九峰山组（中国东北部大洋湖盆地，上阿普特期）的综合孢粉学与U-Pb锆石地质年代学研究：证明中纬度地区早期被子植物的扩张

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Integrative palynology and U Pb zircon geochronology of the Jiufengshan Formation (upper Aptian, Dayangshu Basin, NE China): Evidence for early angiosperm expansion at mid-latitudes

本研究通过整合 palynological 分析与锆石 U-Pb 测年，确定中国东北大兴安岭 Dayangshu 盆地 Jufengshan 组上部的年龄为115.3±1.4 Ma（晚白垩世早期），首次发现该地层含有被子植物花粉，包括 Asteropollis asteroides 和 Songipollis spp.，证实中纬度地区已有早期被子植物扩张。

　　

张燕|伊万·R·巴雷罗|万传彪|葛文春|王国臣|薛云飞|李提|张鑫

吉林大学地球科学学院，长春130061，中国

摘要

中国东北地区早白垩世的陆地序列为评估中纬度地区早期被子植物扩张的时间和古地理背景提供了重要记录。本文通过对大兴安岭东部大洋树盆地YY4井中的九凤山组进行了综合孢粉学和锆石U-Pb地质年代学研究。从该地层的上部采集了41个样本，其中22个样本中含有保存较为完好的孢粉组合。研究区分出两个连续的孢粉组合：下层组合为Pinuspollenites—Protoconiferus flavus—Cedripites（PPC），其特征是松科和罗汉松科等针叶植物丰富，淡水藻类Botryococcus》常见，而被子植物花粉极为罕见，主要为单沟型；上层组合为Pinuspollenites—Cyathidites—Songipollis（PCS），其特点是苔藓和蕨类孢子比例增加，藻类数量增多，同时被子植物花粉（包括Asteropollis asteroides、Singhipollis vulgaris和Songipollis等）持续出现。尽管被子植物在组合中仍占少数，但在上层地层中其分类多样性有所提高。从夹层安山质角砾凝灰岩中进行的锆石U-Pb LA–ICP–MS分析得到的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为115.3 ± 1.4 Ma，将含被子植物的地层限定在阿普特期晚期。这些结果首次证实了九凤山组中存在被子植物花粉，并为大洋树盆地建立了可靠的年代地层框架。孢粉学和地质年代学数据表明，约1.15亿年前，被子植物已存在于东北亚中纬度大陆植被中，并开始早期多样化，这标志着早白垩世期间被子植物开始向低纬度地区扩展。

引言

早白垩世是过去陆地生态系统的重要时期，因为这一时期出现了最早的明确意义上的开花植物（例如Crane等人，1995年；Friis等人，2011年；Herendeen等人，2017年；Sokoloff等人，2020年；Sauquet等人，2022年）。这些早期被子植物的分布通过大量孢粉组合得到记录，这些组合展示了从瓦朗吉尼期早期的单沟型到巴雷姆期晚期三沟型真双子叶植物花粉的出现及其向极地方向的传播过程，阿尔比期时单沟型和三沟型植物都经历了显著的多样化（Doyle和Upchurch，2014年；Ciro等人，2019年）。

中国具备研究这些问题的有利条件，因为它保存了地理范围广泛且地层约束明确的早白垩世大陆植被记录。在中国东北部，非海洋地层中含有丰富的、通常保存完好的被子植物宏观化石以及分散的花粉组合，这些化石记录了该类群的早期多样化（Sun等人，2008年；Wang，2015年）。这些地层常与火山岩和凝灰岩互层，后者提供了高精度的放射性年龄数据，例如东亚大型火成岩省（EALIP），这有助于校准该地区主要的早期被子植物事件（Wu等人，2005年；Jiang等人，2011年；Jiang等人，2014年；Zhou，2014年）。尽管具有这些优良的保存条件、地层连续性和可靠的地质年代学数据，但中国的早期被子植物记录在大多数全球综合研究中仍被忽视（Sauquet等人，2022年）。

热河生物群是一个著名的早白垩世化石库，它保存了巴雷姆期至阿普特期的陆地古生态系统，这一时期对早期被子植物的辐射至关重要，其中包含丰富的鱼类、无脊椎动物、有羽毛的恐龙、鸟类和哺乳动物（Zhou和Wang，2012年；Zhou等人，2003年；Zhou等人，2021年；Zhou和Wang，2017年；Zhou，2014年；Zheng等人，2024年）。该生物群主要保存在辽宁西部以及邻近的河北和内蒙古地区的火山碎屑湖泊地层中，根据广泛的放射性测年数据，其形成时间约为1.31亿至1.2亿年前（He等人，2006年；Zhou，2014年）。除了动物群外，热河生物群还包含松科植物、银杏类、蕨类以及一些最早的被子植物，如Archaefructus等草本或水生植物（Sun等人，2008年；Wang和Zheng，2009年；Wang，2015年）。然而，热河生物群的宏观植物群与孢粉植物群之间存在显著差异。尽管在辽宁和河北的经典热河地点已经发现了多样化的被子植物宏观遗骸（例如Sun等人，2002年），但同期热河类型的孢粉植物群中尚未确认存在被子植物花粉（Li等人，2023年；Ying等人，2025年）。

本文通过记录大洋树地区（大兴安岭东部；图1）经过放射性测年的九凤山组的新孢粉植物群来填补这一空白。这些数据证明了九凤山组上部存在被子植物花粉，其年代略晚于热河期的下部地层，并为该地层中存在被子植物提供了直接证据。通过结合孢粉学数据和放射性测年，本研究确定了东北亚中纬度地区向含被子植物植被过渡的时间。

地质背景与地层

中国东北地区的早白垩世地质演化受到广泛岩石圈伸展、强烈火山活动和大陆裂谷盆地形成的影响。这一时期与东亚大型火成岩省（EALIP）的活动相吻合，这是一次持续约1.8亿至1.1亿年的重要岩浆事件，特别是在1.6亿至1.2亿年间火山活动尤为剧烈（Wu等人，2005年）。构造岩浆作用主要受到……

孢粉学分析

从YY4井（图2C）采集了41个岩石样本，该井穿透了中国东北部大洋树盆地南部的九凤山组上部（图1，图2）。样品处理遵循Wood等人（1996年）描述的标准HCl–HF–HCl孢粉学程序，包括用酸消化去除碳酸盐和硅酸盐矿物。剩余的有机残留物通过10 μm尼龙筛网过滤，其中产孢粉的样品被进一步处理。

孢粉学分析

共有22个样品产出了多样且保存完好的孢粉，其中1396–1091米地层的样品参数略好。薄壁孢粉的颜色从浅黄色到橙色不等，表明其热成熟度较低（Spina等人，2018年；Spina等人，2021年；Broggi等人，2024年；Buratti等人，2024年）。总共鉴定出60种孢子类型（包括苔藓和蕨类）、47种裸子植物花粉类型以及5种被子植物花粉类型。

九凤山组上部的年龄及其对区域对比的意义

从YY4井的安山质角砾凝灰岩中获得的锆石U-Pb年龄为115.3 ± 1.4 Ma，为大洋树盆地南部九凤山组上部提供了可靠的年代地层依据。分析的锆石具有自形结构、振荡分带和高Th/U比值，支持其岩浆成因；²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄可以确信地解释为位于九凤山组上部的孤立火山层。

结论

本研究结合了孢粉学数据和锆石U-Pb地质年代学，确定了中国东北部大洋树盆地九凤山组上部的年龄及其古生态意义。新的锆石年龄约为1.15亿年，为该地层中的含被子植物地层提供了首个可靠的时间校准，将其置于阿普特期晚期，并提高了与华北其他大陆地层的相关性。

研究识别出两个连续的孢粉组合

CRediT作者贡献声明

张燕：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、调查、数据分析。伊万·R·巴雷罗：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、资源获取、方法论构建、概念化。万传彪：验证、资源获取、方法论构建、概念化。葛文春：验证、调查。王国臣：调查。薛云飞：调查。李提：调查。张鑫：调查。

利益冲突声明

无。

致谢

我们衷心感谢编辑Howard Falcon-Lang博士和三位匿名审稿人的建设性评论和建议，这些意见显著提高了手稿的质量。作者还要感谢大庆油田有限公司勘探开发研究院的孢粉学分析工作，以及中国自然资源部（长春）东北亚矿产资源评价重点实验室在研究过程中的协助。