三叠纪

中生代第一个纪

三叠纪

三叠纪(Triassic)是中生代的第一个纪,其时间划分为251.902±0.024Ma-201.4±0.2Ma,前为二叠纪,后为侏罗纪,历时5000万年,共分为三统七阶,已建立3个“金钉子”,即下三叠统印度阶(三叠系底界)、中三叠统拉丁阶和上三叠统卡尼阶,其余四个阶的“金钉子”暂未确立。底界划分来自同位素测年为251.902±0.024Ma的三叠系下三叠统底界“金钉子”——印度阶“金钉子”,顶界划分来自同位素测年为201.4±0.2Ma的侏罗系下侏罗统底界“金钉子”——赫塘阶“金钉子”。[1][0]三叠纪处于海西构造阶段之后联合古陆发展的顶峰时期,全球板块格局可以简要概括为“一陆和一洋”,“陆”指的是超级泛大陆,“洋”指的是贯穿整个三叠纪的泛大洋。早三叠世海侵规模不大,中三叠世开始逐渐加大,除地槽区被海水占据外,也侵入到大陆边缘的沉陷带,出现了地台型的浅海、滨海泻湖或海湾型沉积。在中-晚三叠世大海退之后,全球普遍发育海陆交互相沉积,出现大量煤系地层。[2][3][4]

三叠纪(Triassic)是中生代的第一个纪,其时间划分为251.902±0.024Ma-201.4±0.2Ma[注1],前为二叠纪,后为侏罗纪,历时5000万年,共分为三统七阶,已建立3个“金钉子”,即下三叠统印度阶(三叠系底界)、中三叠统拉丁阶和上三叠统卡尼阶,其余四个阶的“金钉子”暂未确立。底界划分来自同位素测年为251.902±0.024Ma的三叠系下三叠统底界“金钉子”——印度阶“金钉子”,顶界划分来自同位素测年为201.4±0.2Ma的侏罗系下侏罗统底界“金钉子”——赫塘阶“金钉子”。[2][1]

三叠纪处于海西构造阶段之后联合古陆发展的顶峰时期,全球板块格局可以简要概括为“一陆和一洋”,“陆”指的是超级泛大陆,“洋”指的是贯穿整个三叠纪的泛大洋。早三叠世海侵规模不大,中三叠世开始逐渐加大,除地槽区被海水占据外,也侵入到大陆边缘的沉陷带,出现了地台型的浅海、滨海泻湖或海湾型沉积。在中-晚三叠世大海退之后,全球普遍发育海陆交互相沉积,出现大量煤系地层[3][4][5]

三叠纪时期气候大概分为两大阶段,三叠纪前期与晚二叠世差别较小,以干燥炎热为主要特征,到了后期转变为了温暖潮湿气候,出现了大片森林。全球各地情况不一,例如在早、中三叠世时期,可以大致划分出三个不同的气候带,特提斯海域属于热带亚热带气候;中欧、东欧和中国华北和华南等地区属于干燥气候带;西伯利亚、库兹涅茨等地则属于温湿气候带。[5][6]

三叠纪的开始和结束均伴有大规模的生物集群灭绝事件,即二叠纪-三叠纪之交和三叠纪-侏罗纪之交的大灭绝事件,这两次事件对海洋和陆生生物的演替造成了重大影响。在二叠纪-三叠纪之交的生物大灭绝事件后,古生代演化动物群大量灭绝,以软体动物和四足动物为主导的现代演化生物群开始大量繁衍。三叠纪脊椎动物海生爬行动物的繁衍为特征,出现多门类的海生爬行动物、陆生爬行动物在晚三叠世开始大量出现。三叠纪陆生植物则以裸子植物中的松柏苏铁、银杏类及蕨类中真蕨类最为繁盛。[2][7]

命名

“Triassic”这一名称来自于德国南部,最初由德国学者冯·阿尔伯特(von Alberti)于1834年命名,意指在德国和欧洲西北部广泛分布的一套可明显三分的地层组合(tri-意为“三”),上部为红色泥灰岩,属陆相和潟湖相,称考依波统(Keuper);中部为海相的介壳灰岩,称介壳灰岩统(Muschelkalk);下部为陆相的杂色砂页岩,称斑脱砂岩统(Buntsandstein),简称斑砂统。因而被命名为三叠系(Trias),又因这套地层发现于德国的孚日山(Voges),于是又将这个以陆相为主的三叠系称为德国式或孚日山式三叠系。[2][4][8]

国际地层年代表

国际地层委员会三叠系分会(STS)于1991年表决通过了三叠系“三统七阶”的年代地层划分方案,随后被国际学者广泛采用。三叠系地层系统中自下而上依次为三叠系下三叠统(印度阶、奥伦尼克阶);三叠系中三叠统(安尼阶、拉丁阶);三叠系上三叠统(卡尼阶、诺利阶、瑞替阶)。在三叠系“三统七阶”中,三个阶的“金钉子”已建立,其余四个阶的“金钉子”研究工作仍在进行中。[2][1]

统(世)阶(期)GSSP[注2]批准时间底界值(Ma)顶界值(Ma)GSSP位置开始标志上三叠统(Upper)瑞替阶(Rhaetian)——208.5201.4±0.2————诺利阶(Norian)——227208.5————卡尼阶(Carnian)2008年批准237227意大利东北部威尼托(Veneto)地区贝卢诺(Belluno)省Pralongià镇东部 Prati di Stuores剖面,地处阿尔卑斯山南部多洛米蒂山地区的科尔德沃勒(Cordevole)山谷北面,Badia/Abtei和Cordevole之间山脊的南坡(北纬46°31'37",东经11°55'49”)以菊石D.canadensis的首现为标志中三叠统(Middle)拉丁阶(Ladinian)2005年批准242227意大利北部Brescia省Bagolino村南边(北纬45°49'10",东经10°28'15"),以菊石Eoprotrachyceras curionii的首现为标志安尼阶(Anisian)——247.2242————下三叠统(Lower)奥伦尼克阶(Olenekian)——251.2247.2————印度阶(Induan)2001年批准251.902±0.024251.2中国浙江长兴县煤山镇至新槐乡葆青村公路北侧的北坡上(北纬31°04'50",东经119°42'22"),以牙形刺Hindeodus parvus的首现为标志参考文献:[2][1][9][10][11]

中国地层表

中国地质调查局和全国地层委员会组织实施下,经原国土资源部批准(国土资[2014]374号)出版发行了《中国地层表(2014)》,《中国地层表》《中国地层指南及中国地层指南说明书》是中国地质行业标准规范重要内容之一,在参考国际地层学研究的基础上编制了中国地区的地层年代表。虽然《中国地层表》中使用的是海相地层建阶方案,但由于中国三叠纪同时有海、陆相沉积,且“南海北陆”分区明显,因此中国的三叠系地层的划分还包括了一套陆相地层的划分。具体而言,海相三叠系采用“三统六阶”的划分方案,陆相三叠系采用“三统七阶”的划分方案。[12][13][14]

统(世)阶(期)中国年代表(海相)层型剖面开始标志备注上三叠统瑞替阶佩枯错阶(土隆阶)西藏聂拉木土隆以菊石Tropitidae科的消失和Tibetitidae科及Juvavitidae科的兴起为界线处的重要标志中国海相阶名中,括号内的阶名均为早期曾使用过的名称,后因其与岩石地层单元同名而建议被废弃诺利阶卡尼阶亚智梁阶以牙形石Paragondolella polygnathiformis的首现为标志中三叠统拉丁阶新铺阶贵州罗甸关刀建议以牙形石Neogondolella excelsa的首现作为标志安尼阶关刀阶(青岩阶)一般倾向于以菊石.Japonites,Paradanubies,Paracrochordiceras和牙形石Chiosella timorensis的首现为标志下三叠统奥伦尼克阶巢湖阶安徽合肥巢湖以牙形石eospathoduswaageni的首现和菊石Flemingile带之底为标志印度阶印度阶(殷坑阶)浙江长兴煤山以牙形石Hindeodus parvus的首现为标志参考资料:[12][13][14]

统(世)阶(期)中国年代表(陆相)层型剖面开始标志备注上三叠统瑞替阶子长阶(瓦窑堡阶)陕西铜川漆水河尚未确定中国陆相阶名中,括号内的阶名均为早期曾使用过的名称,后因其与岩石地层单元同名而建议被废弃诺利阶延川阶(永坪阶)卡尼阶漆水河阶(胡家村阶)中三叠统拉丁阶金锁关阶(铜川阶)陕西铜川金锁关安尼阶吴堡阶(二马营阶)陕西吴堡张家墕下三叠统奥伦尼克阶府谷阶(和尚沟阶)陕西府谷高石崖印度阶吉木萨尔阶(大龙口阶)新疆吉木萨尔大龙口以古脊椎动物Lystrosaunus和抱粉Lundbladispora的首现为标志参考文献:[14][15]

全球构造

三叠纪时期,全球板块格局可以概括为“一陆和一洋”,“陆”指的是超级泛大陆,“洋”指的是贯穿整个三叠纪的泛大洋海相沉积主要延大陆边缘发育,在泛大洋和特提斯洋之间的岛链上也有发育,大陆内部主体发育陆相沉积。[3]海西运动以后,在阿尔卑斯以北的欧洲地区、乌拉尔山区、北美东部及喜马拉雅山以北的亚洲地区,许多古晚生代的地槽转变成为了稳定区。[16]

陆地

三叠纪时期,地球上的所有板块已合并成一个超级大陆,即泛大陆(Pangea)。泛大陆覆盖了整个地球的四分之一,以赤道为中线几乎对称分布,延伸至北纬85°至南纬90°之间,形成了一条经度约60°的狭窄地带。[17]北半球是一个完整的劳亚大陆南半球是另一个完整的冈瓦纳大陆。[18]劳亚大陆大致是由现今北美、欧洲亚洲的大部分地区组成,而南部的冈瓦纳大陆则主要是由现今的非洲、阿拉伯、印度、澳洲组成。地球上其余的地方则是“泛大洋”,因此,泛大陆外围被泛大洋环绕,沿着泛大陆周缘形成了一系列的俯冲带,弧后盆地广泛发育。[16]

进入三叠世以来,泛大陆开始缓慢地进行逆时针旋转,并逐渐向北漂移。[19]三叠纪早期是西伯利亚地区主要的构造和岩浆活动期,发育西西伯利亚、皮亚西纳-哈坦加(Pyasina-Khatanga)和南喀拉海裂谷系,三叠纪中期之后,北美洲东部、欧洲中、西部及非洲西北部,发育了中大西洋裂谷系。[16]至中-晚三叠世,泛大陆开始逐渐裂解,南部冈瓦纳大陆裂解成南美洲板块非洲板块印度板块南极洲板块和澳大利亚板块,北部逐渐裂解为北美洲板块欧亚大陆板块,长久聚集的陆地迈向分裂。[19]由于华北、扬子以及基默里陆块群不断向北漂移,三叠世中期时华北和扬子陆块发生碰撞。晚三叠世中期时古特提斯洋关闭,基默里陆块群与欧亚大陆碰撞导致在欧亚大陆南缘发生造山作用。[16]

海洋

随着板块的漂移和连接,欧洲、非洲、澳大利亚以及华南、华北等大陆(块)中间形成了一个新的大洋——特提斯洋,[19]呈现出西部狭窄甚至封闭的状态,东部则较为辽阔。[20]围绕泛大陆的是泛大洋(Panthalassa),大约占据地球表面70%的面积,其西部延伸至泛大陆中间,与特提斯洋相连。特提斯洋主要的范围在南纬30°至北纬30°之间,属于热带亚热带区。[19]由此可见,当时的海相沉积仅分布在特提海区和环太平洋海区的周围,其余地区基本都是陆相和海陆交替相沉积。[21]

基本构造
基本构造

地层及地理特征

三叠纪是中生代的第一个纪,早三叠世海侵范围相对不大,陆相红层和海相地层中膏盐沉积发育。海侵范围在进入中三叠世后开始增大,海水入侵到大陆架形成陆表海等,在一些地区形成聚煤环境。在中-晚三叠世大海退之后,全球普遍发育海陆交互相沉积,出现大量煤系地层。[3]

板块名称典型地区地层特点参考资料中国华南浅海区华南浅海区三叠系呈连续或平行不整合接触,三叠系下统及中统普遍为海相地层;上统多数为海陆交互或陆相,少数发育纯海相地层。整个三叠系构成一个完整的沉积旋回,本区三叠系最大厚度可达5000米,远远超过古生界各系的平均厚度。早三叠世华南主体为一陆表海,早三叠世后期及中三叠世早期为统一海盆,中三叠世晚期,华南地区发生大规模海退,即地史上著名的拉丁期大海退,沉积区明显缩小,除中、下扬子和闽中地区存在近海盆地红层沉积外,其余均转为剥蚀区。晚三叠世华南地区不再存在统一盆地,而是形成了以江南古陆为主体的川黔桂高地,并以此为界,分隔呈东西两个沉积区[22][23][24]北方大陆区中国北部大陆地区为昆仑山—秦岭一线以北,从晚二叠世开始已连成一片大陆。三叠纪时,中国北部的陆相地层广泛分布,主要出露在大陆内部发育的、彼此隔离的内陆盆地中,例如陕甘宁盆地、沁水盆地、宁武盆地等,这些盆地在早三叠世—中三叠世早期时皆为红色的碎屑岩沉积,偶见石膏结核或夹层,含脊椎动物化石,表明当时地形起伏大,以河流及湖泊沉积为主;中三叠世晚期—晚三叠世沉积物以灰绿色砂页岩为主,有些地区夹煤层、油页岩,富含植物化石,属湖泊、河流及沼泽相沉积[24][25][26]其他地区秦岭地区:三叠纪早期,秦岭地槽将华北和华南大陆隔开,中三叠世晚期,受印支运动影响,秦岭地槽褶皱闭合升起,华南与华北大陆拼合相连。晚三叠世起整个秦岭地区仅见局部山间盆地粗碎屑陆相堆积和零星大陆火山喷发。本区三叠系出露广泛,是中国三叠系地槽型沉积的典型发育区,总厚度可达两万余米。该区中、下三叠统岩石显著变质、以砂、泥质复理石沉积为主,包括砂质板岩、大理岩、碳酸盐岩等,上三叠统转为海陆交互相的含煤沉积。西南多岛洋:在中国西南地区,古特提斯多岛洋于中生代发生明显变化,早、中三叠世特提斯多岛洋的主支——澜沧江、昌宁—孟连洋已消减为残余洋盆,在滇西南耿马、澜沧地区及藏东左贡地区发现有参与洋盆型硅质岩、细粒碎屑岩沉积。金沙江—哀牢山洋继续俯冲消减,最终闭合,而甘孜—理塘洋、怒江洋和雅鲁藏布江则迅速扩张,发育有放射虫硅质岩和枕状玄武岩。晚三叠世西南多岛洋发生巨变,澜沧江、长宁—孟连洋和金沙江—哀牢山洋完全封闭,中咱、羌塘、昌都、思茅地区连成一片,早期发育紫红色莫拉石沉积[25][27][28]特提斯海区阿尔卑斯地区东阿尔卑斯及狄那推覆体的三叠系全属海相。下统下部(印度阶)为红色及杂色砂质页岩或泥灰岩,上部(奥伦尼克阶)为泥岩石灰岩白云岩及盐类沉积;中统下部(安尼阶)由暗色薄层灰岩和砂质、泥质石灰岩组成,上部(拉丁阶)为灰岩夹页岩;上统下部(卡尼阶)以杂色的钙质页岩或泥灰岩为主,上部(诺利阶)出现礁灰岩。西阿尔卑斯处于断裂控制的上升隆起地区,三叠系属于滨浅海砂岩,主要由砂岩、白云岩、灰岩、页岩及石膏层组成,上部由玄武岩、凝灰岩,但总厚度不超过百米[29][30]喜马拉雅地区喜马拉雅地区以斯匹梯和库曼地区的三叠系发育为最佳,下统由石灰岩和夜宴组成,但厚度仅有十余米;中统由介壳灰岩、瘤状灰岩及页岩等组成,厚度约为120米;上统以页岩为主,夹油灰岩,厚度较大,达1300多米[29][30]中南半岛地区中南半岛地区的三叠系存在两种类型,活动海槽类型和相对稳定沉积类型。活动海槽类型见于马来半岛、泰国北部南邦地区和越南北部黑水河一带。越南北部三叠系厚2850米,下统黑色泥页岩夹基性火山岩,中统以灰岩、页岩为代表,安妮阶有流纹岩、凝灰岩等。上统卡尼阶和中统之间存在沉积间断。相对稳定趁机类型见于缅甸掸邦地块和老挝印支地块北缘,卡尼阶邦诺组为紫红色含膏盐的泥岩,诺利阶那贲组为黄色页岩,砂岩和灰岩[30]环太平洋带日本列岛日本列岛整个三叠系的特点与我国南方的情况极为相似。其三叠系发育良好,与二叠系连续沉积,由继承古生代的海槽发展而来。其内带的下、中统为海相的砂页岩,含有克氏蛤和菊石等化石,厚度为700米。中三叠世晚期,日本发生重要造山运动,称为秋吉(Akiyoshi)运动。三叠世晚期,夹有海相层的含煤沉积广泛发育。日本西南部的外带确实下、中统,仅见上统,由深水相的放射虫硅质岩、碎屑岩及玄武岩等组成,具有海沟沉积特点[30][31]东北亚地区维霍扬斯克地区,三叠系发育完整,与二叠系整合接触,下统为砂质沉积,产有Pahcyptychites等北方区菊石,中统以碎屑岩为主,上统为巨厚的砂泥岩,下部夹砾岩[30]北美西部地区北美西部包括海岸山脉、内华达山脉落基山脉和期间的科罗拉多高原在内,统称为科迪勒拉海槽区,其构造特征可分为外带和内带。外带属剧烈的沉降区,由页岩、砂岩、砾岩构成三叠系,少见石灰岩,并伴随有火山活动,厚度为8000至16000米,属优地槽性质。内带无火山活动,向东与浅海盆地(地台型)相连,此间的三叠系由砂页岩组成,偶见石灰岩,厚度达8500米,属冒地槽性质[30][31]劳亚大陆德国盆地该地区是三叠系建立的命名地区,下统称为斑脱砂岩统(Buntsandstein),由紫红色、杂色为主的陆相和泻湖相页岩、砂岩和砾岩所组成,上部由白云岩和石膏岩,含有Myophoria(褶翅蛤)等植物群,代表了干旱气候下的近海盆地沉积类型,厚约800米。中统称为介壳灰岩统(Muschelkalk),厚约400米,由石灰岩、泥灰岩、白云岩等组成,其顶部出现了十余米厚的含煤地层。上统称为考依波统(Keuper),由砂页岩、煤层、灰岩、泥灰岩、白云岩和石膏组成,代表潮湿与干旱气候交替的近海盆地沉积,厚约600米[30][32]西欧及北非地区英、法、西班牙意大利撒丁岛和北非等地三叠系的地层层序岩性特征和动物群均属德国型,反映出西欧和北非当时在构造古地理环境方面连成一片整体,其间并无强烈沉降的海槽分隔,也意味着劳亚大陆和冈瓦纳大陆在此直接相连[30]北美东部北美东部阿帕拉钦山区,早、中三叠世均属于隆起剥蚀状态,晚三叠世至早侏罗世早期发生强烈的差异升降,造成西北长达1800千米的裂陷带,其中对极了陆相红色碎屑岩,并有基性火山喷发和侵入,最厚可达7000米,称纽瓦克(Newark)群[30]北亚地区西伯利亚通古斯盆地的三叠系以大规模复杂的陆上喷发沉积岩系(暗色岩系)为代表。下统科尔翁昌群以凝灰质碎屑岩和玄武岩类为主,厚近1000米,掺有丰富的通古斯区植物和二叠纪类型的Palacanodonta等非海相双壳类化石。中统普托兰群以玄武岩及凝灰岩为主,化石稀少,厚约1000米,与上覆侏罗纪系呈不整合接触[30]中亚地区中亚地区仅见零星内陆盆地。天山地区的费尔干纳盆地下统由不含火山岩的含砾碎屑岩组成,厚度小于300米。天山以南的帕米尔地区的上三叠称佛马尔群,存在南北植物群混生的现象[30]冈瓦纳大陆南非印度冈瓦纳大陆三叠纪仍以大陆环境为主,广布陆相沉积和丰富的陆生脊椎和植物化石,其中以南非和印度的三叠系较为著名。南非:三叠系部分自下而上为中博弗特组(下三叠统)、上博弗特组(中三叠统下部)、摩尔丹诺层(中三叠统上部及上三叠统)。中博弗特组由红色和绿色的页岩组成,厚达300米;上博弗特组由砂岩、长石砂岩就、杂色页岩组成,厚500米;摩尔丹诺层系含煤沉积,厚600米。印度:三叠系分布于德干高原,其下统及小部分的中统由红色、浅黄色砂岩夹红色粘土层及赤铁矿层组成,含二齿兽类及植物化石。中统实际上缺失,故上、下统间呈不整合接触。上统由粘土岩类及钙质砂岩等组成[31]南美南美西部边缘为安底斯地槽,其东部广大地区的南美地台是冈瓦纳大陆的组成部分,三叠系一部分为陆相沉积,分布于巴西、乌拉圭阿根廷大部分地区,主要为红色湖相和沙漠相沉积;另一部分为海相沉积,沿智利和阿根廷的西海岸分布,其下统是陆相的砾岩和砂岩。中统开始,地壳下降,海水侵进,形成厚层灰岩[31][32]其他地区南极洲三叠系主要由陆相砂页岩、粉砂岩即含煤沉积所组成,产水龙兽等化石。澳大利亚三叠系为孤立盆地中的陆相含煤沉积,厚约千米,早期有小规模海侵,晚期有火山活动[32]

矿产

三叠纪矿产主要有石油、天然气、石膏、煤、岩盐、铁等沉积矿产。矿产的产生与当时的气候环境关系颇为密切,其中以煤、石油、天然气、石膏与盐类、铁最为重要。[33][34]

三叠纪早期、中期全球气候炎热干燥,聚煤作用几乎终止,而晚三叠世其后转为潮湿,华南聚煤域为热带亚热带潮湿气候区,聚煤作用强烈。以中国为例,川滇盆地、湘赣粤盆地发育近海型海陆交互相含煤岩系,含煤丰富,储量较大,煤质较好,成为晚三叠世重要聚煤区;华北西北东北地区晚三叠世广泛分布了陆相含煤盆地,但媒质较差。[33][35]

石油与天然气

中国北方陆相三叠系中的含油地层,有准噶尔盆地的克拉玛依组、陕甘宁盆地的铜川组等层位。早三叠世晚期嘉陵江组是有名的天然气储集层,川中、川西北的雷口坡组、须家河组,也见有具备工业意义的石油天然气,上三叠统多产油页岩,且南方和北方均有产出。[33]

扬子浅海的川东北地区,下三叠统上部嘉陵江组是中国的天然气储集层。松辽盆地的松花江群是著名大庆油田的生油层和储油层,也是世界上有代表性的陆相大型油田。塔里木西南缘的英吉莎群代表滨浅海型重要油田。[36]

石膏与盐类

扬子浅海在早三叠世至中三叠世普遍出现咸化潟湖环境,形成石膏矿产。在上扬子海盆的川中地区,还共生有盐岩和卤水,是寻找钾盐的远景区。[36]

金属矿

金属矿与岩浆活动有关,如中国秦岭和华南各省的部分钨锡等多金属矿床;藏北有铜、锌、石棉矿床等。[34]

气候环境

三叠纪期间的全球气候条件似乎比现在更加均匀,没有极地冰。赤道和两极之间的温差较为温和,并不极端,这将导致生物栖息地的多样性减少。据推测,由于泛大洋的体积很大,三叠纪期间的海洋环流模式相对简单,由每个半球的巨大单环流组成。[37]

三叠纪时劳亚大陆(北方大陆)位于北半球特提斯海大致处于赤道附近,存在热带亚热带气候,冈瓦纳大陆(南方大陆)大部分处于南半球。根据古气候标志的特质可以认为三叠纪的气候为干燥温暖,无冰川沉积,且无论是在低纬度还是高纬度地带都普遍有砂岩和红层岩沉积,煤层很少。[38]晚三叠世时北方干燥气候带显著缩小,说明气候已转潮湿。[39]三叠纪的情况大致可以被分为前后两个阶段:三叠纪前期是晚二叠世气候的延续,以干燥炎热为主,广泛出现红层、蒸发岩类和耐旱的植物;三叠纪后期转变为温暖潮湿气候,普遍形成含煤地层。相比较三叠纪早期和晚期的研究,对于三叠纪中期的气候情况研究较少。[6]

放眼全球,各地情况也有所差异。在早、中三叠世时期,大致可以划分出三个不同的气候带。一为特提斯海域的热带亚热带气候,广泛发育三叠纪灰岩,某些地区出现了生物礁;二为干燥气候带,包括中欧、东欧、中国华北和华南等地区,红层和蒸发岩类广泛分布;三为温湿气候带,包括西伯利亚、库兹涅茨等地,三叠系含煤沉积发育。在晚三叠世时,北方干燥气候带明显缩小,中国华北、华南等地出现含煤沉积,说明当时气候已转为潮湿。[6]

生命发展

二叠纪到三叠纪,也是从古生代进入中生代,生物界发生了重大变化。许多二叠纪末期的生物种类灭绝,例如三叶虫、四射珊瑚等灭绝,大量腕足类减少。植物界同样有明显变化,裸子植物大量增加。[40]

脊椎动物

早、中三叠世脊椎动物是晚二叠世类型的延续与发展,迷齿两栖类和爬行类中的二齿兽类十分繁盛。三叠世中晚期则出现了陆生恐龙类和返回海洋生活的恐龙类,以及最原始的似哺乳类(摩根尖齿兽、三尖齿兽类等),分布于世界各地,标志着爬行动物进入一个新的演化阶段。三叠世后期出现在海洋生活的鱼龙类,并在侏罗纪成功占据海洋领域。三叠世后期的鱼类则以全骨鱼为主。[41][42]

名称主要代表物种主要变化特征形象图参考资料
鱼类雷氏鱼(Radfieldia)等三叠纪时出现了进步鱼类,其尾鳍的上叶缩短,鳞片的中层变薄,上、下颌缩短。作为代表的雷氏鱼是较高一级的全骨鱼类,但又具有软骨硬鳞鱼类的过渡性质。到晚三叠世后期,全骨鱼类几乎完全取代了软骨硬鳞鱼类。海洋中还有空棘鱼类(Coelacanthini),河湖中则有角齿鱼(Ceratodus)
雷氏鱼
雷氏鱼

[43]
两栖类宽额蜥(Metosaurus)、三叠蛙(Triadobatrachus)等三叠纪两栖动物的典型类型是迷齿亚纲的全椎类(Stereospondylus),且十分繁盛,在三叠纪末期完全绝灭。晚三叠世的宽额蜥是最后的迷齿类。此外,新两栖类(无尾两栖类)出现于三叠纪,发现于马达加斯加下三叠统的三叠蛙可视为其原始的代表,其头骨数目减少,骨片变小,余现代蛙类极其相似,但有残留的短尾
三叠蛙
三叠蛙

[43]
海生爬行类鱼龙类(Ichthyosaurus)、幻龙类(Nothosauria)等鱼龙类最早出现于中三叠世,其体形变态,呈鱼形。中国的三叠纪鱼龙类包括贵州的Mixosaurus(混鱼龙)、安徽的Chaohusaurus(巢湖龙)、西藏的Himalayasaurus(喜马拉雅鱼龙)。
幻龙类最早出现在早三叠世晚期,繁盛于中三叠世,于晚三叠世小时,是小型到中等大小的基干鳍龙类,属于三叠纪特提斯海域最常见的类型。它们体形细长,有小而扁平的头骨、长的颈部和伸长的四肢。幻龙类化石发现于欧洲北非、西亚和中国等地
鱼龙类
鱼龙类
幻龙类
幻龙类

[43][44]
陆生爬行类龟类鳄类、恐龙、兽孔类等龟类:真正的龟类出现于中或晚三叠世,代表是Proganochelys(原颌龟),其头骨骨片数量减少,牙齿消失,以后的龟类在此基础上发展起来。
鳄类:出现于晚三叠世,代表是Protosuchus(原鳄),长不过一米,是槽齿类的后裔,具两栖习性,是后来鳄类的祖先。
恐龙:最初出现于晚三叠世。原始恐龙的代表是Coelophysis(腔骨龙)和Plateosaurus(板龙),属蜥臀目
兽孔类:是三叠纪另一重要爬行类,著名代表是早三叠世的Lystrosaurus(水龙兽)和中三叠世的Kannemeyeria(肯氏兽)。属于兽孔类的兽齿类是当时向哺乳类迅速发展的类型,其中Cynognathus(犬颌兽)最为典型,其牙齿高度分化,体形如犬,下颌骨的齿骨相当扩大,几乎占了整个下颌,,生活在早三叠世
腔骨龙
腔骨龙
水龙兽
水龙兽
[43]
哺乳类摩尔根兽(Morganucodon)等摩尔根兽属始兽亚纲,其牙齿分化,并具有哺乳类的齿式,下颌由单一的齿骨构成,背面有高而大的冠状突,还有良好的髁跟鳞骨关节,但颌的内侧有一条沟,可视为爬行类的关节残留
摩尔根兽
摩尔根兽

[43]

无脊椎动物

三叠纪期间,海生及陆生无脊椎动物均十分繁盛。海生无脊椎动物包括菊石类双壳类六射珊瑚等类别;淡水无脊椎动物最重要的则是双壳类,以蚌科为主,多集中于晚三叠世,同时介形类和叶肢介亦有所发育,往往具地方性特征。[43][45]

名称主要代表物种主要特征形象图参考资料菊石类蛇菊石(Ophiceras)、副齿菊石(Paraceratites)、粗菊石(Trachyceras)等菊石类曾在晚古生代末期遭受巨大冲击,几乎灭绝,但在三叠纪又迅速发展,成为中生代海相地层中的重要标准化石。三叠纪早期的菊石类具有简单齿菊石式缝合线,壳面纹饰简单;三叠纪后期为齿菊石式或菊石式缝合线,壳面有瘤、肋。中三叠世以副齿菊石为代表,晚三叠世以粗菊石为代表。就分类面而言,齿菊石科、褶菊石科、扁菊石科等都是三叠纪所特有,当时的菊石总数可达260属左右,约计3000种,但到了瑞替期时种类大减,仅剩十余种[46][8][47]双壳类真形蛤(Eumorphotis)、克氏蛤(Claraia)等双壳类是三叠纪重要的化石,不仅广泛适应于正常海水,而且在超咸水、半咸水和大陆淡水等环境中被发现,常在浅海灰岩地层中划分出组合或化石带,但古生代的种类大都灭绝,代之以新种类,并于晚三叠世时趋向繁盛。早三叠世有假克氏蛤(Pseudoclaraia)和正海扇(Eumorphotis)等;中三叠世常见海燕蛤(Halobia)、鱼鳞蛤(Daonella)等;晚三叠世常见缅甸蛤(Burmesia)、云南蛤(Yunnanophorus)等。三叠纪的海生双壳类约有170多属,近2000种。同时淡水双壳类在晚三叠世也十分繁盛,代表性的属有陕西蚌(Shaanxiconcha)和珠蚌(Unio)等[47][8]牙形类新舟刺(Neogondolella)、新铲齿刺(Neospathodus)等牙形类在三叠纪地层中占据重要地位。三叠纪时牙形类最后的一个繁盛时期,不仅属种丰富,且演化比二叠纪时更迅速。新舟刺、新铲齿刺等常见化石个体小,以复合型为主,台型较少。早三叠世以新舟刺和新铲齿刺为主;中、晚三叠世以舟刺为主;三叠纪末期牙形类完全绝灭。目前国际上三叠纪的牙形刺化石已划分出22个化石带[47]其他门类珊瑚类、腕足类、叶肢介等珊瑚类:三叠纪时,六射珊瑚取代了四射珊瑚,并迅速发展,到晚三叠世时已遍及全球,形成以珊瑚为主的生物礁,自北纬60°到南纬30°均有分布。其骨骼为石灰质,有横板、隔壁等构造,隔壁数常成六的倍数腕足类:以小嘴贝类和穿孔贝类最为繁盛,石燕贝类仅残存少量属种,它们在浅水相灰岩中较为常见。叶肢介:在我国具有重要地层意义。早三叠世的属种多为古生代延续而来,常见有犄叶肢介(Cornia)、加蓬叶肢介(Gabonestheria)等;中三叠世常见有香溪叶肢介(Xiangxiella)、原单脊叶肢介(Protomonocarina)等;晚三叠世则有真叶肢介(Euestheria)等[47][47][48]

植物类

三叠纪以裸子植物松柏、苏铁、银杏及蕨类植物中真蕨类繁盛为特征。古生代高大的石松类至三叠纪仅存矮小得分肋木(Pleuromeia),该属在世界各地的早三叠世广泛分布,生在在近海环境中,已成为重要的标准化石。[49]

从全球范围看,三叠纪早期,北美和欧洲大陆气候干旱,森林植物仅生长在有限的地区,如在北半球沼泽区中,草本石松植物肋木(Pleuromeia)与木贼新芦木(Neocalamites)共生。晚三叠世时,北半球北方出现北带植物群。在哈萨克西部,有以丁菲羊齿(Thinnfeldia)、丽羊齿、鳞羊齿(Lepidopteris)、鱼网叶(Sagenopteris)、拟丹尼蕨(Dan-aeopsis)等组成的植物群。北半球南带则具有大量苏铁植物和双扇蕨科的植物群,其中苏铁植物包括蕉羽叶(Nillsonia)、侧羽叶(Pterophyllum)等,双扇蕨包括网脉蕨(Dictyophyllum)、奇叶蕨(Thaumatopheris)等。南半球的植物群,在三叠纪以具有种子蕨(Dicroidium)为特征,早期在此区舌羊齿有所发育,有时与裂鞘叶、匙叶伴生。晚期种子蕨和鳞羊齿较为常见。[50]

在中国,早三叠世前期继承了了晚二叠世的干旱气候,出现了以肋木和伏脂杉为代表的植物群;中三叠世由于干热、半干热的气候向温湿气候转变,植物趋向繁荣,出现典型的中生代类型;晚三叠世时,北方区已处于亚热带-温带环境,植物更趋繁盛,其中真蕨类极为繁盛,有着重要的地层古气候学意义。[49][43]

以古天山(或古昆仑山)—古秦岭—古大别山一线为界,中国可划分为南北两个植物地理区,北方区也被称为内陆植物区。[47]

名称气候特点主要植物种类形象图参考资料
北方区(内陆植物区)早三叠世前继承了二叠纪晚期的干旱气候;中三叠世气候转向湿润;中三叠世后期,特别是晚三叠世,北方已处于温带—亚热带气候环境中早三叠世由于干旱气候,出现了以肋木和伏脂杉代表的植物群;中三叠世植物趋于繁盛,出现了伏脂杉—爱河羊齿(Aipteris)典型的植物群;晚三叠世形成了以Danaeopsis—Bernoullia为代表的延长植物群
肋木
肋木

[49][43][47]
南方区晚三叠世南方区位于热带—亚热带的近海环境该区早三叠世的的植物仅有零星发现,有华夏植物群的残存分子;中三叠世的植物面貌并无多大改观;晚三叠世南方区的植物界才得到较大发展,尤以双扇蕨科和苏铁类最为丰富,形成了以Dictyophyllum—Clathropteris为代表的东京植物群
双扇蕨
双扇蕨

二叠纪-三叠纪生物灭绝事件

二叠纪-三叠纪生物灭绝事件,也被称为晚二叠世灭绝事件,是地球上已知最严重的灭绝事件,形成了二叠纪和三叠纪地质时期之间的边界,也是古生代新生代的转折点。以往科学家认为跨越二叠纪-三叠纪边界的岩石序列太少,并且包含太多的间隙,科学家无法可靠地确定其细节,[51]但现在已有研究表明该大灭绝事件发生在251.941±0.037和251.880±0.031万年前,持续时间为60±4.8万年。[52]

二叠纪-三叠纪生物灭绝事件的成因存在多种可能,包括缺氧、气候变暖、外星撞击及其他潜在原因。[53][54][55]

缺氧(Anoxia):缺氧导致二叠纪末生物大灭绝的猜想得到了大量沉积学古生态学岩石学地球化学研究的支持,细层状黄铁矿沉积物广泛出现在二叠三叠纪边界断面,从浅海陆架到深海平原,表明了全球缺氧的程度。[54]从二叠纪晚期到三叠纪早期。发生了广泛的海洋缺氧(严重缺氧)的证据,白云岩和爱达荷州二叠纪-三叠纪边界沉积物的地貌、动物和地球化学证据也表明,最早的三叠纪曾发生过一次重大缺氧事件[56]气候变暖(Warming):气候变暖被视为二叠纪末海洋缺氧和相关海洋栖息地丧失的关键因素。有学者认为在华南地区,幸存有孔虫迁移至更深水域的行为是为了避开致命的高温表层水。同样,在二叠纪=三叠纪的过渡时期,一些赤道类群进行了长距离的迁移,迁移至高纬度较凉爽的水域,尽管这些幸存种群存活到了最早的三叠纪,但最终仍然灭亡。[54]有数据表明,在二叠纪-三叠纪边界附近,海水温度升高了月6℃,可能使海水的总温度升高至约30~32℃。[53]

外星撞击:有科学家认为二叠纪—三叠纪生物灭绝事件可能是外星撞击导致的,在华南和日本的二叠系—三叠系界线地层中发现富勒烯(一种由碳元素构成的具有球状结构的物质),其中包含一些氦气氩气,其同位素组成与天外星体类似,因此认为大灭绝是外星撞击引起的。而在南极洲二叠纪末期的地层中也发现了多种球粒陨石碎片,其金属球粒中各种矿类数值表明其来源于天外星体。但此类说法也遭到了不同科学家的怀疑,外星撞击作为二叠纪—三叠纪生物灭绝事件的原因仍缺乏可靠证据。[55]

在这次事件中,海洋生态系统中超过90%的生物物种灭绝,古生代占主导地位的许多生物门类都遭受到重创甚至完全消失,如腕足动物三叶虫四射珊瑚等,原本不占主导地位的类群在此次事件后迅速崛起,成为海洋中主要生态空间的主人翁,如软体动物双壳类腹足类等。在陆地上,四足脊椎动物和植物在二叠纪—三叠纪边界的多样性显著降低,仅有30%的陆生脊椎动物存活到三叠纪。[57][37]

三叠纪末生物灭绝事件

三叠纪末生物灭绝事件是发生在三叠纪末期(约2.52亿至2.01亿年前)的全球灭绝事件,其严重程度在跨越地质时间的五次主要灭绝事件中排名第四。[58]

与二叠纪—三叠纪生物灭绝事件一样,三叠纪末生物灭绝事件的发生原因存在多种说法,包括海洋酸化与缺氧、温室效应、野火作用等。[59]

海洋酸化与缺氧:中大西洋火成岩省爆发造成二氧化碳浓度升高和气候变暖,促使大陆化学风化速率增强,带来一系列海洋酸化与海洋缺氧等事件,通过研究特提斯海岸带的阿尔卑斯山、内华达、欧洲西北部和东亚等三叠纪-侏罗纪之交(TJB)剖面的海洋沉积序列,发现浅海无脊椎动物于三叠纪末发生了大规模灭绝,因此认为三叠纪末海洋已经大幅退化,这是导致大规模灭绝事件的原因之一,另一原因则是赫塘阶(Hettangian)海侵期间发生的普遍缺氧事件。[59]此外,米诺-坦巴(Mino-Tamba)地层复合体已经确认了三叠纪末生物灭绝事件期间酸化的证据,并且在全球范围内都观测到了表明透光带缺氧的生物标志物。[60]温室效应:通过分析东格陵兰岛瑞典南部二叠纪-三叠纪边界剖面中保存的巨型植物化石的生理生态学,发现 二氧化碳和古气温上升会对叶片造成相关的热损伤,干旱会影响二叠纪-三叠纪边界大型物种的生存和分布,继而导致灭绝。而基于德国南部、北部和瑞典南部多个钻孔岩心观察,三叠纪末期蕨类植物明显增加,表明洪水玄武岩火山活动与陆地生态系统扰动联系紧密,认为陆地植物大规模灭绝的主要原因为中大西洋火成岩省爆发所带来的温室效应和土壤酸化[59]野火作用:在横跨三叠纪-侏罗纪边界的波兰沉积层中,木炭碎片的存在和热解多环芳烃含量的增加表明,在三叠纪-侏罗纪过渡之后的侏罗纪早期,野火极为普遍,在中大西洋火成岩省区域内也存有大量的野火证据。[59][61]

这次灭绝事件对部分生物门类影响极大,如软体动物中的双壳类菊石类牙形刺腕足动物等,都发生了大规模的灭绝和演替。其中,在三叠纪占主导地位的齿菊石类全部灭绝,双壳类近半数的属和大部分种在此次事件中消失,古生代和三叠纪重要的地层标志分子——牙形刺全部灭绝,珊瑚中约96%的属级分类单元小时,重创生物礁生态系统。而一些海生动物,如腹足类和多数脊椎动物等,则没有产生明显的变化。[57]

参考资料 61

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  12. 《中国地层表(2014)》正式实施 — 中国地质调查局
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  60. Onset of environmental disturbances in the Panthalassic Ocean over one million years prior to the Triassic-Jurassic boundary mass extinction — Science Direct
  61. WIDESPREAD UPPER TRIASSIC TO LOWER JURASSIC WILDFIRE RECORDS FROM POLAND: EVIDENCE FROM CHARCOAL AND PYROLYTIC POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS — BioOne Digital Library

注释

  1. Ma:地质年代单位,百万年
  2. GSSP,全称为Global Stratotype Section and Point,中文为“金钉子”,意为全球年代地层单位界线层型剖面和点位,是为定义和区别全球不同年代(时代)所形成的地层的全球唯一标准或样板,并在一个特定的地点和特定的岩层序列中标出,作为确定和识别全球两个时代地层之间的界线的唯一标志。
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