晚三叠世随着印支运动的不断进行，地壳开始抬升，残存于中国南方的海水已大部分退去，使得中国南方晚三叠世沉积了以河流、三角洲及海陆交互相为主的中粗粒碎屑岩及煤系地层^[1-3]。植物以苏铁类植物最繁盛，同时银杏类植物和松柏类植物大量出现，种子蕨植物有所增加，莲座目的树蕨则大为减少，真蕨目双扇蕨科植物仍然很多，而卷柏科、紫萁科、马通科、里白科等草本植物有所增加，反映了中国南方热带-亚热带的古气候特点^[4-5]。

在古昆仑、古祁连、古秦岭和古大别山以北的华北广大地区，此时的气候比较干旱，沉积以曲流河、辫状河流及局部泻湖沼泽相为主的碎屑岩建造^[6-14]。贺兰山地区则表现为广阔的陆内伸展，形成三叠纪陆相坳陷盆地。印支运动使得贺兰山晚古生代—中三叠世地层普遍发生褶皱和断裂，伴有岩浆活动^[7-8]。而古植物以耐旱型的木贼目和松柏目较多，喜热的苏铁植物稀少，种子蕨则以耐旱而嫌热的丁菲羊齿最多。因此，落叶分子增多，常绿分子减少，反映了半干热的大陆性气候，与中国南方的植物群性质几乎相反。印支运动后，基本结束了南海北陆的格局，陆地的气候特征引人关注^[15-17]。

劳亚大陆晚三叠世植物群分为南、北2个植物带^[18]。北带包括哈萨克地区和中国的北方植物区，南带包括南欧阿尔卑斯地区、东格陵兰-瑞典、北欧东南部、帕米尔、伊朗、东南亚、日本和中国西南、川北鄂西、华南、中南、闽西、华东等地。南带研究较细，植物群资料更丰富，而北带可能由于缺乏材料，研究较粗，只有新疆、青海、甘肃等地区可找到相关植物群的研究资料。

中国南北地区相比，晚三叠世北方区气候相对温凉，化石丰富，是研究陆地植被和气候特征的良好场所。贺兰山地区地处华北晚三叠世植物群分布的核心地区(图 1)，地层出露齐全，沉积相明显，上三叠统上田组产丰富的植物化石。

图  1  研究区交通位置

Figure  1.  Traffic and location map of the study area

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本文在大量野外区域调查、沉积地层及沉积相分析的基础上，重点研究贺兰山地区上三叠统上田组植物化石的组合特征、地质时代及古气候意义。

1.   上田组

1.1   上田组剖面

贺兰山区的延长群与陕北的延长群在岩性、岩相和古生物特征上有较大差异，因而将该地区的延长群改称为白芨芨沟群，并划分为大风沟组和上田组。本次调查依岩性将大风沟组分为3段，上田组分为上、下2段。

研究区上田组广泛分布，现将内蒙古阿拉善左旗南圈子实测剖面描述如下(图 2)。

图  2  内蒙古阿拉善左旗南圈子上田组实测剖面

T₃s¹—上三叠统上田组一段；T₃d³—上三叠统大风组三段

Figure  2.  Section of Shangtian Formation in Nanjuanzi, Alxa Left Banner, Inner Mongolia

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上三叠统上田组(T₃s)                                                          ＞766m

二段(T₃s²)                                                                    未见顶

24.灰绿色薄-中层钙质细粒长石石英砂岩与灰绿、灰黑色粉砂岩、粉砂质泥岩、页岩、炭质页岩互层 ＞13.1m

Sphenobaiera sp., Cladophlebisraciborskii Zeillere, Dictyophyllumnathorsti Zeille，Glossophyllum?shensiense Sze, Pterophyllumcrassinervum Huang et Zhou, Anomozamitesloczyi Schenk, Asterotheca? szeiana (P’ an)，Cladophlebisi chunensis Sze, Neocalamites sp., Cladophlebisgracilis Sze, Toditesshensiensis(P’an), Taeniopterisobliqua Chow et Wu, Danaeopsisfecunda Halle, Thinnfeldiarigida Sze, Strobilites sp.

23.灰绿色中-厚层钙质细粒长石石英砂岩夹灰绿色粉砂岩                           35.4m

22.灰绿色、灰黑色粉砂岩，粉砂质泥岩                                           4.0m

21.灰绿色、灰黑色粉砂岩夹灰绿色、黄绿色薄-中层钙质细粒长石石英砂岩            24.0m

20.灰色、黄绿色中层细-中粒岩屑砂岩夹少量灰绿色、灰黑色粉砂岩                  2.9m

19.灰绿色粉砂岩、粉砂质泥岩夹灰绿色薄-中层钙质粗粒长石石英砂岩                20.6m

18.灰绿色、黄绿色中层钙质含砾中细粒岩屑石英砂岩夹少量深灰绿色粉砂岩           68.3m

17.灰绿色、灰黑色粉砂岩与灰绿色、黄绿色薄层钙质细粒长石石英砂岩互层           7.8m

16.灰绿色、灰黑色粉砂岩夹灰绿色、黄绿色薄层钙质细砂岩                         61.0m

15.浅灰绿色、黄绿色巨厚层砂砾岩夹极少量黄绿色含砾长石石英砂岩                 1.8m

14.黄绿色、浅灰绿色中细粒岩屑石英砂岩与深灰绿色、灰黑色粉砂岩互层             53.0m

13.浅黄绿色、灰绿色薄-中层中细粒岩屑石英砂岩夹少量灰绿色粉砂岩，粉砂质页岩    25.4m

12.灰绿色、灰黑、灰黄色粉砂岩，粉砂质页岩夹灰绿色薄层钙质中细粒岩屑石英砂岩   17.6m

整合接触

一段(T₃s¹)

11.浅灰绿色、黄绿色薄-中层钙质中细粒岩屑长石砂岩                              4.8m

10.灰绿色、黄绿色厚层钙质中细粒岩屑长石砂岩                                   3.6m

9.浅灰黄色、黄绿色中-厚层中细粒岩屑长石砂岩夹少量灰绿色粉砂岩、粉砂质泥岩     39.2m

8.黄绿色、灰绿色薄-中层钙质中细粒岩屑长石砂岩                                 29.4m

7.灰绿色、灰黑色厚层粉砂岩夹灰绿色、黄绿色中-厚层钙质中细粒岩屑长石砂岩       10.4m

6.灰绿色中-厚层钙质中细粒岩屑长石砂岩夹灰黑色粉砂岩                          78.2m

5.灰绿色巨厚层钙质细粒岩屑长石砂岩夹极少量灰绿色粉砂岩                       55.2m

4.上部为灰绿色粉砂岩夹黄绿色、灰绿色中-厚层钙质细粒长石砂岩                  29.3m

3.灰绿色粉砂岩夹黄绿色、灰绿色中-厚层钙质细粒长石砂岩                        26.1m

2.灰绿色厚层钙质中细粒长石砂岩夹少量灰绿色粉砂岩                             36.8m

1.灰白色、灰绿色中-厚层钙质中细粒长石砂岩                                    88.3m

下伏地层：大风沟组三段(T₃d³)：灰黑色粉砂岩、粉砂质泥岩、页岩夹少量黄绿色、灰绿色薄-中层中细粒岩屑长石砂岩

1.2   上田组综合特征

上田组与下伏大风沟组整合接触，研究区内未见顶，厚度大于766.2m。

一段主要由灰绿色、黄绿色中-厚层长石砂岩、长石石英砂岩、岩屑长石砂岩、石英砂岩及少量灰黑色薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成。砂体具有向上变细的特征，发育大型板状斜层理和波痕构造，粉砂岩发育沙纹层理。显示了离湖泊较近的河流沉积环境，整体为一进积序列。

二段主要由深灰色、灰黑色泥质粉砂岩、泥岩及炭质页岩组成。粉砂岩、炭质页岩发育水平层理、沙纹层理，含植物化石，显示大陆湖泊水泛期的沉积特点。由西向东粉砂岩类增多，粒度变细、厚度增加，反映了该段岩石为河流冲淤作用下向南东逐渐接近并进入湖泊的特点。

2.   上田组植物化石

2.1   植物化石组成

贺兰山地区上田组植物化石丰富，此次在阿拉善左旗南圈子采集的植物化石经鉴定包括12属14种，结合前人资料^[7-8]，共计20属35种。

楔叶纲：Neocalamites sp.，N. carcinoides，N. carrerei，N. cf. carrerei。真蕨纲：Asterothaca szeiana (P’ an)，A.?szeiana(P’ an)，Bernoullia Zeilleri P’ an，Danaeopsis sp.，D. fecunda，D. cf.fecunda，D. fecunda Halle，Todites shensiensis，Dictyophyllum sp.，D. nathorstii Zeiller， Cladophlebis sp.，C.stenophylla，C. raciborskii Zeillere，C.Gracilis Sze，C. shensiensis，C. Ichunensis Sze，Sphenopteris?sp.。种子蕨纲：Thinnfeldia rigida Sze、Protoblechnum cf. wongii。苏铁纲:Pterophyllum sp.，P. crassinervum Huang et Zhou，Anomozamites loczyi Schenk，Sphenozamites Changi Sze，Taeniopteris sp.，T. obliqua Chow et Wu.。银杏纲: Glossophyllum? shensiense Sze，Sphenobaiera sp.。松柏纲：Elatides sp.，Cycadocarpidium sp.，Podozamites sp.。裸子植物种子化石: Strobilites sp.。

已发现的贺兰山晚三叠世植物化石，楔叶纲1属4种，占11%；真蕨纲和种子蕨纲9属19种，占54%；苏铁纲4属6种，占17%；银杏纲2属2种，占6%；松柏纲3属3种，占9%；分类位置不明的种子1属1种，占3% (表 1)。

表  1  植物化石组成

Table  1.  Statistics of plant fossil composition

分类单位	属	种	种的百分比
楔叶纲	1	4	11%
真蕨纲和种子蕨纲	9	19	54%
苏铁纲	4	6	17%
银杏纲	2	2	6%
松柏纲	3	3	9%
分类位置不明种子	1	1	3%
总计	20	35	100%

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2.2   植物化石组合特征

贺兰山地区上田组植物化石有20属35种，其中确定种21种，相似种3种，未定种11种。植物化石组合以真蕨类、种子蕨类等占优势，楔叶纲和苏铁纲也占有一定比例，各类植物的主要特征分述如下。

楔叶纲1属4种，占植物组合总数的11%，仅为新芦木属Neocalamites Halle一属。本次虽只采获1种，但是贺兰山地区延长群已发现楔叶纲1属4种^[7]。

真蕨纲和种子蕨纲9属19种，占植物组合总数的54%；根据目前植物化石的组成分子看，这类植物在整个贺兰山晚三叠世植物化石中占绝对优势。其中真蕨纲7属17种，包括星囊蕨科、合囊蕨科、莲座蕨科、紫萁蕨科及双扇蕨科，还有分类位置不明的枝脉蕨属及楔羊齿属。种子蕨纲有2属2种，即为种子蕨目的丁菲羊齿属和原始乌毛蕨属。这一类植物组合与陕北延长群Danaeopsis-Bernoullia植物群极相似^[15-16]。需要说明的是，其中混入了真蕨纲双扇蕨科的网叶蕨Dictyophyllum nathorstii Zeiller (图3)，该分子为中国南方植物群的主要分子^[18-21]，在新疆库车、青海祁连山南部、甘肃靖远、辽西北票等地也有分布^{[9-14, 20-26]}，但这些地区位于中国南方植物区Dictyophyllum-Clathropteris的结合带。而双扇蕨科Dictyophyllum在贺兰山的出现，说明2种植物群的混生现象不仅在地块接合带附近发生，部分分子还可以进行较长距离的迁移和扩散^[4]。

苏铁纲4属6种，占植物组合总数的17%。当前标本中有本内苏铁目的Pterophyllum和Anomozamites，以及分类位置不明的Sphenozamites和Taeniopteris，以本内苏铁目占优势地位；

银杏纲2属2种，占植物组合总数的6%。在整个植物化石中所占比例较小，仅有银杏科的舌叶属Glossophyllum，楔拜拉属Sphenobaiera。

松柏纲3属3种，占植物组合总数的9%。仅有杉科似樅属Elatides及可能属于松柏类植物的准苏铁果属Cycadocarpidium和苏铁杉属Podozamites。

分类不明种子化石1属1种。

综上所述，贺兰山晚三叠世上田组植物化石组合以真蕨纲和种子蕨纲占优势，其次为楔叶纲和苏铁纲，银杏类和松柏类数量不多。以北方型DanaeopsisBernoullia植物群的属种占主导地位，其中包括北方型Danaeopsis-Bernoullia植物群的重要组成分子，如Danaeopsis，Bernoullia，Asterothaca，Todites，Glossophyllum等，其组成反映了贺兰山晚三叠世上田组植物化石组成主体应属中国北方植物区Danaeopsis-Bernoullia型植物群。

3.   上田组地质时代的确定

贺兰山地区上田组植物化石分子对应的地质时代分布如下。

楔叶纲：Neocalamites产于北欧、北美、南美、南非及澳洲、中国、俄罗斯、日本、朝鲜半岛、越南等地，中国常见于华南的瑞替克里阿斯期含煤沉积和西北的延长群中，华北的早、中侏罗世沉积也有分布，时代为三叠纪—中侏罗世。其中N.carcinoides产于中国陕西延长及宜君、内蒙古阿拉善地区、四川宝鼎、宁夏固原等地的晚三叠世地层中，在东格陵兰、瑞典、俄罗斯则出现在晚三叠世—早侏罗世初期。N.carrerei产于四川宜宾，陕西延安、安定和宜君的延长群上部；云南广通的晚三叠世—早侏罗世地层；四川西南宝鼎地区晚三叠世大荞地组中上部；格陵兰、瑞典等的晚三叠世—早侏罗世地层中。此种植物分布较广，一般出现于中国晚三叠世地层中^{[18-21, 25-41]}。

真蕨纲和种子蕨纲：Asterotheca一属分布于东格陵兰、西欧、北美、越南、中国的上三叠统，南非的中、上三叠统及朝鲜的上侏罗统。而其种Asterothecazeiana(P’ an)主要分布于陕西宜君四郎庙、延长七里村、绥德怀林坪及叶家坪、甘肃华亭的上三叠统中；Bernoullia Zeilleri P’ an分布于中国陕西宜君、清涧、甘肃华亭、宁夏固原、新疆准格尔盆地、河南济源，以及越南、西欧等地的晚三叠世地层；Danaeopsis在北欧瑞典、瑞士、奥地利、北美、中国等地的上三叠统有分布。其中D. fecundaHalle产于中国陕西延长、淳华、宜君、耀县、麟游，甘肃华亭、武威、景泰，山西临县、兴县，河南济源、宜阳，新疆准格尔盆地，广东华林、开恩，云南广通—平浪等地及北欧瑞典的晚三叠世地层中；Toditesshensiensis与瑞士相当地层中的Cladophlebisrutimeyeri Heer相近，该植物在陕西宜君四郎庙炭河沟和杏树坪，延长七里村烟雾沟，绥德叶家坪、沙滩坪、高家庵和桥上，甘肃华亭，新疆准格尔盆地，云南广通的晚三叠世地层中分布。在河南济源，山西宁武、交城，青海等地都有发现，山西宁武的早—中三叠世二马营组中也有报道；在越南北部及哈萨克斯坦费尔干盆地相当地层中也有发现。Cladophlebis分布遍及全球，时代为二叠纪—白垩纪。其中C.stenophylla产于陕西宜君杏树坪黄家湾和甘肃华亭安口窑的延长群中，时代属晚三叠世。C. raciborskii Zeillere产于陕西宜君四郎庙炭河沟，内蒙古阿拉善的上三叠统，四川彭县青杠林大石鼓、广元须家河的上三叠统—下侏罗统，以及湖北秭归香溪的下侏罗统中。C.Gracilis Sze和C. Ichunensis Sze产于陕西宜君杏树坪黄草湾的延长群上部，时代为晚三叠世。C. Shensiensis产于山西大同曹家沟的下—中侏罗统中；Sphenopteris广布于世界各地，时代主要为晚泥盆世—白垩纪，中国北方植物群Danaeopsis-Bernoullia和南方植物群Dictyophyllum-Clathropteris中均有化石保存；Dictyophyllum主要分布于欧亚的上三叠统—中侏罗统。其中Dictyophyllumnathorstii Zeiller产于中国四川巴县、威远、宜宾，江西萍乡，云南广通，湖南等地的上三叠统—下侏罗统中。在新疆库车、甘肃靖远、青海、辽西等地上三叠统中亦有该分子混入。在国外主要分布在越南、日本等地的晚三叠世—早、中侏罗世地层中^{[9-15, 21-38]}。

苏铁纲：Pterophyllum最早出现于早三叠世，在晚三叠世特别繁盛，以后逐渐减少，至白垩纪绝灭。该属植物广泛分布于新疆、四川、东北、甘肃、云南等中国晚三叠世地层中；Anomozamites出现于晚三叠世—早白垩世，分布地区亦十分广泛，亚洲、欧洲、东格陵兰均有分布；Sphenozamites这一属自早二叠世—早白垩世发现，中国的晚三叠世—早侏罗世、法国的早二叠世—晚侏罗世、意大利的侏罗世、英国的中侏罗世、越南的晚三叠世—早侏罗世，以及美国、阿根廷的晚三叠世都有发现。S.Changi Sze发现于陕西宜君杏树坪的晚三叠世延长群中；Taeniopteris分布时代极广，始现于晚石炭世，中生代最多，白垩纪后很少见^{[10-16, 18, 22-26]}。

银杏纲：Glossophyllum发现于欧洲奥地利Lunz地层的上三叠统中，类似的化石广布于南、北半球上三叠统—下白垩统中，但均未研究其表皮和气孔构造。其中G.? shensiense Sze产于陕西宜君、延长及绥德，甘肃华亭，新疆准格尔盆地的晚三叠世延长群的下部至上部；Sphenobaiera分布几乎遍及全球，以北半球最多，时代为早二叠世—早白垩世^{[10, 14-15, 18]}。

松柏纲：Elatides广泛分布于北半球的中侏罗世早期—早白垩世威尔登期地层中；Cycadocarpidium分布于中国、瑞典、格陵兰、日本、越南的晚三叠世地层中；Podozamites分布广泛，主要为北半球各地的晚三叠世—早白垩世地层^{[18, 27]}。

综上所述，贺兰山上田组植物化石组成分子所显示的地质时代为晚三叠世，应为晚三叠世晚期。

4.   古气候

该植物化石中真蕨纲和种子蕨纲9属19种，占植物组合总数的54%，苏铁纲4属6种，占植物组合总数的17%，且混入了真蕨纲双扇蕨科的网叶蕨Dictyophyllumnathorstii Zeiller，该分子为中国南方植物群的主要分子。而中国晚三叠世植物群地理分区也主要以Dictyophyllum分布来划分^{[5-6, 19-20, 38-41]}，生长在潮湿、炎热的气候条件下的植物。需要指出的是，苏铁类植物在延长组为数甚少，不及全部植物的5%，与本次所采获化石资料不一致。

该植物群混生了中国南方型Dictyophyllum-Clathropteris植物群的分子Dictyophyllum，且苏铁类植物占一定的比例。植物群中喜湿蕨类较丰富，说明当时植物群生长环境湿润，可能为近岸沼泽或湿地。双扇蕨科和苏铁类占一定比例，反映了较湿热的气候环境。

因此，贺兰山晚三叠世上田组植物化石组合总体反映了气候由半干旱的亚热带环境向湿热的环境过渡，该时期贺兰山上田组植物处于半干旱的亚热带大陆型气候环境，且气候较陕北延长地区更显炎热。

5.   结论

(1) 上田组下段由灰绿色、黄绿色中厚层-块状长石砂岩、长石石英砂岩、岩屑长石砂岩、石英砂岩夹少量粉砂岩组成，具有河流相沉积特征；上段主要由灰黑色、深灰绿色泥质粉砂岩、泥岩及炭质页岩组成，具有湖泊相沉积特征。

(2) 贺兰山晚三叠世植物化石丰富，共计20属35种，本次鉴定描述共计12属14种。通过分析植物化石的组合特征，认为贺兰山地区晚三叠世上田组植物化石是以中国北方型Danaeopsis-Bernoullia植物群分子为主体，同时混生了中国南方型Dictyophyllum-Clathropteris植物群主要分子Dictyophyllum nathorstii的混生植物群。

(3) 根据植物化石组合及沉积相特征，讨论了贺兰山晚三叠世的气候及沉积环境，认为此时期贺兰山上田组古植物化石处于半干旱的亚热带大陆型气候环境，且开始变得湿热。