山西新荣地区巨型蜥脚类恐龙股骨化石的发现及其埋藏环境

董黎阳， 薛沛霖， 张 财， 刘颖超， 李 瑜

(山西地质博物馆，太原 030021)

0 引言

蜥脚类恐龙以植物为食，身躯庞大，体长可达17～30 m，是侏罗纪—白垩纪陆地上最大的恐龙之一。大型蜥脚类恐龙体长通常超过17 m，对生存环境变化的适应能力较差，在白垩纪晚期数量趋于减少。近些年来，在浙江、甘肃、河南和广西等地区的白垩系中，陆续发现体长达20多m的巨型蜥脚类恐龙化石[1-6]，不仅对其所在的恐龙群及当时的古环境研究具有重要意义，也为巨型蜥脚类恐龙在白垩纪的分布、迁徙和演化等问题的研究提供了重要信息。

山西左云—新荣一带白垩系出露广泛，为一套典型的陆相沉积，主要为早白垩世左云组和晚白垩世助马堡组。2011—2012年，山西地质博物馆在该地层中发现了大量恐龙化石，初步研究表明，左云组产有剑龙类和蜥脚类恐龙，助马堡组产有鸭嘴龙类、甲龙类和角龙类恐龙[7-8]。统计表明，上述恐龙化石是以鸭嘴龙类和甲龙类为主，角龙类和蜥脚类为辅的恐龙化石组合[9]。近期，笔者在新荣地区助马堡附近首次发现了一巨型蜥脚类恐龙股骨化石，对研究左云恐龙动物群的组成和早、晚白垩世之交的古环境具有重要意义。本文对该巨型蜥脚类恐龙股骨化石及其体长进行了初步估算，并分析了其埋藏环境。

1 化石产地地层概况

研究区位于华北板块(一级)中部，山西板内台褶带(二级)北缘，云岗侏罗纪盆地北侧[10-11]，地理位置位于大同市新荣区(图1)。云岗盆地中心云岗—店湾一带出露巨厚的侏罗纪煤系地层，自下而上分别为永定庄组、大同组和云岗组，依次向北超覆于前三叠系之上。在盆地西缘左云—右玉及北缘助马堡一带，白垩纪左云组和助马堡组不整合于侏罗系或更老的地层之上。新近纪汉诺坝组玄武岩呈席状覆盖于盆地西缘及北缘各地层之上[12]。

图1 山西新荣地区地质简图[9]Fig.1 Geological sketch of Xinrong area,Shanxi Province[9]

助马堡组为一套冲洪积扇沉积，总体为砾岩、含砾砂岩与泥岩不规则互层，砂泥比为1∶1～1∶10(图2,图3(a))。左云一带，依次识别出洪积扇相、冲积扇扇中-扇缘相和曲流河相。助马堡一带，下部沉积砂、泥比变化无规律，砾石分选性和磨圆差，杂基含量高，以大型杂乱的楔状交错层理为主(图3(b)、(c))，往上砂、泥比渐至1∶1，砂岩板状交错层理发育，泥岩及粉砂岩中虫迹大量发育(图3(d))，具有冲积扇扇中-扇缘向曲流河过渡的特征。本次发现的蜥脚类恐龙股骨化石即产于助马堡组上部厚层砂岩与泥岩、泥质粉砂岩界面上(图2第26层)。

2 标本概述

一块保存不完整的左侧股骨化石(图3(e)、(f))标本保存于山西地质博物馆，标本登记号为VF0001，野外编号为2016ZY-10。标本总体粗壮、长直，骨干横切面扁圆，近端扩展明显，股骨头发育，呈隆突状，与大转节之间的收缩颈略为明显。第四大转节发育，呈冠嵴状。保存的股骨长96 cm，近端最宽57 cm。

图2 研究区巨型蜥脚类恐龙股骨化石产出层位地层柱状图Fig.2 Stratigraphic column of the gigantic sauropod femur fossils productive layers in the study area

(a) 剖面总体特征，为一套砂泥岩互层 (b) 含化石层特征，砂岩内大型槽状交错层理丰富

(c) 下伏砂岩含肩胛骨，化石破碎，具磨圆，周围充填大量砾石 (d) 下伏砂岩含胫骨化石，其上附着虫迹

(e) 巨型蜥脚类股骨，股骨头发育 (f) 巨型蜥脚类股骨，示长轴方位

3 讨论

大型蜥脚类恐龙股骨近端最大宽度与总长度存在一定比例[3,13-14]。吕君昌等[3]认为大型蜥脚类恐龙股骨近端的横向宽度与总长度之比为0.25～0.38，Ruyangosaurusgiganteus(巨型汝阳龙)的右侧股骨近端宽60 cm，据此估算其股骨长约2 m，臀高超过5 m，是目前中国发现的最大的恐龙之一。山西天镇晚白垩世灰泉堡组Huabeisaurusallocotus(不寻常华北龙)的左侧股骨近端宽43 cm，其股骨长1.56 m[14-15]。而本次发现的蜥脚类恐龙股骨近端宽57 cm，推测其股骨长约1.9 m，甚至更长。因此，本次发现的巨型蜥脚类恐龙体长可能远大于Huabeisaurusallocotus(不寻常华北龙)的体长，与Ruyangosaurusgiganteus(巨型汝阳龙)的体长相当，其体长可能超过30.0 m。

4 化石埋藏环境

本次野外调查中，在股骨化石产出层位及其上、下层砂岩(砂岩呈板状交错层理发育)中(图4(a)、(b)、(c)、(d))，发现了大量化石碎片，碎片彼此间无关联，且多具有磨圆。进一步发掘后，未发现完整的单块化石，这是由化石的埋藏环境决定的。助马堡组总体代表了一套冲积扇扇中-扇缘向曲流河过渡的沉积环境，化石产出层(图2第26层)及其上、下数层，以中-细粒砂岩为主，厚度大，内部大型槽状交错层理和板状交错层理发育，反映了水动力较强劲，分选性好，较细的砂岩颗粒沉积于边滩。泥岩及粉砂岩较薄，虫迹大量发育，代表了堤岸沉积。以上特征表明该区河流规模较大，具有强烈的曲流河特征，洪水期与浅水期交替变化。股骨化石及其他化石碎片在洪水期被河水搬运至此，是异地埋藏的产物。

(a)、(b)、(c)、(d) 砂岩斜层理前积层古流向(现场恢复)； (e) 助马堡组古流向玫瑰花图

研究区助马堡组地层倾角较小，一般在10°左右，通过板状交错层前积层现场恢复、统计及室内赤平投影，得出其古流向玫瑰花图(图4(e))。该区古水流方向以自NEE向SWW和自SE向NW为主，古流向变化范围和振荡幅度较大，说明古水流弯度较高，水动力趋于减弱，即助马堡组是在弯曲度较高的曲流河中发育的。此时，河流已进入全盛期，河流规模较大，搬运能力较强。野外测得股骨化石长轴方位为50°(图3(f))，与古水流方向一致，亦表明该区水动力强劲。值得注意的是，在股骨化石点正东30 km的总高墩村和南西约15 km的曹碾乡助马堡组砂岩中，曾分别发现残破的蜥脚类右侧股骨及破碎的禽龙类椎体化石[15-16]，三者组成的搬运轨迹与自NEE向SWW的古水流方向吻合。

5 古气候及古环境意义

新荣地区巨型蜥脚类恐龙股骨化石的发现，不仅扩大了晚白垩世巨型蜥脚类恐龙在中国北方地区的分布范围，同时对左云—新荣地区白垩纪恐龙演化及古气候、古环境研究具有重要意义。巨型蜥脚类恐龙多以高大乔木树叶为食，角龙类、鸭嘴龙类则多采食低矮的草木植物。它们的共同出现说明早、晚白垩世之交，左云—新荣地区高大的裸子植物及低矮的被子植物均十分繁茂，食物来源多样化，植食性恐龙大量繁盛。同时，规模大、弯曲度高的曲流河遍布，恐龙死后，其巨大的躯体与砂、泥一起，在曲流河中经短—中距离搬运后被埋藏。

6 结论

(1)首次在山西新荣地区晚白垩世助马堡组发现了巨型蜥脚类恐龙股骨化石，推测该蜥脚类恐龙股骨化石实际长度可达1.9 m，其体型与Ruyangosaurusgiganteus(巨型汝阳龙)相当，体长可能超过30.0 m。

(2)通过对助马堡组进行化石层沉积相和古流向分析，认为助马堡组为一套规模大、弯曲度高、水动力强的曲流河沉积，该蜥脚类恐龙死后在曲流河中经短—中距离搬运后被埋藏。

致谢： 野外工作得到了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所唐治路高级工程师、山西省地质勘查局王润福教授的指导，成文过程中得到了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所尤海鲁研究员、王娅明工程师的帮助，在此一并致以衷心感谢。