辽西义县组特异化石埋藏特征及其指示意义

辽西义县组特异化石埋藏特征及其指示意义摘要辽西热河生物群是近年来古生物界研究的热点，本文仔细分析了采自辽西义县组化石的埋藏、保存特征，认为火山喷发是造成这些生物集群死亡的原因；在静水或微弱水动能的环境下，由于大量火山灰的沉降，快速埋藏，形成原地埋藏化石群落，水底缺氧使生物体腐烂减慢，细粒的火山灰的吸附作用对生物尸体起到了保护作用，从而保存了精美的化石。

关键词辽西；义县组；化石埋藏特征；集中死亡；火山事件；原地埋藏；快速埋藏中图分类号q91 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2012）68-0094-020 引言辽西是热河生物群的发源地[1，2]。

近年来随着早期鸟类、长羽毛的恐龙、原始哺乳类化石的发现，使辽西成为全国乃至世界研究恐龙、早期鸟类、原始哺乳动物起源与演化的中心[3-7]。

辽西热河生物群包括丰富的双壳类、腹足类、介叶肢介、昆虫、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、早期哺乳类等化石，保存精美，研究这些生物化石的埋藏特征对恢复古环境具有重要意义。

1 沉积特征义县组由多次火山喷发形成的一套完整的火山-沉积旋回。

在火山喷发间歇期形成了以尖山沟层和金刚山层为代表的两套主要沉积夹层，保存了大量精美的动、植物化石。

尖山沟层位于义县组中下部，主要由灰色、灰黑色页岩、砂岩、粉砂岩组成，夹多层沉凝灰岩。

大多数化石埋藏于湖相背景沉积的灰色、灰黑色页岩中，化石埋藏层厚度很薄，其上覆盖火山事件沉积的沉凝灰岩，化石层中含大量火山灰成分，沉积岩与凝灰岩互层。

化石沉积层水平层理发育，偶见漂浮的岩屑。

发育递变层理、块状层理、微弱侵蚀构造。

金刚山层是义县组的上部沉积层，沉积物主要为灰绿色砂岩、粉砂岩，灰白色、灰黑色凝灰质页岩，纸片状页岩，水平纹理发育，为浅湖-半深湖相沉积。

2 化石的埋藏特征义县组大多数化石保存完好，形成特异保存的化石库（konservat-lagerst·tten）。

各类化石往往成群出现，且保存精美，叶肢介化石往往密布层面，既有成年个体，也有幼年个体，也有的层面主要由幼年个体组成。

绝大多数叶肢介化石(壳体)保存十分完整，两个壳瓣多铰合在一起埋藏，壳的表面纹饰清晰，少见磨损现象。

各类昆虫化石保存完整，栩栩如生，软组织印痕清晰可见。

水生昆虫三尾拟蜉蝣触须、尾须及腿部结构完整；脉翅目、长翅目、蜻蜓目、蜚蠊目、蛇蛉目等昆虫的翅完好无损，脉络清晰；有些昆虫还保存了尾部的产卵器。

鱼化石以几乎完整的个体保存，椎骨连接完整；一些标本保存了精美的鳞片和肌肉印痕，甚至保存了鳃囊中的构造。

有的还保存了消化道和鱼卵的印痕。

许多化石嘴巴张开，颌有痉挛现象，脊柱扭曲。

往往幼鱼与成鱼共同埋藏。

同一层面，狼鳍鱼化石往往成群出现，有时同一层面保存几十条幼鱼。

龟憋类、满洲鳄脖化石完整保存，而且四肢伸展，多呈对称状。

颈前伸，尾后挺或上翘，四肢插入层面之下；椎板和椎盾保存较好，可见甲壳上不规则的稀疏网状浅细沟纹。

经常可见龟化石密集出现，沿层面保存。

中华龙鸟[3-4]头部高高昂起，尾部上翘；秀丽郝氏翼龙[5]前肢的翼指骨被自己紧紧的咬在嘴里。

中华龙鸟、尾羽鸟、北票龙、奔龙类等具羽毛的恐龙及以孔子鸟为代表的鸟类化石不但保存了骨骼等硬体部分而且还保存了羽毛、“羽毛”状皮肤衍生物、皮肤印痕等，北票龙的椎骨和肢骨碎片中保存有血管和类似血细胞的结构[6]。

满洲鳄保存了精美的皮肤皱褶印痕；中华龙鸟胃腔中保留末消化的食物——蜥蜴类和哺乳类的骨架，其腹部保留完整的卵化石，满洲鳄、尾羽鸟等也保存了胃溶物。

不同门类的生物化石往往共同保存，如鱼类、叶肢介、昆虫、与植物保存于同一层面；半深湖－深湖埋藏的孔子鸟化石层面零星可见叶肢介化石。

3 生物死亡原因分析自然界中的生物有许多属于非正常死亡，例如，气候的变化、温度、盐分、水深、光照、食物的供应、捕食；此外，一些灾难性的事件如火山喷发、磁极倒转、冰川、海平面变化、以及星球撞击等更可能造成整个属种的灭亡。

热河生物群化石埋藏特征表明其属于非正常死亡。

正常死亡的生物，化石群落中生命力脆弱的幼年个体和老年个体居多，而且零星分布。

义县组生物化石往往大量出现于同一层面。

根据采自义县组的3块叶肢介标本进行统计，化石密度平均2个/cm2，成年个体与幼年个体比例约1/3，这个比例关系基本反映了叶肢介群落生活群落中未成年个体数量居多的原始生活状态，表明其死于偶然事件。

狼鳍鱼化石也常常以密集形式保存，在凌源大新房子一带，在一15cm2层面上，分布了16条狼鳍鱼。

潜龙、龟化石也常常密集出现及陆生脊椎动物也大量集中出现，如四合屯地区保存了丰富的孔子鸟化石，平均每5m2~6m2 一件，局部可达1m2~2m2一件。

2002年北票“地质长廊”采挖现场，在一个15m2~16m2的层面上发现了9具孔子鸟化石。

正常死亡的生物往往体态安详，而热河生物群中的化石，尤其是一些脊椎动物化石保存了其死亡前的痛苦状态。

鱼类化石嘴巴张开，往往是由于缺氧所致；脊椎扭曲，显示出死亡前的挣扎状态。

正常死亡的龟鳖类，头和四肢缩入龟甲之中。

满洲龟化石脖颈前伸，尾后挺或上翘，四肢插入层面之下；可能为死前短暂的挣扎；秀丽郝氏翼龙右前肢的翼指骨被自己紧紧的咬在嘴里，可能是火山喷发的有毒气体导致其中毒，在死亡过程中痛苦挣扎所致。

热河生物群中，往往多门类化石共生保存，说明这些生物可能死于同一成因的大型灾难性事件。

中生代时期，辽西是中国东部环太平洋沿海火山活动带的一部分。

伴随着频繁的火山喷发形成了一套火山－沉积岩系的义县组地层。

义县组大量热河生物化石群沉积层中多含火山凝灰成分，沉积层中含有多层沉凝灰岩夹层，脊椎动物化石层上都有一层凝灰岩层，可以推测，火山喷发是造成这些生物集中死亡的直接原因。

火山喷发出大量火山气体、火山灰及气溶胶，导致气候和环境的急剧变化，进而造成陆生生物的集群死亡[8-9]，对水生生物，大气圈和水圈存在着物质和能量的交换，空气温度的变化同样会影响水体的温度，火山喷发气体（co2、hcl、hf、h2s、so2、so3）会不同程度的溶于水中，不仅使水体的成分发生变化，也会影响到水体的ph值和eh值，大量火山灰尘的沉降也会增加水体的浑浊度，也会对水生生物造成影响。

这些火山物质共同作用，会造成水体的物理性质和化学性质的剧变，一些水生生物（如叶肢介）对渗透压的剧变缺少调节能力，从而造成了这些生物的大量死亡。

4 埋藏环境大量保存精美的化石产于尖山沟层、金刚山层的凝灰质泥页岩、粉砂岩中，水平层理发育，季节纹层清晰。

各类生物机体保存精美的埋藏特征表明其不是远距离搬运，而是原地埋藏或稍经搬运，指示了微弱水动能沉积环境。

空中飞行的昆虫可能是当近岸湖面飞行（如觅食）时由于火山喷发事件致使其死亡掉落于湖中，而且并未在湖面漂移多久即沉入水底而被埋藏。

seilacher[10]认为快速沉积埋藏、缺氧底层平静水环境是特异化石保存的主要原因。

频繁的火山活动伴随着大量火山灰落入湖盆，引起快速埋藏，使生物体很快处于氧化／还原界面之下。

快速埋藏不仅是生物体免受机械性破坏，也组织了生物体被其他生物捕食和利用，快速的细粒粉砂和粘土沉积使孔隙水缺氧，抑制了内栖生物的活动，使有机质腐烂过程减慢。

火山喷发产生的有害气体也造成湖水缺氧抑制底栖生物对生物体的破坏作用。

缺氧静水湖盆无底栖或内栖生物的扰动，可以降低生物体腐烂的速度。

水动能的微弱减少了生物体的机械破坏和扰动。

缺氧环境不利于食腐动物的生存，可以使生物遗体在埋藏之前勉受过度分解和破坏。

许多化石保存了肌肉、皮肤印痕，说明软组织的腐烂至少是在埋藏后进行的。

脊椎动物死亡后，由于肌肉的拉张作用，其头部和尾部会向上翘起，肌肉腐烂后，这种现象将不复保存，中华龙鸟的保存状况，说明它们是在肌肉腐烂前被快速埋藏。

但尽管缺氧可以阻碍食腐动物的破坏，但并不能抑制腐解作用的发生，因为一些细菌的生存不需要氧气的存在[10]。

细粒的粘土颗粒对有机质的保护作用也是保存特异化石的原因[11]。

细粒火山分解成颗粒极细的黏土矿物，粘土与有机物质分子相互吸附作用，使有机分于结合到粘土的晶格层间，酶的分解作用受到抑制，而酶自身也被粘土吸附，使其丧失活动能力[12]。

细粒火山灰对有机物质起到了保护作用，这可能是热河生物群特异化石保存的一个重要原因。

5 结论通过对辽西义县组热河生物群化石埋藏特征和保存特征分析可知，由于火山喷发造成大量生物集中死亡。

白垩纪早期，辽西境内陆湖泊水动能微弱，使死亡的生物体形成原地埋藏或准原地埋藏。

由于大量火山灰落入湖盆，形成快速埋藏环境，保存了举世闻名的精美的热河生物群化石。

参考文献[1]grabau, a w.cretaceous mollusca from north china.bull geo sur china 1923，5：183-197.[2]王思恩.热河动物群的起源、演化与机制[j].地质学报，1990，64(4)：350-359．[3]chen, p.-j., dong z.-m., zhen, s.-m.1998, an exceptionally well-preserved theropod dinosaur from the yixian formation of china.nature，391:147-152.[4]ji q., currie p., norell m. a., et al.1998, two feathered dinosaurs from northeast china.nature,393:753-761.[5]汪筱林，吕君昌.辽宁西部义县组翼手龙科化石的发现[j].科学通报，2001，46(3)：230-235．[6]xu, x., wang, x.-l., wu, x.-l., a dromaeosaurid dinosaur with a filamentous integument from the yixian formation of china. nature, 1999, 401: 262-266.[7]ji q, luo z x, ji s a, a chinese tricondont mammal and mosaic evolution of the mammalian skeleton. nature, 1999, 398: 326-330.[8]汪筱林，王元青，徐星等.辽西四合屯脊椎动物集群死亡事件：火山爆发的灾变记录[j].地质论评，1999，45(增刊) ：458-467.[9]郭正府，刘嘉麒，汪筱林.辽西中生代火山喷发对古气候和古脊椎动物生存环境的影响[j].中国科学（d辑），2003，33(1)：59-71．[10]seilacher, a.taphonomy of fossil-lagerst·tten: overview.in: d.e.g.briggs & p.r.crowther (eds.) palaeobiology, a synthesis, 1990, 266-270 oxford: blackwell.[11]a11ison, p.a.konservat-lagerst·tten: cause and classification.paleobiology, 1988, 14: 331-334.[12]martin r e.taphonomy: aprocess aproach. london: cambridge university press.1999：1-507.。