貴州遵義松林下寒武統(tǒng)烴源巖中一種可疑的管狀化石研究

張文濤，騰格爾，秦建中，張慶珍，謝小敏，邊立曾

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214151；2.南京大學(xué)，南京 210093)

貴州地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組下部廣泛發(fā)育一套黑色頁(yè)巖和硅質(zhì)巖，屬于中國(guó)南方4套區(qū)域性海相烴源巖之一[1]。

早寒武世是海生后生動(dòng)物快速演化和分異的重要?dú)v史時(shí)期[2]，在牛蹄塘組下部Ni，Mo礦層之上3 m厚的黑色頁(yè)巖中產(chǎn)大量的海綿動(dòng)物、高肌蟲類和藻類化石，被稱為松林生物群[3]，而松林生物群之上40 m處的牛蹄塘組的黃綠色泥巖中，產(chǎn)大型雙殼節(jié)肢動(dòng)物、腕足動(dòng)物、三葉蟲、海綿動(dòng)物化石，宏觀藻類、疑源類等多種類化石，被稱為遵義生物群[3-4]。其中黑色頁(yè)巖中的浮游藻類(如小刺藻)、底棲宏觀藻類(如紅藻、褐藻)等都是有利的生烴母質(zhì)[5]，生物的大量發(fā)育造成了該頁(yè)巖中高的有機(jī)碳含量。

楊興蓮等人于2005年在金沙巖孔剖面鎳鉬礦之下的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量很多的球狀原始海綿體化石(Triticispongiasp.)，這是目前為止寒武紀(jì)發(fā)現(xiàn)的最早的海綿體化石[6]。除此之外，總體上說(shuō)牛蹄塘組底部的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的生物較少。本次在貴州遵義牛蹄塘組鎳鉬礦層之下的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的微型的多孔管狀生物化石，應(yīng)為新的生物種類。牛蹄塘組生物群下部化石層位相當(dāng)于Tommotain階上部，早于澄江生物群，屬于目前發(fā)現(xiàn)的最早的布爾吉斯型生物群[7-8]。該發(fā)現(xiàn)豐富了遵義牛蹄塘組生物群早期的化石種類，為寒武紀(jì)生物演化的研究提供了新的材料。

1 地質(zhì)背景

本文報(bào)道的材料采自遵義松林以西5 km左右的中南村黑沙坡剖面(圖1)的牛蹄塘組。松林地區(qū)是一個(gè)由震旦系、下寒武統(tǒng)地層組成的穹隆，研究區(qū)中南村位于穹隆的西南部，僅出露燈影組頂部淺灰白色白云巖及牛蹄塘組中、下部地層，牛蹄塘組上部地層在松林地區(qū)往往未見分布[9-10]。

該剖面下伏地層為震旦系燈影組的灰黑色薄層微晶白云巖，白云巖之上為寒武系牛蹄塘組灰褐色硅質(zhì)磷塊巖，磷塊巖上面有一層含鐵質(zhì)的泥巖，再上為深灰色薄層硅質(zhì)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、含硅質(zhì)碳質(zhì)頁(yè)巖，見磷質(zhì)團(tuán)塊。往上為黑色的鎳鉬礦層，鎳鉬礦層之上為黑粉砂質(zhì)、碳質(zhì)泥巖[8](圖1)。鎳鉬礦層之上的黑色頁(yè)巖是遵義牛蹄塘組生物群的化石的主要分布層位[10]，其中含有大量的海綿動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、軟體動(dòng)物及藻類化石。貴州遵義牛蹄塘生物群以含有大量的海綿動(dòng)物為特征，海綿在組成上占整個(gè)生物群的50%左右，而數(shù)量上占整個(gè)生物群的比例則高達(dá)70%[11]。大量海綿骨針和完整海綿體化石出現(xiàn)的層位低于三葉蟲Tsunyidiscus出現(xiàn)的層位，直接覆于鎳鉬礦層之上(圖1)。

圖1 貴州遵義松林下寒武統(tǒng)牛蹄塘組下部柱狀圖[8]Fig.1 The columnar section of the Lower Cambrian Niutitang Formation at Songlin, Zunyi, Guizhou Province

2 研究方法與化石描述

為了研究小于10 μm的化石，本次研究主要依靠掃描電鏡下的觀察。

觀察用樣品通過(guò)即時(shí)制取新鮮斷面作為觀察面，并立即經(jīng)過(guò)超聲波清洗去除表面碎屑，隨即干燥后進(jìn)行表面噴金處理。掃描電鏡研究包括微觀形貌特征的鑒別和微觀區(qū)域成分的能譜測(cè)定。本次工作在中石化無(wú)錫實(shí)驗(yàn)地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，所使用的儀器為Quanta200型環(huán)境掃描電鏡，理論最大放大倍數(shù)為300 000倍，最小分辨率可達(dá)幾個(gè)納米。

化石為個(gè)體很小的微型管狀生物體，管壁多孔；化石基本上躺伏于地層層面上，部分個(gè)體包埋在巖石中(圖2a,b,c)。所見個(gè)體均為多孔管狀，管體直徑約為470 nm，管體長(zhǎng)度最長(zhǎng)的超過(guò)50 μm(圖2b)。管壁上發(fā)育螺旋形規(guī)則排列的孔洞，管壁內(nèi)外通過(guò)孔洞相互連通?？椎闹睆郊s為35 nm，從保存較好的個(gè)體來(lái)看，孔的形狀近似六邊形(圖2d)，少量管體由于被壓扁而發(fā)生變形。目前發(fā)現(xiàn)的管狀生物的兩端均未封閉，呈斷開狀態(tài)。根據(jù)能譜分析，管狀生物化石的主要組成成分是硅質(zhì)(圖3)，但是由于生物個(gè)體太小而導(dǎo)致能譜分析的成分中包含了背景巖石的成分，因此該成分分析結(jié)果僅供參考。

所研究的巖石樣品有機(jī)碳含量相對(duì)較高，在掃描電鏡下除發(fā)現(xiàn)了多孔的管狀生物化石外，還發(fā)現(xiàn)有富含Si,Fe,Ba等各種微量元素的底棲藻席和它們的孢子囊，以及可能的硅藻等多種可疑的生物個(gè)體(另文報(bào)道)。本文中多孔的管狀生物化石就與富Si的底棲藻類和孢子囊共存于同一層面之上(圖2e)。從圖中可以清楚地看出底棲藻席的網(wǎng)眼和絲體結(jié)構(gòu)，孢子囊則在藻席中形成一個(gè)個(gè)的鼓包。

3 比較及討論

本次發(fā)現(xiàn)的管狀生物化石個(gè)體非常小，與該地區(qū)此前發(fā)現(xiàn)的其他化石[7,10-12]在大小上相差很遠(yuǎn)，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料未見此類報(bào)道。大小在幾個(gè)微米左右的生物中最為常見的是細(xì)菌。絕大多數(shù)細(xì)菌大小在0.5～5 μm之間，一般為球形、桿形或者螺旋形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本文報(bào)道的多孔的長(zhǎng)管形生物顯然與細(xì)菌具有明顯的差異。

從化石管壁的多孔特征來(lái)看，該化石與海綿動(dòng)物具有一定的相似性。在已知的海綿中，形態(tài)上與之較為接近的生物如俗稱為維納斯花籃(Venus’ Flower basket)的Euplectellaaspergillum(Richard Owen, 1841)(圖4)[13]，該物種屬于六射海綿綱Hexactinellida。

圖2 遵義牛蹄塘組生物群中的硅質(zhì)多孔管狀化石Fig.2 Silicic tubiform fossil in the Niutitang Formation, Zunyi, Guizhou Province

圖3 管狀生物化石能譜成分分析樣品表面已鍍金。Fig.3 EDS Spectrums of the fossil

所發(fā)現(xiàn)的管狀化石與Euplectellaaspergillum相比較具有以下相同點(diǎn)：整體形態(tài)上，二者均為多孔的管狀生物；二者管壁上的孔均按照一定的規(guī)律排列，且排列方式具有相似性；二者管壁上孔的形狀均為多邊形；二者在組成成分上均為硅質(zhì)。兩者不同點(diǎn)為：前者化石個(gè)體小，管的直徑在微米級(jí)別，后者直徑一般為幾個(gè)厘米；Euplectellaaspergillum表面在多孔骨架外見螺旋上升的“脊背”結(jié)構(gòu)，而所發(fā)現(xiàn)的化石表面未見此結(jié)構(gòu)；所發(fā)現(xiàn)管狀化石個(gè)體粗細(xì)均勻，兩端未見封閉，而現(xiàn)代Euplectellaaspergillum粗細(xì)不均且頭部封閉而底部具毛。

通過(guò)比較能夠看出，本文所描述的管狀化石與Euplectellaaspergillum在主要形態(tài)特征上有一定相似之處，但大小卻是Euplectellaaspergillum的千分之一。如果認(rèn)為該生物為一種海綿動(dòng)物的話，其食物來(lái)源及生活方式將成為一個(gè)挑戰(zhàn)。由于該管狀生物的管體直徑還不足500 nm，比大部分的細(xì)菌還小，因此可能只有比這種生物更小的病毒和目前尚存在爭(zhēng)議的納米細(xì)菌才能作為它的食物。

葵盤石Receptaculites是另一種與之具有相似特征的生物，該物種是歸入藻類還是海綿動(dòng)物目前還存在爭(zhēng)議。Receptaculites同樣具有多孔的特征，孔的排列方式為螺旋形排列。Receptaculites的大小比本文描述的管狀化石同樣大上千倍，而且Receptaculites為圓盤形而非管形。

圖4 西太平洋Euplectella aspergillum生物形態(tài)及骨架結(jié)構(gòu)[13]Fig.4 Details of the Western Pacific Euplectella aspergillum and its skeleton

所發(fā)現(xiàn)的管狀生物還有可能是一種原始的藻類。藻類中如粗枝藻、硅藻等的化石也常見到多孔的特征，其中硅藻最小的只有10 μm，與發(fā)現(xiàn)的管狀化石大小比較接近。關(guān)于該化石的系統(tǒng)劃分還有待于進(jìn)一步的研究。

早寒武世是生命演化過(guò)程中的一個(gè)重要階段，本次發(fā)現(xiàn)的疑似海綿化石個(gè)體小，具有一定的結(jié)構(gòu)，且位于目前發(fā)現(xiàn)的牛蹄塘組生物群的最底部，因此可能為早期生命演化過(guò)程提供新的材料。

貴州遵義松林下寒武統(tǒng)底部的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的管狀生物和底棲藻類可能揭示出當(dāng)時(shí)的水體中存在較多的生物活動(dòng)，這將有助于解釋硅質(zhì)巖中較高的有機(jī)碳含量。根據(jù)梁狄剛等對(duì)發(fā)育烴源巖的沉積相的劃分[14]，研究區(qū)域硅質(zhì)巖層應(yīng)屬于受熱水影響的深水陸棚相。這種沉積相條件，一方面提供了生物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素，另一方面也造成了相對(duì)較還原的保存條件，使得該沉積環(huán)境下可能發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

致謝：南京古生物研究所陳均遠(yuǎn)老師在本文寫作過(guò)程中提出過(guò)寶貴的意見，在此表示誠(chéng)摯的感謝！

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