宜昌峡东地区古生物之美

王秋军 马福军 董俊玲

宜昌峡东地区古生物之美

王秋军 马福军 董俊玲

宜昌的水彩画

享有“三峡明珠·世界电都”美誉之称的宜昌，是湖北省西部一座闻名中外的美丽城市。宜昌市境内地形复杂多样，崇山峻岭、峡谷交错，以山地占69%、丘陵占21%、平原占10%构成了“七山、二丘、一平”的地质地貌特征。湖北宜昌地区由于发育了很好的新元古代——中生代地层，早在1924年就被广大地质工作者所重视。在最近的几十年中，先后有不少地质工作者对宜昌地区的地层划分、沉积环境和古生物化石做了许多细致而重要的研究工作，使这一地区因多个“金钉子”一跃而闻名于中外地质界。作为研究地质学及古生物学的学子，早就对号称具有新元古代至中生代各个地质时代经典地层剖面的宜昌峡东地区倾慕不已，仿佛不亲自去走一趟、看一遍，人生便有遗憾似的。在秋意盎然的10月，我们有幸参加了由中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称“南古所”）组织的2013年研究生野外现场教学，该项目是在国家自然科学基金委特殊学科点基金和现代古生物学和地层学国家重点实验室的支持下，由南古所每两年组织一次，通过科研人员的指导，让新一代的地质学学子对我国前寒武纪至中生代一系列经典野外剖面进行系统考察，提高学生的野外实践能力，并逐步培养他们对地质工作的热情和兴趣。2013年的实习主题为“三峡地区前寒武纪至中生代地层与古生物认识和了解”，从10月28日至11月4日，虽然只有8天时间，但却是一次地质时期的跨越，从南华系的莲沱组飞跃到中侏罗世的泄滩组；更是一次时间的穿越，不同地层中栩栩如生的生物化石似乎在诠释着地球6亿年以来的沧桑巨变。这次宜昌峡东地区的地质之旅，我们既领略了秀美的自然风光，更欣赏了古生物的独特魅力！

古老的微生物化石——核形石

10月29日，虽然天空下着蒙蒙细雨，整个宜昌笼罩在轻如薄纱的茫茫白雾中，但丝毫没有动摇我们参加实习的激动和好奇。一大清早，我们准备好出野外的物品就跟随南古所的指导老师去参观了新元古代岩相和生物相的演变。通过指导老师的现场解说，我们既见识了海相地层中的凝灰岩夹层、与冰川有关的冰碛砾岩、富含疑源类化石的硅质结核和锅底状透镜体灰岩，也加深了对交错层理、岩性互层等地质现象的认识。其中朱茂炎老师详细的为我们解说了“盖帽白云岩”的形成及其相关地质事件，让我们既对“雪球事件”有了更多的兴趣，也感叹他知识的渊博！

对于学习古生物学的我们来说，最让我们欣喜的还是能遇到好的化石标本。也许是上天的眷顾，下午参观石牌组时在路边的碎石中意外捡到一块含有多个圆形的印痕标本。心里除了高兴外，也更想探究下它的真实身份，南古所李国祥老师略卖关子的告诉我们它是核形虫，并系统的介绍了它的成因和成分。核形虫的形成与当时全球气候发生强烈的分异有关，像在石炭纪时，由于气候的强烈分异导致的大规模冰川活动使全球水圈中的水大量储集在大陆冰盖上，从而引起了全球海平面的普遍下降，使得阳光、温度、海水深度和搅动强度等条件都非常适合海水中藻类的发育和生长，因而在全球很多地方形成了大量的核形虫。晚上回到住处后通过查阅相关资料，心里对核形虫有了一个更清楚的了解。原来，核形虫（oncolite）是一种微生物包粒化石，最早由Arnold Hemi在1916年提出，由核心和包壳两部分组成，因其形状像果核，故称为“核形虫”。核心是核形虫形成的基础，决定其包壳类型及外部形态，主要为蓝细菌碎片、菌类粘结体、灰岩屑、生物碎屑等物质；包壳围绕核心呈层状分布，近同心多层环状、单层环状或不规则状分布，有泥晶纹层、富菌纹层及含生物纹层三种类型。核形虫作为微生物碳酸盐岩的一种重要颗粒类型，长期受到地质学家的广泛关注。已有的研究表明：从前寒武纪到第四纪、在海相和陆相的动荡水体环境中均有核形虫发育，一般存在于碳酸岩沉积中，也可形成于其他水体沉积物中；海相环境中可出现在水动力较强的浅滩、水动力弱的潮间带、潮下带及泻湖；陆相环境中可出现在河流、三角洲、沼泽和湖泊中。近年来，随着微生物碳酸盐岩研究的不断深入，有关核形虫的研究再次成为沉积学研究的热点之一。根据核形虫的分布和特征，可以推断或恢复沉积体的成岩强度、历史和环境，确定古构造单元的界线以及了解不同古构造块体的关系。此外，核形虫的变化，不仅可作为区域地层划分和对比的依据，也是恢复古气候的重要指标。实习的第一天就捡到这么好的一块化石标本，心里除了高兴外，更期待第二天能有更多的收获！

海中仙女——海百合

前一天捡到的化石宝贝让我对第二天充满了更多的期待，所以早上一起来就迅速的吃完饭去等车。我们当天实习的主题有两个：（1）奥陶纪末生物灭绝事件的识别与初步分析，（2）奥陶——志留系黑色页岩的划分与对比。从寒武系的西陵峡组至奥陶系的宝塔组，南古所李越老师带领我们看了许多地质现象，像西陵峡组的燧石条带和交错层理、南津关组的刀砍纹结构、以及分乡组的生物礁等，丰富了我们从课本上所学到的知识。在参观地质现象的同时，我们还认识了许多不同的海相化石，如红花园组的海绵、观音桥组的腕足动物等。在早奥陶世的分乡组我们发现了一块含海百合茎干化石十分丰富的灰岩，由于较少受到环境等因素的干扰，当前海百合的一些茎干化石能见到一些清晰的形态特征。“大家知道海百合是哪一类化石吗？”指导老师略显神秘的微笑燃起了大家讨论的激情，原来海百合有着植物一样的名称，但却是一种棘皮动物。

圆形核形石

看似植物而非植物的海百合，就如一株株亭玉立的百合花，优美的容貌配上优雅的名字，让它更讨人喜爱。它们就如当今的珊瑚一样，是生活在海洋中的一种动物；然而，那确是遥远的远古时代，远到了离现在至少有4.5亿年的奥陶纪。海百合是一种最古老的棘皮动物，具多条腕足，身体呈花状，表面有石灰质的壳。如今，我们只能在深海里见到它们美丽的身影，现生海百合分为无柄和有柄两种，从潮间带到深海都有分布，喜欢清澈的海水。无柄海百合营漂浮或暂时性附着生活，而有柄海百合常营固着生活，一辈子扎根海底，遭鱼群蹂掠，一些被吃掉“花儿”的海百合从此不再婀娜多姿，落下悲惨的结局。原地或近原地保存的海百合化石，由于较少受到海水等环境的干扰，保存了它们原有的形态和结构，具有很高的科研和欣赏价值，既是地质学家研究古环境的材料又是收藏家的珍品！在石炭纪时，海百合数量庞大，品种繁多，它们像草地一样大面积的覆盖大洋，后因地史时期多次的灭绝事件，大多数的海百合灭绝，现代海洋中还只剩600余种，一些由于具有鲜艳华丽的外表而被尊称为“海中仙女”。在峡东地区见到的海百合常是散乱保存的茎环，由海百合茎组成的生物碎屑灰岩常被美其名曰“百合玉”或“宁河玉”，用它雕琢的工艺品不但美观而且奇特，就如一朵天然的鲜花，栩栩如生，恰似画家笔下绽放的百合花。

婀娜多姿的海百合

古海洋巨无霸——角石

10月30日虽然细雨不断，但早上许许多多精美的化石让我们依然是激情高涨，每到一个地方，大家都纷纷下车去寻找着化石。在红花园组，我们见识了许多海绵化石，像托盘海绵、石海绵等。接下来指导老师带领我们参观了长江三峡的国家地质公园，虽然是一块很小的地方，但在相距不到20公里的距离却存在2枚“金钉子”：王家湾上奥陶统赫南特阶底界“GSSP”和黄花场中奥陶统底界暨大坪阶底界“GSSP”。除了见识了“三角波罗的海牙形虫”的真面貌，还遇见了古海洋巨无霸——角石。指导老师的讲解让我们又多了一份积淀，也让我们更清楚的认识了角石：虽然形如宝塔，但角石却是一种生活在远古时期黑暗幽深海洋中的古无脊椎动物，由于头部具有用于捕食和游泳的触手（又称“触足”），故被古生物学家称为头足类动物，距今至少已有4.5亿年的历史，今天我们所见到是由角石外套膜分泌形成的钙质或角质外壳。角石在宜昌有着广泛的分布，像黄花乡的黄花场、分乡镇的王家湾，以及秭归县的泄滩乡和远安县的苟家垭镇等地都曾发现过角石化石。

作为头足类的先祖，角石遇到猎物时会像乌贼一样向前喷出水柱，借助回流轻易猎杀成群的鱼类。它们的外壳不一定都是光滑的，许多种类壳的外表面发育有不同的纹饰，如结节、瘤、各种横纹、竖纹等，这些都是重要的分类鉴定依据。保存完整、构造清晰的角石，不但具有很高的科研和观赏价值，还常用于地质地层的对比划分。我国角石化石资源非常丰富，在我国南方的奥陶纪地层中，除了盘角石、米契林角石外，还有我国特有的中华震旦角石（Sinoceras chinense）。后来参观“三游洞”地质地貌特征时听南古所的李国祥老师讲解才知道，中华震旦角石可不同凡响：它最早由南古所陈挺恩教授1998年在长江三峡的宜昌地区发现，主要产自我国的湖北和湖南等地区的奥陶纪地层，是一种生活在4.4亿年以前的凶猛食肉性动物，属头足类鹦鹉超目，在奥陶纪的海洋中是一种常见的动物。由于它只产于中国，是中国特有的化石之一，所以使用了古印度对中国的称谓——震旦（Sino）一词来形容它的珍贵。壳体呈圆锥至圆柱形，因其形似笋，又称三峡石笋，最长可达1米左右。亿万年的沉积演化，使它有了如玉般的莹润典雅与高贵。打磨后犹如佛光中的宝塔，高贵典雅，光彩照人，常作为观赏用的展览品，故又名为“宝塔石”。

宝塔状的角石

面前的角石不仅是一种视觉享受，更是地球远古时期的解说员。4亿多年前，整个地球大部分被海洋覆盖，角石在海洋中欢快的嬉戏玩耍，一场天灾突袭而来，成群的角石被泥沙掩埋压实。然而，随着时间的流逝，它们的软体部分如内脏和触手逐渐腐烂分解，硬壳石化成为石灰质硬鞘。看到面前精美的化石，我们不得不感叹：三峡经历了多少沧海桑田的变化，才创造出世间如此美好的珍品。

岩石中的笔记——笔石

看见我们邂逅到如此多的化石标本，上天可能也有了些羡慕和嫉妒，下午的雨下的越来越大。即使老天如此，但同学们丝毫没有一点疲倦。在五峰组的一个露头，同学一下车子就都抡着地质锤在剖面上敲打起来，不知谁的一句“好多的化石”更点燃了大家的激情。带队的南古所樊隽轩老师让我们在学习的道路又向前迈出了一步，听他讲解才明白：原来这些黑黑的碳质薄膜是笔石，它们在古环境恢复和地层划分对比中起到了重要的作用。像在宜昌志留系的黑色页岩中，随意敲开山坡上的地层，就能发现丰富的笔石化石，这既不是山村学童的画迹，也不是残枝孤叶的遗迹，而是一种远古时期早已绝灭的海洋古无脊椎群体动物，距今约有4.3亿年历史。被压扁成碳质薄膜保存的笔石就像铅笔在岩石层上描绘的痕迹，因此被科学家称为“笔石”。樊隽轩老师详细的为我们解说了笔石，既让我们对这些黑黑的碳质薄膜有了一份更多的喜爱，也感叹他将数学方法与地史时期的生物灭绝事件相结合的奇妙！

岩层中的笔石

笔石是对笔石纲化石的统称，隶属于半索动物门，存在于中寒武世——早石炭世，由笔石虫体组成，它们所分泌的骨骼能形成大小为几厘米或几十厘米的笔石体（rhabdosome），较大的可达70cm或更长。笔石体由胎管和胞管组成，最初都由一个圆锥形的胞管生出，以出芽的方式继续生长，可形成树状、网状、丝状、耙状和栅状等十分美观的多种形态，像笔石体和笔石簇等。以往的研究认为笔石体的主要成分为几丁质，然而1966年Foucart和Jeuniaux对笔石的透射电镜让我们认识了它们的“庐山真面目”：笔石骨骼中不含几丁质，但有甘氨酸、丙氨酸等多种氨基酸，这些氨基酸可能来源于硬蛋白，而骨骼外表面上的蛋白骨胶原很有可能是骨胶原。因此，笔石体的成分似乎是一个非几丁质的有机物。保存为化石的一般是胞管的外壳，峡东地区的笔石化石较多，其中比较出名的有宜昌单笔石。

根据它们自身的骨骼构造特征，笔石化石一般分为6个目：树形笔石目（Dendroidea）、管笔石目（Tuboidea）、腔笔石目（Camaroidea）、茎笔石目（Stononoidea）、甲壳笔石目（Crustoidea）和正笔石目（Graptoloidea）。常见的有树形笔石和正笔石，其次是管笔石。其中大部分的树形笔石因为有固定的根等构造在海底营底栖固着生活，而正笔石和少部分的树形笔石因具有“胞管”和丝状体“线管”等构造在水中营漂浮生活。笔石由于演化快，分布广，因此很多属种也是世界范围内划分和对比地层的重要化石之一。其中的正笔石由于演化迅速、地理分布广，成为奥陶纪、志留纪和早泥盆世的标准化石之一。

花状动物——珊瑚

10月30日是充实的一天，也是匆忙的一天。下午4点多时，我们一路的急行军赶往了罗惹坪组。虽然林间小道就如蜿蜒辗转而去的丝带，但就在这约1米宽的小路上，我们捡到了很多古生物化石，除了形态奇特的五方贝外，还有很多漂亮的珊瑚。看到大家面露期待的样子，指导老师也加入了我们的行列，南古所的樊隽轩老师不愧是慧眼识“珍珠”，在暗色的灰岩中发现了很多与围岩并不是特别明显的珊瑚化石。虽然珊瑚是一种腔肠动物，然而像盛开花朵一样的外貌让它们有了一个很好听的名字——“花状动物”。珊瑚化石，又有“石柱子”或“珊瑚玉”之称，它们在生长过程中分泌钙质形成壳架，死亡后在沉积物中经石化作用变成如今的化石。常见的珊瑚化石分为单体珊瑚和复体珊瑚，小的单体珊瑚只有几毫米，大的能到几十厘米，通常有体壁围绕，表面饰有粗细不等的皱纹，但在进化程度比较高级的单体珊瑚中体壁却退化。复体珊瑚常以致密的块状体或细弱的丛枝状出现，有的是由许多细小的珊瑚个体组成，有的是从母体的轴部或侧方以分芽的方式而形成，而相互连通的孔或管、共骨组织以及间隙管等将各个珊瑚个体相互贯联。听老师讲解后才知道：原来现在我们所看到的只是珊瑚的骨架，这些羽针、羽簇或羽榍已经被无数细微的方解石或文石充填。珊瑚形态与它们自身的纵列和横列骨骼单元紧密相关，在不同地史时期的各类珊瑚中，骨骼单元分别以不同的方式配列组合，或派生出其他的组织结构，从而出现形形色色的骸体形态。由于下雨的原因，龙马溪组——罗惹坪组一行就如匆忙的急行军，冻雨加寒风，让我们冷的瑟瑟发抖；但老师们渊博的知识和体贴的关心让我们内心倍感温暖。此外，一路上大家都采集到了很多值得收藏的珊瑚、五方贝等化石，可以说是收获颇丰。

复体珊瑚

在实习的前两天，指导老师带领我们考察了前寒武纪——中生代的经典剖面，通过南古所老师结合具体问题的讲解，我们在实习中既熟悉了不同地层的划分，了解了不同时期的地质事件，更认识了许许多多穿越万古千秋的海洋生物化石。“化石就如地球的文字，它记录了地球的演变历史”，四亿多年前的宜昌峡东地区总体上是一片气候温暖、海水湛蓝的大海，充足的阳光和丰富的营养使得营漂浮或底栖固着生活的角石、笔石、海百合、珊瑚、三叶虫、菊石等大量生物生存，正是这些珍贵的化石为我们勾画了史前海洋生物的奇妙景观。经历了4亿年的等待，沧海桑田漫长的演变，只为了今天的邂逅。这些保存完好、弥足珍贵的化石，仿佛在诉说它们辉煌的过去。虽然野外教学只是8天时间，但各位老师渊博的知识和丰富的古生物化石既打开了我们的视野，又增添了我们对地质工作的兴趣和爱好。更难得可贵的是：戎嘉余院士的“矢志不渝、百折不挠”让我们知道了在以后的地质科学事业上要不畏艰难，勇攀高峰！

在这次野外现场教学中，南古所各位老师提供了许多的帮助和支持，同时也向我们传授了很多的知识，在此向他们表示真诚的谢意！同时也感谢兰州大学孙柏年教授给予这次宝贵的实践机会和提供的帮助以及支持！文章中部分照片来自南古所的马譞和杨慧宁同学，同时也向他们表示感谢！做为在西部高校长期学习陆相地层的我们，很荣幸有机会能参加这次野外现场教学！

作者单位：兰州大学地质科学与矿产资源学院

戎嘉余院士在给同学们讲课