通讯作者简介 柳永清,男,1960年生,研究员,主要从事沉积地质学、古地理学和古生态学研究。E-mail:liuyongqing@cags.ac.cn。旷红伟,女,1969年生,教授,主要从事沉积学与石油地质勘探研究。E-mail:kuanghw@126.com。
第一作者简介: 王宝红,女,1987年生,硕士研究生,长江大学、中国地质科学院地质研究所联合培养,主要研究方向为沉积地质学和古地理学。E-mail:wangbaohong@126.com。
新近野外调查发现,山东诸城西北棠棣戈庄下白垩统大盛群发育蜥脚类恐龙足迹化石,其赋存于大盛群田家楼组紫红色细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和黄绿色粉砂岩韵律层中。研究区共发现29个恐龙足迹化石,其中有23个构成1条半圆形行迹,初步研究确定造迹者为蜥脚类恐龙,个体较小、身长3~4 m、处于漫步状态。根据岩层中共生发育的小型槽状交错层理、板状交错层理、爬升波纹层理、水平层理、雨痕、泥裂等沉积构造,认为研究区下白垩统大盛群为滨浅湖沉积,可进一步划分出砂质滩坝、滩坝边缘、沙泥混合滩及泥滩等沉积微相,恐龙足迹化石产在砂质滩坝微相细砂岩、粉砂岩层面上。河湖相细砂岩、粉砂岩有利于恐龙足迹化石赋存,也暗示蜥脚类恐龙喜好在湖岸边活动,表明生活习性与生存环境具有一定的相互制约关系。
About the corresponding authors Liu Yongqing,born in 1960,is a research professor of sedimentology,palaeogeology and palaeoecology at Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences.E-mail:liuyongqing@cags.ac.cn. Kuang Hongwei,born in 1969,is a professor of sedimentology and oil geological prospection.E-mail:kuanghw@126.com.
About the first author: Wang Baohong,born in 1987,is a master degree candidate in the associated education of Yangtze University and Chinese Academy of Geological Sciences.Now she is engaged in sedimentary geology and palaeogeography.
In recent field investigation,sauropod footprint fossils were found in the Lower Cretaceous Dasheng Group Tianjialou Formation which consists of red sandstone,argillaceous siltstone,silty mudstone,yellowish green silty sandstone at Tangdigezhuang Village of Zhucheng,Shandong Province.There were 29 dinosaur footprints found in study area,and 23 footprints of them formed a semicircle trackway from northeast to southwest.Characteristics of the footprints suggest that they were made by a sauropod with 3-4,meter long,when walking slowly along lakeshore.The footprint-bearing layer of the Dasheng Group includes small trough cross-bedding,tabular cross-bedding,climbing ripple bedding,horizontal bedding, rain marks and mud cracks,indicating a sedimentary environment of shore-shallow lake.Sandy beach bar,beach bar edge,sand and mud mixed beach, mudflats, etc., are subdivided,and dinosaur footprints are on the surface of the fine sandstone and siltstone of sandy beach bar.In terms of the above mentioned,the favorable preservation environment of dinosaur footprints is fluvial and shore-shallow lake. Meanwhile,characteristics of dinosaur footprints and the sedimentary environment of footprint-bearing rock indicate a relationship of mutual restriction between the dinosaurs living habits and environment.
山东作为中国东部沿海著名的恐龙之乡, 恐龙足迹尤其丰富。自1960年杨钟健对山东恐龙足迹开展研究以来, 前人在此也发现了丰富的恐龙足迹化石:在鲁西地区蒙阴县常路镇首次报道发现了中侏罗世恐龙足迹化石(李日辉等, 2002), 这是山东省发现的时代最老的恐龙足迹化石; 诸城北部皇华镇黄龙沟拥有世界上规模最大的恐龙足迹群(鞠春彤和刘清华, 2010; 何碧竹等, 2012; 李素等, 2012); 莱阳盆地莱阳群龙旺庄组中发育大量虚骨龙类足迹化石(李日辉等, 2000, 2001; 柳永清等, 2011); 沂沭断裂带中南部莒南后左山地质公园发现小型兽脚类足迹化石(李日辉等, 2005, 2008; Li et al., 2011)以及临沭县岌山埋藏有大量的恐龙足迹化石(陶卫卫等, 2012)。前人在诸城西北棠棣戈庄东北约1km处的张祝河湾村发现过兽脚类、蜥脚类及鸟类足迹化石(Xing et al., 2010a)(图 1-C), 认为其产出层位为下白垩统莱阳群。但区域地质及相关研究资料表明, 张祝河湾这套产恐龙足迹化石的地层应该为大盛群而非莱阳群(地质矿产部直属单位管理局, 1991; 山东省第四地质矿产勘查院, 2003; 施炜等, 2003)。
虽然前人对山东恐龙足迹化石的研究取得了丰富的成果, 但对位于胶莱盆地西部沂沭断裂带地堑内发育的早白垩世晚期恐龙足迹化石研究较少, 尤其是对断裂带北部裂谷带与胶莱盆地边界地区的恐龙足迹发育特征、沉积环境以及两者之间的制约关系研究甚少。文中在前人区域构造、地层特征及古生物学等相关研究基础上, 重点研究沂沭断裂带中北部棠棣戈庄恐龙足迹化石埋藏地的沉积古地理, 为揭示早白垩世晚期沂沭断裂带这一重要构造区域的古地理环境、早白垩世晚期恐龙动物群生活习性和生态特点提供基础地质资料。
郯庐断裂带(图 1-A)是中国东部一条巨大的北东向构造带, 其在山东省境内部分又称沂沭断裂带(许志琴等, 1982; 程捷和万天丰, 1996; 王先美等, 2007), 主要由4条主断裂组成, 总体呈现为“ 两堑夹一垒” 地貌(郭振一, 1987; 徐嘉炜等, 1995; 汤加富等, 2003; 朱光等, 2004; 王勇生等, 2006)。研究区位于沂沭断裂带中北部、山东诸城西北部的棠棣戈庄村, 地理坐标为东经119° 09'6.16″, 北纬36° 07'34.93″(图 1-C)。山东省白垩系自下而上划分为莱阳群、青山群、大盛群和王氏群(山东省第四地质矿产勘查院, 2003)(图 1-B, 1-C)。莱阳群在鲁东分区较发育, 主要由河流相和湖泊相碎屑岩组成, 下部为砾岩和粗砂岩, 中部为粉砂岩和泥岩, 上部为砾岩和含砾砂岩, 厚千米左右。青山群系一套火山岩, 夹少量紫红色砂砾岩。大盛群发育在沂沭断裂地堑内, 为一套紫红色河流— 湖泊相粗碎屑岩系, 与青山群呈指状交叉对应关系(李庆平和赵风江, 1992, 1994; 方晓思等, 1998; 李守军, 1998; 刘明渭等, 2003), 自下而上进一步划分为马郎沟组、田家楼组、寺前村组和孟疃组, 其中马郎沟组与寺前村组均以灰紫色砂砾岩为主, 田家楼组与孟疃组则以滨浅湖相砂岩、粉砂岩及泥岩为主。大盛群中恐龙足迹化石十分发育(图 1-B)。上白垩统王氏群发育一套岩石颜色较鲜艳的冲积扇— 河流— 湖泊沉积体系。
野外地质调查发现, 诸城棠棣戈庄下白垩统大盛群田家楼组发育恐龙足迹化石。该组由细砂岩和粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩韵律沉积层组成; 下段为薄层紫红色粉砂岩、细砂岩, 夹棕红色泥岩(图 2-D); 中下段为紫红色粉砂质泥岩与泥岩互层(图 2-C); 中上段为中厚层浅紫红色细砂岩夹紫红色泥岩、泥质粉砂岩 (图 2-B); 上段为灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩夹灰色泥岩(图 2-A), 泥岩中偶见煤线。恐龙足迹化石保存在实测剖面第11层与第46层紫红色细砂岩层面上(图 3), 地层产状为281° ∠36° (图 3-A)。赋存足迹化石的紫红色细砂岩上发育爬升波纹层理(图 3-B)、板状交错层理(图 3-D)、小型槽状交错层理(图 3-E)以及直径约1~3, mm的雨痕(图 3-C)。此外, 岩层面上泥裂也较为发育(图 3-F), 且保存良好, 泥裂边界平整, 表层开口1~3 cm, 深约5~8 cm, 充填物已经被冲走, 少量含钙质条带。上述特征表明该地区沉积物形成于滨浅湖环境中。
在棠棣戈庄共发现2处恐龙足迹化石点, 即实测剖面中第11层层面与第46层层面, 分别编号Site A与Site B。 2处共发现29个恐龙足迹化石, 其中Site A处有3个, Site B处有26个。根据野外对足迹形状、大小以及前后足之间距离的观察和相关测量(表 1), 再参考国内外对蜥脚类恐龙足迹的研究成果(Lim et al., 1994; Allain et al., 1997; Alexander and Zlatan, 1999; 彭冰霞等, 2004; 李建军等, 2006; Sacchi et al., 2009; Petti et al., 2010; Xing et al., 2011), 认为2处化石点造迹者均为蜥脚类恐龙。
4.1.1 Site A处足迹特征
足迹发育层面较陡, 共发现3个恐龙足迹化石(图 4), 保存不完整, 部分风化严重, 对其作了简要测量(表 1)。该处3个足迹大小约为78 cm× 55 cm。位于层面右下角编号A-1的足迹趾迹发育, 可清晰辨别Ⅱ 、Ⅲ 趾, 呈锯齿状, Ⅰ 趾依稀可见。编号A-2的足迹呈椭圆形凹坑, 可见前端1个尖而短的趾迹。编号A-3的足迹发育不完整, 部分破碎, 但明显可见趾垫呈圆形分布于足迹后方。
4.1.2 Site B处足迹特征
赋存足迹的岩层面倾角约为45° , 面积约1200 cm2, 共发现有26个恐龙足迹, 保存较好。这些蜥脚类足迹特征为:后足足迹呈椭圆形坑, 足长略大于足宽, 大小约为37 cm× 24 cm, 足迹深度为1.7~4.8 cm, 具5个趾, 足迹前方一般有2~3个倒V字形小抓痕, 保存良好的可以见到3个趾迹(图 5-d), 一般可见Ⅰ 趾(图 5-e, 5-h, 5-k)或辨别不出来, 各趾与趾跖垫之间没有明显的界限, 且整个足迹向外偏转, 行迹较窄; 前足足迹大小约30 cm× 23 cm, 深度为0.4~5.0 cm, 一般不见趾迹, 或隐约可见有Ⅰ 或Ⅱ 趾(图 5-g), 保存较好的足迹中可见Ⅱ 趾与Ⅲ 趾的趾垫(图 5-c, 5-f)。蜥脚类前足和后足之间的位置关系根据个体特征不同而有不同的分布, 此处恐龙足迹的前足和后足分开, 且前足位于后足之前。足迹周围泥裂较为发育, 偶尔穿越足迹。由于当时地表比较软, 趾迹出现拖曳和被周围的基质包卷的现象。
在Site B处可辨别出1条行迹, 由B-1— B-23号足迹组成(图 6), 而B-4'、B-19'和B-21'号足迹可能为别的恐龙行走所留下的, 在此处未将其列入行迹中。该条行迹中足迹保存良好, 尤其是B-1— B-16号足迹轮廓清晰, 而B-17— B-23号足迹模糊, 不易辨别。行迹呈半圆形展布于层面上, 南北方向上最大直径为3.57 m, 且行至转弯处即层面最上方B-13号足迹附近处足迹有些混乱, 表明恐龙在行进过程中是由北东向南西转向, 足迹方位玫瑰图亦显示为北东或南西向。该条行迹较窄, 外宽29 cm, 内宽24 cm, 根据蜥脚类恐龙形体大小与行迹宽度的影响关系(Lockley et al., 2002), 推知这只恐龙形体较小。此外, 足迹复步长很大(表 1), 后足复步长约88~160 cm, 前足复步长约102~163 cm。后足单步长约39~135.6 cm, 前足单步长约30~108, cm。步幅角较大(表 1), 后足步幅角平均达到131° , 前足为119° 。
从恐龙足迹的大小可推断造迹恐龙的臀高, 依据臀高与体长之比约为1:4(Lockley et al., 1994b)可推测造迹恐龙的大致身长。另外, 依据恐龙行为学研究方法(Alexangder, 1976; Thulborn, 1982), 可以计算恐龙运动速度, 公式为:
V=0.25× g0.5× SL1.67× h-1.17
V为运动速度(m/s), g为重力加速度, SL为复步长; h为臀高, 取为足长的4倍(李建军等, 2006)。
由前足足迹长度计算得到臀高平均为1.21 m, 前足行进平均速度1.37 m/s(表 2)。由后足足迹长度计算得到臀高平均为1.44 m, 后足行进的速度平均为0.76 m/s。该处恐龙臀高为1.21~1.44 m(表 2), 推知这只恐龙身长约4.8~5.6 m, 运动速度约为1.56 m/s。由Thulborn(1990)提出的观点:当SL/h< 2.0是慢行(SL/h即复步长与臀高的比值), 说明这只恐龙当时只是在沿着湖岸边缓慢行走。
Xing等(2010a)在距研究区东北部约1km处即张祝河湾地区 (图 1-C)发现蜥脚类恐龙足迹。对比发现, 这两处蜥脚类恐龙足迹较为相似。其一, 棠棣戈庄Site B点与张祝河湾两处蜥脚类恐龙足迹大小相近, 约为45 cm× 25 cm; 其二, 两处恐龙足迹前足足迹面积与后足足迹面积之比很接近, 均在0.3~1之间变化; 其三, 张祝河湾足迹单步长长度相当, 都相对较大, 根据前人相关研究成果(Lockley et al., 1994a; Santos et al., 2009), 单步长越大反映恐龙运动速度越慢, 因此, 这两处蜥脚类恐龙行走方式均为漫步而行, 而且通过计算, 张祝河湾恐龙足迹运动速度为0.73 m/s, Site B点处恐龙运动速度为1.56 m/s, 进一步证实该两处恐龙运动速度之缓慢。其四, 两处足迹的埋藏环境都反映了在足迹形成过程中气候均由潮湿转为相对干旱。
诸城棠棣戈庄恐龙足迹化石是近年来山东早白垩世晚期恐龙足迹化石的重要发现之一。此前蜥脚类恐龙足迹化石已在美国、韩国、加拿大及中国内蒙古、西藏、甘肃、江苏及山东等地区发现(Currie, 1989; Lim et al., 1989; Pittman and Gillette, 1989; Lockley et al., 1994b, 2002a, 2002b, 2012a, 2012b, 2013; 李大庆和杜远生, 2000; 杜远生等, 2002; Fiorillo and Parrish, 2004; Matsukawa et al., 2006; Oliver et al., 2007; 李建军等, 2010; Xing et al., 2010a, 2011; Li et al., 2011)。由于恐龙足迹化石是在其生活过程中形成的, 其足迹形态、行迹特征能够在一定程度上真实反映恐龙的生理特征和生活习性, 如体高、食性、运动的方式、速度和生活方式。对恐龙足迹及其赋存地层沉积构造的研究也对恢复恐龙的分布及其古环境、古地理具有重要意义(Lockley, 1986; Lockley et al., 1994a, 2012c)。
从诸城棠棣戈庄早白垩世晚期恐龙行迹分析, 造迹者为四足行走的蜥脚类恐龙, 体型较小, 臀高为1.21~1.44 m, 体长约4.8~5.6 m, 行走方式为慢行, 行进速度为1.56 m/s, 符合植食性恐龙的一般特征。棠棣戈庄除蜥脚类恐龙足迹外并未发现其他足迹化石, 与位于东北方向的张祝河湾蜥脚类恐龙足迹化石对比分析发现, 这两处恐龙极有可能属于同一类, 为小型蜥脚类恐龙。而张祝河湾处除发现有蜥脚类恐龙足迹以外还发现了鸟脚类、兽脚类足迹化石, 说明当时诸城西北部蜥脚类恐龙分布广泛且与其他的生物以群居方式生活。
张岳桥等(2008)研究表明, 早白垩世晚期, 研究区东侧的胶莱盆地为一巨大湖盆, 大盛群是呈夹层产出于青山群火山岩中, 古地形北高南低(古流向主体从北向南), 北西为盆地边缘滨浅湖环境。研究区处于胶莱盆地边缘的滨浅湖环境, 主要沉积一套与青山群同期异相的河湖相碎屑岩(李金良等, 2007)。恐龙足迹化石赋存层位大盛群田家楼组发育厚层灰紫色、紫红色粉砂岩、粉砂质泥岩、薄层细砂岩, 前人在该组中发现了丰富的孢粉类、叶肢介、腹足类等生物化石(李庆平和赵风江, 1994; 司双印, 2002), 这也进一步证实早白垩世晚期大盛群沉积时期研究区沉积环境为湖泊, 间接说明了此时期沂沭裂谷盆地水系发育, 植被繁茂, 生态环境良好, 蜥脚类恐龙适宜在此生活。除诸城(Xing et al., 2010a; Li et al., 2011; 柳永清等, 2011; 李素等, 2012)之外, 在莒县、临沭、郯城、江苏东海(Xing et al., 2010b)等地区均发现了恐龙足迹化石, 且足迹共生层面也伴生有泥裂、雨痕等沉积构造, 而蜥脚类足迹一般都发现在蒸发量超过降雨量的环境中(Lockley et al., 1994a), 这表明尽管当时水量充沛, 但是蒸发量大于降雨量, 湖泊周边发生间歇性干旱, 导致足迹保存过程中发生间歇性干旱而暴露出水面。研究区足迹化石主要产在滩坝粉、细砂岩层面上, 并且共生发育有泥裂等指示暴露沉积构造, 说明蜥脚类恐龙喜好在水源富足的地区活动。这一点在前人的研究中也得到了证实, 如四川天全地区晚三叠世地层中蜥脚类恐龙足迹化石就保存在滨浅湖浅滩灰色粉砂岩层面上(王全伟等, 2005); 内蒙古查布地区下白垩统蜥脚类足迹亦保存在滨浅湖碎屑岩中(李建军等, 2006); 兰州盐锅峡下白垩统翼龙足迹也保存在滨湖相砂岩中(杜远生等, 2002); 山东岭泉后左山公园紫红色砂岩中发育的蜥脚类足迹也反映了处于滨湖环境(李日辉等, 2005)。
山东诸城棠棣戈庄发现有29个蜥脚类恐龙足迹化石, 对恐龙足迹化石的研究分析能反映其生理特征和生活习性, 进而探讨恐龙的分布及其与古环境之间的相互制约关系。
1)棠棣戈庄大盛群田家楼组以碎屑岩与泥质岩为主, 水平层理、斜层理、泥裂、雨痕等沉积构造发育, 上述特征表明研究区沉积环境为滨浅湖。
2)通过对足迹形态、行迹特征分析认为, 棠棣戈庄造迹恐龙为四足行走, 个体较小, 体长约4.8~5.6 m; 行进速度为1.56 m/s, 说明其行走方式为慢行。
3)除了研究区发现蜥脚类恐龙足迹化石以外, 在其东北部1km左右的张祝河湾也有蜥脚类、鸟脚类和鸟类足迹化石, 而通过对比两处的蜥脚类恐龙足迹发育特征, 发现该两处足迹极为相似, 说明足迹来自于同一类恐龙, 因此当时的蜥脚类恐龙与其他的生物群是以群居方式生活。
4)河湖相细砂岩、粉砂岩有利于恐龙足迹化石赋存, 暗示蜥脚类恐龙喜好在岸边活动, 表明生活习性与生存环境具有一定的制约关系。
致谢 在野外调查工作中得到了山东省地质科学院、地质调查局及诸城恐龙文化研究中心等单位专家的帮助和指导, 在此表示衷心感谢!
作者声明没有竞争性利益冲突.
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