贵州青岩中三叠世安尼期琥珀及其意义

Anisian (Middle Triassic) Amber from Qingyan Section, Guizhou Province and Its Significance

摘要

中-晚三叠世是现代型生态系统构建的关键时期，系统研究该时期生物与环境的协同演变过程对揭示生物复苏机制和生态系统重建规律具有重要意义.琥珀是探讨中-晚三叠世植物演化和古气候演变的重要载体.对青岩剖面雷打坡段的琥珀和伴生的植物化石开展研究，并将全球的中-晚三叠世琥珀的分布与湿润事件进行对比分析.结果发现青岩琥珀是由松柏类植物伏脂杉生产，琥珀的出现与松柏类植物的辐射演化有关.菊石生物地层表明含有琥珀的地层属于中三叠世安尼期Pelsonian亚期.认为琥珀的产出与湿润事件具有对应性，说明湿润事件可能是中-晚三叠世琥珀频繁出现的重要原因.

关键词

中三叠世 / 安尼期 / 琥珀 / 湿润事件 / 贵州青岩 / 地层学

Key words

Middle Triassic / Anisian / amber / humid event / Qingyan Section / Guizhou / stratigraphy

0 前言

植物树脂通过在沉积物中埋藏和硬化（琥珀化）后最终成熟为琥珀（Seyfullah et al.， 2018a）.树脂的生产通常是产树脂植物对伤害或压力产生应激反应的表现，其中水分和温度会影响植物树脂的渗出压力，高温且湿润的环境会促进树脂的生产（Lorio and Hodges， 1968）.由于琥珀可以包裹生物体，如节肢动物、软体动物、植物和花粉等，并使其完整地保存下来（Stilwell et al.， 2020； Roghi et al.， 2022），因此是古生物学的重点研究对象.此外，由于琥珀具有较强的抗成岩作用，并可能保留原始化学成分和内含物（Nissenbaum and Yakir， 1995；Dal Corso et al.， 2017），所以琥珀的有机碳同位素组成或气泡以及其中可能含有的生物化石等对恢复古气候信息也十分重要（Dal Corso et al.， 2017）.

目前已知最早的琥珀发现于美国伊利诺伊州晚石炭世地层中（Bray and Anderson， 2009），但这些只是植物组织内的微量琥珀 （Seyfullah et al.， 2018a， 2018b）.琥珀的首次大量出现在晚三叠世卡尼期 （Seyfullah et al.， 2018b； Roghi et al.， 2022），包括意大利Dolomites和Julian Alps、奥地利Lunz area、瑞士Neuewelt、匈牙利Balaton Highlands、西班牙Alicante Province、美国NE Arizona和南半球的澳大利亚Tasmania、非洲南部Lesotho等（Seyfullah et al.， 2018b）.卡尼期的琥珀被广泛认为与卡尼期湿润幕事件（Carnian Pluvial Episode， CPE）有关 （Seyfullah et al.， 2018b； Roghi et al.， 2022）.而在晚三叠世卡尼期琥珀爆发之前，仅在意大利北部报道了中三叠世琥珀化石（Roghi et al.， 2017），并且也被认为可能与湿润气候存在联系（Forte et al.， 2022），分别对应于安尼期中晚期与拉丁期末期的湿润事件（Stefani et al.， 2010）.然而，当前对中三叠世琥珀的研究仍较为薄弱，仅限于对西特提斯地区的报道.本工作通过分析研究华南青岩地区中三叠世安尼期的琥珀和植物化石，在产树脂植物演化和气候演变等方面展开讨论.

1 地质背景

二叠纪-三叠纪时期，华南板块位于古特提斯洋东部的赤道附近（图1a； Li et al.， 2013）.在中三叠世安尼期，贵州青岩地区位于西北广阔的扬子碳酸盐台地与南部深水南盘江盆地之间的过渡斜坡上（图1b）（Huang et al.， 2017； 赵俊杰等，2023）.青岩地区中三叠统地层为青岩组，自下到上依次为小山段、马蜂坡段、营上坡段、雷打坡段和渔庆段.小山段由碳酸盐角砾岩、灰岩、钙质泥岩交替组成；马蜂坡段以钙质泥岩/页岩为主，夹有少量碳酸盐岩和薄层生物碎屑灰岩；营上坡段由灰色中层生物碎屑灰岩与页岩和碳酸盐角砾岩交错组成；雷打坡段主要由钙质泥岩和泥质灰岩组成；渔庆段主要由泥灰岩和白云质灰岩组成（Chen et al.， 2015）.其中营上坡段和雷打坡段是青岩生物群的富集层位（宁秋实，2017）.

本文所报道的化石材料来自青岩镇东北双狮路东侧的青岩剖面（图1c；GPS： 26°20′34″N， 106°41′23″E）， 主要出露雷打坡段中段地层，实测剖面厚度约为44 m.剖面下部岩性为灰岩夹泥岩，中间以泥岩为主，上部灰岩增多（图2a），为台地斜坡相沉积（贺自爱等，1980； Huang et al.， 2017）.该剖面化石十分丰富，被命名为青岩生物群，目前在这里已经发现了17个门类，超过300个种（Song et al.， 2015），包括腕足类、双壳类、腹足类、珊瑚、菊石、海百合、海绵、牙形石、有孔虫等（Song et al.， 2015）.根据菊石生物组合认为安尼期中期/晚期界线位于雷打坡段中上部（Stiller and Bucher， 2011）.

2 材料与方法

本研究在青岩剖面共发现了7块琥珀样品，琥珀液滴分散在沉积物中，保存状况一般.所有样品均保存在薄层泥灰岩中，其中5块标本为单独保存，2块标本和植物化石保存在一起.5块单独保存的样品发现于距青岩剖面雷打坡段底部约2 m处的薄层泥灰岩中（图2a， 2d）.其他的琥珀发现于剖面中部（距剖面底部约27 m处）的薄层泥灰岩中（图2a， 2b），并且在该层中也发现了琥珀颗粒与植物碎片同时保存.

本研究利用LEICA EZ4W显微镜观察琥珀液滴的形态、大小、颜色、光泽，并用LEICA EZ4W的内置相机拍照.荧光反应是琥珀的一种特性，大部分琥珀在紫外光照射下会呈现蓝色或橙黄色的荧光，因此可以通过紫外线（UV-B）对样品进行鉴定.本研究使用波长为365 nm的紫外光从正面对琥珀样品进行照射，同时使用佳能EOS 7D相机进行拍摄，相机被固定在距离标本20 cm处.用同样的方法拍摄了植物化石和UV-B荧光照片.傅里叶红外光谱（FTIR）实验在中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室进行.使用Nicolet iS50 FTIR Spectrometer，测量范围为4 000~645 cm^-1（波数），采用的光谱的分辨率为4 cm^-1.所有琥珀标本均保存在中国地质大学（武汉）地球科学学院.7个琥珀样品分别编号为QY-2022-6-1（图3e）、QY-2022-6-2（图3g）、QY-2022-6-3（图3i）、QY-2022-6-4、QY-2022-6-5、QY-2022-21-1（图3a）、QY-2022-21-2.

3 结果

3.1　青岩琥珀的产出特征

本文在距离剖面底部2 m处的薄层泥灰岩中发现了琥珀化石，同层位还保存有双壳类和植物化石（图2a）.另外，在距离剖面底部27 m处的薄层泥灰岩中也发现了琥珀化石，同层位还保存有腕足类、双壳类和植物化石（图2a）.除此之外，剖面中还发现了菊石化石，包括Bulogites和Acrochordiceras属分子.本文发现的琥珀大小在2~5 mm之间，颜色为红棕色，树脂光泽.琥珀保存状况一般，有破损，呈现椭球形、近球形或不规则状（图3）.其中一个琥珀样品保存比较完好，呈现水滴形的轮廓（图3e）.两枚琥珀标本与植物化石共同保存（图3a， 3b），且在植物化石标本上发现了残留的树脂，指示该植物是琥珀的母体植物.植物化石保存有鳞片状叶片，螺旋生，叶片末枝长约75 mm，宽约12 mm，但角质层保存差，鉴定为Voltzia属分子（图3a）.

3.2　紫外荧光和傅里叶红外光谱实验

在波长365 nm的紫外光照射下，所有琥珀样品均有强烈的荧光反应.与植物一起保存的琥珀液滴在紫外光下呈现出蓝色的荧光（图3c），其余样品在紫外光下都呈现出强烈的橙黄色荧光（图3h， 3j），在显微镜下琥珀荧光呈黄绿色（图3f）.植物化石在紫外光下呈现淡黄色的荧光（图3d）.傅里叶红外光谱（FTIR）测试结果显示，琥珀样品在2 918 cm^-1，2 859 cm^-1，1 453 cm^-1和1 375 cm^-1附近都存在稳定且较强的吸收峰 （图4）.

4 讨论

4.1　青岩琥珀的时代与产树脂植物

青岩琥珀显示的外观特征与波罗的海琥珀、多米尼加琥珀以及我国的抚顺琥珀相似（王雅玫等，2022）.天然琥珀在2 800~3 000 cm^-1以及1 464 cm^-1和 1 380 cm^-1附近的红外吸收谱带指示天然琥珀的基本骨架为饱和脂肪族结构，青岩的样品在这些谱带上均有明显的吸收峰（图 4）.琥珀产出的层位位于Bulogites-Acrochordiceras菊石组合中，说明产出琥珀的地层应属于中三叠世安尼期的Pelsonian亚期（Stiller and Bucher， 2008），是目前中国最早的琥珀.

三叠纪产琥珀植物主要为松柏类植物，如安尼期意大利Kühwiesenkopf/Monte Prà della Vacca和Recoaro地区产出的琥珀的生产者是Voltzia recubariensis（Forte et al.， 2022），青岩琥珀的生产者属于Voltzia，而晚三叠世卡尼期的意大利Dolomites琥珀则被认为与Cheirolepidiaceae有关（Roghi et al.， 2006）.这代表着生产树脂的现象在三叠纪不同松柏类植物中普遍存在，琥珀的产出很可能也与松柏类植物的演化与扩散有关.此外，中三叠世琥珀分布在低纬度地区的古特提斯洋周边地区，而晚三叠世卡尼期在中高纬度地区也发现了琥珀记录（Stilwell et al.， 2020）.卡尼期产出的琥珀数量较多，仅在Dolomites地区的Heiligkreuz-Santa Croce组发现的琥珀化石就超过50 000滴（Roghi et al.， 2006），而拉丁期和安尼期发现的琥珀数量较少且仅零星分布于我国华南青岩地区（本文）和意大利东北部（Roghi et al.， 2017；Forte et al.， 2022）.以上现象代表了产树脂植物在中-晚三叠世从低纬向高纬地区的扩张（图5），也预示了大灭绝后现代型的植被类型和生态系统的逐步形成（童金南，2023）.

4.2　中-晚三叠世琥珀与湿润事件

三叠纪琥珀的出现与湿润事件显示出较好的对应关系（图6）.晚三叠世卡尼期琥珀的全球性分布被认为与卡尼期湿润幕事件（CPE）有密切联系（Seyfullah et al.， 2018b； Dal Corso et al.， 2020； Forte et al.， 2022）.中三叠世琥珀的出现也分别对应于安尼期中晚期与拉丁期末期的湿润事件（本文证据及Stefani et al.， 2010）.研究表明潮湿环境会使植物分泌更多的树脂（Seyfullah et al.， 2018a）.湿润事件常常伴随着温度的升高（Trotter et al.， 2015），而湿热环境也会导致更加频繁的极端气候事件（Liu et al.，2019）.意大利南部中三叠世含有琥珀的地层被认为是高温湿润气候背景下由风暴事件和重力流引起的快速沉积（Kustatscher et al.， 2010）.本文发现青岩剖面琥珀产出层位沉积了泥灰岩和泥岩（图2），表明琥珀保存时期增强的陆源输入.当前的研究表明火山活动与中-晚三叠世的湿润事件在时间上有较好的对应关系：拉丁期晚期湿润事件和意大利火山中心在时间上具有一致性（Stefani et al.， 2010； Trotter et al.， 2015）；卡尼期湿润幕事件则被认为与兰格利亚大火成岩省喷发有关（Dal Corso et al.， 2012； Trotter et al.， 2015； Roghi et al.， 2022）.但是，安尼期没有明确的同时期大规模火山活动记录，火山作用是否为导致安尼期湿润事件发生的原因还有待考证.

5 结论

本文首次报道了贵州青岩剖面中三叠世安尼期的琥珀，这也是目前已知中国最早的琥珀.菊石化石表明含有琥珀的地层属于Pelsonian亚期，与意大利北部中三叠世琥珀产出时代一致.与青岩琥珀共同保存的植物说明其是由Voltzia属植物分泌树脂所产生的.通过总结三叠纪琥珀的产出时代与地理分布，本研究认为琥珀的产出与中-晚三叠世的湿润事件和产树脂植物的演变有关.特别是对研究仍存在不足的中三叠世Pelsonian亚期的湿润事件，树脂的生产比前人认为的更加普遍.

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基金资助

基础地质调查项目(CDD2101-03)

国家自然科学基金项目(42030513;42072025)