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热河生物群是中生代晚期分布在东亚地区尤其是我国辽西、冀北地区的一个非常繁荣的生物群。近年来随着原始鸟类化石、长羽毛的兽脚类、早期哺乳类和早期被子植物的发现,使热河生物群成为世界古生物学界关注的焦点,它为研究早期鸟类、原始哺乳动物和早期被子植物的起源与演化打开了一个重要窗口。现今热河生物群已成为包括叶肢介、昆虫、双壳类、腹足类、介形类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类等各类动物化石和植物、孢粉化石的巨大化石宝库。热河生物群是由特异埋藏条件和埋藏过程形成的结果,这正是这一化石群的特异之处。以往的研究多偏重于化石的描述和生物地层方面,而本区的埋藏学与古生态学尚缺乏系统的研究。本文分析总结了前人的研究成果,结合大量的实际资料,对辽西义县组不同类型的化石埋藏特征进行了仔细的分析,揭示了热河生物群形成的原因;分析了研究区内早白垩世环境的演变历程。主要内容包括以下几个部分:
1.综述了埋藏学的原理及研究方法。总结了埋藏学概念的产生、发展,埋藏学研究的内容及应用,并介绍了特异化石库形成的原因。埋藏学是古生态学不可分割的一部分,化石组合的埋藏特征可为古环境重建提供重要依据。
2.对研究区内几个重要盆地-义县盆地、北票盆地和凌源盆地的沉积系列及沉积相、沉积环境发育特征进行了描述和分析。义县组在义县地区主要有7个沉积夹层:自下而上分别为老公沟层、业南沟层、砖城子层、大康堡层、朱家沟层、金刚山层和黄花山层。北票地区主要有三个沉积夹层:四合屯层、下土来沟层和尖山沟层。凌源地区的大新房子层相当于北票地区的尖山沟层。
义县组底部底砾岩层在辽西地区广泛发育,在北票盆地以角度不整合或冲刷-侵蚀平行不整合于上侏罗统土城子组之上,在义县地区超覆不整合于中侏罗统蓝旗组之上。与义县盆地对比,北票盆地义县组发育不全,仅发育了相当于义县盆地义县组中、下部沉积。通过对不同地区多个剖面的分析与研究,探讨了义县组的沉积环境和演化历程。
3.本文描述并研究了大量化石的保存特征。许多脊椎动物保留了死亡前的痛苦的挣扎状态,说明这些动物是非正常死亡。同一层面化石数量丰富,种类繁多;成年个体与幼年个体同时出现,表明这些生物死于同一成因的灾难性事件。沉积物中含有大量火山灰成分,化石层内含有空降岩屑;脊椎动物化石层上往往有一层沉火山凝灰岩,晶屑棱角锐利。结合义县期辽西地质构造背景,可以推测,频繁的火山喷发事件是造成热河生物群集群死亡的主要原因。
4.根据化石的组合特征、保存状态并结合沉积相分析,识别出4个埋藏相。每个埋藏相都有它独自的特点,反映了不同的沉积环境,从埋藏相A到埋藏相D,反映了湖泊形成演变的历程。埋藏相A和埋藏相B由异地埋藏的生物化石构成,代表冲积扇环境和滨湖沉积环境;而埋藏相D由原地或准原地埋藏的生物构成,沉积物缺乏代表深水环境的黑色油页岩,是浅湖相沉积环境的产物,化石组合中的一些门类,如双壳类、腹足类、叶肢介和一些昆虫的生态习性也证明了这一点;埋藏相C则代表典型的滨湖相沉积。
5.珍稀化石主要保存于埋藏相D,绝大多数化石保存完整,许多化石保存了羽毛、毛发、以及皮肤和软组织(或印痕),表明生物是在腐烂前被快速埋藏;结合一些伴生生物的生态习性以及沉积物的构造特征,推测这些生物是微弱水动能条件下埋藏于浅湖之中;生物集群死亡使大量有机质集中并分解,消耗了氧气,产生了一个缺氧的环境,从而有效地减缓了生物体的再腐烂;同时,粘土与有机物质分子相互吸附作用,对有机物质起到了保护作用。总之,火山灰、细粒粘土等沉积物的迅速掩埋和湖底形成的还原环境是形成热河生物群特异埋藏的主要原因。
6.义县组植物群组成以松柏类为主,多为线状叶、针状叶和鳞片状叶类型;孢粉组合中,裸子植物占绝对优势,组合中缺乏代表干旱环境的松柏类掌鳞杉科的Classopollis。反映这个时期的气候应是暖温带过渡性半干旱、半潮湿气候。植物化石的分带性和昆虫化石的多样性,反映了早白垩世辽西地区由高山、丘陵、森林、沼泽、湖泊组成的复杂的古地貌特征。
此外,本文就热河生物群的营养结构及生物古地理特征进行了简要论述。热河生物群主要分布于中国冀北、辽西和内蒙古东南部,后来也在东亚、中亚相邻地区,包括哈萨克、蒙古、西伯利亚、朝鲜发现热河生物群分子。热河生物群中孓遗分子分子的出现,为“早白垩世东亚地区是一些侏罗纪生物的避难所”的假说提供了证据。此外恐龙中一些种类(如窃蛋龙等)从下白垩统一直延伸至上白垩统,说明东亚不只是一些侏罗纪生物的避难所,而且也是一些恐龙类、昆虫类、鸟类和被子植物的摇篮。