王秋軍 馬福軍 董俊玲

宜昌峽東地區(qū)古生物之美

王秋軍 馬福軍 董俊玲

宜昌的水彩畫

享有“三峽明珠·世界電都”美譽之稱的宜昌，是湖北省西部一座聞名中外的美麗城市。宜昌市境內地形復雜多樣，崇山峻嶺、峽谷交錯，以山地占69%、丘陵占21%、平原占10%構成了“七山、二丘、一平”的地質地貌特征。湖北宜昌地區(qū)由于發(fā)育了很好的新元古代——中生代地層，早在1924年就被廣大地質工作者所重視。在最近的幾十年中，先后有不少地質工作者對宜昌地區(qū)的地層劃分、沉積環(huán)境和古生物化石做了許多細致而重要的研究工作，使這一地區(qū)因多個“金釘子”一躍而聞名于中外地質界。作為研究地質學及古生物學的學子，早就對號稱具有新元古代至中生代各個地質時代經典地層剖面的宜昌峽東地區(qū)傾慕不已，仿佛不親自去走一趟、看一遍，人生便有遺憾似的。在秋意盎然的10月，我們有幸參加了由中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱“南古所”）組織的2013年研究生野外現場教學，該項目是在國家自然科學基金委特殊學科點基金和現代古生物學和地層學國家重點實驗室的支持下，由南古所每兩年組織一次，通過科研人員的指導，讓新一代的地質學學子對我國前寒武紀至中生代一系列經典野外剖面進行系統(tǒng)考察，提高學生的野外實踐能力，并逐步培養(yǎng)他們對地質工作的熱情和興趣。2013年的實習主題為“三峽地區(qū)前寒武紀至中生代地層與古生物認識和了解”，從10月28日至11月4日，雖然只有8天時間，但卻是一次地質時期的跨越，從南華系的蓮沱組飛躍到中侏羅世的泄灘組；更是一次時間的穿越，不同地層中栩栩如生的生物化石似乎在詮釋著地球6億年以來的滄桑巨變。這次宜昌峽東地區(qū)的地質之旅，我們既領略了秀美的自然風光，更欣賞了古生物的獨特魅力！

古老的微生物化石——核形石

10月29日，雖然天空下著蒙蒙細雨，整個宜昌籠罩在輕如薄紗的茫茫白霧中，但絲毫沒有動搖我們參加實習的激動和好奇。一大清早，我們準備好出野外的物品就跟隨南古所的指導老師去參觀了新元古代巖相和生物相的演變。通過指導老師的現場解說，我們既見識了海相地層中的凝灰?guī)r夾層、與冰川有關的冰磧礫巖、富含疑源類化石的硅質結核和鍋底狀透鏡體灰?guī)r，也加深了對交錯層理、巖性互層等地質現象的認識。其中朱茂炎老師詳細的為我們解說了“蓋帽白云巖”的形成及其相關地質事件，讓我們既對“雪球事件”有了更多的興趣，也感嘆他知識的淵博！

對于學習古生物學的我們來說，最讓我們欣喜的還是能遇到好的化石標本。也許是上天的眷顧，下午參觀石牌組時在路邊的碎石中意外撿到一塊含有多個圓形的印痕標本。心里除了高興外，也更想探究下它的真實身份，南古所李國祥老師略賣關子的告訴我們它是核形蟲，并系統(tǒng)的介紹了它的成因和成分。核形蟲的形成與當時全球氣候發(fā)生強烈的分異有關，像在石炭紀時，由于氣候的強烈分異導致的大規(guī)模冰川活動使全球水圈中的水大量儲集在大陸冰蓋上，從而引起了全球海平面的普遍下降，使得陽光、溫度、海水深度和攪動強度等條件都非常適合海水中藻類的發(fā)育和生長，因而在全球很多地方形成了大量的核形蟲。晚上回到住處后通過查閱相關資料，心里對核形蟲有了一個更清楚的了解。原來，核形蟲（oncolite）是一種微生物包粒化石，最早由Arnold Hemi在1916年提出，由核心和包殼兩部分組成，因其形狀像果核，故稱為“核形蟲”。核心是核形蟲形成的基礎，決定其包殼類型及外部形態(tài)，主要為藍細菌碎片、菌類粘結體、灰?guī)r屑、生物碎屑等物質；包殼圍繞核心呈層狀分布，近同心多層環(huán)狀、單層環(huán)狀或不規(guī)則狀分布，有泥晶紋層、富菌紋層及含生物紋層三種類型。核形蟲作為微生物碳酸鹽巖的一種重要顆粒類型，長期受到地質學家的廣泛關注。已有的研究表明：從前寒武紀到第四紀、在海相和陸相的動蕩水體環(huán)境中均有核形蟲發(fā)育，一般存在于碳酸巖沉積中，也可形成于其他水體沉積物中；海相環(huán)境中可出現在水動力較強的淺灘、水動力弱的潮間帶、潮下帶及瀉湖；陸相環(huán)境中可出現在河流、三角洲、沼澤和湖泊中。近年來，隨著微生物碳酸鹽巖研究的不斷深入，有關核形蟲的研究再次成為沉積學研究的熱點之一。根據核形蟲的分布和特征，可以推斷或恢復沉積體的成巖強度、歷史和環(huán)境，確定古構造單元的界線以及了解不同古構造塊體的關系。此外，核形蟲的變化，不僅可作為區(qū)域地層劃分和對比的依據，也是恢復古氣候的重要指標。實習的第一天就撿到這么好的一塊化石標本，心里除了高興外，更期待第二天能有更多的收獲！

海中仙女——海百合

前一天撿到的化石寶貝讓我對第二天充滿了更多的期待，所以早上一起來就迅速的吃完飯去等車。我們當天實習的主題有兩個：（1）奧陶紀末生物滅絕事件的識別與初步分析，（2）奧陶——志留系黑色頁巖的劃分與對比。從寒武系的西陵峽組至奧陶系的寶塔組，南古所李越老師帶領我們看了許多地質現象，像西陵峽組的燧石條帶和交錯層理、南津關組的刀砍紋結構、以及分鄉(xiāng)組的生物礁等，豐富了我們從課本上所學到的知識。在參觀地質現象的同時，我們還認識了許多不同的海相化石，如紅花園組的海綿、觀音橋組的腕足動物等。在早奧陶世的分鄉(xiāng)組我們發(fā)現了一塊含海百合莖干化石十分豐富的灰?guī)r，由于較少受到環(huán)境等因素的干擾，當前海百合的一些莖干化石能見到一些清晰的形態(tài)特征?！按蠹抑篮０俸鲜悄囊活惢瘑幔俊敝笇Ю蠋熉燥@神秘的微笑燃起了大家討論的激情，原來海百合有著植物一樣的名稱，但卻是一種棘皮動物。

圓形核形石

看似植物而非植物的海百合，就如一株株亭玉立的百合花，優(yōu)美的容貌配上優(yōu)雅的名字，讓它更討人喜愛。它們就如當今的珊瑚一樣，是生活在海洋中的一種動物；然而，那確是遙遠的遠古時代，遠到了離現在至少有4.5億年的奧陶紀。海百合是一種最古老的棘皮動物，具多條腕足，身體呈花狀，表面有石灰質的殼。如今，我們只能在深海里見到它們美麗的身影，現生海百合分為無柄和有柄兩種，從潮間帶到深海都有分布，喜歡清澈的海水。無柄海百合營漂浮或暫時性附著生活，而有柄海百合常營固著生活，一輩子扎根海底，遭魚群蹂掠，一些被吃掉“花兒”的海百合從此不再婀娜多姿，落下悲慘的結局。原地或近原地保存的海百合化石，由于較少受到海水等環(huán)境的干擾，保存了它們原有的形態(tài)和結構，具有很高的科研和欣賞價值，既是地質學家研究古環(huán)境的材料又是收藏家的珍品！在石炭紀時，海百合數量龐大，品種繁多，它們像草地一樣大面積的覆蓋大洋，后因地史時期多次的滅絕事件，大多數的海百合滅絕，現代海洋中還只剩600余種，一些由于具有鮮艷華麗的外表而被尊稱為“海中仙女”。在峽東地區(qū)見到的海百合常是散亂保存的莖環(huán)，由海百合莖組成的生物碎屑灰?guī)r常被美其名曰“百合玉”或“寧河玉”，用它雕琢的工藝品不但美觀而且奇特，就如一朵天然的鮮花，栩栩如生，恰似畫家筆下綻放的百合花。

婀娜多姿的海百合

古海洋巨無霸——角石

10月30日雖然細雨不斷，但早上許許多多精美的化石讓我們依然是激情高漲，每到一個地方，大家都紛紛下車去尋找著化石。在紅花園組，我們見識了許多海綿化石，像托盤海綿、石海綿等。接下來指導老師帶領我們參觀了長江三峽的國家地質公園，雖然是一塊很小的地方，但在相距不到20公里的距離卻存在2枚“金釘子”：王家灣上奧陶統(tǒng)赫南特階底界“GSSP”和黃花場中奧陶統(tǒng)底界暨大坪階底界“GSSP”。除了見識了“三角波羅的海牙形蟲”的真面貌，還遇見了古海洋巨無霸——角石。指導老師的講解讓我們又多了一份積淀，也讓我們更清楚的認識了角石：雖然形如寶塔，但角石卻是一種生活在遠古時期黑暗幽深海洋中的古無脊椎動物，由于頭部具有用于捕食和游泳的觸手（又稱“觸足”），故被古生物學家稱為頭足類動物，距今至少已有4.5億年的歷史，今天我們所見到是由角石外套膜分泌形成的鈣質或角質外殼。角石在宜昌有著廣泛的分布，像黃花鄉(xiāng)的黃花場、分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的王家灣，以及秭歸縣的泄灘鄉(xiāng)和遠安縣的茍家埡鎮(zhèn)等地都曾發(fā)現過角石化石。

作為頭足類的先祖，角石遇到獵物時會像烏賊一樣向前噴出水柱，借助回流輕易獵殺成群的魚類。它們的外殼不一定都是光滑的，許多種類殼的外表面發(fā)育有不同的紋飾，如結節(jié)、瘤、各種橫紋、豎紋等，這些都是重要的分類鑒定依據。保存完整、構造清晰的角石，不但具有很高的科研和觀賞價值，還常用于地質地層的對比劃分。我國角石化石資源非常豐富，在我國南方的奧陶紀地層中，除了盤角石、米契林角石外，還有我國特有的中華震旦角石（Sinoceras chinense）。后來參觀“三游洞”地質地貌特征時聽南古所的李國祥老師講解才知道，中華震旦角石可不同凡響：它最早由南古所陳挺恩教授1998年在長江三峽的宜昌地區(qū)發(fā)現，主要產自我國的湖北和湖南等地區(qū)的奧陶紀地層，是一種生活在4.4億年以前的兇猛食肉性動物，屬頭足類鸚鵡超目，在奧陶紀的海洋中是一種常見的動物。由于它只產于中國，是中國特有的化石之一，所以使用了古印度對中國的稱謂——震旦（Sino）一詞來形容它的珍貴。殼體呈圓錐至圓柱形，因其形似筍，又稱三峽石筍，最長可達1米左右。億萬年的沉積演化，使它有了如玉般的瑩潤典雅與高貴。打磨后猶如佛光中的寶塔，高貴典雅，光彩照人，常作為觀賞用的展覽品，故又名為“寶塔石”。

寶塔狀的角石

面前的角石不僅是一種視覺享受，更是地球遠古時期的解說員。4億多年前，整個地球大部分被海洋覆蓋，角石在海洋中歡快的嬉戲玩耍，一場天災突襲而來，成群的角石被泥沙掩埋壓實。然而，隨著時間的流逝，它們的軟體部分如內臟和觸手逐漸腐爛分解，硬殼石化成為石灰質硬鞘?？吹矫媲熬赖幕?，我們不得不感嘆：三峽經歷了多少滄海桑田的變化，才創(chuàng)造出世間如此美好的珍品。

巖石中的筆記——筆石

看見我們邂逅到如此多的化石標本，上天可能也有了些羨慕和嫉妒，下午的雨下的越來越大。即使老天如此，但同學們絲毫沒有一點疲倦。在五峰組的一個露頭，同學一下車子就都掄著地質錘在剖面上敲打起來，不知誰的一句“好多的化石”更點燃了大家的激情。帶隊的南古所樊雋軒老師讓我們在學習的道路又向前邁出了一步，聽他講解才明白：原來這些黑黑的碳質薄膜是筆石，它們在古環(huán)境恢復和地層劃分對比中起到了重要的作用。像在宜昌志留系的黑色頁巖中，隨意敲開山坡上的地層，就能發(fā)現豐富的筆石化石，這既不是山村學童的畫跡，也不是殘枝孤葉的遺跡，而是一種遠古時期早已絕滅的海洋古無脊椎群體動物，距今約有4.3億年歷史。被壓扁成碳質薄膜保存的筆石就像鉛筆在巖石層上描繪的痕跡，因此被科學家稱為“筆石”。樊雋軒老師詳細的為我們解說了筆石，既讓我們對這些黑黑的碳質薄膜有了一份更多的喜愛，也感嘆他將數學方法與地史時期的生物滅絕事件相結合的奇妙！

巖層中的筆石

筆石是對筆石綱化石的統(tǒng)稱，隸屬于半索動物門，存在于中寒武世——早石炭世，由筆石蟲體組成，它們所分泌的骨骼能形成大小為幾厘米或幾十厘米的筆石體（rhabdosome），較大的可達70cm或更長。筆石體由胎管和胞管組成，最初都由一個圓錐形的胞管生出，以出芽的方式繼續(xù)生長，可形成樹狀、網狀、絲狀、耙狀和柵狀等十分美觀的多種形態(tài)，像筆石體和筆石簇等。以往的研究認為筆石體的主要成分為幾丁質，然而1966年Foucart和Jeuniaux對筆石的透射電鏡讓我們認識了它們的“廬山真面目”：筆石骨骼中不含幾丁質，但有甘氨酸、丙氨酸等多種氨基酸，這些氨基酸可能來源于硬蛋白，而骨骼外表面上的蛋白骨膠原很有可能是骨膠原。因此，筆石體的成分似乎是一個非幾丁質的有機物。保存為化石的一般是胞管的外殼，峽東地區(qū)的筆石化石較多，其中比較出名的有宜昌單筆石。

根據它們自身的骨骼構造特征，筆石化石一般分為6個目：樹形筆石目（Dendroidea）、管筆石目（Tuboidea）、腔筆石目（Camaroidea）、莖筆石目（Stononoidea）、甲殼筆石目（Crustoidea）和正筆石目（Graptoloidea）。常見的有樹形筆石和正筆石，其次是管筆石。其中大部分的樹形筆石因為有固定的根等構造在海底營底棲固著生活，而正筆石和少部分的樹形筆石因具有“胞管”和絲狀體“線管”等構造在水中營漂浮生活。筆石由于演化快，分布廣，因此很多屬種也是世界范圍內劃分和對比地層的重要化石之一。其中的正筆石由于演化迅速、地理分布廣，成為奧陶紀、志留紀和早泥盆世的標準化石之一。

花狀動物——珊瑚

10月30日是充實的一天，也是匆忙的一天。下午4點多時，我們一路的急行軍趕往了羅惹坪組。雖然林間小道就如蜿蜒輾轉而去的絲帶，但就在這約1米寬的小路上，我們撿到了很多古生物化石，除了形態(tài)奇特的五方貝外，還有很多漂亮的珊瑚?？吹酱蠹颐媛镀诖臉幼樱笇Ю蠋熞布尤肓宋覀兊男辛?，南古所的樊雋軒老師不愧是慧眼識“珍珠”，在暗色的灰?guī)r中發(fā)現了很多與圍巖并不是特別明顯的珊瑚化石。雖然珊瑚是一種腔腸動物，然而像盛開花朵一樣的外貌讓它們有了一個很好聽的名字——“花狀動物”。珊瑚化石，又有“石柱子”或“珊瑚玉”之稱，它們在生長過程中分泌鈣質形成殼架，死亡后在沉積物中經石化作用變成如今的化石。常見的珊瑚化石分為單體珊瑚和復體珊瑚，小的單體珊瑚只有幾毫米，大的能到幾十厘米，通常有體壁圍繞，表面飾有粗細不等的皺紋，但在進化程度比較高級的單體珊瑚中體壁卻退化。復體珊瑚常以致密的塊狀體或細弱的叢枝狀出現，有的是由許多細小的珊瑚個體組成，有的是從母體的軸部或側方以分芽的方式而形成，而相互連通的孔或管、共骨組織以及間隙管等將各個珊瑚個體相互貫聯。聽老師講解后才知道：原來現在我們所看到的只是珊瑚的骨架，這些羽針、羽簇或羽榍已經被無數細微的方解石或文石充填。珊瑚形態(tài)與它們自身的縱列和橫列骨骼單元緊密相關，在不同地史時期的各類珊瑚中，骨骼單元分別以不同的方式配列組合，或派生出其他的組織結構，從而出現形形色色的骸體形態(tài)。由于下雨的原因，龍馬溪組——羅惹坪組一行就如匆忙的急行軍，凍雨加寒風，讓我們冷的瑟瑟發(fā)抖；但老師們淵博的知識和體貼的關心讓我們內心倍感溫暖。此外，一路上大家都采集到了很多值得收藏的珊瑚、五方貝等化石，可以說是收獲頗豐。

復體珊瑚

在實習的前兩天，指導老師帶領我們考察了前寒武紀——中生代的經典剖面，通過南古所老師結合具體問題的講解，我們在實習中既熟悉了不同地層的劃分，了解了不同時期的地質事件，更認識了許許多多穿越萬古千秋的海洋生物化石?！盎腿绲厍虻奈淖?，它記錄了地球的演變歷史”，四億多年前的宜昌峽東地區(qū)總體上是一片氣候溫暖、海水湛藍的大海，充足的陽光和豐富的營養(yǎng)使得營漂浮或底棲固著生活的角石、筆石、海百合、珊瑚、三葉蟲、菊石等大量生物生存，正是這些珍貴的化石為我們勾畫了史前海洋生物的奇妙景觀。經歷了4億年的等待，滄海桑田漫長的演變，只為了今天的邂逅。這些保存完好、彌足珍貴的化石，仿佛在訴說它們輝煌的過去。雖然野外教學只是8天時間，但各位老師淵博的知識和豐富的古生物化石既打開了我們的視野，又增添了我們對地質工作的興趣和愛好。更難得可貴的是：戎嘉余院士的“矢志不渝、百折不撓”讓我們知道了在以后的地質科學事業(yè)上要不畏艱難，勇攀高峰！

在這次野外現場教學中，南古所各位老師提供了許多的幫助和支持，同時也向我們傳授了很多的知識，在此向他們表示真誠的謝意！同時也感謝蘭州大學孫柏年教授給予這次寶貴的實踐機會和提供的幫助以及支持！文章中部分照片來自南古所的馬譞和楊慧寧同學，同時也向他們表示感謝！做為在西部高校長期學習陸相地層的我們，很榮幸有機會能參加這次野外現場教學！

作者單位：蘭州大學地質科學與礦產資源學院

戎嘉余院士在給同學們講課