豫西北奧陶系馬家溝組遺跡化石及其沉積環(huán)境①

牛永斌 單婷婷 董小波 周 碩 高文秀

(1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 河南焦作 454000;2.河南省生物遺跡與成礦過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南焦作 454000;3.河南理工大學(xué)現(xiàn)代教育中心 河南焦作 454000)

遺跡化石是在某種沉積條件下形成的生物沉積構(gòu)造，它指示某種特定的沉積條件。在實(shí)體化石貧乏或完全缺失的情況下，是進(jìn)行沉積古環(huán)境分析非常實(shí)用的相標(biāo)志［1-5］。特別是對(duì)于華北盆地早古生代的海相碳酸鹽巖沉積區(qū)，完整的生物實(shí)體化石相對(duì)缺乏，而遺跡化石非常豐富，利用遺跡化石進(jìn)行沉積古環(huán)境分析具有得天獨(dú)厚的條件［6-9］。

研究區(qū)主要包括豫西北濟(jì)源—焦作—安陽林州一線，位于 35°12＇53″～35°25＇5″N，113°6＇27″～113°22＇38″E(圖1);構(gòu)造上隸屬于華北盆地太行山分區(qū)，區(qū)內(nèi)奧陶系碳酸鹽巖非常發(fā)育。前人對(duì)于區(qū)內(nèi)奧陶系的沉積微環(huán)境，現(xiàn)有的研究成果非常薄弱;且多從華北或河南省等較大范圍內(nèi)對(duì)奧陶系沉積古環(huán)境進(jìn)行了初步研究。如葉連俊等［10］、王英華等［11］、馮增昭等［12］利用巖石組合序列對(duì)華北奧陶系沉積建造、古環(huán)境和古地理進(jìn)行了研究;劉印環(huán)等［13］綜合巖性組合和古生信息對(duì)河南省奧陶系巖相古地理進(jìn)行了研究;胡斌等［14-15］利用巖性信息、沉積構(gòu)造、古生物實(shí)體化石和遺跡化石對(duì)焦作青龍峽景區(qū)奧陶系馬家溝組的沉積環(huán)境和沉積演化進(jìn)行了初步研究。筆者在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下，利用2011～2013近三年的時(shí)間對(duì)豫西北奧陶系馬家溝11處剖面中的8處剖面進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)定與描述，目前共鑒定和描述遺跡化石10屬17種，這對(duì)補(bǔ)充華北奧陶系遺跡化石研究和沉積古環(huán)境分析具有重要的借鑒意義。

1 地層概況

研究區(qū)奧陶系地層出露良好，厚達(dá)800 m以上［16］，上覆石炭系本溪組地層，呈平行不整合接觸;下伏寒武系三山子組地層，亦呈平行不整合接觸;自下而上依據(jù)巖性差異可以劃分為七個(gè)巖性段［17］。筆者帶領(lǐng)項(xiàng)目組人員對(duì)博愛后寨(一至七段)、西小底(第七段)、影視城(第五段)、東交口(二至六段)、穆家寨(二段至五段)、葡萄峪(一至三段)、臺(tái)道(四至六段)、王窯(六至七段)、青龍峽(一至七段)等八處剖面進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)(圖2)，各段巖石學(xué)特征如下:

馬一段:厚度較穩(wěn)定，巖性為含礫泥質(zhì)白云巖、頁狀泥質(zhì)白云巖、姜黃色疙瘩狀泥質(zhì)灰?guī)r夾中晶白云質(zhì)灰?guī)r等，下部見鳥眼構(gòu)造。以灰色、深灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r作為與馬二段的分界，未見實(shí)體化石和遺跡化石。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 Location of the study area

馬二段:區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定，厚度較大。下部為深灰色角礫狀灰?guī)r，中間為深灰色中厚層狀泥灰?guī)r夾中薄層狀灰質(zhì)白云巖，上部為深灰色厚層狀灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r;水平紋理發(fā)育，中、下部含少量生物化石碎屑，上部含少量甲殼動(dòng)物碎屑。葡萄峪剖面、青銅峽剖面上部見 Psilonichnus、Thalassinoides、Helminthopsis、Planolites和Palaeophycus遺跡化石。

馬三段:下部為淺灰、灰紅、黃褐色角礫狀白云巖，以此為標(biāo)志與馬二段分界，發(fā)育石鹽假晶和鳥眼構(gòu)造;上部為中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r，層厚向上變薄，白云質(zhì)含量逐漸增加;實(shí)體化石較少，遺跡化石Thalassinoides、Helminthopsis極為發(fā)育，見 Planolites、Palaeophycus、Chondrites和 Gordia遺跡化石。

馬四段:下部為灰黃色薄層狀泥灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖向上過渡到中厚層狀灰?guī)r，與馬三段界限明顯;上部為中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。馬四段見大量實(shí)體化石，化石種類主要有腕足類、腹足類、有孔蟲類、棘皮類、介形蟲類、牙形石，局部見甲殼類和三葉蟲類化石碎屑［14-15］。下部遺跡化石 Thalassinoides、Helminthopsis較為發(fā)育，見 Planolites、Palaeophycus，上部見 Rhizocorallium、Phycodes(青龍峽剖面)遺跡化石。

馬五段:本段巖性主要為深灰色—灰黑色厚層—巨厚層石灰?guī)r，水平層理較為發(fā)育;生物碎屑含量相對(duì)于馬四段有所減少，但是有孔蟲、頭足類、腹足類仍有發(fā)現(xiàn)。遺跡化石分布特征是下部發(fā)育Thalassinoides、Helminthopsis和 Chondrites遺跡化石，中部發(fā)育Thalassinoides、Helminthopsis遺跡化石，上部發(fā)育Chondrites和Scolicia遺跡化石。

馬六段:下部為灰色中層灰質(zhì)白云巖、斑狀白云質(zhì)灰?guī)r，發(fā)育Thalassinoides、Helminthopsis遺跡化石，見鳥眼構(gòu)造與石膏假象;上部為中層白云質(zhì)灰?guī)r夾角礫狀灰?guī)r，水平層理發(fā)育，頂部見Helminthopsis、Chondrites、Planolites和 Gordia遺跡化石。

馬七段:本段底部為黑色藻疊層灰?guī)r，向上逐漸過多為亮晶砂屑灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r［14-15］，未見遺跡化石，水平層理、波狀層理發(fā)育;上部為灰黑色厚層狀砂屑灰?guī)r，灰黑色生物碎屑灰?guī)r，見海百合實(shí)體化石，遺跡化石Thalassinoides發(fā)育。

2 遺跡化石組成和分類

豫西北奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖中遺跡化石經(jīng)過鑒定和系統(tǒng)分析，目前共識(shí)別出10屬17種，綜合已鑒定遺跡化石造跡生物的行為習(xí)性和所能反應(yīng)的生態(tài)習(xí)性特征，可劃分為進(jìn)食跡、覓食跡和居住跡三個(gè)生態(tài)類型，各生態(tài)類型的圍巖特征與分布層段如表1。

圖2 豫西北奧陶系馬家溝綜合柱狀圖Fig.2 Synthetic column of Ordovician Majiagou Formation in the western Henan province

表1 豫西北奧陶系馬家溝組遺跡化石統(tǒng)計(jì)表Table 1 The trace fossils statistics of Ordovician Majiagou Formation in the western Henan province

3 遺跡化石鑒定與描述

居住跡(Domichnia)

螃蟹跡屬Ichnogenus Psilonichnus Curran and Pemberton，1984

分叉形螃蟹跡Psilonichnus upsilon

(圖版Ⅰ-a)

描述:分形螃蟹跡居住潛穴多呈近直立柱狀，多為Y形、J形分叉，有時(shí)亦為U形分叉，潛穴內(nèi)無襯壁［18］，潛穴直徑介于 3～8 mm，長約 10～30 mm。潛穴充填物多為細(xì)?；夷噘|(zhì)或白云石顆粒。

討論:這類遺跡化石直立—近直立的外部形態(tài)反映的多為生物的居住潛穴(即居住跡)。前人研究認(rèn)為這類遺跡化石的造跡生物主要為甲殼類或其他生態(tài)習(xí)性類似的生物，在碎屑巖沉積環(huán)境中常見于前濱最上部、海灘濱后等沉積環(huán)境，在碳酸鹽巖沉積環(huán)境主要出現(xiàn)在潮上帶下部和潮間帶上部(高潮坪)的沉積環(huán)境，反應(yīng)中低能的濱淺海環(huán)境［19］。

產(chǎn)地層位:焦作葡萄峪，奧陶系馬家溝組二段上部。

海生跡屬 Ichnogenus Thalassinoides Ehrenberg，1944

模式種Thalassinoides callianassa Ehrenberg，1944

(圖版Ⅰ-b)

描述:該遺跡種在巖層內(nèi)部呈網(wǎng)狀在三維空間內(nèi)延伸，具有分枝這一特點(diǎn)明顯。其潛穴管延展連續(xù)性較好，常見到有潛穴管呈垂直巖層延展而和巖層表面連通。其潛穴管常見Y形分枝和近垂向分支，相互之間經(jīng)常穿插連接，構(gòu)成一套在水平方向上延伸較廣的網(wǎng)狀分布潛穴系統(tǒng)。遺跡化石為內(nèi)生跡，潛穴管光滑且無襯壁，分支處會(huì)略顯膨大變粗。研究區(qū)此種遺跡化石潛穴直徑在0.5～1.5 cm之間，分叉角度較大，圍巖多為泥晶生屑灰?guī)r而充填物多為沙晶白云巖，充填物抗風(fēng)化能力強(qiáng)于圍巖，經(jīng)?？梢娨蝻L(fēng)化侵蝕圍巖而使?jié)撗ㄏ鄬?duì)凸顯于巖層表面。

討論:因?yàn)門halassinoides在巖層中呈三維空間展布，在巖石表面顯露的化石形態(tài)多樣，但分枝現(xiàn)象很明顯，且橫向連續(xù)性較好。研究區(qū)內(nèi)該化石分布較為廣泛，是最為常見的遺跡化石之一。Thalassinoides是一種居住和覓食潛穴，常產(chǎn)出于濱海潮間帶附近，指示海岸附近所在［20］。前人研究成果認(rèn)為Thalassinoides在白堊紀(jì)以后的造跡生物主要是甲殼動(dòng)物的十足目蝦類動(dòng)物［14-15］，但在奧陶紀(jì)其造跡生物還不確定，因?yàn)槟壳斑€沒有十足目蝦玉蝦類動(dòng)物在當(dāng)時(shí)就已存在的證據(jù)，研究區(qū)Thalassinoides不僅發(fā)育在潮間帶，也發(fā)育在潮下帶環(huán)境。

產(chǎn)地層位:焦作后寨、東郊口、葡萄峪、王窯、青龍峽，馬家溝組二段上部、五段、六段、七段中上部。

水平海生跡 Thalassinoides horizontalis Myrow，1995

(圖版Ⅰ-c)

描述:該遺跡種多呈沿著巖層面分布的具有分支的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其分枝狀呈Y字型。潛穴管為亞圓柱形和圓柱形，直徑在0.5～1.2 cm之間，其分枝處膨大現(xiàn)象不明顯，分枝間距較為均一，所形成的網(wǎng)狀空格大小也比較均一?；瘽撗ü芡獗诠饣?，未見到內(nèi)部構(gòu)飾。其充填物為灰質(zhì)白云巖，圍巖以泥晶灰?guī)r為主，暴露面經(jīng)風(fēng)化后使得化石相對(duì)浮現(xiàn)于巖層表面。研究區(qū)此遺跡化石潛穴中有可見到較大的白云石晶形和少量甲殼動(dòng)物實(shí)體化石。

討論:研究區(qū)Thalassinoides horizontalis與Thalassinoides callianassa相比，其潛穴直徑變化不大，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格大小較均一，化石形態(tài)特征比較明顯。該遺跡化石主要沿水平方向分布和連通，垂直方向的潛穴管發(fā)育不明顯。研究區(qū)Thalassinoides潛穴中發(fā)現(xiàn)的甲殼動(dòng)物化石，這為甲殼動(dòng)物參與該類遺跡化石的建造提供了證據(jù)。此外，有學(xué)者認(rèn)為分枝處有膨大現(xiàn)象的Thalassinoides是由蝦類或者體型類似的生物所造，因?yàn)榇祟愒燠E生物在潛穴內(nèi)需要轉(zhuǎn)動(dòng)身體以調(diào)轉(zhuǎn)行進(jìn)方向，在分叉口就留下了轉(zhuǎn)動(dòng)身體時(shí)磨損潛穴壁的膨大特點(diǎn)。而另一些能夠不掉頭而后退運(yùn)動(dòng)的造跡生物很可能就不會(huì)在分叉處留下膨大的潛穴特點(diǎn)［20-22］。

產(chǎn)地層位:焦作葡萄峪、東郊口、王窯、青龍峽，馬家溝組三段上部，四、五、六下部，七段。

根珊瑚跡屬 Ichnogenus Rhizocorallium Zenker，1836

詹尼斯根珊瑚跡 Rhizocorallium jenense Zenker，1936

(圖版Ⅰ-d)

描述:該遺跡種U型潛穴保存完好清晰可辨，整體扁平，管壁明顯且內(nèi)部具有清晰的回填紋構(gòu)造，兩翼管凸于巖石表面。整體與層面近平行保存，化石長約12 cm，兩端圓弧狀，大體上看向著內(nèi)部回填紋所指示方向管徑變粗。潛穴外徑在1～1.5 cm之間變化，內(nèi)徑在0.5～1.2 cm之間，管壁厚度均勻，約0.3 cm左右。圍巖為灰黑色泥晶灰?guī)r，充填物呈深灰色，比圍巖耐風(fēng)化。

討論:該遺跡潛穴具有回填紋構(gòu)造可能反映Rhizocorallium是一種進(jìn)食遺跡。Seilacher(1967)認(rèn)為Rhizocorallium的蹼狀構(gòu)造的方向受到沉積速率或侵蝕速度的控制［20，23］，其潛穴管徑和潛穴整體大小成正比。Basan和Scott(1979)對(duì)Rhizocorallium的構(gòu)造特征作過補(bǔ)充說明，認(rèn)為其兩翼近平行，之中的蹼狀紋層呈同心狀前進(jìn)式，內(nèi)部充填物和母巖的成分相同，在一些樣本的翼管上經(jīng)常可以見到動(dòng)物的抓痕［23］。多數(shù)Rhizocorallium為內(nèi)生跡，全部保存在巖石內(nèi)，圍巖被風(fēng)化侵蝕之后才出現(xiàn)浮起于巖石表面的現(xiàn)象。

產(chǎn)地層位:焦作青龍峽，奧陶系馬家溝組馬四段中上部。

進(jìn)食跡(Fodinichnia)

叢藻跡屬 Ichnogenus Chondrites Sternberg，1833

B型叢藻跡 Chondrites type-1 Osgood，1970

(圖版Ⅰ-e)

描述:B型叢藻跡外部形態(tài)為細(xì)小的樹枝狀潛穴系統(tǒng)，其每束分枝沿一條細(xì)長的主枝兩側(cè)分布為羽狀，每個(gè)分枝長度較短且不集中，單個(gè)遺跡潛穴管互不交叉，在多個(gè)遺跡時(shí)有互相疊加的情況，整體為較為分散的潛穴群。潛穴直徑多在0.1～0.3 cm，每組潛穴管直徑均一，分枝之間角度基本相同，為30°左右。潛穴內(nèi)的充填物與圍巖成分和顏色基本相同。

討論:Chondrites屬化石是一種分布范圍廣、延續(xù)時(shí)間長的遺跡化石，從前寒武紀(jì)到現(xiàn)代，可出現(xiàn)在多種環(huán)境中(晉惠娟，1999)。該遺跡化石的造跡生物不明，目前還沒有確切發(fā)現(xiàn)，普遍認(rèn)為主要是生活在沉積物界面和水面下方比較深處的食沉積物動(dòng)物［24-25］，是一種高度分支的潛穴系統(tǒng)［26-30］。參考 Osgood(1970)所描述的 Chondrites type-1標(biāo)本［20］，形態(tài)上與研究區(qū)部分 Chondrites非常接近，因而定為Chondrites type-1。主要在研究區(qū)的葡萄峪和青龍峽地區(qū)發(fā)育，個(gè)體在研究區(qū)的Chondrites屬中是最小的。

產(chǎn)地層位:焦作葡萄峪、青龍峽，奧陶系馬家溝組五段底部。

C型叢藻跡 Chondrites type-2 Osgood，1970

(圖版Ⅰ-f)

描述:該遺跡種潛穴分枝系統(tǒng)呈樹枝狀，出現(xiàn)多次分枝的情況，聚集較密呈菊花狀;其潛穴分枝結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，多為雙分枝或者三分枝形態(tài)，每個(gè)分枝夾角為約為30°左右，分枝潛穴的直徑在0.2～0.5 cm間，單個(gè)分支管長1 cm左右，每個(gè)分枝形態(tài)類似并且粗細(xì)均勻。圍巖與充填物相似。

討論:Chondrites type-2的典型特征是多次分枝和常多方向放射狀形如菊花。Chondrites是一種穿相性遺跡化石［29-31］，且造跡生物多種，可與多種其他遺跡化石共生，而其充填物性質(zhì)也隨不同環(huán)境、不同圍巖而有所不同，抗風(fēng)化強(qiáng)度不盡相同。Bromley和Ekdale(1984)認(rèn)為Chondrites是形成在缺氧環(huán)境中的，甚至比一般任何的生物更能存在于缺氧環(huán)境中，其分布主要受控于氧氣含量而不僅僅是水深和沉積環(huán)境［31］。

產(chǎn)地層位:焦作青龍峽，奧陶系馬家溝六段下部。

纏結(jié)叢藻跡 Chondrites cf.intricatus(Brongniart，1823)Sternberg，1833

(圖版Ⅰ-g)

描述:該遺跡種潛穴分枝從一點(diǎn)大致向一個(gè)方向輻射生長，分枝較為密集，出現(xiàn)兩次以上分叉。形態(tài)上呈半圓狀向外輻射。單個(gè)潛穴管直徑在0.1～0.2 cm，角度不大在20°左右，一簇潛穴管長2 cm左右，單個(gè)分支管長不足1 cm。多數(shù)為一束潛穴像一個(gè)方向輻射，可偶爾出現(xiàn)潛穴分枝圍繞一點(diǎn)向四周輻射的現(xiàn)象。

討論:根據(jù)楊式溥對(duì)Chondrites intricatus的描述，這類遺跡化石分枝呈輻射狀潛穴系統(tǒng)，枝的直徑為1 mm，分枝成銳角，常自一點(diǎn)向外側(cè)成近半圓形，枝密集。整體遺跡寬約3 cm［20］。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的 Chondrites cf.intricatus遺跡化石從分枝的粗細(xì)、分枝方式、潛穴排列特征，同Chondrites intricatus較為相似，但又有所不同，故定為Chondrites cf.intricatus(相似種)。此外，研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的該遺跡種與 Chondrites type-2在同層位發(fā)育，多分布于巖層面上。該種遺跡化石與Chondrites type-2相比，外形多呈半圓狀，每組潛穴管方向分散度較小，且潛穴管直徑較為細(xì)小，不見360°放射狀生長。

產(chǎn)地層位:焦作青龍峽、葡萄峪，奧陶系馬家溝組三段，六段下部。

古藻跡屬 Ichnogenus Palaeophycus Hall，1847

管狀古藻跡 Palaeophycus tubularis Hall，1847

(圖版Ⅱ-a)

描述:管狀古藻跡潛穴外形多呈直—微彎曲的柱狀，且常保存在層面上。管壁清晰可辨、表面光滑沒有發(fā)現(xiàn)襯飾，長度不大，呈兩頭收縮變細(xì)的特征，多為1～7 cm。薄片觀察發(fā)現(xiàn)潛穴內(nèi)部充填物與圍巖成分相同，均為泥晶灰?guī)r;潛穴內(nèi)部充填物較圍巖粒度較大。

討論:Palaeophycus形態(tài)變化大，多數(shù)表面光滑，充填物沒有明顯特點(diǎn)。該種和Chondrites保存在同一層面上，可以判斷其造跡生物能適應(yīng)貧氧環(huán)境這一特點(diǎn)與Chondrites的造跡生物類似。依據(jù)Palaeophycus tubularis直到微彎曲的圓柱形潛穴形態(tài)，保存在層面上的特征，其表現(xiàn)出更多的是進(jìn)食跡的特征，故依據(jù)生態(tài)習(xí)性分類把它歸為進(jìn)食跡。與Planolites相比，Palaeophycus 的主要特征是具有襯壁［15，20］。與Helminthopsis相比，Palaeophycus雖彎曲但不成蛇曲狀。

產(chǎn)出層位:焦作葡萄峪、青龍峽，馬家溝三段中上部，四段、六段。

赫伯特古藻跡Palaeophycus heberti Saporta，1872

(圖版Ⅱ-b)

描述:該遺跡種明顯呈圓柱狀潛穴，凸出圍巖保存，內(nèi)部充填物被溶蝕而凹陷或中心殘余，呈煙囪狀。其潛穴形態(tài)均一，直徑變化在0.3～1.5 cm之間，長度約3～5 cm。管壁光滑，厚度0.3～0.7 cm，沒有紋飾，多為直到微彎曲狀。分枝現(xiàn)象不常見，常沿層面分布，呈底跡，少數(shù)為表跡或內(nèi)生跡。

討論:依據(jù) Palaeophycus heberti圓柱形潛穴形態(tài)，多凸出圍巖保存在層面上，而不是直立—近直立保存的外貌特征，更多呈現(xiàn)的是進(jìn)食跡的特征。故文中依據(jù)生態(tài)習(xí)性分類把它歸為進(jìn)食跡，而不是居住跡。較厚的襯壁構(gòu)造是Palaeophycus heberti的明顯特征，以此可將其與 Palaeophycus tubularis相區(qū)分［14-15，20］。

產(chǎn)出層位:焦作葡萄峪、東郊口、青龍峽，馬家溝組二段上部，三、四段。

漫游跡屬 Ichnogenus Planolites Nicholson，1873

山地漫游跡 Planolites montanus Richter，1937

(圖版Ⅱ-c)

描述:研究區(qū)該遺跡種遺跡化石基本沿巖層面分布，潛穴呈亞圓柱形，表面光滑無紋飾，充填物與圍巖區(qū)分明顯，潛穴顏色較深為灰黑色，無明顯襯壁。潛穴大多獨(dú)立分布，沒有分枝現(xiàn)象，沒有明顯交疊現(xiàn)象。潛穴管短且直，長度多在1～4 cm，直徑0.2～0.4 cm。

討論:在 Planolites屬中，研究區(qū)的 Planolites montanus個(gè)體較小。潛穴管多為直或微彎，常見直徑小于5 mm，潛穴表面光滑。該遺跡化石模式種常為相互交叉排列，表面光滑或者有紋理，直徑可達(dá)15 mm［14-15］。切面圓或橢圓，可能為覓食構(gòu)造，造跡生物為食沉積物的動(dòng)物，如多毛蟲和其他一些蠕蟲［20］。此種遺跡化石全球分布范圍較廣，能夠適應(yīng)各種水深要求，且持續(xù)時(shí)間較長，從前寒武紀(jì)晚期到更新世均有發(fā)現(xiàn)。

產(chǎn)地層位:焦作后寨、葡萄峪、王窯，馬家溝組三段、四段頂部、五段下部、六段下部。

環(huán)形漫游跡 Planolites annularius Walcott，1890

(圖版Ⅱ-d)

描述:研究區(qū)該遺跡種化石呈水平或略微傾斜狀沿層面分布。潛穴多數(shù)為柱狀，沒有襯壁，長約3～6 cm，直徑在0.2～0.5 cm之間，表面有環(huán)節(jié)規(guī)則分布，寬窄均勻。一般每厘米見2～3個(gè)環(huán)形痕跡。

討論:該種遺跡化石在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)較少，僅在葡萄峪地區(qū)馬三段地層中見到。且因?yàn)槠毡榻?jīng)過風(fēng)化后，部分化石的潛穴表面環(huán)節(jié)特征不明顯。

產(chǎn)地層位:焦作葡萄峪，馬家溝組二段。

擬藻跡屬 Ichnogenus Phycodes Richter，1850

掌狀擬藻跡 Phycodes palmatus Hall，1853

(圖版Ⅱ-e)

描述:該遺跡種因形似手掌而得名，表現(xiàn)為簇的潛穴管，一端匯聚一端分散。每個(gè)潛穴管為圓柱狀，互相之間不相交，且只發(fā)現(xiàn)一次分叉，沒有在分枝上二次分叉。潛穴管分枝直徑0.3～1 cm，長約11 cm，根部分枝長4～7 cm，分支角度有變化，在15°～30°之間。潛穴管壁光滑，整體呈掌狀或花束狀。其潛穴充填物為泥晶灰?guī)r，研究區(qū)有的層位Phycodes潛穴充填物為淺色，有的為深色。

討論:Phycodes palmatus遺跡種常通過幾根分枝形成“掌形”，且分枝較為粗大。前人研究成果一般認(rèn)為該遺跡化石為某種蠕蟲類動(dòng)物的進(jìn)食遺跡，多在淺海環(huán)境出現(xiàn)［7，14，20］。

產(chǎn)地層位:焦作葡萄峪、青龍峽，奧陶系馬家溝組四段中上部。

覓食跡(Pascichnia)

擬蠕形跡屬Ichnogenus Helminthopsis Heer，1877

擬蠕形跡未定種Helminthopsis ichnosp.

(圖版Ⅱ-f)

描述:該遺跡種沿層面分布，形態(tài)變化大。潛穴管直徑1～2 cm，長度5～30 cm，充填物顏色較深。單個(gè)潛穴不分枝、不穿插，管壁光滑未見襯壁，其彎曲不規(guī)則，彎曲角度變化大，且彎曲弧度不確定，可以有良好弧度也可以呈折線彎曲。

討論:參考前人關(guān)于Helminthopsis的研究資料，潛穴直徑多呈4～10 cm，外形多為小型—大型弧彎曲［17］。研究區(qū)該遺跡化石個(gè)體很大，沒有發(fā)現(xiàn)已定名屬種中有相似的，因此作為未定名種的Helminthopsis。與其相比，Gordia的主要不同處其是沒有呈現(xiàn)明顯的蛇曲狀彎曲，而是形態(tài)呈圓環(huán)狀或不封閉，且個(gè)體相對(duì)較小。

產(chǎn)出層位:焦作葡萄峪、王窯、青龍峽，奧陶系馬家溝三、四、五段。

阿伯爾擬蠕形跡 Helminthopsis abeli Ksiazkiewicz，1977

(圖版Ⅱ-g)

描述:阿伯爾擬蠕形跡潛穴多呈凸起狀常沿巖層面發(fā)育，潛穴管粗細(xì)、彎曲不等，整體上呈蛇曲狀或具有蛇曲狀的趨勢(shì)，局部較為平直。潛穴直徑在0.5～2 cm，長5～15 cm之間。充填物黑色或深灰色，成分與圍巖皆為泥晶灰?guī)r，圍巖含有生物碎屑。

討論:前人在建立此遺跡屬時(shí)認(rèn)為此潛穴形態(tài)沒有明顯表現(xiàn)出較為規(guī)則的蛇曲狀，但總體上看具有形成蛇曲狀的趨勢(shì)［20］。Wetzel和 Bromley(1996)通過研究發(fā)現(xiàn)該遺跡種常表現(xiàn)為開口不規(guī)則的蛇曲形，并認(rèn)為Helminthopsis可能是一種生存在深度不大的沉積物中的底棲生物的覓食跡，其沉積物中食物比較豐富［20］。

產(chǎn)出層位:焦作青龍峽、葡萄峪，奧陶系馬家溝組二段中、三段。

象形擬蠕形跡 Helminthopsis hieroglyphica Heer，1877

(圖版Ⅱ-h)

描述:該遺跡種表現(xiàn)出彎曲程度很高的蛇曲形，整體沒有分枝，直徑均一，為0.8 cm左右。潛穴整體上呈彎曲弧形，局部比較平直，長度10～18 cm。

討論:該遺跡化石附近有包括腹足類和頭足類動(dòng)物在內(nèi)的較多實(shí)體化石，雖不能證明其為造跡生物，但二者相關(guān)性很好，有待進(jìn)一步研究。Helminthopsis hieroglyphica通常被認(rèn)為是一種底跡充填潛穴。

產(chǎn)地層位:焦作葡萄峪、青龍峽，馬家溝組三、四、五、六段。

線形跡屬 Ichnogenus Gordia Emmons，1844

磨礫石線形跡Gordia molassica Heer，1865

(圖版Ⅲ-a)

描述:該遺跡種微凸起于層面，呈現(xiàn)出復(fù)雜無規(guī)則的任意彎曲，局部出現(xiàn)交切現(xiàn)象，并呈多次穿插。潛穴管不分枝，管壁光滑，管徑較細(xì)，約0.2 cm左右，可呈不規(guī)則交叉狀態(tài)，沒有分枝出現(xiàn)，整體寬度一致，長度3～15 cm。充填物與圍巖相同，顏色差異因?yàn)閲鷰r風(fēng)化后呈灰黃色。

討論:Gordia主要特點(diǎn)是互相穿插、交切特征明顯，彎曲不規(guī)則且頻繁［14-15］。研究區(qū)該遺跡種特點(diǎn)是潛穴管細(xì)長且延伸形態(tài)不規(guī)則，沒有表現(xiàn)出Hel-minthopsis屬的蛇曲形或蛇曲趨勢(shì)，長度不等，較長者常會(huì)出現(xiàn)互相穿插現(xiàn)象，較短者穿插不明顯，充填物顏色稍深于圍巖。

產(chǎn)出層位:焦作葡萄峪、青龍峽，奧陶系馬家溝組馬家溝組三段，六段下部。

蠕形跡屬 Ichnogenus Scolicia de Quatrefages，1849

蠕形跡(未定種)Scolicia ichnosp.

(圖版Ⅲ-b)

描述:該遺跡種為彎曲帶狀遺跡，表面光滑，帶寬均勻，約1.6 cm，至末端變細(xì)。個(gè)體較大，充填物與圍巖相同。見不完全保存的襯壁。

討論:該遺跡屬最初由de Quatrefages解釋為長的環(huán)帶動(dòng)物;而Hantzschel認(rèn)為是腹足類的潛穴遺跡;Seilacher則認(rèn)為是由心形海膽形成的潛穴，但是Smith和Crimes發(fā)現(xiàn)Scolicia遺跡化石只在白堊紀(jì)以后才是心形海膽形成的［14-15］。由此，Scolicia的造跡生物極可能是多種生物［7］。且研究區(qū)發(fā)現(xiàn)Scolicia和Chondrites常常共生。

產(chǎn)出層位:焦作青龍峽，奧陶系馬家溝組六段下部。

4 沉積環(huán)境分析

本次發(fā)現(xiàn)的遺跡化石多為局限—開闊碳酸鹽巖臺(tái)地中常見的分子，綜合研究區(qū)遺跡化石的古生態(tài)特征和宿主巖層的沉積學(xué)特征，將研究區(qū)遺跡化石劃分為3個(gè)遺跡組合。即Psilonichnus-Thalassinoides遺跡組合、Helminthopsis-Gordia遺跡組合和 Chondrites-Scolica遺跡組合。

4.1 Psilonichnus-Thalassinoides遺跡組合及沉積環(huán)境

該遺跡組合的巖性組成為中厚層泥質(zhì)白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r或亮晶膠結(jié)的泥?；?guī)r夾薄層的細(xì)晶白云巖，局部地區(qū)夾厚5～18 cm的黃褐色角礫狀白云巖，礫石大小多為0.3 cm×0.7 cm。該遺跡組合發(fā)育層段見鳥眼、干裂構(gòu)造，局部地區(qū)見石鹽假晶現(xiàn)象，中厚巖層中水平層理發(fā)育。

該遺跡組合主要有居住跡和少量的覓食跡組成。其中居住跡主要由“J”、“Y”潛穴或穿插網(wǎng)狀分布的潛穴系統(tǒng)及少量的近水平潛穴組成，遺跡化石分子主要為Psilonichnus、Thalassinoides，遺跡化石的分異度低，豐度中等，局部較高。泥質(zhì)灰?guī)r或泥晶灰?guī)r中發(fā)育少量的進(jìn)食潛穴Helminthopsis，多與層面平行。個(gè)體較大，達(dá)17～22 cm，豐度低，分異度高。

該遺跡組合反映了局限碳酸鹽巖臺(tái)地的潮坪環(huán)境，局部有潮汐溝道切入，潮道內(nèi)形成礫石沉積。根據(jù)平均高潮線可以劃分為潮上坪和潮間坪，潮間坪依據(jù)海平面、平均低潮線可以細(xì)分為高潮坪、中潮坪和低潮坪。潮上坪一般水動(dòng)能較弱、環(huán)境較穩(wěn)定，適宜于生物掘穴居住，因此發(fā)育大量的Psilonichnus和網(wǎng)絡(luò)狀Thalassinoides潛穴，潮間坪位于平均高潮線和平均低潮線之間，一般水體相對(duì)較動(dòng)蕩;但對(duì)于局限臺(tái)地內(nèi)的潮間坪，水體動(dòng)蕩程度往往又不是太高，氧氣充分，有機(jī)質(zhì)豐富，內(nèi)碎屑灰?guī)r和生物碎屑發(fā)育;局限碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)的高潮坪類似于潮上坪發(fā)育大量Psilonichnus和網(wǎng)絡(luò)狀 Thalassinoides潛穴，中潮坪—低潮坪主要發(fā)育相對(duì)較粗大的網(wǎng)狀Thalassinoides潛穴和Helminthopsis潛穴。

4.2 Helminthopsis-Gordia遺跡組合及沉積環(huán)境

該遺跡組合的巖性組成為灰—灰褐色中厚層的白云質(zhì)灰?guī)r、泥?！Ｄ嗷?guī)r、泥晶灰?guī)r夾中層狀的灰質(zhì)白云巖，層厚35～72 cm，生物碎屑相對(duì)發(fā)育。水平層理發(fā)育、局部地區(qū)見波痕構(gòu)造和粒序?qū)永怼?/p>

該遺跡組合主要有進(jìn)食跡和覓食跡組成。遺跡化石分子包括:Helminthopsis、Gordia、Planolites、Palaeophycus、Thalassinoides等。遺跡化石多沿層面或斜切層面分布，多呈蛇曲型，常見交叉截切現(xiàn)象。遺跡化石的分異度低—中等，豐度中等，局部較高。野外巖石新鮮斷面上遺跡化石 Helminthopsis和 Thalassinoides潛穴充填物相對(duì)圍巖較淺;而遺跡化石Gordia、planolites、Palaeophycus潛穴充填物和圍巖分異不明顯。

該遺跡組合反映了低能、靜水的沉積環(huán)境，局限碳酸鹽巖臺(tái)地的潟湖或開闊碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)的灘間海和臺(tái)內(nèi)洼地即為這類環(huán)境。根據(jù)Boucot等［32］顯生宙全球古氣候重建成果，華北盆地奧陶紀(jì)處于干旱氣候帶上，該區(qū)域內(nèi)局限碳酸鹽巖臺(tái)地中的潟湖的鹽度相對(duì)較高，只適宜廣鹽度生物生存，窄鹽度生物相對(duì)較少，這些生物在生命活動(dòng)時(shí)留下進(jìn)食跡和覓食跡，如 Helminthopsis、Planolites、Palaeophycus、Thalassinoides等遺跡化石相對(duì)實(shí)體化石較豐富;對(duì)開闊碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)的灘間海和臺(tái)內(nèi)洼地一般是正常鹽度的沉積環(huán)境，細(xì)粒沉積物中有機(jī)質(zhì)豐富，生物較為豐富，大量的生物在生命活動(dòng)過程留下豐富多樣的遺跡化石，如 Helminthopsis、Gordia、Planolites、Palaeophycus等，因此對(duì)比二者而言，開闊碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)的灘間海和臺(tái)內(nèi)洼地沉積環(huán)境中生物實(shí)體化石和遺跡化石都較局限碳酸鹽巖臺(tái)地的潟湖豐富。

4.3 Chondrites-Scolicia遺跡組合沉積環(huán)境

該遺跡組合的巖性組成主要為灰—深灰中厚層泥晶灰?guī)r，層厚43～87 cm，局部見巨厚層泥晶灰?guī)r，層內(nèi)紋層不明顯，呈塊狀層理。該遺跡組合主要有進(jìn)食跡和覓食跡組成。遺跡化石分子包括:Chondrites、Scolicia、Helminthopsis等。其中，進(jìn)食跡 Chondrites是由未知食沉積動(dòng)物建造的樹枝狀高度分支的潛穴系統(tǒng)［33-34］。通常從一個(gè)或多個(gè)水平或傾斜或垂直管狀為其始端向下或向外延展，分支一般2～4級(jí)不等，分支角度30°～50°同一個(gè)分支潛穴分支角度和分支直徑常保持不變，通常從一個(gè)或多個(gè)水平或傾斜或垂直管狀為其始端向下或向外延展［33-34］。而覓食跡Scolicia遺跡化石為沿層面呈水平蛇曲形發(fā)育的三葉型遺跡，中葉平，具窄而深的邊緣溝［20］，該遺跡組合中的Helminthopsis分子形體相對(duì)較小，長3～12 cm，寬0.2～0.7 cm。

該遺跡組合反映了低能、靜水、貧氧、還原性的沉積環(huán)境。在該遺跡組合中Chondrites遺跡化石的指相意義最為明顯。在一系列缺氧和富氧事件交替出現(xiàn)的層序地層中，Chondrites總是最后在缺氧和缺生物的紋層沉積之前消失［33-34］，而后又會(huì)在生物擾動(dòng)重新有所改善的環(huán)境中最先出現(xiàn)，是一個(gè)較為典型的機(jī)會(huì)種。并且研究區(qū)Chondrites出現(xiàn)的宿主巖層為深灰—黑色的泥晶灰?guī)r，在溶蝕的Chondrites潛穴內(nèi)見殘余的瀝青充填(圖版Ⅲ-c，d)，這些都可以指示其環(huán)境為低能、靜水、貧氧、還原性的沉積環(huán)境。相對(duì)而言Scolicia的指相意義較弱，目前它被認(rèn)為是海洋深度上的穿相遺跡，雖然在深海沉積環(huán)境常常能夠見到(特別是深海復(fù)理石沉積中)，但也有一些見于淺海的Cruziana遺跡相［20］。綜合研究區(qū)該遺跡組合發(fā)育的宿主巖石、生物實(shí)體化石等信息，筆者認(rèn)為該遺跡組合發(fā)育于開闊碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)臺(tái)內(nèi)洼地的氧化還原界面附近。

綜合巖石類型、巖石序列組合、沉積構(gòu)造、生物化石、遺跡化石或遺跡化石組合，參考非常適合華北盆地的塔克(1974)碳酸鹽巖沉積模式，建立了研究區(qū)奧陶系馬家溝組的沉積模式(圖3)和垂向沉積環(huán)境演化序列(圖2)。

5 結(jié)論

(1)豫西北奧陶系馬家溝組目前共識(shí)別出遺跡化石三大生態(tài)類型10屬17種，即①居住跡(Domichnia):Psilonichnus upsilon、Thalassinoides callianassa、Thalassinoides horizontalis、Rhizocorallium jenense;②進(jìn)食跡(Foidichnia):Chondrites type-1、Chondrites type-2、Chondrites intricatus、Palaeophycus tubularis、Palaeophycus heberti、Planolites montanus、Planolites annularius、Phycodes palmatus;③ 覓食跡 (Pascichnia):Helminthopsis ichnosp.、Helminthopsis abeli、Helminthopsis hieroglyphica、Gordia molassica、Scolicia ichnosp。

(2)綜合研究區(qū)鑒定遺跡化石所揭示的古生態(tài)和宿主巖層的沉積學(xué)特征，將其劃分為3種不同沉積條件下的遺跡組合:①Psilonichnus-Thalassinoides遺跡組合代表了局限碳酸鹽巖臺(tái)地的潮坪環(huán)境;②Helminthopsis-Gordia遺跡組合反映局限碳酸鹽巖臺(tái)地的潟湖或開闊碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)的灘間海和臺(tái)內(nèi)洼地等低能、靜水的沉積環(huán)境環(huán)境;③Chondrites-Scolica遺跡組合開闊碳酸鹽巖臺(tái)地內(nèi)臺(tái)內(nèi)洼地的氧化還原界面附近的沉積環(huán)境。綜合巖石類型、巖石序列組合、沉積構(gòu)造、生物化石、遺跡化石或遺跡化石組合，建立了研究區(qū)奧陶系馬家溝組的沉積模式和垂向沉積演化序列。

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