伊朗西部扎格罗斯盆地上白垩统至下古新统地层中钙质纳米化石的生物地层学研究：对OAE2和PETM事件的启示

《Marine Micropaleontology》：Calcareous nannofossil biostratigraphy of the upper cretaceous to lower Paleocene succession in the Zagros Basin, western Iran: Implications for the OAE2 and PETM events

该研究系统分析了伊朗扎格罗斯盆地西南翼Kabir Kuh Anticline的Arkavaz剖面，通过微体化石（如Marthasterites furcatus）揭示了该剖面从上白垩统到下古新统的连续地层记录。识别出两个不整合面：Campanian/Santonian界线处缺失UC13生物带，下Campanian缺失UC15a-b生物带。研究显示该剖面完整记录了古近纪NP1-12生物带，并发现与OAE2（高CO2温室期）、K-Pg边界事件（白垩纪-古近纪灭绝事件）和PETM（古新世-始新世增温事件）相关的化石组合特征，为研究晚白垩世至古新世环境变化提供了关键剖面。

　　在伊朗西部和西南部的扎格罗斯盆地中，上白垩纪和古新世的地层广泛分布。然而，迄今为止，该地区钙质超微化石的连续地层记录尚未完全建立。在Kabir Kuh背斜西南翼的Arkavaz剖面，上最晚森诺曼阶至伊普里安阶的地层中存在丰富且多样的钙质超微化石。该剖面底部的化石种类Marthasterites furcatus表明其年代为晚图尔onian期。研究中识别出两个缺层，一个出现在森诺曼阶/坎帕阶界线，UC13生物带缺失；另一个出现在下坎帕阶，UC15a-b生物带缺失。剖面的大部分为坎帕阶，表明该阶段的沉积速率较高。白垩纪/古新世界线（KPB）以丰富的钙质甲藻和钙球（“Thoracosphaera” sp.）以及Neobiscutum为标志。在古新世至下始新世生物带NP1–12中，存在完整的关键指示化石记录。研究发现，Biscutum constans、Discorhabdus ignotus和Zeugrhabdotus noeliae的高丰度与森诺曼阶/图尔onian阶界线（CTB）同时存在，与其它特提斯区域的记录相似。在PETM期间，存在大量寡营养型化石，如Sphenolithus和Zygrhablithus，但缺乏在其它地区发现的许多钙质超微化石种类，而特提斯区域的其它PETM剖面则以寡营养型化石种类的显著减少为特征。Arkavaz剖面作为研究晚白垩纪至古新世时期古环境变化和生物事件的重要目标，具有重要意义。

白垩纪至古新纪时期（约100至23百万年前）见证了显著的生物和环境事件，这些事件对地球系统和生物圈产生了深远影响。自中白垩纪开始，记录了极其温暖的气候，这通常归因于高大气二氧化碳（CO₂）水平（Caldeira和Rampino，1990；Bice和Norris，2002；Hong和Lee，2012；Wang等，2014），这些CO₂水平与快速的海底扩张和大规模火山活动（Larson，1991；Lee等，2020；Percival等，2025）有关。温室气候条件为OAE2（即海洋缺氧事件）奠定了基础，这一事件以海水脱氧、海洋循环减缓和营养物质增加为特征，导致大西洋和特提斯海广泛沉积富含有机质的沉积物（例如Schlanger等，1987；Arthur等，1985，Arthur等，1988；Leckie等，2002；Tsikos等，2004；Jenkyns，2010；Takashima等，2011；Zhang等，2016；Zhang等，2025）。在康尼亚克阶至桑托阶的OAE3中，记录了富含有机质的页岩，这些页岩位于赤道大西洋和相邻的大陆架区域（例如Pratt等，1993；Rey等，2004；Wagreich等，2009；Prauss，2015；Wang等，2016；Davies等，2020；Mansour和Wagreich，2022），但在特提斯、印度、北半球和太平洋地区并未表现出明显的特征，这些地区主要沉积了白色至灰色的石灰岩、白垩和红色至棕褐色的沉积物，被称为Cretaceous Oceanic Red Beds（CORBs）（Arthur和Fischer，1977；Clarke和Jenkyns，1999；Wagreich和Krenmayr，2005；Jarvis等，2006；Wendler等，2009；Wagreich等，2009；Locklair等，2011；Mansour等，2020，Mansour等，2021；Mansour和Wagreich，2022；Eldrett等，2021）。

白垩纪/古新世界线（KPB）的生物大灭绝事件发生在约66百万年前，这一时期灭绝了约50–70%的所有陆地和海洋物种，是“五次大灭绝”中最晚的一次（Raup和Sepkoski，1982；Bambach，2006；Algeo和Shen，2024）。这一生物危机发生在全球重大环境变化的时期，其中包括德干玄武岩省（DIP）的火山活动（Schoene等，2015，Schoene等，2019；Renne等，2015；Sprain等，2019；Hull等，2020）和希克苏鲁布小行星撞击事件（Schulte等，2010）。这两种事件作为KPB灭绝的潜在原因，长期以来存在争议（Archibald等，2010；Courtillot和Fluteau，2010；Keller等，2010，Keller等，2018；Richards等，2015；Renne等，2015；Schmidt等，2016；Chiarenza等，2020；Gu等，2022），尽管这些事件的时间顺序更倾向于支持希克苏鲁布小行星撞击是这一生物灾难的主要原因（Schoene等，2015，Schoene等，2019；Algeo和Shen，2024）。

在古新世至始新世大暖期（PETM）期间，发生了约5–6摄氏度的快速短期升温，时间约为55.8百万年前（Bains等，2000；R?hl等，2007；Westerhold等，2009；Winguth等，2012）。PETM的潜在原因包括北大西洋火山区（NAIP）的火山活动和海底甲烷释放（Dickens等，1995；Dickens，2000；Charles等，2011；Wieczorek等，2013；Gutjahr等，2017），热成因甲烷的侵入和注入（Svensen等，2004），以及构造作用导致的陆架海干旱（Higgins和Schrag，2006）。PETM事件对生物圈的影响相对有限，主要表现为深水钙质超微化石的灭绝（Punekar等，2014；Keller等，2018）。

在伊朗西部的Arkavaz剖面，上森诺曼阶至下古新世的地层主要由连续的深水沉积组成，为研究这些重大生物事件（即OAE2、KPB和PETM）提供了机会。虽然此前对扎格罗斯盆地的白垩纪至古新世地层的生物和化学地层学已有部分研究（Farhad等，2010；Senemari等，2014，Senemari等，2024；Najafpour等，2015；Shokri等，2018；Senemari，2022；Kalanat和Vaziri Moghaddam，2019a；Kalanat和Vaziri Moghaddam，2019b；Mahanipour等，2022），但至今尚未有研究对这些地层的钙质超微化石生物地层学进行系统分析，特别是针对OAE2、KPB和PETM等重大事件。本文旨在建立Arkavaz剖面的上白垩纪至下古新世钙质超微化石生物地层学，并讨论所记录的钙质超微化石多样性和丰度变化对这些事件的启示。

扎格罗斯带是由于阿拉伯板块和欧亚板块在晚白垩纪的碰撞形成的，是阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的一部分（Alavi，1980，Alavi，1994，Alavi，2004）。扎格罗斯盆地在结构上被划分为扎格罗斯褶皱带（ZTB）、扎格罗斯褶皱区（ZFZ）和胡齐斯坦平原（St?cklin，1968）。根据古地理研究，扎格罗斯褶皱区在不同地区并未表现出相同的地质特征。该区域的沉积环境与周边地区存在差异，这些差异影响了沉积物的类型和组成。例如，在某些区域，沉积物主要为富含有机质的黑色页岩，而在其他区域则以红色至棕褐色的沉积物为主。这些差异可能与当时的海洋环境变化、气候条件和构造活动密切相关。

本研究采集了855个样本，用于分析上白垩纪至下古新世地层中的钙质超微化石。这些样本来自一个厚达542米的地层剖面。钙质超微化石滑片的制作采用了常规的2.5至5米间距。对于研究重点区域，滑片的制作间距更密集（约0.5米），以提高生物地层学的分辨率（参见图2中的样本位置）。钙质超微化石的分析结果表明，所有样本中都发现了钙质超微化石，其保存状况总体较好，但部分样本中存在一定的覆盖和蚀变现象。在Sarvak和Surgah形成物的0–75米范围内，以及Illam形成物的130–170米范围内，保存状况较差，多数样本中的化石被蚀变、覆盖或破碎（图2）。物种多样性在每片滑片中约为20–60种，保存状况较差的样本中，物种数量较少，且某些化石种类的分布受到限制。

Arkavaz剖面包含了一个几乎完整的上白垩纪至下始新纪地层记录，因此可能成为特提斯区域这一时期的参考剖面。通过钙质超微化石的分析，我们能够识别出两个缺层（图2）。第一个缺层出现在151.8米和156.3米的样本之间。下部样本缺乏坎帕阶的标志性化石Arkhangelskiella cymbiformis和Broinsonia parca parca，而上部样本则包含Broinsonia的种类。这表明在该剖面的中坎帕阶至晚坎帕阶之间存在一个沉积间断。第二个缺层出现在下坎帕阶，UC15a-b生物带缺失，这可能与当时的环境变化或生物事件有关。此外，研究还发现，该剖面在中坎帕阶至晚坎帕阶之间存在较高的沉积速率，这可能与当时的海洋环境和构造活动有关。

钙质超微化石的生物地层学研究不仅有助于确定地层的年代，还能揭示当时的古环境和生物事件。例如，OAE2和OAE3等海洋缺氧事件通常与高营养物质的输入和海洋循环的减缓有关，而KPB灭绝事件则可能与小行星撞击和火山活动的共同作用有关。PETM事件则可能与甲烷释放和火山活动的共同作用有关，这些因素导致了全球气候的迅速变化。通过研究Arkavaz剖面的钙质超微化石，我们可以更好地理解这些重大事件对生物圈的影响，以及它们在不同地质区域的表达差异。

在研究过程中，我们发现钙质超微化石的分布和丰度在不同地质时期存在显著变化。例如，在OAE2期间，钙质超微化石的多样性增加，这可能与当时的海洋环境变化有关。而在KPB灭绝事件期间，钙质超微化石的丰度显著减少，这可能与生物灭绝和环境恶化有关。在PETM期间，钙质超微化石的丰度再次发生变化，表现为某些寡营养型化石的高丰度，而其他化石种类则相对减少。这些变化可能反映了当时全球气候和环境的剧烈波动，以及生物群落对这些变化的适应或灭绝过程。

钙质超微化石的保存状况对生物地层学研究至关重要。在某些地质层位，化石的保存状况较差，这可能与沉积环境的变化、侵蚀作用或生物活动的减少有关。而在其他层位，化石的保存状况较好，这可能与沉积速率的增加和环境的稳定有关。例如，在Arkavaz剖面的Sarvak和Surgah形成物中，化石的保存状况较差，这可能与当时的海洋环境变化和沉积速率的减缓有关。而在Illam形成物的某些层位中，化石的保存状况较好，这可能与沉积速率的增加和环境的稳定有关。这些保存状况的变化可能反映了不同地质时期环境条件的差异，以及生物群落对这些条件的适应或灭绝过程。

此外，钙质超微化石的分布和丰度还受到构造活动的影响。例如，在扎格罗斯盆地的某些区域，由于构造活动的强烈影响，沉积物的类型和组成发生了显著变化。这些变化可能与地壳运动、海平面变化和海洋环境的改变有关。通过研究这些变化，我们可以更好地理解扎格罗斯盆地的构造演化历史，以及其对生物地层学和古环境研究的影响。

在研究过程中，我们还发现钙质超微化石的分布和丰度与古气候的变化密切相关。例如，在OAE2期间，由于全球气候的温暖和高营养物质的输入，钙质超微化石的多样性增加。而在KPB灭绝事件期间，由于气候的剧烈变化和生物灭绝，钙质超微化石的丰度显著减少。在PETM期间，由于气候的快速升温，钙质超微化石的分布和丰度发生了显著变化，表现为某些寡营养型化石的高丰度，而其他化石种类则相对减少。这些变化可能反映了不同地质时期气候条件的差异，以及生物群落对这些条件的适应或灭绝过程。

总之，Arkavaz剖面的钙质超微化石记录为研究晚白垩纪至古新世时期的重大生物事件提供了重要线索。通过分析这些化石的分布、丰度和保存状况，我们可以更好地理解当时的古环境变化、生物事件以及它们对生物圈的影响。这些研究不仅有助于建立更精确的生物地层学框架，还能为古气候和古环境研究提供重要的数据支持。此外，这些研究还可能揭示不同地质区域在相同事件中的表达差异，以及构造活动和气候条件对这些差异的影响。因此，Arkavaz剖面在研究晚白垩纪至古新世时期生物事件和古环境变化方面具有重要意义。