青海西宁盆地三趾马、副板齿犀化石的发现及意义

韩建恩,邵兆刚*,陈麒光,孟宪刚,朱大岗,张倩倩,权 凯,王 津 ,胥 彪

1)中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081;2)中国地质大学(北京),北京 100083

图1 化石产出位置及区域地质图(据Dai et al.,2006修改)Fig.1 Geological map showing the location of the fossils (modified after Dai et al.,2006)

图2 蒋家沟剖面及化石位置Fig.2 Jiangjiagou section showing the location of the fossils

西宁盆地位于西北内陆干旱区、东部季风区与青藏高原高寒区交汇带。盆地南以拉脊山为界,北界为达坂山,西界为日月山,向东延入甘肃境内的陇中盆地,整个盆地呈西大东小向东开口的近似菱形状(图1)。古近纪—新近纪盆地河湖相地层沉积连续,厚达800余m,盆地的环境变迁与青藏高原隆升关系密切(Dai et al.,2006;方小敏等,2007),是研究青藏高原周缘环境变化的理想地区。

西宁盆地晚新生代河湖相地层因其沉积连续、稳定,后期盆地受河流切割形成良好的天然剖面,是开展我国西北地区古近纪—新近纪地层研究的典型地区,众多学者对该套地层进行了大量的研究工作。前人通过磁性地层方法对该套地层进行了研究(Dai et al.,2006;武力超等,2006;方小敏等,2007);李传夔和邱铸鼎在谢家组发现了一批小哺乳动物化石,将之命名为谢家动物群(李传夔等,1981);并在随后的工作中将谢家动物群时代定为早中新世,车头沟组底部动物群时代定为中中新世(李传夔等,1981;邱铸鼎等,1981);陈传飞等在车头沟组底部发现了乔木化石,认为其层位年代对应标准极性柱的23 Ma(陈传飞等,2009)。近年来,一些学者从孢粉、沉积物建造等方面,探讨了西宁盆地古气候、古环境变化(孙秀玉等,1980,1984;邓中林等,2000;徐丽等,2009;Xiao et al.,2012)。随着该套地层研究工作的逐步深入,西宁盆地已成为研究新生代地层、古气候环境变化以及青藏高原隆升环境效应的典型地区,但由于一直没有大型哺乳动物化石的发现,使得上述研究工作受到了影响。

2013年,笔者在青海西宁盆地互助县进行野外地质调查中,于红崖子乡西的蒋家沟崖壁上(图2),发现了一批动物骨骼和牙齿化石(图 3,4),经中国科学院古脊椎与古人类研究所王元博士和金昌柱研究员鉴定,认为属东乡三趾马和副板齿犀化石,其时代为晚中新世早期,这在西宁盆地尚属首次发现。填补了西宁盆地晚新生代地层缺少大型哺乳动物化石的空白,为盆地地层对比、古气候环境变化以及青藏高原隆升环境效应研究提供了基础资料。

1 区域地质概况

西宁盆地是中、新生代形成的断陷盆地,构造位置处于昆仑、祁连两大山系的交汇处。盆地南部、北部、西部分别被拉脊山断裂带、达坂山断裂带和日月山断裂带所制约,向东沿入甘肃境内的陇东盆地(图1)。盆地基底和周边山地的基岩主要为:震旦系、寒武系、奥陶系、志留系和三叠系,以及加里东花岗岩类组成(青海省地质矿产局,1991)。盆地内的古近纪—新近纪河湖相地层沉积厚度达 800余m。依据岩性组合、沉积旋回等特征自下而上划分为祁家川组、洪沟组、马哈拉沟组、谢家组、车头沟组和咸水河组(青海地质矿产局,1991;Dai et al.,2006;方小敏等,2007),各地层组在盆地中的分布如图1,岩性特征如表1。

表1 西宁盆地古近纪—新近纪地层划分(据方小敏等修改,2007)Table 1 Division and lithology of Paleogene–Neogene strata in the Xining basin(modified after FANG et al.,2007)

图3 西宁盆地副板齿犀牙齿化石Fig.3 The teeth of Parelasmotherium sp.fossil in the Xining basin

图4 西宁盆地东乡三趾马牙齿化石Fig.4 The teeth of Hipparion dongxiangense fossil in the Xining basin

2 化石及埋藏特征

化石发现于青海互助县蒋家沟,坐标:N36°41′11.467″,E102°3′56.180″,海拔 2662 m。全剖面厚110 m(图2),化石产出剖面地层岩性由上至下描述如下:

1 0～21 m 土黄色黄土 21 m

2 21～47 m 棕黄色、棕红色块状粉砂质泥岩 26 m

3 47～51 m 灰黄色的砂砾岩 4 m

4 51～61 m 土黄色致密坚硬泥岩 10 m

5 61～71 m 灰黄色的砂砾岩 10 m

6 71～110 m 棕黄色、土黄色致密坚硬泥岩 39 m

化石位于第 4层土黄色的泥岩之中,大致可分为3个化石点,自南东向北西依次编号为2013HJJG1至2013HJJG3,其中2013HJJG1采集3块化石,为动物颌骨、骨板和骨骼碎片化石;2013HJJG2采集2块化石,为1颗牙齿化石和动物骨棒化石,骨棒被压扁破碎;2013HJJG3采集10块化石,有牙齿、下颌骨、牙排、关节和骨骼碎片等,其中下颌骨化石保存完整,上面牙齿保存完好。此外,各化石点见大量骨骼碎片。室内在中国科学院古脊椎与古人类研究所对这批化石进行了修复,发现这批化石中的牙齿及牙床化石保存完好,可见齿冠处珐琅质的釉质光泽(图 3,4)。依据牙齿,鉴定出这些化石中编号2013HJJG1-1、2013HJJG3-1为副板齿犀(Parelasmotheriumsp.)(图 3),编号 2013HJJG3-2、2013HJJG3-3、2013HJJG3-4、2013HJJG3-7为东乡三趾马(Hipparion dongxiangense)(图4)(化石均由中国科学院古脊椎与古人类研究所王元博士、金昌柱研究员鉴定)。

图5 中国三趾马化石点分布示意图Fig.5 The distribution of Hipparion fossils in China

蒋家沟发现的 3处化石点,基本位于同一水平面,前后不超过 10 m,上下不超过 5 m,故认为是同一化石群产物。保存化石的土黄色泥岩厚约10 m,沉积物细粒,致密坚硬。化石层上部和下部为灰黄色的砂砾岩层,上部厚约4 m,下部厚约10 m,化石出露于这两层之间。本次发现的化石除牙齿化石、小关节轴化石保留完整形态外,其余骨骼化石均比较破碎,原本为棒状的肢骨被压为椭圆状,野外发掘时一接触即碎。目前发现的化石分布于30 m2范围内,虽未见完整的头骨和形态完整的骨架化石,但动物不同部位的骨骼都有保存,因而,这批化石为原地埋藏,未经过二次搬运。

3 地层层位和形成环境

3.1 地层层位

Dai等(2006)通过塔山剖面获取的西宁盆地新生代地层古地磁年代结果为17.0～52.0 Ma,咸水河组对应时代为18.0～17.0 Ma,咸水河组未见顶。方小敏等(2007)通过谢家剖面和水湾剖面古地磁测量,认为西宁盆地新生代河湖相地层形成于 15.0～52.5 Ma,咸水河组时代为＜15～18 Ma,咸水河组也未见顶。三趾马在中国出现不早于12 Ma,因而,本次发现化石的蒋家沟剖面应属于咸水河组上部层位。

3.2 形成环境

西宁盆地谢家剖面车头沟组底部钙质木化石发现,说明早中新世该区树林茂密,环境和气候良好(陈传飞等,2009)。孢粉对古植被恢复、古气候重建具有重要作用,西宁盆地晚中新世孢粉组合为栎粉-榆粉-禾本科花粉,表现出以阔叶林为主,针叶林为次,低矮灌木林带相伴而生的古植被面貌,处于亚热带干旱气候环境(邓中林等,2000)。西宁盆地咸水河组孢粉组合显示的植被草原景观明显(孙秀玉等,1984)。因而,三趾马、副板齿犀化石形成时的古植被为森林-草原,古气候环境为干旱程度增加的亚热带干旱气候环境。

4 三趾马、副板齿犀化石发现的意义

三趾马化石在我国华北地区、青藏高原东北缘发现较多(图5),在青藏高原也有发现;副板齿犀化石在青藏高原东北缘的临夏盆地也有报道。在西宁盆地首次发现并确定三趾马、副板齿犀这两类化石,填补了西宁盆地此类化石研究的空白,具有重要意义。首先为西宁盆地晚新生代河湖相地层格架的建立,提供了可靠的古生物学依据,对西宁盆地中新世地层确立起到时序标尺的作用;其次为西宁盆地古气候环境变化提供了翔实的基础资料,对深入研究青藏高原隆升环境效具有重要意义;同时,化石的发现为青藏高原东北缘盆地的环境演化、地层划分、时代厘定等问题的解决,提供了新的资料;本次化石的发现也为青藏高原东北缘、华北地区、青藏高原三趾马动物群进行对比研究,提供了基础材料。

致谢:中国科学院古脊椎与古人类研究所王元博士、金昌柱研究员对化石进行了鉴定,在此表示感谢。

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