地质记录为认识深时气候变化提供了重要依据。然而，区域环境演变并非全球气候变化的简单响应，它还会因为区域构造变化的影响而产生不同于全球变化的区域特征。三叠纪是全球气候与生态系统发生重大变化的时期。二叠纪末生物大灭绝后，早三叠世长期处于极端温室状态，生态系统恢复缓慢。进入中三叠世后，全球气候总体趋于缓和，生物多样性逐渐恢复；晚三叠世全球环境再次出现明显波动。与这一总体趋势不同，亚洲各地块的环境转变并不同步，而是呈现出明显的穿时性特征（图1）。早三叠世，华北克拉通广泛发育红层和蒸发岩，反映其处于炎热干旱的低纬度气候带。至中三叠世，华北地区逐渐出现煤系沉积，表明环境开始向温暖湿润转变（图1）。相比之下，华南克拉通的红层和蒸发岩延续时间更长，温暖湿润环境及相关含煤、含油地层主要在中—晚三叠世出现，说明其环境转变晚于华北克拉通（图1）。准噶尔地块在早三叠世晚期就已经出现代表温暖湿润环境的含油地层，但是在晚三叠世出现了代表极地环境的冰筏沉积（图1）。亚洲地区区域环境变化的穿时性特征与全球三叠纪气候变化的不一致由什么原因导致，不仅是深时环境演化的重要问题，而且对研究亚洲区域构造演化以及煤和石油等能源矿产的勘探具有重要意义。深时环境具有明显的分带性，这种穿时性的环境变化可能与亚洲板块自身的古纬度变化有关。然而，由于长期缺乏可靠且具有精确年龄约束的三叠纪古地磁数据，亚洲板块纬度变化与区域环境演变之间的关系一直难以定量检验。

图1 东亚构造略图及华南克拉通、华北克拉通和准噶尔地块三叠纪地层划分与特征沉积汇总。（a）欧亚大陆主要构造地块和造山带示意图。（b）华南克拉通、华北克拉通和准噶尔地块的三叠纪地层序列及特征沉积

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所与德国图宾根大学研究团队对华北克拉通北缘牛营子盆地上三叠统水泉沟组火山岩开展了系统的古地磁学和锆石U-Pb年代学研究。两个剖面火山岩样品分别获得229.2±1.3 Ma和233.7±1.3 Ma的锆石U-Pb年龄，将研究地层的形成时代限定在约230 Ma（图2）。

图2 岩石地层、野外露头照片和锆石U–Pb年代学。（a）华北克拉通北缘牛营子盆地的三叠纪火山碎屑岩序列，图中标出了锆石U–Pb年龄和古地磁采样层位；（b，c）SQLT01和SQLT02剖面的野外露头，图中标出了岩层产状；（d，e）两个剖面年代学样品的LA-ICP-MS锆石U–Pb定年结果

古地磁结果显示，水泉沟组火山岩样品大部分在350℃（部分样品600℃）至680℃的高温阶段分离出稳定的特征剩磁方向。SQLT01剖面12个采样点的地理坐标系平均方向为D_g = 350.6°、I_g = 36.0°（k_g = 170.9，α₉₅ = 3.3°），地层坐标系平均方向为D_s = 24.5°、I_s = 69.6°（k_s = 170.9，α₉₅ = 3.3°），B级倒转检验支持其原生剩磁属性；SQLT02剖面3个采样点的地理坐标系平均方向为D_g = 0.4°、I_g = 65.2°（k_g = 355.7，α₉₅ = 6.5°），地层坐标系平均方向为D_s = 38.3°、I_s = 65.3°（k_s = 355.7，α₉₅ = 6.5°）。综合两个剖面共15个采样点，得到地理坐标系平均方向D_g = 351.7°、I_g = 41.8°（k_g = 36.0，α₉₅ = 6.5°），地层坐标系平均方向D_s = 27.7°、I_s = 68.8°（k_s = 161.3，α₉₅ = 3.0°）（图3）。逐步展平检验显示，古地磁方向在99.1%展平时达到最大集中（图3）；DC褶皱检验的最佳展平比例为100.2% ± 17.6%（图3）。同时，该结果通过了砾石检验和B级倒转检验。这些结果共同表明，水泉沟组火山岩保存了形成时期的原生剩磁。基于该原生剩磁方向，获得华北克拉通~230 Ma的古地磁极为68.1°N、167.9°E（A₉₅ = 4.8°，K = 64.8）。

图3 古地磁学结果。（a）SQLT01剖面特征剩磁结果的赤平投影。（b）SQLT02剖面特征剩磁结果的赤平投影。（c）SQLT01和SQLT02两个剖面综合特征剩磁结果的赤平投影。（d）所有特征剩磁逐步展平检验显示在99.1%时K值最大。DC褶皱检验的最佳展平比例为100.2% ± 17.6%

综合该研究获得的~230 Ma古地磁极与已发表的可靠三叠纪古地磁数据，研究团队重建了华北克拉通的视极移和古纬度变化曲线。结果显示，以41°N、121°E为参考点，华北克拉通在早三叠世（约249 Ma）位于约26.7°N，中三叠世（约242 Ma）向北迁移至约35.1°N，晚三叠世（约230 Ma）进一步到达约53.2°N（图4）。在这期间，华北克拉通向北迁移约26.5°，平均运动速率约为1.4°/Myr，相当于约15.5 cm/yr（图4）。进一步研究发现，华北克拉通如此快速的向北运动可能由两个过程共同驱动。一方面，蒙古—鄂霍茨克洋洋壳向北俯冲产生的板片拉力推动华北克拉通—蒙古地块整体向北运动；另一方面，是三叠纪真极移导致远离欧拉极的东亚陆块发生大规模的北向位移。通过比较华北克拉通与西伯利亚板块的古纬度轨迹，研究团队估算，真极移产生的向北运动速率约为4.2 cm/yr，而与蒙古—鄂霍茨克洋俯冲有关的运动速率约为11.3 cm/yr。

图4 华北克拉通与欧亚大陆视极移路径和古纬度对比图，以及三叠纪古地理重建。（a）华北克拉通和欧亚大陆三叠纪视极移路径对比；（b）华北克拉通和欧亚大陆的古纬度变化曲线（参考点：41°N，121°E），表明华北克拉通在约249～230 Ma期间快速向北迁移，可能受到蒙古—鄂霍茨克洋俯冲闭合和全球真极移的共同影响。（c，d）根据古地磁数据重建的早—中三叠世（约247 Ma）和晚三叠世（约230 Ma）古地理格局。绿色带表示温暖湿润的纬向气候带，白色带表示炎热干旱气候带。绿色圆点表示煤层的出现，指示温暖湿润气候；红色和黄色三角形分别表示红层和蒸发岩，指示炎热干旱环境。IC，印支地块；MOB，蒙古地块；NCC，华北克拉通；NQB，北羌塘地块；SQB，南羌塘地块；SCC，华南克拉通；SI，思茅—缅泰地块

快速的纬向迁移使亚洲不同板块先后穿过不同的纬向气候带。华北克拉通在向北迁移过程中由低纬度炎热干旱带进入中纬度温暖湿润带，从而发生由红层和蒸发岩沉积向煤系沉积的转变（图5）。华南克拉通因位置相对偏南，进入温暖湿润气候带的时间较晚（图5）。准噶尔地块原本处于较高纬度，继续向北迁移使其在晚三叠世进入寒冷气候带（图5）。亚洲不同地块纬向迁移的先后顺序，可以解释其环境转变的穿时性。板块纬度变化还可能影响生物的空间迁移。以生活在温暖湿润环境中的代表性植物叉羽叶属（Danaeopsis）为例，其化石在早三叠世主要分布于华北克拉通北部和准噶尔地块，随后逐渐向南扩展，并在晚三叠世中期到达华南克拉通南部（图5）。这一迁移过程与亚洲板块依次进入中纬度温暖湿润气候带的时间基本一致。

图5 板块快速向北运动对亚洲三叠纪穿时性环境变化的影响。（a） 华北克拉通、华南克拉通和准噶尔地块的三叠纪地层柱状图，显示不同地块气候敏感沉积相的穿时性变化；（b）中亚和东亚主要地块的位置，以及不同地质时期叉羽叶属（Danaeopsis）的迁移过程。绿色、蓝色、紫色和红色圆点分别表示安尼期—拉丁期、卡尼期、诺利期和瑞替期叉羽叶属的分布，红色箭头表示推测的叉羽叶属迁移方向

该研究将高精度古地磁学、锆石年代学、沉积相和古生物资料相结合，定量揭示了三叠纪板块纬向迁移与亚洲区域环境演变之间的联系。这一研究为理解亚洲三叠纪环境演变和古生物迁移提供了新的古地理解释，也为研究全球三叠纪沉积与环境变化提供了新的参考。

侯祎斐（博士后）