青海西寧盆地三趾馬、副板齒犀化石的發現及意義

韓建恩,邵兆剛*,陳麒光,孟憲剛,朱大崗,張倩倩,權 凱,王 津 ,胥 彪

1)中國地質科學院地質力學研究所,北京 100081;2)中國地質大學(北京),北京 100083

圖1 化石產出位置及區域地質圖(據Dai et al.,2006修改)Fig.1 Geological map showing the location of the fossils (modified after Dai et al.,2006)

圖2 蔣家溝剖面及化石位置Fig.2 Jiangjiagou section showing the location of the fossils

西寧盆地位于西北內陸干旱區、東部季風區與青藏高原高寒區交匯帶。盆地南以拉脊山為界,北界為達坂山,西界為日月山,向東延入甘肅境內的隴中盆地,整個盆地呈西大東小向東開口的近似菱形狀(圖1)。古近紀—新近紀盆地河湖相地層沉積連續,厚達800余m,盆地的環境變遷與青藏高原隆升關系密切(Dai et al.,2006;方小敏等,2007),是研究青藏高原周緣環境變化的理想地區。

西寧盆地晚新生代河湖相地層因其沉積連續、穩定,后期盆地受河流切割形成良好的天然剖面,是開展我國西北地區古近紀—新近紀地層研究的典型地區,眾多學者對該套地層進行了大量的研究工作。前人通過磁性地層方法對該套地層進行了研究(Dai et al.,2006;武力超等,2006;方小敏等,2007);李傳夔和邱鑄鼎在謝家組發現了一批小哺乳動物化石,將之命名為謝家動物群(李傳夔等,1981);并在隨后的工作中將謝家動物群時代定為早中新世,車頭溝組底部動物群時代定為中中新世(李傳夔等,1981;邱鑄鼎等,1981);陳傳飛等在車頭溝組底部發現了喬木化石,認為其層位年代對應標準極性柱的23 Ma(陳傳飛等,2009)。近年來,一些學者從孢粉、沉積物建造等方面,探討了西寧盆地古氣候、古環境變化(孫秀玉等,1980,1984;鄧中林等,2000;徐麗等,2009;Xiao et al.,2012)。隨著該套地層研究工作的逐步深入,西寧盆地已成為研究新生代地層、古氣候環境變化以及青藏高原隆升環境效應的典型地區,但由于一直沒有大型哺乳動物化石的發現,使得上述研究工作受到了影響。

2013年,筆者在青海西寧盆地互助縣進行野外地質調查中,于紅崖子鄉西的蔣家溝崖壁上(圖2),發現了一批動物骨骼和牙齒化石(圖 3,4),經中國科學院古脊椎與古人類研究所王元博士和金昌柱研究員鑒定,認為屬東鄉三趾馬和副板齒犀化石,其時代為晚中新世早期,這在西寧盆地尚屬首次發現。填補了西寧盆地晚新生代地層缺少大型哺乳動物化石的空白,為盆地地層對比、古氣候環境變化以及青藏高原隆升環境效應研究提供了基礎資料。

1 區域地質概況

西寧盆地是中、新生代形成的斷陷盆地,構造位置處于昆侖、祁連兩大山系的交匯處。盆地南部、北部、西部分別被拉脊山斷裂帶、達坂山斷裂帶和日月山斷裂帶所制約,向東沿入甘肅境內的隴東盆地(圖1)。盆地基底和周邊山地的基巖主要為:震旦系、寒武系、奧陶系、志留系和三疊系,以及加里東花崗巖類組成(青海省地質礦產局,1991)。盆地內的古近紀—新近紀河湖相地層沉積厚度達 800余m。依據巖性組合、沉積旋回等特征自下而上劃分為祁家川組、洪溝組、馬哈拉溝組、謝家組、車頭溝組和咸水河組(青海地質礦產局,1991;Dai et al.,2006;方小敏等,2007),各地層組在盆地中的分布如圖1,巖性特征如表1。

表1 西寧盆地古近紀—新近紀地層劃分(據方小敏等修改,2007)Table 1 Division and lithology of Paleogene–Neogene strata in the Xining basin(modified after FANG et al.,2007)

圖3 西寧盆地副板齒犀牙齒化石Fig.3 The teeth of Parelasmotherium sp.fossil in the Xining basin

圖4 西寧盆地東鄉三趾馬牙齒化石Fig.4 The teeth of Hipparion dongxiangense fossil in the Xining basin

2 化石及埋藏特征

化石發現于青?；ブh蔣家溝,坐標:N36°41′11.467″,E102°3′56.180″,海拔 2662 m。全剖面厚110 m(圖2),化石產出剖面地層巖性由上至下描述如下:

1 0～21 m 土黃色黃土 21 m

2 21～47 m 棕黃色、棕紅色塊狀粉砂質泥巖 26 m

3 47～51 m 灰黃色的砂礫巖 4 m

4 51～61 m 土黃色致密堅硬泥巖 10 m

5 61～71 m 灰黃色的砂礫巖 10 m

6 71～110 m 棕黃色、土黃色致密堅硬泥巖 39 m

化石位于第 4層土黃色的泥巖之中,大致可分為3個化石點,自南東向北西依次編號為2013HJJG1至2013HJJG3,其中2013HJJG1采集3塊化石,為動物頜骨、骨板和骨骼碎片化石;2013HJJG2采集2塊化石,為1顆牙齒化石和動物骨棒化石,骨棒被壓扁破碎;2013HJJG3采集10塊化石,有牙齒、下頜骨、牙排、關節和骨骼碎片等,其中下頜骨化石保存完整,上面牙齒保存完好。此外,各化石點見大量骨骼碎片。室內在中國科學院古脊椎與古人類研究所對這批化石進行了修復,發現這批化石中的牙齒及牙床化石保存完好,可見齒冠處琺瑯質的釉質光澤(圖 3,4)。依據牙齒,鑒定出這些化石中編號2013HJJG1-1、2013HJJG3-1為副板齒犀(Parelasmotheriumsp.)(圖 3),編號 2013HJJG3-2、2013HJJG3-3、2013HJJG3-4、2013HJJG3-7為東鄉三趾馬(Hipparion dongxiangense)(圖4)(化石均由中國科學院古脊椎與古人類研究所王元博士、金昌柱研究員鑒定)。

圖5 中國三趾馬化石點分布示意圖Fig.5 The distribution of Hipparion fossils in China

蔣家溝發現的 3處化石點,基本位于同一水平面,前后不超過 10 m,上下不超過 5 m,故認為是同一化石群產物。保存化石的土黃色泥巖厚約10 m,沉積物細粒,致密堅硬?；瘜由喜亢拖虏繛榛尹S色的砂礫巖層,上部厚約4 m,下部厚約10 m,化石出露于這兩層之間。本次發現的化石除牙齒化石、小關節軸化石保留完整形態外,其余骨骼化石均比較破碎,原本為棒狀的肢骨被壓為橢圓狀,野外發掘時一接觸即碎。目前發現的化石分布于30 m2范圍內,雖未見完整的頭骨和形態完整的骨架化石,但動物不同部位的骨骼都有保存,因而,這批化石為原地埋藏,未經過二次搬運。

3 地層層位和形成環境

3.1 地層層位

Dai等(2006)通過塔山剖面獲取的西寧盆地新生代地層古地磁年代結果為17.0～52.0 Ma,咸水河組對應時代為18.0～17.0 Ma,咸水河組未見頂。方小敏等(2007)通過謝家剖面和水灣剖面古地磁測量,認為西寧盆地新生代河湖相地層形成于 15.0～52.5 Ma,咸水河組時代為＜15～18 Ma,咸水河組也未見頂。三趾馬在中國出現不早于12 Ma,因而,本次發現化石的蔣家溝剖面應屬于咸水河組上部層位。

3.2 形成環境

西寧盆地謝家剖面車頭溝組底部鈣質木化石發現,說明早中新世該區樹林茂密,環境和氣候良好(陳傳飛等,2009)。孢粉對古植被恢復、古氣候重建具有重要作用,西寧盆地晚中新世孢粉組合為櫟粉-榆粉-禾本科花粉,表現出以闊葉林為主,針葉林為次,低矮灌木林帶相伴而生的古植被面貌,處于亞熱帶干旱氣候環境(鄧中林等,2000)。西寧盆地咸水河組孢粉組合顯示的植被草原景觀明顯(孫秀玉等,1984)。因而,三趾馬、副板齒犀化石形成時的古植被為森林-草原,古氣候環境為干旱程度增加的亞熱帶干旱氣候環境。

4 三趾馬、副板齒犀化石發現的意義

三趾馬化石在我國華北地區、青藏高原東北緣發現較多(圖5),在青藏高原也有發現;副板齒犀化石在青藏高原東北緣的臨夏盆地也有報道。在西寧盆地首次發現并確定三趾馬、副板齒犀這兩類化石,填補了西寧盆地此類化石研究的空白,具有重要意義。首先為西寧盆地晚新生代河湖相地層格架的建立,提供了可靠的古生物學依據,對西寧盆地中新世地層確立起到時序標尺的作用;其次為西寧盆地古氣候環境變化提供了翔實的基礎資料,對深入研究青藏高原隆升環境效具有重要意義;同時,化石的發現為青藏高原東北緣盆地的環境演化、地層劃分、時代厘定等問題的解決,提供了新的資料;本次化石的發現也為青藏高原東北緣、華北地區、青藏高原三趾馬動物群進行對比研究,提供了基礎材料。

致謝:中國科學院古脊椎與古人類研究所王元博士、金昌柱研究員對化石進行了鑒定,在此表示感謝。

陳傳飛,苗運法,方小敏,宋春暉,戴霜,閆曉麗,張啟波,徐麗,夏維民.2009.西寧盆地謝家剖面車頭溝組底部木化石的發現及其意義[J].地質學報,83(8):1104-1109.

鄧中林,侯元才,古鳳寶,于慶文.2000.青海東北部第三紀西寧-貴德-化隆盆地充填特征孢粉組合方式與古氣候演變[J].青海地質,(1):43-53.

方小敏,宋春暉,戴霜,朱迎堂,高軍平,張偉林.2007.青藏高原東北部階段性變形隆升:西寧、貴德盆地高精度磁性地層和盆地演化記錄[J].地學前緣,14(1):230-242.

李傳夔,邱鑄鼎,王士階.1981.青海西寧盆地中新世地層及哺乳動物群性質[J].古脊椎動物與古人類學報,19(4):313-320.

李傳夔,邱鑄鼎.1980.青海西寧盆地早中新世哺乳動物化石[J].古脊椎動物與古人類學報,18(3):198-215.

青海省地質礦產局.1991.青海省區域地質志[M].北京:地質出版社.

邱鑄鼎,李傳夔,王士階.1981.青海西寧盆地中新世哺乳動物[J].古脊椎動物與古人類學報,19(2):156-173.

孫秀玉,趙英娘,何卓生.1980.西寧—民和盆地晚白堊世—老第三紀孢粉組合特征及地層時代、古植被、古氣候的探討[J].石油實驗地質,4:44-52.

孫秀玉,趙英娘,何卓生.1984.青海西寧-民和盆地漸新世至中新世孢粉組合[J].地質論評,30(3):207-216.

武力超,岳樂平,王建其,HELLER F,鄧濤.2006.新近系謝家階層型剖面古地磁年代學研究[J].地層學雜志,30(1):50-53.

徐麗,苗運法,方小敏,宋春暉,夏維民,閆曉麗,韓文霞,張啟波,陳傳飛,戴霜.2009.青藏高原東北部西寧盆地中始新世-漸新世沉積物顏色與氣候變化[J].蘭州大學學報(自然科學版),45(1):12-19.

CHEN Chuan-fei,MIAO Yun-fa,FANG Xiao-min,SONG Chun-hui,DAI Shuang,YAN Xiao-li,ZHANG Qi-bo,XU Li,XIA Wei-min.2009.The Discovery and Significance of the Fossil Woods in the Bottom of Chetougou Formation in Xiejia Section,Xining Basin[J].Acta Geologica Sinica,83(8):1104-1109(in Chinese with English abstract).

DAI S,FANG X,DUPONT-NIVET G,SONG C,GAO J,KRIJGSMAN W,LANGEREIS C,ZHANG W.2006.Magnetostrat igraphy of Cenozoic sediments from the Xining Basin:Tectonicim plications for the northeastern Tibetan Plateau[J].Journal of Geophysical Research,111,B11102,doi:10.1029/2005JB004187.

DENG Zhong-lin,HOU Yuan-cai,GU Feng-bao,YU Qing-wen.2000.Filling Characteristics,Sporopolen Assemblage and Palaeoclimate Variation of Tertiary Basins in the Northeastern Qinghai-Tibet Plateau[J].Qinghai Geology,(1):43-53(in Chinese with English abstract).

FANG Xiao-min,SONG Chun-hui,DAI Shuang,ZHU Ying-tang,GAO Jun-ping,ZHANG Wei-lin.2007.Cenozoic deformation and uplift of the NE Qinghai Tibet Plateau:evidence from highresolution magnetostratigraphy and basin evolution[J].Earth Science Frontiers,14(1):230-242(in Chinese with English abstract).

LI Chuan-kui,QIU Zhu-ding,WANG Shi-jie.1981.Discussion on Miocene Stratigraphy and Mammals from Xining Basin,Qinghai[J].Vertebrat Apalasiatica,19(4):313-320(in Chinese with English abstract).

LI Chuan-kui,QIU Zhu-ding.1980.Early Miocene Mammalian Fossils of Xining Basin,Qinghai[J].Vertebrat Apalasiatica,18(3):198-215(in Chinese with English abstract).

Qinghai Bureau of Geology and Mineral Resources.1991.Regional geology of Qinghai Province[M].Beijing:Geological Publishing House(in Chinese with English Summery).

QIU Zhu-ding,LI Chuan-kui,WANG Shi-jie.1981.Mocene Mammalan Foissls from Xining Basin Qinghai[J].Vertebrat Apalasiatica,19(2):156-173(in Chinese with English abstract).

SUN Xiu-yu,ZHAO Ying-niang,HE Zhuo-sheng.1980.Discussion on stratigraphic age,Palaeovegetation and Palaeoclimate by the late Cretaceous-Paleogene Palynological Assemblages from the Xining-Minghe Basin,Qinghai Province[J].Petroleum Geology ＆ Experiment,4:44-52(in Chinese).

SUN Xiu-yu,ZHAO Ying-niang,HE Zhuo-sheng.1984.The Oligocene-Miocene Palynological Assemblages from the Xining-Minghe Basin,Qinghai Province[J].Geological Review,30(3):207-216(in Chinese with English abstract).

WU Li-chao,YUE Le-ping,WANG Jian-qi,HELLER F,DENG Tao.2006.Magnetostratigraphy of Stratotype Section of the Neogene Xiejian Stage[J].Journal of Stratigraphy,30(1):50-53(in Chinese with English abstract).

XIAO Guo-qiao,GUO Zheng-tang,DUPONT-NIVET G,LU Hou-yuan,WU Nai-qin,GE Jun-yi,HAO Qing-zhen,PENG Shu-zhen,LI Feng-jiang,ABELS H A ,ZHANG Ke-xin.2012.Evidence for northeastern Tibetan Plateau uplift between 25 and 20 Ma in the sedimentary archive of the Xining Basin,Northwestern China[J].Earth and Planetary Science Letters,317-318:185-195.

XU Li,MIAO Yu-fa,FANG Xiao-min,SONG Chun-hui,XIA Wei-min,YAN Xiao-li,HAN Wen-xia,ZHANG Qi-bo,CHEN Chuan-fei,DAI Shuang.2009.Middle Eocene-Oligocene Climatic Changes Recorded By Sedimentary Colors in the Xining Basin,in Northeastern Tibetan Plateau,NW China[J].Journal of Lanzhou University(Natural Sciences),45(1):12-19(in Chinese with English abstract).