锆石U-Pb定年揭示澳大利亚新南威尔士红崖煤系上部的晚诺利期年代及其生物地层学意义

本研究发现澳大利亚新南威尔士红崖煤系上部火山灰层锆石U-Pb CA-ID-TIMS年龄为208.66±0.33 Ma，将传统认为的卡尼期地层修正为诺利期，为冈瓦纳东部晚三叠世高纬度植物群（Ipswich微植物区系）提供了精确年代框架，并对区域生物地层划分和古环境重建具有重要意义。

　　

地质背景与科学问题

晚三叠世时期，冈瓦纳大陆南部发育了显著的古植物地理分省现象，主要表现为高纬度的"伊普斯威奇微植物区系"（Ipswich Microflora）和中纬度的"昂斯洛微植物区系"（Onslow Microflora）。虽然这两个植物区系都以叉羽叶属（Dicroidium）为代表的乌克马苏目植物为主，但其他植物类群的差异分布表明存在明显的古纬度（气候）控制因素。由于当时气候相对稳定，晚三叠世期间冈瓦纳南部的植物群变化较小，导致可用于高精度孢粉地层划分的标志性孢粉类型十分有限。

澳大利亚新南威尔士北部的红崖煤系（Red Cliff Coal Measures）保存了良好的晚三叠世植物群，但长期以来缺乏精确的年代约束。该地层与昆士兰东南部的伊普斯威奇煤系（Ipswich Coal Measures）具有对比关系，但其确切年代和地层位置一直存在争议。传统上基于孢粉组合将其归入Craterisporites rotundus孢粉带，认为是卡尼期沉积，但这一认识缺乏高精度同位素年代学的支持。

研究方法与技术手段

本研究对红崖煤系上部含化石层位之上的斑脱岩层进行了高精度锆石U-Pb定年分析。首先采用LA-ICPMS方法对43颗锆石颗粒进行了初步年龄筛选，获得²⁰⁶Pb/²³⁸U和²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄分布。随后对筛选出的5颗保存完好的锆石颗粒进行了化学剥蚀同位素稀释热电离质谱（CA-ID-TIMS）分析，以获得高精度的U-Pb年龄。

同时，从红崖剖面系统采集了8个孢粉样品和植物大化石标本。孢粉处理采用标准氢氟酸处理方法，并对有机质碎片进行了热变指数（TAI）评估。植物大化石的昆虫损伤特征采用Labandeira等建立的损伤类型（DT）系统进行鉴定和分类。

年代学结果与地层意义

CA-ID-TIMS分析获得的两颗最年轻锆石的加权平均年龄为208.66±0.33/0.33/0.40 Ma（置信度95%），这一年龄被解释为地层的最大沉积年龄。其余三颗锆石年龄为255.93±0.29 Ma（吴家坪期）至214.34±0.08 Ma（诺利期），代表捕获的继承锆石。

这一精确的年代学结果明确表明，红崖煤系上部及其对比的伊普斯威奇盆地的布莱克斯通组（Blackstone Formation）属于诺利期而非传统认为的卡尼期。结合先前报道的布里斯班凝灰岩（Brisbane Tuff）年龄（227.08±0.10 Ma），表明整个伊普斯威奇煤系都可能属于诺利期。

这一发现对区域地层对比具有重要意义。如果红崖煤系、伊普斯威奇煤系以及澳大利亚东部边缘的其他伸展盆地充填都是诺利期或更年轻，那么从亨特-鲍文造山运动结束（约238 Ma，拉丁期）到这些伸展盆地发育之间就有足够的时间间隔（约11-30 Ma），这与Olierook等提出的岩石圈折沉模型相吻合，能够解释新英格兰褶皱带构造活动的最终阶段。

孢粉组合特征与古环境指示

红崖煤系的有机残骸主要由深色（热变）植物碎屑组成，占总含量的99.4%。这些植物碎屑可能来自与植物大化石相同的三叠纪植被。孢粉（花粉和孢子）仅占0.6%，平均每500个有机颗粒中仅能识别出3个通常保存较差的孢粉。

孢粉保存状况较差，热变指数（TAI）为4，镜质体反射率超过2.0。尽管如此，仍可识别出7个蕨类植物分类群和3个苔藓植物分类群。优势蕨类孢子包括Baculatisporites spp.、Apiculatisporis globosus和Striatella seebergensis（同物异名：Duplexisporites problematicus），苔藓植物以Retusotriletes junior和Stereisporites antiquasporites为代表。

孢粉组合中含有Craterisporites rotundus Oppel带的特征分子，尽管没有发现命名分子C. rotundus，但S. seebergensis的频繁出现、Falcisporites的存在以及大量Dicroidium odontopteroides macrofossils， combined with the absence of Classopollis and Polycingulatisporites crenulatus， suggest assignment to the upper part of the C. rotundus Oppel Zone。

孢粉相极度耐久的深色植物碎屑占主导地位，这是高热成熟度导致许多脆弱孢粉降解的结果，并不强烈指示特定的沉积环境。厚壁孢子相对于花粉粒的更高代表性可能也反映了对热变性的差异抵抗能力。

植物大化石组合与古植物学意义

红崖煤系的植物大化石可归入冈瓦纳三叠纪地层中相对有据可查的类群，包括至少14个物种，其中除两个外均为种子植物。

主要植物类群包括：Cladophlebis barbara（基于其中等大小的羽片、圆形先端和分叉一两次的倾斜次级叶脉）；Linguifolium tenison-woodsii（基于相对细长的带形叶片和尖锐的次级叶脉）；Taeniopteris anavolans（基于叶片宽度、叶脉角度和脉分叉程度）；Sphenobaiera insecta（基于相对细长的叶片和超过叶片长度一半的顶端分裂）；Kurtziana sp.（基于其羽状形态、收缩的羽片上边和下延的羽片下边）；Dicroidium odontopteroides（基于相对小的半圆形羽片和从羽片基部中央辐射出的分叉叶脉）；Heidiphyllum elongatum（基于平行脉的带形叶片）。

该植物群与昆士兰伊普斯威奇盆地的布莱克斯通组、塔龙盆地的塔龙煤系、南澳大利亚利溪煤系上段以及南极洲北维多利亚地的上三叠统地层具有共同的分子，表明在澳大利亚东部和南极洲的高古纬度地区存在一个相对广泛分布的共享物种植物群，这一范围大致被伊普斯威奇孢粉植物区系的地理分布所涵盖。

植物-昆虫相互作用与古生态学信息

红崖煤系的若干植物类群带有可归因于节肢动物食草性或产卵的损伤特征。在缺乏无脊椎动物实体化石的情况下，这些痕迹化石为了解晚三叠世高纬度陆地节肢动物的取食类群提供了一些见解。

发现的损伤类型包括：简单的边缘取食（DT012）和孔洞取食（DT003），这些在乌克马苏目、可能的马塔蒂目和亲缘关系不确定的裸子植物（如Taeniopteris）的叶片上都有发现；表面取食（DT103），表现为次级叶脉之间规则、连续的条带状组织移除，特别是在乌克马苏目和银杏目的叶片上；瘿瘤，少数叶片拥有变形的羽片，带有圆形增厚和中央凹陷；产卵痕，当凹陷或隆起特征形状和大小规则，并沿叶轴或叶片 clustered或以刻板排列时，暂时归因于产卵损伤；潜叶迹，一个可能的例子表现为Taeniopteris anavolans叶片上宽约1毫米的细微痕迹状凹陷。

这些取食策略的范围与在南非卡鲁盆地卡尼期莫尔滕诺组（Molteno Formation）中同等植物类群上发现的损伤类型一致。在Taeniopteris anavolans上发现的潜叶迹例子扩展了早期潜叶者的已知分布范围和寄主植物，支持了卡尼期-诺利期期间这种取食策略辐射的观点。

红崖煤系叶片上大量多样的伪食草性（成岩）损伤的识别，凸显了在某些植物化石组合中识别真正取食/产卵损伤的困难。这些特征特别阻碍了非常小的食草性伤痕的识别，例如由刺吸式（液食）取食造成的损伤和产卵痕；我们警告许多其他植物化石组合可能受到类似成岩损伤的影响。

结论与展望

红崖煤系斑脱岩层锆石U-Pb CA-ID-TIMS定年获得208.66±0.33 Ma的年龄，将传统上认为的卡尼期地层修正为诺利期，为C. rotundus孢粉带顶部年龄提供了一个校准点。红崖煤系含有一个宏体植物群，在分布于澳大利亚东部和南极洲北维多利亚地地区的诺利期地层中相当典型，表明与"伊普斯威奇微植物区系"相对应的宏体植物群分布广泛。植物叶片上中等水平的昆虫损伤包含一系列功能取食类群和产卵策略， collectively表明到诺利期时，冈瓦纳南部的昆虫群落已经是多样和复杂的。

未来的研究应重点关注伊普斯威奇煤系上部与上覆克拉伦斯-莫顿盆地（Clarence-Moreton Basin）基底单元（如阿伯代尔砾岩）之间的层段，该层段在澳大利亚东部基本上未被采样。因此，C. rotundus和P. crenulatus带之间的界线位置目前是模糊的，不能排除存在中间孢粉带或广泛过渡区间的可能性。对可能跨越这一间隔的南澳大利亚利溪煤系上部和昆士兰卡莱德煤系进行额外的孢粉学研究，可能有助于阐明这一孢粉学转变的性质。