中国贵州省西南部拉迪尼期（中三叠世）兴义动物群的地质年代校准及其持续时间

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Astronomical age calibration and duration of the Ladinian (Middle Triassic) Xingyi Fauna, southwestern Guizhou Province, China

Xingyi Fauna的持续时间通过高分辨率XRF元素分析结合天文周期测定为约169.49万年，揭示轨道强迫与火山活动共同驱动古环境变迁及生物演化。

　　

张英高|姜大勇|本谷良辅|廷托里·安德烈亚|孙卓宇|周敏|苏欣迪|王银诺|姚明涛

北京大学地质与地质博物馆地质学系，教育部造山带与地壳演化实验室，北京100871，中国

摘要

拉迪尼期的邢义动物群记录了二叠纪末大灭绝后中三叠世重要的生物辐射和生态转变。然而，邢义动物群的确切持续时间和古环境背景仍不清楚。为了解决这个问题，我们使用高分辨率XRF元素示踪技术对尼迈沟剖面的法郎组进行了循环地层学分析。Fe/Al的光谱分析揭示了米兰科维奇周期（405千年的偏心率变化、约95千年的短偏心率变化、约45千年的倾角变化、21千年的岁差变化）以及次米兰科维奇周期（12.5千年和5.4千年），表明偏心率峰值放大了由岁差驱动的水文循环，并增加了硅质碎屑物质的输入。通过整合独立的年龄约束和沉积速率模型，这些周期被锚定在一个火山灰层中的U-Pb锆石年龄，并调整到稳定的405千年偏心率，从而确定了尼迈沟剖面第17层到第273层的天文时间尺度约为149万年。这一框架将邢义动物群化石层的持续时间限定在约169.49千年（约2.4047–2.403亿年）。邢义动物群的典型物种Keichousaurus hui的持续时间被天文周期确定为103.47千年，但95%的置信区间为214.89千年，反映了其短暂的生存期。邢义动物群的古环境受到轨道强迫和火山活动的共同影响。火山来源的营养物质供应可能促进了邢义动物群的生态转变。我们的研究强调了轨道强迫和火山活动在塑造中三叠世海洋生态系统中的作用。

引言

中三叠世（约2.467–2.37亿年）（Cohen等人，2024年）是理解二叠纪末大灭绝后生物恢复和生态系统重建的关键时期（Chen和Benton，2012年；Benton等人，2013年；Benton和Wu，2022年；Jiang等人，2023年）。在此期间，发生了重大转变：呼吸空气的四足动物成为海洋社区中最大的动物，并最终成为顶级捕食者（Fr?bisch等人，2013年；Jiang等人，2020年；Sander等人，2021年）。多个化石遗址提供了关于中三叠世海洋生物多样性和演化的关键见解，包括安尼西期的潘显动物群、卢平生物群、斯特莱洛维茨生物群和化石山动物群，以及拉迪尼期的蒙特圣乔治奥动物群、上穆谢尔卡尔克生物群、邢义动物群和卡西安生物群（Song等人，2025年）。其中，邢义动物群以其保存极为完好的海洋爬行动物、鱼类、无脊椎动物和纳米化石及粪化石而特别引人注目（Jiang等人，2025年）。其独特的古地理位置使其成为连接西部特提斯洋和东部帕塔拉斯洋的古生物地理交换中心（Lu等人，2018年；Jiang等人，2023年）。

邢义动物群包含两个不同的组合，分别位于连续的沉积序列中。下层组合以小型到中型的厚背龙类和诺索龙类为主，类似于安尼西期的潘显动物群和安尼西期-拉迪尼期边界处的西部特提斯洋蒙特圣乔治奥动物群。相比之下，上层组合则包含大型鱼龙类、皮斯托龙类爬行动物和飞鱼，与卡尼期较年轻的官岭生物群以及阿尔卑斯山和加利福尼亚的Raibl和Polzberg动物群有更密切的亲缘关系（Lu等人，2018年；Jiang等人，2023年）。从生态学上看，下层组合反映了近岸社区的特征，而上层组合则代表了更具有海洋性的社区，包括能够进行长距离游动的开阔海域生物，这一点通过Qianichthyosaurus的独特尾部结构得到了证明（Yang等人，2013年）。这一动物群演替记录了从以呼吸空气的四足动物为主的浅水平台社区向以大型海洋爬行动物为主的海洋环境的重大生态转变（Kelley等人，2014年；Jiang等人，2025年）。最近的研究还显示，这一时期颗石藻也经历了显著的多样化（Erba等人，2025年），表明初级生产者的重组可能与华南地区海洋爬行动物的生态转变同时发生。

为了理解这一生态转变，需要一个高分辨率的时间框架。最初，根据菊石Haoceras xingyiense带的生物地层学关联，邢义动物群的年龄被限定在拉迪尼期晚期，具体为朗戈巴迪亚亚期（Zou等人，2015a）。已发表的放射性同位素测年数据仅提供了零星的年龄约束（Li等人，2016年）。通过识别和分析沉积层中的天文驱动气候周期，可以构建高分辨率的时间尺度（Huang等人，2020年）。基于这样的千年尺度年表，我们可以进一步研究环境变化和生物多样性演化的过程、物种兴衰的驱动因素（Ezard等人，2011年），以及环境因素和生物相互作用对多样性变化的影响（Peters，2008年）。形态学研究也表明进化速率具有时间尺度依赖性（Gingerich，1983年），基于完整地层记录的高分辨率地层学置信区间可以用来更准确地计算物种的时间范围（Motani等人，2017年）。

从特提斯洋锥石δ¹⁸O记录中发现的拉迪尼期冷却趋势（Trotter等人，2015年）得到了多指标pCO?数据的进一步证实（Foster等人，2017年）。在拉迪尼期早期和晚期，边缘海域和开阔海域都识别出一系列升温事件（Lagonegro，多洛米蒂山脉）（Trotter等人，2015年）。邢义动物群的δ¹³C显示出负向变化，这似乎支持了拉迪尼期晚期的升温事件（Zou等人，2015b）。轨道强迫在调节三叠纪全球气候变化中发挥了重要作用（Chu等人，2020年；Liu等人，2021a，Liu等人，2021b；Ma等人，2023年）。轨道驱动的古环境变化可能引发了各种生物反应，如停滞、物种形成和灭绝（Rodríguez-Tovar，2013年）。轨道尺度的地球化学周期有效地追踪了季风动态、营养通量和生产力变化，为理解地球气候、环境和进化事件的天文控制提供了关键见解。位于贵州省邢义市西部吴沙的尼迈沟剖面包含了邢义动物群的化石层，并展示了完整连续的地层序列。为了解决上述未解决的问题，对尼迈沟剖面进行系统的天文年代学和循环地层学研究至关重要。这种方法不仅可以确定其出现时间和持续时间，还可以探索驱动其演化的古环境因素。在这项研究中，我们使用时间上得到良好约束的高分辨率XRF记录对尼迈沟剖面进行了循环地层学分析，以确定时间框架并重建拉迪尼期的古环境。我们的研究旨在：（1）识别潜在的天文信号并构建天文时间框架，以校准邢义动物群的年龄和持续时间；（2）计算典型物种Keichousaurus hui的时间范围，并初步探讨其对古环境变化的生物学响应；（3）研究邢义动物群转变期间的环境变化，并评估环境与生物之间的关系。

地质背景

尼迈沟剖面位于北纬25°9′52″、东经104°47′19″，大约在邢义市吴沙镇东北方向3.5公里处（图1B）。在三叠纪时期，研究地点所在的扬子地块是一个巨大而稳定的碳酸盐平台，位于特提斯洋的东端，大部分被海水淹没，其间散布着少量的古大陆和海洋盆地（图1）（Lehrmann等人，2009年）。在中三叠世，尼迈沟剖面位于

古环境代用指标和测量

尼迈沟剖面的总厚度为69.22米。我们在露头第17层到第276层之间以4厘米的间隔收集了1558个地球化学数据点，使用Olympus Innov-X Delta手持式X射线荧光（XRF）分析仪进行测量。所有样本在测量前都去除了可见的脉纹和风化表面。每次测量的时间设置为超过120秒，以确保数据质量，结果以ppm表示。

XRF在沉积岩中检测到的许多元素信号经常

元素浓度

Mn/Sr比值、氧同位素组成以及δ¹⁸O和δ¹³C之间的相关性常用于评估碳酸盐是否经历了沉积后的变化。Mn/Sr比值小于3表明样品受到的改变较小（Kaufman和Knoll，1995年）。尼迈沟剖面的Mn/Sr比值的中间值为0.358（μ=0.475±0.864，n=1550）。通过3σ标准去除8个异常值后（见补充文本1），其范围在0到2.7816之间，表明

邢义动物群的时间约束

系统挖掘的尼迈沟剖面提供了完整的邢义动物群序列，该动物群位于一个独特的古地理位置，既是泛塔拉斯洋-特提斯洋海洋交换的进化枢纽，也是关键物种起源的典型地点。这一生物群记录了全球海退期间拉迪尼期海洋爬行动物的海洋适应性（Jiang等人，2023年），并记录了从沿海组合向海洋组合的转变。尼迈沟剖面的当前时间框架

结论

通过多种微量元素比值记录，尼迈沟剖面显示了405千年的偏心率变化、97千年的短偏心率变化、21千年的岁差变化以及12.5/5.4千年的次米兰科维奇周期。我们综合的地球化学、沉积学和循环地层学分析确定了邢义动物群的持续时间为约169.49千年，并限制了其演化事件。升高的Fe/Al和Zr/Al比值与增加的粘土含量和缺氧期相关

CRediT作者贡献声明

张英高：撰写——初稿、可视化、调查、数据管理、概念化。姜大勇：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、正式分析、数据管理。本谷良辅：撰写——审阅与编辑、方法学研究、调查、正式分析。廷托里·安德烈亚：撰写——审阅与编辑、调查、正式分析。孙卓宇：撰写——审阅与编辑、监督、调查。周敏：撰写——

资金信息

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42572002, 41920104001）和安徽省自然资源厅的技术项目（2025-k-9）的财政支持。

未引用参考文献

Chai等人，2019年

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。