侏罗纪

中生代第二个纪。约开始于2.08亿年前,结束于1.35亿年前。在此时期形成的地层称为侏罗系。侏罗纪的名称来源于瑞士、法国交境的侏罗山(也译汝拉山)。1795年,德国 A.von洪堡根据该山的白色灰岩首先提出侏罗灰岩名词。1829年,法国A.布龙尼亚据此首次提出侏罗地层术语。由于欧洲侏罗系岩性具有明显三分性,1837年,L.von布赫在德国南部将侏罗系分为下、中、上三部分。1843年,F.A.昆斯泰德,则将下部黑色泥灰岩称为黑侏罗,中部棕色含铁灰岩称为棕侏罗,上部白色泥灰岩称为白侏罗。它们大体依次相当于起名于英国的里阿斯统、道格统和麻姆统。

侏罗纪的生物界最典型地体现了中生代的特征。当时,联合古陆开始分裂解体,世界范围的海侵逐渐增广,地形起伏和气候分异相对不显著,但环太平洋带却是地壳运动和岩浆作用强烈活动时期。

地层

海相侏罗纪地层富含化石,其中菊石类特征明显、保存精美,早在1815年就引起英国W.史密斯注意,据此提出利用古生物划分、对比地层的生物地层学研究方向。法国A.C.多比尼(1842)提出比统更小的年代地层单位阶的概念,并命名了侏罗纪大部分阶名。德国A.奥佩尔(1856)则提出更详细的菊石带划分。所以,海相侏罗纪地层及菊石化石是近代生物地层学和年代地层学研究方法的发源地,在地层学研究史中占有重要地位。

侏罗纪地层正式划分 为3统、11阶(见表)和74菊石带。以侏罗纪持续时间约7000万年计算,平均每个阶约640万年。每个菊石带约95万年。

详细的菊石分带为全球范围海相侏罗系的划分、对比提供了良好的基础,国际地科联(IUGS)侏罗纪地层分委员会现仍在努力使其进一步完善,但其活动范围以欧洲和大西洋沿岸地区为主。

图

在海相侏罗系顶界及统的划分方面,目前国际上仍未统一。例如卡洛阶底部往往存在明显间断,前苏联学者将其归入上侏罗统。提唐阶之上的贝利阿斯阶菊石动物群呈现过渡性质,国内外均有人主张将其全部或下部Berriasella grandis菊石带归入侏罗系。

侏罗纪的同位素年代学研究虽已取得不少成果,但仍存在一些分歧。例如,侏罗系顶界有划分在1.44亿年(W.B.哈兰等,1982)和1.3亿年(G.S.奥丁,1982)两种方案,相差达1400万年。国际地科联公布的地层表(1989)顶界年龄是1.35亿年。

中国的侏罗系以陆相沉积为主。东部沿海地区出现巨厚的陆上中基、中酸性火山喷发-沉积组合,内部包含多个不整合面,可以著名的晚侏罗世含热河生物群(狼鳍鱼、东方叶肢介、三尾类蜉蝣)岩系为代表。西部大型稳定内陆盆地以发育河湖相细碎屑、泥质沉积组合为代表,不含火山岩。

由于陆生生物演化速度和分布广度都不及菊石,所以陆相侏罗系的研究精度相对较低。因此,国内外都十分重视海陆相地层之间的对比关系研究。中国海相侏罗系主要分布于青藏高原、黑龙江东部和湘粤、台湾地区,近年已建立19个菊石带或组合(Wang Yi-gang et al.,1988) , 也对一批海陆相地层对比关系提出了见解 (Gu Zhi-wei et al.,1984等),对于建立中国海陆相侏罗系年代地层系统,以及各地区域地层系统间的对比关系提供了参考依据。与海相地层存在的问题相比,陆相侏罗系顶界和分统界线的难度较大,分歧更突出。今后尚待开展磁性地层学、年代地层学和生物地层学之间综合研究,才能逐步获得解决。

生物界

裸子植物的发展在侏罗纪已进入极盛期,苏铁、银杏和松柏类都占有重要地位,种子蕨则仅有残存代表。蕨类植物中真蕨类仍然繁荣,古生代巨大的石松和木贼类只剩少量草木类型。

侏罗纪时爬行动物中的恐龙类最繁盛,在陆地上居统治地位。恐龙类按腰带类型可分为蜥龙类(又可分为素食的蜥脚类和肉食的兽脚类)和鸟龙类(均素食),是地史上最巨大的陆生动物。同时,爬行类也成功地生活于海中(鱼龙、蛇颈龙)和飞翔于空中(翼龙)、云南禄丰盆地产丰富的早侏罗世禄丰龙动物群,四川盆地自贡地区中侏罗世下沙溪庙组河湖沉积中,在面积2800平方米的砂体内,挖掘出各种恐龙、蛇颈龙、翼龙等化石个体数百个,保存较完整,为世界罕见,已建成正式向国内外开放的恐龙博物馆。此外,四川盆地的上沙溪庙组还产马门溪龙动物群。马门溪龙 (Mamenchisaurus hochuanensis) 长约 22米,估计体重达30~40吨,是蜥脚类恐龙繁盛期的典型代表。(见彩图)

合川马门溪龙

陆生无脊椎动物有淡水双壳、腹足、鱼、叶肢介和介形类等,以及飞翔的昆虫类。

德国南部弗兰科尼亚早提唐期索伦霍芬 (Solenho-fen)组潟湖沉积中发现的始祖鸟(Archaeopteryx)化石,代表了爬行类与鸟类之间的演化过渡环节,在生物演化史中有重要意义。

海生无脊椎动物有菊石、箭石、有孔虫、放射虫、双壳、六射珊瑚、腹足和腕足类等,一般可分为北方、特提斯和冈瓦纳 3个生物大区。

古气候

侏罗纪温带型具年轮的木化石展布到南、北纬70°~80°地区,热带型造礁六射珊瑚出现于苏格兰、萨哈林岛和马达加斯加岛,新西兰晚侏罗世箭石骨骼氧同位素测温也证明当时海水表面温度较现在高 7℃。反映当时的气候较现代更为温暖和均一,又存在热带、亚热带和温带的区别。

从时间演变看,大体侏罗纪早期和晚期温度相对较高,中侏罗世末和晚侏罗世末温度相对有所下降。

从空间分异看,早、中侏罗世以蒸发岩、风成沙丘为代表的干旱气候带出现于联合古陆中西部的北美南部、南美和非洲,至晚侏罗世扩展到亚洲中南部。中国南部(秦岭-大别山脉以南)早侏罗世处于热带-亚热带湿润气候环境,中、晚侏罗世逐渐变为炎热半干旱环境;而中国北部早中侏罗世温暖潮湿气候,聚煤带分布广泛,晚侏罗世退缩到东北一隅。

古地理和构造运动

侏罗纪地史的基本特点是联合古大陆继续分裂,特提斯带洋盆进一步扩张,和环太平洋带出现强烈构造-岩浆活动。

联合古大陆自三叠纪末期开始出现的分裂迹象,侏罗纪中得到进一步增强。北大西洋西部巴哈马群岛附近已发现中侏罗世卡洛期的洋底最老深水沉积层,表明北美和非洲在这一时期已经分裂漂移,北大西洋洋壳海盆已经出现。根据南美、非洲碱性火成岩活动和玄武岩喷发高潮的同位素年龄资料,南大西洋的初始分裂很可能出现于晚侏罗世基末里期。非洲和澳大利亚之间洋底最老的磁异常为M-22,印度次大陆和澳大利亚、南极洲的分离也大体同时,说明印度洋的初始分裂也发生于基末里期。

特提斯海于侏罗纪晚期已经扩张到最大规模。西段南欧阿尔卑斯地区可见中、晚侏罗世深水型红色结核灰岩、放射虫硅质岩直接覆盖在浅水石灰岩之上,反映先前存在的浅水碳酸盐台地已经开裂、塌陷,转化为大陆坡至深海盆环境。东段藏南雅鲁藏布江一带也出现类似现象,该江南北两侧侏罗纪的古地磁研究也证明存在30°左右的古纬度差,表明开裂幅度较西段更大。东特提斯地区大规模的开裂导致冈瓦纳大陆北缘分离出冈底斯、伊朗等一系列小型地块,它们自三叠纪起脱离冈瓦纳大陆,侏罗纪时显著向北漂移,侏罗纪末已与古亚洲大陆拼合。显然,特提斯洋的扩张中心位于上述地块的南侧(见图)。

图

环太平洋带的强烈构造变动与太平洋板块向周围大陆板块的俯冲有密切关系。在时间发生上也有一定的相对同时性,大致以中侏罗世晚期和晚侏罗世基末里期为两个高潮。前者以中国东部早期燕山运动为例,后者可以北美西部内华达运动为代表。伴随上述构造运动的强烈岩浆活动形成钨、锡、钼、铅、锌、铜、铁等多种有用矿产,形成太平洋金属成矿带主体部分。

印支运动后中国大部分处于大陆环境,古生代以来长期存在的南海北陆状态已经结束。新形成的古昆仑山、古秦岭横亘东西,在分隔南北古气候带上显示一定影响,但沿北北东向大兴安岭-太行山-武陵山一线两侧的古地理分异更为明显,该线以西出现大型稳定内陆盆地,以东则属于环太平洋带强烈的地壳构造运动和岩浆活动带。侏罗纪海侵分布局限,持续的海侵区仅限于青藏高原。在黑龙江东部、台湾和湘粤地区也有短期海侵波及。根据古生物地理区系属性的研究,大部分海侵来自特提斯暖水生物大区;但黑龙江东部含北极头菊石和雏蛤动物群的中、晚侏罗世海侵主要来自北方海区。

地质及生物事件

P.R.韦尔等(1977)统计的全球海平面升降曲线图中,显示侏罗纪时海侵逐渐增广,最大海侵事件发生于晚侏罗世基末里期,与联合古大陆分裂以及新海洋扩张速率增强事件相吻合。

环太平洋带的内华达运动也发生于基末里期,可能显示联合大陆增强分裂和古太平洋板块加速俯冲事件之间也存在某种联系。

从生物演化和古生物地理区系演变来看,基末里期内部也有一定反映。尤其是从晚基末里期起,海生动物中出现了特提斯大区和北方大区的明显分开,反映古气候分带和古地理隔离程度的加强。

中侏罗世末的降温事件在欧亚大陆许多地方均有反映。近年来在波兰、西班牙中、上侏罗统界线层中发现了地内罕见的铱、锇异常,有人提出可能代表一次地外小星体的撞击事件。

矿产

欧洲各国普遍利用黑、褐、白侏罗的不同岩性,分别作为不同建筑材料。例如黑侏罗的坚硬板状泥灰岩以往作为板石,近年主要用作制砖瓦原料。德国南部棕侏罗的厚层砂岩是许多宏伟壮丽教堂的建筑石材。白侏罗的泥灰岩是制作水泥的良好原料,成层性极好的索伦霍芬灰岩历史上曾用于石印事业,现仍作为建筑材料开采。

侏罗纪的煤炭资源在陆相地层中占有重要地位,在北美、北欧、东亚、东北亚和南极洲潮湿气候带都有广泛分布。中国北方早中侏罗世是主要的聚煤期,其规模仅次于石炭、二叠纪。山西大同、京西门头沟、辽宁北票、鄂尔多斯盆地的神府、东胜、华亭等地都是著名的煤田,新疆哈密大南湖煤田单层煤厚达182米,夹矸仅1.2米。

干旱气候带中的膏盐沉积见于中国滇西早侏罗世红层和英国晚侏罗世顶部(普尔贝克组下部)等地,半干旱气候带中的含铜、含铀砂岩出现于中国川滇盆地、美国西部犹他州等中、晚侏罗世地层中。

环太平洋带的强烈构造-岩浆活动,为一系列内生金属矿产的形成提供了有利条件。以铜、铁、铅、锌、钼、钨、锡为主的太平洋金属成矿带外带,其主体部分即在侏罗纪时形成。

参考书目
  1. 王鸿祯、刘本培主编:《地史学教程》,地质出版社,北京,1980。
  2. 王思恩等:中国的侏罗系,《中国地层:11》,地质出版社,北京,1985。
  3. A.Hallam,Jurassic Environments,Cambridge Univ-ersity Press,Cambridge,1975.

参考文章