0 引言
大兴安岭南部地区自1972年误将扎鲁特旗“陶海营子组”定到三叠系后，该地区是否存在三叠纪地层直到20世纪90年代幸福之路组的创立方有定论[1]。近几十年来，地质学家们通过对动植物化石组合及锆石U-Pb同位素测年等的相关研究，明确了我国东北地区早三叠世沉积地层主要零星出露于吉林九台和大兴安岭地区[2-3]。然而，在这些地层中却鲜有孢粉化石的发现和报道[4-5]。本次于巴林右旗幸福之路苏木查干布拉格村西山老龙头组(原幸福之路组模式)剖面的发现, 将为大兴安岭地区乃至东北地区二叠纪-三叠纪之交孢粉学的研究打开一个窗口。
植物化石记载着地质历史时期植物及其群落的特征，是古气候环境的温度计。20世纪末以来，通过对植物及孢粉化石有亲缘关系的现生属种对比分析研究方法，可以恢复和重建地质时期研究区所处的古气候及古地理环境[6-15]。
本文通过对幸福之路地区老龙头组孢粉化石典型分子的时代以及其可能的亲缘母体植物生长环境与习性分析，结合已有的相关研究成果，可以明确幸福之路老龙头组的时代为晚二叠世—早三叠世，推测当时研究区处于暖温带干旱—半干旱的古气候环境。幸福之路地区老龙头组孢粉化石的发现，对探讨和研究东北地区二叠纪-三叠纪之交的陆相沉积界线以及分析当时的古气候环境具有重要的意义。
1 研究区概况研究区位于大兴安岭南部的巴林右旗幸福之路苏木一带。晚古生代地层区划属于佳蒙地层大区内蒙古草原区乌兰浩特—林西地层分区[16]，中生代地层区划属滨太平洋地层区大兴安岭—燕山地层分区乌兰浩特—赤峰地层小区[17]，二叠系—三叠系自下而上发育有早二叠世寿山沟组(P1ss)、大石寨组(P1d)，中二叠世哲斯组(P2z)，晚二叠世林西组(P3l)和晚二叠世—早三叠世老龙头组(P3—T1l)，迄今未发现或缺失中、晚三叠世地层。
二叠纪末期—三叠纪初期受晚海西、印支运动的强烈改造与剥蚀，使得下三叠统与上覆侏罗系—白垩系之间多为角度不整合接触, 如在哈拉山东地区老龙头组被上侏罗统满克头鄂博组不整合覆盖[18]。
本次研究的孢粉化石产自查干布拉格村西山老龙头组上部层位(原幸福之路组中段顶部—上段)(图 1)。
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| 图 1 内蒙古巴林右旗下三叠统老龙头组孢粉化石产地位置和研究区地质图 Fig. 1 Location of the spores and pollen from the Lower Triassic Laolonngtou Formation in the Bairin Right Banner, Southern Da Hinggan Mountains |
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幸福之路组创名于巴林右旗幸福之路苏木，建组剖面位于查干布拉格村西山和哈拉山东，分3个岩性段：下段为杂色砾岩; 中段为紫红色杂砂岩及粉砂岩; 上段为灰绿、灰紫色细碎屑岩。产双壳和叶肢介化石[1, 4]。和政军等[19]对以上两个剖面采集到的叶肢介和介形虫进行了报道；郑月娟等[4, 18]对哈拉山东剖面发现的孢粉和叶肢介组合及同位素测年结果进行了报道，初步将幸福之路组归入早三叠世沉积，但文中无论孢粉组合、叶肢介组合还是同位素年代学数据，均具有明显的晚二叠世—早三叠世的时代特征；张海华等[20]从同位素年代学方面对哈拉山东剖面进行了补充报道，认为幸福之路组上段沉积地质时代为晚二叠世—早三叠世；杨雅军等[2]认为幸福之路组为黑龙江省龙江县济沁河孙家坟东山老龙头组的晚出同物异名；杨兵等[5]将林西官地原定义为林西组六段含少量早三叠世孢粉化石的灰绿色、紫灰色砂板岩，粉砂质板岩归入老龙头组；丁秋红等[21]采纳杨雅军等将幸福之路组归入老龙头组的说法，本次研究同意这一观点。
巴林右旗幸福之路地区老龙头组为一套河湖相碎屑沉积，偶夹火山碎屑岩，含双壳、叶肢介、植物和孢粉等化石，朱儒峰等[1]认为其平行不整合于晚二叠世林西组粉砂岩之上。然而，对于原定义平行不整合于晚二叠世林西组之上的幸福之路组一段(砾岩段)，笔者曾两次对其砂岩夹层开展了砂岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年分析，测试结果显示原幸福之路组一段砂砾岩沉积下限可能不早于晚三叠世(另文讨论)，其岩石组合特征与区域上的中侏罗世新民组砂砾岩极为相似。因此，幸福之路地区原定义为老龙头组一段(砂砾岩)可能并非老龙头组，而可能是中侏罗世新民组(J2x)。
本次实测剖面为查干布拉格村西山剖面，起点坐标118°46.910′E，43°47.563′N，终点坐标118°47.201′E，43°46.806′N，剖面图见图 2。剖面层序如下：
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| 图 2 内蒙古巴林右旗幸福之路苏木查干布拉格老龙头组实测剖面图 Fig. 2 Stratigraphic section of the Laolongtou Formation in the Village of Chaganbulage, Xingfuzhilu Town, Bairin Right Banner, Inner Mongolia |
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晚二叠世—早三叠世幸福之路组 总厚度≥1 389.02 m
未见顶
61.灰紫色泥质粉砂岩 26.83 m
60.紫灰色粉砂岩 1.38 m
59.灰紫色泥质粉砂岩 6.23 m
58.灰紫色粉砂岩 2.08 m
57.灰紫色泥质粉砂岩 4.79 m
56.紫灰色细砂岩 6.39 m
55.灰紫色泥质粉砂岩，含裸子植物花粉：Klausipollenites sp., Psophosphaera sp. 12.54 m
54.灰绿色粉砂岩夹紫灰色泥质粉砂岩 21.65 m
53.灰绿色粉砂岩 38.84 m
52.黄绿色粉砂质泥岩 21.85 m
51.黄绿色粉砂岩 27.53 m
50.灰绿色粉砂质泥岩，含裸子植物花粉：Piceaepollenites sp., Quadraeculina sp. 5.88 m
49.黄绿色细砂岩 23.00 m
48.灰绿色粉砂岩 18.47 m
47.灰绿色泥质粉砂岩 58.77 m
46.黄绿色细砂岩 24.12 m
45.灰绿色粉砂岩 4.51 m
44.灰绿色粉砂岩夹粉砂质泥岩 49.66 m
43.灰绿色粉细砂岩 57.81 m
42.灰绿色粉砂岩 11.09 m
41.深灰色细砂岩夹灰岩透镜体 13.31 m
40.灰绿色粉砂质泥岩夹粉砂岩，含裸子植物花粉：Alisporites sp.，Alisporites indarraensis，Pristinuspollenites sp.，Piceites sp., Piceaepollenites sp., Protopinus sp., Lueckisporites virkkiae, Pseudopicea sp., Pinuspollenites sp. 107.61 m
39.灰紫色粉砂岩夹灰绿色细砂岩及灰岩透镜体，含孢粉化石：Piceaepollenites sp., Pristinuspollenites sp., Piceites sp.，Paleoconiferae sp., Protoconiferus sp., Lueckisporites virkkiae. 56.20 m
38.灰绿色泥质粉砂岩，含孢粉化石：Cyclogranisporites sp., Protopinus sp., Quadraeculina sp., Alisporites parvus, Sulcatisporites rhombicus, Pristinuspollenites sp., Platysaccus sp. 16.14 m
37.紫红色、灰绿色粉细砂岩，含裸子植物花粉：Piceaepollenites sp.，Alisporites indarraensis，Pristinuspollenites sp.，Quadraeculina sp., Piceites sp. 62.59 m
36.紫红色泥质粉砂岩夹灰绿色粉砂岩，含裸子植物花粉：Pristinuspollenites sp., Piceites sp. 10.28 m
35.紫红色、灰绿色粉细砂岩 37.25 m
34.灰紫色中层中细砂岩，夹紫色粉砂质泥砾 34.73 m
33.紫色粉砂质泥岩，局部夹灰绿色粉砂岩, 含孢粉化石：Cyclogranisporites sp.，Klausipollenites sp. Protoconiferus sp.，Pristinuspollenites sp.，Quadraeculina sp. 28.32 m
32.紫灰色中薄层细砂岩 1.03 m
31.紫红色粉砂岩，含孢粉化石：Baculatisporites sp., Cyclogranisporites sp., Piceaepollenites sp., Alisporites sp., Alisporites cacheutensis, Pristinuspollenites sp., Piceites sp., Protopinus sp., Protoconiferus sp., Quadraeculina sp. 7.68 m
30.灰绿色粉砂岩, 含孢粉化石：Cyclogranisporites sp., Alisporites sp., Lueckisporites virkkiae, Pristinuspollenites sp., Protoconiferus sp., Quadraeculina sp., Psophosphaera sp., Protopinus sp. 56.63 m
29.紫红色粉砂岩 19.31 m
28.紫红色泥质粉砂岩，含裸子植物花粉：Alisporites parvus De Jersey, Pristinuspollenites sp., Protopinus sp., Piceites sp., Quadraeculina sp. 5.65 m
27.紫红色中层粉细砂岩夹灰色细砂岩，含孢粉化石：Baculatisporites sp., Cicatricosisporites sp.，Alisporites sp., Pristinuspollenites sp.，Piceites sp., Protopinus sp.，Pseudopicea sp.，Platysaccus sp. 11.02 m
26.紫红色中层粉细砂岩与深灰色中层中砂岩互层 2.66 m
25.紫红色中薄层粉细砂岩 4.98 m
24.紫灰色中薄层细砂岩 2.99 m
23.紫灰色中厚层粗砂岩 2.75 m
22.紫灰色厚层中砂岩夹紫红色粉砂岩 10.16 m
21.灰色厚层粗砂岩 3.53 m
20.紫红色粉砂岩 4.07 m
19.灰色粗砂岩与紫红色粉砂岩互层 12.96 m
18.灰色安山质凝灰岩，13BC01TWS(255.5±1.1)Ma 7.40 m
17.灰色含砾粗砂岩 9.23 m
16.灰色粗砂岩 7.18 m
15.紫红色粉砂岩 8.69 m
14.灰色厚层粗砂岩夹紫红色粉砂岩 44.17 m
13.紫红色粉砂岩夹灰色含砾中粗砂岩 21.56 m
12.灰绿色粉砂岩 11.18 m
11.灰色含砾粗砂岩 4.97 m
10.紫红色粉砂岩夹灰色含砾中粗砂岩 40.12 m
9.灰色含砾中粗砂岩 4.29 m
8.紫灰色粉砂岩夹灰色含砾中粗砂岩 10.19 m
7.深灰色砾岩 3.22 m
6.紫灰色粉砂岩，夹灰色含砾中粗砂岩 14.69 m
5.紫灰色角砾安山岩 8.73 m
4.灰绿色细砂岩 27.84 m
3.灰绿色粉砂岩 27.77 m
2.灰绿色中薄层粉细砂岩，局部夹含砾粗砂岩，含裸子植物花粉：Piceaepollenites sp., Protoconiferus sp. 43.34 m
1.紫灰色中薄层细砂岩，局部夹含砾粗砂岩 99.18 m
┄┄┄┄┄┄断层┄┄┄┄┄┄
紫灰色复成分砾岩夹中薄层紫红色砂岩 21.51 m
实测剖面表明：巴林右旗老龙头组下段为一套灰绿色、灰色含砾中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩夹紫灰色粉—细砂岩为主，偶夹凝灰岩，在其顶部的紫红色细碎屑岩中产孢粉化石；上段以灰紫色、灰绿色和黄绿色粉—细砂岩夹粉砂质泥岩为主，局部夹有灰岩透镜体，粉砂质泥岩或泥质粉砂岩中产叶肢介和孢粉化石。
3 地质时代巴林右旗幸福之路苏木查干布拉格村西山老龙头组剖面上部多个层位发现孢粉化石，共计18属21种，其中：蕨类植物孢子(3属3种)有Baculatisporites sp., Cicatricosisporites sp., Cyclogranisporites sp.；裸子植物花粉(15属18种)有Alisporites cacheutensis, A. circulicorpus, A. parvus, A. sp., Klausipollenites sp., Lueckisporites virkkiae, Paleoconiferae sp., Piceites sp., Piceaepollenites sp., Pinuspollenites sp., Platysaccus sp., Pristinuspollenites sp., Protoconiferus sp., Protopinus sp., Pseudopicea sp., Psophosphaera sp., Quadraeculina sp., Sulcatisporites rhombicus(图 3)。
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| a.圆形粒面孢(未定种)Cyclogranisporites sp., 样品编号:14BCP2-18BF; b.微小阿里粉Alisporites parvus De Jersey, 样品编号:14BCP2-18BF; c—e.圆体阿里粉Alisporites circulicorpus Clarke, 样品编号：14BCP2-18BF; f—g.菱形具沟双囊粉Sulcatisporites rhombicus Qu, 样品编号:14BCP2-18BF; h—j.弗凯二肋粉Lueckisporites virkkiae R. Potonie et Klaus, 样品编号:14BCP2-19BF1; k.拟云杉粉(未定种)Piceites sp., 样品编号:14BCP2-19BF3。 图 3 内蒙古巴林右旗幸福之路苏木查干布拉格老龙头组孢粉化石 Fig. 3 Spores and pollen from the Upper Permian-Lower Triassic Laolongtou Formation in Chaganbulage Village, Xingfuzhilu Town, Bairin Right Banner, Inner Mongolia |
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以上孢粉化石中，Lueckisporites virkkiae 作为全球鞑靼统(相当于乐平统)上部最重要的标志之一，广泛发育于我国华北、华南石千峰组或长兴组[22]，华东孙家沟组[23]，西北锅底坑组(中、下段)或杜瓦组[24]，西南宣威组[25]，以及北欧、俄罗斯、南亚巴基斯坦、岗瓦那、中东地区和以色列乐平统[26]；然而，值得一提的是，Lueckisporites virkkiae亦曾报道于意大利白云石山脉西部[26]，挪威斯瓦尔巴特群岛[27]，中国浙江长兴[28]、北疆[29]等地早三叠世初期的地层之中，这可能是由于Lueckisporites virkkiae作为先驱分子延限到了早三叠世或地层的再沉积引起的；尽管如此，Lueckisporites virkkiae的出现仍具有强烈的时代指示意义，即其时代应为晚二叠世晚期—早三叠世。Alisporites cacheutensis曾见于江西波阳上三叠统[30]、意大利撒丁岛安妮西阶[31]、西班牙伊比利亚地区和地中海巴利阿里群岛安妮西阶—下卡尼阶[32]。Sulcatisporites rhombicus过去仅见于山西兴县，新疆吉木萨尔、阜康下三叠统和尚沟组、韭菜园组或烧房沟组[29-30]。其余属种(除Alisporites parvus以外)均为未定种，它们(包括Alisporites parvus)广泛分布于全球古生代—中生代、中生代或中生代—新生代地层中，时代延限极广，但它们呈现了集中分布于晚古生代末期—中生代早期的时代特征。另外，从整个孢粉组成来看，当前孢粉与巴林右旗幸福之路苏木哈拉山东剖面的幸福之路组[4]以及林西的老龙头组[5]相比，由于3个孢粉采集点发现的孢粉属种都极少，它们之间相同属种很少，但从孢粉类群及各属种出现频率方面看，它们之间存在较大的相似性；与新疆北部的韭菜园组[29]相比，相同或可比较属种达7属4种，说明两个孢粉组合具有一定的相似性。以上分析可以看出，当前孢粉组成所指示的时代应为晚二叠世末期—早三叠世。
本次研究在第38层(朱儒峰等[1]建组剖面第25层)处采集到了具有二叠纪时代特征的叶肢介3属3种，Cyclotunguzites gazimuri Novojilov, Rhyssestheria cf. lampra (W. Wang), Estheriina sp. (沈阳地质矿产研究所，王五力先生鉴定)。和政军等[19]亦在相同层位报道了Cornia, Palaeolimnadia及Trisitum？等分子，其中，Cornia作为早三叠世的重要分子广泛分布于国内外下三叠统之中[1, 33]，叶肢介显示了二叠纪—三叠纪混生的特点，这与朱儒峰等[1]建组时提及本组植物和叶肢介具古生代末期至中生代相混生的观点是一致的。另外，笔者(郑月娟等，待刊)在第18层(安山质凝灰岩)中获得了(255.5±1.1)Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学年龄，同样支持幸福之路地区老龙头组确实存在晚二叠世末期沉积的观点。
郑月娟等[4]报道了哈拉山东剖面发现的时代倾向于晚二叠世末期—早三叠世的Alisporites communis-Vittatina costabilis和Cyclotunguzites-Euestheria组合，张海华等[20]从地层中火山凝灰岩夹层同位素年代学和生物地层方面，阐述了哈拉山东剖面“幸福之路组”上段沉积时代为晚二叠世末期—早三叠世。
综上所述，不难看出生物地层及年代地层均指示了老龙头组具有晚二叠世末期—早三叠世的时代特征，二叠系-三叠系之间的界限应处于查干布拉格老龙头组内部。
4 植物生态习性与古气候幸福之路地区下三叠统老龙头组孢粉化石现生亲缘植物主要有：
真蕨纲(Filicopsida)：紫萁科(Osmundaceae)，海金砂科(Schizaeaceae)；
石松纲(Lycopsida)：石松目(Lycopodiales)；
种子蕨纲(Pteridospermopsida)：盾籽目(Peltaspermales)，伏脂杉科(Voltziaceae)；
松柏纲(Coniferopsida)：松科(Pinaceae)，罗汉松科(Podocarpaceae)，开通科(Caytoniaceae)和杉科(Taxoidiaceae)等；
苏铁纲(Cycadopsida)：苏铁科(Cycadaceae)。分类及生态习性详见表 1。
| 孢粉化石名称 | 可能的亲缘母体 | 植被 | 气温带类型 | 干湿度 | 参考文献 | ||||||
| 针叶 | 热带 | 热—亚热带 | 热—温带 | 温带 | 旱生 | 中生 | 湿生 | ||||
| 蕨类 | Baculatisporites1 | Osmundaceae | * | * | * | * | [6-7] | ||||
| Cyclogranisporites1 | * | * | * | * | [6, 8] | ||||||
| Cicatricosisporites1 | Schizaeaceae | * | * | [7, 9] | |||||||
| Kraeuselisporites2 | Lycopodiales | * | * | * | * | * | [10] | ||||
| 裸子植物花粉 | Lunatisporites2 | Peltaspermales | * | * | * | * | [9, 11] | ||||
| Klausipollenites1 | Voltziaceae | * | * | * | * | [10-11] | |||||
| Sulcatisporite1 | Seed ferns | * | [9, 12] | ||||||||
| Falcisporites2 | * | * | * | * | [9, 11] | ||||||
| Striatoabieites2 | Coniferales Pteridosperms | * | * | * | * | [9, 11] | |||||
| Protohaploxypinus2 | * | * | * | * | [10, 12] | ||||||
| Striatopodocarpites2 | Peltaspermales | * | * | * | [11] | ||||||
| Vittatina2 | * | * | * | [11] | |||||||
| Alisporites1, 2 | Pinaceae | * | * | * | * | [11, 13] | |||||
| Piceites1 | * | * | * | [8, 14] | |||||||
| Piceaepollenites1 | * | * | * | * | [6-7] | ||||||
| Pinuspollenites1 | * | * | * | * | * | [6-7] | |||||
| Platysaccus1 | Podocarpaceae | * | * | * | [8, 11] | ||||||
| Quadraeculina1 | * | * | * | [7, 15] | |||||||
| Vitreisporites2 | Caytoniaceae | * | * | * | * | * | [11, 16] | ||||
| Psophosphaera1 | Taxoidiaceae | * | * | * | [6, 8] | ||||||
| Protoconiferous1 | Coniferopsida | * | * | * | [8, 14] | ||||||
| Protopinus1 | * | * | * | * | * | [8, 14] | |||||
| Pseudopicea1 | * | * | * | * | [8, 14] | ||||||
| Lueckisporites1 | Majonicaceae | * | * | * | [9, 11] | ||||||
| Cycadopites2 | Cycadaceae | * | * | * | [6-7] | ||||||
| Paleoconiferae1 | Conifers | * | * | * | [14] | ||||||
| Pristinuspollenites1 | Seed ferns? | [16] | |||||||||
| Crucisaccites2 | Incertae sedis | ||||||||||
| Hamiapollenites2 | |||||||||||
| 注：上角标“1”代表查干布拉格西山剖面发现的孢粉化石；上角标“2”代表哈拉山东剖面发现的孢粉化石；*表示孢粉对应的植被类型以及这些植物生长的温度和干湿度环境。 | |||||||||||
从表 1可以看出：幸福之路地区晚二叠世—早三叠世以发育种子蕨纲和松柏纲的针叶植物为主，这些针叶植物多为生长在热带—温带的高山乔木林或常绿针叶林，它们几乎都喜欢生长于干旱—半干旱的暖热环境，说明当时研究区处在暖温带的干旱—半干旱气候区；而植被中出现的个别喜湿热的蕨类及苏铁类植物，则主要生长在一些低洼地带或乔木林下。
二叠纪-三叠纪之交，全球火山活动及西伯利亚沉降造成了全球的生物大灭绝及温室效应[34]。受当时极度恶劣环境的影响——特别是持续强烈“温室效应”和有毒气体的影响，陆生植物类型减少了20%，其中树形石松、科达和真蕨纲或消失，或大幅度降低，而种子蕨和松柏纲则有显著增长[35]，这与当前孢粉所显示的种子蕨和松柏类植物占据绝对优势、与石千峰群植物化石类型不多[35]、与我国整个东北地区晚二叠世末期—早三叠世初期孢粉类型及数量稀少[4-5]反映的结果是相吻合的。而早三叠世中—后期，生物进入或处于大复苏阶段，陆生植被也得到了极大的恢复，这可能是和尚沟组、刘家沟组以及韭菜园组无论孢粉组合类型还是数量都远远丰富于当前组合的原因。
研究区乐平统上部—下三叠统的岩石组合为一套紫红色河流相碎屑沉积，过去曾一度将这套贯穿整个欧亚大陆的“红层”作为干旱气候的标志[1, 36]，然而，一些学者相继证实, “红层”也可能由于强烈的季节性变化或半干旱气候环境所致[36—38]。尽管如此，在法国普罗旺斯、意大利撒丁岛、英国柴郡以及中东等地发现的风积地层却作为强有力的证据，证实了早三叠世北半球中纬度地区确实存在干旱气候环境[34, 39]。而二叠纪-三叠纪之交，研究区处于我国北方地区，为北半球中纬度地带[40]，受当时全球火山活动及持续温室效应的影响，研究区所处的环境应与欧洲大部分地区相似，为干旱或偏干旱环境。
综上所述，研究区乃至整个中国北方地区晚二叠世末期—早三叠世处于北半球中纬度暖温带干旱—半干旱的古气候环境。
5 结论1) 巴林右旗幸福之路苏木查干布拉格村西山老龙头组剖面首次发现孢粉化石18属21种。孢粉、动植物化石组合以及火山岩锆石U-Pb同位素年龄共同制约了老龙头组为乐平统—下三叠统。本次发现，为东北地区陆相二叠系-三叠系界限的研究提供了新素材。
2) 研究区老龙头组以发育种子蕨纲和松柏纲的针叶植物为主，它们多生长于干旱—半干旱的暖热环境。此外，大量地质记录证实，当时全球、特别是北半球中纬度地带受持续温室效应影响，处于暖热的干旱或半干旱环境。据此，我们推测晚二叠世末期—早三叠世，研究区乃至整个中国北方地区处于北半球中纬度暖温带干旱—半干旱的古气候环境。
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