陜西漢中梁山實習基地大南溝剖面寒武系灰巖層化石組合及地層對比

羅 梅,劉 璠,胡亞洲,陳延龍,張志飛

(西北大學 地質學系 大陸動力學國家重點實驗室/早期生命與環境陜西省重點實驗室,陜西 西安 710069)

在長達46億年的漫長地質歷史時期中,寒武紀(距今約5.41～4.85億年)是顯生宙地球生物發生巨變的重要轉折時期,它不僅是地球上重要的成磷時期,也是大氣氧含量和海洋氧化還原條件發生快速變化的時期[1]。在寒武紀初期,地球上發生了劃時代意義的生命演化事件——寒武紀生命大爆發,它是地質歷史上最重要的后生動物起源和快速輻射事件[2-4]。以寒武紀大爆發為界限,地球漫長的歷史可以劃分為隱生宙和顯生宙。隱生宙以單細胞微生物和菌藻類為主體構成了穩定簡單的原始生產者-分解者驅動的地球生命系統,而顯生宙則以宏體多細胞動植物為主體構成了生產者消費者分解者相互作用、復雜多變的地球生命系統[5]。

國內外寒武紀地層分布非常廣泛,第二世、苗嶺世和芙蓉世在全球各個大陸板塊上發育齊全[6]。但埃迪卡拉紀—寒武紀過渡時期的地層只在華南、西伯利亞、阿瓦隆等幾個大陸板塊的局部地區發育完整連續[1]。值得驕傲的是我國華南寒武系四統發育齊全,建有多個國際寒武紀界線層型剖面[6]。這些寒武紀地層既有臺地相沉積,也有斜坡相沉積和深水盆地相沉積,化石資源豐富,成為我國引領全球研究寒武紀大爆發時期生物面貌、生態群落最重要的區域資源。我國寒武系賦存布爾吉斯頁巖型生物群[7-12]、奧斯坦型動物群[13-15]以及小碳化石[16-19]等,成為影響和推動全球研究地球動物門類起源和寒武紀大爆發的重要材料保障[5，20]。

陜南漢中、寧強、鎮巴等地區一直是元古代末期至寒武紀早期古生物和環境研究的熱點區域[21-38]。該區域內出露有非常好的埃迪卡拉紀、寒武紀地層,尤其以埃迪卡拉系燈影組和寒武紀早期地層最為典型,作為我國相關地層的層型剖面所在地,吸引了大批古生物及地質專家探索。這些地層產出包括以管狀化石、瓶狀化石等為主的高家山生物群[21-26]，以寒武紀胚胎、幼蟲和水母狀化石為代表的寬川鋪生物群[27-29]。此外,同期的西鄉生物群發育分異度和豐度均較為豐富的小殼化石,包括各種刺胞動物[30-31]、蠕蟲狀化石[32-33]、蛻皮動物[34]等。所有這些賦存在灰巖或磷灰巖中的化石為了解寒武紀大爆發與早期殼體礦化的發生過程和寒武紀早期生命的起源演化及其生態環境提供了重要窗口。

燈影組頂部出露的楊家溝段是一套薄層發育、研究力度薄弱的碳酸鹽巖地層,其頂部砂屑灰巖發育有明顯的顆粒狀生物碎屑,產出少量殼體化石,早期被認為屬于寒武系紐芬蘭統幸運階[35]。陜南西鄉楊家溝段、鎮巴地區西蒿坪段以及寧強寬川鋪組均為前寒武紀末期燈影組頂部出現的一套碳酸鹽巖生物碎屑灰巖和含磷白云巖地層,富含個體較小的碎片狀化石,通常被認為屬于同沉積地層,代表寒武紀最早期沉積。它們在華南板塊西北緣發育廣泛,有大量的報道和化石記錄[39-48],代表前寒武紀由藻類、藍細菌和多細胞埃迪卡拉生物發展到大量、多門類具有生物礦化的帶殼動物化石的重要地質轉折時期[49-50],是動物界由無骨骼向有骨骼演化的一次巨大地質變革,也是地質歷史發展由震旦紀(埃迪卡拉紀)進入到顯生宙寒武紀的開始。早期已有學者對于陜南地區前寒武紀至寒武紀界限附近的生物化石群及關鍵化石開展了大量的研究和報道工作[51-58]。漢中梁山地區是陜西多個地質院校開展綜合地質野外實習的重要地區,受到大量教學和科研人員的關注和重視。漢中梁山地區燈影組頂部的化石研究發現主要包括Chancelloriasp.,Hyolithellustenuis,Protohetzinaanabarica,Zhijiniteslubricus,Turcuthecalubrica,Olivooidesaloveus,Circothecalongiconia,Igorellamonstrosa等屬種[35，59-61]。基于此，有學者認為梁山地區發育有梅樹村期(紐芬蘭期)的沉積記錄。

目前, 證據表明陜南地區燈影組頂部發育的諸多區域命名不同的寒武紀早期地層(如燈影組楊家溝段、 燈影組西蒿坪段、 寬川鋪組)的沉積，其地層生物具有明顯差異性[62-63]。 最近, 西北大學早期生命課題組對陜南地區鎮巴小洋壩剖面燈影組西蒿坪段開展進一步的化石生物學研究時發現, 該套下部灰巖產出豐富的化石,不僅包括寒武釘Cambroclavusfangxianensis(=C.absonus)、開腔骨類、海綿骨針、高肌蟲Haoiashanxiensis及錐管狀化石,還在其底部發現存在有最早的三葉蟲霍氏擬小阿貝德蟲(Parabadiellahuoi)及舌形貝腕足動物初始始圓貨貝(Eoobolusincipiens)[63-64]。這些化石證據指示燈影組西蒿坪段的時間并不屬于寒武系紐芬蘭統,而屬于國際寒武紀第三期第3個三葉蟲化石帶[63，65]。最新的系列研究對陜南不同區域寒武紀最早期地層的時代和地層延限的傳統認識提出了挑戰,因此亟需對陜南不同區域寒武系最底部地層的生物化石組合進行詳細、更加深入的探討和發掘,進而提高本區地質實習基地的生物地層對比、劃分和認識。

本文主要聚焦陜西漢中梁山地區大南溝剖面寒武系燈影組楊家溝段和仙女洞組富含殼體碎屑化石的灰巖。鑒于早期學者在該剖面對寒武系紐芬蘭統和第二統灰巖古生物化石研究較少,此次研究重點對燈影組楊家溝段的薄層生物碎屑灰巖和郭家壩組之上的仙女洞組灰巖進行了點狀樣品采集。力圖通過酸蝕樣品處理,進一步補充相關層位的化石信息,為該實習剖面前寒武紀—寒武紀地層的劃分與對比提供全新的化石依據,同時為西北大學地質學系漢中梁山實習基地積累更多新的寒武紀早期古生物和地層方面的參考資料。

1 研究區地質背景

漢中市南鄭區梁山地區位于華南板塊西北緣(見圖1A),梁山地區的寒武系分布廣泛,在大南溝剖面發育有較為完整的埃迪卡拉紀—寒武紀的連續剖面(見圖1B),地層出露清晰[66]。該區埃迪卡拉紀—寒武紀的巖石地層層序自下而上依次為燈影組、郭家壩組、仙女洞組。本次研究主要聚焦在大南溝剖面寒武紀底部含有灰巖的地層燈影組楊家溝段和仙女洞組。筆者對梁山鎮大南溝剖面燈影組楊家溝段和仙女洞組進行了剖面實測和逐層采樣(見圖2A),采樣剖面總體厚度約6.5 m,其中燈影組楊家溝段1.5 m,仙女洞組5 m。

楊家溝段是一套潮坪碳酸鹽巖沉積地層,巖性為黃灰色薄層狀生物碎屑砂屑灰巖和白云質灰巖,其中在砂屑灰巖中含有海綠石,以富含小殼化石為特征;其上覆地層為郭家壩組,郭家壩組下段是一套深海陸棚頁巖沉積地層,厚度約270 m,巖性為黃綠色頁巖和黃色粉砂質頁巖,含灰巖團塊;而郭家壩組上段是一套淺海陸棚粉砂巖沉積地層,厚度約150 m,巖性為黃灰色鈣質粉砂巖,泥質粉砂巖,生物碎屑鈣質粉砂巖,富含三葉蟲擬小阿貝德蟲和高肌蟲[36，67]。燈影組楊家溝段與上覆郭家壩組呈平行不整合接觸。埃迪卡拉系燈影組

A 陜西漢中地區位于中國華南板塊西北緣;B 漢中梁山大南溝剖面所在位置示意圖,圖中紅色五角星所示圖1 研究區地質圖及小殼化石產地Fig.1 The geological map of research area and fossil locality map

下部白云巖,是一套潮坪碳酸鹽巖沉積地層,燈影組白云巖上段為灰白色細晶白云巖,淺灰色疊層石燧石巖夾紋層狀細晶白云巖(見圖2E),底部為灰色塊狀礫巖,灰色薄層狀長石石英砂巖以及褐黃色粉砂巖。楊家溝段與下部燈影組呈平行不整合接觸,近期發現兩者接觸處存在沉積間斷或剝蝕面(見圖2D)。仙女洞組是一套淺海碳酸鹽巖沉積地層,巖性為棕色粗晶灰巖夾黃褐色含生物碎屑鈣質砂巖(見圖2B)。其上覆地層為奧陶系趙家壩組,厚度約1 m,巖性為黃綠色細礫巖及粗砂巖,具底礫巖。仙女洞組與趙家壩組呈平行不整合接觸關系,但整合接觸在郭家壩組之上(見圖2C)。

A 大南溝剖面地層柱狀圖及采樣概況;B 仙女洞組野外露頭;C 大南溝剖面燈影組楊家溝段采樣點,圖中紅色三角形所示;D 寒武系燈影組楊家溝段與埃迪卡拉系燈影組接觸處的剝蝕面;E 埃迪卡拉系燈影組上段疊層石白云巖圖2 小殼化石在大南溝剖面產出地層柱狀圖及部分野外照片Fig.2 Stratigraphic column and some field photos of small shelly fossils in Danangou section

2 材料及研究方法

本文對陜西漢中市南鄭區梁山鎮大南溝剖面燈影組楊家溝段和仙女洞組中進行生物碎屑灰巖的采集(見圖2A), 共采集灰巖樣品約220 kg, 其中楊家溝段采集灰巖樣品約160 kg, 仙女洞組采集灰巖樣品約60 kg。 處理所采集的灰巖樣品時, 先將樣品碎到大小3～4 cm將其置于對應的塑料籃中, 然后加入濃度8%～10%的工業醋酸溶液浸泡。 待反應后將產生的樣渣通過不同直徑網篩的篩洗。 篩洗時用凈水輕柔沖洗, 在該條件下回收, 將樣渣置于樣渣盒中進行自然烘干。 之后在雙筒顯微鏡下手工挑選化石, 獲取化石標本。 目前， 根據挑樣及分類結果, 燈影組楊家溝段獲得化石標本620枚, 其中包括似軟舌螺類520枚, 織金殼類26枚, 開腔骨類74枚; 仙女洞組獲得化石標本2 500枚, 其中包括軟舌螺489枚, 似軟舌螺類865枚, 開腔骨類698枚, 疑難化石56枚, 三葉蟲頰刺144枚, 腕足動物105枚, 棘皮動物68枚, 軟體動物75枚。 通過統計不同類型化石標本的數量, 分別畫出楊家溝段和仙女洞組的化石豐度分析圖(見圖3), 從圖3可以看出楊家溝段和仙女洞組中各類化石的占比百分數。 選擇形態保存較完整的化石標本在西北大學大陸動力學國家重點實驗室中對化石進行電子顯微鏡掃描成像, 共拍攝照片1 366張。 其中楊家溝段共拍攝照片367張, 仙女洞組共拍攝照片999張。 所有標本均保存在西安西北大學早期生命與環境重點實驗室。

A 燈影組楊家溝段化石豐度分析圖;B 仙女洞組小殼化石豐度分析圖圖3 漢中梁山大南溝剖面寒武系燈影組楊家溝段和寒武系仙女洞組小殼化石豐度分析圖Fig.3 Abundance analysis of small shelly fossils, recovered from the Yangjiagou Member at the top of Dengying Formation and from Xiannvdong Formation at the Danangou section,close to the Liangshan Town of Hanzhong City

3 化石描述

3.1 楊家溝段

根據目前的酸泡結果,研究區的燈影組楊家溝段的小殼化石主要包括似軟舌螺類Hyolithellussp.、開腔骨類Chancelloriasp.和織金殼類Zhijinitestriangularis[68]。

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

似軟舌螺目Hyolithelminthes Fisher, 1962

似軟舌螺科Hyolithellidae Walcott, 1886

似軟舌螺屬HyolithellusBillings, 1872

模式種HyolithellusmicansBillings, 1871

似軟舌螺屬未定種Hyolithellussp.

描述 磷質管狀殼體,殼體略微彎曲,長度為850～1 500 μm。兩端開口未見基部部分和口蓋部分。內壁光滑,外壁有橫紋(見圖4A～E,H)或表面光滑(見圖4F～G)。兩端直徑變化較小,橫切面為圓形。殼壁較厚,且兩端厚度均勻。

討論 楊家溝段的化石標本與Bengtson等(1990)[69]所描述的澳大利亞H. cf.micans在直徑和分散角上接近,但澳大利亞標本管體更為光滑筆直,橫紋明顯;而楊家溝段的化石標本由于埋藏因素導致了管壁腐蝕較為嚴重,管體特征不明顯,暫時無法定種。

分布時代 漢中梁山;寒武系第二階燈影組楊家溝段

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

開腔骨針目Chancelloriida Walcott, 1920

開腔骨針科Chancelloriidae Walcott, 1920

開腔骨針屬ChancelloriaWalcott. 1920

開腔骨針屬未定種Chancelloriasp.

描述 形態發育為與中央盤分離的呈放射狀的開腔骨骨片(見圖4J～L,圖6A～E),射管的長度一般為0.5～3 mm,有彎度較大的射管(見圖4J～K,圖6C～E),也有彎度較小射管(見圖4L～M,圖6A～B),彎曲程度不一。射管的基孔和關節面的相對位置不同。射管在與中央盤相接的一端膨大,遠離中央盤的一端尖細。膨大的一端形態多樣,呈多邊形或者楔形,射管表面紋飾不一,圖4J該射管具有瘤狀突起,圖4K該射管表面有印痕,呈圓坑狀結構且尖細端已破碎,圖4M該射管表面光滑但存在不規則分布的孔洞。其他射管未見紋飾。除了以上單獨的射管之外,其他開腔骨骨片包括:由四射管組成的四射骨Onychia(見圖6F);由三射管組成的異射骨Allonnia(見圖6G～H);由兩射管組成的二射骨Diminia(見圖6I)

分布時代 漢中梁山;寒武系第二階燈影組楊家溝段、第三階末到第四階仙女洞組

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

織金殼科Zhijinitidae Qian, 1978

織金殼屬ZhijinitesQian, 1978

模式屬ZhijinitesQian, 1978

三角盤織金殼Zhijinitestriangularis

描述 殼體呈釘狀(見圖4M),長度小于1 mm,錐體長,呈扁錐形,略微彎曲,頂端略圓,橫斷面為扁圓形,寬高比約為4∶3,錐面紋飾模糊。錐體粗端在盤體中央,盤體呈三角形,頂面中凹,反頂面微突起,盤體傾斜,與錐體呈25°～50°相交。

比較 本種具有明顯的小三角盤區別于形態相近的Zhijiniteslongistriatus和Zhijinitesminutus。

分布時代 漢中梁山;寒武系第二階燈影組楊家溝段

A～I 似軟舌螺類Hyolithellus sp.,其中A～H均為側視圖,I是H的局部放大圖;J～L 開腔骨骨片類Chancelloria sp.;M 三角盤織金殼Zhijinites triangularis圖4 燈影組楊家溝段小殼化石組合Fig.4 Small shelly fossils from the Yangjiagou Member of Dengying Formation

3.2 仙女洞組

仙女洞組的化石屬種豐度比楊家溝段更高,數量也更豐富。主要包括軟舌螺桶狀螺Cupithecasp.、擬科里螺Parakorilithessp.、似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨Chancelloriasp.、三葉蟲頰刺(僅展示形態,不做具體描述)、高肌蟲Kunmingelladouvillei、棘皮動物Echinodermata、疑難化石、腕足動物包括博茨福徒貝未定屬種Botsfordiidae gen. et sp. indet、始壯貝未定種Eohadrotretasp.、軟體動物包括擬海螺類Pelagiellasp.和阿納巴螺類Anabarellasp.。

軟舌螺綱Hyolitha Marek, 1963

直管螺目 Orthothecida Marek, 1966

桶螺科Cupithecidae Duan, 1984

桶螺屬CupithecaDuan in Xing et al., 1984

桶螺屬未定種Cupithecasp.

描述 殼體呈管狀,直或彎曲(見圖5A～H)。其中圖5A、B壓石中存在套管現象。橫截面呈圓形或者橢圓形,分散角小。直徑約為500 μm,殼體較大,錐殼長度為1.5～2.5 mm。殼體表面未見紋飾,殼頂存在凸起,凸起頂部平或外凸。殼體均為內模保存,在凸起周緣與管體連接部分未發現棒狀結構,凸起直徑略小于管體直徑。殼內不具橫板，可見口蓋。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

軟舌螺綱Hyolitha Marek, 1963

軟舌螺目Hyolithida Sysoev, 1957

科未定Family uncertain

擬科里螺屬ParakorilithesHe & Pei in He et al., 1984

擬科里螺未定種Parakorilithessp.

描述 軟舌螺個體較小,長度為2 mm左右(見圖5I～J)。背腹明顯分異,腹殼較平或者微凸,背殼高凸呈弧形。近口部橫斷面呈圓三角形,生長線與口唇邊緣近似平行,未見口蓋[70-73]。

討論 錐殼標本較少,殼口保存不完整。由于該類錐殼整體形態與Parakorilithes錐殼很相似,因此認為該類錐殼可能屬于Parakorilithes。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

似軟舌螺目Hyolithelmintida Fisher, 1962

似軟舌螺科Hyolithellidae Walcott, 1886

似軟舌螺屬HyolithellusBillings, 1872

模式種HyolithellusfiliformisBengston, 1990

似軟舌螺屬未定種Hyolithellussp.

描述 磷質管狀殼體,殼體微彎曲,表面較為光滑且無紋飾,在兩端未見基部和口蓋部分,管體長度約為2.5 mm(見圖5P)。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

A～H 軟舌螺桶狀螺Cupitheca sp.,其中H為俯視圖,其余為側視圖;I～J 軟舌螺擬科里螺Parakorilithes sp.,均為側視圖;P 似軟舌螺Hyolithellus sp.側視圖圖5 仙女洞組軟舌螺類和似軟舌螺類化石Fig.5 Cupitheca sp., Parakorilithes sp. and Hyolithellus sp. of Xiannvdong Formation

甲殼綱Crustacea Brongriart et Desmarest, 1822

高肌蟲目Bradoriida Raymond, 1935

昆明蟲科Kunmingellidae Huo & Shu, 1985

高肌蟲屬Kunmingella Huo, 1956

朵氏高肌蟲Kunmingelladouvillei(Mansuy, 1912)

描述 殼體中等大小,殼型呈切卵形;背邊平直,邊緣脊不發育;殼面以楔形突起為主要特征,位于殼體前背部;側邊緣脊低窄且不均勻,緊挨殼邊緣,鉸合線直而長;前背角近90°,后背角大于90°,前瘤直突,緊靠前邊,離背邊有一定的距離;后脊粗,呈紡錘形或柳葉形,中間寬,兩端尖細(見圖6L)。

討論 本文描述的標本與云南澄江筇竹寺組的Kunmingellamaotianshanensis[74]非常相似,除了前瘤形狀有細微差別外,兩者的前背角和后背角基本一致,后脊都為粗壯的紡錘形或柳葉形。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

棘皮動物門Echinodermata Klein, 1734

科屬種未定Echinodermfam. gen et sp. indet.

描述 均為離散的棘皮動物骨板,具有網狀鏤空結構,骨板的形態變化很大,大部分為亞圓形或多邊形,表面光滑或呈扇形(見圖6M～N)。

A～I 開腔骨化石,其中A～E屬于孤立射管,F屬于四射骨,G～H 屬于異射骨,I屬于二射骨;J～K 三葉蟲頰刺;L.高肌蟲昆明蟲;M～O 棘皮動物骨片圖6 仙女洞組開腔骨類、三葉蟲類、高肌蟲類和棘皮動物類化石Fig.6 The Chancelloriids, cheek spines of trilobites, Kunmingellids and Echinoderm from the Xiannvdong Formation

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

刺胞動物門? Cnidaria?

科屬種未定Cnidaria?. fam. gen et sp. indet.

描述 該化石表現為錐狀,上端較粗,向下逐漸變細(見圖7A)。從俯視圖(見圖7A-1)中看出化石呈四輻對稱,橫截面為近方形。錐體表面光滑,錐面向內略凹陷。錐體由四條棱,4個側面和一個具有環紋的頂面構成。錐體長度約2 mm。

討論 由于化石的鑒定特征不清晰,根據其形態特征推測其可能與刺胞動物橫裂體有關[75],但化石的套合方式與克勞德管相似,故不能確定該化石的屬種,無法定名,先將其列入疑難化石中。通過SEM圖可以看到,化石整體呈錐狀,由四個梯形單元套合而成(見圖7A, A-2)。從頂端到底端具有尖滅的趨勢。所以在形態特征方面,該化石與刺胞動物橫裂體較為相似。但是在化石的套合方式方面,該化石是由4個梯狀單元套合形成錐狀化石,套管底部為閉合狀態。Cloudina是由相互嵌套的漏斗狀構造所構成的錐管化石,且套管末端封閉[25]。而橫裂體個體個以個體,呈,在環脊表面具有強烈的褶皺[75]。故該化石的套合方式與Cloudina較為相似。對于該化石的歸屬問題,后續將進一步分析研究。

A 側視圖;A-1 俯視圖;A-2 套合單元接觸處放大圖;A-3 頂部環形-階梯狀結構放大圖;A-4 頂部小孔放大圖圖7 仙女洞組可能的刺胞動物化石Fig.7 Microscopic problematic cnidarian fossil recovered from Xiannvdong Formation

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

腕足動物門Brachiopoda Dumeril, 1806

舌形貝綱Lingulata Gorjansky and Popov,1985

乳孔貝目Acrotretida Kuhn, 1949

乳孔貝科Acrotretidae Schuchert, 1893

始壯貝屬EohadrotretaLi and Homler, 2004

始壯貝屬未定種Eohadrotretasp.

描述 貝體輪廓橫卵形或亞圓形(見圖8A～J),殼體表面飾以同心紋或窗簾狀紋飾(見圖8P),腹殼頂部較高,在其表面有微小的坑狀紋飾,肉莖孔呈半封閉狀態;腹鉸合面較發育,中間溝發育(見圖8Q);背殼凸度較為平緩,鉸合面不發育,發育有呈三角形的中隔板或中脊,胚殼較為發育,飾有坑狀紋飾(見圖8O)。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

舌形貝目Lingulida Waagen, 1885

博茨福徒貝科Botsfordiidae Schindewolf,1955

博茨福徒貝科未定屬種Botsfordiidae gen. et sp. indet

描述 化石主要保存為殼體碎片(見圖8N～P、R),在其表面發育明顯的舌狀(見圖8Q)和瘤點狀紋飾(見圖8S),這些舌狀和瘤點狀結構構成了殼體表面的同心紋飾,且這些舌狀和瘤點狀紋飾呈菱形排列(見圖8Q、S)。由于所獲得的化石均為碎片,故暫定為博茨福徒貝科的未定屬種。

討論 仙女洞組發現的博茨福徒貝與下伏郭家壩組中具有瘤狀紋飾的腕足動物很相似[76]。李國祥[77]首次報道了Botsfordia屬在揚子地區寒武系水井沱組的發現,為腕足動物類型提供了較廣的古地理分布。之后，張志亮在鎮巴小洋壩地區水井沱組下部報道了一類小博茨福徒貝Botsfordiaminuta,其個體相較于其他博茨福徒貝類都小[64]。張志飛等[78]在研究滇東地區寒武紀第二統腕足動物時,發現澄江化石庫出現的博茨福徒貝類腕足動物化石——純真滇東貝(Diandingia)在滇東地區賦含澄江化石庫的玉案山組從底部向上大量出現,向上延伸到富含關山動物群的烏龍箐組底部[79],之后消失,演替為一種殼體外形十分相似的新圓貨貝類[80-82]。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

A～M 乳孔貝Eohadrotreta sp.;N～S 博茨福徒貝科Botsfordiidae gen. et sp. indet;B圖A殼體的窗簾狀紋飾;D圖C的胎殼局部放大圖,顯示胎殼表面的圓坑狀紋飾;G圖F的中隔板放大圖;Q圖P的表面舌狀凸起放大圖;S圖R的表面瘤狀凸起放大圖圖8 仙女洞組腕足動物類化石Fig.8 Brachiopods of Xiannvdong Formation

軟體動物門Mollusca Cuvier, 1797

單板綱Monoplacophora Wenz, 1952

弓錐目Cyrtonellida Horny, 1963

太陽女神螺科Helcionellidae Wenz,1938

阿納巴螺屬AnabarellaVostokova, 1962

模式種AnabarellaplanaVostokova,1962

阿納巴螺屬未定種Anabarellasp.

描述 殼體較小,長度1～2 mm,均為內核標本。胎殼與殼口相平(見圖9A、B、E)或位于殼口平面之上(見圖9C、D、F),在胎殼及外緣殼面上未發現肌痕(見圖9A、B、D、E)。殼體平旋且幾乎左右對稱,在殼體表面存在圓坑狀結構(見圖9L),殼口處有條紋狀顯微結構和纖維狀顯微結構(見圖9K)。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

腹足綱Gastropoda Cuvier, 1797

似海螺目Pelagiellida Runnegar and Pojeta, 1985

似海螺科Pelagiellidae Knight, 1952

似海螺屬PelagiellaMatthew, 1895

似海螺屬未定種Pelagiellasp.

描述 殼體較小,長度0.5～1.5 μm,中等高度,兩側對稱,殼口較窄,殼頂至殼口伸展迅速,殼體向前彎曲,1個螺環,殼頂向內強烈彎卷。胎殼較尖銳,呈鉤狀,未接觸殼口前緣(見圖9G～I),部分殼體表面具有較弱的褶皺狀紋飾(見圖9～J)。

討論Pelagiella是寒武系第二統地層中的常見分子,也是全球生物地層對比的重要屬種[83]。Pelagiella種內形態變化較大,化石以磷酸鹽化保存[69]與P.subangulata和P.madianensis不同的是,本屬種成體的殼口形狀近似呈橢圓狀,而其他屬種殼口呈狹長狀。

分布時代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

4 梁山地區寒武紀早期化石生物組合

符俊輝等人1983年在對梁山地區寒武紀底部燈影組楊家溝段的研究中首次發現小殼動物化石[35],包括Hyolithellustenuis,Protohetzinaanabarica,Zhijiniteslubricus等屬種,其中磷酸鈣質原牙形刺Protohertzina是寒武紀小殼化石最早的代表性分子,易于識別[84]。根據這些典型分子認為該地區的沉積時代應屬于梅樹村期沉積。陳潤業(1985)[67]、張福有(1987)[85]等人對西鄉、南鄭地區的仙女洞組化石進行相關研究,其中灰巖產古杯:篩古杯未定種Coscinocyathussp., 圓角古杯未定種Rotundocyathussp., 蛛網古杯未定種Dictyocyathssp.,三葉蟲:小尋甸蟲未定種Syndianellasp., 宜良蟲未定種Yiliangellasp., 瘤殼馬龍蟲Malungiagranulosa, 美麗米倉山蟲Micangshaniagracilis等化石(表1),根據巖性及典型化石組合對比,認為南鄭、西鄉一帶的生物地層與四川南江的仙女洞組相當。

A～F 阿納巴螺屬未定種Anabarella sp.;G～I 似海螺屬未定種Pelagiella sp.;J 殼體表面的褶皺紋飾;K、A殼體表面的圓坑狀結構;L 圓坑狀結構局部放大圖圖9 仙女洞組軟體動物類化石Fig.9 Molluscs of Xiannvdong Formation

根據筆者目前對梁山地區寒武紀早期沉積地層中采集的化石可知,楊家溝段的砂屑灰巖中所產的小殼化石多樣性和豐度數量均為較少,主要包括似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨Chancelloriasp.、織金殼Zhijinites;仙女洞組的生物碎屑灰巖中所產的微型殼體化石數量較多,主要包括軟舌螺(桶狀螺Cupithecasp.和擬科里螺Parakorilithessp.)、開腔骨Chancelloriasp.、三葉蟲頰刺、高肌蟲Kunmingelladouvillei、棘皮動物骨片Echinodermats、腕足動物(始壯貝Eohadrotretasp.和博茨福徒貝Botsfordiidae gen. et sp. indet)以及軟體動物(擬海螺類Pelagiellasp.和阿納巴螺Anabarellasp.)等。相比之下,仙女洞組的化石多樣性明顯大于楊家溝段,且化石數量也明顯比楊家溝段多。化石生物組合顯示,從楊家溝段到仙女洞組,化石由簡單變得復雜,數量及種類也由少變多,反映了寒武紀大爆發時期幸運階到第二階的生物快速輻射。開腔骨骨片屬于基礎動物動物亞門,從楊家溝段到郭家壩組到仙女洞組均有發現,由老到新的地層產出的化石的基孔、基面及關節面等特征也更加明顯,可見開腔骨的演替時間較長,適應新環境的能力也更強。軟舌螺屬于原口動物亞界冠輪動物超門,作為寒武紀的常見殼體化石,在華南地區多有報道[86-89]。在該剖面雖然多樣性不高但數量具有較大的優勢,一定程度反映了寒武紀大爆發時軟舌螺為代表的冠輪動物超門的快速輻射[89]。仙女洞組產出的軟舌螺數量上大多為桶螺科桶狀螺Cupitheca錐殼,橫切面為圓形且背腹不分異,保存良好錐口可見鉸合的口蓋內部結構的印模;而擬科里螺Parakorilithessp.橫切面橢圓形,背腹分異發育短唇舌,錐殼殼口兩側發育側凹(適應附肢helens伸出),是典型的軟舌螺目。遺憾的是仙女洞組未見口蓋單獨保存,后續是否存在更多屬種的軟舌螺仍需更多樣品補充和研究。

綜上,楊家溝段多門類小殼化石的首次出現,代表了寒武紀大爆發早期基礎動物和原口動物冠輪類的快速輻射;而到仙女洞組原口動物亞界多生物門類——三葉蟲、腕足動物以及造礁生物古杯等化石的大量出現,尤其是后口動物——棘皮動物的突然大量出現，整體反映了寒武紀大爆發第二幕到第三幕的多細胞動物礦化輻射(分異度和豐度突增)的突然性、階段性和全面性,有力支持了舒德干院士團隊提出的“地球動物樹成型和三幕式寒武紀大爆發”假說。再現了地球動物三大亞界(基礎動物、原口動物和后口動物)、四大超門(基礎動物、原口動物冠輪類和蛻皮類以及后口動物)爆發性、階段性出現的化石輻射過程。

5 鄰區對比

對梁山地區的燈影組楊家溝段、仙女洞組的化石生物組合與鎮巴地區的燈影組西蒿坪段、水井沱組化石生物組合進行對比發現,楊家溝段的化石較為單調,主要包括似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨骨片Chancelloriasp.以及織金殼Zhijinitestriangularis;仙女洞組的化石包括軟舌螺Cupithecasp.和Parakorilithessp.、似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨骨片Chancelloriasp.,三葉蟲頰刺,棘皮動物骨片,高肌蟲Kunmingelladouvillei,刺胞動物類,始壯貝屬未定種Eohadrotretasp.和博茨福徒貝科未定屬種Botsfordiidae gen. et sp. indet、阿納巴螺屬未定種Anabarellasp.和似海螺屬未定種Pelagiellasp.,其中仙女洞組的始壯貝Eohadrotretasp.代表乳孔貝類腕足動物在梁山地區的首次發現,補充了漢中地區寒武紀第二世始壯貝Eohadrotretasp.化石證據的空白,對于寒武紀早期地層劃分和對比具有重要作用。而西蒿坪段的微型殼體化石包括霍氏三葉蟲Parabadiellahuoi、寒武釘Cambroclavussp.、高肌蟲Haoiashanxiensis、開腔骨骨片Allonniatetrathallis和Chancelloriaeros、海綿骨針Hexactine、始圓貨貝Eoobolusincipiens以及軟舌螺類Conotheca等。水井沱組的微型殼體化石包括原牙形刺Protohertzina,軟舌螺及口蓋Paramicrocornuszhenbaensis,Hyolithoperculum,軟體動物Securiconussp.,Igorellaminute,棘皮動物骨板,托模特殼Kelanellaaltaica,古杯、高肌蟲、寒武釘以及微網蟲骨板(見表1)。

由此可見， 從米倉山梁山地區到大巴山鎮巴地區,隨著沉積環境不斷變化, 寒武紀早期地層不僅在巖性方面存在差異, 在化石生物組合方面同樣存在差異。 楊家溝段的化石生物組合明顯比西蒿坪段的化石生物組合單調, 該段化石豐度及化石數量也小于西蒿坪段。 因此, 我們認為楊家溝段沉積時間早于西蒿坪段, 層位上低于西蒿坪段, 屬于梅樹村階(紐芬蘭統上部)。 三葉蟲化石表明西蒿坪段化石層位與梁山地區的郭家壩組相當, 屬于筇竹寺階下部。 而仙女洞組的化石生物組合與水井沱組的化石生物組合存在較大相似性, 根據三葉蟲和腕足動物組合特征可知, 仙女洞組屬于滇東地區滄浪鋪期, 相當于國際年代地層寒武系第三階末到第四階早期[84], 這也可與三峽地區水井沱組的三葉蟲和腕足動物組合對比(見圖10), 但陜西南部米倉山—大巴山從西至東燈影組頂部到寒武系底部的黑色頁巖系的精確生物地層和化石生物學對比研究還有待進一步的深入。

表1 漢中地區與鎮巴地區寒武紀底部地層化石多樣性對比Tab.1 Comparison of fossil diversity of the basal Cambrian strata in Hanzhong area and Zhenba area

圖10 中國南部、岡瓦納東部、華北寒武紀3—4期和三葉蟲帶的初步對比圖,改自Zhang Z L[63]Fig.10 Tentative correlation chart for Cambrian stages 3-4 and trilobite zones of South China, East Gondwana, North China. Modified from Zhang Z L et al.[63]

6 結語

本文初步報道了陜西漢中梁山地區大南溝剖面寒武系紐芬蘭統第二階燈影組楊家溝段和第二統第三階仙女洞組灰巖中的小殼化石,補充了楊家溝段的化石記錄,填補了該剖面仙女洞組化石記錄的空缺,為確定陜南寒武紀底部的地層時代提供了新依據。通過燈影組楊家溝段和仙女洞組的化石生物組合推斷出楊家溝段應屬于寒武系紐芬蘭統第二階,仙女洞組應屬于寒武系第二統第三階末到第四階,詳細研究待后續深入。

致謝：感謝西北大學地質學系華洪教授，長安大學李勇教授、郭俊峰教授的有益討論和建議。西北大學地質學系本科生俞潔, 研究生房瑞森、楊晅參與化石采集與整理,研究生梁悅參與文章的討論,翟娟萍、張倩對相關實驗的分析幫助,兩位審稿人提出的寶貴意見,在此一并致謝。