山西新榮地區(qū)巨型蜥腳類恐龍股骨化石的發(fā)現(xiàn)及其埋藏環(huán)境

董黎陽， 薛沛霖， 張 財， 劉穎超， 李 瑜

(山西地質博物館，太原 030021)

0 引言

蜥腳類恐龍以植物為食，身軀龐大，體長可達17～30 m，是侏羅紀—白堊紀陸地上最大的恐龍之一。大型蜥腳類恐龍體長通常超過17 m，對生存環(huán)境變化的適應能力較差，在白堊紀晚期數(shù)量趨于減少。近些年來，在浙江、甘肅、河南和廣西等地區(qū)的白堊系中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)體長達20多m的巨型蜥腳類恐龍化石[1-6]，不僅對其所在的恐龍群及當時的古環(huán)境研究具有重要意義，也為巨型蜥腳類恐龍在白堊紀的分布、遷徙和演化等問題的研究提供了重要信息。

山西左云—新榮一帶白堊系出露廣泛，為一套典型的陸相沉積，主要為早白堊世左云組和晚白堊世助馬堡組。2011—2012年，山西地質博物館在該地層中發(fā)現(xiàn)了大量恐龍化石，初步研究表明，左云組產(chǎn)有劍龍類和蜥腳類恐龍，助馬堡組產(chǎn)有鴨嘴龍類、甲龍類和角龍類恐龍[7-8]。統(tǒng)計表明，上述恐龍化石是以鴨嘴龍類和甲龍類為主，角龍類和蜥腳類為輔的恐龍化石組合[9]。近期，筆者在新榮地區(qū)助馬堡附近首次發(fā)現(xiàn)了一巨型蜥腳類恐龍股骨化石，對研究左云恐龍動物群的組成和早、晚白堊世之交的古環(huán)境具有重要意義。本文對該巨型蜥腳類恐龍股骨化石及其體長進行了初步估算，并分析了其埋藏環(huán)境。

1 化石產(chǎn)地地層概況

研究區(qū)位于華北板塊(一級)中部，山西板內臺褶帶(二級)北緣，云崗侏羅紀盆地北側[10-11]，地理位置位于大同市新榮區(qū)(圖1)。云崗盆地中心云崗—店灣一帶出露巨厚的侏羅紀煤系地層，自下而上分別為永定莊組、大同組和云崗組，依次向北超覆于前三疊系之上。在盆地西緣左云—右玉及北緣助馬堡一帶，白堊紀左云組和助馬堡組不整合于侏羅系或更老的地層之上。新近紀漢諾壩組玄武巖呈席狀覆蓋于盆地西緣及北緣各地層之上[12]。

圖1 山西新榮地區(qū)地質簡圖[9]Fig.1 Geological sketch of Xinrong area,Shanxi Province[9]

助馬堡組為一套沖洪積扇沉積，總體為礫巖、含礫砂巖與泥巖不規(guī)則互層，砂泥比為1∶1～1∶10(圖2,圖3(a))。左云一帶，依次識別出洪積扇相、沖積扇扇中-扇緣相和曲流河相。助馬堡一帶，下部沉積砂、泥比變化無規(guī)律，礫石分選性和磨圓差，雜基含量高，以大型雜亂的楔狀交錯層理為主(圖3(b)、(c))，往上砂、泥比漸至1∶1，砂巖板狀交錯層理發(fā)育，泥巖及粉砂巖中蟲跡大量發(fā)育(圖3(d))，具有沖積扇扇中-扇緣向曲流河過渡的特征。本次發(fā)現(xiàn)的蜥腳類恐龍股骨化石即產(chǎn)于助馬堡組上部厚層砂巖與泥巖、泥質粉砂巖界面上(圖2第26層)。

2 標本概述

一塊保存不完整的左側股骨化石(圖3(e)、(f))標本保存于山西地質博物館，標本登記號為VF0001，野外編號為2016ZY-10。標本總體粗壯、長直，骨干橫切面扁圓，近端擴展明顯，股骨頭發(fā)育，呈隆突狀，與大轉節(jié)之間的收縮頸略為明顯。第四大轉節(jié)發(fā)育，呈冠嵴狀。保存的股骨長96 cm，近端最寬57 cm。

圖2 研究區(qū)巨型蜥腳類恐龍股骨化石產(chǎn)出層位地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of the gigantic sauropod femur fossils productive layers in the study area

(a) 剖面總體特征，為一套砂泥巖互層 (b) 含化石層特征，砂巖內大型槽狀交錯層理豐富

(c) 下伏砂巖含肩胛骨，化石破碎，具磨圓，周圍充填大量礫石 (d) 下伏砂巖含脛骨化石，其上附著蟲跡

(e) 巨型蜥腳類股骨，股骨頭發(fā)育 (f) 巨型蜥腳類股骨，示長軸方位

3 討論

大型蜥腳類恐龍股骨近端最大寬度與總長度存在一定比例[3,13-14]。呂君昌等[3]認為大型蜥腳類恐龍股骨近端的橫向寬度與總長度之比為0.25～0.38，Ruyangosaurusgiganteus(巨型汝陽龍)的右側股骨近端寬60 cm，據(jù)此估算其股骨長約2 m，臀高超過5 m，是目前中國發(fā)現(xiàn)的最大的恐龍之一。山西天鎮(zhèn)晚白堊世灰泉堡組Huabeisaurusallocotus(不尋常華北龍)的左側股骨近端寬43 cm，其股骨長1.56 m[14-15]。而本次發(fā)現(xiàn)的蜥腳類恐龍股骨近端寬57 cm，推測其股骨長約1.9 m，甚至更長。因此，本次發(fā)現(xiàn)的巨型蜥腳類恐龍體長可能遠大于Huabeisaurusallocotus(不尋常華北龍)的體長，與Ruyangosaurusgiganteus(巨型汝陽龍)的體長相當，其體長可能超過30.0 m。

4 化石埋藏環(huán)境

本次野外調查中，在股骨化石產(chǎn)出層位及其上、下層砂巖(砂巖呈板狀交錯層理發(fā)育)中(圖4(a)、(b)、(c)、(d))，發(fā)現(xiàn)了大量化石碎片，碎片彼此間無關聯(lián)，且多具有磨圓。進一步發(fā)掘后，未發(fā)現(xiàn)完整的單塊化石，這是由化石的埋藏環(huán)境決定的。助馬堡組總體代表了一套沖積扇扇中-扇緣向曲流河過渡的沉積環(huán)境，化石產(chǎn)出層(圖2第26層)及其上、下數(shù)層，以中-細粒砂巖為主，厚度大，內部大型槽狀交錯層理和板狀交錯層理發(fā)育，反映了水動力較強勁，分選性好，較細的砂巖顆粒沉積于邊灘。泥巖及粉砂巖較薄，蟲跡大量發(fā)育，代表了堤岸沉積。以上特征表明該區(qū)河流規(guī)模較大，具有強烈的曲流河特征，洪水期與淺水期交替變化。股骨化石及其他化石碎片在洪水期被河水搬運至此，是異地埋藏的產(chǎn)物。

(a)、(b)、(c)、(d) 砂巖斜層理前積層古流向(現(xiàn)場恢復)； (e) 助馬堡組古流向玫瑰花圖

研究區(qū)助馬堡組地層傾角較小，一般在10°左右，通過板狀交錯層前積層現(xiàn)場恢復、統(tǒng)計及室內赤平投影，得出其古流向玫瑰花圖(圖4(e))。該區(qū)古水流方向以自NEE向SWW和自SE向NW為主，古流向變化范圍和振蕩幅度較大，說明古水流彎度較高，水動力趨于減弱，即助馬堡組是在彎曲度較高的曲流河中發(fā)育的。此時，河流已進入全盛期，河流規(guī)模較大，搬運能力較強。野外測得股骨化石長軸方位為50°(圖3(f))，與古水流方向一致，亦表明該區(qū)水動力強勁。值得注意的是，在股骨化石點正東30 km的總高墩村和南西約15 km的曹碾鄉(xiāng)助馬堡組砂巖中，曾分別發(fā)現(xiàn)殘破的蜥腳類右側股骨及破碎的禽龍類椎體化石[15-16]，三者組成的搬運軌跡與自NEE向SWW的古水流方向吻合。

5 古氣候及古環(huán)境意義

新榮地區(qū)巨型蜥腳類恐龍股骨化石的發(fā)現(xiàn)，不僅擴大了晚白堊世巨型蜥腳類恐龍在中國北方地區(qū)的分布范圍，同時對左云—新榮地區(qū)白堊紀恐龍演化及古氣候、古環(huán)境研究具有重要意義。巨型蜥腳類恐龍多以高大喬木樹葉為食，角龍類、鴨嘴龍類則多采食低矮的草木植物。它們的共同出現(xiàn)說明早、晚白堊世之交，左云—新榮地區(qū)高大的裸子植物及低矮的被子植物均十分繁茂，食物來源多樣化，植食性恐龍大量繁盛。同時，規(guī)模大、彎曲度高的曲流河遍布，恐龍死后，其巨大的軀體與砂、泥一起，在曲流河中經(jīng)短—中距離搬運后被埋藏。

6 結論

(1)首次在山西新榮地區(qū)晚白堊世助馬堡組發(fā)現(xiàn)了巨型蜥腳類恐龍股骨化石，推測該蜥腳類恐龍股骨化石實際長度可達1.9 m，其體型與Ruyangosaurusgiganteus(巨型汝陽龍)相當，體長可能超過30.0 m。

(2)通過對助馬堡組進行化石層沉積相和古流向分析，認為助馬堡組為一套規(guī)模大、彎曲度高、水動力強的曲流河沉積，該蜥腳類恐龍死后在曲流河中經(jīng)短—中距離搬運后被埋藏。

致謝： 野外工作得到了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所唐治路高級工程師、山西省地質勘查局王潤福教授的指導，成文過程中得到了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所尤海魯研究員、王婭明工程師的幫助，在此一并致以衷心感謝。