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1、 71 3 地质论评 G E O L O G I C A L R E V I E W V o 1 5 7 N o 2 M a r 20 11 贵州瓮 安陡 山沱组球 状化 石元素地球化 学浅析 唐 烽 高 林 志 尹 崇 玉 王 约 1 中国地质科学 院地质研究所 北京 1 0 0 0 3 7 2 中国地质科学院地层古生物重点实验室 北京 1 0 0 0 3 7 3 贵州大学资源与环境工程学院 贵阳 5 5 0 0 0 3 内容提要 本文利用 电子探针微区分析技术 E P MA 首次分 析了采 自贵州瓮安北 斗山磷矿 区陡 山沱组外 壁呈 瘤状及 多边形 板片状的磷酸盐化 球状化 石 的元素
2、地球化 学含 量 包括 常量 元素 氧化 物含量 和部 分稀 土元 素含量 经初 步对 比发现 具瘤状及板 片状外壁 的两类球 状化石 由内至外 常量元 素含量 的变 化趋势 大体相似 表 明归入 同 生物大 门类 的可 能性 较大 与磷块岩全岩样 品相比 球状化 石中除了 P C a 含量 更高 以外 Na N i Z n和 c l 有较 高 的含量 而且 S含量和轻稀土元素 c e等含 量均偏高 可能表 明球状 化石在 趋于 弱还原 的沉积 环境 中被磷酸 盐化保 存 K AI Mg T i Mn F e 和 S i 等含量均显著低 于围岩 由于还缺乏后生动物 的相关对 比资料 目前还不
3、能为球状 微体化石的生物学属性争议提供元 素地球 化学方面的确切对 比意见 但分 析 的结果 不倾 向于归属藻类 硫细 菌和海 绵动物 这方面的尝试为深化球状化石 的亲缘 关系研究提供 了新途径 和新 材料 关键词 瓮安 生物群 陡 山沱组 球状微化石 元 素地球化学 贵州瓮安地 区伊迪卡拉系 震旦系 陡山沱组磷 块 岩 中产 出极其 丰 富 的磷 酸盐 化微 型球 状化 石 瓮安 生 物 群 刘 鹏 举 等 2 0 0 7 袁 训 来 等 2 0 0 9 早期的研究将这些化石归于藻类或疑源类 陈孟莪 和刘 魁 梧 1 9 8 6 Yi n a n d Xu e 1 9 9 3 薛耀 松 等
4、1 9 9 5 随 后 在 S c i e n c e 及 Na t u r e 上 发 表 了 两 篇重要论文 首次将瓮安磷矿中的磷酸盐化球状化 石分别归于多细胞动物海绵类和两侧对称动物的休 眠卵 或 胚 胎 化 石 L i e t a 1 1 9 9 8 X i a o e t a 1 1 9 9 8 使得这些球状微体化石的生物学归属成为 多细胞生物起源研究的焦点 引起 了国内外 同行的 广泛 关 注和 争议 一 些学者首先对海绵化石 的认定提 出了质疑 认为在岩石薄片中观察到的单根或交叉的针状结构 可能是类似毒砂的矿物 晶体 在切片 中观察到的所 谓海绵幼虫和内部构造均为具刺疑源类 球形
5、藻体 以及有机质残 留物形成 的疑似假像 针状物 也没 有显示中轴沟和生长纹等典型微细构造 而且与围 岩相 比还缺 少一 定 含量 的硅 质成 分 等 Z h a n g e t a l 1 9 9 8 周传明等 1 9 9 8 Yi n e t a 1 2 0 0 1 由此 在瓮 安 陡 山沱 组球 状化 石 中发 现 的海绵 动物证 据基 本被否定 刘鹏举等 2 0 0 9 袁训来等 2 0 0 9 比较 而 言 由于 在 切 片 和酸 泡 获 得 的大 量 球状 化石 中均保存有 2 4 8 1 6 3 2 至 2 个排列规律 的分裂小球 且在不同分裂 阶段 的球体大小基本保 持一致 这
6、些特征与后生动物胚胎 的早期 卵裂 阶段 特征惊人相似 Xi a o e t a 1 1 9 9 8 因而 目前多数学 者接受部分球状化石归属后生动物休眠卵或胚胎的 观点 并致力于寻找胚胎发育后期即囊胚期 原肠胚 期胚胎和孵化 出的幼虫乃至成 年实体 的化石 X i a o e t a 1 1 9 9 8 1 9 9 9 a l 9 9 9 b 2 0 0 0 2 0 0 7 a Ch e n e t a 1 2 00 0 2 0 02 20 0 4 2 0 06 Yi n e t a 1 2 0 01 Yi n e t a 1 2 0 0 4 陈 均 远 2 0 0 4 陈 均 远 等 2
7、0 0 5 Ha g a d o r n e t a 1 2 0 0 6 但是 该观点同样也受到质疑和争议 Xu e e t a 1 1 9 9 9 2 0 0 1 肖书 海 和诺 尔 1 9 9 9 Xi a o e t a 1 2 0 0 0 Xi a o 20 0 2 首先 迄今为止所报道 的胚胎发育晚期化石及 可 能 的幼 虫 化 石 C h e n e t a 1 2 0 0 0 2 0 0 2 陈 均 远 2 0 0 4 陈均 远 等 2 0 0 5 两侧 对 称 动 物 成 体 化 石 C h e n e t a 1 2 0 0 4 不仅 数量 相对 罕见 又 几 乎 只发 注
8、本文为中国地质科 学院地层 古生 物重点 实验室专项研究基金 编号 J B O 7 O 5 J B O 9 O 2 现代古生物学及地层学 国家重点实 验室专项研 究基金 编号 1 0 3 1 0 4 中国地质调查局工作项 目 编号 1 2 1 2 0 1 0 6 1 1 8 0 2 1 2 1 2 0 1 0 9 1 1 0 7 1 和国家 自然 科学基金资 助项 目 编号 4 0 7 7 2 0 1 3 的成果 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 1 l 改回 日期 2 O l 0 l O 2 0 责任编辑 章雨旭 作 者简介 唐烽 男 1 9 6 5年 生 研究 员 主要 从 事古 生物学
9、 和地 层学 研究 通讯 地址 1 0 0 0 3 7 中 国地质 科学 院 地质 研究 所 E ma i t a n g f 6 5 2 6 3 n e t 地质论评 现于球状化石的切片材料中 都面临着是否受到成 岩作用和有机质降解变形影响而形成构造假像 的强 烈 质 疑 Xi a o e t a 1 2 0 0 0 B e n g t s o n a n d B u d d 2 0 0 4 刘鹏举等 2 0 0 7 2 0 0 9 袁训来等 2 0 0 9 而酸 泡法获得的三维立体标本中 目前仅发现了两例被推 断与后 生 动物 和动 物胚 胎 亲缘 相 关 薛耀 松 等 1 9 9 5 T
10、a n g e t a 1 2 0 0 8 Xi a o e t a 1 2 0 0 7 a 其次 最 新 的化 石统 计 分 析也 发 现 瓮安 生 物 群 中确认为多细胞藻类和疑源类 的化石 只占全部化 石不足 1 O 的含量 其它主要是数量惊人 的 类 似 动 物休 眠 卵 和胚 胎 发 育 卵 裂 阶 段 的微 型球 状 化 石 殷宗军等 2 0 0 8 然而部分球状化石 内部 已经 出 现成百上千甚至上万个分裂细胞 却仍未发现可靠 的细胞分化现象 以及囊胚期以后 的发育阶段 和相 关 幼体 或成 体 动物 化石 这 是球 状 化 石 归 属 动物 胚 胎观点无 法 解 释 的 刘 鹏
11、举 等 2 0 0 9 袁训 来 等 2 0 0 9 而且大部分球状化石个体 内部仅含有 1个 细胞 以往被解释为动物休眠卵化石 休眠卵大量保 存常显示 比较恶劣的生存环境 但是同层位还保存 有丰 富多样 的 2 级规 则排 列 的分裂 生 长 阶段 的 球 状胚 胎 化石 以及 蓝 藻 较 为 确 切 的刺 胞 动 物 微 管 化石和多细胞红藻化石 袁训来等 2 0 0 2 刘鹏举等 2 0 0 7 最新报道在贵州瓮安陡山沱组 瓮安生物群 产 出层位 的底 部 发 现有 疑 似 后 生 动物 遗 迹 的化 石 其形态特征暗示其造迹生物可能为两侧对称 的蠕虫 状动物 王约和徐一帆 2 0 0
12、7 这些都表明陡山沱 期 至少在瓮安地区是适宜瓮安生物群大规模辐射 的极佳的生存环境 尽管对环境的解 释略有分歧 但是瓮安生物群显 然沉积于磷质过饱 和的异常环 境 比如 生物标志物特征指示瓮安陡山沱组磷块岩 中的有机物来源于藻类和细菌 显示还原高盐 的成 磷沉积环境 密文天等 2 0 0 9 以往对瓮安生物群所 赋存 的磷块岩层常量 微量元素和稀土元素地球化 学及沉积古环境的研究结果推断是氧化 富磷 的 较 为高能动荡的潮下环境 周传 明等 1 9 9 8 解启来等 2 0 0 3 吴凯等 2 0 0 6 而且 瓮安磷矿 区含球状化石丰富的黑色硅质 磷块岩和灰色白云质磷块岩还可能是受热液事件
13、控 制的再沉积 内碎屑磷块岩 郭庆军等 2 0 0 3 袁训来 等 2 0 0 9 磷酸盐化作用属于早期成岩作用之一 有机体死亡后的快速磷酸盐化使其许多超微细构造 得 以保存 X i a o a n d K n o l l 1 9 9 9 而其 成岩机制 和 沉 积地 球化 学过 程 与瓮安 生物群 中具有胚 胎发 育特 征 的球 状化 石 的化 学 组成 也 密 切 相 关 即可 能 的球 状胚胎在早期生长发育阶段与富磷海水环境一定存 在化学物质的交流 刺激其细胞迅速卵裂至 2 4 8 1 6 2 个 的某 一 阶段 被 异 常 中 止 后 就 开 始 了磷 酸 盐化的化石化过程 即便经过再
14、沉积的成岩改造作 用 对瓮安陡山沱组磷块岩保存 的原生沉积信息也 影响不大 解启来等 2 0 0 3 因此 在瓮安生物群 中 被磷酸盐化迅速封闭的不 同亲缘关系 动物或藻类 植物亲缘 的球状化石 在 内 外部构造和分裂细胞 被精细复制保存的同时 应该还保存有发育 阶段原 始的生物化学信息 而且 由于动物和植物属于明显 不 同的生物大类 其 中不 同生物类别 的细胞膜 壁 细胞内含物和生理代谢方式都显著不同 被磷酸盐 化保存的机制和过程肯定存在差异 吸收和富集沉 积环 境 中不 同的化 学 组 分具 有 差 异 性 即这 些球 状 化石 中的元 素 地球化 学组 成可 能反 映一 定 的系统 发
15、 生信息 基于这一认识 加之 以往的研究观察几乎 都限于将这些海量保存的球状微体化石 与寒武纪 以来乃至现代后生动物胚胎或休眠卵进行直接的形 态对 比研究 而对其化学组分的分析对 比关注不多 本文首次尝试球状化石 的元素地球化学研究对 比 这方面的探索为深化瓮安生物群球状化石的亲缘关 系研究提供了新手段和新材料 作为抛砖引玉 期待 更 多 的学者 给予关 注并 投入 这一 领域 的研 究 1材料和方法 本文选取外壁具瘤状 包括脑纹状 和多边形板 片状装饰的两类球状化石材料 样品采 自贵州瓮福 磷矿北斗山矿 区穿岩洞矿段陡 山沱组上磷矿层 B 矿层 上部的灰 白色球粒状 白云质磷块岩层和含磷 白
16、云岩层中 是经过酸泡处理后挑选出的立体球状 化 石 直 径 5 0 0 8 0 0 m 样 品编 号 Y0 3 2 1 2 4 图 l a 先采用环氧树脂胶包埋精选出的球状化石 然 后 切 片 定 向磨 片 至 球 状 化 石 的 中切 面 经 表 面 抛 光 喷镀炭膜等制备流程 制作成 电子探针样片 在 中 国地 质科 学 院矿产 资源研 究所 的矿 物学 与微 束分 析实验室进行了元素成分的定量分析 分别探测了 瘤状球形体 2 4 图 1 a左上橙色圈内 图 l b C f 和 多边形板状球形体 6 9 图 1 a 右下橙色圈内 图 1 d e g h 外壁和内部 的 7个点状微区 图 1 c 红点 外 壁亮 层 2 4 A 内部 亮 层 2 4 B 内部 暗 层 2 4 C 图 1 e g h红点 外壁亮层 6 9 A 内部最亮层 6 9 B 内 部次 亮层 6 9 C 内部 暗层 6 9 D 测 试 常量 元 素 Na M g Al S i P K Ca Ti Cr M n Fe Ni Zn S 的氧 化物 百分 含量 并测 定 了部分 稀土元 素 L a C e 地质论评 部
