中中新世气候最适宜期（MMCO）对印度西部Dwarka盆地Gaj组生物地层与古环境的塑造：多指标重建与全球变暖响应

《Geological Magazine》：Biostratigraphy, mineralogy and paleoenvironmental analysis of the Miocene Gaj Formation from the Dwarka Basin, western India

本研究针对印度西部Dwarka盆地中新世Gaj组地层划分争议及古环境重建不足的问题，通过整合生物地层学、微相分析、矿物学与地球化学数据，重建了Aquitanian–Langhian期（约23–14 Ma）的沉积环境与古气候变化。研究首次在Gaj组识别出中中新世气候最适宜期（MMCO）的显著影响，发现气候变暖导致有孔虫壳体矮化（dwarfsm）及生物多样性降低，揭示了全球变暖对浅海生态系统的胁迫效应。成果为理解中新世气候转型与区域构造-海平面协同演化提供了关键证据。

　　

论文解读

印度西部Kathiawar半岛的Dwarka盆地保存了中新世以来连续的海洋沉积序列，是研究特提斯洋演化与印度板块北向漂移过程的关键地质档案。尽管早期研究对盆地内Gaj组的软体动物、珊瑚等宏体化石进行了初步描述，但其高精度生物地层框架、沉积环境演变及古气候响应的系统研究仍存在显著空白。尤其在中中新世气候最适宜期（Middle Miocene Climatic Optimum, MMCO）这一全球增温事件中，该区域海洋生态系统的响应模式尚未明确。此外，学者对Gaj组的地层划分方案存在分歧：早期研究认为其仅代表Burdigalian期沉积，而Jain（2014）提出其跨越早-中中新世。这些争议亟需通过多学科手段进行厘定。

为填补上述知识空白，由Swagata Chaudhuri领衔的研究团队对Dwarka盆地Gaj组开展了系统性野外观测与室内分析。研究基于40条剖面岩相数据构建了复合地层柱，通过有孔虫生物地层学、微相识别、X射线衍射（XRD）矿物学及化石形态计量学，重建了Aquitanian至Langhian期（约23–14 Ma）的沉积环境序列，并揭示了MMCO事件对生物群落的深远影响。相关成果发表于《Geological Magazine》，为中新世气候-构造-海平面耦合机制提供了印度西部边缘海的高分辨率案例。

关键技术方法

研究团队通过野外剖面测量与采样（40个点位），结合薄片显微鉴定、X射线衍射（XRD）矿物分析及ImageJ软件化石形态统计，建立了Gaj组七段地层（Nandana至Dabla Mandir段）的沉积相模式。有孔虫生物地层学采用浅海底栖带（Shallow Benthic Zone, SBZ）方案，以大型底栖有孔虫（LBF）如Miogypsina、Archaias、Borelis melo为标志化石定年。微相分类遵循Folk（1962）与Dunham（1962）方案，通过化石组合与岩性特征反演古水深与能量条件。

研究结果

1. 生物地层学：厘定Gaj组时代与沉积速率

有孔虫组合显示Gaj组时代为Aquitanian晚期至Langhian期，主体属Burdigalian阶。Nandana段底部Neorotalia viennoti等化石指示SBZ 24（Aquitanian末期），中上部Miogypsina与Pseudotaberina malabarica富集层对应SBZ 25（Burdigalian期），而Dabla Mandir段Borelis melo的爆发标志SBZ 26（Langhian期）。沉积速率计算表明SBZ 25单元平均堆积速率约1.1 cm/ka。

2. 沉积环境演变：从潮坪到外陆棚的旋回

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  Nandana段：底部生物碎屑泥粒岩（Nma单元）含Amphistegina与浮游有孔虫，指示浪基面以下的中外陆棚环境；上覆Turritelline腹足类富集页岩（Nmb单元）代表富营养潮坪-浅海过渡带；顶部粒泥岩（Nmd单元）中大型平旋Lepidocyclina反映低能中缓坡环境（水深50–60 m）。
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  Kuranga段：红-灰页岩交替（Kma单元）表征潟湖相；砂岩层（Kmb单元）的Archaias kirkukensis指示潮坪-内陆棚环境；上覆泥灰岩（Kmc单元）中浮游有孔虫与Miogypsina共存，反映海侵背景下的浅海环境。
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  Ranjitpur–Ashapuramata段：棕色页岩（Rma单元）无化石，可能为滨海沼泽；灰岩（Rmb单元）富含珊瑚与LBF，属中内陆棚；上覆壳屑砂岩（Rmc单元）具高能海滩特征。Ashapuramata段红粘土中Vicarya verneuili（Potamididae）化石群指示红树林-泥坪环境。
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  Charkala–Dabla Mandir段：Charkala段页岩（Chka单元）的Pseudotaberina malabarica与Seagrass关联，代表内陆棚；Dabla Mandir段灰岩（Dmb单元）中Archaias angulatus富集，反映背礁浅水环境（<30 m）。

3. MMCO的生物响应：暖化胁迫与形态适应

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  有孔虫多样性衰减：从Nandana段至Dabla Mandir段，LBF与小型底栖有孔虫（如Ammonia）种数显著降低，反映MMCO（约17.5–15.9 Ma）的生态胁迫。
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  壳体矮化现象：Ammonia房室尺寸在Kuranga段最大（Kmb单元），至MMCO期（Kmc单元）缩小约30%，体现“暖化诱导矮化”（warming-induced dwarfsm）；而光合共生型LBF（如Archaias）因碳酸盐饱和度升高，壳体尺寸反而增大。
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  珊瑚与藻类衰退：Kuranga段后珊瑚丰度锐减，可能与温度升高、陆源输入增加及文石饱和度下降有关。腹足类（Strombidae、Naticidae）在MMCO期体型减小，符合温度-体型法则（temperature-size rule）。

结论与意义

本研究通过多指标耦合分析，确立了Dwarka盆地Gaj组的高精度年代框架（Aquitanian–Langhian），重建了其从潮坪至外陆棚的沉积演化序列，并首次在印度西部记录到MMCO事件的显著生态效应。结果表明：全球变暖导致浅海生物出现壳体矮化、多样性降低等适应性响应，而区域构造（如Saurashtra地拱抬升）与海平面波动共同控制沉积相分布。该研究不仅解决了Gaj组地层划分争议，更为理解中新世气候转型期海洋生态系统响应机制提供了关键类比，对预测现代全球变暖下的海洋生物演化趋势具有启示意义。