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热河生物群上限获得高精度年龄约束

中国化石网2024/12/26 17:17:56

——辽西九佛堂组西营子珍稀化石层的发现及高精度测年
白垩纪是现代生态系统形成的关键时期。热河生物群因含有丰富的鸟类、哺乳动物和被子植物等化石，有助于揭示现代陆地生态系统的起源和早期演化。热河生物群核心分布区位于辽宁省西部（辽西）、河北省北部（冀北）和内蒙古自治区东南部。其演化通常被划分为早期、中期和晚期三个阶段，对应的化石组合分别保存在大北沟组、义县组和九佛堂组。热河生物群早期以三尾类蜉蝣（Ephemeropsis trisetalis）和北票鲟（Peipiaosteus）为代表，中期是其繁盛期，晚期该生物群进一步发展，并在早白垩世晚期转变为阜新生物群。这其中，九佛堂组含有十余个珍稀化石层，但这些化石层长期缺乏生物地层学和高精度的同位素年代学研究，这也导致我们无法对辽西不同盆地内的九佛堂组进行准确的地层对比，并进一步探讨生物演化与环境事件的关联。

图1辽西晚期热河生物群主要化石点分布图

图2 京沈高铁沿线抢救性发掘现场（上）及现场挖掘的中华弓鳍鱼化石（下）（2014年8月4日张立军摄于朝阳市龙城区大平房镇公皋西营子）

2014年3月，京沈铁路客运专线辽宁段开始动工，工程穿越朝阳市古生物化石自然保护区。为避免古生物化石资源遭到破坏，辽宁省朝阳市国土资源局对前期调查、确定的12个沿线化石出露点组织实施了抢救性挖掘，其中在朝阳市龙城区大平房镇公皋西营子点，发掘出了大量珍稀化石。2014年也正是第二轮辽宁省化石资源调查工作启动之年，当时在辽宁省化石资源保护管理局主持科研工作的张立军博士及时对野外调查工作进行了调整，把西营子化石点作为工作重点。为了确定化石层位，当时负责野外工作的辽宁省地质勘查院（原辽宁省区域地质调查队）重测了九佛堂组代表剖面报马营子—原家洼剖面，并把剖面延测到公皋西营子，确定了西营子化石层位于同属于九佛堂三段的著名的原家洼层之上，后被辽宁省地质勘查院吴子杰等（2018）正式命名为西营子层。西营子层是辽西九佛堂组已知最顶部的珍稀化石层，也就是晚期热河生物群最后一个化石层。

    图3西营子层玻屑凝灰岩的CA-ID-TIMS U-Pb 年龄谐和图

  当时辽宁省地质勘查院在测制剖面过程中还发现了西营子化石层之上厚约10cm的沉凝灰岩层，并现场取了同位素测年样品，经薄片鉴定为玻屑凝灰岩。为了准确限定西营子层的年代，2020年该样品经河北省区域地质调查研究所实验室处理后，挑选出的锆石样品寄给了当时还在香港大学从事博士后研究的郑大燃博士。2021年通过中国科学院“率先行动”引才计划被引进到南京地质古生物研究所的郑大燃研究员又多次到公皋西营子及其周边进行地质调查。进一步确认层位后，锆石样品被送到了麻省理工学院（MIT）进行高精度的CA-ID-TIMS U-Pb年代学分析，并首次获得了高精度年龄：121.272 ± 0.040/0.068/0.15 Ma。这是目前九佛堂组三段唯一的年龄，为揭示九佛堂组的上限提供了重要的时间点。

        图4西营子层脊椎动物化石照片

  此次研究还报道了西营子层中发现的脊椎动物，包括孔子鸟（Confuciusornis sp.）、反鸟类（Enantiornithines indeterminate）、布氏努尔哈赤翼龙(Nurhachius ignaciobritoi)、锦州龙（Jinzhousaurus sp.）、小盗龙（Microratpor sp.）、白台沟潜龙(Hyphalosaurus baitaigouensis)、中国龟类(Sinemydidae indeterminate)、长头吉南鱼（Jinanichthys longicephalus）、刘氏原白鲟(Protopsephurus liui)和辽宁中华弓鳍鱼（Sinamia liaoningensis）等。这些化石先前均在较低层位被发现，表明晚期热河生物群的稳定发展。此外，本研究利用辽宁省化石资源调查成果首次构建了辽西九佛堂组代表剖面：报马营子—原家洼剖面脊椎动物的多样性，为辽西不同盆地九佛堂组的地层对比提供了参考。本研究也表明辽西地区不同盆地之间九佛堂组需要加强生物地层学和高精度的同位素年代学研究。

   图5辽西朝阳报马营子--原家洼剖面九佛堂组脊椎动物的多样性

  本研究由海南热带海洋学院、中国科学院南京地质古生物研究所、中国地质科学院地质研究所、香港大学、麻省理工学院和中国地质调查局海口海洋地调中心组成的研究团队合作完成，第一作者为海南热带海洋学院南海文化博物馆研究员张立军，通讯作者为中国科学院南京地质古生物研究所研究员郑大燃；此外，朝阳市化石协会会长李晏军协助了野外工作，辽宁省朝阳市化石办主任杨秋军协助了古脊椎动物化石的研究。相关成果最近在线发表在国际学术期刊《Palaeoworld》上。
  L-J. Zhang, S-Y. Song, S-A. Ji, S-C. Chang, J. Ramezani, F. Gao, B. Wang, H-C. Zhang, D-R. Zheng, High-precision age constraint for the Xiyingzi Bed of the Jiufotang Formation in western Liaoning, Northeast China, Palaeoworld (2024), https://doi.org/10.1016/j.palwor.2024.11.009