白垩纪被称为“白垩纪世界”，因期内极端的气候条件和众多重大的地质、生物事件的发生，受到了地质学界的广泛关注^[1-4]。该时期全球范围大规模海侵事件的发生，造成全球白垩纪陆地面积出露有限^[5]。陆相沉积记录相对分散、资料较少，其本身的局限性亦给古环境、古气候、古地理的恢复和重建工作带来了诸多困难。因此，白垩纪古环境的研究以海相地层为主。

陆相沉积形成于地球表层系统“四大圈”的交界位置，拥有种类多样、复杂多变的沉积类型，以更加直接、有效的方式保留了地球表层环境变化信息。越来越多的地质学者已经认识到，缺乏对陆相沉积记录的研究，必然会制约人们对白垩纪生态环境演化历史的探索^[6-8]。因此，想要全面、系统地了解白垩纪古环境与古气候面貌，必须加强对该时期陆相沉积环境的系统研究，从而为深入探讨该时期古气候的变化规律及重大地质事件的成因机制等问题提供沉积学基础。

辽东地区苏子河盆地聂尔库组地层出露连续，沉积现象丰富^[9]，是研究白垩纪大陆生态系统的良好载体，也是该时期大陆内部古环境、古气候、古地理信息的理想观测窗口。众多地质学者于20世纪80—90年代对辽东陆相白垩系集中开展了地层与古生物研究^[10-17]，为后续的工作起到了重要的先导作用，但对沉积相与沉积环境方面的系统研究报道相对较少。笔者在前人研究成果的基础上，依据本次研究的野外实测资料，基于沉积岩、沉积相及沉积环境的研究，重点对聂尔库组沉积相与沉积环境演化过程进行阐述与分析，并进一步探讨早白垩世辽东地区陆地生态系统古气候面貌及演化特征，以期为白垩纪时期全球环境及气候变化的研究提供沉积学佐证。

1 研究区地质背景

研究区位于辽宁省新宾满族自治县南杂木镇附近(图 1)，在大地构造位置上处于华北陆块东部北缘^[18]。早白垩世以来，在古太平洋板块向亚洲大陆的俯冲作用下，东亚地区构造变形体制发生了显著变化，构造活动进入以陆内引张裂陷和岩石圈减薄作用为主的新阶段^[20-22]。在此背景下，中国东部形成了一系列北东向展布的断陷盆地，这些断陷盆地通常规模较小，呈带状分布且相互分隔，以河湖相含煤沉积为主，火山活动广泛发育^[23-25]。

苏子河盆地就是形成于这一时期的断陷盆地，区内早白垩世仅有一期火山喷发，称为小岭期^[9] (基本等同于辽西地区的义县期^[26])。小岭期火山喷发后，盆地内发育了一套以陆相碎屑岩建造为主的地层^[9]。该套地层大体呈北西—南东向分布，自西向东由老向新渐变，依次为下白垩统小岭组、梨树沟组、聂尔库组和上白垩统大峪组(图 1)。聂尔库组因地层出露较好且含有数量众多、种类丰富、保存精美的动、植物化石而受到了更多的关注。现有的报道普遍将聂尔库组归为亚热带—温带气候条件下的河湖及沼泽环境的产物^[9-16]。据前人对地层及动植物群的研究成果，聂尔库组与延吉盆地大拉子组、辽西地区阜新组中上部、松辽盆地登楼库组下部及黑龙江东部穆棱组时代基本相同^[10-16]，因此聂尔库组的地质时代可能为Aptian-Albian期^[27-29]。

2 沉积岩特征 2.1 岩相类型

研究区聂尔库组整体为一套陆相碎屑岩沉积，主要由灰黄色、黄褐色细砂岩、中—粗粒砂岩以及灰黑色、灰绿色粉砂岩、泥岩组成，其次为灰黄色、黄褐色含砾砂岩、砾岩。参照Miall^[30]的岩相分类方法与原则，结合研究区聂尔库剖面沉积物岩性、沉积构造及生物化石等的组合特征，可划分出9种岩相类型(表 1)。

2.2 沉积构造

聂尔库组沉积构造类型较为简单，主要有水平层理、平行层理、波状层理，其次为小型板状交错层理、沙纹层理以及含泥砾砂岩中发育的叠瓦状构造(图 2)。

(1) 水平层理：发育在灰绿色、灰黑色、灰黄色粉砂岩、泥岩、页岩内，是研究区聂尔库组最普遍的沉积构造，纹层近水平，连续或不连续，厚度约0.5 mm。在水深流缓的条件下由悬浮的细粒沉积物缓慢沉降而形成，反映静水沉积环境(图 2A，B)。

(2) 平行层理：主要发育在灰绿色、灰黄色细—中粒砂岩内，由相互平行的粗粒层组成，反映水浅流急的强水动力条件(图 2C)。

(3) 波状层理：发育在灰黄色、黄褐色细砂岩内，砂层(浅色)与泥层(深色)呈交替的波状连续组合，反映水动力条件强、弱交替出现的情况(图 2D)。

(4) 沙纹层理：以流水沙纹层理为主，发育在灰绿色粉砂岩内，层理规模很小，由流水沙纹在水下迁移形成(图 2E)。

(5) 板状交错层理：发育在灰绿色粉砂岩和细砂岩内，层理规模很小，单元厚度约5~10 mm，通常以单层形式出现，极少见层系组，代表能量较低的单向水流(图 2F)。

(6) 叠瓦状构造：仅见于剖面中部灰黄色和青灰色含泥砾中—粗粒砂岩内。薄片状或板状的泥页岩碎屑“漂浮”在砂质基质中(图 2G)，呈叠瓦状排列(图 2H)，反映碎屑流具有极强的侵蚀力和很高的基质支撑强度。

2.3 古生物化石

苏子河盆地聂尔库组产大量生物化石，动物化石有双壳类、腹足类、昆虫、叶肢介、介形虫和鱼类等，种类丰富且保存精美^[11-14]，植物化石属种相对单调，仅松柏类的松型叶Pityophyllum和有节类的似木贼Equisetites比较发育^[15]。本次研究采集化石标本100余件，主要有叶肢介、双壳类和腹足类。

叶肢介集中产于第7层和第12层的灰黑色泥页岩中，大多数属典型的延吉叶肢介(Yanjiestheria)生物群，如Yanjiestheria sp.(图 3A，B)，Orthestheria sp.(图 3C)和Neodisesthria cf. nanzamuensis(图 3D)等，个别为东方叶肢介(Eosestheria)生物群分子，如Eosestheria cf. jeholensis(图 3E)。这些标本大多保存完好，第12层标本与第7层相比，个体普遍较大，纹饰更清晰，说明在盆地发育的不同时期，受气候和物源供给的影响，叶肢介的生长环境及死后的埋藏条件发生相应改变。双壳类主要采于第14层的粉砂岩和细砂岩中，有Nakamuranaia chingshanensis(图 3F)、Sphaerium sp.(图 3G)和Ferganoconcha sp.(图 3H)等。这些标本基本呈闭合状态保存，亦有个别双瓣张开，反映十分安静的水环境。腹足类主要产于第14和15层的粉砂岩和细砂岩层，属种较为单调，有Campeloma cf. tani(图 3I)和Viviparus sp.(图 3J)等。腹足标本保存较为完整，与双壳类共生(图 3K)。

3 沉积相类型

辽东苏子河盆地聂尔库组沉积相与沉积环境分析工作是在位于聂尔库村东侧的聂尔库剖面上开展的(图 1)。根据该剖面沉积岩类型、沉积构造、生物化石及垂向沉积序列特点，结合前人在沉积相与沉积环境方面的成果^[31-34]，认为研究区聂尔库组形成于断陷盆地边缘陡坡带，属扇三角洲—湖泊沉积体系，经历了扇三角洲—湖泊—扇三角洲的沉积环境变化(图 4)。

3.1 扇三角洲相

扇三角洲为冲积扇从邻近山地直接推进到湖泊水体而形成，通常位于断陷盆地陡坡带。沉积物主要为成分复杂、成熟度低的砾岩、含砾砂岩和砂岩等粗粒碎屑岩，缺乏清晰的大型层理，以块状构造为主。生物化石含量少，基本为植物碎屑，仅在暗色泥岩中发现丰富的叶肢介化石。聂尔库剖面的扇三角洲相带分布较为明确，可识别出扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相。

3.1.1 扇三角洲平原亚相

扇三角洲平原为扇三角洲的陆上部分，其沉积特征与冲积扇类似。聂尔库剖面的扇三角洲平原亚相由碎屑流沉积和漫流沉积组成(4~6、8~10、18~19层)。

碎屑流是突发性洪水泛滥的产物，是聂尔库剖面扇三角洲平原的主要组成部分，岩性以黄褐色、灰黄色砾岩和含砾砂岩为主，成层性差(图 5A)。岩相类型包括Gm、Gsm和Sm。砾岩类型为复成分砾岩，大多为杂基支撑，砾石大小悬殊，呈棱角状—次棱角状，成分主要为岩屑和石英(图 5B)；砂岩类型以长石石英砂岩和岩屑石英砂岩为主，颗粒呈棱角状，分选较差，几乎全部为基质支撑，成分和结构成熟度均较低(图 5C)，反映碎屑物未经充分的淘洗、簸选就快速堆积，说明沉积区与物源区距离很近。剖面中部土黄色中—粗粒砂岩内发现薄片状、板状泥质、粉砂质内碎屑，呈叠瓦状漂浮在砂岩基质中，为碎屑流侵蚀、撕裂泥岩、粉砂岩并携带其搬运、沉积的结果(图 2G，H)。

漫流沉积为洪水事件之后稳定环境下的产物，由灰绿色、灰黄色薄—中层状细砂岩、粉砂岩夹薄—极薄层状泥岩组成，成层性较好，发育波状层理、平行层理和水平层理(图 5D)。岩相类型包括Sr、Sh、Fl和Ch。砂岩成熟度偏低，仍具有快速堆积的特征。沉积岩中常见植物碎屑(图 5E)。

聂尔库剖面扇三角洲平原表现出多期碎屑流叠加的特点，每期碎屑流形成的砂体厚度约0.3~0.5 m，上部被漫流沉积物覆盖，二者在剖面上表现为下粗上细的结构(图 5F)。说明彼时研究区发生的洪水事件具有间歇性，故可推测聂尔库组的扇三角洲形成于干旱—半干旱气候条件。

3.1.2 扇三角洲前缘亚相

扇三角洲前缘是扇三角洲平原在水下的延伸，在剖面上与扇三角洲平原相邻(1~3、11、16~17层)。扇三角洲前缘继承了陆上扇三角洲平原沉积的特点，仍以碎屑流沉积为主，局部可见水下分流河道。

碎屑流沉积物由灰绿色、青灰色块状砾岩、含砾砂岩和砂岩组成，岩相类型包括Gm、Gsm和Sm。与陆上碎屑流沉积相比，含泥砾砂岩中泥砾粒度和密度明显降低(图 5G)。砂岩类型以长石砂岩、长石杂砂岩和岩屑质长石砂岩为主，颗粒多数呈次棱角状，分选中等，以颗粒支撑结构为主，杂基含量明显低于陆上碎屑流形成的砂岩(图 5H)。

水下分流河道是洪水冲积形成的水道在水下的延伸，主要由灰绿色、青灰色含砾砂岩和砂岩以及灰黑色、灰绿色粉砂岩、泥页岩组成，岩相类型包括Gm、Sm、Fr、Fl、Ch。剖面上表现为向上变细的特征。

3.1.3 前扇三角洲亚相

前扇三角洲为扇三角洲末端部分，于聂尔库剖面中部出现(7、12层)，总厚度较大，可达50余米。前扇三角洲沉积物主要由色深质纯的泥页岩组成(图 5I)，常夹极薄层状粉砂岩。岩相类型包括Fl和Ch。常见莓状黄铁矿呈分散状分布于泥页岩中(图 5J)，反映还原环境。灰黑色泥页岩中产有丰富的叶肢介，粉砂岩夹层内常见植物碎屑。

3.2 湖泊相

聂尔库剖面仅上部发育湖泊相(13~15层)，沉积物由灰绿色、黄绿色和灰黑色的滨浅湖泥砂组成。岩相类型主要包括Sm、Fm、Fr、Fl和Ch。砂岩成熟度较低，颗粒多数呈次棱角状，分选中等，以颗粒支撑结构为主，杂基含量普遍较高，岩石类型以长石砂岩和长石石英砂岩为主(图 5K)。反映沉积区与物源区距离较近。岩层中所含底栖生物化石十分丰富，大量腹足类、双壳类化石呈完整形态保存在细砂岩或粉砂岩中(图 5L)，但标本纹饰不甚清晰，说明湖泊水动力条件虽整体较弱，但微弱的水流及其带来的碎屑颗粒对生物壳体仍有一定的磨蚀作用。

与扇三角洲相比，湖泊相砂岩粒度更细，分选性有所提高，但成熟度依然偏低，仍具有快速堆积的特点，说明湖泊规模很小，湖浪对沉积物的簸洗作用微乎其微，该湖泊沉积很大程度上受洪水事件的控制。

4 沉积环境演化

辽东苏子河盆地是早白垩世早期(Valanginian-Barremian期)形成的小型陆相断陷盆地，盆地形成之初，强烈的伸展裂陷活动使得该区快速下沉而形成盆地雏形，小岭期火山喷发使得区内气候在相当长的一段时间呈炎热干旱的气候特征。进入早白垩世晚期(Aptian-Albian期)，裂陷作用逐渐减弱，盆地进入稳定沉降至断陷消亡的阶段^[20]，干旱气候逐渐向潮湿气候转变，在间歇性洪水作用下，于断陷盆地边缘陡坡带形成了扇三角洲—湖泊相的聂尔库组。

断陷盆地在其发育过程中通常经历初始裂陷、深陷扩张和抬升收缩三个时期，受地形、气候及物源等因素的控制，各构造区带在不同的发育阶段表现为多样的沉积充填特征^[35]。依据前文所述聂尔库剖面沉积岩及垂向沉积序列特征，结合前人总结的陆相断陷盆地沉积充填模式^[35-37]，认为苏子河盆地聂尔库组符合断陷盆地发育过程中陡坡带在深陷扩张期(1~12层)和抬升收缩早期(13~19层)这两个阶段的沉积充填特征：

(1) 深陷扩张期。盆地形成初期，强烈的构造运动造成了陡峭的山势，为冲积扇的形成提供了有利的地形条件。进入深陷扩张期，盆地稳定下沉，在干旱—半干旱气候条件下，突发的洪水泛滥将大量碎屑物质带入湖盆，在陡坡带形成以近源粗碎屑岩为特点的扇三角洲沉积。此时构造沉降幅度最大，湖盆面积和水深不断增加，物源区逐渐后退，发育水进型沉积序列。

(2) 抬升收缩早期。断陷活动进入尾声，气候由干旱—半干旱逐渐转为温湿，经深陷扩张期的沉积充填，盆地逐渐抬升，湖盆开始收缩，盆地边缘坡度变缓，出现滨浅湖泥砂沉积。随水体逐渐变浅，陡坡带形成洪积扇三角洲。此时盆地性质已开始由断陷向坳陷转化，发育水退型沉积序列。

5 关于古气候的讨论

基于上文对沉积岩、沉积相与沉积环境的研究，可进一步对早白垩世晚期辽东地区古气候条件进行探讨。与冲积扇有旱地扇和湿地扇之分一样，扇三角洲亦可根据气候类型分为干旱气候区的扇三角洲和潮湿气候区的扇三角洲^[31]。聂尔库剖面的扇三角洲平原亚相表现为多期碎屑流沉积与漫流沉积交替叠加的特点，说明彼时研究区曾发生的洪水事件具有间歇性，是干旱—半干旱气候条件的产物。辽宁省区域地质志记载，聂尔库组含腹足、双壳化石的层位(本文第14、15层)夹煤线^[9]，指示温暖潮湿的环境。这种高温干旱/潮湿的气候条件与植物群组合及古生态反映的亚热带—温带气候^[15-17]以及陆相特殊沉积类型揭示的暖干—暖湿气候^[38]十分接近。然而，黏土矿物的分析结果则指示辽东地区在早白垩世晚期处于干冷状态^[39]；Yang et al.^[40]根据δ¹⁸O存在显著负偏的证据提出中国东北地区在Aptian期发育有中纬度大陆冰盖；辽西异木属化石的发现表明早白垩世义县期可能存在短暂的温凉气候^[41]，说明早白垩世陆地生态系统的高温气候并非一成不变，而是存在气候波动。

6 结论

(1) 研究区聂尔库组整体为一套陆相碎屑岩沉积，可识别出Gm、Gsm、Sm、Sh、Sr、Fm、Fr、Fl和Ch共9种岩相类型，沉积岩成熟度普遍偏低，沉积构造简单，反映近源碎屑物快速堆积的特点。

(2) 通过分析岩相类型、沉积构造和古生物化石标志，结合剖面垂向沉积序列，可在辽东苏子河盆地聂尔库组识别出扇三角洲相和湖泊相。其中扇三角洲相占主要地位，包括扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相，湖泊相仅在剖面上部出现，主要为滨浅湖泥砂沉积。

(3) 聂尔库组属于半干旱—干旱气候条件下由间歇性洪水主导形成的扇三角洲—湖泊沉积体系，经历了扇三角洲—湖泊—扇三角洲的沉积环境变化，代表了断陷湖盆陡坡带在深陷扩张期—抬升收缩早期的沉积充填过程。

(4) 根据聂尔库剖面沉积岩与沉积环境研究结果，结合古生物、特殊沉积现象、黏土矿物及地球化学资料，认为早白垩世晚期辽东地区总体与当时全球“温室气候”的大背景相一致，处于高温干旱/潮湿的气候条件，但这种高温气候具有不均一性，存在气候波动。