新疆哈密三道岭中侏罗蕨类植物及古气候意义

＊贾慧 索义虎 马铮涛 屈林博

（西安石油大学 地球科学与工程学院 陕西 710065）

1.前言

新疆哈密地区西山窑组地层有许多蕨类植物化石出露，通过观察蕨类化石的叶片结构特征，根、茎和叶，可以准确地为植物大化石定名，前人已经做了很多详细的研究，我们的工作主要是通过前人资料对比，对已发现的植物化石进行分类鉴定。

根据植物化石的形态，埋藏学等判断古气候。该地层保存有完整的植物大化石，大多数大型植物化石属于亚原地埋藏系列，例如已经发现的银杏类和松柏类化石，我们可以根据植物化石的器官，对已经有环境指示的植物化石进行对比分析，并与现在的植物化石进行对比研究，对哈密地区中侏罗当时的气候进行详细的描述，创立蕨类植物化石研究古气候的研究方法，尤其是植物大化石，为研究古气候提供新的证据。前人对该地区的煤地质[1-4]，生油潜力等都做了详细的研究，然而对古气候的描述却较少。

该植物群所处的时代属于中侏罗世早期[5]。李瑞云在前人的基础上，利用苔藓类植物重建了三道岭地区的古气候与古环境[6]，前人大多数为小型以及微小型植物作为研究对象，尽管研究的层次比较深入，论述的也比较完善和详细。但是关于三道岭地区的古气候与古环境的理论数据依旧较少，研究方面较为单一，仍需要我们进行不懈的探索。

2.地质地理概况

(1)研究区概况

植物化石取自新疆哈密市三道岭露天露头，该区为煤矿所在地，地处哈密市西偏北90km处，是西北地区最大露天煤矿，其中包括三道岭地区的煤矿，它的面积约为1000km2，该地区气候比较干燥、少雨。

研究区盆地从古生代末就开始开始发育，形成大型内陆山间盆地的时间大致在中、新生代。盆地演变有几个重要阶段，有海陆过渡时期，也有凹陷盆地发育时期，最后变成如今的吐哈盆地。

(2)研究区地层

根据吐哈盆地侏罗纪地层中古生物组合[7-10]，沉积学，层序地层学[11-14]研究，前人将产出地层命名为西山窑组。由于研究区域内侏罗统部分地层严重缺失，特别是该套地层的上半部分，所以只留下三工河组和西山窑组这两套较为完整的地层，该区域剖面如图1所示，西山窑组地层是沼泽沉积相，发育煤层，而且煤层厚度较大，在研究区域内的分布广泛，延展性比较好，覆盖面积大，而且含煤比例高。

图1 三道岭煤矿地层剖面[6]

3.材料与方法

(1)化石材料

蕨类植物化石产自吐哈盆地三道岭煤矿西山窑组地层一段灰色山岩以及黑色泥岩的岩石组合中，累计有蕨类植物化石9块，它的化石类型均为压型化石。

(2)实验方法

对采集的化石进行观测分析，根据化石的宏观形态和解剖学特征进行分类鉴定。

根据植物化石器官的详细研究，分析植物器官的完整程度，与前人原地埋藏和亚原地埋藏的其他植物化石类型进行比较，例如银杏类和松柏类植物大化石，查看同期植物化石埋藏的状况进行辅助判断。得到了蕨类植物化石的埋藏学特征；利用蕨类植物化石恢复新疆哈密三道岭中侏罗世早期的古气候[15-17]。

4.化石系统描述

本次在西山窑组发现共9块植物化石，对其中的4块进行了详细的研究，其余5块均为单一的植物器官，不足以完成整体植物化石类型的判断。三道岭中侏罗世植物群共包含 43属88种[5,1,18]，植物化石含量非常高，分布区域也比较分散，三道岭植物化石保存情况较为完整，可以进行详细的植物化石形态描述以及分类鉴别，与同地同时产出的松柏类、银杏类植物化石有明显的区别。

蕨类植物门：

真蕨纲 filicales；

蚌壳蕨科 Dicksoniaceae；

锥叶蕨属 Coniopteris；

模式产地：三道岭，哈密市，新疆，中国；

地层：西山窑组，中侏罗统；

标本编号：DSC01091,DSC01092,DSC01093,DSC01178,DS C01571,DSC01572,DSC01573,DSC01577,DSC01578（鉴定其中四块）；

鉴定特征：叶片比较简单，不仅有二次羽状复叶，而且营养叶与生殖叶的叶片形态相同，锥叶蕨属营养叶宽至少7cm，长至少9cm。末次羽形状长8cm以上，宽2cm，化石顶部末次羽片比较小。

化石形态描述：新疆哈密地区出产化石营养叶形态不完整，它的末次羽片呈现互生形态，长度有3-4cm，宽度有0.5-0.6cm，但植物的茎、叶保存完整，植物化石的细小结构有缺失，我们与现有的植物标本进行比对，根据叶片形态和分布可以确定为蕨类植物化石。

锯叶蕨尾Coniopteris如图2、图3所示。

图2 锥叶蕨属Coniopteris

图3 锥叶蕨属Coniopteris

产地及层位：新疆哈密三道岭煤矿，西山窑组第二段，中侏罗统。

5.蕨类植物化石地质学意义

(1)化石埋藏学意义

以原地埋藏或亚原地埋藏为判断依据，同时期同产出地点的化石作为对比依据，结合该地区大型植物花似的保存情况，恢复化石当时所处的环境。我们可从以下几方面判断蕨类植物化石的埋藏史，以及哈密中侏罗时期蕨类实物生存的具体环境：

通过岩性来判断埋藏类型[19-21]，化石产出地层的岩性特征可以从侧面体现植物化石的保存情况。

虽然研究蕨类植物的化石保存较难，但此次标本观察的锥叶蕨类化石大致形状、微小部位保存得比较完整，只有小部分叶片、根、茎形态不易鉴别，所以表明所坚定的锥叶蕨属有短距离的移动。

由此可以得出观察的化石样品并没有被长距离搬运，基本属于亚原地埋藏环境中，但部分植物化石标本保存有明显的缺失，在产出的蕨类植物化石的地点也挖取了5块植物单个叶片的保存化石，长度在4-5cm之间，宽度在2-3cm之间，但保存状态良好，单一叶片并没有明显的缺失，更加证实了蕨类植物的埋藏史。

(2)三道岭侏罗纪气候及环境

蕨类植物化石属于植物大化石，植物形态可以用肉眼清晰地观察，并且与松柏类和银杏类有明显的区别，可以为古气候研究提供研究材料。植物类型不同会导致植物习性则不同，不同的生长环境造就不同的植物，所以植物可以反应当时的气候条件。一种具体植物一定是生长在其特有的环境中，对气候有着特别的要求，如果气候改变，植物为了适应环境，从而使植物器官发生进化。现生蚌壳蕨科虽然是树蕨，却喜欢生长在比较潮湿的环境中。侏罗世及现代真蕨纲的研究显示蚌壳蕨科植物的管胞一直没有什么大改变，基本维持侏罗世的形态特征，由此可得真蕨纲植物在潮湿生长比较繁盛。

具不完全统计锥叶蕨属等属名下的中生代蕨类有70多种，以锥叶蕨属植物化石的数量最多，差不多60种。特提斯洋在侏罗纪的伊朗及阿富汗等地区仍残留着部分海水[22-25]，其距离新疆并不遥远，可以为当时的三塘湖盆地提供丰富的降水，由此可得当时应该为温暖湿润性气候条件。

综上所述，当时吐哈盆地是温暖潮湿型气候。

6.结论

本文对搜集到的大型植物化石进行了详细的观察，例如银杏、松柏类，通过保存完好的4块蕨类化石和5块保存较为完好的植物化石单一叶片，结合化石产出地的水动力条件，综合得出化石的埋藏类型；根据叶片形状、根、茎的长度宽度，与已经发现的植物化石，例如松柏类和银杏类进行对比，对4块植物化石进行了识别和形态上的描述；结合蕨类植物的进化历史，现生植物的生长环境，分析新疆哈密中侏罗三道岭的古气候特征。观察新疆哈密三道岭中侏罗所有植物化石，鉴别此次研究的植物化石类型为锥叶蕨。本文根据化石保存情况以及水动力条件判断当前化石群为亚原地保存，认为中侏罗世早期吐哈盆地三道岭地区为温暖湿润型的气候。