西藏南部侏罗系—白垩系界线时期钙质超微生物

西藏特提斯海区侏罗系—白垩系界线钙质超微化石的研究，由于受自然条件、研究方 向，以及重视程度等方面的限制，钙质超微化石的研究基础相当薄弱，多少年来几乎是一 个空白区域。主要研究工作仅局限在中、晚白垩世之后。

藏南白垩纪—古近纪钙质超微化石的工作主要是由徐钰林等（徐钰林等，1992；徐 钰林，2000）所做，建立了相应的钙质超微化石带，并与Sissingh（1977）化石分带（CC 带）进行了对比。另外，钟石兰等（2000）对西藏南部岗巴地区白垩纪中期钙质超微化 石带和Cenomanian—Turonian界线钙质超微化石进行了研究，他们研究了两个剖面 Albian—Santonian钙质超微化石的分布。根据标志种的存在，识别出5个初现面事件，相 应地建立了6个钙质超微化石带，自下而上是Prediscosphaera cretacea带、Eiffellithus turriseiffeli带、Lithraphidites acutum带、Gartnerago obliquum带、Quadrum gartneri带、 Lucianorhabdus cayeuxii带。同时，通过洲际对比，建议以G.obliquum初现面作为划分本区 Cenomanian和Turonian界线的标志。

侏罗系与白垩系界线附近钙质超微生物的研究国外已有良好成果，主要工作和成果与 DSDP和ODP工作的进程密切相关，DSDP和ODP多个站位的钻心揭示界线地层保存良好 的钙质超微化石。相对而言，我国目前在该领域的研究尚属空白，该时段钙质超微生物地 层工作尚未开展，主要原因是该时期海相地层在国内的分布非常局限；其次，与DSDP和 ODP的地层样品相比较，国内仅有的该时期海相地层往往经过了剧烈的构造隆升运动和 风化剥蚀，个体微小的超微化石极易受到破坏，从而影响识别和分类。基于这样的前提条 件，迫切需要我国地质工作者进行更为深入细致的研究。

本次工作将采自江孜地区和浪卡子县羊卓雍错南岸的J—K界线地层的页岩，以及粉 砂质页岩样品，在实验室进行了深入研究，使用了多种方法，前后持续长达两年时间，经 历了多次的失败，仅用于显微镜下观察的载玻片就制作了500多片，最终发现了较为丰富 的钙质超微化石，弥补了我国J—K界线附近钙质超微生物的空白。

4.1.4.1 分析方法

钙质超微化石因为它们个体微小、结构纤细，无论采样、处理和观察研究的方法都和 一般微体化石不同。因此，下面对其处理和观察研究的方法作比较具体的介绍。

（1）用光学显微镜观察试样的分析方法

钙质超微化石样品的处理方法十分简便而又相当特殊。因为它们质地细弱、个体微 小，不可使用剧烈的化学药品，只能依靠重力分异等方法处理。处理过程主要为散样和富 集两大步骤。

1）散样：使样品充分散开，以便析出超微化石大小的颗粒。方法是：

(1)取碎成米粒大小的新鲜样品3 ～4粒，投入水中浸泡扩散，或先加二甲苯浸湿后投 入水中。最理想的样品是硬度小，甚至用指甲就能碾碎的软岩样品。如是已固结的坚硬岩 石，则需预先碎成两块，用改锥在其断面上削、刮下相当3～4颗米粒大小样品，在研钵 中碎成粉末，再投入装有20mL水的烧杯中浸泡。

(2)如果浸泡不易扩散，可将样品在水中煮沸，或者将浸入样品的小烧杯置于超声波震动 器上震动数分钟至二三十分钟，促使扩散。为不致因超声波震动造成化石破损，以周频为 28kHz、功率为5W较为合适。如果样品因粘土含量高而不易散开，可加入少量碳酸钠煮沸。

在整个处理过程中，要特别注意处理液的酸碱度。这一方面可避免具纤细钙质骨架的 超微化石不至于在pH值偏低的液体中溶解破坏，也因碱性介质能使粘土保持分散状态而 便于处理。最有利的为pH ＝9.4的溶液，为此，需要在用于处理的蒸馏水中加入小苏打 （每20L水中加4g）和碳酸钠（每20L水中加3g左右），使pH值达9.4。不宜直接使用 自来水或蒸馏水。

2）富集：去掉过粗、过细的颗粒和有机物质，使超微化石富集，是样品处理过程中 的重要步骤。

在样品中加入30％的双氧水（同时加小苏打以保持介质的pH值为9.4左右），加热 1h后如深色的样品变成浅灰，说明有机质已氧化。离心，倾出上覆液体，再加入Na2CO3 清洗，然后再行离心，如此重复多次。若有机质含量不高，此项步骤可省略。过粗的颗粒 可用筛选法或沉淀法去除。筛选法为将已扩散开的样品置于孔径为0.035mm或0.04mm （即300目）的细筛上冲洗，弃去留在筛上的粗粒物，取筛下冲去的液体作进一步分析。沉淀法为把已研碎的样品在小苏打水溶液中沉淀1～2min，弃去沉淀的粗粒物，取其上面 的液体作进一步分析。进一步的富集过程，可以有不同的方法，如烧杯法、滴管法、滤纸 法等（参见Stradner et al.，1961；Hay，1977；Haq，1978；纪文荣，1981；同济大学海 洋微体古生物室，1982；郝诒纯等，1993；Bown et al.，1998；Hardenbol et al.，1998； Bornemann et al.，2003）。

本次实验工作在中国地质大学（北京）海洋学院实验室进行，利用了多种当今最新、 最通用的钙质超微化石处理、制片与观察分析方法。

首先采用了通常的涂片方法。先取少量样品（米粒大小）放在载玻片上，滴1～2滴 蒸馏水，用一次性牙签或小塑料棒涂抹均匀，在可控温电热板（hot plate）上烘干后用中 性树脂胶封片，制作成可长久保存的玻片，封片胶使用加拿大树胶（折光率1.52），再 在偏光显微镜下放大1000倍（油浸镜头下）进行观察（Backman et al.，1983）。这种方 法简单快速，仅需要微量沉积物（一般用样约1g左右），对于确定有无化石与观察化石 群落组成而言这是一种非常快捷有效的方法。

由于J—K界线地层中的钙质超微化石在丰度、分异度及保存状态等方面均不如新生 代及现代大洋沉积物中的超微化石，使用上述一般处理方法制成的薄片几乎没有发现钙质 超微化石。之后，采用了多种浓缩沉淀的富集方法。现选取其中的一种方法详述步骤 如下：

A.试样的处理与薄片的制备

(1) 取岩样并切除外表污染部分，用其新鲜面。

(2) 对软质样品，则再将干净的岩样切割成许多小粒。或用螺丝刀或小刀刮取约20mL 的岩粉装入50mL的烧杯中。

(3) 对已固结的坚硬岩石，预先碎成两块，用改锥在其断面上削、刮下一些米粒大小 样品，在研钵中碎成粉末，再装入50mL的烧杯中。

(4) 往装有岩粉的烧杯中加入大约20mL缓冲后的蒸馏水（pH ＝9.4），用玻璃棒充分 搅拌，做成悬浊液。

(5)对浸泡不易扩散的样品，将浸入样品的小烧杯置于小型超声波震动器（周频为 28kHz、功率为5W）上震荡5s为宜，需要时可震荡数分钟甚至20～30min，促使扩散。

(6) 将搅拌好的悬浊液静置30s后，将上清液倒入第二个烧杯中；将剩下的浊液搅拌 均匀后，静置1～2min后，将上部清液倒入第三个烧杯中，制成中部清液；剩下的底部沉 淀物即为下部浊液。

(7) 用滴管分别吸取上部清液、中部清液、下部浊液分别滴到预先准备好的载玻片上。每一种液体从上到下不同层位分别取样，轻轻滴到5个载玻片上，使悬浊液均匀展布在整 个盖玻璃上。并将此载玻片放置到常温的电热板上。

(8) 加热电热板使悬浊液干燥。注意尽可能用低温（40～50℃），经过一定加热干燥时 间，以便悬浊液中不至于产生活动粒子的强烈对流。

(9) 在载玻片的中央，滴上一滴封入剂（折光率1.52）。

(10) 把盖玻片贴在载玻片上。贴盖玻片时将盖玻片带封入剂的面朝下，轻轻地放在载 玻片的试样上，用镊子或玻璃棒轻轻按一按盖玻片，使封入剂扩展到盖玻片的整个面上，这时要注意不要使盖玻片与载玻片之间留下气泡。

（11）在常温下原封不动放置一段时间，使封入剂凝固。做成镜下鉴定用的载片，再在 载片上粘贴记有试样编号、产地等内容的标签，即制作成可长久保存的载片。

B. 镜下观察、鉴定及照相

由于钙质超微化石在正交偏光显微镜下会呈现特殊的消光现象，因此，将所有制好的 薄片在正交偏光显微镜1000倍放大倍数油浸镜头下进行观察、鉴定及照相。随机选取 600个以上视域进行钙质超微化石属种的观察与鉴定，为确保化石分类鉴定的统一性和准 确性，选择部分样品进行扫描电子显微镜（SEM）观察。

（2）用扫描电子显微镜（SEM）观察试样的分析方法

扫描电子显微镜可以直接观察到钙质超微化石的构造细节，因此，也是一种常用的分 析方法。

试样的处理首先也是采用浓缩沉淀法，将钙质超微化石富集。方法步骤与上述用光学 显微镜观察的试样处理方法(1)～(6)步相同。之后不同的是将富集的上部清液、中部清液、 下部浊液分别滴在扫描电子显微镜专用的试样载台上进行充分干燥。再将载台上干燥好的 试样，在真空中喷金后即可进行观察和照相，具体方法参阅“Calcareous Nannofossils Biostratigraphy”一书中的“Techniques”一节（Bown et al.，1998）。本次电镜扫描的喷 金、观察及照相工作分3次在中国石油勘探开发研究院实验中心和中国地质大学（北京）扫描电镜室进行。

4.1.4.2 研究区钙质超微生物

本次研究分析了位于江孜—浪卡子地区5个剖面的55个样品，就其中保存的钙质超 微化石进行了处理并制片550件，选择部分样品进行扫描电子显微镜（SEM）观察，拍得 电镜扫描照片50张，并对部分较难识别的种类进行了光学显微镜和扫描电子显微镜的对 比观察。每张薄片观察视域600个以上，钙质超微化石的丰度按照Hay（1977）和Miriam Cobianchi et al.（1997）定义的标准估计：

A＝abundant：6～10种/每个视域；C＝common：1～5种/每个视域；

F＝few：1种/1～10个视域；R＝rare：1种/11～300个视域。

本次研究在江孜甲不拉沟口剖面和甲不拉剖面的甲不拉组，以及浪卡子县林西剖面桑 秀组首次发现了钙质超微化石（图版Ⅰ），尤其是甲不拉沟口剖面数量相对丰富（表 4.3）。许多类型属于全球性分子和洲际分子，为该套地层的时代划分、对比提供了依据。与全球其他地区同时期的钙质超微生物相比，研究区的生物丰度和分异度相对较低，以椭 圆盔球石科（Ellipsagelosphaeraceae）生物群为主。

表4.3 江孜甲不拉沟口和甲不拉剖面甲不拉组钙质超微化石分布表

注：J为甲不拉沟口剖面；JF为甲不拉剖面；A示化石含量丰富；C示化石含量中等；F示化石含量少；R示化 石含量稀少（A：6-10 specimens per view；C：1-5 specimens per view；F：1 specimen in 1-10 fields of view ；R：1 specimenin 11-300 fields of view）。

（1）Ellipsagelosp haeraceae生物群特征

Ellipsagelosphaeraceae生物群的特点是颗石呈圆形、椭圆形，双盾型，盾盘上的晶粒 互相叠覆。在正交偏光显微镜下，两个盾均具干涉图像。它又可分为Watznaueria，Cyclagelosphaera，Manivitella，Ellipsagelosphaera等属。本次研究发现Watznaueria属种占优 势，其次是Cyclagelosphaera，Manivitella的属种。

经鉴定Watznaueria属包括6个种，即Watznaueria barnesae，Watznaueria fossacincta，Watznaueria ovata，Watznaueria manivitae，Watznaueria cf. manivitae，Watznaueria biporta。Cyclagelosphaera属有2个种，即Cyclagelosphaera margerelii和Cyclagelosphaera deflandrei。Manivitella属有1个种，即Manivitella pemmatoidea。

Watznaueria属，Manivitella属与Cyclagelosphaera属的主要区别在于前两者颗石盾盘呈 椭圆形，而后者呈圆形、亚圆形。Watznaueria与Manivitella的主要区别在于后者具大而空 的中央区。Watznaueria属中以Watznaueria barnesae为优势种，每张薄片中单种丰度高达 40％ 以上，其次按种的数量递减的是Watznaueria fossacincta，Watznaueria ovata，Watznaueria manivitae，Watznaueria cf. manivitae，Watznaueria biporta。这符合Watznaueria barnesae是保存不好的组合中最普遍的白垩纪颗石的说法（Perch-Nielsen，1985）。

从分类学角度讲，Watznaueria属的6个种根据个体的大小来区别，Watznaueria barnesae，Watznaueria fossacincta，Watznaueria ovata根据是否具有中央孔，以及中央孔的尺 寸大小加以区别，三者中央孔的尺寸依次增大。Watznaueria manivitae个体大，与 Watznaueria barnesae和Watznaueria fossacincta容易分开。Watznaueria cf. manivitae个体也很 大，一般超过8μm，中央孔小或关闭而与Watznaueria manivitae区别，Watznaueria biporta 在中央区具有两个大的穿孔为其显著特征。Watznaueria britannica的中央区具有横向棒，据此可与上述6个种加以区别。

Cyclagelosphaera属的外形呈圆形到亚圆形，是Ellipsagelosphaeraceae科中具有双折射 远端盾的一个属，在偏光显微镜下，该属远端盾发亮，与Markalius远端盾发暗相区别。研究区发现的两个种Cyclagelosphaera margerelii和Cyclagelosphaera deflandrei容易区别，前 者个体小，在偏光显微镜下远端盾很亮，而后者个体大，在偏光显微镜下颜色发黄。

Manivitella呈椭圆形，颗石的边缘区有两层环圈组成，其显著特征是中央区为大而中 空的开孔。

研究区的生物分异度相对较低，从生态环境上，常被看做典型的不稳定条件和富营养 的冷表层水（Okada et al.，1973；Brand，1994；Melinte et al.，2001 ）。Watznaueria barnesae为优势种，在整个白垩纪大部分环境中常见且丰富，已被证实是一个非常抗溶的 广适性世界种，该种是精力充沛的生态型种，能尽快适应新的生境（Mutterlose，1991 ； Melinte et al.，2001）。另外，Watznaueria barnesae占优势，常被看做是叠加成岩的标志 （Roth，1986；Roth et al.，1986）。

（2）早白垩世钙质超微生物组合的层位分布和时代

A. 甲不拉组

江孜地区甲不拉沟口剖面甲不拉组底部灰色—深灰色页岩及粉砂质页岩中产丰富的钙 质超微化石Speetonia colligata，Calcicalathina oblongata，Watznaueria barnesae，Watznaueria fossacincta，Watznaueria manivitae，Watznaueria cf. manivitae，Watznaueria biporta，Watznaueria ovata，Cyclagelosphaera margerelii，Cyclagelosphaera deflandrei，Hexalithus noeliae，Hexalithus magharensis，Polycostella senaria，Biscutum constans，Manivitella pemmatoidea，Nannoconus steinmannii steinmannii，N. steinmannii minor；其中Watznaueria barnesae，Watznaueria fossacincta，Watznaueria ovata，Watznaueria manivitae，Watznaueria cf. manivitae，Cyclagelosphaera margerelii，Biscutum constans，Manivitella pemmatoidea，Diazomatolithus lehmanii等为世界种。Cyclagelosphaera deflandrei，Speetonia colligate，Calcicalathina oblongata，Hexalithus noeliae，Hexalithus magharensis，Polycostella senaria，N. steinmannii steinmannii，N. steinmannii minor等为特提斯种。

世界种相对丰富，Watznaueria属种占优势，每张薄片中Watznaueria属种的丰度高达 60％～90％以上，其次是其他属种，依次是Cyclagelosphaera margerelii，Biscutum constans，Manivitella pemmatoidea。Manivitella pemmatoidea出现的时代是Berriasian—Cenomanian期，Biscutum constans出现于白垩纪，Watznaueria与Cyclagelosphaera两属种时间跨度大，但常 被认为是晚侏罗世—早白垩世低纬度组合中的典型种。Bown et al.（1998）认为 Watznaueria britannica在晚侏罗世Tithonian期是优势种，在早白垩世时，Watznaueria属仍 占优势，但Watznaueria britannica常被Watznaueria barnesae和Watznaueria fossacincta取代。经仔细鉴定，本研究区没有发现Watznaueria britannica，而富含Watznaueria barnesae和 Watznaueria fossacincta等种，说明该区所处时代为早白垩世。

特提斯种数量相对较少，但它们多具有地层意义。Nannoconus steinmannii minor和 N.steinmannii steinmannii是早白垩世Berriasian期的标准带化石，但在本研究区的数量稀 少，丰度极低。Cyclagelosphaera deflandrei为特提斯海区特有的种，主要发现于早白垩世 早期的沉积物中（Perch-Nielsen，1985）。Polycostella senaria为早白垩世Berriasian的化石，Gartner（1977）认为Polycostella senaria为近海沉积物中鉴别Berriasian的极佳指示化石。Speetonia colligata为Berriasian—Hauterivian晚期的化石，Calcicalathina oblongata为 Valanginian早期至Hauterivian早期的化石。Hexalithus noeliae，Hexalithus magharensis出现 于白垩世。

甲不拉剖面的甲不拉组下部（2～4层）钙质超微化石的丰度和分异度远远低于甲不 拉沟口剖面，产Watznaueria barnesae，Watznaueria fossacincta，Watznaueria cf. manivitae，Watznaueria biporta，Cyclagelosphaera margerelii，Cyclagelosphaera deflandrei，Biscutum constans，Polycostella senaria，Manivitella pemmatoidea，Diazomatolithus lehmanii，Calcicalathina oblongata等。本剖面没有发现超微锥石类钙质超微化石（nannoconids），这 主要是因为甲不拉组下部多出露黑色页岩。从古生态角度讲，大多数黑色页岩中缺乏这种 超微锥石类钙质超微化石，但在远洋碳酸盐中该类化石却占优势，已被很多学者认为是贫 营养的生态型（Coccioni et al.，1992；Erba，1994）。

浪卡子县林西剖面甲不拉组下部页岩、粉砂岩中含少量的钙质超微化石Watznaueria barnesae，Tubodiscus verenae，Manivitella pemmatoidea。其中Manivitella pemmatoidea是早白 垩世Berriasian期至晚白垩世Cenomanian期的化石，Tubodiscus verenae为早白垩世 Valanginian期，因此，该区甲不拉组下部时代是早白垩世。

综合分析江孜和浪卡子地区甲不拉组下部化石，可看出化石的时代具有过渡性色彩，既有 侏罗纪延续下来的分子，也有白垩纪成员，但主要仍反映了早白垩世化石组合的面貌，时代为 早白垩世Berriasian期至Valanginian期，该化石组合相当于Sissingh（1977）化石分带CC1～ CC3带下部，以及Hardenbol et al.（1998）化石分带NJK-D至NK-3带（图4.3；表4.4）。

表4.4 西藏南部与其他地区钙质超微化石组合（带）对比表

B. 桑秀组

浪卡子县林西剖面桑秀组下部页岩中含少量的钙质超微化石Calcicalathina oblongata，Speetonia colligata，Diazomatolithus lehmanii，Polycostella senaria，Watznaueria barnesae 。化 石的丰度和分异度远远低于江孜地区甲不拉组，属种与甲不拉组部分化石相同，据上述分 析可知，此桑秀组底部与甲不拉组底部时代相同，为早白垩世Berriasian—Valanginian期，相当于Sissingh（1977）化石分带CC1～CC3带下部，以及Hardenbol et al.（1998）化石 分带NJK-D至NK-3带（图4.3；表4.4）。

本次在浪卡子县卡东剖面采得样品13块，共制成薄片130张，经仔细鉴定，桑秀组 及甲不拉组下部均没有发现钙质超微化石，这可能是因为卡东剖面桑秀组下部及甲不拉组 下部出露的多是黑色页岩，古海洋环境不利于钙质超微生物生存的缘故。

综上所述，经过仔细地分析研究，以及与同期世界其他区域的钙质超微化石组合 （带）对比，研究区甲不拉组下部和桑秀组下部钙质超微化石组合时代属于早白垩世 Berriasian—Valanginian期，相当于特提斯海区Sissingh（1977）化石分带CC1～CC3带下 部，以及Hardenbol et al.（1998）化石分带NJK-D至NK-3带（表4.4）。

SEM通过电子来使样本放大50万倍，相当于将1毫米放大到500米。同时，SEM也可以分析样品的组成元素。SEM产生电子束撞击样品原子的电子层，产生X射线，释放不同程度的能力，从而判断原子的种类。这项技术也被称为X射线微探技术，对于分析枪击痕迹非常有用。

1、放大率：

与普通光学显微镜不同，在SEM中，是通过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。

所以，SEM中，透镜与放大率无关。

2、场深：

在SEM中，位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都可以得到良好的会焦而成象。这一小层的厚度称为场深，通常为几纳米厚，所以，SEM可以用于纳米级样品的三维成像。

3、作用体积：

电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，所以存在一个作用“体积”。

4、工作距离：

工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。

如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下获得更大的场深。如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。

5、成象：

次级电子和背散射电子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次级电子。

6、表面分析：

欧革电子、特征X射线、背散射电子的产生过程均与样品原子性质有关，所以可以用于成分分析。但由于电子束只能穿透样品表面很浅的一层（参见作用体积），所以只能用于表面分析。

表面分析以特征X射线分析最常用，所用到的探测器有两种：能谱分析仪与波谱分析仪。前者速度快但精度不高，后者非常精确，可以检测到“痕迹元素”的存在但耗时太长。

观察方法：

如果图像是规则的（具螺旋对称的活体高分子物质或结晶），则将电镜像放在光衍射计上可容易地观察图像的平行周期性。

尤其用光过滤法，即只留衍射像上有周期性的衍射斑，将其他部分遮蔽使重新衍射，则会得到背景干扰少的鲜明图像。

扩展资料：

SEM扫描电镜图的分析方法：

从干扰严重的电镜照片中找出真实图像的方法。在电镜照片中，有时因为背景干扰严重，只用肉眼观察不能判断出目的物的图像。

图像与其衍射像之间存在着数学的傅立叶变换关系，所以将电镜像用光度计扫描，使各点的浓淡数值化，将之进行傅立叶变换，便可求出衍射像〔衍射斑的强度（振幅的2乘）和其相位〕。

将其相位与从电子衍射或X射线衍射强度所得的振幅组合起来进行傅立叶变换，则会得到更鲜明的图像。此法对属于活体膜之一的紫膜等一些由二维结晶所成的材料特别适用。

扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。

参考资料：百度百科-扫描电子显微镜

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