽”；2003年发现了世界上最 古老的有袋类哺乳动物化石“中国袋兽”；2005年发现了最早的会游泳的哺乳动物“獭狸 兽”；2002年发现了保存有根、茎、叶、雄性和雌性生殖器官等完整植株的原始被子植物 化石“中华古果”。这些重要科学发现极大地推动了国际鸟类起源、真兽类哺乳动物起源 和被子植物起源研究进程，使我国在这些领域的研究步入了国际先进行列，也基本解决了 国际上140多年未能解决的鸟类起源问题。

这些重大发现，也有力地推动了“热河生物群”相关研究的快速发展。辽西地区中 生代地层中保存的大量精美的化石，对研究古生物学和进化生物学中的许多有争议的问题 具有十分重要的意义，为全面了解中生代陆相生态系统的发展和演化提供了最好的场所。通过几代地质学家数十年的努力，以东方叶肢介-三尾拟蜉蝣-狼鳍鱼（E -E -L）生 物组合带作为“热河生物群”的标志，已经广为人们接受。然而，生物群的诞生与辐射 演化究竟是开始于晚侏罗世还是早白垩世？辽西地区的侏罗纪—白垩纪的地层界线应该划 定在什么位置？界线的绝对年龄是多少？这些问题的解答，出现了与其他地区陆相地层界 线研究相似的状况，还存在相当多的不同观点和看法，也使得自1923年“热河系”建立 以来，国际地学界对该地层时代持续了80多年的争论，尚未画上一个圆满的句号。

季强教授所领导的中国地质科学院地质研究所的研究团队，近年来在该地区进行了大 量详细的野外调查、采样分析工作，并采用多种先进的技术手段，包括国际上最先进的离 子探针仪器（SHRIMP），对采集的火山岩样品、岩浆锆石进行了精确的测定，获取到大 量的同位素地质年代数据，他也引用了其他研究者大量的同位素年龄数据，并做了比较。2004年，在他的巨著《辽宁西部中生代热河生物群》 一书中，所表述的观点为：热河生 物群分布的时代范围大致在135～112Ma之间。由于采集的同位素岩石样品所在岩层，都 位于富含热河生物群化石的地层之下，所以得出的同位素年龄数据比较科学、可信。

那么，侏罗系—白垩系界线的位置应该在什么层位？若能明确划定是在义县组的底 部，其年龄值为135Ma左右是比较合理的。

这个问题的最终答案仍旧难以确定，其原因是从根源上对义县组的定位就存在不同意 见。2000年，郝诒纯先生等人编著的《中国地层典·白垩系》 一书出版，把义县组作为 白垩纪的开始，并且采用1369Ma的同位素年龄，义县组底部与下伏地层张家口组存在 角度不整合，张家口组的顶部年龄为142Ma，界线年龄应在1369～142Ma之间。然而，同年出版、由王思恩等编著的 《中国地层典·侏罗系》 中，则把义县组列为上侏罗统，同位素年龄为142±4Ma（Rb-Sr法）。

西藏特提斯海区侏罗系—白垩系界线的确定也存在类似的问题，不同的研究人员使用 不同的测年方法、流程、仪器设备等，往往得出不同的测年结果，有时候测试数据甚至相 差悬殊。就最新的测年结果而言，2005年，朱弟成等人对特提斯喜马拉雅带羊卓雍错地 区桑秀组的英安岩所进行的锆石SHRIMP同位素测年，得到的平均年龄为133±30Ma。在本研究中，我们将采自桑秀组上部的英安岩所进行的锆石SHRIMP年代学研究，得出的 加权平均年龄为136±30Ma，两者存在3 Ma的差别。这些数据的不同，可能由于采样的 不同层位，得出不同的年龄，也不否定测试本身的误差。如此问题还需在下一步工作中系 统采样验证。

冀北—辽西地区晚中生代盆地由于受后期强烈变形改造的影响分割破坏明显，原始盆 地面貌保存多不完整，不同门类生物地层的对比工作也还远未达成比较统一的意见。但值 得关注的是，区内各盆地受相似的构造和气候背景控制，不同盆地的同期地层在全区具有 可对比的不整合界面及沉积旋回，同时代发育多期的岩浆活动，形成丰富的火山岩系，沉 积物中富含火山碎屑成分，为开展较高分辨率的年代地层学和古地磁学的研究工作提供了 良好的条件。

尽管冀北—辽西地区中生代地层研究取得了显著成果，但对界线地层的划分尚存在不 同意见。王五力等（2003，2004）根据生物地层学对比，将义县阶（组）的时代归属晚 侏罗世。Chen et al（2005）根据生物群对比研究，提出义县组尖山沟层的地质时代为晚 侏罗世Tithonian晚期。庞其清等（2006）依据Cypridea组合带和欧洲地层介形虫组合带 的比较，建议将侏罗系—白垩系界线放在大北沟组和大店子组之间。陈丕基（2000）认 为，我国东北地区陆相白垩系序列可以划分出13个组，其精度已赶上了海相白垩系12个 阶的标准，主要依据的是其中许多组已经找到了海陆交互相地层进行对比的联系化石分 子。周忠和等（2009）认为目前得出这样一个结论似乎还为时过早。不仅不同门类生物 地层学的研究尚且存在不一致的意见，而且年代学和古地磁学的框架还远不够完善。

根据辽西地区陆相热河群与黑龙江龙爪沟群及鸡西群等海相地层的对比，沙金庚、顾 知微等学者从20世纪90年代开始发表了一系列论文，认为包括义县组在内的辽西热河群 的时代为不包括早白垩世最早期（顾知微，1983，1995；沙金庚，1990，1991，1992； Sha et al，1993；Gu，1998；Sha et al，2006a，b；Sha，2007）。孔惠等（2006）对松 辽盆地白垩纪的几个生物群进行了评述，分析了生物演化与盆地演变的关系，认为热河生 物群的时代为早白垩世。

生物地层学的研究中，大化石如脊椎动物化石通常也可提供大尺度的生物地层对比工 具。近年来冀北—辽西地区发现的大量不同门类的脊椎动物化石如鸟类、哺乳类、恐龙、 翼龙等，其中的许多类群均具有早白垩世全球性的分布，对它们的研究也为热河生物群时 代归属提供了重要的化石证据。

对热河群及下伏地层的火山岩或沉积夹层中的火山灰大量的精确测年工作，证实热河 生物群可能属于早白垩世（Swisheret al，1999，2002；Wang et al，2001；王松山等，2001；He et al，2004，2006a，b，2008；Wang et al，2007）。冀北大北沟组、辽西义县 组和九佛堂组的测年结果大致为131～120Ma，大体对应到国际地质年表中的早白垩世的 中期。Sha（2007）认为我国东北大部地区和内蒙古南部可能存在晚侏罗世晚期—早白垩 世早期（Tithonian—Valanginian）的沉积间断。土城子组的年代学数据（139Ma）（Swisher et al，2002）或者156～139Ma（Davis et al，2005）表明，我国东北地区侏罗 系—白垩系的界线可能会位于土城子组之内。Chang et al（2009）对蓝旗组基底火山灰 的测年显示，其时代大致为159～161Ma，对应于晚侏罗世的早期。大量精确测年的结果 将改变我国陆相侏罗系—白垩系界线位于热河群内部或者热河群底部的传统认识。

与我国海相侏罗系—白垩系界线研究相比较，陆相地层的研究不仅研究历史悠久、研 究材料丰富，而且研究方法、手段更为多样。以研究程度较高的热河动物群为例，新的理 论和方法主要可以归纳为如下几个方面：

（1）陆相无脊椎动物与植物地层学

热河生物群无脊椎动物群种类丰富、数量巨大，是生物地层划分和对比的重要依据。以昆虫、叶肢介、介形虫、双壳类的研究成果最为丰富。近年来，以早期被子植物的研究 为代表的热河植物群研究最为引人关注。国际公认最早的被子植物出现于早白垩世（Friis et al，2005；冷琴，2006），热河植物群买麻藤类的化石与俄罗斯南部和巴西早白垩世发 现的种类非常相似（Zhou et al，2003）。黑龙江东部鸡西盆地穆棱组的孢粉化石，归属 早白垩世Barremian期或Barremian—Aptian早期（Yang et al2007），这一结论和大植物化 石以及沟鞭藻的研究结果一致（Yang，2003；杨小菊，2005）。Li et al（2007）对义县 组孢粉的研究也认为其时代应当属于早白垩世。

（2）脊椎动物地层学

热河脊椎动物群不仅化石种类和数量多，而且保存完整，能够提供许多重要的比较形 态学和系统发育关系的证据。伴随早白垩世东亚地区和世界其他地区地理隔绝的消失 （Enkin et al，1992；Zhou et al，2003），东亚地区脊椎动物群和世界各地的交流十分广 泛，为利用脊椎动物化石进行洲际的生物地层对比奠定了基础。热河生物群脊椎动物化石 过去以鱼类和少量爬行动物为主，近年来则以不同类群种类繁多的鸟类、恐龙、翼龙、哺 乳动物和两栖类研究为热点，取得了诸多举世瞩目的研究成果，为全球性的生物地层学对 比提供了十分重要的证据。其中，许多类群具有早白垩世全球性的分布，如鸟类中的反鸟 类，恐龙中的禽龙类（Wang et al，2001 ；Barrett et al，2009），巨龙类（Barrett et al，2002；Barrett et al，2007），驰龙类（Xu et al，1999，2003），甲龙类中的结节龙类 （Xu et al，2001），霸王龙类（Xu et al，2004）等，两栖类中的盘舌蟾类（Wang et al，1999；Wang et al，2000；王原，2006），翼龙中的古魔翼龙类（汪筱林等，2003），古神 翼龙类（Wang et al，2003），梳颌翼龙类（汪筱林等，2006；Wang et al，2007）等，以 及多瘤齿兽类中的始俊兽类（Hu et al，2002），戈壁兽类（Li et al，2003），鹦鹉嘴龙 （徐星等，1998）以及真兽类和后兽类的最早代表（Ji et al，2002；Luo et al，2003）。

（3）年代地层学

热河生物群火山岩的同位素测年工作从20世纪80年代起得到开展并取得了许多重要 的成果，但早期由于测年方法、测年精度，以及火山岩和含化石地层的对比关系等均存在 不少问题，伴随着测年技术的不断进步，对年代地层学研究的精度也不断提高，年代测定 工作广泛开展。义县组顶部的测年结果大致为119～122Ma（张宏等，2005），义县组下 伏的土城组上部火山灰测定的年代数据为139Ma（Swisheret al，2002）；热河群上部九 佛堂组沉积夹层中火山灰的长石单晶的氩-氩测年获得了1203 Ma的结果（He et al，2004）；热河群下部的大北沟组测定的同位素年龄大致确定为130～134 Ma（柳永清等，2003；He et al，2006b）；热河群下伏的张家口组火山岩的年龄135～136 Ma（牛宝贵等，2003）；冀北滦平地区张家口组的底界年龄136Ma，顶界年龄135Ma（张宏等，2005b）； 土城组测年数据范围139～156Ma（Davis et al，2005）。

（4）古地磁学

古地磁学是近年来地层学研究所引入的发展最快的一门学科，利用地磁极性年表可对 主要生物地层学事件进行定年或校准，从而成为估计地层年龄、进行地层对比的重要方 法。地磁极性带M序列向前已延伸至晚侏罗世Callovian阶（Gradstein et al，2004），磁 性地层学的研究已经能够将早白垩世的翁虫类，钙质超微化石和涡鞭毛藻化石的数据与M 序列进行很好的对比（Ogg et al，2004）。近年来我国磁性地层学、地磁古强度和年代学 的综合研究，为地磁极性年代的确定奠定了良好基础，为含化石沉积层的时代提供了重要 的年代依据。如Pan et al（2001）对北票四合屯剖面古地磁学的研究，确定该剖面含化 石层段的古地磁极性年龄为早白垩世Barremian阶的M3n；Zhu et al（2007）对四合屯化 石剖面火山岩的古地磁和40Ar/39Ar年代学研究证实含化石沉积层时代为1242～1257Ma，与以前获得的火山灰的测年结果基本吻合。