張永忠，王多云

1.北京師范大學資源學院，北京 100875

2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007

0 引言

遼西是熱河生物群的發(fā)源地[1，2]。近年來隨著早期鳥類、長羽毛的恐龍、原始哺乳類化石的發(fā)現(xiàn)，使遼西成為全國乃至世界研究恐龍、早期鳥類、原始哺乳動物起源與演化的中心[3-7]。遼西熱河生物群包括豐富的雙殼類、腹足類、介葉肢介、昆蟲、魚類、兩棲類、爬行類、鳥類、早期哺乳類等化石，保存精美，研究這些生物化石的埋藏特征對恢復古環(huán)境具有重要意義。

1 沉積特征

義縣組由多次火山噴發(fā)形成的一套完整的火山-沉積旋回。在火山噴發(fā)間歇期形成了以尖山溝層和金剛山層為代表的兩套主要沉積夾層，保存了大量精美的動、植物化石。

尖山溝層位于義縣組中下部，主要由灰色、灰黑色頁巖、砂巖、粉砂巖組成，夾多層沉凝灰?guī)r。大多數(shù)化石埋藏于湖相背景沉積的灰色、灰黑色頁巖中，化石埋藏層厚度很薄，其上覆蓋火山事件沉積的沉凝灰?guī)r，化石層中含大量火山灰成分，沉積巖與凝灰?guī)r互層?；练e層水平層理發(fā)育，偶見漂浮的巖屑。發(fā)育遞變層理、塊狀層理、微弱侵蝕構(gòu)造。金剛山層是義縣組的上部沉積層，沉積物主要為灰綠色砂巖、粉砂巖，灰白色、灰黑色凝灰質(zhì)頁巖，紙片狀頁巖，水平紋理發(fā)育，為淺湖-半深湖相沉積。較好，可見甲殼上不規(guī)則的稀疏網(wǎng)狀淺細溝紋。經(jīng)?？梢婟敾芗霈F(xiàn)，沿層面保存。中華龍鳥[3-4]頭部高高昂起，尾部上翹；秀麗郝氏翼龍[5]前肢的翼指骨被自己緊緊的咬在嘴里。中華龍鳥、尾羽鳥、北票龍、奔龍類等具羽毛的恐龍及以孔子鳥為代表的鳥類化石不但保存了骨骼等硬體部分而且還保存了羽毛、“羽毛”狀皮膚衍生物、皮膚印痕等，北票龍的椎骨和肢骨碎片中保存有血管和類似血細胞的結(jié)構(gòu)[6]。滿洲鱷保存了精美的皮膚皺褶印痕；中華龍鳥胃腔中保留末消化的食物——蜥蜴類和哺乳類的骨架，其腹部保留完整的卵化石，滿洲鱷、尾羽鳥等也保存了胃溶物。

不同門類的生物化石往往共同保存，如魚類、葉肢介、昆蟲、與植物保存于同一層面；半深湖－深湖埋藏的孔子鳥化石層面零星可見葉肢介化石。

2 化石的埋藏特征

義縣組大多數(shù)化石保存完好，形成特異保存的化石庫（Konservat-Lagerst·tten）。各類化石往往成群出現(xiàn)，且保存精美，葉肢介化石往往密布層面，既有成年個體，也有幼年個體，也有的層面主要由幼年個體組成。絕大多數(shù)葉肢介化石(殼體)保存十分完整，兩個殼瓣多鉸合在一起埋藏，殼的表面紋飾清晰，少見磨損現(xiàn)象。

各類昆蟲化石保存完整，栩栩如生，軟組織印痕清晰可見。水生昆蟲三尾擬蜉蝣觸須、尾須及腿部結(jié)構(gòu)完整；脈翅目、長翅目、蜻蜓目、蜚蠊目、蛇蛉目等昆蟲的翅完好無損，脈絡(luò)清晰；有些昆蟲還保存了尾部的產(chǎn)卵器。

魚化石以幾乎完整的個體保存，椎骨連接完整；一些標本保存了精美的鱗片和肌肉印痕，甚至保存了鰓囊中的構(gòu)造。有的還保存了消化道和魚卵的印痕。許多化石嘴巴張開，頜有痙攣現(xiàn)象，脊柱扭曲。往往幼魚與成魚共同埋藏。同一層面，狼鰭魚化石往往成群出現(xiàn)，有時同一層面保存幾十條幼魚。 龜憋類、滿洲鱷脖化石完整保存，而且四肢伸展，多呈對稱狀。頸前伸，尾后挺或上翹，四肢插入層面之下；椎板和椎盾保存

3 生物死亡原因分析

自然界中的生物有許多屬于非正常死亡，例如，氣候的變化、溫度、鹽分、水深、光照、食物的供應、捕食；此外，一些災難性的事件如火山噴發(fā)、磁極倒轉(zhuǎn)、冰川、海平面變化、以及星球撞擊等更可能造成整個屬種的滅亡。熱河生物群化石埋藏特征表明其屬于非正常死亡。

正常死亡的生物，化石群落中生命力脆弱的幼年個體和老年個體居多，而且零星分布。義縣組生物化石往往大量出現(xiàn)于同一層面。根據(jù)采自義縣組的3塊葉肢介標本進行統(tǒng)計，化石密度平均2個/cm2，成年個體與幼年個體比例約1/3，這個比例關(guān)系基本反映了葉肢介群落生活群落中未成年個體數(shù)量居多的原始生活狀態(tài)，表明其死于偶然事件。狼鰭魚化石也常常以密集形式保存，在凌源大新房子一帶，在一15cm2層面上，分布了16條狼鰭魚。潛龍、龜化石也常常密集出現(xiàn)及陸生脊椎動物也大量集中出現(xiàn)，如四合屯地區(qū)保存了豐富的孔子鳥化石，平均每5m2～6m2一件，局部可達1m2～2m2一件。2002年北票 “地質(zhì)長廊”采挖現(xiàn)場，在一個15m2～16m2的層面上發(fā)現(xiàn)了9具孔子鳥化石。

正常死亡的生物往往體態(tài)安詳，而熱河生物群中的化石，尤其是一些脊椎動物化石保存了其死亡前的痛苦狀態(tài)。魚類化石嘴巴張開，往往是由于缺氧所致；脊椎扭曲，顯示出死亡前的掙扎狀態(tài)。正常死亡的龜鱉類，頭和四肢縮入龜甲之中。滿洲龜化石脖頸前伸，尾后挺或上翹，四肢插入層面之下；可能為死前短暫的掙扎；秀麗郝氏翼龍右前肢的翼指骨被自己緊緊的咬在嘴里，可能是火山噴發(fā)的有毒氣體導致其中毒，在死亡過程中痛苦掙扎所致。熱河生物群中，往往多門類化石共生保存，說明這些生物可能死于同一成因的大型災難性事件。

中生代時期，遼西是中國東部環(huán)太平洋沿?；鹕交顒訋У囊徊糠?。伴隨著頻繁的火山噴發(fā)形成了一套火山－沉積巖系的義縣組地層。義縣組大量熱河生物化石群沉積層中多含火山凝灰成分，沉積層中含有多層沉凝灰?guī)r夾層，脊椎動物化石層上都有一層凝灰?guī)r層，可以推測，火山噴發(fā)是造成這些生物集中死亡的直接原因。

火山噴發(fā)出大量火山氣體、火山灰及氣溶膠，導致氣候和環(huán)境的急劇變化，進而造成陸生生物的集群死亡[8-9]，對水生生物，大氣圈和水圈存在著物質(zhì)和能量的交換，空氣溫度的變化同樣會影響水體的溫度，火山噴發(fā)氣體（CO2、HCL、HF、H2S、SO2、SO3）會不同程度的溶于水中，不僅使水體的成分發(fā)生變化，也會影響到水體的PH值和Eh值，大量火山灰塵的沉降也會增加水體的渾濁度，也會對水生生物造成影響。這些火山物質(zhì)共同作用，會造成水體的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的劇變，一些水生生物（如葉肢介）對滲透壓的劇變?nèi)鄙僬{(diào)節(jié)能力，從而造成了這些生物的大量死亡。

4 埋藏環(huán)境

大量保存精美的化石產(chǎn)于尖山溝層、金剛山層的凝灰質(zhì)泥頁巖、粉砂巖中，水平層理發(fā)育，季節(jié)紋層清晰。各類生物機體保存精美的埋藏特征表明其不是遠距離搬運，而是原地埋藏或稍經(jīng)搬運，指示了微弱水動能沉積環(huán)境?？罩酗w行的昆蟲可能是當近岸湖面飛行（如覓食）時由于火山噴發(fā)事件致使其死亡掉落于湖中，而且并未在湖面漂移多久即沉入水底而被埋藏。

Seilacher[10]認為快速沉積埋藏、缺氧底層平靜水環(huán)境是特異化石保存的主要原因。頻繁的火山活動伴隨著大量火山灰落入湖盆，引起快速埋藏，使生物體很快處于氧化／還原界面之下。快速埋藏不僅是生物體免受機械性破壞，也組織了生物體被其他生物捕食和利用，快速的細粒粉砂和粘土沉積使孔隙水缺氧，抑制了內(nèi)棲生物的活動，使有機質(zhì)腐爛過程減慢。火山噴發(fā)產(chǎn)生的有害氣體也造成湖水缺氧抑制底棲生物對生物體的破壞作用。缺氧靜水湖盆無底棲或內(nèi)棲生物的擾動，可以降低生物體腐爛的速度。水動能的微弱減少了生物體的機械破壞和擾動。缺氧環(huán)境不利于食腐動物的生存，可以使生物遺體在埋藏之前勉受過度分解和破壞。許多化石保存了肌肉、皮膚印痕，說明軟組織的腐爛至少是在埋藏后進行的。脊椎動物死亡后，由于肌肉的拉張作用，其頭部和尾部會向上翹起，肌肉腐爛后，這種現(xiàn)象將不復保存，中華龍鳥的保存狀況，說明它們是在肌肉腐爛前被快速埋藏。

但盡管缺氧可以阻礙食腐動物的破壞，但并不能抑制腐解作用的發(fā)生，因為一些細菌的生存不需要氧氣的存在[10]。細粒的粘土顆粒對有機質(zhì)的保護作用也是保存特異化石的原因[11]。細?；鹕椒纸獬深w粒極細的黏土礦物，粘土與有機物質(zhì)分子相互吸附作用，使有機分于結(jié)合到粘土的晶格層間，酶的分解作用受到抑制，而酶自身也被粘土吸附，使其喪失活動能力[12]。細?；鹕交覍τ袡C物質(zhì)起到了保護作用，這可能是熱河生物群特異化石保存的一個重要原因。

5 結(jié)論

通過對遼西義縣組熱河生物群化石埋藏特征和保存特征分析可知，由于火山噴發(fā)造成大量生物集中死亡。白堊紀早期，遼西境內(nèi)陸湖泊水動能微弱，使死亡的生物體形成原地埋藏或準原地埋藏。由于大量火山灰落入湖盆，形成快速埋藏環(huán)境，保存了舉世聞名的精美的熱河生物群化石。

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[6]Xu, X., Wang, X.-L., Wu, X.-L., A dromaeosaurid dinosaur with a filamentous integument from the Yixian Formation of China. Nature, 1999, 401: 262-266.

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[8]汪筱林，王元青，徐星等.遼西四合屯脊椎動物集群死亡事件：火山爆發(fā)的災變記錄[J].地質(zhì)論評，1999，45(增刊)：458-467.

[9]郭正府，劉嘉麒，汪筱林.遼西中生代火山噴發(fā)對古氣候和古脊椎動物生存環(huán)境的影響[J].中國科學（D輯），2003，33(1)：59-71.

[10]Seilacher, A.Taphonomy of Fossil-Lagerst·tten: overview.In: D.E.G.Briggs &P.R.Crowther (eds.) Palaeobiology, a synthesis, 1990,266-270 Oxford: Blackwell.

[11]A11ison, P.A.Konservat-Lagerst·tten: cause and classification.Paleobiology, 1988, 14: 331-334.

[12]Martin R E.Taphonomy: Aprocess Aproach.London: Cambridge University Press.1999：1-507.