陜西省恐龍足跡化石的分布特征及評(píng)價(jià)研究

李興文, 唐永忠, 邢立達(dá), 王秦偉, 吳昊, 唐玉

1.陜西省地質(zhì)調(diào)查院 礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710068；2.國際地貌學(xué)家協(xié)會(huì) 延安、西安科學(xué)考察與研究基地，西安 710054；3.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

0 引言

恐龍足跡是脊椎動(dòng)物足跡化石的一種，是恐龍?jiān)诰哂幸欢穸?、黏度、顆粒度的地表停留或行走時(shí)留下的足跡所形成的化石[1--2]。中國是世界上恐龍足跡發(fā)現(xiàn)最多、類型最為豐富的國家之一，在世界上規(guī)模最大的10個(gè)恐龍足跡化石產(chǎn)地中，中國占4個(gè)，為所有國家中數(shù)量最多[3]。在四川省發(fā)現(xiàn)的晚三疊世恐龍足跡化石，彌補(bǔ)了中國尚未發(fā)現(xiàn)三疊紀(jì)恐龍骨骼化石的缺憾，表明中國是世界上恐龍最早的起源地之一[4]。

陜西省地處中國中部的黃河中游地區(qū)，在陜北地區(qū)的鄂爾多斯盆地和秦嶺地區(qū)的山間盆地之中，中生代陸相地層較為發(fā)育，層序清楚，出露廣泛，其中賦存有較為豐富的古生物化石。中國的第一枚恐龍足跡化石在1929年發(fā)現(xiàn)于陜西省神木市[5]。自此，陜西省不斷有恐龍足跡的發(fā)現(xiàn)和報(bào)道[6--21]，成為中國發(fā)現(xiàn)恐龍足跡數(shù)量較豐富和種類較多的地區(qū)之一。

本文在系統(tǒng)收集整理前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者近年來在陜北地區(qū)恐龍足跡的最新發(fā)現(xiàn)和研究，探討分析了陜西省恐龍足跡的地理分布、地層時(shí)代分布、屬種類型以及造跡恐龍的體長(zhǎng)，評(píng)價(jià)了其科學(xué)價(jià)值，并對(duì)陜西省恐龍足跡的重點(diǎn)研究方向進(jìn)行了展望，旨在為今后開展相關(guān)研究提供科學(xué)參考和積累基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 恐龍足跡化石分布特征

1.1 地理分布

自20世紀(jì)20年代在陜北地區(qū)的神木市發(fā)現(xiàn)中國第一枚恐龍足跡化石以來，截止目前，陜西省發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡化石地點(diǎn)共有11處，分布在4個(gè)地級(jí)市的6個(gè)縣(縣級(jí)市/區(qū))(圖1，表1)。從地理分布上看，陜西省北部的榆林市發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡化石地點(diǎn)數(shù)量最多，共有7處，分別為神木市4處，子洲縣2處，靖邊縣1處(表1)。

圖1 陜西省恐龍足跡化石地點(diǎn)的地理分布

1.2 地層分布

從地層分布來看，陜西省恐龍足跡化石賦存在早--中侏羅世和早白堊世的地層中(表1)。其中，陜北地區(qū)的中侏羅世延安組和早白堊世洛河組是陜西省恐龍足跡化石的主要賦存層位：一方面是在這兩個(gè)地層中發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡地點(diǎn)數(shù)量最多，約占陜西省恐龍足跡化石地點(diǎn)的2/3；另一方面是規(guī)模較大、類型豐富的恐龍足跡化石群都是發(fā)現(xiàn)在這兩個(gè)地層中，其中賦存的恐龍足跡化石數(shù)量也最多。

表1 陜西省恐龍足跡化石地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

1.3 屬種統(tǒng)計(jì)

陜西省發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡化石，經(jīng)研究確定的至少有15個(gè)屬種以上，其中大部分為獸腳類恐龍足跡，僅有少部分鳥腳類恐龍足跡，尚未有蜥腳類恐龍足跡的報(bào)道(表2)。依據(jù)陜西省發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡化石，建立了5個(gè)足跡屬(ichnogenus)和9個(gè)足跡種(ichnospecies)。

表2 陜西省恐龍足跡化石屬種統(tǒng)計(jì)表

1.4 造跡恐龍?bào)w長(zhǎng)

邢立達(dá)等[22]認(rèn)為獸腳類恐龍的臀高(h)與體長(zhǎng)(L)比例約為1∶2.63，并得到一個(gè)估算恐龍?bào)w長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)公式，即L=2.63×h。Thulborn[23]指出，對(duì)于足長(zhǎng)(FL)<0.25 m的小型獸腳類恐龍，h=4.5×FL，對(duì)于足長(zhǎng)(FL)>0.25 m的大型獸腳類恐龍，h=4.9×FL。由此，根據(jù)該公式可估算出陜西省部分造跡恐龍的體長(zhǎng)(表3)。

從估算結(jié)果來看，在商州區(qū)邵澗村發(fā)現(xiàn)的巨齒龍足跡(Megalosauripusisp.)的造跡恐龍是陜西省目前最大的獸腳類恐龍，其長(zhǎng)度與在江西贛州發(fā)現(xiàn)的暴龍足跡(Tyrannosauripusisp.)相當(dāng)[24]，經(jīng)估算其體長(zhǎng)可達(dá)7.41 m，這表明在早白堊世陜西省中南部地區(qū)生活有大型的肉食性獸腳類恐龍。陜西省大部分的獸腳類恐龍?bào)w長(zhǎng)經(jīng)估算不足3 m，為小型獸腳類恐龍。因此，僅從足跡化石的保存情況來看，似乎表明小型獸腳類恐龍類型的多樣性與大型獸腳類恐龍相比，屬種要更為豐富。

2 科學(xué)價(jià)值

2.1 彌補(bǔ)恐龍骨骼化石的不足

陜西省中生代地層中發(fā)現(xiàn)的恐龍骨骼化石非常匱乏，僅在秦嶺山區(qū)的山陽盆地、商丹盆地有少部分較破碎的恐龍骨骼化石和恐龍蛋的發(fā)現(xiàn)[7,25]。在陜西省發(fā)現(xiàn)的數(shù)量較為豐富的恐龍足跡化石，彌補(bǔ)了恐龍骨骼化石缺乏的遺憾。通過對(duì)恐龍足跡的發(fā)現(xiàn)和研究，表明陜西省是中生代恐龍生存繁衍的重要地區(qū)，曾經(jīng)有獸腳類、鳥腳類、甲龍類、劍龍類和禽龍類等多種類型的恐龍?jiān)诖松钸^，組成了以獸腳類恐龍為主導(dǎo)的恐龍動(dòng)物群，也為將來在陜西省中生代地層中發(fā)現(xiàn)更多的恐龍足跡化石乃至恐龍骨骼化石提供了確鑿的依據(jù)。白堊紀(jì)是地球上恐龍最為繁盛并最終走向集群滅絕的時(shí)期。陜北地區(qū)的中生代陸相地層分布廣泛，但其中的脊椎動(dòng)物化石稀少，長(zhǎng)期以來陜北地區(qū)的恐龍足跡僅發(fā)現(xiàn)在侏羅紀(jì)地層中，近年來在神木和靖邊早白堊世地層中新發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡，填補(bǔ)了陜北地區(qū)白堊紀(jì)地層中沒有恐龍足跡發(fā)現(xiàn)和研究的空白，表明陜北地區(qū)在白堊紀(jì)早期也曾是恐龍較為繁盛的地區(qū)。

2.2 有助于開展恐龍足跡類型學(xué)的系統(tǒng)研究

陜西省發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡化石類型多樣。以陜西省的恐龍足跡化石為正模標(biāo)本共建立了5個(gè)新足跡屬、9個(gè)足跡種。陜西省的恐龍足跡化石地點(diǎn)中既有僅保存單一類型的地點(diǎn)，如神木市欄桿堡鎮(zhèn)邱井溝村[10]，也有多種類型恐龍足跡共存的足跡化石群落，如子洲縣電市鎮(zhèn)龍尾峁村和王莊村[11--14]；既有長(zhǎng)度可達(dá)57 cm巨齒龍足跡(Megalosauripusisp.)等大型獸腳類恐龍足跡[8]，也有長(zhǎng)度不足10 cm的銅川陜西足跡(Shensipustungchuanensis)[6,14]。在神木市中雞鎮(zhèn)和靖邊縣龍洲鎮(zhèn)先后發(fā)現(xiàn)的薩氏足跡(Sarmientichnusisp.)，是該類型足跡在世界上除阿根廷之外的首次發(fā)現(xiàn)[18,20]。以上這些發(fā)現(xiàn)為陜西省乃至中國恐龍足跡的系統(tǒng)分類學(xué)研究提供了豐富的材料。

此外，陜西省還發(fā)現(xiàn)了很多具有特殊保存狀態(tài)的恐龍足跡化石，如在神木市欄桿堡鎮(zhèn)邱井溝村發(fā)現(xiàn)了200多枚由同一種劍龍類恐龍?jiān)诓煌乇項(xiàng)l件下形成的不同形態(tài)的足跡，以及在靖邊縣龍洲鎮(zhèn)白土坪村發(fā)現(xiàn)的由同一種獸腳類恐龍留下的彼此間近于平行的8條恐龍行跡，顯示了恐龍有著群居的生活習(xí)性，為研究不同類型恐龍的足跡形態(tài)和生活習(xí)性提供了重要證據(jù)[10,20]。

2.3 為地層劃分和對(duì)比提供依據(jù)

脊椎動(dòng)物足跡化石能為地層學(xué)研究提供證據(jù)，一些學(xué)者嘗試?yán)每铸堊阚E進(jìn)行不同地區(qū)之間地層的對(duì)比[26--29]，以致出現(xiàn)了古足跡地層學(xué)(Palichnostratigraphy)這一分支學(xué)科[23]。在陜北地區(qū)神木市中雞鎮(zhèn)寶刀石犁村恐龍足跡地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的早白堊世足跡化石組合，包括有3種類型：實(shí)雷龍足跡(Eurbrontesisp.)、薩氏足跡(Sarmientichnusisp.)，以及巴西足跡(Brasilichnium)。該足跡組合中的巴西足跡，最早發(fā)現(xiàn)于巴西的巴拉那盆地(Paraná Basin)晚侏羅世—早白堊世博圖卡圖組(the Botucatu Formation)地層中，以其為代表的巴西足跡化石組合常見于南、北美洲的中生代地層中，是指示沙漠相沉積環(huán)境的標(biāo)志性足跡化石組合。

神木市中雞鎮(zhèn)含有巴西足跡的足跡化石組合，其沉積環(huán)境為沙漠相，是在亞洲地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)的巴西足跡化石組合，在足跡化石類型組成和沉積環(huán)境上與南美洲地區(qū)同時(shí)代的巴西足跡化石組合十分相似，除了巴西足跡之外，這兩地都發(fā)現(xiàn)有相似的實(shí)雷龍足跡和恐爪龍類足跡[30--31]，能夠?yàn)檫M(jìn)行不同地區(qū)乃至洲際之間的足跡化石地層對(duì)比及白堊紀(jì)足跡化石組合研究提供依據(jù)。

2.4 恢復(fù)古地理和古生態(tài)環(huán)境

恐龍足跡化石屬于原地埋藏，只會(huì)嚴(yán)格保存在其形成的地方，能夠?yàn)榛謴?fù)古地理和古生態(tài)環(huán)境提供資料[3]。在神木市欄桿堡鎮(zhèn)和子洲縣電市鎮(zhèn)，在恐龍足跡化石賦存地層中，發(fā)現(xiàn)有大量的植物化石，表明位于鄂爾多斯盆地的陜北地區(qū)在早、中侏羅世時(shí)期的氣候環(huán)境溫暖濕潤(rùn)，河湖分布廣闊，恐龍行走在濕度適中的河濱、湖濱灘地上留下的腳印保存下來，并最終形成了足跡化石。

咸陽市旬邑縣、神木市中雞鎮(zhèn)和靖邊縣龍洲鎮(zhèn)的恐龍足跡化石均是賦存于下白堊統(tǒng)洛河組，巖性為紫紅色砂巖，發(fā)育大型交錯(cuò)層理，為一套風(fēng)成沙漠相沉積，其中發(fā)現(xiàn)有達(dá)爾文介形蟲化石(Darwinulacf.simplex,D.contracta)[32]，代表半干旱的湖泊環(huán)境[33]。在這兩地保存恐龍足跡化石的層面上發(fā)育有泥裂、波痕、雨痕和雹痕等沉積構(gòu)造以及蟲跡化石，表明當(dāng)時(shí)的氣候較為炎熱，地表處于氧化環(huán)境下，恐龍足跡形成于沙漠相--沙漠亞相近湖濱岸帶的灘地環(huán)境中?？铸埿凶哌^后留下足跡的灘地處于水下的時(shí)間較短，而暴露于空氣中的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。當(dāng)湖水退去之后，灘地上留下的恐龍足跡被暴露于地表，在經(jīng)過陽光照射后干化固結(jié)，并在其表面形成泥裂等沉積構(gòu)造。當(dāng)湖水再次上漲，干化固結(jié)的恐龍足跡被新的沉積物覆蓋并最終保存下來，由此推測(cè)這兩地的恐龍足跡化石是在季節(jié)性干旱--濕潤(rùn)氣候交替的環(huán)境背景下形成的。

3 研究展望

3.1 加強(qiáng)陜北地區(qū)白堊紀(jì)恐龍足跡調(diào)查

中國恐龍足跡化石地點(diǎn)的地質(zhì)時(shí)代以白堊紀(jì)為主[3,34]。在中國周邊的韓國、日本和泰國等國白堊紀(jì)地層中也有大量恐龍足跡的發(fā)現(xiàn)[35]。陜西省北部地區(qū)早白堊世地層分布廣泛，統(tǒng)稱為志丹群，由一套以紫紅色到雜色為主的砂巖、礫巖、粉砂巖、泥巖夾頁巖、泥灰?guī)r和少量的凝灰質(zhì)砂巖組成，厚度為700～1 100 m，自下而上分為宜君組、洛河組、環(huán)河組、羅漢洞組和涇川組。各組之間均為整合接觸，連續(xù)沉積，以洛河組在陜北地區(qū)出露最廣，沙漠相沉積約占同期沉積的2/3[36]。神木和靖邊兩地洛河組地層中恐龍足跡的發(fā)現(xiàn)，證明了陜北地區(qū)早白堊世地層在蘊(yùn)藏恐龍足跡化石上的巨大潛力。因此，筆者建議在今后工作中加強(qiáng)陜北地區(qū)早白堊世地層中恐龍足跡的調(diào)查研究，將發(fā)現(xiàn)更多的恐龍足跡，這對(duì)于探討中國乃至亞洲地區(qū)白堊紀(jì)早期恐龍的演化、分類、地理分布和遷移等都具有十分重要的意義。

3.2 開展恐龍足跡地點(diǎn)地層學(xué)和年代學(xué)研究

由于地層中絕對(duì)同位素測(cè)年樣品的缺乏、測(cè)年技術(shù)的限制以及地層復(fù)雜性等客觀因素制約，目前學(xué)界對(duì)陜西省恐龍足跡地點(diǎn)年代的判斷，主要是通過巖石地層學(xué)方法，對(duì)于陜西省部分恐龍足跡地點(diǎn)的地層和時(shí)代歸屬問題存在著一定的爭(zhēng)議。以子洲縣電市鎮(zhèn)恐龍足跡地點(diǎn)為例，邢立達(dá)等[11--12]、李永項(xiàng)等[14]認(rèn)為恐龍足跡賦存層位為中侏羅世延安組；而王寶鵬等[13]則認(rèn)為是早侏羅世富縣組。楊鐘健在研究銅川焦坪煤礦發(fā)現(xiàn)的恐龍足跡時(shí)，也曾對(duì)足跡發(fā)現(xiàn)者確定的地層時(shí)代提出過疑問，但因?yàn)闆]有找到更多的化石證據(jù)，而暫將其定為中侏羅世直羅組[6]。有鑒于此，筆者認(rèn)為應(yīng)該深入開展陜西省恐龍足跡地點(diǎn)的地層學(xué)和年代學(xué)研究，以精確限定恐龍足跡賦存層位和絕對(duì)年代，為開展不同區(qū)域乃至全球性的地層和恐龍足跡化石組合對(duì)比以及年代學(xué)格架的建立提供重要依據(jù)。

4 結(jié)論

(1)陜西省恐龍足跡化石地點(diǎn)共有11處，以陜北地區(qū)的榆林市分布最多，有7處?？铸堊阚E化石賦存地層主要為中侏羅世延安組和早白堊世洛河組。

(2)陜西省已研究命名的恐龍足跡共有5屬9種，大部分為獸腳類足跡。造跡恐龍以小型獸腳類恐龍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，體型較小，體長(zhǎng)不足3 m。

(3)陜西省北部地區(qū)早白堊世地層分布范圍廣、層系厚度大，在賦存恐龍足跡化石上潛力巨大。

(4)陜西省一些重要恐龍足跡化石地點(diǎn)的地層和年代存在爭(zhēng)議，有必要深入開展地層學(xué)和年代學(xué)研究工作。