王 鏑, 周冰洋, 鄒 璇, 武思琴, 苑金玲, 曾 芳, 劉述德, 劉鴻飛
(1.湖北省地質科學研究院,湖北 武漢 430034; 2.中國冶金地質總局 中南地質調查院,湖北 武漢 430081)
古生物化石是研究地質演化歷史不可替代的非可再生資源,是開展生物演化、古地理、古生態、古環境等科學研究的重要介質[1-2]。自2010年國務院頒布《古生物化石保護條例》以來,各級政府高度重視化石資源的保護和利用,陸續建成了一批自然保護區、地質公園、國家級化石產地、地質文化村(鎮)等,在促進生態文明建設、美麗鄉村建設和地方經濟社會發展方面發揮了重要作用[3]。古生物化石產地指在特定(或同一)地質構造、沉積區內,由相同或不同類型的化石點集中分布所構成的區域,是系統開展化石本身及區域環境演化、資源開發利用等研究的重要區域[4]。
湖北省古生物化石資源十分豐富,具有較高的科研、科普和美學價值。這些化石多是在不同時期的區域地質調查、地層對比工作中被發現的,形成了一些代表性成果,例如1977—1978年出版的《中南地區古生物圖冊》[5]收集了19個門類2 358屬5 943種化石,其中新屬109個、新種1 533個;1984年出版的《湖北省古生物圖冊》[6]共描述了16個門類873屬2 130種化石,其中新屬1個、新種(新亞種)115個;2015年編制的《湖北省古生物化石保護規劃》[7]統計了全省報道的化石超過30個門類2 000余種,其中一級重點保護化石27種、二級18種、三級12種。然而,前期調查研究工作只對絕大多數化石進行了簡單地鑒定和記錄,未對分布在一定區域內的化石開展綜合評價和產地劃分,不利于化石資源的統籌管理和開發利用。
為此,本文依托“全國重要古生物化石調查與保護監測示范”子項目——“湖北省古生物化石產地示范調查(南部)”的成果,對湖北省南部古生物化石資源進行系統梳理,查明化石產地的資源特征、賦存地層、分布規律和保護現狀,并以化石保護為前提,對化石資源的合理開發利用提出建議。
湖北省南部屬于華南地層大區揚子地層區,區內地層發育齊全[8-9]。通過資料收集整理,結合野外實地調查,排除古生物化石零星分布的點位,共篩選出30處化石分布較為集中、具有一定規模的產地(表1)。

表1 湖北省南部古生物化石產地一覽表
湖北省南部古生物化石分布較廣泛,宜昌市(夷陵區、秭歸縣、長陽縣、遠安縣)、襄陽市(南漳縣)、神農架林區、荊門市(京山縣)、荊州市(松滋市)、武漢市(洪山區、漢陽區)等地區均有產出,但宜昌市產出最多,有化石產地21處,占總數的70.0%。
湖北省南部古生物化石的賦存地層時代廣泛、延續時間長,元古界、古生界、中生界和新生界地層中均有化石產出,分別有化石產地5、12、11、2處。宜昌峽東地區的寒武系地層、遠安地區的三疊系地層發育齊全,是化石產地數量最多的兩套地層。
根據《古生物化石產地調查技術要求(討論稿)》中古生物化石產地分類標準,湖北省南部的化石產地可分為植物化石產地、無脊椎動物化石產地、脊椎動物化石產地,分別有7、11、12處,分別占總數的23.3%、36.7%、40.0%,其中脊椎動物化石產地包括魚類化石產地1處、兩棲類化石產地1處、爬行類化石產地8處、哺乳類化石產地2處。
1.3.1植物化石產地
湖北省南部植物化石豐富,保存在不同地區、不同時代的多套地層中,共有產地7處,包括低等植物化石產地4處、高等植物化石產地3處。神農架宋洛南沱組低等植物化石產地位于神農架林區松柏鎮—宋洛鄉公路旁,共發現6屬8種宏體藻類化石,化石以炭質壓模形式保存于南華系南沱組黑色頁巖夾層中[10-12],對探討南華紀這一地史最大冰期晚期的生物面貌和生存環境具有關鍵的科學意義。宜昌秭歸廟河陡山沱組低等植物化石產地位于秭歸縣茅坪鎮廟河村,化石以炭質壓模形式保存在震旦系陡山沱組四段黑色炭硅質粉砂質頁巖中,共發育化石20余種,主要由綠藻、紅藻和褐藻在內的肉眼可辨的多細胞宏體藻類組成[13-15],指示早期植物向大型化發展的重要階段,是世界上最重要的早期宏體植物化石群。宜昌遠安茅坪場九里崗組高等植物化石產地位于遠安縣茅坪場鎮,產出豐富的九里崗植物群化石,包括裸子植物種子蕨綱等形篦羽羊齒、蓖羽羊齒、蘇鐵綱最美蕉羽葉、小劍耳羽葉等植物化石[16-17],這些化石賦存于三疊系九里崗組黃綠色薄—中層狀細砂巖夾薄層狀炭質泥巖中。宜昌秭歸羅家溝香溪群高等植物化石產地位于秭歸縣泄灘鎮羅家溝村,出露上三疊統—下侏羅統香溪群,化石以壓模形式保存于香溪群含煤碎屑巖中,包含多達31屬72種植物化石,其中以蘇鐵類和真蕨類最多,銀杏類和松柏類次之,有節類和種子蕨類植物最少[18-19]。
1.3.2無脊椎動物化石產地
湖北省南部有無脊椎動物化石產地11處,一大類為產于黃陵背斜南翼震旦系—寒武系地層中的埃迪卡拉紀—寒武紀早期生物化石產地,有5個代表性化石產地;另一大類為產于宜昌東部地區奧陶系地層中的奧陶紀頭足類化石產地,有4個代表性化石產地;另外2處化石產地產于二疊系茅口組和志留系墳頭組。宜昌夷陵霧河燈影組三胚層動物化石產地位于宜昌市夷陵區三斗坪鎮霧河村,化石主要產于震旦系燈影組石板灘段紋層狀灰巖和白馬沱段白云巖中,其中石板灘段產出以炭質壓模形式保存的文德帶藻類化石,以及似恰尼蟲、查恩盤蟲、蕨葉蟲等10余種典型的埃迪卡拉紀動物化石[20-23],是由中國最早報道,截至目前材料最豐富、研究程度最高的埃迪卡拉紀晚期宏體生物化石產地。宜昌遠安嫘祖寶塔組三胚層動物化石產地位于遠安縣嫘祖鎮,化石主要保存于奧陶系寶塔組灰巖中,以中華震旦角石最為豐富,另有環角石、殼角石、梯級角石、中袋角石、房角石、直角石、林角石等化石[24]。
1.3.3魚類化石產地
湖北省南部魚類化石產地有1處,即武漢漢陽鍋頂山中志留世魚類化石產地,位于武漢市漢陽區永豐街道鍋頂山,化石賦存于志留系墳頭組頂部黃綠色厚層狀長石石英砂巖、粉砂巖中,主要有無頜動物漢陽魚類和有頜動物棘魚類,共計3屬4種[25-27],受搬運作用影響多為不完整的化石殘片。鍋頂山早期魚類化石是湖北省發現的最早的無頜類魚類化石,在脊椎動物早期演化研究領域具有深遠的影響力。
1.3.4爬行類化石產地
爬行類化石主要集中產于襄陽市南漳縣與宜昌市遠安縣交界地區的三疊系嘉陵江組二段頂部紋層狀泥晶灰巖中,共有產地8處。湖北省早三疊世海生爬行動物化石埋藏保存情況好、數量和類型多,與其他生物伴生,構成了典型的海生生物群落,被稱為南漳—遠安動物群。該動物群化石組合主要包括湖北鱷類、魚龍類、始鰭龍類和龍龜類四大類,總計11屬11種[28-32],都屬于國家一級(或參照一級)重點保護化石。化石以壓扁后的三維骨骼形式保存,賦存于世界上已知三疊紀海生爬行動物最底部的層位,使得該產地與安徽巢湖地區齊名,成為世界上研究第三次生物大滅絕后生物復蘇、中生代爬行動物重返海洋事件、魚龍和鰭龍等中生代海生爬行動物主干類群起源與早期演化等重大科學問題的核心化石產地[33]。
1.3.5兩棲類化石產地
湖北省南部僅有1處兩棲類化石產地,即宜昌遠安茅坪中三疊世兩棲類化石產地,位于遠安縣茅坪場鎮茅坪場村,化石賦存于三疊系巴東組二段的褐紅色粉砂巖中,主要有兩棲類寬頭遠安鯢、茅坪場遠安鯢等[34-36]。該產地是中國唯一產出完整大頭鯢類頭骨化石的地點,其中寬頭遠安鯢頭骨化石是中國三疊紀兩棲類最完整的標本,對研究兩棲類演化具有重要啟示意義。
1.3.6哺乳類化石產地
湖北省南部有2處哺乳類化石產地。荊州松滋黑檔口哺乳動物化石產地位于松滋市斯家場鎮書林村—王家橋鎮黑檔口一帶,有多個化石點,化石特異埋藏于始新統洋溪組下部黑灰色薄層狀鈣質黏土頁巖中。目前已發現、報道的古生物化石有20多個門類60余種,主要化石有世界上最古老的靈長類代表阿喀琉斯基猴和湖北江漢魚、黑檔口松滋鳥、尖爪松滋鳥、湖北松滋蜥蜴、荊州松滋蜘蛛、松滋古蟬等[37-40],是繼著名的北美綠江組、德國梅瑟爾化石庫之后世界上第三個早始新世特異埋藏化石群[40]。宜昌長陽鐘家灣中更新世哺乳動物化石產地位于長陽縣大堰鄉鐘家灣村的關老山南坡龍洞,化石賦存于由灰巖角礫和深黃色砂質黏土構成的洞底堆積層中[41]。洞穴中目前已發掘的古人類化石包括1件人類上頜骨和1枚人類下頜第四前臼齒,是湖北最早正式報道的古人類和早期智人化石地點,也是長江以南最早發現的古人類化石地點之一。伴隨出土的還有熊貓、犀牛、虎、古豺、巨貘、豪豬、劍齒象、竹鼠、鹿等40余種共生動物化石。
以科學性、稀有性、完整性、保存程度、可保護性、建議保護等級為評價因子(表2),將古生物化石產地分為Ⅰ級(世界級)、Ⅱ級(國家級)、Ⅲ級(省級)和Ⅳ級(省級以下)4個等級。本次工作采取專家鑒評和對比評價方法,對湖北省南部30處化石產地進行等級評定,初步評定出Ⅰ級2處(占6.7%)、Ⅱ級13處(占43.3%)、Ⅲ級11處(占36.7%)、Ⅳ級4處(占13.3%)。Ⅰ級和Ⅱ級化石產地占總數的50.0%,體現了湖北省南部化石資源具有很高的科學價值和保護利用價值。其中宜昌長陽津洋口早寒武世三胚層動物化石產地是清江生物群原產地,是目前已發現的頂級的布爾吉斯頁巖型化石庫[42],對探尋寒武紀生命大爆發的演化模式、強度以及構建動物生命樹的基本結構具有重要意義,為Ⅰ級化石產地;荊州松滋黑檔口哺乳動物化石產地的化石為特異埋藏,數量豐富、保存完好,是目前世界上已知最早的始新世早期化石產地之一[40],為Ⅰ級化石產地;襄陽市南漳縣—宜昌市遠安縣8處早三疊世爬行類化石產地、1處中三疊世兩棲類化石產地(茅坪),宜昌市夷陵區1處燈影組三胚層動物化石產地(霧河)、2處奧陶紀三胚層動物化石產地(黃花場、王家灣)、武漢市漢陽區1處志留紀魚類化石產地(鍋頂山)產出的化石種類齊全、數量多、科學意義大[43],為Ⅱ級化石產地。

表2 古生物化石產地評價指標
重要古生物化石集中產地要求一定區域內的化石資源豐富且已發現較多重點保護化石,開展過化石資源調查和科學研究工作,具有研究程度較高的典型剖面,具有國內外影響較大的研究成果,具有化石保護管理工作基礎,產地分布規模至少>5 km2,可滿足建立化石自然保護區或地質公園的基本要求。綜合分析湖北省南部30處化石產地的空間性、時代性、化石數量、化石類型以及保護利用基礎,提出4處重要古生物化石集中產地,其中3處已獲批國家級重點保護古生物化石集中產地,1處是本次工作新圈定的。
南漳早三疊世海生爬行動物化石集中產地主要位于襄陽市南漳縣巡檢鎮—板橋鎮一帶,包括古井、松樹溝等化石產地,已于2013年獲批建立湖北南漳國家級重點保護古生物化石集中產地[30]。該產地所保存的爬行類化石是南漳—遠安動物群化石的重要組成部分(圖1),是開展地學基礎研究、地學知識普及和觀光旅游的重要自然資源賦存地。目前南漳縣政府正計劃以該化石集中產地為載體,申報南漳縣國家地質公園。

a.南漳湖北鱷化石;b.細長似湖北鱷化石;c.襄楚龍化石;d.卡洛董氏扇槳龍化石;e.孫氏南漳龍化石;f.三峽歐龍化石;g.張家灣巢湖龍化石;h、i.湖北漢江蜥化石
遠安早三疊世海生爬行動物化石集中產地由映溝、張家灣、獅子包、老灣、柳林、鷹子山等7個化石產地組成,在平面上呈南北帶狀展布,跨遠安縣鳴鳳鎮、舊縣鎮、洋坪鎮、茅坪場鎮、河口鄉等行政區。該化石集中產地已于2013年獲批建立湖北遠安國家級重點保護古生物化石集中產地。產地內廣泛分布的早三疊世海生爬行動物化石產于全球已知最古老的海生爬行動物層位,發現的爬行類動物包括最古老的魚龍類和鰭龍類,以及全球獨一無二的湖北鱷類[36](圖1)。目前以該產地成功申報了國家地質公園,打造的中國化石第一村——落星村成為地質資源服務于鄉村振興的重要樣本,逐漸吸引了各地游客開展地學科普和旅游觀光。
松滋始新世哺乳動物化石集中產地位于松滋市王家橋鎮龍王井村,于2013年獲批建立湖北松滋國家級重點保護古生物化石集中產地。該產地化石類型多樣,發現的阿喀琉斯基猴是迄今為止發現的最古老的靈長類化石[39],尖爪松滋鳥是中國南方迄今為止發現的保存最為完美的鶴形目鳥類化石[40],都屬于國家級重點保護古生物化石,具有重要的科研價值。
秭歸—夷陵—長陽埃迪卡拉紀—寒武紀早期生物化石集中產地由本次工作新圈定,位于湖北省西部宜昌市夷陵區、秭歸縣、長陽縣境內,包括霧河、巖家河、廟河、石牌、津洋口5個化石產地。主要圈定依據是該集中產地的化石分布區域較為集中,基本分布于黃陵背斜南翼;化石賦存地層具有一致性,均賦存于震旦系—寒武系地層中;化石科學研究意義關聯性較強,都是反映寒武紀生命大爆發時期早期的生物化石(圖2)。

a.石板灘生物群燈影恰尼蟲化石;b.清江生物群林喬利蟲化石(據Fu et al.[45]);c.清江生物群海葵類化石(據Fu et al.[45]);d.巖家河生物群宏體化石(據郭俊鋒等[46]);e.石板灘生物群穗狀夷陵蟲(BF)及其遺跡(TF)化石(據Chen et al.[47])
震旦系化石層為陡山沱組和燈影組,寒武系化石層包括巖家河組、水井沱組、石牌組等。陡山沱組頂部黑色頁巖中以產多門類的宏體炭質壓模化石為特點,主要為不分枝狀藻體和二分枝絲狀藻體等底棲多細胞藻類,是廟河生物群的典型代表[11]。燈影組石板灘段黑色薄層狀硅質灰巖中,化石多以印痕或鑄模形式保存,化石含豐富的文德帶藻、遺跡化石和埃迪卡拉典型分子(包括燈影恰尼蟲、雷噢默霍馬洛水母、卡羅來納雙羽蕨蟲、恰尼盤海筆、閏哲蟲、夷陵蟲等)[47]。巖家河組炭質頁巖和薄層狀灰巖中以小殼化石為代表,主要為宏體動物、宏體藻類、小殼化石、球形化石(可能是胚胎化石)、微古植物和藍菌類等化石,化石保存方式有炭質壓膜、黃鐵礦化、磷酸鹽化、硅化等[46]。水井沱組二段炭質頁巖中,化石以軟軀體生物化石為主,已發現動物化石101屬、藻類8屬[48],多以原生炭質薄膜形式保存下來,是清江生物群原產地。石牌組黃綠色粉砂質泥巖、灰綠色粉砂巖及薄層狀鈣質砂巖中,化石以腕足動物和軟舌螺為主,同時還包括三葉蟲、雙瓣殼節肢動物、開腔骨類、少量的鰓曳動物及遺跡化石等,是石牌生物群原產地[42]。
湖北省高度重視古生物化石資源的保護工作,基本形成了以國家級重點保護古生物化石集中產地為骨干的保護體系,通過建立自然保護區、創建地質公園、劃定化石集中產地等方式,對省內化石資源進行保護。全省陸續建成以地層古生物遺跡為主的自然保護區有8處,其中國家級1處、市級1處、縣級6處;建立了一批與化石資源相關的地質公園,包括世界地質公園1處、國家地質公園3處、省級地質公園10處;在鄖陽、遠安、南漳、松滋4地建立了國家級重點保護古生物化石集中產地。
盡管近年來湖北省古生物化石保護工作取得了一定成效,但還存在一些突出問題,主要體現在:化石保護隊伍不健全,保護意識不強,監管與執法能力較弱;古生物資源家底不清,基礎工作薄弱,對重點古生物保護研究不夠重視,缺乏統一規劃;化石研究與保護人才缺乏,缺少長期的專項資金支持;古生物保護法規及政策宣傳不夠,影響了化石保護工作的推進等[49]。由于人為盜挖、農作物覆蓋、建筑物破壞、自然風化等威脅因素的存在,部分化石產地現在正處于被破壞或即將被破壞的階段,保護力度有待加強。例如荊州松滋黑檔口哺乳動物化石產地雖已獲批國家級重點保護古生物化石集中產地,但因化石點處于低洼處,典型化石層遭到嚴重破壞(照片1),而且現場尚未建立保護設施和科普設施,化石資源不能得到有效保護和合理利用;宜昌長陽津洋口早寒武世三胚層動物化石產地位于丹水河與清江交匯處,露頭剖面長年受河流、洪水等威脅,尚未得到有效保護(照片2),同時該產地化石資源過于單一,需加強與其他資源的整合力度,其開發利用程度還需進一步挖掘。
根據古生物化石產地重要性等級、保護等級及集中程度,可以將古生物化石產地設置為特級保護區、重點保護區和一般保護區,其中特級保護區應包含世界級古生物化石產地,且產地保護等級不低于Ⅱ級;重點保護區應包含國家級及以上等級化石產地,且產地保護等級不低于Ⅲ級;一般保護區為不符合以上標準的保護區。同時保護區邊界遵守以下要求:①應綜合考慮化石資源區劃邊界;②不應與化石集中產地邊界相交;③不應出現重合、相交、包含關系。按照上述原則,建議將湖北省南部的化石產地設置為14個保護區,包括特級保護區7個、重點保護區3個、一般保護區4個,其中新設立保護區6個(表3)。

照片1 松滋黑檔口化石產地長期遭受浸泡

照片2 長陽津洋口化石產地被河水淹沒

表3 湖北省南部古生物化石保護區設置情況
(1) 設立保護基金,加強基礎科學研究。古生物化石具有重要的科研價值,是不可再生的地質遺產[50]。相關部門應設立化石保護專項基金,支持原產地保護設施建設、基礎科學研究和專業人才隊伍建設。加強化石資源調查和保護力度,摸清全省化石資源的家底,探明全省化石資源分布潛力,劃定化石保護利用的紅線和底線[51]。持續開展遠安、南漳、松滋國家級重點保護古生物化石集中產地保護工程,積極推動長陽清江國家級重點保護古生物化石集中產地申報工作。針對早三疊世海生爬行動物群、清江生物群等具有世界影響力的化石資源,開展相關地層、古環境、古地理等課題的研究工作,聚焦探討生命與環境協同演化事件等重大科學命題,深度挖掘化石的重要科學價值,建設一支專業配置合理的化石研究、保護人才隊伍[52]。
(2) 結合地方特色,打造科普教育基地。由于古生物化石的區域差異性較強,不同地方的化石資源特征完全不同,因此在開發利用化石資源中,要緊密結合地方化石資源特色,基礎條件好的要著重打造科普教育基地,注重宣傳推廣與文創開發,例如依托遠安縣國家地質公園,聯合遠安映溝海生爬行動物化石產地,打造集室內科普與戶外體驗為一體的科普教育基地;立足南漳縣水鏡地質博物館和巡檢鎮地質文化走廊,結合縣域內典型地質遺跡資源,打造“走進南漳,看龍的祖先”特色旅游品牌,形成具有化石特色的地質文化科普教育基地。武漢鍋頂山作為漢陽魚化石的原產地,其出露地層中可見志留紀魚類化石、無脊椎動物化石和泥盆紀植物化石,建議在鍋頂山已有公園基礎上,以漢陽魚化石產地為核心,開展古生物科普園建設,植入漢陽魚、洪山魚、江夏魚等化石模型,打造武漢化石王國及典型地質科普類城市公園。
(3) 加強資源整合,開發地學研學路線。地學研學資源是研學旅行產品的重要組成部分,具有地球科學、歷史文化等豐富的內涵,古生物化石資源又有著其他地學資源無法比擬的優勢[53]。自從2013年《國民旅游休閑綱要》首次提出“逐步推行中小學生研學旅行”以來,研學旅行受到社會各界的關注[54]。但由于化石資源一般較為單一,不足以支撐起一條研學路線,因此必須加強化石資源與周邊文化旅游、生態資源的整合。例如在宜昌地區,要整合三峽旅游資源,將化石元素與三峽的形成、長江流域演化等主題進行交叉融合,以化石資源為突破口講述宜昌滄海桑田的地質故事,打造三峽地區“寒武紀生命大爆發”科考園;在武漢可以打造“地質與城市發展”主題研學路線,將典型的化石資源與反映“大江大湖大武漢”地理演化的重要景觀、記載區域地質演化和環境變遷的重要地質點相結合,打造獨具風格的研學課程和研學路線。
(4) 合理開發利用,助力鄉村振興發展。近年來,隨著“鄉村振興”、“生態文明”等國家戰略的提出,賦予了地質工作新的歷史使命。目前絕大部分古生物化石產地還是集中在鄉村區域,是不可多得的可開發利用的資源。要借鑒國內外先進的發展模式,鼓勵社會力量參與化石的保護利用,以化石資源開發來推動文旅產業發展,以化石資源保護來支持鄉村旅游開發[55-56]。例如在神農架、秭歸、長陽等地區,結合鄉村生態、農耕等資源,打造以化石為特色的地質文化村(鎮)、原地科普場館、科普旅游研學路線,使珍稀化石資源能夠更加開放合理地運用,服務于鄉村振興和生態文明建設[57-59]。
(1) 湖北省南部古生物化石資源豐富,通過資料收集整理和野外實地調查,篩選出30處較為集中、具有一定規模的化石產地,包括植物化石產地7處、無脊椎動物化石產地11處、魚類化石產地1處、兩棲類化石產地1處、爬行類化石產地8處、哺乳類化石產地2處。
(2) 采取專家鑒評和對比評價方法,對湖北省南部30處化石產地進行等級評定,初步評定Ⅰ級(世界級)、Ⅱ級(國家級)、Ⅲ級(省級)、Ⅳ級(省級以下)化石產地分別有2、13、11、4處。
(3) 綜合分析湖北省南部30處化石產地的空間性、時代性、化石數量、化石類型以及保護利用基礎,提出4處重要化石集中產地,其中南漳早三疊世海生爬行動物化石集中產地、遠安早三疊世海生爬行動物化石集中產地、松滋始新世哺乳動物化石集中產地已獲批建立國家級重點保護古生物化石集中產地,秭歸—夷陵—長陽埃迪卡拉紀—寒武紀早期生物化石集中產地由本次工作新圈定。
(4) 針對湖北省南部化石產地的保護利用問題,建議設置14個化石保護區(特級7個、重點3個、一般4個),并通過設立保護基金,加強基礎科學研究;結合地方特色,打造科普教育基地;加強資源整合,開發地學研學路線;合理開發利用,助力鄉村振興發展等,提高化石產地開發利用程度。