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1、 年 霄 地 质 论 评 G E O L O G I C A L R E V I E W V o I 5 9 N o 6 N O V 2 0 1 3 胶 东诸城 晚 白垩世恐龙 骨骼化石地球化 学及 埋藏 学研 究 旷 红 伟 许 克民 柳 永 清 董 超 彭 楠 王 克 柏 陈 树 清 张 艳 霞 4 1 中国地质科学院地质研究所 北京 1 0 0 0 3 7 2 山东省地质调查院 济南 2 5 0 0 0 0 3 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 长江大学 长江大学地球物理与石油资源学院 湖北荆州 4 3 4 0 2 3 4 诸城市恐龙文化研究 中心 山东诸城 2 6 2 2 0 0 内
2、容提要 胶东诸城发育了世界罕见的晚白垩世中晚期恐龙化石集群埋藏点 主要分布在诸城市东南的库沟 恐龙涧 西见屯和臧家庄 本文通过薄片鉴定 电子探针 常量 微量和稀土元素分析等方法技术 系统研究了诸城 恐龙骨骼化石微观特征与地球化学特征 分析了恐龙骨骼埋藏成岩过程 厘定 4个化石集群埋藏层的相对层位关系 和骨骼沉积物来源方向 探讨了恐龙死亡的可能原因 研究表明 研究区恐龙骨骼化石主要矿物成分为磷灰石和方 解石 也零星含有 F e Mn B a S O 及 S i O 等矿物成分 骨骼化石和围岩主量 微量与稀土元素分析显示 C a O P O F R E E Y S r 和 B a U高值且远高于围
3、岩 其中 C a O P O F S r 和 B a的高值是 由于原始骨骼组成中这些元素背景含量 高 而 R E E Y及 U的异常高值是成岩过程中吸附作用所致 骨骼中R b T h N b S i O A 1 2 0 3 T i O 2 Z r H f 含量低于围 岩是由于它们属于亲沉积碎屑元素 都来自母岩的风化产物 骨骼化石中稀土元素表现为轻稀土富集型 稀土配分 模式与上地壳相似 并具有 E u轻微正异常和 c e 负异常特点 研究认为 骨骼与围岩较高的 s r B a 含量及稀土元素异 常系源于干旱气候与氧化环境的浅埋藏成岩作用 依据不同化石点骨骼中磷灰石矿物与方解石矿物组成的对 比 骨
4、 骼与围岩主量元素分子风化率指数及 R E E H R E E L R E E与 L a Y b C e Y b 和 L a S m 6 E u C e等参数的对 比 研究区4个集群埋藏的恐龙化石层相对层位关系由下至上分别厘定为库沟 西见屯 恐龙涧与臧家庄 骨骼围岩 沉积物源主要来自下伏青山群火山岩与莱阳群沉积岩的剥蚀产物 研究区上白垩统红土崖组下部不到 l O O m厚的地 层中恐龙化石异地集群埋藏层的多次出现表明 集群埋藏不是一个简单孤立事件 恐龙的死亡也可能受制于干旱气 候的影响 特别是环境背景的 s r 和 B a等元素有可能是环境毒素 干旱缺水 缺少食物 有毒元素散布可以导致恐龙 集
5、群死亡 骨骼在季节性洪水或阵发性泥石流的作用下由诸城西北向东南搬运和堆积 关键词 胶东诸城 晚 白垩世 恐龙 骨骼化石 地球化学 埋藏学 诸城发育了世界罕见的晚白垩世恐龙骨骼集群 埋藏化石点 分布在诸城市东南库沟 恐龙涧 西见 屯和臧家庄等地 赵喜进等 2 0 0 7 柳永清等 2 0 0 9 X u X i n g e t a 1 2 0 1 0 其化石分布的高密度及属种 单一性引起了国内外广泛关注 前人对诸城晚白垩 世恐龙化石研究等方 面取得 了一系列重要进展 涉 及到恐龙古生物学 分类学 胡承志 1 9 7 3 胡 承志 等 2 0 0 1 赵喜进等 2 0 0 7 X u X i n
6、g e t a 1 2 0 1 0 季燕 南 2 0 1 0 恐 龙 脚 印 分类 学 埋藏 学 李 日辉 等 2 0 0 0 2 0 0 5 2 0 0 8 邢立达等 2 0 1 0 H o n g e t a 1 2 0 1 1 L i R i h u i e t a 1 2 0 1 1 X i n g L i d a e t a 1 2 0 1 2 和恐龙 化石埋藏环境 柳永清等 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 何碧竹 等 2 0 1 1 2 0 1 2 这为我们深入系统研究恐龙骨骼化 石的埋藏成岩过程 恐龙生活习性及死亡原因奠定 了良好的基础 但 4个化石点层位关系如何
7、 恐龙 的死因是什么 其 骨骼物源来 自哪里 其埋藏 成岩 过程怎样 等等问题仍然存在 本文 旨在通过诸城恐 龙骨骼化石地球化学等的系统研究来解释或探讨上 述问题 同时进一步揭示诸城恐龙化石埋藏 成岩特 征及可能的死亡原因 近年来 恐龙骨骼地球化学的研究不仅能提供 恐龙属种分类学证据 而且也能揭示恐龙埋藏学信 注 本文为 国家 自然科学基金面上项 目 编号 4 1 2 7 2 0 2 1 国家 自然科学基金重点项 目 编号 9 0 9 1 4 0 0 3 中国地质科学院地质研究所基 本 业务费项 目 编号 J 1 1 0 6 及中国地质调查局项 目 编号 1 2 1 2 0 1 1 3 0 9
8、 6 5 0 0 1 2 1 2 0 1 1 1 2 0 1 0 5 的成果 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 0 6 改回 日期 2 0 1 3 0 7 02 责任编辑 黄敏 作者简介 旷红伟 女 1 9 6 9年生 博士 教授 主要从事沉积地质和油气地质研究 E m a i l k u a n g h w 1 2 6 c o n l 地质论评 2 0 1 3矩 息 前人通过含恐龙化石地层序列 中各种氧化物比 值 也称分子风化率 m o l e c u l a r w e a t h e r i n g r a t i o s 并结合围岩与骨骼微观薄片及宏观特征重建恐龙生 活时代的古地理环
9、境与古气候条件 F r a n c o i s e t a 1 2 0 0 9 骨骼化石 的阴极发光 C L X衍射 X R L x荧光光谱 X R F S 显微激光拉曼光谱 R S 和 I C P MS S u a r e z e t a 1 2 0 1 0 G i a m p a o l o e t a 1 2 0 1 1 等 分析手段可以获得它们的稀土元素 B a d i o l a e t a 1 2 0 0 9 S u a r e z e t a 1 2 0 0 7 2 01 0 Gi a mp a o l o e t a 1 2 0 1 1 常量 微量元素地球化学数据 P a i
10、k e t a 1 2 0 0 1 骨骼和围岩 C O S r同位素测试 B a d i o l a e t a 1 2 0 0 9 A mi o t e t a 1 2 0 1 1 傅 立 叶 红 外 光 谱 G i a m p a o l o e t a 1 2 0 1 1 等用来研究骨骼成岩作用 过程及骨骼成岩控制因素分析 从而推断恐龙死亡 原因等 因此 恐龙骨骼化石的地球化学特征 特别 是稀土元素与其他微量元素分布 对揭示恐龙死因 埋藏成岩作用 恢复古气候等方面具有较大的作用 和应用前景 例如 广东南雄恐龙蛋化石 赵资奎 等 1 9 9 8 2 0 0 9 赵资奎和严正 2 0 0 0
11、 及河南西峡恐 龙蛋化石 张玉光和裴静 2 0 0 4 中 I r 与 s r A s 等元 素的异常被认为是恐龙母体出现 了病变的原 因 四 川广元 李 奎 等 1 9 9 7 1 9 9 9 开 江 张 玉 光 等 1 9 9 8 a 的侏 罗 纪恐 龙 集群 死 亡被 认 为是 由于砷 A s 和钡 B a 的超高异常而引起的中毒作用以及 起解毒作用的锌 Z n 的低异常共 同作用所导致的 杨群和王怡林 2 0 0 7 研 究 了云南禄丰等不 同地区 恐龙化石的显微激光拉曼光谱 R S 并用其区分骨 骼类型 他们还通过 X R F S X R D R S分析 了禄丰等 地的恐龙化石成分
12、并发现恐龙化石 中矿物 的元素 含量及其分布与骨骼所属部位无关 只与化石源地 有关 杨群等 2 0 0 4 杨群和王怡林 2 0 0 8 S u a r e z等 人 2 0 0 7 对美 国犹它州早 白垩世恐龙化石稀土元 素研究也得出了一致的结果 中国恐龙化石如此丰富 但还缺乏系统的地球 化学方面的研究和成果 也鲜见有将晚 白垩世整个 沉积古地理背景结合起来综合分析恐龙从生存到死 亡环境或生态因素影响综合起来研究的实例 本文 在详细研究埋藏沉积学的基础上 试图通过对诸城 库沟 恐龙涧 西见屯和臧家庄 4个化石点所获得 的 2 0个骨骼化石薄片 5个 电子探针样品获得的 5 6矿 物组分资料
13、3 6个 围岩全岩样品及 1 2个骨骼化石 样品的稀土 微量和常量元素的测试结果进行分析 以期获得有关恐龙死亡 埋藏成岩及古气候等 的地 质信息 1 地质背景 郯庐断裂带在区域重力场上表现为宽度较大的 线性梯度带 图 1 a 在山东境内称沂沭断裂带并分 割鲁西和鲁东地区 图 1 b 胶莱盆地位于鲁东地 区 是一个典型的白垩纪断陷盆地 图 1 c 该盆地 西侧受控于 N N E向的沂沭断裂带 东侧为 N N E走 向的 牟平一 即墨 断裂带 诸 城位 于胶莱 盆地南 部 图 1 C d 盆地内发育白垩纪至新生代地层 刘 明渭等 2 0 0 3 张岳桥等 2 0 0 8 白垩系 由下至上为 下 白
14、垩统莱阳群河流和湖相碎屑岩 青山群中 酸性 火山岩与火山碎屑岩以及产于青山群之 中由河湖相 沉积组成的大盛群 上白垩统王氏群 由冲 洪积 紫 杂色粗碎屑岩组成 诸城地区上白垩统王氏群红土 崖组为恐龙化石埋藏层位 图2 其下部 中部为冲 积扇一辫状河相砂岩 砾岩互层 顶部夹零星出露的 玄武岩 山东省第 四地质矿产勘察院 2 0 0 3 其 A 卜 A r 年龄为 7 6 2 7 3 5 Ma 闫峻等 2 0 0 3 2 0 0 5 并 与区域上莱 阳青岛龙及恐龙蛋化石等产出层位可 以 对比 黑龙江嘉荫晚白垩世恐龙鸭嘴龙类化石发现 层位 吕君昌 韩建新 2 0 1 2 内蒙古二连浩特晚白 垩世恐龙
15、化石层 王璐琳 武法东 2 0 0 9 以及广东 南雄 赵 资奎等 2 0 0 9 河南西 峡 张玉光 裴静 2 0 0 4 等晚白垩世恐龙骨骼或蛋化石产 出时代均 可 与山东晚白垩世集群埋藏的恐龙化石群对比 在国 际上 其与加拿大 A l b e r t a 州立恐龙公园恐龙化石产 出层位 J u d i t h R i v e r 组也基本相当 该组顶部年龄为 7 4 7 5 Ma Wo o d e t a 1 1 9 8 8 B e h r e n s m e y e r 1 9 8 9 Br i n k ma n 1 9 9 0 Ebe r t h 1 9 9 0 Fi o r i l
16、 l o 1 991 Hu n t 1 9 91 L u c a s e t a 1 2 0 0 0 Br i n k ma n e t a 1 2 00 4 C u r r i e a n d K o p p e l h u s 2 0 0 5 诸城 4个 恐龙 化 石 层 位产 地 毗邻 分 布 图 1 d 其 中库沟 恐 龙涧 西见屯相互问的距离 不 足 5 0 m 臧家庄位于前 3个化石点 库沟 东北 2 k in 左右 虽然化石点彼此相邻很近 但 由于地面覆盖 严重 地层出露极少 因此 目前 4个化石点的相互 层位关系仅能肯定库沟位于最底部 恐龙涧 西见屯 位于库沟上部层位 但与臧家庄化石点的上下关系 不清 图 2 从地层产状看 由库沟至西见屯 地层 倾向2 5 倾角 4 0 臧家庄化石点地层倾向倾向 2 1 0 倾角 1 3 二者之间似为一向斜 2 研究方法和测试分析结果 本研究主要应用骨骼化石和围岩粉末的地球化 第 6期 旷红伟等 胶东诸城晚白垩世恐龙骨骼化石地球化学及埋藏学研究 1 0 0 7 表 1诸城红土崖组骨骼化石和围岩粉砂岩常量元素 稀土元素 w g 和微量元素
