張文濤，騰格爾，秦建中，張慶珍，謝小敏，邊立曾

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214151；2.南京大學(xué)，南京 210093)

貴州地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組下部廣泛發(fā)育一套黑色頁巖和硅質(zhì)巖，屬于中國南方4套區(qū)域性海相烴源巖之一[1]。

早寒武世是海生后生動(dòng)物快速演化和分異的重要?dú)v史時(shí)期[2]，在牛蹄塘組下部Ni，Mo礦層之上3 m厚的黑色頁巖中產(chǎn)大量的海綿動(dòng)物、高肌蟲類和藻類化石，被稱為松林生物群[3]，而松林生物群之上40 m處的牛蹄塘組的黃綠色泥巖中，產(chǎn)大型雙殼節(jié)肢動(dòng)物、腕足動(dòng)物、三葉蟲、海綿動(dòng)物化石，宏觀藻類、疑源類等多種類化石，被稱為遵義生物群[3-4]。其中黑色頁巖中的浮游藻類(如小刺藻)、底棲宏觀藻類(如紅藻、褐藻)等都是有利的生烴母質(zhì)[5]，生物的大量發(fā)育造成了該頁巖中高的有機(jī)碳含量。

楊興蓮等人于2005年在金沙巖孔剖面鎳鉬礦之下的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量很多的球狀原始海綿體化石(Triticispongiasp.)，這是目前為止寒武紀(jì)發(fā)現(xiàn)的最早的海綿體化石[6]。除此之外，總體上說牛蹄塘組底部的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的生物較少。本次在貴州遵義牛蹄塘組鎳鉬礦層之下的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的微型的多孔管狀生物化石，應(yīng)為新的生物種類。牛蹄塘組生物群下部化石層位相當(dāng)于Tommotain階上部，早于澄江生物群，屬于目前發(fā)現(xiàn)的最早的布爾吉斯型生物群[7-8]。該發(fā)現(xiàn)豐富了遵義牛蹄塘組生物群早期的化石種類，為寒武紀(jì)生物演化的研究提供了新的材料。

1 地質(zhì)背景

本文報(bào)道的材料采自遵義松林以西5 km左右的中南村黑沙坡剖面(圖1)的牛蹄塘組。松林地區(qū)是一個(gè)由震旦系、下寒武統(tǒng)地層組成的穹隆，研究區(qū)中南村位于穹隆的西南部，僅出露燈影組頂部淺灰白色白云巖及牛蹄塘組中、下部地層，牛蹄塘組上部地層在松林地區(qū)往往未見分布[9-10]。

該剖面下伏地層為震旦系燈影組的灰黑色薄層微晶白云巖，白云巖之上為寒武系牛蹄塘組灰褐色硅質(zhì)磷塊巖，磷塊巖上面有一層含鐵質(zhì)的泥巖，再上為深灰色薄層硅質(zhì)巖、碳質(zhì)頁巖、含硅質(zhì)碳質(zhì)頁巖，見磷質(zhì)團(tuán)塊。往上為黑色的鎳鉬礦層，鎳鉬礦層之上為黑粉砂質(zhì)、碳質(zhì)泥巖[8](圖1)。鎳鉬礦層之上的黑色頁巖是遵義牛蹄塘組生物群的化石的主要分布層位[10]，其中含有大量的海綿動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、軟體動(dòng)物及藻類化石。貴州遵義牛蹄塘生物群以含有大量的海綿動(dòng)物為特征，海綿在組成上占整個(gè)生物群的50%左右，而數(shù)量上占整個(gè)生物群的比例則高達(dá)70%[11]。大量海綿骨針和完整海綿體化石出現(xiàn)的層位低于三葉蟲Tsunyidiscus出現(xiàn)的層位，直接覆于鎳鉬礦層之上(圖1)。

圖1 貴州遵義松林下寒武統(tǒng)牛蹄塘組下部柱狀圖[8]Fig.1 The columnar section of the Lower Cambrian Niutitang Formation at Songlin, Zunyi, Guizhou Province

2 研究方法與化石描述

為了研究小于10 μm的化石，本次研究主要依靠掃描電鏡下的觀察。

觀察用樣品通過即時(shí)制取新鮮斷面作為觀察面，并立即經(jīng)過超聲波清洗去除表面碎屑，隨即干燥后進(jìn)行表面噴金處理。掃描電鏡研究包括微觀形貌特征的鑒別和微觀區(qū)域成分的能譜測定。本次工作在中石化無錫實(shí)驗(yàn)地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)測試中心完成，所使用的儀器為Quanta200型環(huán)境掃描電鏡，理論最大放大倍數(shù)為300 000倍，最小分辨率可達(dá)幾個(gè)納米。

化石為個(gè)體很小的微型管狀生物體，管壁多孔；化石基本上躺伏于地層層面上，部分個(gè)體包埋在巖石中(圖2a,b,c)。所見個(gè)體均為多孔管狀，管體直徑約為470 nm，管體長度最長的超過50 μm(圖2b)。管壁上發(fā)育螺旋形規(guī)則排列的孔洞，管壁內(nèi)外通過孔洞相互連通?？椎闹睆郊s為35 nm，從保存較好的個(gè)體來看，孔的形狀近似六邊形(圖2d)，少量管體由于被壓扁而發(fā)生變形。目前發(fā)現(xiàn)的管狀生物的兩端均未封閉，呈斷開狀態(tài)。根據(jù)能譜分析，管狀生物化石的主要組成成分是硅質(zhì)(圖3)，但是由于生物個(gè)體太小而導(dǎo)致能譜分析的成分中包含了背景巖石的成分，因此該成分分析結(jié)果僅供參考。

所研究的巖石樣品有機(jī)碳含量相對(duì)較高，在掃描電鏡下除發(fā)現(xiàn)了多孔的管狀生物化石外，還發(fā)現(xiàn)有富含Si,Fe,Ba等各種微量元素的底棲藻席和它們的孢子囊，以及可能的硅藻等多種可疑的生物個(gè)體(另文報(bào)道)。本文中多孔的管狀生物化石就與富Si的底棲藻類和孢子囊共存于同一層面之上(圖2e)。從圖中可以清楚地看出底棲藻席的網(wǎng)眼和絲體結(jié)構(gòu)，孢子囊則在藻席中形成一個(gè)個(gè)的鼓包。

3 比較及討論

本次發(fā)現(xiàn)的管狀生物化石個(gè)體非常小，與該地區(qū)此前發(fā)現(xiàn)的其他化石[7,10-12]在大小上相差很遠(yuǎn)，國內(nèi)外文獻(xiàn)資料未見此類報(bào)道。大小在幾個(gè)微米左右的生物中最為常見的是細(xì)菌。絕大多數(shù)細(xì)菌大小在0.5～5 μm之間，一般為球形、桿形或者螺旋形，結(jié)構(gòu)簡單。本文報(bào)道的多孔的長管形生物顯然與細(xì)菌具有明顯的差異。

從化石管壁的多孔特征來看，該化石與海綿動(dòng)物具有一定的相似性。在已知的海綿中，形態(tài)上與之較為接近的生物如俗稱為維納斯花籃(Venus’ Flower basket)的Euplectellaaspergillum(Richard Owen, 1841)(圖4)[13]，該物種屬于六射海綿綱Hexactinellida。

圖2 遵義牛蹄塘組生物群中的硅質(zhì)多孔管狀化石Fig.2 Silicic tubiform fossil in the Niutitang Formation, Zunyi, Guizhou Province

圖3 管狀生物化石能譜成分分析樣品表面已鍍金。Fig.3 EDS Spectrums of the fossil

所發(fā)現(xiàn)的管狀化石與Euplectellaaspergillum相比較具有以下相同點(diǎn)：整體形態(tài)上，二者均為多孔的管狀生物；二者管壁上的孔均按照一定的規(guī)律排列，且排列方式具有相似性；二者管壁上孔的形狀均為多邊形；二者在組成成分上均為硅質(zhì)。兩者不同點(diǎn)為：前者化石個(gè)體小，管的直徑在微米級(jí)別，后者直徑一般為幾個(gè)厘米；Euplectellaaspergillum表面在多孔骨架外見螺旋上升的“脊背”結(jié)構(gòu)，而所發(fā)現(xiàn)的化石表面未見此結(jié)構(gòu)；所發(fā)現(xiàn)管狀化石個(gè)體粗細(xì)均勻，兩端未見封閉，而現(xiàn)代Euplectellaaspergillum粗細(xì)不均且頭部封閉而底部具毛。

通過比較能夠看出，本文所描述的管狀化石與Euplectellaaspergillum在主要形態(tài)特征上有一定相似之處，但大小卻是Euplectellaaspergillum的千分之一。如果認(rèn)為該生物為一種海綿動(dòng)物的話，其食物來源及生活方式將成為一個(gè)挑戰(zhàn)。由于該管狀生物的管體直徑還不足500 nm，比大部分的細(xì)菌還小，因此可能只有比這種生物更小的病毒和目前尚存在爭議的納米細(xì)菌才能作為它的食物。

葵盤石Receptaculites是另一種與之具有相似特征的生物，該物種是歸入藻類還是海綿動(dòng)物目前還存在爭議。Receptaculites同樣具有多孔的特征，孔的排列方式為螺旋形排列。Receptaculites的大小比本文描述的管狀化石同樣大上千倍，而且Receptaculites為圓盤形而非管形。

圖4 西太平洋Euplectella aspergillum生物形態(tài)及骨架結(jié)構(gòu)[13]Fig.4 Details of the Western Pacific Euplectella aspergillum and its skeleton

所發(fā)現(xiàn)的管狀生物還有可能是一種原始的藻類。藻類中如粗枝藻、硅藻等的化石也常見到多孔的特征，其中硅藻最小的只有10 μm，與發(fā)現(xiàn)的管狀化石大小比較接近。關(guān)于該化石的系統(tǒng)劃分還有待于進(jìn)一步的研究。

早寒武世是生命演化過程中的一個(gè)重要階段，本次發(fā)現(xiàn)的疑似海綿化石個(gè)體小，具有一定的結(jié)構(gòu)，且位于目前發(fā)現(xiàn)的牛蹄塘組生物群的最底部，因此可能為早期生命演化過程提供新的材料。

貴州遵義松林下寒武統(tǒng)底部的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的管狀生物和底棲藻類可能揭示出當(dāng)時(shí)的水體中存在較多的生物活動(dòng)，這將有助于解釋硅質(zhì)巖中較高的有機(jī)碳含量。根據(jù)梁狄剛等對(duì)發(fā)育烴源巖的沉積相的劃分[14]，研究區(qū)域硅質(zhì)巖層應(yīng)屬于受熱水影響的深水陸棚相。這種沉積相條件，一方面提供了生物生長所需的各種營養(yǎng)元素，另一方面也造成了相對(duì)較還原的保存條件，使得該沉積環(huán)境下可能發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

致謝：南京古生物研究所陳均遠(yuǎn)老師在本文寫作過程中提出過寶貴的意見，在此表示誠摯的感謝！

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