陜西漢中梁山實(shí)習(xí)基地大南溝剖面寒武系灰?guī)r層化石組合及地層對(duì)比

羅 梅,劉 璠,胡亞洲,陳延龍,張志飛

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/早期生命與環(huán)境陜西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710069)

在長(zhǎng)達(dá)46億年的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期中,寒武紀(jì)(距今約5.41～4.85億年)是顯生宙地球生物發(fā)生巨變的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期,它不僅是地球上重要的成磷時(shí)期,也是大氣氧含量和海洋氧化還原條件發(fā)生快速變化的時(shí)期[1]。在寒武紀(jì)初期,地球上發(fā)生了劃時(shí)代意義的生命演化事件——寒武紀(jì)生命大爆發(fā),它是地質(zhì)歷史上最重要的后生動(dòng)物起源和快速輻射事件[2-4]。以寒武紀(jì)大爆發(fā)為界限,地球漫長(zhǎng)的歷史可以劃分為隱生宙和顯生宙。隱生宙以單細(xì)胞微生物和菌藻類為主體構(gòu)成了穩(wěn)定簡(jiǎn)單的原始生產(chǎn)者-分解者驅(qū)動(dòng)的地球生命系統(tǒng),而顯生宙則以宏體多細(xì)胞動(dòng)植物為主體構(gòu)成了生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者相互作用、復(fù)雜多變的地球生命系統(tǒng)[5]。

國(guó)內(nèi)外寒武紀(jì)地層分布非常廣泛,第二世、苗嶺世和芙蓉世在全球各個(gè)大陸板塊上發(fā)育齊全[6]。但埃迪卡拉紀(jì)—寒武紀(jì)過(guò)渡時(shí)期的地層只在華南、西伯利亞、阿瓦隆等幾個(gè)大陸板塊的局部地區(qū)發(fā)育完整連續(xù)[1]。值得驕傲的是我國(guó)華南寒武系四統(tǒng)發(fā)育齊全,建有多個(gè)國(guó)際寒武紀(jì)界線層型剖面[6]。這些寒武紀(jì)地層既有臺(tái)地相沉積,也有斜坡相沉積和深水盆地相沉積,化石資源豐富,成為我國(guó)引領(lǐng)全球研究寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期生物面貌、生態(tài)群落最重要的區(qū)域資源。我國(guó)寒武系賦存布爾吉斯頁(yè)巖型生物群[7-12]、奧斯坦型動(dòng)物群[13-15]以及小碳化石[16-19]等,成為影響和推動(dòng)全球研究地球動(dòng)物門類起源和寒武紀(jì)大爆發(fā)的重要材料保障[5，20]。

陜南漢中、寧強(qiáng)、鎮(zhèn)巴等地區(qū)一直是元古代末期至寒武紀(jì)早期古生物和環(huán)境研究的熱點(diǎn)區(qū)域[21-38]。該區(qū)域內(nèi)出露有非常好的埃迪卡拉紀(jì)、寒武紀(jì)地層,尤其以埃迪卡拉系燈影組和寒武紀(jì)早期地層最為典型,作為我國(guó)相關(guān)地層的層型剖面所在地,吸引了大批古生物及地質(zhì)專家探索。這些地層產(chǎn)出包括以管狀化石、瓶狀化石等為主的高家山生物群[21-26]，以寒武紀(jì)胚胎、幼蟲和水母狀化石為代表的寬川鋪生物群[27-29]。此外,同期的西鄉(xiāng)生物群發(fā)育分異度和豐度均較為豐富的小殼化石,包括各種刺胞動(dòng)物[30-31]、蠕蟲狀化石[32-33]、蛻皮動(dòng)物[34]等。所有這些賦存在灰?guī)r或磷灰?guī)r中的化石為了解寒武紀(jì)大爆發(fā)與早期殼體礦化的發(fā)生過(guò)程和寒武紀(jì)早期生命的起源演化及其生態(tài)環(huán)境提供了重要窗口。

燈影組頂部出露的楊家溝段是一套薄層發(fā)育、研究力度薄弱的碳酸鹽巖地層,其頂部砂屑灰?guī)r發(fā)育有明顯的顆粒狀生物碎屑,產(chǎn)出少量殼體化石,早期被認(rèn)為屬于寒武系紐芬蘭統(tǒng)幸運(yùn)階[35]。陜南西鄉(xiāng)楊家溝段、鎮(zhèn)巴地區(qū)西蒿坪段以及寧強(qiáng)寬川鋪組均為前寒武紀(jì)末期燈影組頂部出現(xiàn)的一套碳酸鹽巖生物碎屑灰?guī)r和含磷白云巖地層,富含個(gè)體較小的碎片狀化石,通常被認(rèn)為屬于同沉積地層,代表寒武紀(jì)最早期沉積。它們?cè)谌A南板塊西北緣發(fā)育廣泛,有大量的報(bào)道和化石記錄[39-48],代表前寒武紀(jì)由藻類、藍(lán)細(xì)菌和多細(xì)胞埃迪卡拉生物發(fā)展到大量、多門類具有生物礦化的帶殼動(dòng)物化石的重要地質(zhì)轉(zhuǎn)折時(shí)期[49-50],是動(dòng)物界由無(wú)骨骼向有骨骼演化的一次巨大地質(zhì)變革,也是地質(zhì)歷史發(fā)展由震旦紀(jì)(埃迪卡拉紀(jì))進(jìn)入到顯生宙寒武紀(jì)的開始。早期已有學(xué)者對(duì)于陜南地區(qū)前寒武紀(jì)至寒武紀(jì)界限附近的生物化石群及關(guān)鍵化石開展了大量的研究和報(bào)道工作[51-58]。漢中梁山地區(qū)是陜西多個(gè)地質(zhì)院校開展綜合地質(zhì)野外實(shí)習(xí)的重要地區(qū),受到大量教學(xué)和科研人員的關(guān)注和重視。漢中梁山地區(qū)燈影組頂部的化石研究發(fā)現(xiàn)主要包括Chancelloriasp.,Hyolithellustenuis,Protohetzinaanabarica,Zhijiniteslubricus,Turcuthecalubrica,Olivooidesaloveus,Circothecalongiconia,Igorellamonstrosa等屬種[35，59-61]?；诖?，有學(xué)者認(rèn)為梁山地區(qū)發(fā)育有梅樹村期(紐芬蘭期)的沉積記錄。

目前, 證據(jù)表明陜南地區(qū)燈影組頂部發(fā)育的諸多區(qū)域命名不同的寒武紀(jì)早期地層(如燈影組楊家溝段、 燈影組西蒿坪段、 寬川鋪組)的沉積，其地層生物具有明顯差異性[62-63]。 最近, 西北大學(xué)早期生命課題組對(duì)陜南地區(qū)鎮(zhèn)巴小洋壩剖面燈影組西蒿坪段開展進(jìn)一步的化石生物學(xué)研究時(shí)發(fā)現(xiàn), 該套下部灰?guī)r產(chǎn)出豐富的化石,不僅包括寒武釘Cambroclavusfangxianensis(=C.absonus)、開腔骨類、海綿骨針、高肌蟲Haoiashanxiensis及錐管狀化石,還在其底部發(fā)現(xiàn)存在有最早的三葉蟲霍氏擬小阿貝德蟲(Parabadiellahuoi)及舌形貝腕足動(dòng)物初始始圓貨貝(Eoobolusincipiens)[63-64]。這些化石證據(jù)指示燈影組西蒿坪段的時(shí)間并不屬于寒武系紐芬蘭統(tǒng),而屬于國(guó)際寒武紀(jì)第三期第3個(gè)三葉蟲化石帶[63，65]。最新的系列研究對(duì)陜南不同區(qū)域寒武紀(jì)最早期地層的時(shí)代和地層延限的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)提出了挑戰(zhàn),因此亟需對(duì)陜南不同區(qū)域寒武系最底部地層的生物化石組合進(jìn)行詳細(xì)、更加深入的探討和發(fā)掘,進(jìn)而提高本區(qū)地質(zhì)實(shí)習(xí)基地的生物地層對(duì)比、劃分和認(rèn)識(shí)。

本文主要聚焦陜西漢中梁山地區(qū)大南溝剖面寒武系燈影組楊家溝段和仙女洞組富含殼體碎屑化石的灰?guī)r。鑒于早期學(xué)者在該剖面對(duì)寒武系紐芬蘭統(tǒng)和第二統(tǒng)灰?guī)r古生物化石研究較少,此次研究重點(diǎn)對(duì)燈影組楊家溝段的薄層生物碎屑灰?guī)r和郭家壩組之上的仙女洞組灰?guī)r進(jìn)行了點(diǎn)狀樣品采集。力圖通過(guò)酸蝕樣品處理,進(jìn)一步補(bǔ)充相關(guān)層位的化石信息,為該實(shí)習(xí)剖面前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)地層的劃分與對(duì)比提供全新的化石依據(jù),同時(shí)為西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系漢中梁山實(shí)習(xí)基地積累更多新的寒武紀(jì)早期古生物和地層方面的參考資料。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

漢中市南鄭區(qū)梁山地區(qū)位于華南板塊西北緣(見(jiàn)圖1A),梁山地區(qū)的寒武系分布廣泛,在大南溝剖面發(fā)育有較為完整的埃迪卡拉紀(jì)—寒武紀(jì)的連續(xù)剖面(見(jiàn)圖1B),地層出露清晰[66]。該區(qū)埃迪卡拉紀(jì)—寒武紀(jì)的巖石地層層序自下而上依次為燈影組、郭家壩組、仙女洞組。本次研究主要聚焦在大南溝剖面寒武紀(jì)底部含有灰?guī)r的地層燈影組楊家溝段和仙女洞組。筆者對(duì)梁山鎮(zhèn)大南溝剖面燈影組楊家溝段和仙女洞組進(jìn)行了剖面實(shí)測(cè)和逐層采樣(見(jiàn)圖2A),采樣剖面總體厚度約6.5 m,其中燈影組楊家溝段1.5 m,仙女洞組5 m。

楊家溝段是一套潮坪碳酸鹽巖沉積地層,巖性為黃灰色薄層狀生物碎屑砂屑灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r,其中在砂屑灰?guī)r中含有海綠石,以富含小殼化石為特征;其上覆地層為郭家壩組,郭家壩組下段是一套深海陸棚頁(yè)巖沉積地層,厚度約270 m,巖性為黃綠色頁(yè)巖和黃色粉砂質(zhì)頁(yè)巖,含灰?guī)r團(tuán)塊;而郭家壩組上段是一套淺海陸棚粉砂巖沉積地層,厚度約150 m,巖性為黃灰色鈣質(zhì)粉砂巖,泥質(zhì)粉砂巖,生物碎屑鈣質(zhì)粉砂巖,富含三葉蟲擬小阿貝德蟲和高肌蟲[36，67]。燈影組楊家溝段與上覆郭家壩組呈平行不整合接觸。埃迪卡拉系燈影組

A 陜西漢中地區(qū)位于中國(guó)華南板塊西北緣;B 漢中梁山大南溝剖面所在位置示意圖,圖中紅色五角星所示圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖及小殼化石產(chǎn)地Fig.1 The geological map of research area and fossil locality map

下部白云巖,是一套潮坪碳酸鹽巖沉積地層,燈影組白云巖上段為灰白色細(xì)晶白云巖,淺灰色疊層石燧石巖夾紋層狀細(xì)晶白云巖(見(jiàn)圖2E),底部為灰色塊狀礫巖,灰色薄層狀長(zhǎng)石石英砂巖以及褐黃色粉砂巖。楊家溝段與下部燈影組呈平行不整合接觸,近期發(fā)現(xiàn)兩者接觸處存在沉積間斷或剝蝕面(見(jiàn)圖2D)。仙女洞組是一套淺海碳酸鹽巖沉積地層,巖性為棕色粗晶灰?guī)r夾黃褐色含生物碎屑鈣質(zhì)砂巖(見(jiàn)圖2B)。其上覆地層為奧陶系趙家壩組,厚度約1 m,巖性為黃綠色細(xì)礫巖及粗砂巖,具底礫巖。仙女洞組與趙家壩組呈平行不整合接觸關(guān)系,但整合接觸在郭家壩組之上(見(jiàn)圖2C)。

A 大南溝剖面地層柱狀圖及采樣概況;B 仙女洞組野外露頭;C 大南溝剖面燈影組楊家溝段采樣點(diǎn),圖中紅色三角形所示;D 寒武系燈影組楊家溝段與埃迪卡拉系燈影組接觸處的剝蝕面;E 埃迪卡拉系燈影組上段疊層石白云巖圖2 小殼化石在大南溝剖面產(chǎn)出地層柱狀圖及部分野外照片F(xiàn)ig.2 Stratigraphic column and some field photos of small shelly fossils in Danangou section

2 材料及研究方法

本文對(duì)陜西漢中市南鄭區(qū)梁山鎮(zhèn)大南溝剖面燈影組楊家溝段和仙女洞組中進(jìn)行生物碎屑灰?guī)r的采集(見(jiàn)圖2A), 共采集灰?guī)r樣品約220 kg, 其中楊家溝段采集灰?guī)r樣品約160 kg, 仙女洞組采集灰?guī)r樣品約60 kg。 處理所采集的灰?guī)r樣品時(shí), 先將樣品碎到大小3～4 cm將其置于對(duì)應(yīng)的塑料籃中, 然后加入濃度8%～10%的工業(yè)醋酸溶液浸泡。 待反應(yīng)后將產(chǎn)生的樣渣通過(guò)不同直徑網(wǎng)篩的篩洗。 篩洗時(shí)用凈水輕柔沖洗, 在該條件下回收, 將樣渣置于樣渣盒中進(jìn)行自然烘干。 之后在雙筒顯微鏡下手工挑選化石, 獲取化石標(biāo)本。 目前， 根據(jù)挑樣及分類結(jié)果, 燈影組楊家溝段獲得化石標(biāo)本620枚, 其中包括似軟舌螺類520枚, 織金殼類26枚, 開腔骨類74枚; 仙女洞組獲得化石標(biāo)本2 500枚, 其中包括軟舌螺489枚, 似軟舌螺類865枚, 開腔骨類698枚, 疑難化石56枚, 三葉蟲頰刺144枚, 腕足動(dòng)物105枚, 棘皮動(dòng)物68枚, 軟體動(dòng)物75枚。 通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同類型化石標(biāo)本的數(shù)量, 分別畫出楊家溝段和仙女洞組的化石豐度分析圖(見(jiàn)圖3), 從圖3可以看出楊家溝段和仙女洞組中各類化石的占比百分?jǐn)?shù)。 選擇形態(tài)保存較完整的化石標(biāo)本在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中對(duì)化石進(jìn)行電子顯微鏡掃描成像, 共拍攝照片1 366張。 其中楊家溝段共拍攝照片367張, 仙女洞組共拍攝照片999張。 所有標(biāo)本均保存在西安西北大學(xué)早期生命與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

A 燈影組楊家溝段化石豐度分析圖;B 仙女洞組小殼化石豐度分析圖圖3 漢中梁山大南溝剖面寒武系燈影組楊家溝段和寒武系仙女洞組小殼化石豐度分析圖Fig.3 Abundance analysis of small shelly fossils, recovered from the Yangjiagou Member at the top of Dengying Formation and from Xiannvdong Formation at the Danangou section,close to the Liangshan Town of Hanzhong City

3 化石描述

3.1 楊家溝段

根據(jù)目前的酸泡結(jié)果,研究區(qū)的燈影組楊家溝段的小殼化石主要包括似軟舌螺類Hyolithellussp.、開腔骨類Chancelloriasp.和織金殼類Zhijinitestriangularis[68]。

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

似軟舌螺目Hyolithelminthes Fisher, 1962

似軟舌螺科Hyolithellidae Walcott, 1886

似軟舌螺屬HyolithellusBillings, 1872

模式種HyolithellusmicansBillings, 1871

似軟舌螺屬未定種Hyolithellussp.

描述 磷質(zhì)管狀殼體,殼體略微彎曲,長(zhǎng)度為850～1 500 μm。兩端開口未見(jiàn)基部部分和口蓋部分。內(nèi)壁光滑,外壁有橫紋(見(jiàn)圖4A～E,H)或表面光滑(見(jiàn)圖4F～G)。兩端直徑變化較小,橫切面為圓形。殼壁較厚,且兩端厚度均勻。

討論 楊家溝段的化石標(biāo)本與Bengtson等(1990)[69]所描述的澳大利亞H. cf.micans在直徑和分散角上接近,但澳大利亞標(biāo)本管體更為光滑筆直,橫紋明顯;而楊家溝段的化石標(biāo)本由于埋藏因素導(dǎo)致了管壁腐蝕較為嚴(yán)重,管體特征不明顯,暫時(shí)無(wú)法定種。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第二階燈影組楊家溝段

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

開腔骨針目Chancelloriida Walcott, 1920

開腔骨針科Chancelloriidae Walcott, 1920

開腔骨針屬ChancelloriaWalcott. 1920

開腔骨針屬未定種Chancelloriasp.

描述 形態(tài)發(fā)育為與中央盤分離的呈放射狀的開腔骨骨片(見(jiàn)圖4J～L,圖6A～E),射管的長(zhǎng)度一般為0.5～3 mm,有彎度較大的射管(見(jiàn)圖4J～K,圖6C～E),也有彎度較小射管(見(jiàn)圖4L～M,圖6A～B),彎曲程度不一。射管的基孔和關(guān)節(jié)面的相對(duì)位置不同。射管在與中央盤相接的一端膨大,遠(yuǎn)離中央盤的一端尖細(xì)。膨大的一端形態(tài)多樣,呈多邊形或者楔形,射管表面紋飾不一,圖4J該射管具有瘤狀突起,圖4K該射管表面有印痕,呈圓坑狀結(jié)構(gòu)且尖細(xì)端已破碎,圖4M該射管表面光滑但存在不規(guī)則分布的孔洞。其他射管未見(jiàn)紋飾。除了以上單獨(dú)的射管之外,其他開腔骨骨片包括:由四射管組成的四射骨Onychia(見(jiàn)圖6F);由三射管組成的異射骨Allonnia(見(jiàn)圖6G～H);由兩射管組成的二射骨Diminia(見(jiàn)圖6I)

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第二階燈影組楊家溝段、第三階末到第四階仙女洞組

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

織金殼科Zhijinitidae Qian, 1978

織金殼屬ZhijinitesQian, 1978

模式屬ZhijinitesQian, 1978

三角盤織金殼Zhijinitestriangularis

描述 殼體呈釘狀(見(jiàn)圖4M),長(zhǎng)度小于1 mm,錐體長(zhǎng),呈扁錐形,略微彎曲,頂端略圓,橫斷面為扁圓形,寬高比約為4∶3,錐面紋飾模糊。錐體粗端在盤體中央,盤體呈三角形,頂面中凹,反頂面微突起,盤體傾斜,與錐體呈25°～50°相交。

比較 本種具有明顯的小三角盤區(qū)別于形態(tài)相近的Zhijiniteslongistriatus和Zhijinitesminutus。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第二階燈影組楊家溝段

A～I(xiàn) 似軟舌螺類Hyolithellus sp.,其中A～H均為側(cè)視圖,I是H的局部放大圖;J～L 開腔骨骨片類Chancelloria sp.;M 三角盤織金殼Zhijinites triangularis圖4 燈影組楊家溝段小殼化石組合Fig.4 Small shelly fossils from the Yangjiagou Member of Dengying Formation

3.2 仙女洞組

仙女洞組的化石屬種豐度比楊家溝段更高,數(shù)量也更豐富。主要包括軟舌螺桶狀螺Cupithecasp.、擬科里螺Parakorilithessp.、似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨Chancelloriasp.、三葉蟲頰刺(僅展示形態(tài),不做具體描述)、高肌蟲Kunmingelladouvillei、棘皮動(dòng)物Echinodermata、疑難化石、腕足動(dòng)物包括博茨福徒貝未定屬種Botsfordiidae gen. et sp. indet、始?jí)沿愇炊ǚNEohadrotretasp.、軟體動(dòng)物包括擬海螺類Pelagiellasp.和阿納巴螺類Anabarellasp.。

軟舌螺綱Hyolitha Marek, 1963

直管螺目 Orthothecida Marek, 1966

桶螺科Cupithecidae Duan, 1984

桶螺屬CupithecaDuan in Xing et al., 1984

桶螺屬未定種Cupithecasp.

描述 殼體呈管狀,直或彎曲(見(jiàn)圖5A～H)。其中圖5A、B壓石中存在套管現(xiàn)象。橫截面呈圓形或者橢圓形,分散角小。直徑約為500 μm,殼體較大,錐殼長(zhǎng)度為1.5～2.5 mm。殼體表面未見(jiàn)紋飾,殼頂存在凸起,凸起頂部平或外凸。殼體均為內(nèi)模保存,在凸起周緣與管體連接部分未發(fā)現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu),凸起直徑略小于管體直徑。殼內(nèi)不具橫板，可見(jiàn)口蓋。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

軟舌螺綱Hyolitha Marek, 1963

軟舌螺目Hyolithida Sysoev, 1957

科未定Family uncertain

擬科里螺屬ParakorilithesHe & Pei in He et al., 1984

擬科里螺未定種Parakorilithessp.

描述 軟舌螺個(gè)體較小,長(zhǎng)度為2 mm左右(見(jiàn)圖5I～J)。背腹明顯分異,腹殼較平或者微凸,背殼高凸呈弧形。近口部橫斷面呈圓三角形,生長(zhǎng)線與口唇邊緣近似平行,未見(jiàn)口蓋[70-73]。

討論 錐殼標(biāo)本較少,殼口保存不完整。由于該類錐殼整體形態(tài)與Parakorilithes錐殼很相似,因此認(rèn)為該類錐殼可能屬于Parakorilithes。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

門、綱未定Phylum, Class, uncertain

似軟舌螺目Hyolithelmintida Fisher, 1962

似軟舌螺科Hyolithellidae Walcott, 1886

似軟舌螺屬HyolithellusBillings, 1872

模式種HyolithellusfiliformisBengston, 1990

似軟舌螺屬未定種Hyolithellussp.

描述 磷質(zhì)管狀殼體,殼體微彎曲,表面較為光滑且無(wú)紋飾,在兩端未見(jiàn)基部和口蓋部分,管體長(zhǎng)度約為2.5 mm(見(jiàn)圖5P)。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

A～H 軟舌螺桶狀螺Cupitheca sp.,其中H為俯視圖,其余為側(cè)視圖;I～J 軟舌螺擬科里螺Parakorilithes sp.,均為側(cè)視圖;P 似軟舌螺Hyolithellus sp.側(cè)視圖圖5 仙女洞組軟舌螺類和似軟舌螺類化石Fig.5 Cupitheca sp., Parakorilithes sp. and Hyolithellus sp. of Xiannvdong Formation

甲殼綱Crustacea Brongriart et Desmarest, 1822

高肌蟲目Bradoriida Raymond, 1935

昆明蟲科Kunmingellidae Huo & Shu, 1985

高肌蟲屬Kunmingella Huo, 1956

朵氏高肌蟲Kunmingelladouvillei(Mansuy, 1912)

描述 殼體中等大小,殼型呈切卵形;背邊平直,邊緣脊不發(fā)育;殼面以楔形突起為主要特征,位于殼體前背部;側(cè)邊緣脊低窄且不均勻,緊挨殼邊緣,鉸合線直而長(zhǎng);前背角近90°,后背角大于90°,前瘤直突,緊靠前邊,離背邊有一定的距離;后脊粗,呈紡錘形或柳葉形,中間寬,兩端尖細(xì)(見(jiàn)圖6L)。

討論 本文描述的標(biāo)本與云南澄江筇竹寺組的Kunmingellamaotianshanensis[74]非常相似,除了前瘤形狀有細(xì)微差別外,兩者的前背角和后背角基本一致,后脊都為粗壯的紡錘形或柳葉形。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

棘皮動(dòng)物門Echinodermata Klein, 1734

科屬種未定Echinodermfam. gen et sp. indet.

描述 均為離散的棘皮動(dòng)物骨板,具有網(wǎng)狀鏤空結(jié)構(gòu),骨板的形態(tài)變化很大,大部分為亞圓形或多邊形,表面光滑或呈扇形(見(jiàn)圖6M～N)。

A～I(xiàn) 開腔骨化石,其中A～E屬于孤立射管,F屬于四射骨,G～H 屬于異射骨,I屬于二射骨;J～K 三葉蟲頰刺;L.高肌蟲昆明蟲;M～O 棘皮動(dòng)物骨片圖6 仙女洞組開腔骨類、三葉蟲類、高肌蟲類和棘皮動(dòng)物類化石Fig.6 The Chancelloriids, cheek spines of trilobites, Kunmingellids and Echinoderm from the Xiannvdong Formation

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

刺胞動(dòng)物門? Cnidaria?

科屬種未定Cnidaria?. fam. gen et sp. indet.

描述 該化石表現(xiàn)為錐狀,上端較粗,向下逐漸變細(xì)(見(jiàn)圖7A)。從俯視圖(見(jiàn)圖7A-1)中看出化石呈四輻對(duì)稱,橫截面為近方形。錐體表面光滑,錐面向內(nèi)略凹陷。錐體由四條棱,4個(gè)側(cè)面和一個(gè)具有環(huán)紋的頂面構(gòu)成。錐體長(zhǎng)度約2 mm。

討論 由于化石的鑒定特征不清晰,根據(jù)其形態(tài)特征推測(cè)其可能與刺胞動(dòng)物橫裂體有關(guān)[75],但化石的套合方式與克勞德管相似,故不能確定該化石的屬種,無(wú)法定名,先將其列入疑難化石中。通過(guò)SEM圖可以看到,化石整體呈錐狀,由四個(gè)梯形單元套合而成(見(jiàn)圖7A, A-2)。從頂端到底端具有尖滅的趨勢(shì)。所以在形態(tài)特征方面,該化石與刺胞動(dòng)物橫裂體較為相似。但是在化石的套合方式方面,該化石是由4個(gè)梯狀單元套合形成錐狀化石,套管底部為閉合狀態(tài)。Cloudina是由相互嵌套的漏斗狀構(gòu)造所構(gòu)成的錐管化石,且套管末端封閉[25]。而橫裂體個(gè)體個(gè)以個(gè)體,呈,在環(huán)脊表面具有強(qiáng)烈的褶皺[75]。故該化石的套合方式與Cloudina較為相似。對(duì)于該化石的歸屬問(wèn)題,后續(xù)將進(jìn)一步分析研究。

A 側(cè)視圖;A-1 俯視圖;A-2 套合單元接觸處放大圖;A-3 頂部環(huán)形-階梯狀結(jié)構(gòu)放大圖;A-4 頂部小孔放大圖圖7 仙女洞組可能的刺胞動(dòng)物化石Fig.7 Microscopic problematic cnidarian fossil recovered from Xiannvdong Formation

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

腕足動(dòng)物門Brachiopoda Dumeril, 1806

舌形貝綱Lingulata Gorjansky and Popov,1985

乳孔貝目Acrotretida Kuhn, 1949

乳孔貝科Acrotretidae Schuchert, 1893

始?jí)沿悓貳ohadrotretaLi and Homler, 2004

始?jí)沿悓傥炊ǚNEohadrotretasp.

描述 貝體輪廓橫卵形或亞圓形(見(jiàn)圖8A～J),殼體表面飾以同心紋或窗簾狀紋飾(見(jiàn)圖8P),腹殼頂部較高,在其表面有微小的坑狀紋飾,肉莖孔呈半封閉狀態(tài);腹鉸合面較發(fā)育,中間溝發(fā)育(見(jiàn)圖8Q);背殼凸度較為平緩,鉸合面不發(fā)育,發(fā)育有呈三角形的中隔板或中脊,胚殼較為發(fā)育,飾有坑狀紋飾(見(jiàn)圖8O)。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

舌形貝目Lingulida Waagen, 1885

博茨福徒貝科Botsfordiidae Schindewolf,1955

博茨福徒貝科未定屬種Botsfordiidae gen. et sp. indet

描述 化石主要保存為殼體碎片(見(jiàn)圖8N～P、R),在其表面發(fā)育明顯的舌狀(見(jiàn)圖8Q)和瘤點(diǎn)狀紋飾(見(jiàn)圖8S),這些舌狀和瘤點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成了殼體表面的同心紋飾,且這些舌狀和瘤點(diǎn)狀紋飾呈菱形排列(見(jiàn)圖8Q、S)。由于所獲得的化石均為碎片,故暫定為博茨福徒貝科的未定屬種。

討論 仙女洞組發(fā)現(xiàn)的博茨福徒貝與下伏郭家壩組中具有瘤狀紋飾的腕足動(dòng)物很相似[76]。李國(guó)祥[77]首次報(bào)道了Botsfordia屬在揚(yáng)子地區(qū)寒武系水井沱組的發(fā)現(xiàn),為腕足動(dòng)物類型提供了較廣的古地理分布。之后，張志亮在鎮(zhèn)巴小洋壩地區(qū)水井沱組下部報(bào)道了一類小博茨福徒貝Botsfordiaminuta,其個(gè)體相較于其他博茨福徒貝類都小[64]。張志飛等[78]在研究滇東地區(qū)寒武紀(jì)第二統(tǒng)腕足動(dòng)物時(shí),發(fā)現(xiàn)澄江化石庫(kù)出現(xiàn)的博茨福徒貝類腕足動(dòng)物化石——純真滇東貝(Diandingia)在滇東地區(qū)賦含澄江化石庫(kù)的玉案山組從底部向上大量出現(xiàn),向上延伸到富含關(guān)山動(dòng)物群的烏龍?bào)浣M底部[79],之后消失,演替為一種殼體外形十分相似的新圓貨貝類[80-82]。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

A～M 乳孔貝Eohadrotreta sp.;N～S 博茨福徒貝科Botsfordiidae gen. et sp. indet;B圖A殼體的窗簾狀紋飾;D圖C的胎殼局部放大圖,顯示胎殼表面的圓坑狀紋飾;G圖F的中隔板放大圖;Q圖P的表面舌狀凸起放大圖;S圖R的表面瘤狀凸起放大圖圖8 仙女洞組腕足動(dòng)物類化石Fig.8 Brachiopods of Xiannvdong Formation

軟體動(dòng)物門Mollusca Cuvier, 1797

單板綱Monoplacophora Wenz, 1952

弓錐目Cyrtonellida Horny, 1963

太陽(yáng)女神螺科Helcionellidae Wenz,1938

阿納巴螺屬AnabarellaVostokova, 1962

模式種AnabarellaplanaVostokova,1962

阿納巴螺屬未定種Anabarellasp.

描述 殼體較小,長(zhǎng)度1～2 mm,均為內(nèi)核標(biāo)本。胎殼與殼口相平(見(jiàn)圖9A、B、E)或位于殼口平面之上(見(jiàn)圖9C、D、F),在胎殼及外緣殼面上未發(fā)現(xiàn)肌痕(見(jiàn)圖9A、B、D、E)。殼體平旋且?guī)缀踝笥覍?duì)稱,在殼體表面存在圓坑狀結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖9L),殼口處有條紋狀顯微結(jié)構(gòu)和纖維狀顯微結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖9K)。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

腹足綱Gastropoda Cuvier, 1797

似海螺目Pelagiellida Runnegar and Pojeta, 1985

似海螺科Pelagiellidae Knight, 1952

似海螺屬PelagiellaMatthew, 1895

似海螺屬未定種Pelagiellasp.

描述 殼體較小,長(zhǎng)度0.5～1.5 μm,中等高度,兩側(cè)對(duì)稱,殼口較窄,殼頂至殼口伸展迅速,殼體向前彎曲,1個(gè)螺環(huán),殼頂向內(nèi)強(qiáng)烈彎卷。胎殼較尖銳,呈鉤狀,未接觸殼口前緣(見(jiàn)圖9G～I(xiàn)),部分殼體表面具有較弱的褶皺狀紋飾(見(jiàn)圖9～J)。

討論P(yáng)elagiella是寒武系第二統(tǒng)地層中的常見(jiàn)分子,也是全球生物地層對(duì)比的重要屬種[83]。Pelagiella種內(nèi)形態(tài)變化較大,化石以磷酸鹽化保存[69]與P.subangulata和P.madianensis不同的是,本屬種成體的殼口形狀近似呈橢圓狀,而其他屬種殼口呈狹長(zhǎng)狀。

分布時(shí)代 漢中梁山;寒武系第三階末到第四階仙女洞組

4 梁山地區(qū)寒武紀(jì)早期化石生物組合

符俊輝等人1983年在對(duì)梁山地區(qū)寒武紀(jì)底部燈影組楊家溝段的研究中首次發(fā)現(xiàn)小殼動(dòng)物化石[35],包括Hyolithellustenuis,Protohetzinaanabarica,Zhijiniteslubricus等屬種,其中磷酸鈣質(zhì)原牙形刺Protohertzina是寒武紀(jì)小殼化石最早的代表性分子,易于識(shí)別[84]。根據(jù)這些典型分子認(rèn)為該地區(qū)的沉積時(shí)代應(yīng)屬于梅樹村期沉積。陳潤(rùn)業(yè)(1985)[67]、張福有(1987)[85]等人對(duì)西鄉(xiāng)、南鄭地區(qū)的仙女洞組化石進(jìn)行相關(guān)研究,其中灰?guī)r產(chǎn)古杯:篩古杯未定種Coscinocyathussp., 圓角古杯未定種Rotundocyathussp., 蛛網(wǎng)古杯未定種Dictyocyathssp.,三葉蟲:小尋甸蟲未定種Syndianellasp., 宜良蟲未定種Yiliangellasp., 瘤殼馬龍蟲Malungiagranulosa, 美麗米倉(cāng)山蟲Micangshaniagracilis等化石(表1),根據(jù)巖性及典型化石組合對(duì)比,認(rèn)為南鄭、西鄉(xiāng)一帶的生物地層與四川南江的仙女洞組相當(dāng)。

A～F 阿納巴螺屬未定種Anabarella sp.;G～I(xiàn) 似海螺屬未定種Pelagiella sp.;J 殼體表面的褶皺紋飾;K、A殼體表面的圓坑狀結(jié)構(gòu);L 圓坑狀結(jié)構(gòu)局部放大圖圖9 仙女洞組軟體動(dòng)物類化石Fig.9 Molluscs of Xiannvdong Formation

根據(jù)筆者目前對(duì)梁山地區(qū)寒武紀(jì)早期沉積地層中采集的化石可知,楊家溝段的砂屑灰?guī)r中所產(chǎn)的小殼化石多樣性和豐度數(shù)量均為較少,主要包括似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨Chancelloriasp.、織金殼Zhijinites;仙女洞組的生物碎屑灰?guī)r中所產(chǎn)的微型殼體化石數(shù)量較多,主要包括軟舌螺(桶狀螺Cupithecasp.和擬科里螺Parakorilithessp.)、開腔骨Chancelloriasp.、三葉蟲頰刺、高肌蟲Kunmingelladouvillei、棘皮動(dòng)物骨片Echinodermats、腕足動(dòng)物(始?jí)沿怑ohadrotretasp.和博茨福徒貝Botsfordiidae gen. et sp. indet)以及軟體動(dòng)物(擬海螺類Pelagiellasp.和阿納巴螺Anabarellasp.)等。相比之下,仙女洞組的化石多樣性明顯大于楊家溝段,且化石數(shù)量也明顯比楊家溝段多?；锝M合顯示,從楊家溝段到仙女洞組,化石由簡(jiǎn)單變得復(fù)雜,數(shù)量及種類也由少變多,反映了寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期幸運(yùn)階到第二階的生物快速輻射。開腔骨骨片屬于基礎(chǔ)動(dòng)物動(dòng)物亞門,從楊家溝段到郭家壩組到仙女洞組均有發(fā)現(xiàn),由老到新的地層產(chǎn)出的化石的基孔、基面及關(guān)節(jié)面等特征也更加明顯,可見(jiàn)開腔骨的演替時(shí)間較長(zhǎng),適應(yīng)新環(huán)境的能力也更強(qiáng)。軟舌螺屬于原口動(dòng)物亞界冠輪動(dòng)物超門,作為寒武紀(jì)的常見(jiàn)殼體化石,在華南地區(qū)多有報(bào)道[86-89]。在該剖面雖然多樣性不高但數(shù)量具有較大的優(yōu)勢(shì),一定程度反映了寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)軟舌螺為代表的冠輪動(dòng)物超門的快速輻射[89]。仙女洞組產(chǎn)出的軟舌螺數(shù)量上大多為桶螺科桶狀螺Cupitheca錐殼,橫切面為圓形且背腹不分異,保存良好錐口可見(jiàn)鉸合的口蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的印模;而擬科里螺Parakorilithessp.橫切面橢圓形,背腹分異發(fā)育短唇舌,錐殼殼口兩側(cè)發(fā)育側(cè)凹(適應(yīng)附肢helens伸出),是典型的軟舌螺目。遺憾的是仙女洞組未見(jiàn)口蓋單獨(dú)保存,后續(xù)是否存在更多屬種的軟舌螺仍需更多樣品補(bǔ)充和研究。

綜上,楊家溝段多門類小殼化石的首次出現(xiàn),代表了寒武紀(jì)大爆發(fā)早期基礎(chǔ)動(dòng)物和原口動(dòng)物冠輪類的快速輻射;而到仙女洞組原口動(dòng)物亞界多生物門類——三葉蟲、腕足動(dòng)物以及造礁生物古杯等化石的大量出現(xiàn),尤其是后口動(dòng)物——棘皮動(dòng)物的突然大量出現(xiàn)，整體反映了寒武紀(jì)大爆發(fā)第二幕到第三幕的多細(xì)胞動(dòng)物礦化輻射(分異度和豐度突增)的突然性、階段性和全面性,有力支持了舒德干院士團(tuán)隊(duì)提出的“地球動(dòng)物樹成型和三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)”假說(shuō)。再現(xiàn)了地球動(dòng)物三大亞界(基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物和后口動(dòng)物)、四大超門(基礎(chǔ)動(dòng)物、原口動(dòng)物冠輪類和蛻皮類以及后口動(dòng)物)爆發(fā)性、階段性出現(xiàn)的化石輻射過(guò)程。

5 鄰區(qū)對(duì)比

對(duì)梁山地區(qū)的燈影組楊家溝段、仙女洞組的化石生物組合與鎮(zhèn)巴地區(qū)的燈影組西蒿坪段、水井沱組化石生物組合進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),楊家溝段的化石較為單調(diào),主要包括似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨骨片Chancelloriasp.以及織金殼Zhijinitestriangularis;仙女洞組的化石包括軟舌螺Cupithecasp.和Parakorilithessp.、似軟舌螺Hyolithellussp.、開腔骨骨片Chancelloriasp.,三葉蟲頰刺,棘皮動(dòng)物骨片,高肌蟲Kunmingelladouvillei,刺胞動(dòng)物類,始?jí)沿悓傥炊ǚNEohadrotretasp.和博茨福徒貝科未定屬種Botsfordiidae gen. et sp. indet、阿納巴螺屬未定種Anabarellasp.和似海螺屬未定種Pelagiellasp.,其中仙女洞組的始?jí)沿怑ohadrotretasp.代表乳孔貝類腕足動(dòng)物在梁山地區(qū)的首次發(fā)現(xiàn),補(bǔ)充了漢中地區(qū)寒武紀(jì)第二世始?jí)沿怑ohadrotretasp.化石證據(jù)的空白,對(duì)于寒武紀(jì)早期地層劃分和對(duì)比具有重要作用。而西蒿坪段的微型殼體化石包括霍氏三葉蟲Parabadiellahuoi、寒武釘Cambroclavussp.、高肌蟲Haoiashanxiensis、開腔骨骨片Allonniatetrathallis和Chancelloriaeros、海綿骨針Hexactine、始圓貨貝Eoobolusincipiens以及軟舌螺類Conotheca等。水井沱組的微型殼體化石包括原牙形刺Protohertzina,軟舌螺及口蓋Paramicrocornuszhenbaensis,Hyolithoperculum,軟體動(dòng)物Securiconussp.,Igorellaminute,棘皮動(dòng)物骨板,托模特殼Kelanellaaltaica,古杯、高肌蟲、寒武釘以及微網(wǎng)蟲骨板(見(jiàn)表1)。

由此可見(jiàn)， 從米倉(cāng)山梁山地區(qū)到大巴山鎮(zhèn)巴地區(qū),隨著沉積環(huán)境不斷變化, 寒武紀(jì)早期地層不僅在巖性方面存在差異, 在化石生物組合方面同樣存在差異。 楊家溝段的化石生物組合明顯比西蒿坪段的化石生物組合單調(diào), 該段化石豐度及化石數(shù)量也小于西蒿坪段。 因此, 我們認(rèn)為楊家溝段沉積時(shí)間早于西蒿坪段, 層位上低于西蒿坪段, 屬于梅樹村階(紐芬蘭統(tǒng)上部)。 三葉蟲化石表明西蒿坪段化石層位與梁山地區(qū)的郭家壩組相當(dāng), 屬于筇竹寺階下部。 而仙女洞組的化石生物組合與水井沱組的化石生物組合存在較大相似性, 根據(jù)三葉蟲和腕足動(dòng)物組合特征可知, 仙女洞組屬于滇東地區(qū)滄浪鋪期, 相當(dāng)于國(guó)際年代地層寒武系第三階末到第四階早期[84], 這也可與三峽地區(qū)水井沱組的三葉蟲和腕足動(dòng)物組合對(duì)比(見(jiàn)圖10), 但陜西南部米倉(cāng)山—大巴山從西至東燈影組頂部到寒武系底部的黑色頁(yè)巖系的精確生物地層和化石生物學(xué)對(duì)比研究還有待進(jìn)一步的深入。

表1 漢中地區(qū)與鎮(zhèn)巴地區(qū)寒武紀(jì)底部地層化石多樣性對(duì)比Tab.1 Comparison of fossil diversity of the basal Cambrian strata in Hanzhong area and Zhenba area

圖10 中國(guó)南部、岡瓦納東部、華北寒武紀(jì)3—4期和三葉蟲帶的初步對(duì)比圖,改自Zhang Z L[63]Fig.10 Tentative correlation chart for Cambrian stages 3-4 and trilobite zones of South China, East Gondwana, North China. Modified from Zhang Z L et al.[63]

6 結(jié)語(yǔ)

本文初步報(bào)道了陜西漢中梁山地區(qū)大南溝剖面寒武系紐芬蘭統(tǒng)第二階燈影組楊家溝段和第二統(tǒng)第三階仙女洞組灰?guī)r中的小殼化石,補(bǔ)充了楊家溝段的化石記錄,填補(bǔ)了該剖面仙女洞組化石記錄的空缺,為確定陜南寒武紀(jì)底部的地層時(shí)代提供了新依據(jù)。通過(guò)燈影組楊家溝段和仙女洞組的化石生物組合推斷出楊家溝段應(yīng)屬于寒武系紐芬蘭統(tǒng)第二階,仙女洞組應(yīng)屬于寒武系第二統(tǒng)第三階末到第四階,詳細(xì)研究待后續(xù)深入。

致謝：感謝西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系華洪教授，長(zhǎng)安大學(xué)李勇教授、郭俊峰教授的有益討論和建議。西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系本科生俞潔, 研究生房瑞森、楊晅參與化石采集與整理,研究生梁悅參與文章的討論,翟娟萍、張倩對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的分析幫助,兩位審稿人提出的寶貴意見(jiàn),在此一并致謝。