靳军, 罗正江, 王剑, 张晓刚, 陈俊, 李长根, 孙语聪, 黄兴, 郄文昆, 宋俊俊. (2023). 新疆乌鲁木齐地区上石炭亚系祁家沟组介形类及其古环境和古地理意义* [J]. 古地理学报, 25(2): 356-367.
JIN Jun, LUO Zhengjiang, WANG Jian, ZHANG Xiaogang, CHEN Jun, LI Changgen, SUN Yucong, HUANG Xing, QIE Wenkun, SONG Junjun. (2023). Ostracods from the Upper Carboniferous Qijiagou Formation, Urümqi region,Xinjiang and their implications on palaeoenvironment and palaeobiogeography[J]. Journal Of Palaeogeography, 25(2): 356-367.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2023.02.022
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新疆乌鲁木齐地区上石炭亚系祁家沟组介形类及其古环境和古地理意义*
靳军1,2, 罗正江1,2, 王剑1,2, 张晓刚1,2, 陈俊1,2, 李长根1,2, 孙语聪3,4, 黄兴3, 郄文昆3,4, 宋俊俊3,4
1 中国石油新疆油田分司实验检测研究院,新疆克拉玛依 834000
2 中国石油新疆油田公司-中国科学院南京地质古生物研究所地层古生物联合实验室,新疆克拉玛依 834000
3 中国科学院南京地质古生物研究所和生物演化与环境卓越创新中心, 现代古生物学和地层学国家重点实验室,江苏南京 210008
4 中国科学院大学,北京 100049
通讯作者简介 宋俊俊,女,1989年生,副研究员,主要从事古生代介形类的研究工作。E-mail: jjsong@nigpas.ac.cn。

第一作者简介 靳军,男,1970年生,教授级高级工程师,主要从事石油地质研究。E-mail: jinjun@petrochina.com.cn。

收稿日期:2022-08-29 修回日期:2022-10-17
基金资助:*第二次青藏高原综合科学考察研究(编号:2019QZKK0706)和中国石油新疆油田公司实验检测研究院外协项目(编号: 2020-C4010)联合资助
摘要

新疆乌鲁木齐地区上石炭亚系祁家沟组地层出露较完整,沉积序列清晰,古生物化石丰富,但一直以来对祁家沟组的时代多有争论,且介形类研究薄弱。笔者在新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系祁家沟组中鉴定出的介形类共计11属19种,并系统研究了这些介形类的组合面貌、地层分布,探讨了其古环境和古地理意义。结果表明: (1)根据介形类的组合面貌推断,祁家沟剖面祁家沟组的时代应为晚石炭亚纪莫斯科期—卡西莫夫期; (2)祁家沟组介形类生态类型属于古足目类和光滑速足目类的混合集群,符合构造活动区域的介形类OA1-OA3组合特征; (3)根据介形类的生态组合变化以及沉积学的证据,推断祁家沟剖面祁家沟组整体为滨、浅海沉积,存在海退序列; (4)祁家沟组介形类面貌与同时期的塔里木、准噶尔、中天山以及俄罗斯乌拉尔地区等产出的介形类最为相近,与北美、西欧和华北等板块的介形类也较为相似,表明晚石炭亚纪准噶尔、塔里木等块体聚集,并且距离劳俄大陆较近,所以其可与欧洲、北美板块的介形类进行属种交流。研究结果不仅进一步丰富了祁家沟组的化石材料,也对探索古亚洲洋演化特征和区域矿产开发具有重要的意义。

关键词: 石炭纪; 介形类; 祁家沟组; 新疆; 古环境; 古地理
中图分类号:Q915.2 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2023)02-0356-12
Ostracods from the Upper Carboniferous Qijiagou Formation, Urümqi region,Xinjiang and their implications on palaeoenvironment and palaeobiogeography
JIN Jun1,2, LUO Zhengjiang1,2, WANG Jian1,2, ZHANG Xiaogang1,2, CHEN Jun1,2, LI Changgen1,2, SUN Yucong3,4, HUANG Xing3, QIE Wenkun3,4, SONG Junjun3,4
1 Research Institute of Experiment and Detection,PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Xinjiang Karamay 834000,China
2 Joint Laboratory of Stratigraphy and Palaeontology,PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Nanjing Institute of Geology and Palaeontology,CAS,Xinjiang Karamay 834000,China
3 State Key Laboratory of Palaeobiology and Stratigraphy,Nanjing Institute of Geology and Palaeontology and Center for Excellence in Life and Palaeoenvironment,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China
4 University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China
About the corresponding author SONG Junjun,born in 1989,an associate professor at Nanjing Institute of Geology and Palaeontology,Chinese Academy of Sciences,is mainly engaged in research on ostracods from the palaeozoic. E-mail: jjsong@nigpas.ac.cn.

About the first author JIN Jun,born in 1970,research professor,is engaged in research on petroleum geology. E-mail: jinjun@petrochina.com.cn.

Fund:Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program(No. 2019QZKK0706) and the outsourcing project of the Research Institute of Experiment and Detection,PetroChina Xinjiang Oilfield Company(No.2020-C4010)
Abstract

The overall occurrence,stratigraphical distribution,palaeoenvironmental and palaeobiogeographical significances of the ostracod faunas from the Upper Carboniferous Qijiagou Formation in the Qijiagou section of the Urümqi region,China,are documented in this study. Nineteen species belonging to 11 genera are identified and figured herein. The ostracod fauna in the Qijiagou Formation indicates an age of the Moscovian-Kasimovian. The ostracod assemblages from the Qijiagou Formation belong to palaeocopid and smooth-podocopid associations,and ecologically equivalent to the OA1-OA3 assemblages in the active plate margin. The changes of ostracod assemblages and sedimentary evidences from the Qijiagou section indicate littoral and shallow sea facies,and there was probably a regression when the Qijiagou Formation were being deposited in the Qijiagou section of the Urümqi region. The ostracods of the Qijiagou Formation have strong affinities with the taxa of Tarim,Junggar,central Tianshan and Urals,and also share some similarities with those from North America,West Europe and North China. This implies that the Junggar and Tarim blocks converged and were relatively close to the Laurasia during the Pennsylvanian(Late Carboniferous),and ostracods experienced faunal exchanges between Junggar-Tarim blocks and Laurentia. The above ostracods, further enriched the fossil materials of Qijiagou Formation, is of great sinificance for exploring the evolutionary characteristics of the acient Asian Ocean and regional mineral devdopment.

Key words: Carboniferous; ostracods; Qijiagou Formation; Xinjiang; palaeoenvironment; palaeobiogeography
1 概述

天山是世界七大山系之一, 在中国境内分隔了塔里木盆地和准噶尔盆地, 与北部阿尔泰山、南部的昆仑山共同构成新疆“ 三山夹两盆” 的地貌特征。东天山在天山造山带东部呈近东西向分布, 石炭纪时夹持于准噶尔地块和塔里木板块之间(图1-A)。石炭纪是东天山、乃至整个中亚造山带重要的构造演化期, 该时期古亚洲洋中的一系列小洋盆陆续闭合, 进入碰撞造山阶段(Windley et al., 2007; Xiao et al., 2008), 且在此过程中伴随着大规模的成矿事件(Han, 2014)。因此, 对东天山地区石炭纪生物地层和生物古地理的研究, 对探索古亚洲洋演化特征和矿产开发都有着重要的意义。

图1 石炭纪全球古地理(A)及新疆乌鲁木齐地区地层分区(B)和祁家沟剖面区域景观(C)
A图来自于https://www2.nau.edu/rcb7/; B图据蔡土赐, 1999, 有修改Fig.1 Global palaeogeographical maps of the Carboniferous(A), simplified stratigraphic division(B) and view of Qijiagou section(C) in Urü mqi region, Xinjiang

在东天山的博格达山— 哈尔里克山一带广泛出露晚石炭亚纪地层。其中, 祁家沟组地层出露较完整, 沉积序列清晰, 古生物化石丰富, 自20世纪70年代起就吸引了众多地质学者在此开展相关研究。祁家沟组是新疆区调队1965年根据“ 齐家沟石灰岩” 而命名的, 并于1977年在乌鲁木齐市东南约20 km处的祁家沟石灰厂以北建立了祁家沟组标准剖面。翟晓先(1987)描述了祁家沟剖面祁家沟组的风暴岩沉积特征。朱荣和林甲兴(1987)在祁家沟、井井子沟等地区的祁家沟组中报道了 类和有孔虫, 并建立2个有孔虫组合, 自下而上为Tolypammina fortis-Palaeospiroplectammina conspecta 组合、Bradyina concinna-Plectogyra minuta 组合。王宝瑜(1988)报道了该组中大量的腕足和 类化石。王增吉和俞学光(1989)在乌鲁木齐祁家沟地区的祁家沟组中发现单带型珊瑚为特征的珊瑚群落, 建立了 Amplexus qijiagouensis-Cyslilophophyllum minor 组合。近年来, 研究者们重新研究祁家沟组产出的有孔虫(初建朋, 2016)、珊瑚和 类(黄兴, 2018)、腕足类(Zhou et al., 2022)等化石, 进一步丰富了祁家沟组的化石材料。刘松柏等(2017)通过对麻沟梁地区祁家沟组岩石组合、沉积构造及粒度样品分析, 推断出该组沉积环境为滨海— 浅海相。

介形类隶属于节肢动物门甲壳纲, 自早奥陶世一直绵延至今, 具有丰富的化石记录(Horne et al., 2002; Siveter, 2008)。石炭纪是介形类繁盛的“ 中兴时期” (Song and Gong, 2019), 众多属种广泛分布于深海、半深海、浅海碳酸盐岩台地以及滨海潟湖环境中, 对地层的划分和对比有重要作用(宋俊俊和龚一鸣, 2015)。同时, 介形类对生活环境十分敏感, 其类群分布受海水盐度、温度、深度、水体氧气含量的严格控制。因此, 介形类古生态的研究对恢复古环境、重建古地理也具有重要意义(王尚启, 1988; Casier, 2004, 2008; Song and Gong, 2017; Song et al., 2019)。遗憾的是, 介形类化石在博格达— 哈尔里克地层小区祁家沟组的研究薄弱, 仅蒋显庭等(1995)对少量属种进行过简单报道。文中依据详实的地层资料, 对乌鲁木齐地区上石炭亚系祁家沟组介形类进行系统研究, 由此进一步丰富研究区的微体化石材料; 在此基础上, 对该区的地层划分、古环境和古地理重建等进行深入讨论。

2 区域地质特征和剖面描述

天山的形成源于古生代南天山洋、准噶尔洋两大洋盆体系的洋壳俯冲增生作用, 由增生杂岩体、岩浆弧、海山及(微)陆块组成(Charvet et al., 2011; Su et al., 2011, 2013; Xiao et al., 2013, 2014)。构造上, 中国天山可以分为南天山、中天山以及北天山共3个单元(Xiao et al., 2008)。研究区处于哈萨克斯坦— 准噶尔板块(一级)、准噶尔微板块(二级)、博格达晚古生代弧后/弧内裂陷盆地(三级)(王洪亮等, 2007), 在地层区划上属北疆— 兴安地层大区的北疆地层区的南准噶尔— 北天山地层分区的博格达— 哈尔里克地层小区(图1-B)。本地层小区分布在博格达山— 哈尔里克山一带, 出露的古生界包括奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二叠系。其中, 石炭系最为发育, 且上石炭亚系出露最广泛, 自下而上可划分为柳树沟组、祁家沟组和奥尔吐组(蔡土赐, 1999)。

祁家沟剖面(GPS:43° 43'4.36″N; 87° 48'26.30″E)位于乌鲁木齐市东南方向, 距离市区约30 km, 是祁家沟组的命名剖面。该剖面自下而上出露柳树沟组、祁家沟组和奥尔吐组(图1-C), 其中, 祁家沟组是文中的重点研究层位。祁家沟组厚约220 m, 底部发育1层砾岩, 砾石成分为火山质和凝灰质, 源自下伏柳树沟组火山岩、火山碎屑岩(图2-A); 其上为砂质灰岩和细砂岩互层, 夹少量火山碎屑岩, 并向上过渡至正常的海相碳酸盐沉积, 含丰富的生物碎屑, 种类包括海百合、腕足类、四射珊瑚、床板珊瑚以及少量 类等(图2-B, 2-C); 再向上, 中— 厚层生物碎屑灰岩稳定发育, 但生物含量减少, 且多为单体四射珊瑚和石燕类腕足动物, 含少量 类(图2-D)。祁家沟组顶部与奥尔吐组整合接触(图2-E), 后者以钙质砂岩、泥质砂岩、粉砂岩沉积为主, 见植物茎干、单体四射珊瑚等化石(图2-F)。

图2 新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系地层特征
A— 上石炭亚系祁家沟组底部可见砾石; B— 祁家沟组下部砂质生屑灰岩, 含大型单体珊瑚; C— 祁家沟组中部含生屑灰岩, 破碎的腕足壳(c中黄色三角标)和海百合茎; D— 祁家沟组上部含生屑灰岩, 生屑多为定向排列的大型单体珊瑚(黄色三角标, d为局部细节照片); E— 奥尔吐组粉砂岩或泥质粉砂岩, 可见平行层理; F— 奥尔吐组粉砂岩中产出的植物茎干碎片Fig.2 Stratigraphic characteristics of the Upper Carboniferous at Qijiagou section in Urü mqi region, Xinjiang

3 样品测试及结果

在野外, 对祁家沟剖面祁家沟组的灰岩层进行了连续采样, 共采集样品17件(图3), 每件样品重约1 kg。在实验室, 利用“ 热酸解法” (Lethiers and Crasquin-Soleau, 1988; Crasquin-Soleau et al., 2005)对样品进行提取处理。具体操作步骤如下: 首先, 将重约200 g的岩石样品碎成1 cm3左右的小块, 装入容积500 mL的广口瓶中, 在烘箱内烘干48 h以上, 以保证样品完全干燥; 然后, 向广口瓶中注入浓度99.5% 的无水乙酸(冰醋酸), 砂浴加热80 ℃, 反应7~10 d, 直至瓶底出现较多细粉状物为止; 之后, 用双层筛洗法冲洗岩样, 即上层筛孔径为2 mm(10目), 下层筛孔径为0.097 mm(160目); 最后, 冲洗后的砂样在烘箱中烘干, 在体视显微镜下挑选介形类壳体。

图3 新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系祁家沟组介形类分布延限图(红色箭头代表有介形类产出, 黑色箭头代表无介形类产出)Fig.3 Distribution of ostracods from the Upper Carboniferous Qijiagou Formation at Qijiagou section in Urü mqi region, Xinjiang(red arrows indicate samples with ostracods, and black arrows indicate samples with of non-ostracods)

最终, 在8件样品中(编号为21QJG-C12、C19a、C19b、C20、C22、C24、C25和C26)处理出介形类壳体约450枚, 并见较多的介形类碎屑。该剖面的介形类产出主要集中于第25层和26层(图3红色箭头所示), 经鉴定有11属19种, 包括古足介目类、速足介目类和圆足介目类(图4, 图5; 表1)。所有标本现存于中国科学院南京地质古生物研究所, 登记号QJG202101~QJG202128。

图4 新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系祁家沟组介形类(Ⅰ )
A— Roundyella simplicissima (Knight, 1928), 整壳, 右视, 登记号: QJG202101; B— Roundyella cincinnata (Posner, 1951), 整壳, 右视, 登记号: QJG202102; C— Scrobicula scrobiculata ((Jones, Kirkby et Brady, 1884)整壳, 右视, 登记号: QJG202103; D, E— Javatius cf. kisilensis (Kotschetkova 1975), D为整壳、左视, 登记号: QJG202104; 而E为整壳、右视, 登记号: QJG202105; F, G— Chamishaella opima Kotschetkova, 1983, F为整壳、左视, 登记号: QJG202106; 而G为整壳、背视, 登记号: QJG202107; H— Pribylites sp., 整壳, 左视, 登记号: QJG202108; I, J— Bairdia gibbus Kotschetkova, 1975, 整壳, 右视, 登记号分别为QJG202109、QJG202110; K, L— Bairdia acuminata Cooper, 1946, 整壳, 右视, 登记号分别为QJG202111、QJG202112; M— Bairdia sp., 整壳, 右视, 登记号: QJG202113; N-P— Bairdia ventricosa Roth et Skinner, 1930, N为整壳、右视, 登记号: QJG202114; O为整壳、背视, 登记号: QJG202115; P为整壳、左视, 登记号:QJG202116。比例尺线段为200 μ mFig.4 Ostracods from the Upper Carboniferous Qijiagou Formation at Qijiagou section in Urü mqi region, Xinjiang(Ⅰ )

图5 新疆乌鲁木齐地区祁家沟组上石炭亚系祁家沟组介形类(Ⅱ )
A, B— Bairdia cf. lubrica Jiang, 1995, A为整壳、右视, 登记号: QJG202117; 而B为整壳、背视, 登记号: QJG202118; C— Bairdiacypris deloi Bradfield, 1935, 整壳, 右视, 登记号: QJG202119; D, E— Acratia sp., D为整壳、右视, 登记号: QJG202120; E为整壳、背视, 登记号: QJG202121; F— Basslerella firma Kellett, 1935, 整壳, 右视, 登记号: QJG202122; G— Basslerella?sp., 整壳, 右视, 登记号: QJG202123; H, I— Healdianella darwinuloides Posner, 1951, 整壳, 右视, 登记号分别为QJG202124、QJG202125; J— Pseudobythocypris centralis (Coryell et Billings, 1932), 整壳, 右视, 登记号: QJG202126; K— Cribroconcha cf. integra Jiang, 1995, 整壳, 右视, 登记号: QJG202127; L— Cribroconcha sp., 整壳, 右视, 登记号: QJG202128。比例尺线段为200 μ mFig.5 Ostracods from the Upper Carboniferous Qijiagou Formation at Qijiagou section in Urü mqi region, Xinjiang(Ⅱ )

表1 新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系祁家沟组介形类汇总 Table1 Ostracoda species data of the Upper Carboniferous Qijiagou Formation at Qijiagou section in Urü mqi region, Xinjiang
4 介形类组合特征及时代讨论

一直以来, 研究者们对祁家沟组的时代问题多有争论。建名之初, 祁家沟组被认定为早石炭亚纪晚期— 晚石炭亚纪早期。之后, 朱荣和林甲兴(1987)通过对有孔虫的研究, 认为该组时代应该为晚石炭亚纪早期。王宝瑜(1988)依据珊瑚组合特征对比, 认为祁家沟组相当于准噶尔盆地的石钱滩组上部层位和中天山的东图津河组, 与乌拉尔地区莫斯科阶相当。初建朋(2016)在东天山巴里坤县祁家沟组建立了2个有孔虫组合带, 并据此将地层时代厘定为晚石炭亚纪卡西莫夫期。黄兴(2018)根据 类Fusulina lanceolata在祁家沟组底部的出现, 推断祁家沟组的时代应该晚于莫斯科期中期。

在本研究中, 祁家沟剖面祁家沟组产出的介形类均为典型的石炭纪分子, 尤以晚石炭亚纪的分子居多(表1)。例如, Healdianella darwinuloidesPosner, 1951首现于俄罗斯的莫斯科盆地下石炭亚系维宪阶(Posner, 1951), 但可延限至上石炭亚系, 在中国新疆中天山、塔里木盆地和准噶尔盆地的莫斯科阶— 卡西莫夫阶被广泛报道(蒋显庭等, 1995)。Pseudobythocypris centralis (Coryell et Billings, 1932)是北美、俄罗斯和中国准噶尔盆地、吐鲁番盆地上石炭亚系常见分子(Coryell and Billings, 1932; Kotschetkova, 1983; 蒋显庭等, 1995)。Scrobicula scrobiculata (Jones, Kirkby et Brady, 1884)首现于苏格兰石炭系(Jones et al., 1884), 在塔里木盆地下石炭亚系和什拉甫组— 上石炭亚系卡拉乌依组以及准噶尔盆地东北缘的上石炭亚系石钱滩组均有发现(蒋显庭等, 1995)。Roundyella simplicissima (Knight, 1928)和R.cincinnata (Posner, 1951)是乌拉尔地区晚石炭亚纪莫斯科期的代表性分子(Kotschetkova, 1983), 前者首次报道于美国密苏里州上石炭亚系(Knight, 1928), 后在西欧上石炭亚系、中国华北上石炭亚系太原组和塔里木盆地卡拉乌依组中均有报道(Moore, 1961; 张小筠和梁湘沅, 1987; Shi and Li, 1988; 蒋显庭等, 1995)。Basslerella firmaKellett, 1935首次报道于美国堪萨斯州的上石炭亚系卡西莫夫阶(Kellett, 1935), 而后与 BairdiagibbusKotschetkova, 1975和Chamishaella opimaKotschetkova, 1983等属种一起被发现于乌拉尔南部地区的莫斯科阶(Kotschetkova, 1983)。Bairdia ventricosa Roth and Skinner, 1930和B.acuminata Cooper, 1946是美国中西部地区莫斯科阶的代表性组合, 它们在准噶尔盆地东北缘的上石炭亚系石钱滩组中也有报道(蒋显庭等, 1995)。Bairdiacypris deloiBradfield, 1935则出现于美国俄克拉荷马州卡西莫夫阶和中国塔里木盆地、准噶尔盆地的上石炭亚系莫斯科阶— 卡西莫夫阶(Bradfield, 1935; 蒋显庭等, 1995)。

除此之外, 大多数相似种也常出现于晚石炭亚纪的地层中。例如, 与Javatius cf. kisilensis (Kotschetkova 1975)相似的J. kisilensis 是乌拉尔南部地区巴什基尔阶— 莫斯科阶的特征分子(Kulagina et al., 2014); 与Bairdia cf. lubrica Jiang, 1995相似的B. lubrica报道于中国塔里木盆地、准噶尔盆地的上石炭亚系(蒋显庭等, 1995)。值得注意的是, 筛孔介属(Cribroconcha)在本次样品中比较常见, Song 等(2020)总结了该属的2条演化谱系, 其中源自新疆准噶尔盆地晚泥盆世的谱系2(L2)在中国西北地区、塔里木盆地等从泥盆纪延续至晚石炭亚纪, 而与Cribroconcha cf. integra Jiang, 1995相似的C. integra则正是莫斯科期— 卡西莫夫期的特征分子。

综上所述, 祁家沟组产出的介形类绝大多数常见于晚石炭亚纪莫斯科期, 部分延限较长的分子可延续至卡西莫夫期。因此, 根据介形类生物群的时代分布特征, 推断乌鲁木齐地区的祁家沟组时代大致为晚石炭亚纪莫斯科期(Moscovian)-卡西莫夫期(Kasimovian)。

5 古环境与古地理意义
5.1 古环境意义

为了深入了解晚古生代介形类的古生态特征, 国内外研究者对介形类的功能形态与生活环境之间的联系进行了较多研究(Bandel and Becker, 1975; 王尚启, 1988; Casier, 2004, 2008)。王尚启(1988)根据华南晚古生代介形类生态特征, 将生活于稳定大陆边缘的介形类划分为5种集群, 其中古足目类集群由古足目类(palaeocopids)和卡味尔介类(cavellinids)组成, 代表近岸局限和半局限海台地环境; 光滑速足目集群以土菱介类(bairdioideans)为主, 代表远岸浅水环境。Song 等(2019)根据西准噶尔地区晚泥盆世介形类生物群的组合特点, 识别出活动板块边缘岛弧区介形类的3种组合: OA1(Hollinoidea-dominated assemblages)以古足介目的荷尔介类为特征分子, 代表前滨环境; OA2(Bairdiocypridoidea-dominated assemblages)以圆足介目的巴尔德金星介类为特征分子, 代表近岸环境; OA3(Bairdioidea-dominated assemblages)以速足介目的土菱介类为特征分子, 代表远岸环境。在这3类组合中, 伴随着水深的加大, 厚壳、直背型的古足介类越来越少, 而圆足介类和速足介类, 尤其是大个体的土菱介类则越来越多。外形呈流线型且壳面光滑的土菱介背、腹部较薄, 适合营底栖游泳生活, 一般代表开阔、富氧的浅水环境(Casier, 2017)。

祁家沟剖面祁家沟组产出的介形类以速足介类分子为主, 约占总种数的47%, 古足介类和圆足介类分别占总种数的32%和21%。其中, 速足介类以Bairdioidea科为主, 古足介类包括Scrobiculidae、Primitiopsidae和Pribylitidae共3科, 圆足介类以Bairdiocypridoidea科为主。总体而言, 祁家沟组介形类符合活动板块边缘介形类的OA1-OA3组合类型, 以及稳定大陆边缘的古足目类和光滑速足目类的混合集群, 代表滨、浅海沉积环境(图3)。值得注意的是, 该剖面自下而上介形类的组合有明显的变化, 即随着速足介类属种的减少, 古足介类分子增多, 占比越来越大。例如, 在祁家沟组下部的第12层的样品中, 发现的介形类均为典型的土菱介类属种, 代表远岸浅水环境(图3)。向上至第19层, 古足介目Primitiopsidae科的2个种出现, 与占多数的速足介类和圆足介类混生, 可能代表近岸— 远岸环境(图3)。到上部(即第25、26层), 古足介类分子属种大幅增多, 在第25层的样品中, 6种古足介分子全部出现, 约占总种数的40%, 大于速足介类(30%)和圆足介类(30%)的比率, 预示着水深变浅, 大致为前滨— 近岸的环境(图3)。在野外可观察到祁家沟组中部砂岩(第14、15层)中含有羽状交错层理, 而上部细砂岩(第21层、23层)则是平行层理、韵律层理较显著, 说明该剖面中— 上部存在海退沉积序列。同时, 祁家沟组上覆奥尔吐组的碎屑岩沉积, 以及植物茎干的发现(图2-F)或许也说明该剖面自下而上陆源输入增强、海水变浅。总之, 根据介形类的生态组合以及沉积学的证据, 笔者认为祁家沟剖面祁家沟组整体为滨、浅海相沉积, 且自下而上水深逐渐变浅, 存在明显的海退现象(图3)。

5.2 古地理意义

祁家沟剖面祁家沟组产出的介形类多为全球性分子(表1), 例如Roundyella simplicissima (Knight, 1928)首次报道于美国密苏里州上石炭亚系(Knight, 1928), 此后在西欧、乌拉尔地区, 中国华北、塔里木地区上石炭亚系中均有报道(Moore, 1961; Kotschetkova, 1983; 张小筠和梁湘沅, 1987; Shi and Li, 1988; 蒋显庭等, 1995); Basslerella firmaKellett, 1935先后被发现于美国堪萨斯州的上石炭亚系(Kellett, 1935)和乌拉尔南部地区的莫斯科阶(Kotschetkova, 1983)。祁家沟组介形类在组合面貌上与同时期的塔里木盆地、准噶尔盆地、中天山等多个块体的介形类最为相近, 种级相似率可达50%以上, 相同相似的属种有: Healdianella darwinuloidesPosner, 1951、Pseudobythocypris centralis (Coryell et Billings, 1932)、Scrobicula scrobiculata (Jones, Kirkby et Brady, 1884)、Roundyella simplicissima (Knight, 1928)、Bairdia ventricosa Roth and Skinner, 1930、B. acuminata Cooper, 1946、B. cf. lubrica Jiang, 1995、Bairdiacypris deloi Bradfield, 1935、Cribroconcha cf. integra Jiang, 1995等。同时, 祁家沟组介形类与俄罗斯乌拉尔地区介形类种级相似率也高达50%左右, 如Healdianella darwinuloidesPosner, 1951、Roundyella simplicissima (Knight, 1928)、R. cincinnata (Posner, 1951)、Basslerella firmaKellett, 1935、Bairdia gibbus Kotschetkova, 1975、B. ventricosa Roth and Skinner, 1930、B. acuminata Cooper, 1946、Chamishaella opimaKotschetkova, 1983、 Javatius cf. kisilensis (Kotschetkova, 1975)等。此外, 祁家沟组的介形类与北美板块的介形类面貌也较为相似, 相同的属种有6种(Pseudobythocypris centralis、Roundyella simplicissima (Knight, 1928)、Basslerella firmaKellett, 1935、Bairdia ventricosa Roth and Skinner, 1930、B. acuminata Cooper, 1946、Bairdiacypris deloi Bradfield, 1935), 种级相似率约为32%。祁家沟组的少量属种也出现于同时期的西欧板块、华北板块, 如Roundyella simplicissima (Knight, 1928)在西班牙上石炭亚系和中国甘肃、河南地区上石炭亚系太原组均有报道(Moore, 1961; 张小筠和梁湘沅, 1987; Shi and Li, 1988)。但祁家沟组介形类面貌与同时期华南板块的介形类在种一级的差异较大, 尚未发现相同的种。因此, 根据介形类的古地理分布可以推断, 晚石炭亚纪准噶尔、塔里木等块体聚集, 距离华北板块、劳俄大陆较近, 但距离华南板块较远(图1-A)。Song 和Gong(2017)对晚泥盆世全球底栖介形类的古地理分布进行研究, 发现介形类可利用洋流、海平面升降等条件进行短距离的迁移, 如哈萨克斯坦板块(西准噶尔地区)的介形类可沿乌拉尔洋边缘分布, 部分属种向西到达欧美大陆。同样地, 晚石炭亚纪准噶尔— 塔里木板块周边的介形类或许可以通过乌拉尔洋与欧洲、北美板块的介形类进行属种交流。

6 结论

1)依据详实的地层资料, 在新疆乌鲁木齐地区祁家沟剖面上石炭亚系祁家沟组灰岩层中共鉴定出介形类11属19种, 以速足介目类为主, 古足介目类和圆足介目类次之。祁家沟剖面祁家沟组产出的介形类均为典型的石炭纪分子, 根据其组合面貌推断祁家沟组时代为晚石炭亚纪莫斯科期(Moscovian)-卡西莫夫期(Kasimovian)。

2)祁家沟组介形类的生态类型符合构造活动区域介形类的OA1-OA3组合, 以及稳定大陆边缘的古足目类和光滑速足介目类的混合集群类型。该剖面自下而上介形类的组合有明显的变化, 即随着速足介类属种的减少, 古足介类分子的比率越来越大。根据介形类的生态组合变化以及沉积学的证据, 推测研究区祁家沟组整体为滨、浅海沉积, 且存在明显的海退现象。

3)祁家沟组介形类面貌与同时期的塔里木、准噶尔、中天山以及俄罗斯乌拉尔地区等产出的介形类最为相近, 与北美、西欧和华北等板块的介形类也较为相似, 但与华南地区的介形类面貌差异较大。由此说明晚石炭亚纪准噶尔、塔里木等块体聚集, 且距离劳俄大陆较近, 介形类可能沿乌拉尔洋边缘与欧洲、北美板块的介形类进行属种交流。

致谢 中国科学院南京地质古生物研究所地层古生物咨询中心冯净、张璐协助处理样品, 研究生黄家园、刘琮滢参与了野外工作, 在此一并致谢。

(责任编辑 张西娟)

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