新疆哈密三道嶺中侏羅蕨類植物及古氣候意義

＊賈慧 索義虎 馬錚濤 屈林博

（西安石油大學 地球科學與工程學院 陜西 710065）

1.前言

新疆哈密地區(qū)西山窯組地層有許多蕨類植物化石出露，通過觀察蕨類化石的葉片結(jié)構(gòu)特征，根、莖和葉，可以準確地為植物大化石定名，前人已經(jīng)做了很多詳細的研究，我們的工作主要是通過前人資料對比，對已發(fā)現(xiàn)的植物化石進行分類鑒定。

根據(jù)植物化石的形態(tài)，埋藏學等判斷古氣候。該地層保存有完整的植物大化石，大多數(shù)大型植物化石屬于亞原地埋藏系列，例如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的銀杏類和松柏類化石，我們可以根據(jù)植物化石的器官，對已經(jīng)有環(huán)境指示的植物化石進行對比分析，并與現(xiàn)在的植物化石進行對比研究，對哈密地區(qū)中侏羅當時的氣候進行詳細的描述，創(chuàng)立蕨類植物化石研究古氣候的研究方法，尤其是植物大化石，為研究古氣候提供新的證據(jù)。前人對該地區(qū)的煤地質(zhì)[1-4]，生油潛力等都做了詳細的研究，然而對古氣候的描述卻較少。

該植物群所處的時代屬于中侏羅世早期[5]。李瑞云在前人的基礎上，利用苔蘚類植物重建了三道嶺地區(qū)的古氣候與古環(huán)境[6]，前人大多數(shù)為小型以及微小型植物作為研究對象，盡管研究的層次比較深入，論述的也比較完善和詳細。但是關于三道嶺地區(qū)的古氣候與古環(huán)境的理論數(shù)據(jù)依舊較少，研究方面較為單一，仍需要我們進行不懈的探索。

2.地質(zhì)地理概況

(1)研究區(qū)概況

植物化石取自新疆哈密市三道嶺露天露頭，該區(qū)為煤礦所在地，地處哈密市西偏北90km處，是西北地區(qū)最大露天煤礦，其中包括三道嶺地區(qū)的煤礦，它的面積約為1000km2，該地區(qū)氣候比較干燥、少雨。

研究區(qū)盆地從古生代末就開始開始發(fā)育，形成大型內(nèi)陸山間盆地的時間大致在中、新生代。盆地演變有幾個重要階段，有海陸過渡時期，也有凹陷盆地發(fā)育時期，最后變成如今的吐哈盆地。

(2)研究區(qū)地層

根據(jù)吐哈盆地侏羅紀地層中古生物組合[7-10]，沉積學，層序地層學[11-14]研究，前人將產(chǎn)出地層命名為西山窯組。由于研究區(qū)域內(nèi)侏羅統(tǒng)部分地層嚴重缺失，特別是該套地層的上半部分，所以只留下三工河組和西山窯組這兩套較為完整的地層，該區(qū)域剖面如圖1所示，西山窯組地層是沼澤沉積相，發(fā)育煤層，而且煤層厚度較大，在研究區(qū)域內(nèi)的分布廣泛，延展性比較好，覆蓋面積大，而且含煤比例高。

圖1 三道嶺煤礦地層剖面[6]

3.材料與方法

(1)化石材料

蕨類植物化石產(chǎn)自吐哈盆地三道嶺煤礦西山窯組地層一段灰色山巖以及黑色泥巖的巖石組合中，累計有蕨類植物化石9塊，它的化石類型均為壓型化石。

(2)實驗方法

對采集的化石進行觀測分析，根據(jù)化石的宏觀形態(tài)和解剖學特征進行分類鑒定。

根據(jù)植物化石器官的詳細研究，分析植物器官的完整程度，與前人原地埋藏和亞原地埋藏的其他植物化石類型進行比較，例如銀杏類和松柏類植物大化石，查看同期植物化石埋藏的狀況進行輔助判斷。得到了蕨類植物化石的埋藏學特征；利用蕨類植物化石恢復新疆哈密三道嶺中侏羅世早期的古氣候[15-17]。

4.化石系統(tǒng)描述

本次在西山窯組發(fā)現(xiàn)共9塊植物化石，對其中的4塊進行了詳細的研究，其余5塊均為單一的植物器官，不足以完成整體植物化石類型的判斷。三道嶺中侏羅世植物群共包含 43屬88種[5,1,18]，植物化石含量非常高，分布區(qū)域也比較分散，三道嶺植物化石保存情況較為完整，可以進行詳細的植物化石形態(tài)描述以及分類鑒別，與同地同時產(chǎn)出的松柏類、銀杏類植物化石有明顯的區(qū)別。

蕨類植物門：

真蕨綱 filicales；

蚌殼蕨科 Dicksoniaceae；

錐葉蕨屬 Coniopteris；

模式產(chǎn)地：三道嶺，哈密市，新疆，中國；

地層：西山窯組，中侏羅統(tǒng)；

標本編號：DSC01091,DSC01092,DSC01093,DSC01178,DS C01571,DSC01572,DSC01573,DSC01577,DSC01578（鑒定其中四塊）；

鑒定特征：葉片比較簡單，不僅有二次羽狀復葉，而且營養(yǎng)葉與生殖葉的葉片形態(tài)相同，錐葉蕨屬營養(yǎng)葉寬至少7cm，長至少9cm。末次羽形狀長8cm以上，寬2cm，化石頂部末次羽片比較小。

化石形態(tài)描述：新疆哈密地區(qū)出產(chǎn)化石營養(yǎng)葉形態(tài)不完整，它的末次羽片呈現(xiàn)互生形態(tài)，長度有3-4cm，寬度有0.5-0.6cm，但植物的莖、葉保存完整，植物化石的細小結(jié)構(gòu)有缺失，我們與現(xiàn)有的植物標本進行比對，根據(jù)葉片形態(tài)和分布可以確定為蕨類植物化石。

鋸葉蕨尾Coniopteris如圖2、圖3所示。

圖2 錐葉蕨屬Coniopteris

圖3 錐葉蕨屬Coniopteris

產(chǎn)地及層位：新疆哈密三道嶺煤礦，西山窯組第二段，中侏羅統(tǒng)。

5.蕨類植物化石地質(zhì)學意義

(1)化石埋藏學意義

以原地埋藏或亞原地埋藏為判斷依據(jù)，同時期同產(chǎn)出地點的化石作為對比依據(jù)，結(jié)合該地區(qū)大型植物花似的保存情況，恢復化石當時所處的環(huán)境。我們可從以下幾方面判斷蕨類植物化石的埋藏史，以及哈密中侏羅時期蕨類實物生存的具體環(huán)境：

通過巖性來判斷埋藏類型[19-21]，化石產(chǎn)出地層的巖性特征可以從側(cè)面體現(xiàn)植物化石的保存情況。

雖然研究蕨類植物的化石保存較難，但此次標本觀察的錐葉蕨類化石大致形狀、微小部位保存得比較完整，只有小部分葉片、根、莖形態(tài)不易鑒別，所以表明所堅定的錐葉蕨屬有短距離的移動。

由此可以得出觀察的化石樣品并沒有被長距離搬運，基本屬于亞原地埋藏環(huán)境中，但部分植物化石標本保存有明顯的缺失，在產(chǎn)出的蕨類植物化石的地點也挖取了5塊植物單個葉片的保存化石，長度在4-5cm之間，寬度在2-3cm之間，但保存狀態(tài)良好，單一葉片并沒有明顯的缺失，更加證實了蕨類植物的埋藏史。

(2)三道嶺侏羅紀氣候及環(huán)境

蕨類植物化石屬于植物大化石，植物形態(tài)可以用肉眼清晰地觀察，并且與松柏類和銀杏類有明顯的區(qū)別，可以為古氣候研究提供研究材料。植物類型不同會導致植物習性則不同，不同的生長環(huán)境造就不同的植物，所以植物可以反應當時的氣候條件。一種具體植物一定是生長在其特有的環(huán)境中，對氣候有著特別的要求，如果氣候改變，植物為了適應環(huán)境，從而使植物器官發(fā)生進化?，F(xiàn)生蚌殼蕨科雖然是樹蕨，卻喜歡生長在比較潮濕的環(huán)境中。侏羅世及現(xiàn)代真蕨綱的研究顯示蚌殼蕨科植物的管胞一直沒有什么大改變，基本維持侏羅世的形態(tài)特征，由此可得真蕨綱植物在潮濕生長比較繁盛。

具不完全統(tǒng)計錐葉蕨屬等屬名下的中生代蕨類有70多種，以錐葉蕨屬植物化石的數(shù)量最多，差不多60種。特提斯洋在侏羅紀的伊朗及阿富汗等地區(qū)仍殘留著部分海水[22-25]，其距離新疆并不遙遠，可以為當時的三塘湖盆地提供豐富的降水，由此可得當時應該為溫暖濕潤性氣候條件。

綜上所述，當時吐哈盆地是溫暖潮濕型氣候。

6.結(jié)論

本文對搜集到的大型植物化石進行了詳細的觀察，例如銀杏、松柏類，通過保存完好的4塊蕨類化石和5塊保存較為完好的植物化石單一葉片，結(jié)合化石產(chǎn)出地的水動力條件，綜合得出化石的埋藏類型；根據(jù)葉片形狀、根、莖的長度寬度，與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的植物化石，例如松柏類和銀杏類進行對比，對4塊植物化石進行了識別和形態(tài)上的描述；結(jié)合蕨類植物的進化歷史，現(xiàn)生植物的生長環(huán)境，分析新疆哈密中侏羅三道嶺的古氣候特征。觀察新疆哈密三道嶺中侏羅所有植物化石，鑒別此次研究的植物化石類型為錐葉蕨。本文根據(jù)化石保存情況以及水動力條件判斷當前化石群為亞原地保存，認為中侏羅世早期吐哈盆地三道嶺地區(qū)為溫暖濕潤型的氣候。