彭楠, 柳永清, 旷红伟, 吴清资, 刘海, 陈军, 许欢, 徐加林, 汪明伟, 王宝红, 王克柏, 陈树清, 张艳霞. (2013)山东沂沭断裂带早白垩世晚期恐龙足迹特征差异性* [J]. 古地理学报, 15(4): 517-528
Peng Nan, Liu Yongqing, Kuang Hongwei, Wu Qingzi, Liu Hai, Chen Jun, Xu Huan, Xu Jialin, Wang Mingwei, Wang Baohong, Wang Kebai, Chen Shuqing, Zhang Yanxia. (2013)Differences in characteristics of dinosaur footprints in the late Early Cretaceous,Yishu Rifting Zone,Shandong Province[J]. Journal Of Palaeogeography, 15(4): 517-528. DOI:10.7605/gdlxb.2013.04.041  
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山东沂沭断裂带早白垩世晚期恐龙足迹特征差异性*
彭楠1,2, 柳永清1, 旷红伟1, 吴清资3, 刘海1,4, 陈军1,2, 许欢1, 徐加林1,5, 汪明伟1,5, 王宝红1,5, 王克柏6, 陈树清6, 张艳霞6
1 中国地质科学院地质研究所,北京 100037
2 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083
3 山东省第八地质矿产勘查院,山东日照 276800
4 长江大学地球物理与石油资源学院,湖北荆州 434023
5 长江大学地球科学学院,湖北荆州 434023
6 诸城恐龙文化研究中心,山东诸城 262200

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、沉积古地理和古生态学研究;E-mail:liuyongqing@cags.ac.cn。旷红伟,女,1969年生,教授,主要从事沉积地质学;E-mail:kuanghw@126.com。

第一作者简介: 彭楠,男,1983年生,地层古生物专业,主要从事沉积地质和盆地分析研究。E-mail:pengnan19830120@126.com。

收稿日期:2013-02-04
基金:*国家自然科学基金重点项目(编号:90914003),国家自然科学面上基金(编号:41272021),中国地质科学院地质研究所基本业务费项目(编号:J1106)及中国地质调查局项目(编号:1212011085477,1212011120105,12120113096500)共同资助
摘要

近些年来,在山东沂沭断裂带南部地区(莒南、临沭、郯城和东海)的下白垩统上部大盛群中发现了大量的恐龙足迹化石,而这些化石反映的足迹类型、形态大小、足迹踩踏深度等方面都存在有差异性。研究发现,在足迹类型方面,莒南地区以兽脚类和鸟脚类恐龙足迹为主,临沭、郯城和东海地区以蜥脚类恐龙足迹为主。足迹大小方面,莒南地区的兽脚类足迹可划分为类型 Ⅰ和类型 Ⅱ两种类型,而东海地区的恐龙足迹主要属于类型 Ⅱ,但是莒南地区大多数足迹的趾间角要小于东海地区的,这可能是由于兽脚类恐龙属种的不同所造成的;莒南地区鸟脚类足迹绝大多数要小于临沭地区的鸟脚类足迹;郯城地区的蜥脚类足迹较小,而莒南、临沭和东海地区大多数蜥脚类足迹的大小较为相似,个别临沭和莒南地区的蜥脚类恐龙足迹较大。足迹踩踏深度方面,临沭、东海和郯城地区的足迹相比莒南地区的足迹要稍深,这与足迹形成在不同湿度、黏度、颗粒度的沉积物表面上有密切联系。基于上述研究认为,在早白垩世晚期,沂沭断裂带内生活着种类繁盛,数量庞大的恐龙动物群,联系到沂沭断裂带东部诸城地区早白垩世早期地层中也发现有大量的以兽脚类为主的恐龙足迹化石,推断在早白垩世,沂沭断裂带及胶莱盆地当时为一个理想的恐龙生存、繁衍的栖息地。同时,山东早白垩世大量恐龙足迹化石的发现也为整个华北甚至东北亚地区晚中生代恐龙属种的分布、演化以及古地理研究提供了丰富的材料和信息。

关键词: 山东; 沂沭断裂带; 恐龙足迹; 下白垩统; 差异性
中图分类号:P911.28 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2013)04-0517-12
Differences in characteristics of dinosaur footprints in the late Early Cretaceous,Yishu Rifting Zone,Shandong Province
Peng Nan1,2, Liu Yongqing1, Kuang Hongwei1, Wu Qingzi3, Liu Hai1,4, Chen Jun1,2, Xu Huan1, Xu Jialin1,5, Wang Mingwei1,5, Wang Baohong1,5, Wang Kebai6, Chen Shuqing6, Zhang Yanxia6
1 Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037
2 School of the Earth Sciences and Natural Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083
3 The No.8 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources in Shandong,Rizhao 276800,Shandong
4 School of Geophysics and Resource of Yangtze University,Jingzhou 434023,Hubei
5 School of Geosciences of Yangtze University,Jingzhou 434023,Hubei
6 Shandong Dinosaur Research Center of Zhucheng, Zhucheng 262200,Shandong;

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 at Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences.E-mail:kuanghw@126.com.

About the first author: Peng Nan,born in 1983,majors in palaeontology and stratigraphy,and is engaged in sedimentary geology and basin analysis.E-mail:pengnan19830120@126.com.

Abstract

In recent years,abundant dinosaur footprint fossils have been discovered in the Lower Cretaceous(Dasheng Group),the south of Yishu Rifting Zone,Shandong Province.Based on our research,many different features of these footprints,including footprint types,morphology, depth of footprints, etc.,have been noticed and listed as follows:(1)As for the footprint makers,theropod and ornithopod tracks were dominant in Junan County,while in Linshu,Tancheng and Donghai,the sauropod tracks were primary.(2)As for the footprint size,the theropod footprints from Junan were divided into Type Ⅰ and Type Ⅱ,but in Donghai,only the Type Ⅱ were present.In addition,the digit angle of theropod footprints in Junan is smaller than that in Donghai,which may be caused by different dinosaur species.The ornithopod footprints from Junan are smaller than those of Donghai.Moreover,the sauropod footprints are small in Tancheng,but are similar to those of Junan,Linshu and Donghai.(3)Because of the diverse humidity,viscosity and sediment granularity,the depth of footprints from the Donghai,Tancheng and Junan are various. Based on all the above-mentioned new discovery of dinosaur footprints in Zhucheng,east of the Yishu Rifting Zone,in early Early Cretaceous,we conclude that a large and prosperous dinosaur fauna lived in Yishu Rifting Zone in the Early Cretaceous.Furthermore, the dinosaur footprints from Shandong Province in the Early Cretaceous were excellent materials for deeply research on distribution and evolution of the dinosaurs and palaeogeography in the Late Mesozoic of the North China and even the Northeast Asia.

Key words: Shandong; Yishu Rifting Zone; dinosaur footprints; Lower Cretaceous; differences

山东境内不仅埋藏有大量的恐龙骨骼化石(杨钟健, 1958; 胡承志, 1973; 胡承志等, 2001; 赵喜进等, 2007; 柳永清等, 2010, 2011), 还保存有大量的恐龙、鸟类和翼龙足迹化石(李日辉和张光威, 2000; 李日辉等, 2002, 2005a, 2005b, 2008; 邢立达等, 2010a; Li et al., 2011; Xing et al., 2012)。前人已经对这些地区的足迹化石从形态学、沉积环境、分类学等方面做过一些报道和研究(李日辉和张光威, 2000; 李日辉等, 2005a, 2005b, 2008; 邢立达等, 2010a, 2010b; Li et al., 2011; 柳永清等, 2011), 但这些研究多集中于对特定某一地区足迹形态的描述和造迹者属种的研究。鉴于在沂沭断裂带内多个地区的同一套地层中都保存有恐龙足迹化石, 而每个地区的足迹类型、足迹形态等却又都有各自的特征, 因此从早白垩世沂沭断裂带内(莒南、临沭、郯城和东海地区)恐龙足迹的特征入手, 寻找其差异性, 并对其差异性所蕴含意义的研究和探讨是非常有必要的, 这不仅可以为沂沭断裂带内每个恐龙足迹点的研究提供邻区的对比信息, 而且对早白垩世沂沭断裂带内, 甚至是整个华北地区以及东北亚地区的晚中生代恐龙足迹特征、恐龙属种类型、分布、演化情况以及当时恐龙生存的古地理环境的深入研究都可以起到很好的启示作用。

图1 山东沂沭断裂带下白垩统恐龙足迹发育地理位置及区域地质简图Fig.1 Geographic location of dinosaur footprints in the Lower Cretaceous and regional geological sketch of Yishu Rifting Zone, Shandong Province

1 地质背景

目前发现的恐龙足迹化石主要保存于沂沭断裂带内的莒南、临沭、郯城和东海地区, 层位属于下白垩统上部的大盛群。在属种类别方面, 兽脚类、蜥脚类和鸟脚类恐龙足迹均有出现, 并且在临沭地区还发现了疑似甲龙类恐龙足迹(?)(图 1)。详细地质背景描述及恐龙足迹位置见旷红伟(2013)等的论文, 此文不再详述。

2 恐龙足迹特征差异性
2.1 足迹造迹者的差异

不同属种的恐龙留下的足迹类型不同, 因此通过某一个地区所发育的足迹类型就可以来推断当时该地区恐龙属种类别及物种发育特征。对沂沭断裂带内莒南、临沭、郯城和东海4个地区恐龙足迹类型的统计得出, 4个地区恐龙足迹类型是不尽相同的(图 2)。莒南地区以兽脚类(49%)和鸟脚类(40%)足迹占绝对优势, 蜥脚类足迹较少(11%)(图 2-A); 临沭地区则以蜥脚类足迹(82%)为主, 而鸟脚类足迹(11%)次之, 兽脚类足迹少见(3%)(图 2-B); 郯城地区以蜥脚类足迹为主(95%), 仅见1个兽脚类足迹(5%)(图 2-C); 东海同样以蜥脚类足迹(84%)占绝大多数, 兽脚类足迹次之(15%), 鸟脚类足迹仅1个(1%)(图 2-D)。除此外, 在临沭地区还发现有少量的疑似甲龙类足迹(4%)以及在莒南地区发现有新型的鸟类足迹化石— — Shandongornipes(李日辉等, 2005a)。由此推断在莒南和临沭地区的恐龙种类较为丰富, 而在郯城和东海地区恐龙种类较为单一。

图2 山东沂沭断裂带下白垩统恐龙足迹类型比例统计及典型足迹
分区足迹类型比例统计:A— 莒南地区; B— 临沭地区; C— 郯城地区; D— 东海地区。典型足迹照片:E— 临沭地区蜥脚类恐龙脚印; F— 莒南地区兽脚类恐龙脚印; G— 莒南地区鸟脚类恐龙脚印Fig.2 Proportion of dinosaur footprint types and photographs of typical footprints in the Lower Cretaceous of Yishu Rifting Zone, Shandong Province

图3 山东沂沭断裂带下白垩统兽脚类恐龙足迹长度、宽度及趾间角分布特征
A— 莒南、临沭和东海地区足迹长度与宽度分布特征; B— 莒南和东海地区足迹长度与Ⅱ 、Ⅳ 趾之间夹角(γ )分布特征; C— 莒南和东海地区Ⅱ 、Ⅲ 趾之间夹角(α )与Ⅲ 、Ⅳ 趾之间夹角(β )分布特征; D— 莒南、临沭和东海地区足迹长度与宽度比值分布特征Fig.3 Characteristics of length, width and digit angles of theropod footprints in the Lower Cretaceous of Yishu Rifting Zone, Shandong Province

2.2 足迹形态的差异

通过对研究区各个地点的恐龙足迹长度、宽度、深度以及兽脚类恐龙足迹的Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 趾之间角度关系的分布统计, 可以得到同类型恐龙在不同地区的足迹长度、宽度、长宽比值和足迹深度都是存在差异性的。

2.2.1 兽脚类足迹

兽脚类足迹中, 郯城地区未发育, 临沭地区足迹发育较少并且大小分布也比较散乱, 而莒南地区和临沭地区足迹大小分布较为集中。其中莒南地区足迹大小主要集中分布于2个区域内, 区域Ⅰ (长5~11 cm, 宽2~6 cm)和区域Ⅱ (长18~30 cm, 宽9.5~18 cm)(图 3-A), 暂时分别命名类型Ⅰ 和类型Ⅱ 。对于类型Ⅰ 的足迹, 李日辉等(2008)进行过详细的描述, 并把其归为遗迹属Minisauripus, 这类足迹在中国的四川峨眉地区(甄朔南等, 1995, 1996)和韩国(Lockley et al., 2005)都有发育。东海地区足迹大小主体分布相似于莒南地区, 主要分布在区域Ⅱ (图 3-A)。因此从足迹大小分布特征推断, 莒南地区主要由类型Ⅰ (区域Ⅰ 内)、类型Ⅱ (区域Ⅱ 内)和少量的较大足迹(长大于30 cm, 宽大于20 cm)组成, 而东海地区主要由类型Ⅱ 组成。另外, 通过对东海和莒南地区兽脚类恐龙足迹的Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 趾之间角度关系的分布统计得出, 2个地区恐龙足迹的Ⅱ 趾与Ⅲ 趾之间夹角(α )、Ⅲ 趾和Ⅳ 趾之间夹角(β )以及Ⅱ 趾和Ⅳ 趾之间夹角(γ )也是有区别的(图 3-B, 3-C)。莒南地区兽脚类恐龙足迹的α (18° ~27° )、β (17° ~30° )和γ (39° ~55° )值都要小于东海地区恐龙足迹的α (30° ~40° )、β (24° ~45° )和γ (55° ~80° )值(图 3-B, 3-C)。并且莒南地区兽脚类恐龙足迹的Ⅱ 趾和Ⅳ 趾之间夹角(γ )在35° ~55° 的区间内出现了两种不同长度范围(5~10cm和20~30 cm)(图 3-C), 这是否可能是同一属种而不同年龄阶段(幼年或成年)恐龙形成的呢?李日辉等(2008)认为小型兽脚类恐龙足迹可能为幼年个体所遗留, 而Lockley等(2008)则认为其代表着一个独特的、小型脊椎动物留下的遗迹群。除此外, 对比莒南地区和东海地区兽脚类恐龙足迹, 在足迹长度20~30cm的区间内, 莒南地区的足迹Ⅱ 趾和Ⅳ 趾之间夹角(γ )(介于35° ~55° )要小于东海地区的足迹Ⅱ 趾和Ⅳ 趾之间夹角(γ )(介于55° ~80° )(图 3-B), 因此作者大胆推测, 这可能表征2个地区的恐龙属种存在一定的差别。作者还对兽脚类恐龙足迹的长宽比值进行了统计分析, 东海地区和临沭地区的兽脚类恐龙足迹长宽比值较为一致, 主要分布1~1.5的范围内, 而莒南地区恐龙足迹长宽比值除一部分同东海、临沭地区的分布范围一致外, 大多数足迹的长宽比值大于东海、临沭地区的比值, 可以达到1.5~2的范围(图 3-D)。所以, 这一特点也说明早白垩世莒南地区兽脚类恐龙与东海、临沭地区的兽脚类恐龙可能存在有相似的属种, 但大部分是不同属种, 而东海和临沭地区的兽脚类恐龙则有可能是同一或相似的属种。

图4 山东沂沭断裂带下白垩统鸟脚类、蜥脚类恐龙足迹长度与宽度分布特征
A— 莒南和临沭地区鸟脚类足迹长度与宽度分布特征; B— 莒南和临沭地区鸟脚类足迹长度与宽度比分布特征; C— 莒南、临沭、东海和郯城地区蜥脚类足迹长度与宽度分布特征; D— 莒南、临沭、东海和郯城地区蜥脚类足迹长度与宽度比分布特征Fig.4 Characteristics of length and width of ornithopod and sauropod footprints in the Lower Cretaceous of Yishu Rifting Zone, Shandong Province

2.2.2 鸟脚类足迹

鸟脚类足迹主要发育于莒南地区和临沭地区, 莒南地区足迹大小集中在长15~30 cm, 宽10~26cm的区域内, 而临沭地区足迹则集中在长40~45 cm, 宽22~38cm的区域内 (图 4-A)。2个地区同类型恐龙足迹大小明显不同, 临沭地区的足迹要普遍大于莒南地区的足迹。从足迹的长宽比值来看, 临沭地区足迹长宽比值分布在1.0~1.2之间, 而莒南地区的足迹长宽比值主体分布范围更大, 在1.0~1.4之间(图 4-B)。因此, 2个地区足迹长宽比值分布既有重复区域又有不一致区域的现象, 表明在早白垩世2个地区的鸟脚类恐龙有相同或相似的属种, 并且莒南地区很可能存在临沭地区没有的鸟脚类恐龙属种。

2.2.3 蜥脚类足迹

蜥脚类足迹在研究区发育最多, 4个地区均有发育。从足迹大小来看, 郯城地区的足迹大小最为集中, 主要分布于长20~22cm、宽小于10, cm的区域; 临沭地区的足迹绝大多数集中于长25~60cm、宽12~40cm的区域, 小部分足迹分布于长60~90cm、宽40~70cm的区域; 东海地区足迹主要集中于长22~50cm、宽15~35cm的区域; 而莒南地区足迹则主要集中于长22~50cm、宽15~35cm的区域和长58~63cm、宽45~60cm的区域, 另有3个足迹甚至达到长110cm左右, 宽80cm左右(图 4-C)。因此从足迹大小特征来看, 4个地区之间大小不一, 并且在同一个地区的内部, 足迹大小也具有差异性。另外, 从足迹长宽比值的分布区间来看, 4个地区也表现不同(图 4-D)。郯城地区蜥脚类恐龙足迹长宽比值主要集中在两个区间, 一个是1.2~1.4之间, 另一个是1.6~2.0之间; 临沭地区和莒南地区足迹长宽比值分布区间较为一致, 主要集中在1.0~1.4之间, 少量分布在小于1.0或大于1.4的区间; 东海地区大部分的足迹长宽比值相似于临沭和莒南地区, 集中于1.0~1.4之间, 还有小部分足迹分布比较凌乱, 但是比值都分布在大于1.4的区域内(图 4-D)。从以上足迹长宽比值的分布特点来推断, 在早白垩世, 4个地区存在有相同或相似的蜥脚类恐龙属种, 但是每个地区可能也存在有特殊或特有的蜥脚类恐龙属种。

2.2.4 足迹深度特征

除造迹者属种类型、足迹形态大小等方面的差异外, 足迹的踩踏深度在各个地区也不尽相同。莒南地区最浅, 以0~4cm的足迹深度占绝大多数。临沭地区、东海地区和郯城地区的足迹深度都要大于莒南地区的。临沭地区足迹深度主要在2~8 cm, 少量甚至可以达到10~14 cm; 东海地区足迹深度以2~6, cm为主, 少量足迹深度可以达到8~12 cm; 郯城地区足迹深度则以4~8cm为主(图 5)。不同地区足迹深度的差异跟不同地区当时的沉积环境、气候环境、恐龙属种以及后期的风化剥蚀都有关系, 这种关系将在下节中深入讨论, 此处不再细说。

图5 山东沂沭断裂带恐龙足迹踩踏深度分布特征Fig.5 Characteristics of dinosaur footprint depths in Yishu Rifting Zone, Shandong Province

3 讨论
3.1 足迹化石的形成与保存

足迹的保存埋藏不同于骨骼的保存埋藏, 骨骼埋藏有原地埋藏和异地埋藏之分, 特别是一些异地埋藏的骨骼化石在一定程度上不能反映埋藏地当时动物群落的面貌, 而足迹埋藏只存在原地埋藏一种方式, 所以通过这些足迹的原地保存特征, 不仅可以推断当时恐龙的属种类型、个体大小、行为生活方式(Ostrom, 1972; Thulborn, 1982; Myers and Fiorillo, 2009), 而且还可以推断这些恐龙所生存时代和地区的古生态、古环境背景(Lockley, 1986)。当然, 不同的足迹埋藏保存特征, 也反映出不同的埋藏过程。

研究区恐龙足迹差异性的原因一部分是由于恐龙属种不同或个体大小的不同造成, 另一类主要原因就是足迹化石形成与保存过程的差异引起的。恐龙在不同的沉积物表面上(泥沼、湖滨滩等)行走后, 会留下清晰度不同的足迹, 如在稀湿的泥沼地上, 恐龙虽然会踩踏下较深的足迹(图 6-A), 但是在脚离开地面后, 周边稀湿的泥质物会快速充填到留下足迹的地方(邢立达等, 2010b), 使足迹无法保存下来。而在特别坚硬的地面上, 自然也不会留下清晰的凹陷足迹(图 6-B)。因此, 只有当恐龙踩踏在湿度、黏度、沉积物颗粒度适中的地表上才会有可能留下完好的足迹(McKee, 1944, 1947; Peabody, 1948; Brand, 1979; Lockley, 1991; 李建军等, 2011)。当然, 足迹化石的保存还需要一定时间的日晒、硬化过程以及随后的沉积物快速掩埋, 这些都制约着足迹化石能否完美保存(Lockley, 1991; 李建军等, 2011)。研究区恐龙足迹特征很好地体现了足迹化石在不同条件下的保存程度。总体来看, 研究区恐龙足迹都保存于泥质粉砂岩、粉砂岩或细砂岩的层面上, 并且绝大多数足迹都具有一定的深度, 表明沉积物具有一定的湿度和黏度, 这些都是形成良好足迹的必要基础条件。另外, 恐龙足迹发育的岩石大都成棕红色、紫红色等氧化色, 并且足迹发育的层面上大都伴随出现泥裂现象(图 6-C), 说明足迹形成时的炎热干燥环境, 为足迹的快速硬化提供了关键的环境条件。但是在相似的背景下也有明显的差异性, 比如从前文提及到的不同地区恐龙足迹踩踏深度统计得知, 莒南地区多数足迹踩踏深度要小于其他3个地区的足迹踩踏深度(图 6-C, 6-D),

图6 山东沂沭断裂带下白垩统恐龙足迹保存的差异性
A— 东海地区保存于浅棕红色中层粉砂岩表面的恐龙足迹, 足迹踩踏深度较深; B— 临沭地区保存于浅灰绿色薄层泥岩表面的蜥脚类恐龙足迹, 在泥岩层下面为薄层的细砂岩层, 相比东海地区的恐龙足迹深度要稍浅; C— 莒南地区保存于棕色粉砂岩层表面的恐龙足迹, 伴随足迹发育有泥裂和虫孔沉积构造; D— 莒南地区保存于棕红色薄层泥质粉砂岩表面的蜥脚类恐龙足迹, 在泥质粉砂岩下为厚层的浅灰色厚层中砂岩, 足迹踩踏深度要远小于东海和临沭地区的足迹深度; E— 莒南地区发育于棕红色泥质粉砂岩表面的兽脚类恐龙足迹, 足底皮肤印痕清晰可见; F— 临沭地区发育于浅棕红色中— 厚层粉砂岩表面的蜥脚类恐龙足迹, 虽然在同一层面上, 但是足迹踩踏的深浅程度不同Fig.6 Differences in preserve conditions of dinosaur footprints in the Lower Cretaceous of Yishu Rifting Zone, Shandong Province

反映出莒南地区足迹形成时, 沉积物黏度、湿度普遍要低一些, 这跟莒南地区足迹多发育于厘米级薄层的泥质粉砂岩层面上, 下伏中厚层的中砂岩, 而其他3个地区的足迹多发育于中— 厚层的泥质粉砂岩、粉砂岩的层面上有很大关系, 因为不同粒度的沉积物拥有不同的孔隙度和渗透率, 因此也就造成了沉积物具有不同的黏度和湿度。另一有趣现象是, 在莒南地区的某个层面上出现了1个非常清晰的兽脚类恐龙足迹, 甚至可以观察到趾底皮肤的褶皱印痕(图 6-E), 而同层面上其他恐龙足迹则显地不甚清晰, 仅能观察到足迹的轮廓, 究其原因, 可能是恐龙在不同时间段留下足迹的原因, 清晰的足迹是在地面湿软的时段留下, 而不清晰的足迹是在地面已经较干硬的时间段留下(图 6-F), 也就是一些学者认为的同一层面上的足迹的不同踩踏深度可以反映特定地区不同的干燥阶段(Ginsburg et al., 1996)。

图7 沂沭断裂带与邻区下白垩统兽脚类恐龙足迹长度、宽度及趾间角分布特征对比
A— 兽脚类足迹长度与宽度分布特征; B— 兽脚类足迹长度与Ⅱ 趾和Ⅳ 趾间夹角(γ )分布; C— 兽脚类趾间角分布特征; D— 兽脚类足迹长度与宽度的分布特征; 韩国兽脚类恐龙足迹数据来自文献Huh等(2006), Kim 和 Huh(2010)Fig.7 Comparison of theropod footprints in length, width and digit angles between Yishu Rifting Zone and adjacent areas in the Lower Cretaceous

3.2 与邻区白垩纪兽脚类恐龙足迹的对比

3.2.1 与山东诸城地区早白垩世早期兽脚类恐龙足迹的对比

在沂沭断裂带东部的胶莱盆地内(诸城皇华镇黄龙沟地区)的早白垩世早期地层中, 同样发现了大规模的恐龙足迹群, 其中一个显著的特点就是该地区兽脚类恐龙足迹占绝对多数, 但是这些早白垩世早期的兽脚类恐龙足迹与沂沭断裂带内早白垩世晚期的兽脚类恐龙足迹还是存在一定的差别的。(1)诸城地区的兽脚类恐龙足迹大小多集中于2个区域, 一个是足迹长10~20cm、宽5~15cm的区域, 另一个是足迹长25~35cm、宽10~20cm的区域, 这与莒南和东海地区的兽脚类恐龙足迹是明显不同的(图 7-A)。(2)从足迹长度与Ⅱ -Ⅳ 趾趾间角(γ )分布特征看, 诸城地区兽脚类恐龙足迹趾间角(γ )主要集中在30° ~50° , 而长度分布在10~20cm和25~35cm的2个区域, 相比莒南和东海地区足迹趾间角(γ )(多大于40° )要稍小些(图 7-B)。(3)诸城地区兽脚类恐龙足迹Ⅱ -Ⅲ 趾趾间角(α )和Ⅲ -Ⅳ 趾趾间角(β )分别集中于15° ~25° 、15° ~25° 的区域, 而莒南和东海地区的足迹趾间角α 、β 大部分都要大于20° (图 7-C)。(4)从足迹长宽比值来看, 东海地区足迹比值主要集中分布在1.2~1.6的范围, 而诸城地区足迹长宽比值与莒南地区的相似, 并且分布范围较东海地区的要广, 在1~2区域范围(图 7-D)。(5)足迹踩踏深度方面, 诸城地区足迹踩踏深度相比沂沭断裂带内的足迹踩踏深度要小很多, 主要集中在0~2 cm(图 5), 这可能跟诸城地区兽脚类恐龙以小型个体为主, 并且赋存足迹的岩石多为土黄色厚层中、粗砂岩夹薄层的细砂岩有很大的关系。总体来看, 早白垩世早期诸城地区与沂沭断裂带内早白垩世晚期的兽脚类恐龙足迹遗迹属是不同的(Li et al., 2011)。目前为止, 诸城地区已识别出的恐龙足迹遗迹属有Paragrallator, Corpulentapus和一种未定名的大型兽脚类遗迹(Li et al., 2011), 而沂沭断裂带内莒南地区识别出的有恐龙足迹遗迹属Dromaeopodus, Velociraptorichnus, Minisauripus和未命名的兽脚类以及鸟脚类足迹(Li et al., 2008, 2011)。而2个地区2个不同时间段的恐龙动物群间是否存在联系, 是否存在早白垩世早期— 晚期, 诸城地区的恐龙动物群因为环境的剧变向沂沭断裂带内迁徙的过程, 还需要更多的证据。

3.2.2 与其他地区晚中生代兽脚类足迹的对比

通过与韩国Hwasun地区(白垩纪)(Huh et al., 2006; Kim and Huh, 2010)以及最新在河北尚义地区(J3-K1)(柳永清等, 2012)发现的晚中生代兽脚类恐龙足迹相关数据的对比发现, 这2个地区与沂沭断裂带内发现的兽脚类足迹特征也存在很大差别。(1)韩国地区兽脚类恐龙足迹的宽度(多大于15 cm)要明显大于山东地区(包括沂沭断裂带和诸城地区)的大多数兽脚类恐龙足迹(图 7-A), 而尚义地区的兽脚类足迹跟诸城地区的一部分兽脚类恐龙足迹大小相似。(2)从足迹长度与Ⅱ -Ⅳ 趾趾间角(γ )分布特征看, 韩国地区和尚义地区的γ 值都大于50° , 明显大于山东地区的兽脚类足迹趾间角(图 7-B)。(3)足迹Ⅱ -Ⅲ 趾趾间角(α )和Ⅲ -Ⅳ 趾趾间角(β )分布特征方面, 韩国和尚义地区的趾间角(α -β )分布较为散落, 但是角度要明显大于诸城地区足迹趾间角, 而与沂沭断裂带内的足迹趾间角有部分相似区域(图 7-C)。(4)从足迹长宽比值特征来看, 尚义地区的足迹特征要类似于莒南和诸城地区的恐龙足迹特征, 而韩国地区的恐龙足迹特征(长宽比值在0.8~1.2之间)明显区别于山东地区和尚义地区的足迹(长宽比值在1.2~2.2之间)(图 7-D)。通过上述对比来判断, 韩国晚中生代兽脚类恐龙足迹的造迹者明显不同于中国(河北尚义和山东地区)的兽脚类恐龙足迹造迹者, 表明这2个地区存在不同属种的恐龙动物群。而相比河北尚义地区和山东地区的兽脚类恐龙足迹特征, 虽然从足迹长宽特征来看, 它们之间具有一定的相似性, 但是趾间角大小方面, 尚义地区的兽脚类恐龙足迹与沂沭断裂带内的部分兽脚类恐龙足迹存在一定的相似性, 而与诸城地区的兽脚类恐龙足迹存在较大的不同, 表明尚义地区的兽脚类恐龙可能与沂沭断裂带内的兽脚类恐龙存在一定的亲缘关系, 但是与胶莱盆地诸城地区的兽脚类恐龙间的亲缘关系要小很多, 甚至有可能是不同属种的恐龙。

3.3 沂沭断裂带内恐龙足迹发现的意义

大量的兽脚类、鸟脚类和蜥脚类恐龙足迹的发现, 暗示在早白垩世晚期, 沂沭断裂带内生活着种类繁盛、数量庞大的恐龙动物群。联系到沂沭断裂带东部诸城地区早白垩世早期地层中发现的以兽脚类为主的恐龙足迹(李日辉和张光威, 2000, 2001; 邢立达等, 2010a; Li et al., 2011; 柳永清等, 2011), 虽然出现在2个不同时期, 具有不同特征的恐龙足迹, 有可能代表着不同属种的恐龙动物群, 但是有一点是可以肯定的, 在早白垩世, 大量恐龙足迹的出现, 表征着沂沭断裂带及胶莱盆地当时是个理想的恐龙生存、繁衍的栖息地(柳永清等, 2011)。除此外, 沂沭断裂带内临沭和东海地区(特别是临沭地区)大量蜥脚类恐龙足迹的发现, 对蜥脚类恐龙生存环境范围及分布有了新的认识。Matsukawa等(2006)和Li等(2011)认为中国东北部的早白垩世足迹化石动物群主要由兽脚类恐龙和鸟类为主, 而蜥脚类恐龙多生活远离海岸线的内陆半干旱、低纬度地区(Matsukawa et al., 2006), 而鸟脚类恐龙则多生活在大陆北部靠近大陆边缘的潮湿地带(Lockley, 1991; Matsukawa et al., 1995)。但是临沭、东海地区蜥脚类恐龙足迹的发现表明蜥脚类恐龙并不一定多生活于内陆半干旱、低纬度地区, 而在东部的中、高纬度的大陆边缘地区同样可以生存。

近些年来, 在东亚地区(中国、韩国和日本)的早白垩世地层中发现了大量的恐龙足迹(Young, 1960; Zhen et al., 1989; You and Azuma, 1995; Matsukama et al., 1997, 2006; 李日辉和张光威, 2000; Lockley et al., 2002; 李日辉等, 2005b, 2008; Chen et al., 2006; Kim et al., 2008; 邢立达等, 2010a, 2010b; Li et al., 2011), 翼龙足迹(Lee et al., 2008; Xing et al., 2012)和鸟类足迹(李日辉等, 2005a; 邢立达等, 2010a)。而最新在中国沂沭断裂带内发现的大量恐龙足迹, 不仅丰富了中国华北地区晚中生代恐龙足迹学的研究, 同时也为东北亚地区晚中生代以恐龙为主的陆相脊椎动物群的研究提供了新的材料和信息。

4 结论

近几年在沂沭断裂带内的下白垩统上部发现了包括兽脚类、鸟脚类和蜥脚类在内的大量恐龙足迹化石, 表面当时的沂沭断裂带地区是个环境适宜的恐龙生存、繁衍的栖息地。通过对沂沭断裂带内多个地区恐龙足迹特征和保存状态的调查研究得出, 沂沭断裂带内的恐龙足迹特征存在一定的区域差异性:

1)造迹者属种类别方面, 莒南地区以兽脚类和鸟脚类恐龙为主, 临沭、郯城和东海地区以蜥脚类恐龙为主。莒南和临沭地区的恐龙类别较为丰富, 而在郯城和东海地区恐龙类别相对较为单一。

2)足迹形态大小方面, 莒南地区的兽脚类恐龙足迹分为类型Ⅰ 和类型Ⅱ 两种类型, 而东海地区的足迹主要属于类型Ⅱ ; 鸟脚类, 莒南地区绝大多数足迹要小于临沭地区的足迹; 蜥脚类, 郯城地区的足迹较小, 莒南、临沭和东海地区的大多数足迹大小较为相似, 个别临沭和莒南地区的足迹较大。

3)兽脚类足迹趾间角大小关系方面, 莒南地区大多数足迹的趾间角要小于东海地区, 这可能由于其兽脚类恐龙属种的不同造成。

4)足迹踩踏深度方面, 临沭、东海和郯城地区的足迹相比莒南地区的足迹要稍深, 这跟足迹形成在不同湿度、黏度以及沉积物颗粒度的地表上有密切关系。

总之, 沂沭断裂带内保存的早白垩世晚期的恐龙足迹特征差异原因不仅跟其保存时的沉积环境和所赋存岩石的原始沉积物特征有关, 也跟该地区当时所繁盛的恐龙动物群属种的差异存在紧密的联系。

致谢 在野外调查工作中得到了山东省国土资源厅地质调查研究院许克民高级工程师和山东省国土资源厅地质科学实验研究院程光锁博士的帮助和指导; 同时山东省莒南县国土资源局、山东省临沭县国土资源局、山东省诸城市恐龙文化研究中心的领导和职工对野外工作也提供了很多的方便和帮助, 在此一并表示衷心感谢!另外, 还要感谢审稿人提出的评审意见和有益建议, 以及编辑们负责、细致和辛苦的工作。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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