研究区位于甘肃省酒泉市金塔县航天镇天仓乡一带(图 1)。区内出露一套底部为粗碎屑岩上部为细碎屑岩的地层组合。该套地层出露面积较大，向北30 km范围内大量出露。由于未发现具有时代意义的化石，前人1:20万天仓幅矿产调查中，根据岩石组合特征将该套地层定为上新世疏勒图组。本次笔者在1:5万天仓幅区域地质调查中，在该套地层上部以细碎屑岩为主夹少量粗碎屑岩及泥灰岩的湖相沉积组合首次发现大量介形类化石，结合化石时代和岩石组合，将其修订为白垩纪赤金堡组。

图  1  研究区交通位置及区域地质图

Figure  1.  Location and geological map of the study area

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本文旨在通过介形类化石及岩石组合研究，建立该区介形虫化石组合，并通过区域对比确定其精细年代及岩石地层单位。此外，通过对介形类化石形态特征研究，探讨古生态、古气候变化。

1.   地层概况

天仓赤金堡组剖面位于甘肃省酒泉市金塔县航天镇天仓乡以北约500 m处。剖面以赤金堡组三段为主体，赤金堡组三段下部与赤金堡组二段整合接触，其上部与中新世苦泉组呈角度不整合接触。剖面描述如下。

苦泉组(N₂k)

62.灰黄色砂质细砾岩，底部见冲刷构造1.0 m

赤金堡组三段(K₁c³)

61.棕黄色泥岩，见叶肢介、瓣腮类等化石     0.7 m

60.灰黄色钙质泥岩，见瓣腮类化石及少量炭屑     0.6 m

59.灰绿色泥岩，见瓣腮类、介形虫等化石     0.2 m

58.灰白色-青灰色泥灰岩，见瓣腮类、介形虫化石，含少量炭屑     0.3 m

57.灰绿色泥灰岩，见瓣腮类、介形虫化石     0.5 m

56.青灰色-灰色泥灰岩，见瓣腮类、介形虫化石     0.4 m

55.黑色钙质泥岩夹黑灰色泥灰岩，见瓣腮类、叶肢介、介形虫及植物碎片等化石，炭屑较多     0.4 m

54.青灰色泥灰岩夹黑色钙质泥岩，见瓣腮类、介形虫化石     1.1 m

53.青灰色-灰黄色泥灰岩，见瓣腮类、介形虫化石     0.5 m

52.灰黑色泥岩夹薄层钙质泥岩，泥岩中见有叶肢介、瓣腮类及介形虫化石     0.2 m

51.棕黄色钙质泥质粉砂岩，见介形虫、瓣腮类、叶肢介化石     0.3 m

50.灰绿色泥岩     0.1 m

49.浅灰黄色钙质泥质粉砂岩，见少量介形虫     0.3 m

48.灰色泥岩，炭屑层发育     0.1 m

47.浅灰色含砾粉砂岩，见植物化石碎片     0.2 m

46.灰黄色钙质泥岩，见植物化石碎片     0.2 m

45.棕黄色含砾粗砂岩     0.1 m

44.灰绿色泥岩，见炭屑     0.1 m

43.灰黄色钙质泥质粉砂岩，见植物化石碎片     0.4 m

42.灰绿色钙质泥岩，炭屑含量较高     0.1 m

41.灰白色钙质粉砂质泥岩     0.1 m

40.灰绿色钙质泥岩，含少量炭屑     0.6 m

39.灰绿色泥岩     0.3 m

38.灰紫色含粗砂细砾岩     0.2 m

37.浅棕黄色中-粗粒砂岩     0.3 m

36.棕黄色含砾粗砂岩夹灰色泥岩     0.1 m

35.棕黄色粗砂岩夹灰色粉砂岩     0.1 m

34.下部为粉砂质泥岩，上部为含砾粗砂岩     0.2 m

33.黄褐色泥岩，见炭屑     0.4 m

32.灰白色钙质含泥粉砂岩     0.2 m

31.浅灰绿色钙质泥岩，见植物碎片及炭屑     0.2 m

30.浅灰黄色钙质泥岩，见炭屑     0.2 m

29.灰白色中粒钙质砂岩     0.1 m

28.灰黄色中-细粒钙质砂岩     0.1 m

27.深灰黄色钙质泥岩     0.4 m

26.灰黑色钙质泥岩，含介形虫、叶肢介、瓣腮类等化石     0.3 m

25.灰白色钙质泥岩     0.1 m

24.棕黄色钙质泥质粉砂岩中部夹青灰色钙质粉-细砂岩     0.4 m

23.灰绿色钙质泥岩，含介形虫、叶肢介、瓣腮类等化石     0.2 m

22.青灰色钙质砂岩夹青灰色钙质粉砂岩，见炭屑     0.4 m

21.青灰色钙质粉砂岩与灰白色钙质泥岩互层，见炭屑     0.1 m

20.底部为青灰色细-中粒钙质砂岩，上部为灰白色钙质泥岩     0.2 m

19.底部为青灰色细-中粒砂岩，上部为灰白色钙质泥岩，炭屑含量较高     0.2 m

18.灰黑色泥岩与灰白色钙质泥岩，见炭屑     0.1 m

17.灰白色钙质泥岩，下部见有粉砂状透镜体     0.4 m

16.棕黄色泥岩，含植物化石碎片     0.1 m

15.灰白色钙质粉砂质泥岩夹黑色粉砂质泥岩，含炭屑     0.9 m

14.黄灰色泥岩，见叶肢介化石，含少量炭屑     0.2 m

13.灰白色钙质泥岩，见少量炭屑     1.5 m

12.灰黑色泥岩与灰白色钙质泥岩互层     0.4 m

11.黑灰色泥岩夹棕黄色炭质泥岩     0.3 m

10.灰白色钙质泥岩     0.9 m

9.灰绿色泥岩，见少量炭屑     0.3 m

8.灰绿色砾质泥岩     0.1 m

7.灰白色钙质泥     0.3 m

6.灰黑色泥岩，见叶肢介化石碎片及介形虫化石，含较多炭屑     0.4 m

5.灰白色钙质泥岩，含极少量炭质     2.0 m

4.灰白色钙质泥岩夹灰黑色泥岩     0.6 m

3.灰绿色泥岩，含炭屑     0.2 m

2.灰白色钙质泥岩夹灰绿色泥岩     0.3 m

1.灰白色钙质泥岩，含极少量炭质     1.1 m

—————————————整合—————————————

下伏地层赤金堡组二段(K₁c²)

0.灰色砾岩     ＞0.5 m

2.   化石组合及时代

在该实测剖面赤金堡组三段发现了大量介形类化石(图版Ⅰ)。自下而上采集到61件微体化石样品，进行室内分析处理。在24件样品中获得介形虫化石个体1509枚，轮藻化石、腹足类化石、双壳类化石、叶肢介化石若干。鉴定出介形类7属18种。将识别出的介形类化石按种分层进行逐点分布图绘制(图 2)，结合不同沉积时期的丰度和分异度，以及轮藻、腹足类、叶肢介、双壳类的分布，可较明显地识别出2个生物演化阶段，并建立2个介形类化石组合带：Cypridea concina-Candona prona-Cypridea zhaobishanensis和Cypridea concina-Cypridea justa-Darwinulla leguminella。

  图版Ⅰ 

1、2. Cypridea justa, 1.右壳侧视, 登记号:117-1；2.左壳侧视, 登记号:107-2；3、4. Cypridea yanjiensis, 3.左壳侧视, 登记号:115-1；4.左壳侧视, 登记号:118-1；5.Cypridea zhaobishanensis, 右壳侧视, 登记号:112-1；6.Cypridea xiagouensis, 左壳侧视, 登记号:112-2；7.Cypridea suboriformis, 右壳侧视, 登记号:86-1；8.Cypridea arrecta, 左壳侧视, 登记号:112-3；9.Cypridea astute, 右壳侧视, 登记号:93-1；10.Cypridea astute, 左壳侧视, 登记号:121-2；11~15. Cypridea concina, 11.左壳侧视, 登记号:114-1；12.右壳侧视, 登记号:118-1；13.右壳内视, 登记号:122-3；14.左壳内视, 登记号:123-1；15.整壳顶视, 登记号:121-3；16. Rhinocypris jurassica, 右壳侧视, 登记号:93-3；17.Candona subpraevara, 右壳侧视, 登记号:104-1；18、19. Darwinulla leguminella, 18.左壳侧视, 登记号:119-1；19.右壳侧视, 登记号:122-4；20.Typhlocypris dorsicurta, 右壳侧视, 登记号:119-2

  图版Ⅰ. 

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图  2  甘肃酒泉市天仓地区赤金堡组三段剖面介形类化石分布图

Figure  2.  Distribution of dominating ostracods from the third member of Chijinpu Formation in Tiancang area

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2.1   Cypridea concina-Candona prona-Cypridea zhaobishanensis 组合

分布于剖面下部的第7~30层(4.9~12.8 m)，简单分异度1~8，丰度3~71，多数层位化石稀少，种类单一，仅顶部层位较丰富；优势种为Cypridea concina，见有Cypridea zhaobishanensis，Candona prona，此外部分层位偶见Candona subpraevara，Cypridea arrecta，Cypridea astuta，Cypridea justa，Cypridea subdepressa，Cypridea suboriformis，Cypridea yanjiensis，Rhinocypris jurassic，Typhlocypris dorsicurta，Jiuquania diwopuensis等。该组合介形类化石含量较少，优势分子Cypridea concina广泛见于中国北方早白垩世，如河北滦平大北沟组^[1]，内蒙古北山地区三道明水剖面赤金堡组^[2]，且与韩国庆尚盆地下白垩统Jinju组产出的Cypridea samesi具有类似形态^[3]，但壳饰更凸出；极具壳饰特征的Rhinocypris jurassic在内蒙古二连盆地下白垩统都红木组少量出现^[4]，与新疆准格尔盆地下白垩统中部清水河组出现的Rhinocypris sp.类似^[5]；Candona prona在本组少量出现，在前人研究中见于吉林公主岭下白垩统姚家组—伏龙泉组^[6]和酒泉盆地玉门红柳峡下白垩统下沟组^[7]，资料表明，早白垩世较晚阶段的介形虫组合中，开始较多地出现新生代繁盛的Candona属分子，这是区别于早白垩世早—中期界线附近介形虫组合的一个明显特点^[8]；本组少量但持续出现的无壳喙的Cypridea suboriformis见于酒泉盆地玉门低窝铺和下沟一带新民堡群下部^{[6, 9]}和内蒙古二连盆地下白垩统腾格尔组—都红木组二段^[4]；Cypridea zhaobishanensis见于北祁连山西部玉门昌马盆地^[6]，且与辽西北票-义县下白垩统义县组上部产出的Cypridea deplecta在外貌上基本一致^[10]；Cypridea justa见于河北临城县下白垩统西瓜园组^[1]。这些地层的时限较长，但以早白垩世Hauterivian期为主，有的可下延至Valanginian期，或上延至Barremian期。因而，笔者认为本化石组合应相当于Hauterivian期(图版Ⅰ)。

2.2   Cypridea concina-Cypridea justa-Darwinulla leguminella组合

分布于剖面的第41~61层(15.5~23.8 m)，简单分异度1~10，丰度1~315；优势种为Cypridea concina和Candona subpraevara, 在Cypridea justa和Darwinulla leguminella中见Cypridea yanjiensis, Typhlocypris dorsicurta, Djungarica kushuixiaensis, Cypridea astute, Cypridea subdepressa, Cypridea prognata, Cypridea xiagouensis，此外部分层位偶见Cypridea arrecta，Cypridea zhaobishanensis，Cypridea changmaensis等。本组合虽然与下伏化石组合共同存在于仅二十余米的剖面上，但是化石面貌明显与后者不同。主要表现在丰度和分异度明显增大(图 2)，且带刺纹饰的化石比例增多，即使同一属种的化石纹饰也更凸出和深刻。此外不同于Cypridea concina-Candona prona-Cypridea zhaobishanensis 组合的是，该组合伴生大量腹足类化石。本组合中女星介大量发育，属种分布情况与内蒙古二连盆地都红木组二段^[4]、新疆介形类化石组合相似，如本组合Cypridea suboriformis较上一组合数量明显增多，这种情况与内蒙古二连盆地下白垩统腾格尔组—都红木组二段的高度一致^[4]，本组Cypridea arrecta常见于新疆准格尔盆地介形类组合Cypridea vitimensis-Wuerheella ponderosa-Timiriasevia turgida中^[5]，且与河北北部地区Cypridea subovata-Clinocypris minuta-Cyclocypris minorovata组合中Cypridea subovata极为类似^[1](表 1)；Cypridea prognata见于河北平泉县下白垩统西瓜园组^[1]和内蒙古二连盆地巴彦花群赛罕塔拉组，据赛罕塔拉组介形虫组合与英国、蒙古共和国等地早白垩世介形虫组合比较，认为时代应为早白垩世Valanginian期—Barremian期^[8]。本剖面地层中的Darwinula只有一种, 即Darwinulla leguminella，此种在蒙古国早白垩世地层中、原苏联里海地区Barremian海陆交互相夹层中可见^[11]，在河南南部地区下白垩统介形类组合Cypridea vitimensis-C.unicostata-Ziziphocypris costata-Darwinula leguminella大量可见^[8]，并且与内蒙古二连盆地下白垩统介形类组合Limnocypridea trapezoidea-Clinocypris ventriconcava-Cypridea subremota中分布的Darwinula contracta极类似。根据上述介形类化石组合面貌，与内蒙古二连盆地都红木组二段等地层中的介形类化石组合大致可以对比。根据近年来有关学者对这些地区地层时代的认识，结合上述研究，笔者认为本化石组合的时代应为早白垩世Barremian期。

表  1  甘肃酒泉天仓地区赤金堡组三段介形类化石组合与区域对比

Table  1.  Regional correlation of ostracods assemblages in the third member of Chijinpu Formation in Tiancang area of Jiuquan, Gansu Province

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3.   古生态与古环境

剖面上介形类化石群的成分、分异度与丰度、个体形态特征等从不同侧面反映一定的古生态变化规律与古环境演变特征。

3.1   属种丰度对古环境的指示

介形类化石的丰度对沉积环境和底质具有选择性，一般而言，大多属种偏爱泥质等细粒底质区。从沉积物中分散的有机质含量看，泥底的有机质含量明显高于粉砂底，从泥底和粉砂底区的水动力弱，水质不浑浊^[12]。受陆源粗碎屑影响较小的浅湖-半深湖环境为介形虫生物群落栖息的主要场所。

组合(1)下部(1~14层)岩性较稳定，主要以灰白色钙质泥岩为主，底质极细，局部含炭屑(图 2)，代表了弱氧化的半深湖-浅湖环境，通常情况下，该环境适合介形虫动物群的生长。但是，该段中介形虫化石从分异度和丰度看，均处于极低的水平。可能由于该段有机质含量较少，导致营养物质匮乏，不利于介形虫类的繁盛。此外，该段以氧化环境为主，成岩过程不利于介形虫化石的保存，也可能是导致介形虫化石稀少的一个原因。组合(1)中部(15~30层)岩性变化较频繁，以泥岩和泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹少量粗砂岩，发育水平层理、递变层理及少量冲刷构造，反映了浅湖环境。在该环境中由于水动力条件、底质颗粒大小及有机质输入量的变化，介形虫生物群落的分异度和丰度有明显的协同变化，该段介形类动物群进入了组合(1)最繁盛时期，在丰度和分异度上都有明显提升，平均丰度为10.4、平均分异度为2.1。组合(1)顶部(31~38层)为一套以粗砂岩、砾岩为主，夹少量泥质粉砂岩的岩石组合，波纹层理、水平层理及递变层理发育(图 2)，代表了滨湖环境。该环境水动力条件较强，底质粗，且有机物含量较少，不利于介形虫的生存。因此，在该段介形虫丰度和分异度均趋近于0。

组合(2)下部(39~50层)岩性变化较频繁, 以泥岩和泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹少量粗砂岩及含砾砂岩，且植物碎屑由陆源输入较多，水平层理和波纹层理发育(图 2)，代表滨湖向浅湖过渡的环境。介形类在泥岩、粉砂质泥岩中分异度较高，在砂岩、泥质粉砂岩中含量较低。岩性的频繁变化也伴随化石分异度及丰度的协同变化。组合(2)上部(51~60层)岩性较稳定，其下部以泥灰岩为主，夹少量泥岩，上部以深色泥岩为主，陆源植物碎屑较少，多以瓣腮类、介形类及少量叶肢介化石为主，且水平层理较发育，代表浅湖-半深湖沉积环境。该环境水动力条件较弱，碎屑粒度细，且深色泥岩有机质含量高，营养物质丰富，有利于介形类的生长。该段时期介形类动物群进入组合(2)最繁盛时期，在丰度和分异度上都有明显提升，平均丰度为104.5、平均分异度为5.1(图 2)。

由此可以看出，该时期湖盆也经历了由浅湖→滨、浅湖→浅湖-半深湖的演化过程。本区介形类动物群的兴起、发展与盆地的形成、演化及环境变迁有着密切的关系。

3.2   特征属种对古环境的指示

本剖面发现的介形类化石，特别是Cypridea壳面的刺、瘤或结节等均发育较好，表明当时处于水体较静的湖盆环境，物源丰富，沉积速度较快，介形类化石基本为原地埋藏。同时在本剖面占绝对优势的Cypridea是中生代晚期常见的非海相属，比较广泛地分布于亚洲、欧洲、非洲和美洲一些地区的下白垩统。在中国陆相中、新生代地层中也十分发育, 分布广泛，对划分和对比中生代晚期地层有重要的作用。据不完全统计，这个属有11个亚属，约500种^[13]。其中近2/3的种(63.6%)出现在早白垩世；其次为晚白垩世(18.4%)及晚侏罗世(13.2%)；而中侏罗世和新生代初，它们的数量通常仅在1%以下^[11]。这类分子在本剖面上无论种类还是数量都远超过其他分子，在组合(1)中占76.8%，在组合(2)中占79.5%。Anderson等^[14]和勾韵娴^[15]在研究英国和二连盆地早白垩世介形类动物群时都认为, 与非女星介占优势的动物群相比，女星介占优势的动物群适应的盐度较低。同时Rhinocypris, Candona, Darwinula 在该组合中均有出现，推测天仓地区赤金堡组可能代表淡水-微咸水的条件^[16-17]。Candona属介形虫在中国西部广泛分布于湖泊、沼泽、池塘和河流中下游，种类繁盛时指示气温低(全北极型温度)^[18]，此属在本剖面较少量存在，在组合(1)占14.8%，在组合(2)占7.9%，比例有减小的趋势，由此推测，研究区早白垩世Hauterivian期—Barremian期湖水盐度处于较低水平，有变暖趋势。

3.3   介形类形态对环境的指示

介形类的形态包括壳体的大小、体表纹饰、毛孔、喙等特征，这些形态受环境控制明显，并代表了各种功能，即使同一个种的介形类，由于外界环境因素变化的影响，它们的壳体形态也会发生明显的变化^[19]。高瑞祺等^[20]研究松辽盆地白垩系介形类古生态时指出，一般具瘤的分布于浅湖，具刺的分布于深湖。陈仲勤^[21]在研究黄骅坳陷古近系沉积环境时指出，适应于深水大湖的华北介具有粗大的蜂窝状壳壁。叶得泉^[22]研究松辽盆地嫩江组介形类生态特征时亦指出, 随湖盆由浅至深、由大到小，介形虫壳壁蜂窝由小变大，由深至浅。

本剖面上介形类壳饰演化也可以分为2个阶段，在介形类组合(1)中壳表光滑或具有简单短刺和小蜂窝壳饰的介形虫占优势，而在介形类组合(2)中有刺发育和蜂窝粗大的介形类化石占优势。这种改变不只发生在不同属种的比例上，还可见于同一属种在不同阶段的演化中。如在本剖面上发现的介形类化石中，Cypridea concina在各阶段均有分布且为各组合优势属种，该种化石纹饰清晰，易于识别，在广大西北地区早白垩世地层中常有产出^[23]。本次研究通过对Cypridea concina单种壳体表面纹饰的细微及超微构造的观察, 发现它们的形态具有一定的规律性演化。Cypridea concina的纹饰主要包括蜂窝状圆窝形网纹、壳面刺和毛孔。它们形态上由组合(1)到组合(2)的演化体现在：壳面刺的高宽比由约1.5:1变为约1:1；蜂窝状圆窝的平均直径由18 μm发展到25 μm，且加深明显；毛孔由简单圆形孔变为具唇圆形孔(图 3)。这些转变虽然十分显著，但用于对比的化石不论在壳体大小、轮廓、叠覆关系和壳饰类型上依然保持一致，不具有划分新属种的条件，因此认为，这些壳饰复杂程度的演化仅为同种介形类生物对环境变化的响应。根据前人对这些形态功能的研究可知，研究区由Hauterivian期到Barremian期，湖盆垂向上深度增大、横向上范围扩大，气候向温暖潮湿转变。

图  3  介形类Cypridea concina在不同时期递进比例尺显微下的纹饰结构对比

Figure  3.  Comparison of lamella structures of Cypridea concina from different periods under progressive scale microscopy

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这些气候环境上的变化与白垩纪的全球气候变化一致，长期以来, 白垩纪被认为是两极无冰的典型温室气候时期, 甚至在极地地区发现有热带和副热带生物的生活踪迹, 被称为温室世界。同时，多数地质学家也认可白垩纪气候具有波动性。相对而言, 早白垩世存在短期冰川被更多的地质学家接受，这是因为，在南北半球的高纬度地区均有较确定的冰川坠石和冰碛岩等冰川作用踪迹^[24]。王永栋等^[25]总结前人研究成果得出，在整个白垩纪大气二氧化碳水平较高，但在白垩纪早期较低，白垩纪中期达到最高，晚期逐渐降低。笔者认为，发生在研究区的气候环境转变事件，是对全球白垩纪早期—中期由冷变暖的良好响应。

4.   结论

(1) 研究剖面的介形类，计7属18余种，前人将该套地层规划为上新世疏勒图组，本次结合化石时代和岩石组合，将其修订为早白垩世赤金堡组，并建立了2个介形类化石组合：下部 Cypridea concina-Candona prona-Cypridea zhaobishanensis组合和上部Cypridea concina-Cypridea justa-Darwinulla leguminella组合，通过特征分子和组合对比，确定二者地质年代分别为早白垩世Hauterivian期和Barremian期。

(2) 通过对介形虫属种分异度及Cypridea concina单种形态特征变化的研究，发现湖盆在Barremian期较Hauterivian期更深广，气候具有变温暖湿润的趋势。