曠紅偉，許克民，柳永清，董超，彭楠，王克柏，陳樹清，張艷霞

1) 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京，100037; 2) 山東省地質(zhì)調(diào)查院，濟南，250000;3) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室(長江大學(xué))，長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北荊州，434023; 4) 諸城市恐龍文化研究中心，山東諸城，262200

內(nèi)容提要：膠東諸城發(fā)育了世界罕見的晚白堊世中晚期恐龍化石集群埋藏點，主要分布在諸城市東南的庫溝、恐龍澗、西見屯和臧家莊。本文通過薄片鑒定、電子探針、常量、微量和稀土元素分析等方法技術(shù)，系統(tǒng)研究了諸城恐龍骨骼化石微觀特征與地球化學(xué)特征，分析了恐龍骨骼埋藏成巖過程，厘定4個化石集群埋藏層的相對層位關(guān)系和骨骼沉積物來源方向，探討了恐龍死亡的可能原因。研究表明，研究區(qū)恐龍骨骼化石主要礦物成分為磷灰石和方解石，也零星含有Fe、Mn、BaSO4及SiO2等礦物成分；骨骼化石和圍巖主量、微量與稀土元素分析顯示，CaO、P2O5、F、REE、Y、Sr和Ba、U高值且遠高于圍巖，其中CaO、P2O5、F、Sr和Ba的高值是由于原始骨骼組成中這些元素背景含量高，而REE、Y及U的異常高值是成巖過程中吸附作用所致；骨骼中Rb、Th、Nb、SiO2、Al2O3、TiO2、Zr、Hf含量低于圍巖是由于它們屬于親沉積碎屑元素，都來自母巖的風(fēng)化產(chǎn)物；骨骼化石中稀土元素表現(xiàn)為輕稀土富集型，稀土配分模式與上地殼相似，并具有Eu輕微正異常和Ce負異常特點；研究認為，骨骼與圍巖較高的Sr、Ba含量及稀土元素異常系源于干旱氣候與氧化環(huán)境的淺埋藏成巖作用；依據(jù)不同化石點骨骼中磷灰石礦物與方解石礦物組成的對比、骨骼與圍巖主量元素分子風(fēng)化率指數(shù)及REE、HREE、LREE與(La/Yb)N、(Ce/Yb)N 和(La/Sm)N、δEu、δCe等參數(shù)的對比，研究區(qū)4個集群埋藏的恐龍化石層相對層位關(guān)系由下至上分別厘定為庫溝、西見屯、恐龍澗與臧家莊；骨骼圍巖沉積物源主要來自下伏青山群火山巖與萊陽群沉積巖的剝蝕產(chǎn)物；研究區(qū)上白堊統(tǒng)紅土崖組下部不到100m厚的地層中恐龍化石異地集群埋藏層的多次出現(xiàn)表明，集群埋藏不是一個簡單孤立事件，恐龍的死亡也可能受制于干旱氣候的影響，特別是環(huán)境背景的Sr和Ba等元素有可能是環(huán)境毒素；干旱缺水、缺少食物、有毒元素散布可以導(dǎo)致恐龍集群死亡；骨骼在季節(jié)性洪水或陣發(fā)性泥石流的作用下由諸城西北向東南搬運和堆積。

諸城發(fā)育了世界罕見的晚白堊世恐龍骨骼集群埋藏化石點，分布在諸城市東南庫溝、恐龍澗、西見屯和臧家莊等地(趙喜進等，2007；柳永清等，2009；Xu Xing et al.，2010)。其化石分布的高密度及屬種單一性引起了國內(nèi)外廣泛關(guān)注。前人對諸城晚白堊世恐龍化石研究等方面取得了一系列重要進展，涉及到恐龍古生物學(xué)、分類學(xué)(胡承志，1973；胡承志等，2001；趙喜進等，2007；Xu Xing et al.，2010；季燕南，2010)，恐龍腳印分類學(xué)、埋藏學(xué)(李日輝等，2000，2005，2008；邢立達等，2010；Hong et al.，2011；Li Rihui et al.，2011；Xing Lida et al.，2012)和恐龍化石埋藏環(huán)境(柳永清等，2009，2010，2011；何碧竹等，2011，2012)，這為我們深入系統(tǒng)研究恐龍骨骼化石的埋藏成巖過程、恐龍生活習(xí)性及死亡原因奠定了良好的基礎(chǔ)。但4個化石點層位關(guān)系如何，恐龍的死因是什么，其骨骼物源來自哪里，其埋藏、成巖過程怎樣，等等問題仍然存在，本文旨在通過諸城恐龍骨骼化石地球化學(xué)等的系統(tǒng)研究來解釋或探討上述問題，同時進一步揭示諸城恐龍化石埋藏、成巖特征及可能的死亡原因。

近年來，恐龍骨骼地球化學(xué)的研究不僅能提供恐龍屬種分類學(xué)證據(jù)，而且也能揭示恐龍埋藏學(xué)信息。前人通過含恐龍化石地層序列中各種氧化物比值[也稱分子風(fēng)化率(molecular weathering ratios)]，并結(jié)合圍巖與骨骼微觀薄片及宏觀特征重建恐龍生活時代的古地理環(huán)境與古氣候條件(Francois et al.，2009)；骨骼化石的陰極發(fā)光(CL)、X衍射(XRL)、X熒光光譜(XRFS)、顯微激光拉曼光譜(RS)和ICP-MS(Suarez et al.，2010；Giampaolo et al.，2011)等分析手段可以獲得它們的稀土元素(Badiola et al., 2009; Suarez et al., 2007，2010；Giampaolo et al., 2011)、常量、微量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)(Paik，et al., 2001)；骨骼和圍巖C、O、Sr同位素測試(Badiola et al.，2009；Amiot et al.，2011)、傅立葉紅外光譜(Giampaolo et al., 2011)等用來研究骨骼成巖作用過程及骨骼成巖控制因素分析，從而推斷恐龍死亡原因等。因此，恐龍骨骼化石的地球化學(xué)特征，特別是稀土元素與其他微量元素分布，對揭示恐龍死因、埋藏成巖作用、恢復(fù)古氣候等方面具有較大的作用和應(yīng)用前景。例如，廣東南雄恐龍蛋化石(趙資奎等，1998，2009；趙資奎和嚴正，2000)及河南西峽恐龍蛋化石(張玉光和裴靜，2004)中Ir與Sr、As等元素的異常被認為是恐龍母體出現(xiàn)了病變的原因；四川廣元(李奎等，1997，1999)、開江(張玉光等，1998a)的侏羅紀恐龍集群死亡被認為是由于砷(As)和鋇(Ba)的超高異常而引起的中毒作用以及起解毒作用的鋅(Zn)的低異常共同作用所導(dǎo)致的。楊群和王怡林(2007)研究了云南祿豐等不同地區(qū)恐龍化石的顯微激光拉曼光譜(RS)，并用其區(qū)分骨骼類型，他們還通過XRFS、XRD、RS分析了祿豐等地的恐龍化石成分，并發(fā)現(xiàn)恐龍化石中礦物的元素含量及其分布與骨骼所屬部位無關(guān)，只與化石源地有關(guān)(楊群等，2004；楊群和王怡林，2008)，Suarez 等人(2007)對美國猶它州早白堊世恐龍化石稀土元素研究也得出了一致的結(jié)果。

中國恐龍化石如此豐富，但還缺乏系統(tǒng)的地球化學(xué)方面的研究和成果，也鮮見有將晚白堊世整個沉積古地理背景結(jié)合起來綜合分析恐龍從生存到死亡環(huán)境或生態(tài)因素影響綜合起來研究的實例。本文在詳細研究埋藏沉積學(xué)的基礎(chǔ)上，試圖通過對諸城庫溝、恐龍澗、西見屯和臧家莊4個化石點所獲得的20個骨骼化石薄片、5個電子探針樣品獲得的56礦物組分資料、36個圍巖全巖樣品及12個骨骼化石樣品的稀土、微量和常量元素的測試結(jié)果進行分析，以期獲得有關(guān)恐龍死亡、埋藏成巖及古氣候等的地質(zhì)信息。

1 地質(zhì)背景

郯廬斷裂帶在區(qū)域重力場上表現(xiàn)為寬度較大的線性梯度帶(圖1a)，在山東境內(nèi)稱沂沭斷裂帶并分割魯西和魯東地區(qū)(圖1b)。膠萊盆地位于魯東地區(qū)，是一個典型的白堊紀斷陷盆地(圖1c)。該盆地西側(cè)受控于NNE向的沂沭斷裂帶，東側(cè)為NNE走向的(牟平—即墨)斷裂帶。諸城位于膠萊盆地南部(圖1c、d)，盆地內(nèi)發(fā)育白堊紀至新生代地層 (劉明渭等，2003；張岳橋等，2008)。白堊系由下至上為下白堊統(tǒng)萊陽群河流和湖相碎屑巖，青山群中、酸性火山巖與火山碎屑巖以及產(chǎn)于青山群之中由河湖相沉積組成的大盛群；上白堊統(tǒng)王氏群由沖、洪積紫、雜色粗碎屑巖組成。諸城地區(qū)上白堊統(tǒng)王氏群紅土崖組為恐龍化石埋藏層位(圖2)，其下部、中部為沖積扇—辮狀河相砂巖、礫巖互層，頂部夾零星出露的玄武巖 (山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，2003)，其Ar-Ar年齡為76.2～73.5 Ma (閆峻等，2003，2005)，并與區(qū)域上萊陽青島龍及恐龍蛋化石等產(chǎn)出層位可以對比。黑龍江嘉蔭晚白堊世恐龍鴨嘴龍類化石發(fā)現(xiàn)層位(呂君昌、韓建新，2012)；內(nèi)蒙古二連浩特晚白堊世恐龍化石層(王璐琳、武法東，2009)；以及廣東南雄(趙資奎等，2009)、河南西峽(張玉光、裴靜，2004)等晚白堊世恐龍骨骼或蛋化石產(chǎn)出時代均可與山東晚白堊世集群埋藏的恐龍化石群對比。在國際上，其與加拿大Alberta州立恐龍公園恐龍化石產(chǎn)出層位Judith River組也基本相當(該組頂部年齡為74～75 Ma)(Wood et al.，1988；Behrensmeyer，1989； Brinkman，1990；Eberth，1990；Fiorillo，1991；Hunt，1991；Lucas et al.，2000；Brinkman et al.，2004； Currie and Koppelhus, 2005)。

諸城4個恐龍化石層位產(chǎn)地毗鄰分布(圖1d))。其中庫溝、恐龍澗、西見屯相互間的距離不足50m，臧家莊位于前3個化石點(庫溝)東北2km左右。雖然化石點彼此相鄰很近，但由于地面覆蓋嚴重，地層出露極少。因此，目前4個化石點的相互層位關(guān)系僅能肯定庫溝位于最底部，恐龍澗、西見屯位于庫溝上部層位，但與臧家莊化石點的上下關(guān)系不清(圖2)。從地層產(chǎn)狀看，由庫溝至西見屯，地層傾向25°，傾角40°，臧家莊化石點地層傾向傾向210°，傾角13°，二者之間似為一向斜。

圖1 膠東諸城地理位置和地質(zhì)—構(gòu)造略圖Fig. 1 Locations of dinosaur fossils，geological and tectonic sketch map of Zhucheng, eastern Shandong

2 研究方法和測試分析結(jié)果

本研究主要應(yīng)用骨骼化石和圍巖粉末的地球化學(xué)分析技術(shù)(主量、微量，稀土元素分析)以及電子探針(EPMA)與光學(xué)顯微鏡下對骨骼和巖石薄片的鑒定分析等方法技術(shù)手段。

地球化學(xué)分析樣品位置如圖2所示，庫溝—恐龍澗剖面位于北緯：35°55′26″；東經(jīng)：119°19′26″，臧家莊位于北緯：35°56′36″，東經(jīng)：119°20′00″；庫溝外剖面位于北緯：35°55′18″，東經(jīng)：119°19′33″。分剖面和層位采得樣品48件(黑色表示圍巖粉砂巖樣品，紅色表示骨骼化石樣品)，其中庫溝圍巖樣品14件，骨骼樣品8件；恐龍澗圍巖樣品5件，骨骼化石2件；臧家莊圍巖樣品17件，骨骼樣品2件。所有樣品依據(jù)采集時間和層號進行編號(圖2)。樣品選取最新鮮的部分，骨骼化石剝?nèi)ケ砻鎳鷰r及浮土，一部分樣品用瑪瑙研缽粉碎到200目，各取20g。稀土、常量及微量元素分析由中國地質(zhì)科學(xué)院測試所國家地質(zhì)實驗測試中心完成。微量和稀土元素(F、Ba、 Cd 、Ce、Co、 Cr、 Cs、 Dy、 Er、 Eu、 Ga、 Gd、 Hf、 Ho、 La、 L、 Lu、 Nb、 Nd、 Pb、 Pr、 Rb、 Sm、 Sn、 Sr、 Tb、 Th、 Tm、 U、 V、 Y、 Yb、 Zn、 Zr)按國家標準DZ/T0223-2001，采用等離子質(zhì)譜(X-series)儀完成；主量元素(Al2O3、 CaO、 Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、TiO2)按國家標準GB/T14506.28-2010，由X熒光光譜儀(PW4400)完成；電子探針由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成，測試結(jié)果見表1、表2。普通薄片使用奧林帕斯(Olympus)光學(xué)顯微鏡觀察和照相。骨骼分別采自不同剖面不同恐龍個體，但基本都是成年個體的骨骼化石。

圖2 膠東諸城紅土崖組下部主要恐龍化石層地層剖面及采樣位置
Fig. 2 Main dinosaur bone beds and sampling sites in the lower part of Hongtuya Fromation of Zhucheng, eastern Shandong

3 恐龍骨骼化石地球化學(xué)特征

恐龍骨骼化石的礦物組分是由生物成因礦物——磷灰石(恐龍活著時的骨骼成分)和次生交代充填礦物——方解石(恐龍死后經(jīng)外界交代充填進入骨骼)組成的。在恐龍骨骼結(jié)構(gòu)中，磷灰石多存在于骨密質(zhì)層中柱狀骨板系和骨松質(zhì)層的骨小梁處，而次生方解石則多充填在骨密質(zhì)層的哈佛氏管和骨松質(zhì)層的腔隙中，這些部位多是生前富含有機質(zhì)，而死后因有機質(zhì)分解形成空腔，之后經(jīng)富碳酸鈣質(zhì)的溶液交代、充填，結(jié)晶為方解石。若要從恐龍骨骼化石礦物組分的微量元素組合特征來解釋恐龍演化、死亡的原因，那么首先應(yīng)澄清微量元素進人骨骼的時間先后：若是恐龍生前攝人，則對研究這一問題有極重要的意義(張玉光等，1998b)；反之，若微量元素是隨次生方解石交代或恐龍骨骼石化時吸附進入，則可用其研究埋藏環(huán)境條件。

圖4 電子探針揭示的膠東諸城恐龍化石不同剖面不同骨骼類型中方解石(a)及磷灰石(b)主量元素組成Fig. 4 Major element composition of calcite (a) and apatite (b) of skeletons by EPMA in three bone beds of Zhucheng, eastern Shandong

本文研究目的，一是想弄清楚骨骼化石中哪些元素是骨骼本身特別富集或虧損的，哪些是在成巖過程中從環(huán)境中吸附或交代置換而來，哪些是圍巖自身富集或虧損的，將由于骨骼或圍巖自身原因而使元素富集或虧損的因素排除后，仍然有異常的那些元素進行進一步的分析，找出其異常的可能原因，從而為揭示恐龍死亡原因和恢復(fù)其死后暴露、搬運、埋藏過程提供依據(jù)，并進一步建立埋藏模式。

3．1 主量元素分析

薄片及電子探針分析結(jié)果表明，不同剖面不同類型的骨骼化石，其主要成分均以方解石和磷灰石為主，成分上沒有本質(zhì)的差別，說明總體成巖環(huán)境一致；但庫溝和西見屯的骨骼化石中含少量鐵質(zhì)礦物及零星石英顆粒，恐龍澗化石中含少量Mn及重晶石(BaSO4)，反映了其成巖環(huán)境與過程有所差別。其次，本次探針測點方解石多為后期成巖充填產(chǎn)物，而磷灰石多反映了骨骼本身的特點(圖3)，因此，方解石組分及其差異應(yīng)當能反映骨骼的成巖作用過程，而磷灰石組分及差異應(yīng)當能反映骨骼原始組成及其差異。從附表1及下圖可知，對方解石礦物來說(圖4a)，相同剖面中不同骨骼類型，如西見屯脛骨和股骨，其主量元素組成基本沒有差別；而取自不同剖面的同類骨骼，其主量元素組成略有差別，如庫溝與西見屯，大小相近、同為脛骨，其方解石礦物(圖4a)內(nèi)的SiO2與Al2O3含量，庫溝的明顯高于西見屯；說明化石現(xiàn)今組分只與源地及是否經(jīng)歷相同成巖作用過程有關(guān)，而與骨骼部位無關(guān)；顯然，在圖4a中，庫溝、恐龍澗化石的SiO2與Al2O3不僅高于西見屯，更高于臧家莊。磷灰石的元素組成表明(圖4a)，同一剖面不同骨骼類型中CaO、P2O5、SO3、K2O等表征生命體征的元素含量一致，但MgO、SiO2與Al2O3等元素有所差別；而不同剖面的同種骨骼除CaO、P2O5外，其他元素組成都有所差別。

去除主組分CaO、P2O5后，再將圖4a與圖4a中同一樣品的方解石與磷灰石組成相對比(圖5)發(fā)現(xiàn)，所有樣品，磷灰石的Na2O、MgO、K2O、MnO含量遠低于方解石，而SO3含量遠高于方解石。庫溝樣品中方解石的SiO2與Al2O3高，恐龍澗、西見屯與庫溝相近；而臧家莊不僅方解石中各元素含量低于其他剖面，而且方解石的SiO2與Al2O3含量低于同一樣品中磷灰石內(nèi)的含量；TiO2與Cr2O3含量很低且基本沒有變化；FeO的含量總的說是方解石中高于磷灰石，說明成巖過程中有鐵的聚集，庫溝表現(xiàn)最明顯，臧家莊FeO含量基本沒有變化；BaO的含量在恐龍澗剖面表現(xiàn)為方解石中遠高于磷灰石，而其他3個剖面都是磷灰石中高于方解石。

表1 諸城紅土崖組骨骼化石和圍巖粉砂巖常量元素(%)、稀土元素(μg/g)和微量元素(μg/g)及測試數(shù)據(jù)表Table 1 Major elements(%), REE(μg/g) and trace elements(μg/g) contents of the bone fossils and their surounding siltstones in the Hongtuya Fm. in Zhuchen area，eastern Shandong

(續(xù)表1)

(續(xù)表1)

注： 稀土、常量及微量元素分析由中國地質(zhì)科學(xué)院測試所國家地質(zhì)實驗測試中心完成。微量元素、稀土元素和氟按國家標準DZ/T0223-2001，采用等離子質(zhì)譜(X-series)儀完成；主量元素按國家標準GB/T14506.28-2010，由X熒光光譜儀(PW4400)完成。檢測批號：WJ2011100。

表2 諸城紅土崖組骨骼化石電子探針分析結(jié)果Table 2 EPMA results of the bone fossils from the Hongtuya Fm. in Zhuchen area, eastern Shandong

分析號原編號Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO3 K2OCaOTiO2MnOCr2O3FeOBaO總量 57KL5-5-2磷灰石0.04 0.26 0.11 0.01 41.36 0.34 0.03 54.42 0.03 0.00 0.03 0.27 0.02 96.92 58KL5-5-3方解石0.00 0.57 0.19 0.23 0.13 0.00 0.07 52.56 0.01 1.88 0.00 0.31 0.22 56.17

注： 樣品2011年12月29日在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所分析；分析者：周劍雄；校驗者：陳振宇；分析編號：ksh2009T032。

圖5 膠東諸城恐龍化石同一樣品中磷灰石與方解石元素組成對比Fig. 5 Comparison of chemical compositions between apatite and calcite at the same skeleton samples of Zhucheng, eastern Shandong

電子探針分析可見，不同剖面的骨骼化石主量元素CaO、P2O5及各組分總量組成相似，其差別主要體現(xiàn)在SiO2與Al2O3、MgO、SO3、NaO、K2O、MnO、FeO、BaO等的微小變化，特別是在磷灰石和方解石中含量的差別，反映了骨骼原始成分及其成巖過程對骨骼成分的改變。以上也可以看出，成分差異最大的是庫溝剖面，其次是西見屯和恐龍澗，而相差最小的是臧家莊，我們可以以此來進一步分析骨骼的埋藏成巖過程。另外，磷灰石中高SO3及高BaO含量也是一個值得進一步探討的問題。

為了進一步揭示這些微小變化，通過熒光光譜分析得到了庫溝、恐龍澗、臧家莊的48個全巖樣品的主量元素值(表2)，三個剖面的圍巖主量元素含量基本相同。CaO、P2O5等是骨骼的主要組分，CaO部分來自骨骼本身，另一部分為成巖過程中骨骼的鈣化及后期鈣質(zhì)膠結(jié)交代充填結(jié)晶而來；P2O5則由羥基磷灰石轉(zhuǎn)變而來，由圖4可見，方解石中P2O5的含量極低(小于0.2%)，而各樣品中磷灰石CaO、P2O5含量穩(wěn)定，說明P2O5基本來自骨骼原始組成。圍巖中K含量高于Na，骨骼中K、Na含量均低于圍巖并與圍巖呈負相關(guān)(Na含量高于K)，說明骨骼在石化過程中K、Na含量與原始組成相比有所變化，對現(xiàn)代生物與化石成分比較表明：一般化石中K丟失，Na則富集 (張玉光等，1998b)，臧家莊化石這一特點表現(xiàn)最為明顯。Mg在碳酸鹽沉積物等的化學(xué)成巖作用中受影響較大，研究區(qū)無論骨骼或是圍巖中Mg含量都較低，而骨骼化石中低于圍巖，且骨骼化石中磷灰石礦物Mg含量略低于方解石，說明無論在恐龍生存還是埋藏的環(huán)境，都屬于低Mg環(huán)境。

Fe和Mn都是變價元素，由于其地球化學(xué)性質(zhì)的差異，在搬運過程中二者要發(fā)生分異 (馮增昭，1993)，在富硫缺氧環(huán)境中，由于Mn與O的親和力明顯低于Fe與O的親和力，F(xiàn)e、Mn分離，F(xiàn)e先沉淀，故圍巖中FeO含量遠高于MnO，使FeO/MnO比值偏高，在2～54.75之間，平均7.78；但骨骼化石中FeO與MnO相近，F(xiàn)eO/MnO平均為1.44；骨骼化石中MnO含量高于圍巖，主要賦存于方解石礦物中(圖4)，表明為后期成巖作用所致。圍巖中總鐵含量3.13μg/g～3.91μg/g，略高于骨骼化石，其Fe2O3/FeO比值介于3.5～23.8，平均12.59，骨骼中Fe2O3/FeO比值平均3.74，反映了沉積時為氧化環(huán)境，且骨骼成巖程度低于圍巖。

分析發(fā)現(xiàn)，3個剖面的圍巖主量元素組成表現(xiàn)出驚人的一致性(圖6)，這是否說明3個剖面的圍巖來自相同物源且經(jīng)歷了大致相同的成巖過程及成巖后作用？而骨骼的組成稍有不同：臧家莊骨骼中Si、Al、K、Na、Ti等的氧化物含量低于庫溝和恐龍澗(附表1，圖6)；引入分子風(fēng)化率(molecular weathering ratios) 參數(shù) ( Feakes and Retallack，1988；Therrien et al.，2009)對其作進一步的分析(圖7)，分子風(fēng)化率是古土壤研究中的一個術(shù)語，依據(jù)基巖被土壤化的過程，通過不同氧化物之間比值來反映巖石轉(zhuǎn)變?yōu)檎惩恋娘L(fēng)化過程，其中Al2O3/SiO2稱為粘土化指數(shù)，粘土礦物主要由鋁土質(zhì)組成，Al2O3/SiO2比值越大，表明風(fēng)化越徹底；SiO2/Fe2O3為水解作用指數(shù)，體現(xiàn)巖石的化學(xué)風(fēng)化過程；Na2O/K2O為咸化指數(shù)，(CaO+MgO)/Al2O3稱鈣化指數(shù)，CaO/MgO表征蒸發(fā)作用強度，這3個比值均可用來體現(xiàn)氣候干旱程度及水體咸化程度 Al2O3/(CaO+MgO+Na2O+K2O) 是一個綜合指標，稱土壤化指數(shù)，是考慮了巖石破壞的物理、化學(xué)、氣候等綜合條件的參數(shù)(Therrien et al.，2009)。由此可知，臧家莊骨骼經(jīng)歷的成巖作用相對較弱，基巖被破壞程度要低，骨骼埋藏后成巖環(huán)境為更炎熱干旱的咸性環(huán)境，庫溝和恐龍澗干旱與咸性程度都相對低一些。結(jié)合電子探針測試結(jié)果，應(yīng)可說明臧家莊骨骼經(jīng)歷了相對較短的埋藏成巖過程。

圖6 膠東諸城庫溝、恐龍澗、臧家莊全巖樣品主量元素平均含量 Fig. 6 Average contents of whole rock macroelements at Kugou, Konglongjian and Zangjiazhuang of Zhucheng, eastern Shandong

圖7 膠東諸城庫溝、恐龍澗、臧家莊圍巖與骨骼的分子風(fēng)化率參數(shù)Fig. 7 Molecular weathering ratios in the host rocks and skeleton fossils at Kugou, Konglong Ravine and Zangjiazhuang of Zhucheng, eastern Shandong

3．2 稀土元素分析

稀土元素含量的高低，與多種因素相關(guān)聯(lián)(魯洪波和姜在興，1999)，特別是輕稀土元素 (LREE)還具有與磷灰石相結(jié)合的獨特性質(zhì)，并常?？筛鶕?jù)磷灰石含量的多寡來判斷稀土元素的含量。骨骼中稀土元素的異常來源既可能是生前飲水、食物中異常的稀土含量所致，也可能是死后骨骼的長期強烈吸附作用而形成(張玉光等，1998b)。有機質(zhì)是稀土元素最強的吸附劑之一。故通過研究骨骼和圍巖中稀土元素的含量及特征，可判斷恐龍理藏成巖過程，甚至分析其死因。諸城恐龍化石與圍巖稀土元素分析顯示以下特點。

(1)將研究區(qū)各剖面骨骼與圍巖的稀土元素含量用北美頁巖標準化圖解表明，除骨骼化石中各稀土元素含量均高于圍巖外，其配分曲線形態(tài)圍巖與骨骼一致，表現(xiàn)為輕微右傾形，并伴隨有Ce的輕微負異常、Eu的輕微正異常與Y的明顯正異常。將其用球粒隕石標準化后則表現(xiàn)為中度右傾型，沒有Ce和Eu的異常，輕微的Sm和Tm正異常；而將其用上地殼值標準化后則表現(xiàn)為Eu和Y的明顯正異常外，整體呈平坦型。將各類標準化值及本區(qū)圍巖、骨骼化石的稀土元素平均值球粒隕石化后進行配分表明，本區(qū)圍巖與上地殼的值最為一致(圖8)。

(2)諸城3個剖面骨骼化石中的稀土元素含量遠高于圍巖達一個數(shù)量級(101)，臧家莊骨骼化石REE平均為1594.0μg/g，恐龍澗骨骼最低，也平均也達到937.9μg/g，庫溝骨骼化石REE平均為1457.7μg/g；而圍巖中，臧家莊最高，最大值也僅為222.5μg/g，平均187.3μg/g，其他剖面略低(圖9a)。對比現(xiàn)代活的生物體及前人對骨骼中稀土元素的測量結(jié)果(Herwartz et al., 2011)表明，活的生物體REE通常在20μg/g～200μg/g以下，活的生物體中要維持自身元素的平衡，不可能有如此高的REE含量；而同時，三條剖面REE、LREE與HREE，骨骼與圍巖具有良好的正相關(guān)關(guān)系：圍巖值高的，骨骼化石中值就高；(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Ce/Yb)N等參數(shù)骨骼化石與圍巖也具有良好的正相關(guān)關(guān)系；骨骼與圍巖的LREE/HREE及(δEu)N和(δCe)N及(Gd/Yb)N幾無差異(圖9b)，表明骨骼與圍巖經(jīng)歷了相同的成巖作用、沉積分異與稀土元素分餾過程，也說明這些稀土元素主要是埋藏過程中吸附的。而骨骼中稀土元素的富集很可能與其磷灰石含量及含有一定的有機質(zhì)與Fe2+礦物相關(guān)聯(lián)。

(3)沉積巖對其母巖的REE具有很強的繼承性，圍巖中稀土元素含量不論是REE還是LREE或是HREE都相差不大，一般在100～200μg/g之間，少量大于200μg/g；三個化石層圍巖的稀土元素含量相近，表明其母巖區(qū)地球化學(xué)特征一致。骨骼化石中REE、LREE、HREE不但含量高，而且3條剖面差異明顯：3個值都是臧家莊最高，其次是庫溝，恐龍澗含量最低，說明沉積埋藏過程中骨骼化石受到環(huán)境的改造(楊國臣等，2010)，沉積作用過程中REE的沉積分異作用不同程度地改造了來自母巖及原始骨骼的REE分異性，但對骨骼的影響要大得多，REE分異程度的差異(圖9a)反映了不同化石層的骨骼化石埋藏成巖程度的不同。

(4)(La/Yb)N，(Ce/Yb)N是球粒隕石化圖解中的分布曲線斜率，可反映曲線傾斜程度，圍巖與骨骼化石中這些比值都較高，圍巖中平均值大于10，骨骼中更高，平均在30.3～59.8之間變化，最小平均值也在35以上，反映輕重稀土分異明顯；(La/Sm)N反映輕稀土之間的分餾程度，圍巖中(La/Sm)N平均在4左右，骨骼化石則大于10，說明圍巖中輕稀土元素分異中等，骨骼輕稀土元素分異程度高；(Gd/Yb)N反映重稀土之間的分餾程度，圍巖和骨骼化石中(Gd/Yb)N都較低，除臧家莊外均小于2，說明重稀土元素分異不太明顯。通過(La/Yb)N，(Ce/Yb)N和(La/Sm)N反映出骨骼中輕重稀土及輕稀土之間分異程度遠大于圍巖，而骨骼中又是臧家莊最大，恐龍澗最小，圍巖中各項比值與之呈正相關(guān)。隨著時間演變和元素的分餾，Gd含量會逐漸減小，(Gd/Yb)N比值會逐漸降低，后太古代年輕地層比值小于2。所以該比值反映出研究區(qū)源區(qū)母巖一致，且為較年輕地層；臧家莊骨骼(Gd/Yb)N比值大于2，可能是淺埋藏成巖作用使重稀土元素未能充分分異的緣故。

(5)研究區(qū)δEu為正?；蜉p微虧損，δCe虧損，骨骼成巖環(huán)境為氧化環(huán)境。

(δCe)N與(δEu)N及w(∑REE)均沒有明顯的相關(guān)性(圖10)，表明成巖作用對研究區(qū)圍巖REE的影響較小。球粒隕石化后的δEu，在圍巖中略顯虧損，而在骨骼中虧損不明顯；當沉積物中的Eu虧損時為氧化環(huán)境，當Eu正常時為還原環(huán)境。研究區(qū)Eu為正?；蜉p微虧損，指示氧化環(huán)境。

δCe骨骼中虧損大于圍巖，圍巖輕微虧損，表明骨骼經(jīng)歷的氧化程度高，這一方面說明，骨骼可能是暴露一段時間才被埋藏，另一方面說明骨骼更容易受環(huán)境影響。鈰異常還能反映沉積古水體的氧化—還原條件(王中剛等，1989；Elderfield and Greaves，1982)。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，北美頁巖標準化參數(shù)的所有樣品均Ce/Ce*<1，Ceanom<0，表明圍巖與骨骼的沉積環(huán)境為氧化環(huán)境，而且骨骼的Ce/Ce*<小于圍巖，Ceanom值也小好幾倍，說明骨骼受到的氧化程度更高。

圖8 膠東諸城恐龍化石層稀土元素配分模式圖
Fig. 8 The bone beds pattern map of REE distribution in Zhucheng, eastern Shandong
(a)～(g)中圖例編號對應(yīng)附表1中樣品號
(a)～(g)codes of legend correspond with attached table1

(6)Y的異常：恐龍化石中Y富集(圖8、圖11)，是在骨骼的成巖過程中，由于氟磷酸鈣的吸附所引起的(王中剛等，1998；楊群等，2004)。此外，Y的富集也可以是有機質(zhì)的吸附，在磷酸鹽碎屑中，稀土元素的最高含量產(chǎn)生在富含有機質(zhì)的地方，有機質(zhì)可以與稀土元素形成絡(luò)合物，特別是選擇與Y、Yb等重稀土絡(luò)合。若化石中富集Y而Ca又特別少，說明可能在礦化過程中，此處的有機物分解不完全，殘留有一些有機物，因而引起稀土元素Y的富集現(xiàn)象。Herwartz 等(2011)通過美國雷龍化石稀土元素研究發(fā)現(xiàn)，由骨骼邊緣外圈到中心，REE由最高至降低了4個數(shù)量級，且由新生代向中生代遞減，說明REE的富集主要集中在早成巖階段。

圖 9 膠東諸城不同恐龍化石層圍巖與骨骼化石稀土元素平均值對比:(a)REE、LREE與HRRE平均含量及相互關(guān)系；(b)稀土元素不同比值之間的對比Fig. 9 REE comparison between host rocks and skeleton fossils in different bone beds in Zhucheng, eastern Shandong:(a)-average contents and relationship among of REE, LREE and HRRE; (b)-Comparison among ratio differences of different REE

3.3 微量元素分析

圍巖和骨骼中Ba、Sr、F的含量均高出其他元素2～3個數(shù)量級(100μg/g～15000μg/g)。此外，骨骼中含量較高的有V、U、Zn、Cr、Pb、Co(100μg/g～10μg/g)，Rb、Li(10μg/g～1μg/g)；Th、Nb、Hf、Sn、Cd、Cs(1μg/g～0μg/g)；圍巖中Zr、Cr(>100μg/g)，Rb、V、Zn、pb、Li、Ga、Nb、Co、Th(100μg/g～10μg/g)，Hf、Cs、U、Sn(10μg/g～1μg/g)；Cd最低，小于0.1μg/g。骨骼中Ba、Sr、F、Cd和U含量大大高于圍巖；而Cr、Cs、Hf、Li、Nb、Hh、Rb、Zr遠低于圍巖； Sr / Ba、Co、Ga、Pb、V、Zn含量與圍巖接近(圖11)。

圖10 諸城恐龍化石層骨骼化石與圍巖δCeN與δEuN及∑REE相關(guān)性分析圖解(圖式據(jù)Shields and Stille, 2001)Fig. 10 Correlation analysis diagrams of δCeN, δEuN and ∑REE between fossil bones and host rock in Zhucheng, eastern Shandong

(1)Sr、Ba和Sr/Ba： 骨骼與圍巖中含量均高，但骨骼中含量遠大于圍巖。Ba是蒸發(fā)環(huán)境的量度，骨骼中高的Ba、Sr含量，反映恐龍死亡的環(huán)境與埋藏環(huán)境均處于高鹽度的干旱環(huán)境；其中，又以恐龍澗值Ba、Sr含量最高，其次是臧家莊，而庫溝相對低；Sr含量高出圍巖1～2個數(shù)量級，并且鍶元素的含量在圍巖中和在骨骼中都相當穩(wěn)定，對比三個剖面，骨骼鍶含量與相對應(yīng)的圍巖鍶含量不存在必然的相關(guān)性，而其他多數(shù)元素具正相關(guān)性。統(tǒng)計的地殼沉積巖( 砂巖) 中鍶元素含量為20μg/g (Ittekkot et al.，1990) ，陸生動物體內(nèi)的鍶含量常為14μg/g(張玉光，裴靜，2004)，人體胎兒骨為26.3μg/g～36.6μg/g(鐘廣濤等，1997)；本區(qū)圍巖中Sr的平均含量在171.7μg/g～211.7μg/g，而骨骼中平均含量達到1560～1842μg/g，同河南西峽出露的恐龍蛋化石及其圍巖中Sr異常的情形相同(張玉光和裴靜，2004)。本研究區(qū)骨骼化石中Ba的含量也出現(xiàn)異常，河南西峽恐龍蛋化石與其圍巖的對應(yīng)關(guān)系是圍巖中高，蛋化石中低(張玉光和裴靜，2004)；但在諸城，無論是骨骼化石還是圍巖都較西峽高很多，圍巖中平均值在843～968.5μg/g，骨骼化石中尤其高，平均值達到1701μg/g～8153μg/g。雖然Sr、Ba含量均高，但Sr/Ba比值卻很低， 為絕對的陸相環(huán)境(劉建清等，2007)；圍巖中Sr/Ba比基本相同，均在0.2左右；骨骼中Sr/Ba比也較低，但與圍巖沒有一致的相關(guān)關(guān)系(圖12)。這一是說明當時氣候極其干旱，另外，由于骨骼化石與圍巖經(jīng)歷了基本相同的成巖演變，如果骨骼化石中的Sr是來自埋藏成巖過程的話，骨骼與圍巖中的Sr/Ba比及Sr、Ba含量應(yīng)同前述稀土元素一樣具有相關(guān)性。Sr/Ba比的不一致、與圍巖Sr、Ba含量的非相關(guān)性以及異常高的Sr、Ba含量，只能說明骨骼原始時的Sr、Ba含量就高，而不是后期成巖作用導(dǎo)致的。前述電子探針分析結(jié)果也表明，骨骼中磷灰石礦物的Ba含量遠高于方解石礦物；后續(xù)的ICP-MS微區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，沿骨骼橫截面打點，稀土元素由邊緣向中心逐漸降低，但Sr、Ba等的含量卻未見變化(數(shù)據(jù)處理中)。這些都更加說明晚白堊世的恐龍生活于高Sr、Ba含量的外部環(huán)境中，活著時骨骼體內(nèi)已沉淀了過多的Ba和Sr。

圖11 膠東諸城3個剖面骨骼與圍巖微量元素平均含量對比圖Fig. 11 Comparison on average content of trace elements among three dinosaur taphonomical quarries in Zhucheng, eastern Shandong

(2)F： F含量高，因為F是骨骼的重要組成部分，屬于骨骼的原始成分；骨骼中的含碳酸鹽的羥基磷灰石在后期的成巖氧化過程中逐漸演變?yōu)榉姿徕}，故骨化石中F含量高；巖石中泥質(zhì)含量(蒙脫石、云母)的高低控制了氟的含量，因為它易在泥巖中吸附，故研究剖面細粒的粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖中也有相對高的F含量，另外，這些圍巖中多多少少都含有骨骼化石，在長期的物質(zhì)交換過程中，使圍巖中也具有了較高的F含量。

(3)U： 骨骼與圍巖中含量中等，但骨骼中含量遠大于圍巖。U含量高是由于鈾元素的含量與有機質(zhì)關(guān)系特別密切，有機質(zhì)對U有強的吸附作用。

(4)Cd、V：這組元素為受氧化還原條件影響較大的元素組合。骨骼與圍巖中Cd含量均低，但骨骼中含量遠大于圍巖；V略小于圍巖，Ce強烈虧損，表明化石被強氧化。

圖12 膠東諸城恐龍化石層Sr、Ba含量相關(guān)性分析Fig. 12 Correlation analysis of Sr and Ba of bonebeds in Zhucheng, eastern Shandong

(5)骨骼與圍巖中含量中等，且二者接近：Zn、V、Pb、Ga、Co。

(6)骨骼與圍巖中含量中等，但圍巖中含量遠大于骨骼：Zr、Cr。Al、Ti、Cr、Zr、Ta是典型的親碎屑元素 (劉英俊和曹勵明，1987)，據(jù)此可以判斷這組元素為受陸源碎屑影響較大的元素組合，故圍巖中Al、Ti、Cr、Zr高出骨骼很多倍。

(7)骨骼中含量低，圍巖中含量中等，圍巖中含量遠大于骨骼：Cs、Hf、Li、Nb、Rb和Th。Rb、Th、Hf、Cs等大離子元素等多集中在大陸殼中，而高場強元素Nb 、U、Ti、Sc的負異常是大陸地殼的特征。這些元素是圍巖從母巖中繼承而來的，是圍巖固有的化學(xué)組分，故在圍巖中遠多于骨骼屬于正?，F(xiàn)象。

以上元素分布特征顯示，骨骼與圍巖的地球化學(xué)特征是截然不同的，其相異的原因有多種，有的是由于其原始組成不一樣，有的則是由于埋藏成巖作用所致，還有的是由于外界環(huán)境的改變使恐龍生前便出現(xiàn)了元素異常，總結(jié)如下。

(1)骨骼中稀土元素富集，特別是輕稀土元素富集，Y高正異常，且單個稀土元素含量與稀土總量均高于圍巖，其高稀土及Y含量是在埋藏成巖早期從外界吸附所至；經(jīng)北美頁巖標準化的所有樣品均Ce/Ce*<1，Ceanom<0，而且骨骼的Ce/Ce*<圍巖，Ceanom值也小好幾倍，有輕微的Eu的正異常，表明圍巖與骨骼的沉積環(huán)境為氧化環(huán)境，骨骼受到的氧化程度較圍巖強烈。

(2)、Ba、Sr、F、U、P2O5、CaO含量高且骨骼中遠高于圍巖，這是由骨骼化石自身原始組成決定的；Ba、Sr的高含量來源于恐龍活著時從外界通過食物或水而積淀。

(3)、骨骼中Rb、Th、Nb，K2O、SiO2、Al2O3、TiO2遠低于圍巖，Zr、Hf、Na2O、MgO低于圍巖；且在磷灰石礦物中僅含微量Na、K，Mg含量很低；方解石礦物中含少量K、Na、Mg；說明骨骼生命元素K、Na、Mg含量低，成巖過程中K丟失，僅有較少的Na和Mg進入骨骼中，而其他元素遠低于骨骼是因為這些元素主要是繼承母巖而來，賦存在圍巖中。

(4)骨骼中MnO略高于圍巖、(Fe2O3+FeO)T略低于圍巖，Pb與圍巖含量相近。骨骼化石中MnO主要賦存于方解石礦物中，這通常是在干旱環(huán)境下，在早成巖期，Mn+2在地下水的作用下使恐龍骨骼空腔或裂縫內(nèi)形成Mn(OH)2所致，而晚成巖期被氧化為MnO2，MnO2可進一步轉(zhuǎn)變?yōu)檐涘i礦(pyrolusite)(Pfretzschner and Tütken，2011)。

通過對骨骼與圍巖元素地球化學(xué)的分析，還可以進一步探討以下地質(zhì)問題。

4 分析與討論

4．1 四個化石點在地層中的相對位置

通過電子探針資料及全巖樣品的常量、稀土、微量元素分析表明，4個化石點的骨骼成分基本相似，以磷灰石和方解石為主，據(jù)此可判別4個化石點埋藏成巖演化階段一致，恐龍化石埋藏層位非常接近。但礦物組成及主要礦物磷灰石和方解石中元素組成有微小差別，這種差別體現(xiàn)了恐龍原始組成與成巖變化后組成的不同：石英單礦物的有無和Al2O3、SiO2、MnO、BaSO4含量的高低可反映成巖程度；電子探針所揭示的4個剖面化石礦物組成中，庫溝和西見屯的化石所含礦物種類更接近，除了方解石、磷灰石外，還有少量鐵質(zhì)礦物及石英顆粒，庫溝骨骼磷灰石中Al2O3、SiO2含量最高，恐龍澗骨骼化石中Ba、Mn、S等較突出，含有BaSO4晶體礦物，并有MnO晰出；其次，臧家莊骨骼化石中Al2O3、SiO2含量最低；第三，分子風(fēng)化率指數(shù)指示臧家莊圍巖及骨骼土壤化程度最低；第四，骨骼化石中臧家莊稀土元素含量最高，表明臧家莊骨骼經(jīng)歷的埋藏過程最淺；由此可以初步認為，庫溝可能位于最底部層位，西見屯與庫溝更接近，之上是恐龍澗，臧家莊處于最上部，進一步的證據(jù)還在繼續(xù)取得。

4．2 埋藏環(huán)境分析

δCe的負異常和δEu的輕微正異常指示骨骼埋藏成巖環(huán)境為氧化環(huán)境。圍巖中較高及骨骼中極高的Sr、Ba含量及極低的Sr/Ba，說明其埋藏環(huán)境為炎熱干旱、鹽度較高的咸化環(huán)境，加之紫紅色沖積扇相砂礫巖及漫流泥巖的普遍存在，巖層中鈣質(zhì)古土壤與鈣質(zhì)結(jié)核的發(fā)育(柳永清等，2011)，都指示著諸城恐龍化石埋藏時代為干熱的咸化環(huán)境。方解石礦物中MnO的存在也指示了干旱條件下的淺成巖作用(Pfretzschner and Tütken，2011)。

4．3 物源分析

圍巖中極大部分微量元素，除Ba、Cr高于上地殼，Th與上地殼相近，Pb略低于上地殼外，如Li、V、Cs、Co、Ga、Rb、Sr、Y、U、Zn的含量較地殼粘土巖中微量元素的平均含量明顯偏低，而Zr等具明顯陸源性質(zhì)的元素含量高于粘土巖中的平均值，Hf則基本相當，Nb的負異常是大陸地殼的特征，表明圍巖物質(zhì)主要來自陸源。

Bhatia(1985)認為，沉積巖中Th/U和La/Th比值等也是確定物源類型的重要標志，當Th/U值約為2. 5～3時其源巖主要為島弧火山巖；Th/U值約為4. 5時，其物源主要以沉積巖為主，可能有島弧火山碎屑巖的混入；當Th/U值約為6時，可以肯定其物源主要是再旋回沉積巖，且源巖可能存在Th的礦化(釷石，獨居石)。本區(qū)Th/U值約1.3～7.84，平均5.4；反映主要為沉積巖來源，從源區(qū)判別圖解也可得出以沉積巖源為主，但也有長英質(zhì)火山巖及花崗巖物質(zhì)混入的特點(圖13，14)。

其次，通過研究區(qū)圍巖稀土元素配分模式與青山群火山巖配分模式相比較發(fā)現(xiàn)其具有幾乎完全一致的特征，表明諸城王氏群的物源來自其下伏青山群和萊陽群。結(jié)合北東—南西的古流方向及王氏群沉積時膠萊盆地西高東低的古地理面貌，可以清晰地刻劃出恐龍埋藏時的場景：王氏群沉積時，膠萊盆地為一個呈北東—南西走向的氧化寬淺湖，以膠州為界諸城和萊陽分別為兩個沉積沉降中心。

圖13La/Yb— ΣREE圖解(據(jù)Allegre,1978)Fig. 13 La/Yb— ΣREE diagram (After Allegre,1978)

圖14 Hf—La/Th源巖判別圖解Fig. 14 Trace discriminative diagram of Hf—La/Th(After Floyd et al., 1990)

4．4 恐龍死因探討

晚白堊世恐龍化石多個集群埋藏點的發(fā)現(xiàn)表明，恐龍的集群死亡絕不可能僅僅是偶然事件或單一原因所為。對恐龍骨骼化石的地球化學(xué)研究揭示骨骼中往往富集REE、Y、Ba、Sr、Ba元素，特別是在T/K界線附近(Samoilov，2001)?；蛟SBa、Sr的異常高含量僅是導(dǎo)致晚白堊世晚期恐龍死亡的直接原因，而晚白堊世時期地球上極端干旱的氣候才是其集群死亡的主要原因。這是因為：

(1)K2時期，地球環(huán)境已然非常惡化，首先是干旱，湖泊水域越來越小，有些地方可能完全干涸，使適于生活于此的恐龍(特別是鴨嘴龍這類喜歡在湖邊生活的恐龍)的生存空間越來越小，水質(zhì)越來越差，植被也越來越少，水生生物和種類也在不斷減少，其食物也越來越難以獲得。

(2)諸城王氏群下部物源來自青山群，而青山群主要由中酸性火山巖夾沉積巖組成，其中具有高Sr含量的特點；干旱的氣候下，導(dǎo)致物源中的Sr得不到很好的稀釋和遷移轉(zhuǎn)化，而且水體、土壤中Sr、Ba含量的會越來越高，因此，K2時期，諸城的生態(tài)環(huán)境中Sr含量異常。ICP—MS微區(qū)分析結(jié)果表明沿骨骼化石橫截面Sr含量基本不變，圍巖中Sr、Ba含量呈正相關(guān)而骨骼中不相關(guān)的現(xiàn)象表明，骨骼中Sr的來源不是死后埋藏過程中從外界環(huán)境中獲取的，而是恐龍自身的元素組成。攝入過多的Sr和Ba都是非常有害的。

(3)在這種極端環(huán)境下，干旱、地表環(huán)境的高Sr、Ba含量，導(dǎo)致食物、淡水的匱乏，以鴨嘴龍為主體的恐龍動物群餓著肚子、喝著咸水，最終難于生存下去而大范圍地死去，它們死后，肉身很快被腐爛分解，堆堆白骨散布在荒野中。一場突發(fā)的洪水或泥石流將這些白骨帶出山谷，骨骼七零八落散布在沖積平原上，之后不久，又被新的泥石流所覆蓋，有的被帶到更遠的洼地被埋藏起來。

(4)從世界185個恐龍化石點所統(tǒng)計的恐龍可能死因計有13種，直接由于干旱或是由干旱氣候下引發(fā)的泥石流、洪水等原因死亡的占35%(Rogers et al., 2007)，而晚白堊世恐龍的集群地發(fā)現(xiàn)最多，從中國的二連到廣東的南雄(趙資奎等，2009)、河南的西峽等(張玉光和裴靜，2004)，到北美—美國的猶他州和加拿大，晚白堊世恐龍的埋藏均體現(xiàn)了干旱氣候的特點(Wood，1988；Brinkman，1990；Eberth，1990；Fiorillo，1991；Rogers et al., 2007；Eberth and Currie，2010)。因此，晚白堊世恐龍的集群死亡和埋藏不是偶然事件，而是自然環(huán)境惡化的必然結(jié)果。與此相對應(yīng)，在膠萊盆地早白堊世時期，氣候溫曖潮濕，各類恐龍的足跡化石發(fā)育，展現(xiàn)了一幅適于恐龍生存的圖景(曠紅偉等，2013)。從早白堊世早期到晚白堊世晚期恐龍化石出土類型的變化及其對應(yīng)沉積環(huán)境的特點表明(楊鐘鍵，1958)，白堊紀地球外部生態(tài)環(huán)境在發(fā)生顯著變化，從早期的湖泊廣布、寬緩的湖濱—三角洲發(fā)育(任鳳樓等，2008)到晚期沖積扇泥石流遍地(柳永清等，2009，2010)，從早期的溫暖潮濕的適宜氣候到干旱炎熱難捱的惡劣氣候，這種地球外部環(huán)境的變化正是早晚白堊世之交地球內(nèi)部發(fā)生劇變，在表生生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)，也向我們預(yù)示著恐龍終結(jié)時代即將到來。

4．5 埋藏成巖機制探討

(1)群棲——生存環(huán)境惡劣，干旱少雨，植被稀少，暴洪或泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)——群亡。

(2)暴尸荒野，有機質(zhì)腐爛后，被洪水或泥石流搬運，帶到山谷開闊地或低洼地埋藏。

(3)暴露不久，骨骼未受昆蟲或其他生物破壞；但還是有一定的時間，因為骨髓腔內(nèi)已出現(xiàn)了干縮作用形成的微裂隙；有搬運，因為骨骼有定向排列，但搬得不遠，因為骨骼受磨損少；埋藏不深，因為一直處于較氧化的環(huán)境；其原始組分和結(jié)構(gòu)保存較好，高REE含量等均說明經(jīng)歷成巖作用也不太強，但有三次方解石的充填成巖過程。

(4)骨骼成巖后未經(jīng)歷大的構(gòu)造變動，但小的地質(zhì)用還是存在的，一是圍巖中大量小斷裂的發(fā)育，二是骨骼中橫裂紋的出現(xiàn)，顯然是成巖后產(chǎn)生的。

(5)集群死亡的可能原因：直接原因為攝入了過量的Sr、Ba；間接原因為晚白堊世氣候與生態(tài)環(huán)境的惡化。

5 結(jié)論

(1) 諸城骨骼化石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為骨骼主要組分為方解石與磷灰石，常量元素以P2O5及CaO的含量占絕對優(yōu)勢，庫溝和西見屯的骨骼化石中含少量鐵質(zhì)礦物及零星石英顆粒，恐龍澗化石中含少量Mn及重晶石(BaSO4)，方解石和磷灰石中元素含量的差異反映了骨骼原始組成與成巖后組成的變化及成巖過程中的物質(zhì)交換。骨骼與圍巖組分相差很大，有些是骨骼中固有的正常組成，表現(xiàn)為骨骼中為高值、圍巖中低值，如Ca、P、F等；有些是圍巖中母巖風(fēng)化產(chǎn)物，在骨骼中為低值、圍巖中為高值或組成較固定，如Rb、Th、Nb、SiO2、Al2O3、TiO2、Zr、Hf低于圍巖；有些組分是骨骼早期埋藏過程中受有機質(zhì)、磷灰石等的影響而在外界環(huán)境中吸附富集的，如稀土元素、U、Y等；但骨骼中Sr、Ba的異常高值不是骨骼埋藏后從外界吸附的，而是恐龍生前攝取的。Sr、Ba的異常高值很可能是恐龍死亡的直接原因，而干旱很可能是諸城恐龍死亡的根本原因，其受控于全球晚白堊世總體惡化的自然環(huán)境。

(2) 通過對諸城恐龍化石及圍巖的薄片、電子探針、常量、稀土元素、微量元素的分析表明：4個化石層存在上下關(guān)系，分別對應(yīng)不同的巖石層位，庫溝化石層位于最下部，其上為西見屯、恐龍澗，最上部的是臧家莊。

(3) 稀土元素含量及配分模式、主量元素及微量元素特征表明，諸城恐龍化石層的物源來自其下伏青山群與萊陽群，具有北西往南東的古流向，這與王氏群晚期西高東低的古地理格局及骨骼化石長軸方向總體為南北向的排列樣式一致。

(4) 通過元素地球化學(xué)特征的分析，也為我們提供了恐龍埋藏環(huán)境的信息：4個化石層總的成巖演變過程是相似的，化石的成巖演變僅處于方解石化及磷灰石化階段，處于早期成巖階段；其中，Na的丟失、低的Mg含量、高Sr、Ba含量與低Sr/Ba比值，骨骼化石骨髓腔內(nèi)與哈弗斯管中MnO、FeO的富集和充填，以及局部出現(xiàn)的BaSO4，都向我們指示著一個咸化湖泊的存在，而δCe負異常及δEu輕微正異常，加之骨骼都賦存于黃綠色砂礫巖與灰色、紫紅色鈣質(zhì)泥巖與灰質(zhì)土組成的沖積扇環(huán)境中，表明骨骼化石埋藏于氧化界面以上的淺水咸化湖泊水下碎屑流環(huán)境。