侏罗纪 :中生代的第二个纪

更新时间:2023-02-17 14:42

侏罗纪(Jurassic Period),中生代中的第二个纪,其时间划分约为距今2.01亿~1.45亿年(201.4Ma~145.0Ma),跨度长达5800年左右。在国际地层分类体系中将侏罗纪分为3世(统)11期(阶),应建立11枚“金钉子”,现已建立8枚“金钉子”,顶界提塘阶未确定金钉子,底界赫塘阶金钉子位于奥地利提洛尔地区卡尔德文山脉的库约赫山口。在中国地质年代表中,侏罗纪地层系统被设立为3世(统)4期(阶)。

侏罗纪时期,全球古地理格局主要以盘古超级大陆的持续裂解为主。早侏罗世(201~175Ma),盘古大陆泛大洋和特提斯洋共同构成了大致倾斜的“C”形全球古地理海陆格局;中-晚侏罗世(175~145Ma),大陆的裂解进程持续。在南半球印度板块从冈瓦纳大陆分离并开始了北漂进程;南极洲板块和澳大利亚板块等也先后开始分离。在北半球,北美和格陵兰板块与西欧和南美板块分离开来。在东亚地区,羌塘高原板块和中缅地块等持续向亚洲大陆汇聚,期间产生的煤炭和煤成气资源在陆相地层中占有重要地位,在北美、北欧、东亚、东北亚和南极洲潮湿气候带都有广泛分布。侏罗纪是地球历史上典型的温室气候期,全球平均温度比现代要高出5~10℃,在高纬度地区,海水的温度要比现代海水温度高,且全年全球无冰。

生物在侏罗纪时期得到了极大的发展。裸子植物的发展在侏罗纪进入极盛期,苏铁、银杏和松柏类都占有重要地位;软体动物门空前繁荣,杆菊石更盛,箭石与海胆也占重要地位;爬行纲中的恐龙迅速发展;哺乳纲也有所发展;真骨下纲与鸟类于晚侏罗世问世。

命名

侏罗纪英文名为“Jurassic Period”,其中“Jurassic”一词来源于瑞士法国交界的“Jura”(汝拉山,又译侏罗山),“侏罗”一词为其日语汉语音译。1795年,德国近代地理学、地质学家亚历山大·冯·洪堡(Alexander von Humboldt)根据该山的白色灰岩首先提出“侏罗灰岩”一词;1829年,法国地质学家A·T·布龙尼亚尔(Brongniart,Adolphe-Théodore)据此首次提出“侏罗地层”术语。

时期划分

国际地质年代表

在2022年第三十六届国际地质大会上国际地质科学联合会公布的国际地层表中,侏罗统被划分的3世(统)11期(阶),应设立11个金钉子,现已设立8个。

中国地层表

参考国际地层学研究基础,《中国地层表(2014)》将侏罗统划分为3世(统)4期(阶)。

地史特征

海陆格局

侏罗纪时期,全球古地理格局主要以盘古超级大陆的持续裂解为特征并对侏罗纪中、后期的古地理、古气候与古生态演化产生了深远影响。早侏罗世(201~175Ma),盘古超级大陆开始初始裂解,盘古大陆泛大洋和特提斯洋共同构成了大致倾斜的“C”形全球古地理海陆格局。中-晚侏罗世(175~145Ma),大陆的裂解进程持续,在南半球印度板块从冈瓦纳大陆分离并开始了北漂进程,南极洲板块和澳大利亚板块等也先后开始分离;在北半球,北美和格陵兰板块与西欧和南美板块分离开来;在东亚地区,羌塘高原板块和中缅地块等持续向亚洲大陆汇聚。中-晚侏罗世这一超级大陆的裂解和亚洲大陆的汇聚过程一直持续至白垩纪

地质特征

地质运动

侏罗纪地史的基本特点是联合古陆继续分裂,特提斯带洋盆进一步扩张和环太平洋带出现强烈构造-岩浆活动。联合古大陆自三叠纪未期开始出现分裂迹象,侏罗纪得到进一步增强。北大西洋西部巴哈马群岛附近已发现中侏罗世卡洛夫期(Callovian)的洋底最老深水沉积层,表明北美和非洲在这一时期已经分裂漂移,北大西洋洋壳海盆已经出现。根据南美、非洲碱性火成岩活动和玄武岩喷发高潮的同位素年龄资料,南大西洋的初始分裂很可能出现于晚侏罗世钦莫利期(Kimmeridgian)。

中特提斯古海洋于侏罗纪晚期已经扩张到最大规模。西段南欧阿尔卑斯地区可见中、晚侏罗世深水型红色结核病灰岩、放射虫硅质岩直接覆盖在浅水石灰岩之上,反映先前存在的浅水碳酸盐台地已经开裂、塌陷,转化为大陆坡至深海盆环境,但并不代表大型洋盆。东段中国青藏高原的雅鲁藏布江带、班公湖-怒江傈僳族自治州带都发现侏罗纪蛇绿岩套和洋盆沉积,该区南北不同地块侏罗纪的古地磁研究也证明存在30°左右的古纬度差,表明洋盆开裂幅度较西段更大。东南亚的南海地域已经在巴拉望岛岛北部发现中二叠-晚侏罗世连续的放射虫硅质岩地层序列,证明华南大陆(含印支地块)和北巴拉望地块之间同样存在中特提斯洋(或称古南中原地区海)。北巴拉望地块与华南大陆的拼合发生于侏罗纪未至白垩纪早期,确切的拼合带位置尚待进一步查明。东特提斯地区大规模的开裂导致冈瓦纳古大陆北缘分离出伊朗、冈底斯、西缅甸、巴拉望等一系列小型地块,它们自三叠纪起脱离冈瓦纳大陆,侏罗纪时显著向北漂移,侏罗纪末已与古亚洲大陆拼合。显然,中特提斯洋的扩张中心位于上述地块的南侧。

环太平洋带的强烈构造变动与古太平洋板块向周围大陆板块的俯冲有密切关系。在时间发生上也有一定的相对同时性,大致以中侏罗世晚期和晚侏罗世钦莫利期为两个高潮。北美大陆西缘,中侏罗世晚期表现为卡切溪等一批洋壳亲缘地体对北美大陆的增生和前陆盆地开始形成,晚侏罗世钦莫利期以内华达州运动为代表。中国东部表现为早期燕山运动的强烈构造-岩浆活动和陆内成山作用。东南沿海地区侏罗纪的火山活动在中国粤东地区发生于早侏罗世,粤闽交界发生在中、晚侏罗世,浙东地区发生于晚侏罗-早白垩世(不大于1.4亿年),显示了由南向北的转移趋势。伴随上述地壳运动的强烈者浆活动,形成太平洋金属成矿带主体部分。

印支运动后中原地区大部分处于大陆环境,古生代以来长期存在的南海北陆状态已经结束。新形成的古昆仑山脉、古秦岭横亘东西,在分隔南北古气候带上有一定影响,但沿北北东向大兴安岭太行山武陵山一线两侧的古地理分异更为明显,该线以西出现大型稳定内陆盆地,以东则属于环太平洋带强烈的地壳构造运动和岩浆活动带。持续的海侵区仅限于青藏高原怒江以南,在黑龙江省东部、台湾和湘粤地区和金沙江以东也有短期海侵中原地区侏罗纪海侵来自特提斯暖水生物大区,仅黑龙江东部虎饶地区晚侏罗世的雏蛤动物群,指示海侵来自北方海区。

地层特征

侏罗纪时期是全球古地理格局变化、地壳运动海平面变化以及古气候波动十分活跃的时期。海相侏罗系在欧洲西北部地区发育最为连续,根据其所含菊石亚纲和其他化石组合序列,将侏罗系划分为3个统11个阶。截至2023年9月,已在欧洲西北部的英国法国奥地利德国西班牙葡萄牙地区确立了8个阶的底界的“金钉子”,尚有3个阶未确立“金钉子”。中原地区西藏自治区等局部地区发育海相侏罗系以外,其余地区主要发育陆相侏罗系。

主要矿产

侏罗纪的煤炭和煤成气资源在陆相地层中占有重要地位,在北美、北欧、东亚、东北亚南极洲潮湿气候带都有广泛分布。中原地区北方早中侏罗世是主要的聚煤期,其规模仅次于石炭纪二叠纪大同市、京西门头沟区北票市鄂尔多斯盆地的神府、东胜区、华亭等地都是著名的煤田,哈密市大南湖煤田单层煤厚达182米,夹矸仅1.2米。干早气候带中的膏盐沉积见于中国滇西早侏罗世红层中。半干旱气候带中的含铜、含砂岩出现于中原地区川滇盆地、美国西部犹他州等中、晚侏罗世地层内。环太平洋带的强烈构造-岩浆活动,为一系列内生金属矿产的形成提供了有利条件。以铜、铁、铅、锌、、钨、锡为主的太平洋金属成矿带外带,中、晚侏罗世是重要的成矿期之一。

欧洲各国普遍利用黑、棕、白侏罗的不同岩性,作为不同建筑材料。如黑侏罗的坚硬板状泥灰岩作为板石和制作砖瓦原料,棕侏罗的厚层砂岩是许多宏伟壮丽教堂的建筑石材,白侏罗的泥灰岩是制作水泥的良好原料,成层性极好的索伦霍芬灰岩(Solnhofen Plattenkalk)历史上曾用于石印事业,现仍作为建筑材料开采。

侏罗统产量仅次于石炭二叠纪。当时的中、高纬度地区为温暖湿润气候区,森林茂煤密,沼泽发育,于是在内陆盆地或滨海湖沼中发育煤炭,南北两半球都有广泛分布。以中原地区为例,华北地区与华南多产于下、中侏罗统内,东北地区则见于上侏罗统。

侏罗统的石油和天然气多见于下、中侏罗统,中原地区见于鄂尔多斯盆地四川盆地准噶尔盆地

侏罗统的盐类和石膏主要沿赤道两侧低纬度的干煤炎热气候区分布,赋存于红层中,如四川盆地所产。

侏罗统的铁矿与温湿气候区的沼泽有关,如四川省早侏罗世的江式铁矿。

侏罗统的铜矿与盐类沉积的红层有关,与浸染状透镜体铜矿有关,如四川上侏罗统蓬莱镇组上部、云南下侏罗统下禄丰组或相当层位均有所见。

气候环境

侏罗纪是地球历史上典型的温室气候期,全球平均温度比现代要高出5~10℃,在高纬度地区,海水的温度要比现代海水温度高且全年全球无冰。不同的气候指标,包括植物化石、岩相等,均表明侏罗纪古气候呈现出以古赤道为轴、南北对称分布的特征,且季节性特征十分显著。尽管如此,在温室气候大背景下,侏罗纪时期也存在几次降温事件,包括晚普林斯巴期、晚卡洛夫期和中牛津大学期等。

早侏罗世气候主要呈现湿热特征,彼时的大气二氧化碳浓度要远高于现代。但在普林斯巴晚期的地层中,氧同位素记录了侏罗纪的第一次降温事件,而后在托阿尔期温度迅速回升,这次事件的温度波动幅度高达10~13℃。中侏罗世的古气候总体上以季节性干旱为主要特征,温度依然炎热;在中侏罗世早期,亚洲东部(中原地区)局部由于气候温暖湿润,形成了丰富的煤炭资源。但在晚卡洛夫期,发生了一次长达260万年的降温事件,称为“卡洛夫冰期”。晚侏罗世温度显著下降,特别是钦莫利期,在两极区域(如西伯利亚地区和东南冈瓦纳地区)的冬季,全球年平均气温已经降到零点以下;这一时期的北美地区依然干旱,而欧洲南部则表现为周期性干旱。

生命发展

侏罗纪的生物界在演化史上处于十分重要的阶段。裸子植物达于盛世,软体动物门空前繁荣,菊石亚纲更盛,箭石海胆也占重要地位;爬行纲中的恐龙迅速发展;哺乳纲也有所发展;真骨下纲与鸟类于晚侏罗世问世。

海生无脊椎动物

侏罗纪时期仍以软体动物占主导地位,尤以菊石、瓣鳃纲和箭石三者最重要,往往构成带化石。

菊石在侏罗纪进入发展的新阶段,其缝合线更为复杂,普遍出现菊石式缝合线,同时许多种类具单瓣口盖,壳饰更趋多样化,有光滑、脊线、凸瘤等等。此等变化,从早期到晚期,大致有如下属类可作其代表:早侏罗世的羊盖菊石、裸菊石、琴菊石、香港菊石等;中侏罗世的圆菊石亚纲、道斯菊石、雀羽菊石等;晚侏罗世的束肋菊石、喜马拉雅山脉菊石、三叉菊石等。

双壳类(首次出现在三叠纪)在侏罗纪仍然存在,其中三角蛤科海螂科牡蛎科大量发展,趋于极盛。早侏罗世时异齿蟳目中的筐蛤科、缨等腰横帘蛤科、文蛤科大量繁荣,沫丽蛤科也较重要,蛤科在早侏罗世虽有代表,到中侏罗世就绝灭了。晚侏罗世出现的厚齿目双角蛤科和螺形蛤科是白垩纪大量发展的马尾蛤类的先驱。

三叠纪时曾一度繁荣的沟箭石科到侏罗纪逐渐绝灭代之以箭石科,成为侏罗纪的重要化石。栓箭石亚科仍很繁荣,如栓箭石、矛箭石更盛,成为世界性的属。晚侏罗世箭石演化到达高峰,以箭石亚科最盛,如似箭石、希波箭石都是世界性的属,在半深海或深水环境中密集生活。

在侏罗统的浅海相沉积层内,双腔贝中的小嘴贝科和孔贝科相当丰富。海百合有时可构成海百合灰岩(如巴柔阶)。海胆有时也成为标准化石,如薄壳、无饰、弱棘𩽾𩾌的斜海胆和口孔海胆;无齿鰶、多饰、多棘的普氏盾海胆、象形雕海胆。

陆生无脊椎动物

叶肢介(首次出现在澳大利亚三叠纪的古渔乡)在早、中侏罗世时十分繁荣。中侏罗世的叶肢介个体小,壳饰具小网状纹,构成自流井真叶肢介和柴达木盆地叶肢介群。中侏罗世后期出现了以大网格饰纹的假线叶肢介为代表的属类。到晚侏罗世,中原地区出现了三个不同时期的动物群:早期为中渔乡叶肢介-燕山狭叶肢介;中期为尼斯托叶肢介-背角叶肢介群;晚期为东方叶肢介群。东南地区常有直线叶肢介和延吉叶肢介。

侏罗纪的介形类比较单调,主要是速足目的达尔文介科、女星介科、艳神介科,以达尔文介科为主,它以不同种与其他属分别组成了早、中、晚各期的组合。

脊椎动物

在侏罗纪时期,鱼类和爬行纲进化十分重要,鸟类和哺乳纲该阶段的生物进化上也具有特殊意义。

三叠纪时较多的全骨鱼类到侏罗纪处于极盛,有鳞齿鱼、叉鳞鱼,此外还有角齿鱼、弓鲛类,它们一般见于下、中侏罗统。真骨下纲始于晚侏罗世,薄鳞鱼可为其代表,其具有全骨鱼向真骨鱼进化的过渡特点,可以说是亚全骨鱼类。中原地区晚侏罗世出现的真骨鱼类有两大群组,见于北方者以狼鳍鱼为代表,见于南方者以中鲚鱼副鲚鱼中华弓鳍鱼为代表。

龟鳖目中的龟类(首次出现在三叠纪)在侏罗纪有所发展,特别是晚侏罗世的蛇颈龟科是陆相地层中常见的化石。

恐龙自三叠纪出世后,侏罗纪迅速发展,但早侏罗世仍属原始类型,数量少,特征分化也不大明显,如禄丰龙

中侏罗世是恐龙演化的过渡阶段,如在原蜥脚下目的基础上出现新的特征,表现为食肉目恐龙的牙齿增大,前肢开始退化,脊椎骨变粗;蜥脚下目的勺状齿变为棒状齿。晚侏罗世是恐龙的飞跃演化时期,趋于繁盛,特别是棒状齿的脚类恐龙演化最快;食肉类的牙齿边缘也发育了锯齿,牙床变厚,前肢退化,后肢变得粗大。甲龙亚目也在晚侏罗世出现。侏罗纪恐龙特别大,重达三、五十吨,为蜥类的雷龙属梁龙属腕龙属和发现于四川省马门溪龙,它们栖居于沼泽地带,以植物为食。还有生活在陆上的剑龙属中原地区嘉陵江龙、沱江龙属均属此类。

海生爬行纲中的鱼龙目自中三叠世问世以来,侏罗纪更趋繁盛。蛇颈龙目的数量也增多,形体更增大,长达六米以上。侏罗纪还出现飞行的爬行纲,种类也多,其中以喙嘴翼龙属最为典型,它有初龙类的颅骨结构和引长的下颌骨以及拖长的尾巴,以捕鱼类为生。至晚侏罗世,翼手龙类出世,其尾巴已退化,部如鸟喙状,牙齿大部消失,成为白垩纪的重要飞龙类。

1979年4月,印度新德里报纸上报导最早的鸟类化石曾在印度南部安得拉邦下侏罗统内发现,但尚未被公认。发现于德国巴伐利亚州上侏罗统索伦芬石灰岩中的始祖鸟被认为是最早鸟类化石。与喙嘴龙相比,始祖鸟具有从爬行纲向鸟类进化的过渡特点。

哺乳类(首次出现在三叠纪晚期)在侏罗纪有所发展,如柱齿兽类、三锥齿兽类、对齿兽类、古兽马类、多瘤兽类等。其中多瘤兽类是最早出现的食植物的哺乳动物,可见早侏罗世的哺乳动物已有食肉与食草的不同适应了。

植物界

在侏罗纪时期,裸子植物处于极盛,其中以苏铁、银杏、松柏三大类占优势。类植物以真蕨纲木贼类为主。自早侏罗世晚期至中侏罗世阶段是植物的繁盛期,当时的植物地理区基本上分为南、北两大区,各自的组合有所不同。

欧洲-印度区(南方区)包括中原地区南部、中东、南欧、美洲中部、冈瓦纳大陆南方区等,该区以苏铁类和双扇蕨科比较繁盛,适宜于热带亚热带湿润温暖气候区中生长。裸子植物的茎干化石未见年轮构造,似示无季节性特点。中国的早、中侏罗世植物群称为网叶蕨-格子蕨植物群。具体地说,早体罗世的面貌与三叠纪颇相似,其中苏铁类约占三分之一,其次是真蕨、银杏、种子蕨门松柏木贼等,代表性的属类有锥叶蕨、拟刺葵、侧羽叶、楔拜拉属等,中侏罗世植物缺乏特有分子,是早侏罗世气候转变为干燥而适宜生长的种类,以侧羽叶、锥叶蕨、木贼类、尼尔桑、银杏等较为常见,与北方区较为接近。晚侏罗世由于气候更为干燥,南方型植物不大发育,常见者有柏型枝、短叶杉。

西伯利亚区包括日本东北地区的北部、西伯利亚、欧洲中部、斯堪的纳维亚半岛直至格陵兰,该区以松柏、银杏及蕨类为主,苏铁次之。早、中侏罗世分布颇广,一般称锥叶-拟刺葵植物群。其中以真与银杏类最盛,伴以相当数量的松柏类,真类中以枝脉和锥叶较多。它们与前期的延长植物群差别较大。早侏罗世者以新生的为主,其面貌与库兹涅茨盆地同期者相似。常见的属类有似莲座、紫萁、尼尔桑、银杏等。华北地区接近西伯利亚地区植物地理区的南缘,故混入一些南方分子。中侏罗世的植物是早侏罗世的延续,有节类渐衰,其茎干变窄,关节盘变小,节问变长。蕨类中的双扇献科与马通藏科减少,蚌壳科及枝脉比重相对增大,故锥叶蕨到达鼎盛。晚侏罗世由于大部分地区出现干早,植物生长受到影响,只在海侵边缘地区气候温湿,适宜生长。此时早、中侏罗世的大批属种已不存在,银杏类和松柏类是当时的主要分子。

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