王秋軍 馬福軍 董俊玲
宜昌峽東地區(qū)古生物之美
王秋軍 馬福軍 董俊玲
宜昌的水彩畫
享有“三峽明珠·世界電都”美譽(yù)之稱的宜昌,是湖北省西部一座聞名中外的美麗城市。宜昌市境內(nèi)地形復(fù)雜多樣,崇山峻嶺、峽谷交錯(cuò),以山地占69%、丘陵占21%、平原占10%構(gòu)成了“七山、二丘、一平”的地質(zhì)地貌特征。湖北宜昌地區(qū)由于發(fā)育了很好的新元古代——中生代地層,早在1924年就被廣大地質(zhì)工作者所重視。在最近的幾十年中,先后有不少地質(zhì)工作者對(duì)宜昌地區(qū)的地層劃分、沉積環(huán)境和古生物化石做了許多細(xì)致而重要的研究工作,使這一地區(qū)因多個(gè)“金釘子”一躍而聞名于中外地質(zhì)界。作為研究地質(zhì)學(xué)及古生物學(xué)的學(xué)子,早就對(duì)號(hào)稱具有新元古代至中生代各個(gè)地質(zhì)時(shí)代經(jīng)典地層剖面的宜昌峽東地區(qū)傾慕不已,仿佛不親自去走一趟、看一遍,人生便有遺憾似的。在秋意盎然的10月,我們有幸參加了由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所(以下簡(jiǎn)稱“南古所”)組織的2013年研究生野外現(xiàn)場(chǎng)教學(xué),該項(xiàng)目是在國(guó)家自然科學(xué)基金委特殊學(xué)科點(diǎn)基金和現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持下,由南古所每?jī)赡杲M織一次,通過(guò)科研人員的指導(dǎo),讓新一代的地質(zhì)學(xué)學(xué)子對(duì)我國(guó)前寒武紀(jì)至中生代一系列經(jīng)典野外剖面進(jìn)行系統(tǒng)考察,提高學(xué)生的野外實(shí)踐能力,并逐步培養(yǎng)他們對(duì)地質(zhì)工作的熱情和興趣。2013年的實(shí)習(xí)主題為“三峽地區(qū)前寒武紀(jì)至中生代地層與古生物認(rèn)識(shí)和了解”,從10月28日至11月4日,雖然只有8天時(shí)間,但卻是一次地質(zhì)時(shí)期的跨越,從南華系的蓮沱組飛躍到中侏羅世的泄灘組;更是一次時(shí)間的穿越,不同地層中栩栩如生的生物化石似乎在詮釋著地球6億年以來(lái)的滄桑巨變。這次宜昌峽東地區(qū)的地質(zhì)之旅,我們既領(lǐng)略了秀美的自然風(fēng)光,更欣賞了古生物的獨(dú)特魅力!
10月29日,雖然天空下著蒙蒙細(xì)雨,整個(gè)宜昌籠罩在輕如薄紗的茫茫白霧中,但絲毫沒(méi)有動(dòng)搖我們參加實(shí)習(xí)的激動(dòng)和好奇。一大清早,我們準(zhǔn)備好出野外的物品就跟隨南古所的指導(dǎo)老師去參觀了新元古代巖相和生物相的演變。通過(guò)指導(dǎo)老師的現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō),我們既見(jiàn)識(shí)了海相地層中的凝灰?guī)r夾層、與冰川有關(guān)的冰磧礫巖、富含疑源類化石的硅質(zhì)結(jié)核和鍋底狀透鏡體灰?guī)r,也加深了對(duì)交錯(cuò)層理、巖性互層等地質(zhì)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。其中朱茂炎老師詳細(xì)的為我們解說(shuō)了“蓋帽白云巖”的形成及其相關(guān)地質(zhì)事件,讓我們既對(duì)“雪球事件”有了更多的興趣,也感嘆他知識(shí)的淵博!
對(duì)于學(xué)習(xí)古生物學(xué)的我們來(lái)說(shuō),最讓我們欣喜的還是能遇到好的化石標(biāo)本。也許是上天的眷顧,下午參觀石牌組時(shí)在路邊的碎石中意外撿到一塊含有多個(gè)圓形的印痕標(biāo)本。心里除了高興外,也更想探究下它的真實(shí)身份,南古所李國(guó)祥老師略賣關(guān)子的告訴我們它是核形蟲,并系統(tǒng)的介紹了它的成因和成分。核形蟲的形成與當(dāng)時(shí)全球氣候發(fā)生強(qiáng)烈的分異有關(guān),像在石炭紀(jì)時(shí),由于氣候的強(qiáng)烈分異導(dǎo)致的大規(guī)模冰川活動(dòng)使全球水圈中的水大量?jī)?chǔ)集在大陸冰蓋上,從而引起了全球海平面的普遍下降,使得陽(yáng)光、溫度、海水深度和攪動(dòng)強(qiáng)度等條件都非常適合海水中藻類的發(fā)育和生長(zhǎng),因而在全球很多地方形成了大量的核形蟲。晚上回到住處后通過(guò)查閱相關(guān)資料,心里對(duì)核形蟲有了一個(gè)更清楚的了解。原來(lái),核形蟲(oncolite)是一種微生物包?;钤缬葾rnold Hemi在1916年提出,由核心和包殼兩部分組成,因其形狀像果核,故稱為“核形蟲”。核心是核形蟲形成的基礎(chǔ),決定其包殼類型及外部形態(tài),主要為藍(lán)細(xì)菌碎片、菌類粘結(jié)體、灰?guī)r屑、生物碎屑等物質(zhì);包殼圍繞核心呈層狀分布,近同心多層環(huán)狀、單層環(huán)狀或不規(guī)則狀分布,有泥晶紋層、富菌紋層及含生物紋層三種類型。核形蟲作為微生物碳酸鹽巖的一種重要顆粒類型,長(zhǎng)期受到地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注。已有的研究表明:從前寒武紀(jì)到第四紀(jì)、在海相和陸相的動(dòng)蕩水體環(huán)境中均有核形蟲發(fā)育,一般存在于碳酸巖沉積中,也可形成于其他水體沉積物中;海相環(huán)境中可出現(xiàn)在水動(dòng)力較強(qiáng)的淺灘、水動(dòng)力弱的潮間帶、潮下帶及瀉湖;陸相環(huán)境中可出現(xiàn)在河流、三角洲、沼澤和湖泊中。近年來(lái),隨著微生物碳酸鹽巖研究的不斷深入,有關(guān)核形蟲的研究再次成為沉積學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。根據(jù)核形蟲的分布和特征,可以推斷或恢復(fù)沉積體的成巖強(qiáng)度、歷史和環(huán)境,確定古構(gòu)造單元的界線以及了解不同古構(gòu)造塊體的關(guān)系。此外,核形蟲的變化,不僅可作為區(qū)域地層劃分和對(duì)比的依據(jù),也是恢復(fù)古氣候的重要指標(biāo)。實(shí)習(xí)的第一天就撿到這么好的一塊化石標(biāo)本,心里除了高興外,更期待第二天能有更多的收獲!
前一天撿到的化石寶貝讓我對(duì)第二天充滿了更多的期待,所以早上一起來(lái)就迅速的吃完飯去等車。我們當(dāng)天實(shí)習(xí)的主題有兩個(gè):(1)奧陶紀(jì)末生物滅絕事件的識(shí)別與初步分析,(2)奧陶——志留系黑色頁(yè)巖的劃分與對(duì)比。從寒武系的西陵峽組至奧陶系的寶塔組,南古所李越老師帶領(lǐng)我們看了許多地質(zhì)現(xiàn)象,像西陵峽組的燧石條帶和交錯(cuò)層理、南津關(guān)組的刀砍紋結(jié)構(gòu)、以及分鄉(xiāng)組的生物礁等,豐富了我們從課本上所學(xué)到的知識(shí)。在參觀地質(zhì)現(xiàn)象的同時(shí),我們還認(rèn)識(shí)了許多不同的海相化石,如紅花園組的海綿、觀音橋組的腕足動(dòng)物等。在早奧陶世的分鄉(xiāng)組我們發(fā)現(xiàn)了一塊含海百合莖干化石十分豐富的灰?guī)r,由于較少受到環(huán)境等因素的干擾,當(dāng)前海百合的一些莖干化石能見(jiàn)到一些清晰的形態(tài)特征?!按蠹抑篮0俸鲜悄囊活惢瘑幔俊敝笇?dǎo)老師略顯神秘的微笑燃起了大家討論的激情,原來(lái)海百合有著植物一樣的名稱,但卻是一種棘皮動(dòng)物。
圓形核形石
看似植物而非植物的海百合,就如一株株亭玉立的百合花,優(yōu)美的容貌配上優(yōu)雅的名字,讓它更討人喜愛(ài)。它們就如當(dāng)今的珊瑚一樣,是生活在海洋中的一種動(dòng)物;然而,那確是遙遠(yuǎn)的遠(yuǎn)古時(shí)代,遠(yuǎn)到了離現(xiàn)在至少有4.5億年的奧陶紀(jì)。海百合是一種最古老的棘皮動(dòng)物,具多條腕足,身體呈花狀,表面有石灰質(zhì)的殼。如今,我們只能在深海里見(jiàn)到它們美麗的身影,現(xiàn)生海百合分為無(wú)柄和有柄兩種,從潮間帶到深海都有分布,喜歡清澈的海水。無(wú)柄海百合營(yíng)漂浮或暫時(shí)性附著生活,而有柄海百合常營(yíng)固著生活,一輩子扎根海底,遭魚群蹂掠,一些被吃掉“花兒”的海百合從此不再婀娜多姿,落下悲慘的結(jié)局。原地或近原地保存的海百合化石,由于較少受到海水等環(huán)境的干擾,保存了它們?cè)械男螒B(tài)和結(jié)構(gòu),具有很高的科研和欣賞價(jià)值,既是地質(zhì)學(xué)家研究古環(huán)境的材料又是收藏家的珍品!在石炭紀(jì)時(shí),海百合數(shù)量龐大,品種繁多,它們像草地一樣大面積的覆蓋大洋,后因地史時(shí)期多次的滅絕事件,大多數(shù)的海百合滅絕,現(xiàn)代海洋中還只剩600余種,一些由于具有鮮艷華麗的外表而被尊稱為“海中仙女”。在峽東地區(qū)見(jiàn)到的海百合常是散亂保存的莖環(huán),由海百合莖組成的生物碎屑灰?guī)r常被美其名曰“百合玉”或“寧河玉”,用它雕琢的工藝品不但美觀而且奇特,就如一朵天然的鮮花,栩栩如生,恰似畫家筆下綻放的百合花。
婀娜多姿的海百合
10月30日雖然細(xì)雨不斷,但早上許許多多精美的化石讓我們依然是激情高漲,每到一個(gè)地方,大家都紛紛下車去尋找著化石。在紅花園組,我們見(jiàn)識(shí)了許多海綿化石,像托盤海綿、石海綿等。接下來(lái)指導(dǎo)老師帶領(lǐng)我們參觀了長(zhǎng)江三峽的國(guó)家地質(zhì)公園,雖然是一塊很小的地方,但在相距不到20公里的距離卻存在2枚“金釘子”:王家灣上奧陶統(tǒng)赫南特階底界“GSSP”和黃花場(chǎng)中奧陶統(tǒng)底界暨大坪階底界“GSSP”。除了見(jiàn)識(shí)了“三角波羅的海牙形蟲”的真面貌,還遇見(jiàn)了古海洋巨無(wú)霸——角石。指導(dǎo)老師的講解讓我們又多了一份積淀,也讓我們更清楚的認(rèn)識(shí)了角石:雖然形如寶塔,但角石卻是一種生活在遠(yuǎn)古時(shí)期黑暗幽深海洋中的古無(wú)脊椎動(dòng)物,由于頭部具有用于捕食和游泳的觸手(又稱“觸足”),故被古生物學(xué)家稱為頭足類動(dòng)物,距今至少已有4.5億年的歷史,今天我們所見(jiàn)到是由角石外套膜分泌形成的鈣質(zhì)或角質(zhì)外殼。角石在宜昌有著廣泛的分布,像黃花鄉(xiāng)的黃花場(chǎng)、分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的王家灣,以及秭歸縣的泄灘鄉(xiāng)和遠(yuǎn)安縣的茍家埡鎮(zhèn)等地都曾發(fā)現(xiàn)過(guò)角石化石。
作為頭足類的先祖,角石遇到獵物時(shí)會(huì)像烏賊一樣向前噴出水柱,借助回流輕易獵殺成群的魚類。它們的外殼不一定都是光滑的,許多種類殼的外表面發(fā)育有不同的紋飾,如結(jié)節(jié)、瘤、各種橫紋、豎紋等,這些都是重要的分類鑒定依據(jù)。保存完整、構(gòu)造清晰的角石,不但具有很高的科研和觀賞價(jià)值,還常用于地質(zhì)地層的對(duì)比劃分。我國(guó)角石化石資源非常豐富,在我國(guó)南方的奧陶紀(jì)地層中,除了盤角石、米契林角石外,還有我國(guó)特有的中華震旦角石(Sinoceras chinense)。后來(lái)參觀“三游洞”地質(zhì)地貌特征時(shí)聽(tīng)南古所的李國(guó)祥老師講解才知道,中華震旦角石可不同凡響:它最早由南古所陳挺恩教授1998年在長(zhǎng)江三峽的宜昌地區(qū)發(fā)現(xiàn),主要產(chǎn)自我國(guó)的湖北和湖南等地區(qū)的奧陶紀(jì)地層,是一種生活在4.4億年以前的兇猛食肉性動(dòng)物,屬頭足類鸚鵡超目,在奧陶紀(jì)的海洋中是一種常見(jiàn)的動(dòng)物。由于它只產(chǎn)于中國(guó),是中國(guó)特有的化石之一,所以使用了古印度對(duì)中國(guó)的稱謂——震旦(Sino)一詞來(lái)形容它的珍貴。殼體呈圓錐至圓柱形,因其形似筍,又稱三峽石筍,最長(zhǎng)可達(dá)1米左右。億萬(wàn)年的沉積演化,使它有了如玉般的瑩潤(rùn)典雅與高貴。打磨后猶如佛光中的寶塔,高貴典雅,光彩照人,常作為觀賞用的展覽品,故又名為“寶塔石”。
寶塔狀的角石
面前的角石不僅是一種視覺(jué)享受,更是地球遠(yuǎn)古時(shí)期的解說(shuō)員。4億多年前,整個(gè)地球大部分被海洋覆蓋,角石在海洋中歡快的嬉戲玩耍,一場(chǎng)天災(zāi)突襲而來(lái),成群的角石被泥沙掩埋壓實(shí)。然而,隨著時(shí)間的流逝,它們的軟體部分如內(nèi)臟和觸手逐漸腐爛分解,硬殼石化成為石灰質(zhì)硬鞘。看到面前精美的化石,我們不得不感嘆:三峽經(jīng)歷了多少滄海桑田的變化,才創(chuàng)造出世間如此美好的珍品。
看見(jiàn)我們邂逅到如此多的化石標(biāo)本,上天可能也有了些羨慕和嫉妒,下午的雨下的越來(lái)越大。即使老天如此,但同學(xué)們絲毫沒(méi)有一點(diǎn)疲倦。在五峰組的一個(gè)露頭,同學(xué)一下車子就都掄著地質(zhì)錘在剖面上敲打起來(lái),不知誰(shuí)的一句“好多的化石”更點(diǎn)燃了大家的激情。帶隊(duì)的南古所樊雋軒老師讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)的道路又向前邁出了一步,聽(tīng)他講解才明白:原來(lái)這些黑黑的碳質(zhì)薄膜是筆石,它們?cè)诠怒h(huán)境恢復(fù)和地層劃分對(duì)比中起到了重要的作用。像在宜昌志留系的黑色頁(yè)巖中,隨意敲開(kāi)山坡上的地層,就能發(fā)現(xiàn)豐富的筆石化石,這既不是山村學(xué)童的畫跡,也不是殘枝孤葉的遺跡,而是一種遠(yuǎn)古時(shí)期早已絕滅的海洋古無(wú)脊椎群體動(dòng)物,距今約有4.3億年歷史。被壓扁成碳質(zhì)薄膜保存的筆石就像鉛筆在巖石層上描繪的痕跡,因此被科學(xué)家稱為“筆石”。樊雋軒老師詳細(xì)的為我們解說(shuō)了筆石,既讓我們對(duì)這些黑黑的碳質(zhì)薄膜有了一份更多的喜愛(ài),也感嘆他將數(shù)學(xué)方法與地史時(shí)期的生物滅絕事件相結(jié)合的奇妙!
巖層中的筆石
筆石是對(duì)筆石綱化石的統(tǒng)稱,隸屬于半索動(dòng)物門,存在于中寒武世——早石炭世,由筆石蟲體組成,它們所分泌的骨骼能形成大小為幾厘米或幾十厘米的筆石體(rhabdosome),較大的可達(dá)70cm或更長(zhǎng)。筆石體由胎管和胞管組成,最初都由一個(gè)圓錐形的胞管生出,以出芽的方式繼續(xù)生長(zhǎng),可形成樹(shù)狀、網(wǎng)狀、絲狀、耙狀和柵狀等十分美觀的多種形態(tài),像筆石體和筆石簇等。以往的研究認(rèn)為筆石體的主要成分為幾丁質(zhì),然而1966年Foucart和Jeuniaux對(duì)筆石的透射電鏡讓我們認(rèn)識(shí)了它們的“廬山真面目”:筆石骨骼中不含幾丁質(zhì),但有甘氨酸、丙氨酸等多種氨基酸,這些氨基酸可能來(lái)源于硬蛋白,而骨骼外表面上的蛋白骨膠原很有可能是骨膠原。因此,筆石體的成分似乎是一個(gè)非幾丁質(zhì)的有機(jī)物。保存為化石的一般是胞管的外殼,峽東地區(qū)的筆石化石較多,其中比較出名的有宜昌單筆石。
根據(jù)它們自身的骨骼構(gòu)造特征,筆石化石一般分為6個(gè)目:樹(shù)形筆石目(Dendroidea)、管筆石目(Tuboidea)、腔筆石目(Camaroidea)、莖筆石目(Stononoidea)、甲殼筆石目(Crustoidea)和正筆石目(Graptoloidea)。常見(jiàn)的有樹(shù)形筆石和正筆石,其次是管筆石。其中大部分的樹(shù)形筆石因?yàn)橛泄潭ǖ母葮?gòu)造在海底營(yíng)底棲固著生活,而正筆石和少部分的樹(shù)形筆石因具有“胞管”和絲狀體“線管”等構(gòu)造在水中營(yíng)漂浮生活。筆石由于演化快,分布廣,因此很多屬種也是世界范圍內(nèi)劃分和對(duì)比地層的重要化石之一。其中的正筆石由于演化迅速、地理分布廣,成為奧陶紀(jì)、志留紀(jì)和早泥盆世的標(biāo)準(zhǔn)化石之一。
10月30日是充實(shí)的一天,也是匆忙的一天。下午4點(diǎn)多時(shí),我們一路的急行軍趕往了羅惹坪組。雖然林間小道就如蜿蜒輾轉(zhuǎn)而去的絲帶,但就在這約1米寬的小路上,我們撿到了很多古生物化石,除了形態(tài)奇特的五方貝外,還有很多漂亮的珊瑚??吹酱蠹颐媛镀诖臉幼?,指導(dǎo)老師也加入了我們的行列,南古所的樊雋軒老師不愧是慧眼識(shí)“珍珠”,在暗色的灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)了很多與圍巖并不是特別明顯的珊瑚化石。雖然珊瑚是一種腔腸動(dòng)物,然而像盛開(kāi)花朵一樣的外貌讓它們有了一個(gè)很好聽(tīng)的名字——“花狀動(dòng)物”。珊瑚化石,又有“石柱子”或“珊瑚玉”之稱,它們?cè)谏L(zhǎng)過(guò)程中分泌鈣質(zhì)形成殼架,死亡后在沉積物中經(jīng)石化作用變成如今的化石。常見(jiàn)的珊瑚化石分為單體珊瑚和復(fù)體珊瑚,小的單體珊瑚只有幾毫米,大的能到幾十厘米,通常有體壁圍繞,表面飾有粗細(xì)不等的皺紋,但在進(jìn)化程度比較高級(jí)的單體珊瑚中體壁卻退化。復(fù)體珊瑚常以致密的塊狀體或細(xì)弱的叢枝狀出現(xiàn),有的是由許多細(xì)小的珊瑚個(gè)體組成,有的是從母體的軸部或側(cè)方以分芽的方式而形成,而相互連通的孔或管、共骨組織以及間隙管等將各個(gè)珊瑚個(gè)體相互貫聯(lián)。聽(tīng)老師講解后才知道:原來(lái)現(xiàn)在我們所看到的只是珊瑚的骨架,這些羽針、羽簇或羽榍已經(jīng)被無(wú)數(shù)細(xì)微的方解石或文石充填。珊瑚形態(tài)與它們自身的縱列和橫列骨骼單元緊密相關(guān),在不同地史時(shí)期的各類珊瑚中,骨骼單元分別以不同的方式配列組合,或派生出其他的組織結(jié)構(gòu),從而出現(xiàn)形形色色的骸體形態(tài)。由于下雨的原因,龍馬溪組——羅惹坪組一行就如匆忙的急行軍,凍雨加寒風(fēng),讓我們冷的瑟瑟發(fā)抖;但老師們淵博的知識(shí)和體貼的關(guān)心讓我們內(nèi)心倍感溫暖。此外,一路上大家都采集到了很多值得收藏的珊瑚、五方貝等化石,可以說(shuō)是收獲頗豐。
復(fù)體珊瑚
在實(shí)習(xí)的前兩天,指導(dǎo)老師帶領(lǐng)我們考察了前寒武紀(jì)——中生代的經(jīng)典剖面,通過(guò)南古所老師結(jié)合具體問(wèn)題的講解,我們?cè)趯?shí)習(xí)中既熟悉了不同地層的劃分,了解了不同時(shí)期的地質(zhì)事件,更認(rèn)識(shí)了許許多多穿越萬(wàn)古千秋的海洋生物化石?!盎腿绲厍虻奈淖?,它記錄了地球的演變歷史”,四億多年前的宜昌峽東地區(qū)總體上是一片氣候溫暖、海水湛藍(lán)的大海,充足的陽(yáng)光和豐富的營(yíng)養(yǎng)使得營(yíng)漂浮或底棲固著生活的角石、筆石、海百合、珊瑚、三葉蟲、菊石等大量生物生存,正是這些珍貴的化石為我們勾畫了史前海洋生物的奇妙景觀。經(jīng)歷了4億年的等待,滄海桑田漫長(zhǎng)的演變,只為了今天的邂逅。這些保存完好、彌足珍貴的化石,仿佛在訴說(shuō)它們輝煌的過(guò)去。雖然野外教學(xué)只是8天時(shí)間,但各位老師淵博的知識(shí)和豐富的古生物化石既打開(kāi)了我們的視野,又增添了我們對(duì)地質(zhì)工作的興趣和愛(ài)好。更難得可貴的是:戎嘉余院士的“矢志不渝、百折不撓”讓我們知道了在以后的地質(zhì)科學(xué)事業(yè)上要不畏艱難,勇攀高峰!
在這次野外現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中,南古所各位老師提供了許多的幫助和支持,同時(shí)也向我們傳授了很多的知識(shí),在此向他們表示真誠(chéng)的謝意!同時(shí)也感謝蘭州大學(xué)孫柏年教授給予這次寶貴的實(shí)踐機(jī)會(huì)和提供的幫助以及支持!文章中部分照片來(lái)自南古所的馬譞和楊慧寧同學(xué),同時(shí)也向他們表示感謝!做為在西部高校長(zhǎng)期學(xué)習(xí)陸相地層的我們,很榮幸有機(jī)會(huì)能參加這次野外現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)!
作者單位:蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院
戎嘉余院士在給同學(xué)們講課