吕东风｜垣曲盆地地质背景与始新世哺乳动物群的新发现

作者简介

吕东风，山西垣曲人，中国博物馆学会会员，山西省考古学会会员，运城市虞舜文化研究会会员，县八、九、十届政协委员。2011年10月荣获垣曲县“专业技术拔尖人才”荣誉称号，曾多次在《中国文物报》 《化石》《运城日报》《黄河晨报》报刊上发表过文章。编辑出版了《垣曲考古》、《垣曲古代研究》《世纪曙猿概览》《吕辑书与垣曲文物考古》等著作。

垣曲盆地考古新发现

垣曲盆地为中条山脉中的古近纪(过去称老第三纪)小型沉积盆地,面积约350平方公里。黄河横贯,将盆地分为两部分,北部隶属山西省垣曲县,南部古近纪地层仅在任村南的上河一带才有出露,归河南省渑池县管辖。

垣曲盆地是在燕山运功末期形成的断陷盆地,由于地处东秦岭纬向构造带北缘,来自南北方向挤压的切应力造成的压扭性断裂,不仅控制了盆地的生成,也控制了盆地内部古近纪地层分布的态势。其特殊的埋藏环境保存了当时的大量生物类群组合,包括腹足类、瓣鰓类、轮藻和介形虫等化石。

总的看来,孙家湾断层(北部)和涧口断层(南部)分别封闭了盆地的南、北两缘;耸立于西部的古生代岩层形成的群山锁住了盆地的西界。在盆地内部,王茅-谭家一线以北的地区,由于中更新统黄土的大面积覆盖,地表未见古近纪地层出露;在该线以南,沉水之西的地区,古近纪地层出露良好,主要沿亳清河、板涧河及黄河北岸分布,并被柳沟、解村、关家岭等三条大致呈东西向延伸的压扭性断层切割,形成彼此错位的四大条块。在每一条块中,地层多呈单斜产出,倾向一般为南东120°-155°,倾角在16°-30°之间,底部均以角度不整合覆盖在古生代地层或侏罗-白垩纪闪长玢岩之上。仅在胡村等地,地层倾向北东或北西方向。此外,在河堤附近,由于涧口断裂向西挤压,古近纪地层发生局部褶曲,形成轴向南北的河堤向斜。著名的垣曲盆地晚始新世哺乳动物群化石,即主要产于该向斜两翼的岩层中,在四大条块中,除河堤-任村条块仅见古近纪地层的底部及下部的部分层序外,其它条块所见层序都较为齐全,尤以峪里一寨里条块古近纪地层出露较好,王茅-白水条块,以古近纪地层的上部及顶部层序发育较全。

斯氏黄河猴

时代:中始新世沙拉木伦期

采集地点:古城寨里土桥沟

A-c.左下支片段:A.上面视,B颊侧视C舌侧视

垣曲盆地古生物群,是中国古近纪地层和哺乳类动物研究的发祥地。自1916年瑞典科学家安特生于此地发现了中国第一块始新世哺乳动物—黄河猴化石开始,对这里的考证一直没有停止过。寨里粗齿犬、沙拉木伦始巨犀、石炭兽为哺乳动物的典型代表。伴随发现的还有介形类、中国中华扁卷螺、多属种腹足类等无脊椎动物化石。含化石地层也是中国首次发现的始新世淡水湖相沉积。

垣曲盆地所产的化石相当丰富。师丹斯基杨钟健、周明镇和徐余煊等对脊椎动物化石,宋之琛对孢粉组合都有过详细的研究,并对垣曲群含化石岩层的时代问题也作了详细的讨论。发现的腹足类化石的新资料,是确定垣曲群上部的时代属于始新世(为晚始新世)的重要佐证。

道森先炭兽冠面(杨明婉绘)

时代:晚始新世晚期

采集地点:古城寨里土桥沟

早期的研究多由国外专家进行,20世纪30年代,我国古脊椎动物专家杨钟健、李悦言对垣曲盆地寨里附近、金笼山庙、上河、宋家湾、前坪、胡村、西坡等地进行了考察,多次多处发现始新世哺乳动物化石,1937年在中国地质学会志第17卷3-4期上发表了“山西垣曲第三纪初期(现称为古近纪)脊椎动物群”,文中记述了5目9科14种化石。

此后我国古生物学家又开展了一系列的研究工作。20世纪80年代至90年代期间,中外古生物学家、地质学家先后发现了先炭兽(被命名为道森先炭兽)、仓鼠类化石,为世界科学家们在这片盆地上的合作研究奠定了坚实的基础。更多的重要化石逐渐被发现,河南渑池与垣曲河堤寨里发现的小型哺乳动物化石,经过采集、筛选,增加了许多新属种,化石非常丰富;在王茅镇郭家村火石坡发现的十几件保存较好的牙床及几十个单个牙齿,有啮齿类、兔形类(如李氏戈壁兔)、食肉类奇蹄类、偶蹄类和灵长类六个目的哺乳动物,这些化石出土的地方的地质面貌比盆地内其他地点所发现的同类化石更为原始:尤其是发现的犀貘一新种—童氏犀貘,揭示了在垣曲盆地有中始新世中期地层存在,预示着有较早时代沉积的可能性,同时对以往在中国境内发现的犀貘化石也提供了新的佐证 。

泰氏黄河跗猴

时代:中始新世沙拉木伦期

采集地点:王茅柳沟沟口

A-C左下颌支片段

A.上面视B内侧视

C外侧视

在南堡头化石点发现的是一个以小型哺乳动物为主的化石点,经过多次筛选,筛选出百余枚单个牙齿,包括有啮齿类的梳趾鼠类和始鼠类、食虫类以及灵长类。这个点处于盆地古近纪地层的顶部层位,发现的化石时代比较新,属于晚始新世乌兰戈楚期。其梳趾鼠比在河堤组上段寨里地点发现的同类属种显得进步,始鼠结构也较寨里化石复杂,灵长类化石为新属新种,比在河堤组下段任村地点发现的同类动物要进步得多。乌兰戈楚期化石以往在垣曲盆地仅在白水村附近发现过一种最早被定为胡氏矮齿兽的物种,在南堡头发现的化石是乌兰戈楚期化石在垣曲盆地的一次大的突破。

童氏犀貘(新种)的上骨

时代:晚中始新世沙拉木伦期

采集地点:王茅家村火石坡

A左上齿 B右上颊齿

王茅镇柳沟发现的泰氏黄河跗猴是一种小型灵长类,与现生跗猴大小相近,下犬齿很大,齿根粗壮,倾斜。齿根明显分开,下原尖高而尖,其远中颊侧壁形成明显的棱,下前脊发达,下后尖较大,下臼齿齿冠相对较低,颊舌向相对较窄。

周氏任村猴

时代:中始新世

采集地点:渑池上河村

A-C.左下颌支片段:A.冠面视,B舌侧视C颊侧视

炭兽科化石在我国有过多次发现。但材料多为单个牙齿整排齿列者甚少。在古城寨里土桥沟发现的炭兽科化石,是迄今为止我国发现的最完整的一块炭兽类化石。它属于先炭兽属的一个新种。这块化石标本虽为一老年个体确保留了乳齿的齿槽,这反映了它非常特殊的牙齿替换方式,这种牙齿替换方式在哺乳动物中是罕见的 。

通过近几年的调查发掘,垣曲盆地始新世哺乳动物类化石共发现11目约30科近80种。发现的化石与中始新世晚期伊尔丁曼哈动物群和卢氏动物群相比,出现了一些相关但都较进步的种类;与早渐新世阿尔丁鄂博动物群相比,后者出现的是一些更进步的种类;与晚始新世沙拉木伦动物群相比,相同的有三种,在性质上分别接近于沙拉木伦动物群,某些在个体大小和特征上略有差别,该层位中发现的为相对原始的种类。

灵长类动物化石在世界上都是屈指可数,它与我们人类有着特殊的关系,尤其是始新世的灵长类化石,以往仅有河南任村发现的周氏任村猴和寨里村发现的斯氏黄河猴两个地点,现在灵长类化石已经在6处地点发现了9个物种。在一个小型盆地中发现如此多的始新世灵长类化石地点和属种,这不仅在中国是第一次,而且在世界上也是罕见的。

曙猿先在江苏溧阳(中华曙猿),后在山西垣曲(世纪曙猿)的4000多万年前的地层中发现,化石保存较完整。曙猿是一种小型的灵长动物,与现生的眼镜猴大小相近。下颌骨每一侧有两颗下门齿,下门齿垂直植人齿槽,下犬齿比较大,也是垂直植人齿槽,每一侧有三颗下前臼齿和三颗下臼齿。下颌骨前缘比较陡直,推测曙猿有较短的吻部。下颌骨的后端呈弧形。这些特征在现生的和化石的类人猿中都能见到,但在低等灵长类中是缺少的。经初步研究将其归入类人猿类,认为是类人猿的根基类型。与埃及法尤姆的3000多万年前的类人猿相比,其颊齿结构比较原始,更接近于眼镜猴和与其相关的始镜猴类因而推论,类人猿可能和眼镜猴以及已绝灭的始镜猴有着密切的亲缘关系。垣曲盆地生物群世纪曙猿的发现,为中华曙猿归属于类人猿类的结论,提供了直接证据,被国际古生物学界称为“20世纪末古生物学上极为重大的发现”。新发现的证据表明,曙猿是一个十分原始的灵长类家系成员,这个家系延续到今天成员有猴类、猿类和人类。

世纪曙猿化石的发现让这一学科的科学家们兴奋不已,多次来垣曲调查发掘,又找到了世纪曙猿的一些跗骨化石。

通过对曙猿跗骨的最新研究发现,化石已经反映出猴类、猿类以及人类的共同祖先演化的早期特征。这种结构复杂的跗骨化石具有“镶嵌进化”的形态,既有高级灵长类特征,又具有部分原始的低级灵长类的特征。

在垣曲盆地还陆续发现了其他始新世灵长类化石—克氏假猿、道森曙猿、学诗假猿,等等。最新的研究揭示,曙猿科是一小型的已灭绝的简鼻猴类灵长类动物,与类人猿冠群的亲缘关系比齣猴和跗猴类与类人猿冠群的关系更近 。

到目前为止,中外科学家通过对在山西垣曲发现的多种曙猿科物种化石以及江苏溧阳发现的“中华曙猿”化石的综合研究,进一步证实了“曙猿是人类远祖”的观点。

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