湘中地区早特马豆克期笔石分类及分带

邓丽婷，李 明，杨振京，黄 莫

(1.河北地质大学 地球科学学院，河北 石家庄 050031；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 正定 050800；3.自然资源部地层与古生物重点实验室，中国地质科学院地质研究所，北京 100037)

0 引 言

特马豆克阶，是奥陶系第一个阶，其底界，即寒武系—奥陶系,其界线(GSSP)定在牙形类Iapetognathusfluctivagus的首现层位(FAD)，其上4.8 m为笔石Rhabdinoporapraeparabola(Bruton,Erdtmann &Konkoch)的FAD，也是反称笔石在地层中的FAD[1-12]。目前，特马豆克阶上下两分的方案也已提出，两分界线定义在笔石Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)的FAD。虽然基于奥陶系底界GSSP所在剖面的下特马豆克阶笔石序列已经确立[1-2]，但区域性生物地层的进一步细分和精确对比依然是目前国际地层委员会奥陶系分会的工作重点。笔石在全球奥陶系年代地层划分中具有重要作用[13]，下特马豆克阶不论在国内还是国外，都有一个共同的特点，就是笔石化石产出层位少，发现难。因此，很难在同一个剖面中识别出完整的特马豆克期，特别是早特马豆克期笔石系列。比如张元动等[12,14-15]在江南区下特马豆克阶自下而上识别出4个笔石带：Rhabdinopora?taojiangensis带、Rhabdinoporaflabelliformisparabola带、Anisograptusmatanensis带、Rhabdinoporaf.anglica带，就是综合华南的多个剖面的笔石带序列的结果。我国这段地层出露最好的剖面在吉林大阳岔，即寒武系—奥陶系界线GSSP候选剖面(小阳桥剖面)，该剖面下特马豆克阶笔石带序列相对最为完整[12,14,16]。虽然，我国特马豆克阶笔石地层的研究已经取得了很大的进展，但不同地区笔石带序列的精确对比和笔石辐射演化等的研究，还需要进一步开展区域性笔石地层精细划分的工作。因此，本文选择位于江南斜坡带的湖南益阳作为研究区，开展特马豆克期笔石地层研究工作，作为对早特马豆克期笔石地层研究工作的补充。研究剖面位于湖南省益阳市水口村，隶属江南斜坡带，与奥陶系底界GSSP所在剖面的沉积环境相似，特马豆克期笔石化石丰富，产出大量可直接与国内外同期地层对比的带化石。该剖面因公路穿过，未出露奥陶系最底部地层，但出露的特马豆克期地层完整、连续且出露较好。剖面中，特马豆克阶笔石大多因黄铁矿化呈立体保存，是进行下特马豆克阶笔石生物地层学进一步研究的理想剖面。目前，国际地层委员会奥陶系分会提倡区域性地层的高精度、高分辨率生物地层研究，并且建立高精度和高分辨率的年代框架有助于对过去全球变化形成深刻的理解[17]。为了响应奥陶系分会新的工作要求，本文选择早特马豆克期笔石化石丰富的湖南益阳水口村剖面进行研究，以笔石系统分类学为基础，开展古生物学研究工作，实现研究剖面早特马豆克期地层的精确划分，进一步提升与国内外同期地层的对比精度，并为我国华南特马豆克阶笔石生物地层的研究提供新材料。

1 地质背景

本文所描述或图示的标本均采自湖南省益阳市水口村剖面的印渚埠组。水口村剖面位于湖南省益阳市西南约30 km的南坝村和水口村交界处的路边(图1)。特马豆克阶地层出露约145 m，笔石主要产出于灰色微晶灰岩、黑色或蓝绿色泥岩中。剖面所在地区属江南斜坡带,为斜坡沉积环境，在早奥陶世，华南地体根据其滨海沉积环境可沿西东剖面划分为扬子台地、江南斜坡和东南盆地三个主要单元(图1)。下奥陶统江南斜坡区笔石物种丰富[12,16,18-20]，因此是研究特马豆克阶笔石地层的最佳选择。本文作者李明曾在附近1 km的南坝村锰矿路边剖面，发现了丰富的晚特马豆克期笔石，但该剖面最低层位是Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)，没有出露下特马豆克阶。因此，于2015年，李明选择了另一条与锰矿剖面平行的近南北向延伸的水口村剖面进行研究，该剖面位于水口村和南坝村交界的路边，与锰矿剖面之间的直线距离约600 m。通过连续不间断采集的方式，最终在该剖面采集到笔石,即下特马豆克阶下部第三个笔石带的带化石Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)及上特马豆克阶最底部笔石带带化石Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)。

图1 湖南益阳水口村剖面位置图(a)和湖南益阳水口村剖面交通位置图(b)[11,19]Fig.1 Section location map (a)and traffic location map of Shuikou Village (Yiyang,Hunan Province,South China)(b)[11,19]

在该剖面早特马豆克期地层识别出笔石Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)1幼体，Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)2成体；晚特马豆克期初期地层识别出Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)，AdelograptusaltusWillims &Stevens,1991，Ancoragraptusbulmani(Spjeldnaes,1963)。依据地层中赋含的笔石，在研究地层中识别出Rhabdinoporaflabelliformisparabola带和Adelograptustenellus带(笔石带采集层位见图2)。因此，本文选择Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)、Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)两个重要的带化石中保存较为完好的标本，在系统古生物学部分进行描述。

图2 湖南益阳水口村剖面笔石生物延限岩性柱状图(据李明等[11]修改，粗横线代表笔石种产出层位，蓝竖线代表笔石种在地层中的延限)Fig.2 Biostratigraphic and litho-stratigraphic records of graptolites(modified from Li Ming et al.[11],thick horizontal line denoting graptolite species strata,and blue vertical line denoting extension of graptolite in the strata)

2 系统古生物学

正笔石目Graptoloidea Lapworth,1875

反称笔石科Anisograptidea Bulman,1950

棒孔笔石属RhabdinoporaEichwald,1855

模式种GorgoniaflabelliformisEichwald,1840

鉴别特征笔石体锥形，呈下垂式伸展；胎管裸露，从胎管分出许多笔石枝，具4个原始枝，笔石枝直，亚平行到平行，笔石枝之间彼此分离，但有横耙相连，整体呈现网状结构，胞管小。

讨论Bulman (1927)[24]根据笔石样本的始端构造，识别出底栖和漂浮两种类型的“Dictyonema”。1982年，Erdmann[25]将奥陶系底部开始出现的具有漂浮构造的“Dictyonema”分离出来，因漂浮笔石整体形态呈圆锥状，侧影呈抛物线状，因此被独立成属Rhabdinopora(Eichwald,1855)。至此，Rhabdinopora包含了具有4个原始枝、3个原始枝和2个原始枝的类群。Rhabdinopora从长出次级分支开始，就伴随出现横耙，与Staurograptus差异明显，Rhabdinopora从幼体到成体都有横耙，Staurograptus的种仅有老年体具有稀疏横耙，该属其他种都没见横耙。

扇形棒孔笔石抛物线形亚种Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)

(图3,a,b,e)

1954Dictyonemaflabelliformeparabolasp.nov.Bulman,pp.25～27,pl.I,figs.1-5,text-fig.9.

1988Dictyonemaflabelliformeparabola-belgicumBulman,林尧坤,218～237页,插图7,a-c,g,h.插图8,a，b;插图9,a，b.

1998Rhabdinoporaflabelliformisparabola(Bulman,1954),Cooper,pp.3～31,pl.8,fig.6a,pl.10,fig.9,g-s;pl.19,fig.10a,d,g;pl.20,fig.15a-n.

2005Rhabdinoporaflabelliformisparabola,张元动,125～137页,插图4,A,D,F.

2015Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954),Wang Wenhui et al.,pp.66～77,pl.71,fig.4I;pl.73,fig.5E,G,H;pl.74,fig.6C,D.

鉴定特征笔石体呈锥形，长度不超过40 mm。由4个原始枝组成，轴角90°～145°，原始枝始部形成类似抛物线状弯曲的“肩”部结构。10 mm距离内有11～12个笔石枝，笔石枝之间具有特殊的横耙，10 mm内的横靶一般有8～10个。

描述笔石体呈锥状，成年体长度约15 mm。轴角较大，约125°。一般由4个原始笔石枝构成，笔石枝细直，伸展式或微下曲式的分支方式，笔石枝始部形成似抛物线式弯曲肩部，枝宽0.41～0.50 mm，其长宽比值随笔石的生长而变大，比值通常为1.2:1～1.4:1。原始笔石枝从胎管分出后快速分枝，但分枝间距各异。相邻两笔石枝之间的间隙是枝宽的2倍或2倍以上，10 mm距离内有11～12个枝。笔石枝之间具有特殊的横耙，横靶纤细，其基部稍微加宽，与相邻两个笔石枝间正交或斜交。横靶从笔石体始部到末部分布逐渐呈规则发展，且数目增多，10 mm内横靶平均有8～10个。胎管为细长锥状，长度约为1.5 mm。胞管直管状，侧压呈锯齿状带细小的口刺，正胞管口部宽0.4～0.6 mm，10 mm内可观察到平均13个胞管。

讨论Rhabdinopora的种形态都非常相似，难以区分，因此，Cooper[1]用笔石体长度和笔石枝密度、横耙密度这些主要参数，对Rhabdinopora中的种进行了对比研究。根据笔石枝密度和横耙密度的比对，本文采集的这类标本最接近Cooper (1998)[1]的Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)。林尧坤[27]认为笔石Dictyonemaflabelliformeparabola-belgicumBulman的束线构造与DictyonemaflabelliformebelgicumBulman的特征较符合，但外形更接近Dictyonemaflabelliformeparabola(Bulman,1954)。但王海峰[28]认为线管、束线或翼状构造都不构成种之间的差异，不具有分类意义。且从标本图影和描述看，其特征与Wang Wenhui等[29]所描述的Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)形态特征相似，因此，本文认为Dictyonemaflabelliformeparabola-belgicumBulman很可能就是Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)。

产地层位湖南省益阳市水口村剖面早特马道克早期印渚埠组Rhabdinoporaflabelliformeparabola带。标本采集层位为YYNX8、YYNX9，且部分标本出现黄铁矿化。

匿笔石亚科Adelograptinae Mu,1974

匿笔石属AdelograptusBulman,1941

模式种Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)

鉴定特征笔石体呈下垂到水平伸展，由2个不规则的原始枝组成，笔石枝纤细，较松散弯曲，呈二歧式分支，分支形式不规则且出现枝硬化。笔石枝分支间距随着与始端距离的增加而加大。胎管和胞管具有副胞管，胞管间以类似茎胞管的构造相连，出现较早的类群具有副胞管和茎胞管。正胞管一般为直管状，个别类型腹缘略弯曲，胞管掩盖率为1/3～1/2。

讨论Adelograptus有两个原始枝，分支不规则，枝细长。该属最初被归为Bryograptus[30]。Adelograptu有两种类型，2个原始枝类型和3个原始枝类型。Bulman[31]将2个原始枝的笔石类群从Bryograptus独立出来，具有副胞管的归到Adelograptus。同时，将Adelograptus中具规则分支和笔石枝粗壮类群归入Aorograptus。Willams和Stevens[32]对Adelograptus的定义进行修订，转移笔石体大、笔石枝粗且分支规则、笔石枝生长方向为下垂式，在地层中出现时间相对较晚的笔石类群，建立新属Aorograptus。Jackson等[33-34]将Adelograptus中的部分笔石——笔石枝上斜伸展、正胞管强烈弯曲以致胞管口部孤立的类群，分离出来并建立新属Ancoragraptus。通过对以上资料的研究，本文认为Adelograptus经过修正后其特征为：早期类群胎管和胞管均带有副胞管，且胞管之间以类似茎胞管的构造相连，晚期类群的副胞管在笔石枝上不连续出现。笔石体具有2个原始枝，原始枝几乎呈对称分布，呈下垂到水平方向伸展，分支不规则，枝细长，其宽度小于0.77 mm。胞管呈直管状，且胞管掩盖一般为1/3～1/2。胞管带有副胞管，胞管间以类似茎胞管的构造相连。

细弱匿笔石Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)

(图3.c-d)

1871Dichograptus？tenellusLinnarsson,p.794,pl.16,figs.13-15.

1983Clonograptuscf.tenelluscallaveiLapworth (Elles and Wood),俞剑华等,505～506页,图版1,图13;图版11,图10.

2007Adelograptustenellus(Linnarsson),李明等,115～118页,图版1,图4，6-9;插图2，a-b;插图3,a-g.

图3 湖南益阳地区下奥陶统笔石Fig.3 Lower Ordovician graptolites from Yiyang (Hunan)(a)Rhabdinopora flabelliformis parabola (Bulman,1954),YYNX8,Rhabdinopora flabelliformis parabola带;(b)Rhabdinopora flabelliformis parabola (Bulman,1954)(幼体),YYNX8;(c)(d)Adelograptus tenellus (Linnarsson,1871),YYN1,Adelograptus tenellus带;(e)Rhabdinopora flabelliformis parabola (Bulman,1954)(局部),YYN9,Rhabdinopora flabelliformis parabola带

2010Adelograptustenellus(Linnarsson),Li Ming et al.,pp.1343～1363,plateⅠ,Figs.4-5,7-8.

2012Adelograptustenellus(Linnarsson),王文卉,186～197页,图版1,图1-图9;图版2,图1-图9.

鉴定特征笔石体平伸或下斜伸展，具有两个原始笔石枝，一般为正分支，但分支不同步。始端发育型式为等称笔石式，胎管长约1.2 mm，胎管壁仅出露少部分，约0.1 mm。第一和第二个胞管夹角为93°～104°，第一个胞管所在的一侧胎管壁几乎全被第二个胞管所掩盖，而正胞管掩盖率为1/3～1/2。

描述笔石体呈平伸或近下斜伸展。具三个原始笔石枝，分支不规则，一般为3～4级，可达5级。笔石枝随着分枝级数的不断增加，长度呈现递增趋势。成年的笔石体常水平保存，研究区含笔石的岩层很薄，笔石体出露并不完整，可观察到笔石直径长达2.8 cm。背压枝宽0.26～0.35 mm，侧压枝宽0.28～0.33 mm，两者宽度差别不大。水平保存的成体第一级分枝夹角近直线或约175°，一级枝具有1～3个胞管，两个一级枝的胞管数的6种组合形式均有出现，但仅有1个标本的两个1级枝均由2个胞管构成。幼体多为侧向保存，第一级分枝夹角为100°～150°。笔石枝纤细，宽度均匀。始端的发育有两种类型：左旋和右旋。胎管长1.11～1.19 mm，个别幼体还保存有细长的线管，长0.32～0.51 mm。胎管口部宽度0.41～0.50 mm。胞管掩盖较大，约0.1 mm的很少部分出露。笔石体10 mm内胞管数为9～10个。

讨论本文研究剖面Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)标本分别在层位YYN1、YYN2、YYN3、YYN4中出现，一般具有2个原始枝。本文研究的Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)，其各级分枝相对较短，始端发育和分枝情况均与李明[35,37]和王文卉[36]等所描述的Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)相近，与特征最相近的AdelograptusaltusWillims &Stevens,1991存在明显差异。前者胎管长度较短，0.32～0.51 mm；第一个胞管和第二个胞管夹角也较小，93°～104°。后者胎管底部孤立部分长度为1.36～1.60 mm，第一和第二个胞管夹角115°～125°。因此，研究剖面的该类笔石应归入Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)。俞剑华等[34]1983年描述的Clonograptuscf.tenelluscallavei(Lapworth)图版与本文所描述的笔石相似，但由于Clonograptuscf.tenelluscallavei(Lapworth)鉴别特征及其测量数据不足，推测该种可能也是Adelograptustenellus(Linnarsson,1871)。

产地层位湖南省益阳市水口村剖面晚特马道克早期印渚埠组Adelogratustenellus带。标本采集层位为YYN1、YYN2、YYN3、YYN4，且大部分标本黄铁矿化，呈立体保存。

3 地层讨论

通过上述对研究剖面特马豆克期笔石的系统研究和准确鉴定，在研究剖面识别出Rhabdinoporaflabelliormisparabola带。Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)被认为是下特马豆克阶对比的重要分子之一。在我国很多地区，它被作为R.f.parabola带的带化石[3,16]。研究剖面Rhabdinoporaflabelliormisparabola带的划分以Rhabdinoporaflabelliformeparabola(Bulman,1954)的首次出现层位定义为其底界，以笔石AnisograptusmatanensisRuedemann首次出现层位为顶界[11]。由于研究区剖面的很长一段地层中未发现可以定义Rhabdinoporaflabelliormisparabola带顶界的笔石，即AnisograptusmatanensisRuedemann首次出现的层位，因此本文水口村剖面Rhabdinoporaflabelliformisparabola带顶界暂时放置在Adelograptustenellus的首现层位。

在华南，俞剑华等[38-39]在江西武宁塘畔识别出的2个笔石带，自下而上：Staurograptus带(Dictyonemaflabelliformeparabola亚带和Staurograptusdichotomus亚带)、Aletograptusorientalis带。但由于AletograptusObut &Sobolevskaya,1962是Staurograptus(Emmons,1855)的异名[1]，因此将Aletograptusorientalis带归入Staurograptus带。Feng 等[3]将Dictyonemaflabelliformeparabola带修正为Rhabdinoporaflabelliformisparabola带，且合并Staurograptusdichotomus亚带和Aletograptusorientalis带为Staurograptus-Anisograptus带。李明等[11,41]对江西武宁塘畔剖面的Anisograptus重新鉴定，认为Anisograptus可能是Staurograptus(Emmons)。根据Cooper等[1,42]研究的加拿大纽芬兰西海岸台地绿点剖面，笔石序列显示R.praeparabola(Bruton,Erdtmann &Koch,1982)与Staurograptusdichotomous(Emmons)在地层中同时出现，同时消失。同时，穆恩之等[43-46]也表示在Staurograptusdichotomous(Emmons)出现在DictyonemaflabelliformeparabolaBulman (Rhabdinoporaflabelliformisparabola(Bulman))之下或与之共生。虽然本文暂把Feng等[3]对江西武宁塘畔下特马豆克阶的Rhabdinoporaflabelliformisparabola带和Staurograptus-Anisograptus带与水口村剖面识别出的Rhabdinoporaflabelliformisparabola带进行对比，但要真正解决研究剖面下特马豆克阶地层精度问题还需做进一步工作。

在华东，Mu等[47]在浙江西部识别出的Staurograptusdichotomus-Rhabdinoporaflabelliformis带与研究区的Rhabdinoporaflabelliformisparabola带层位相当，可以进行对比。与俞剑华等在安徽胡乐地区自下而上划分的2个笔石带相比，为Staurograptus带和Anisograptus-Clonograptus带之和[34]，因此，研究剖面的R.f.parabola带大致相当于胡乐地区的Rhabdinoporaflabelliformis带的下部(表1)。

在华北，早特马豆克期笔石序列相对较完整，赵祥麟等[44]曾在吉林大阳岔剖面自下而上依次识别出:Dictyonemaflabelliforme-Staurograptusdichotomus带和Anisograptusrichardsoni带。汪啸风在吉林大阳岔剖面早特马豆克期笔石带自下而上划分为：Rhabdinoporaproparabola-Rhabdinoporaparabola带、Anisograptusmatanensis带、Rhabdinoporaflabelliformisanglica带。据汪啸风[40]描述，具浮泡结构的Rhabdinoporaproparabola位于带化石为Lapetognathusfluctivagus的Codylodusintermedius牙形石生物带上部近3 m的黄绿色页岩夹层中。近几年，通过笔石工作者进一步高精度工作，在大阳岔剖面早特马豆克期笔石地层中识别出4个笔石带，从下往上依次识别出：Rhabdinoporaproparabola带，Rhabdinoporapraeparabola带，Rhabdinoporaflabelliformisparabola带以及Anisograptusmatanensis带[12,14,16]。较Rhabdinoporapraeparabola带层位更低的Rhabdinoporaproparabola带，比基于金钉子剖面识别出的特马豆克阶最低笔石带层位更低，也是奥陶系最低的笔石带，具有重要的地层意义。研究剖面的Rhabdinoporaflabelliformisparabola带大致可以与大阳岔剖面的同名笔石带对比(表1)。

表1 中国主要地区特马豆克阶笔石带对比(主要依据文献[2-3,12,14,16,28,30,33,38-40,47-48,50])Table 1 Correlation chart for Tremadoc graptolite biozones in China (after refs.[2-3,12,14,16,28,30,33,38-40,47-48,50])

国际上，研究区的Rhabdinoporaflabelliformisparabola带大致相当于北极区的加拿大[33]、波罗大陆[49]和澳大利亚[15]的同名笔石带。冈瓦纳大陆、英国和阿尔及利亚撒哈拉的R.flabelliformis带与研究剖面的R.f.parabola带大致可以对比。瑞典[33]的R.f.socialis带和劳伦古陆[49]的R.parabola带，与研究剖面的R.f.parabola带大致相当(表2)。

表2 研究剖面与国际主要地区特马豆克阶笔石带对比(主要依据文献[15,29,33,49-51])Table 2 Correlation chart forthe study section with Tremadoc graptolite biozones in the world (after refs.[15,29,33,49-51])

4 结 论

本文对湖南益阳水口村剖面印渚埠组的笔石进行了系统采集和准确地分类学研究，详细描述和讨论了带化石Rhabdinoporaflabelliformisparabola和Adelograptustennellus。依据带化石，本文识别出下特马豆克阶笔石带Rhabdinoporaflabelliformisparabola带，并将该带与国内外同期地层进行了精确对比，为特马豆克期区域性地层研究提供了新的基础剖面材料。研究剖面尚未发现Rhabdinoporaflabelliformisparabola带之下的笔石带，该带之上还有很大一段地层未产出笔石，因此，下一步工作需要对该带上下地层进行更详细的工作，从而提升研究区下特马豆克阶地层的划分精度和地层对比精度。

致谢：本研究得到中国地质科学院地质研究所基本科研业务费、地质云系统集成与共享服务、“蒙西、豫西、鄂西北等典型古生物群与关键地层基础地质调查”联合资助，论文撰写得益于万晓樵教授宝贵的建议；在此一并致谢。