辽宁建昌国家级化石集中产地化石分布特征及保护区划研究

吴子杰,孙 晶,邱隆伟,高福亮,仲米山,马文坡,高永钊,潘玉啟,夏 强,郑 伟

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东 青岛 266580；2.辽宁省地质勘查院有限责任公司，辽宁 大连 116100；3.大连经济技术开发区第十高级中学,辽宁 大连 116600；4.辽宁省自然资源事务服务中心，辽宁 沈阳 110011)

0 引言

古生物化石是研究地质历史和生命演化不可替代的非可再生资源，对我们认知和探寻地质历史时期古地理、古气候、古环境的发展演化规律具有重要意义，为古生物化石存在时期生态环境的研究提供了宝贵的实物资料[1]。辽宁建昌是世界上重要的中生代化石产地，产地内保存了众多珍稀的古生物化石，盛产燕辽生物群和热河生物群化石，化石种类丰富，数量大，多具有非常高的科研价值。目前建昌县已发现的国家一级重点保护化石多达28个属种[2]，特别是玲珑塔大西山地区发现的赫氏近鸟龙(Anchiornishuxleyi)[3]、中华侏罗兽(Juramaiasinensis)[4]等，在国际上已产生重要的影响。

辽宁建昌化石产地被认定为中国第一批国家级重点保护古生物化石集中产地[5]，作为世界级化石宝库，以往工作尚未总结探讨建昌地区的化石分布特征，缺乏科学性保护区划的研究工作。因此，本文在系统收集整理前人研究的基础上，结合笔者近年来在建昌化石产地的工作成果，探讨分析了建昌国家级化石集中产地中化石的地理分布、地层分布、属种类型等特征，对古生物化石保护开展区划研究，旨在为今后开展相关研究保护工作提供科学参考和基础地质资料。

1 地质背景

研究区地处辽宁西部，隶属于葫芦岛市，位于葫芦岛市西北部。其大地构造位置处于塔里木—华北板块华北陆块北缘东段，燕辽中元古代裂谷带辽西拗陷朝阳盆岭褶断束上。区内构造复杂，出露有太古宇大庙岩组，中元古界长城系、蓟县系，新元古界青白口系，古生界寒武系、奥陶系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系以及新生界第四系松散堆积物。中生代地层主要发育有红砬组、髫髻山组、土城子组、义县组、九佛堂组、冰沟组和阜新组(图1)。中生代以来，研究区火山活动强烈，在火山活动间歇期发育有较厚的河湖相沉积，为古生物的繁衍、生存及化石的形成提供了条件。

图1 辽宁建昌国家级化石集中产地地质简图Fig.1 Geological map of the National Fossil Reserve in Jianchang of Liaoning Province

2 古生物化石分布特征

2.1 地理分布特征

辽宁建昌国家级化石集中产地包括玲珑塔大西山、喇嘛洞和要路沟3个区域。中生代地层分布广泛，赋存有丰富的化石资源。从县域东北部的玲珑塔镇开始，向西南方向经过喇嘛洞，一直延续到要路沟乡，均有重点古生物化石点分布，各化石点分布位置、时代及层位见表1。有化石赋存的区域面积约占全县面积的75%，在24个乡镇，约2 400 km2的范围内均有化石埋藏，其中以玲珑塔、巴什罕、喇嘛洞、头道营子、要路沟、魏家岭、碱厂等乡镇的化石赋存最多，且多为国家重点保护化石。建昌化石产地共有37个重点中生代生物化石点，其中巴什罕乡5个、碱厂乡1个、喇嘛洞镇10个、玲珑塔镇3个、牤牛营子乡3个、石佛乡2个、汤神庙镇1个、头道营子乡5个、魏家岭乡1个、要路沟乡6个[2]。

表1 辽宁建昌国家级化石集中产地化石点分布Tab.1 Fossil sites distribution of the National Fossil Reserve in Jianchang of Liaoning Province

(续表)

2.2 化石赋存地层分布特征

通过对研究区内中生代生物化石开展地质调查研究并结合前人资料[6-14]，确定区内中生代地层中含古生物化石的层位有中侏罗统髫髻山组，下白垩统义县组、九佛堂组、冰沟组及阜新组。其中，髫髻山组盛产燕辽生物群，义县组和九佛堂组盛产热河生物群，冰沟组和阜新组盛产阜新生物群。

2.2.1 侏罗系中统髫髻山组

髫髻山组主要分布在娘娘庙—二道湾子—雷家店一带、汤神庙—老大杖子一带、八家子—大屯、新开岭及要路沟以南等地区，为一套以基性—中性岩为主，含有少量酸性岩的火山熔岩、火山碎屑岩，且在火山活动间歇期发育大量的陆源碎屑沉积岩。根据岩性组合特征将髫髻山组划分为3个段，其中二段为主要含化石层位，共含有11个化石层，称为大西山层[15]。产徐氏曙光鸟(Aurornisxui)、赫氏近鸟龙(Anchiornishuxleyi)、短羽始中国羽龙(Eosinopteryxbrevipenna)、郑氏晓廷龙(Xiaotingiazhengi)、模块达尔文翼龙(Darwinopterusmodularis)、李氏凤凰翼龙(Fenghuangopteruslii)、赵氏建昌翼龙(Jianchangopteruszhaoianus)等化石。底部与下伏地层呈角度不整合接触，顶部与土城子组平行不整合接触或与义县组角度不整合接触(表2)。

表2 辽宁建昌国家级化石集中产地地层及代表化石

2.2.2 白垩系下统义县组

义县组在研究区分布十分广泛，主要出露在石佛、宫山咀—要路沟一带，在小德营子、新开岭—温杖子一带亦有较大面积的出露，以陆相火山喷出岩为主夹火山碎屑沉积岩。岩性主要有玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩及集块岩。在喷发间歇期沉积有沉凝灰岩、凝灰质砂岩、砾岩及页岩。根据岩性组合特征，将该组分为5个段，除一段外，其他岩性段均含化石层。二段中发现1个化石层，称为要路沟层[16]，产有狼鳍鱼(Lycopterasp.)、介形虫(Cyprideasp.)等化石。义县组三段中发现6个化石层，其中底部的2个化石层被统称为上白庙层[16]，产始反鸟类(Eoenantiomithiformes)、狼鳍鱼(Lycopterasp.)、介形虫(Cyprideasp.)、坚直茨康叶(Czekanowskiarigida)等化石。三段的其他4个化石层与四段的前2个化石层被称为罗家沟层[16]，层内产有师氏中华弓鳍鱼(SinamiazdanskyiStensio)、狼鳍鱼(Lycopterasp.)、东方叶肢介(Eosestheriasp.)、三尾拟蜉蝣(Ephemeropsistrisetalis)、奇异环足虾(Cricoidoscelosusaethus)等化石。四段顶部含有1个化石层，称为后狮子沟层[16]，目前发现的化石有狼鳍鱼(Lycopterasp.)、东方叶肢介(Eosestheriasp.)、三尾拟蜉蝣(Ephemeropsistrisetalis)等。义县组五段中发现1个化石层，称为前狮子沟层[16]，产有罗家沟玉门介(Yumenialuojiagouensis)、背脊建昌介(Jianchange-lladorsicostata)、戴氏狼鳍鱼(Lycopteradavidi)、三尾拟蜉蝣(Ephemeropsistrisetalis)等化石。义县组底部与髫髻山组、土城子组呈角度不整合接触，顶部与九佛堂组呈平行不整合接触(表2)。

2.2.3 白垩系下统九佛堂组

九佛堂组出露在建昌中部的石佛—喇嘛洞—头道营子一带，为一套河-湖相沉积岩组合。岩性主要为黄褐色中厚层铁质胶结中粗复成分砾岩、中厚层钙质胶结中粗粒长石岩屑砂岩、绿色中厚层粉砂质泥岩、浅灰色—灰褐色粉砂质页岩夹灰绿色薄层泥晶灰岩透镜体、油页岩及煤线，可划分出3个岩性段[14,17]。九佛堂组一段含3个化石层，张立君等[13]将其命名为西店层，该层产狼鳍鱼(Lycopterasp.)、三尾拟蜉蝣(Ephemeropsistrisetalis)、建昌孔子鸟(Confuciusornisjianchangensis)、刘氏原白鲟(Protopsephurusliui)、杨氏长羽盗龙(Changyuraptoryangi)等丰富的动物、植物化石。九佛堂组二段含2个化石层，吴子杰等[18]将其命名为肖台子层。岩性为粉砂岩及页岩，该层产小齿建昌鸟(Jianchangornismicrodontagen)、郭氏渤海鸟(Bohaiornisguoi)、李氏叉尾鸟(Schizoouralii)、棕榈热河鸟(Jeholornispalmapenis)、朱氏莫干翼龙(Moganopteruszhuiana)、胡氏辽尖齿兽(Liaoconodonhui)、辽西满洲龟(Monchurochelysliaoxiensis)等化石。九佛堂组下部与义县组呈平行不整合接触，上部被冰沟组整合覆盖(表2)。

2.2.4 白垩系下统冰沟组

冰沟组出露在建昌盆地中部的石佛—喇嘛洞—头道营子一带，主要岩性为粗碎屑岩夹粉砂岩、页岩和多层煤层、煤线，为冲积扇-辫状河-滨浅湖泊相沉积环境。富含冰沟延吉叶肢介(Yanjiestheriabingouensis)、三尾拟蜉蝣(Ephemeropsistrisetalis)、冰沟似瘤田螺(Tulotomoidesbinggouensis)等化石。该组底部与九佛堂组呈整合接触，顶部被阜新组整合覆盖(表2)。

2.2.5 白垩系下统阜新组

阜新组仅出露在石佛—冰沟一带。岩性组合为黄褐色—浅粉色巨厚层铁质胶结砂质中粗复成分砾岩、砖红色中厚—厚层铁质钙质胶结含砾粉砂质细粒长石砂岩、泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩、粉砂质页岩及煤层、煤线，为冲积扇-辫状河-浅湖相沉积环境。产热河球蚬(Sphaeriumjeholense)、额尔古纳蚌(Arguniellalingyuanensis)、布列雅锥叶蕨(Coniopterisburejensis)等化石，该组与下伏冰沟组呈整合接触(表2)。

2.3 化石属种统计

辽宁建昌国家重点化石产地所含古生物化石十分丰富，按时代划分为燕辽生物群、热河生物群和阜新生物群,包含了恐龙类、翼龙类、离龙类、鸟类、哺乳动物、龟鳖类、鱼类、双壳类、腹足类、叶肢介类、介形类、鲎虫、昆虫、蜘蛛类、植物(硅化木)、孢粉、轮藻、虾类等近20个门类的化石，其中属于国家一级重点保护古生物化石的有28个属种、二级的有2个属种、三级的有4个属种(表3)。

表3 辽宁建昌国家级化石集中产地三级及以上国家重点保护化石名录Tab.3 The National Key Protected Fossils List at Level 3 and above of the National Fossil Reserve in Jianchang of Liaoning Province

(续表)

3 古生物化石保护区划

3.1 保护区划的原则及方法

通过综合总结前人在地质遗迹区划方面的研究成果，结合古生物化石时空分布特点，本文的古生物化石保护区划遵循以下原则：①古生物群分布的完整性；②古生物化石赋存层位的统一性；③区域地质背景的一致性；④行政区域的相对完整性。

根据建昌县古生物化石资源的实际情况，考虑到需要保护的面积较大，为了便于管理，分别建立保护区进行保护。每个区域的外围边界是试验区的界线(无试验区时，缓冲区界线也可作为保护区边界)，其内部包含若干个核心区和缓冲区。核心区由一个或多个重点古生物化石点组成，其内部包含了重点古生物化石地质遗迹点，产有国家级重点保护化石，由于核心区面积较大，且多被农田、村庄、道路等覆盖，因此建议对重点古生物化石点进行护栏保护即可。对于没有圈定重点古生物化石点且含有国家三级及以上重点保护化石的遗迹点，要根据化石层的展布、地形、地貌等实际情况进行综合考虑再圈定核心区。缓冲区作为国家级重点保护古生物化石的潜在埋藏区，包括了区内核心区以外的全部含化石层位(段级岩石地层单位)。作为保护区的重要组成部分，试验区连接核心区和缓冲区以外的侏罗纪和白垩纪地层，其边界决定自然保护区的范围和面积，为了涵盖完整的地层序列且控制保护区的有效范围，本文在注重侏罗纪和白垩纪地层完整性的同时适当排除了部分意义不大的区域。

3.2 保护区划的划分

经综合研究，本文将建昌地区划分为3个古生物化石自然保护区，分别为：玲珑塔大西山中生代生物化石产地保护区、喇嘛洞中生代生物化石产地保护区和要路沟中生代生物化石产地保护区。

3.2.1 玲珑塔大西山中生代生物化石产地保护区

该保护区位于建昌县东部大西山村—水泉沟一带(图2)，由玲珑塔镇和巴什罕乡共同管辖，主要保护中侏罗世燕辽生物群化石，对应于中侏罗统髫髻山组二段，为一套火山间歇期发育的陆源碎屑岩，岩性主要为泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩和砾岩。保护区面积7.966 km2。有8处化石点，主要保护对象为：赫氏近鸟龙(Anchiornishuxleyi)、新疆龟(Xinjiangchelyssp.)、郑氏晓廷龙(Xiaotingiazhengi)、模块达尔文翼龙(Darwinopterusmodularis)、玲珑塔达尔文翼龙(Darwinopteruslinglongtaensis)、粗齿达尔文翼龙(Darwinopterusrobustodens)、李氏悟空翼龙(Wukongopteruslii)、中国鲲鹏翼龙(Kunpengopterussinensis)、李氏凤凰翼龙(Fenghuangopteruslii)、赵氏建昌翼龙(Jianchangopteruszhaoianus)、强壮建昌颌翼龙(Jianchangnathusrobustus)、中华侏罗兽(Juramaiasinensis)等。该保护区分为核心区与缓冲区，未划出试验区。核心区分布在玲珑塔大西山—西窝铺村南，北部以平坊为界，南部至西窝铺村高速公路，呈南北向条带状分布，面积3.58 km2，占保护区总面积的45%，含有11个化石层，包括7个重点古生物地质遗迹化石点。缓冲区面积4.39 km2，占保护区总面积的55%，含有1个化石点。

图2 辽宁建昌国家级化石集中产地化石点分布及保护区划Fig.2 Distribution of fossil sites and conservation zoning of the National Fossil Reserve in Jianchang of Liaoning Province

3.2.2 喇嘛洞中生代生物化石产地保护区

该保护区位于建昌县城南部(图2)，由大三家子—大窑沟等几个行政村组成，隶属于喇嘛洞镇管辖，主要保护早白垩世热河生物群化石，对应于下白垩统九佛堂组，为一套陆源碎屑岩沉积，岩性主要为泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩和砾岩。保护区范围面积14.697 km2，有10处化石点，保护对象包括：小齿建昌鸟(Jianchangornismicrodonta)、郭氏渤海鸟(Bohaiornisguoi)、棕榈尾热河鸟(Jeholornispalmapenis)、杨氏钟健鸟(Zhongjianornisyangi)、李氏叉尾鸟(Schizoouralii)、孔子天宇龙(Tianyulongconfuciusi)、杨氏长羽盗龙(Changyuraptoryangi)、朱氏莫干翼龙(Moganopteruszhuiana)、玲珑塔古帆翼龙(Archaeoistiodactyluslinglongtaensis)、胡氏辽尖齿兽(Liaoconodonhui)、建昌辽龟(Liaochelysjianchangensis)等。该保护区划分出2个核心区、2个缓冲区和1个试验区。2个核心区分别为肖台子核心区和喇嘛沟核心区，肖台子核心区分布在肖台子—大三家子一带，面积0.24 km2，占核心区总面积的5.7%，呈NEE向条带状分布，区内主要保护九佛堂组二段化石层(肖台子层)，有2处化石点。喇嘛沟核心区分布在上十八汰—二道杖子一带，面积3.28 km2，占核心区总面积的93.1%，呈NE向板状分布，主要发育九佛堂组一段、二段地层，建立该核心区是为保护西店、肖台子化石层，区内包括8个重点古生物化石地质遗迹点。保护区内划分出2个缓冲区，分别为肖台子—大三家子缓冲区、上十八汰—大窑沟缓冲区。该缓冲区内零星分布化石点，化石保存程度不佳，但依照化石层位走向以及区域对比，该区内极有可能赋存着其他需要重点保护的古生物化石，故将其列为缓冲区，有发现其他国家重点保护古生物化石的潜力。试验区占保护区总面积的55%，区内化石零星分布，未见有国家级重点保护古生物化石，但对于研究区内构造运动、地质发展史、古地理古气候演变史、地质事件、古生态、古地磁以及地层划分对比等方面的研究有重要意义，因此将该区划分为试验区。

3.2.3 要路沟中生代生物化石产地保护区

该保护区位于要路沟乡—头道营子乡(图2)一带，主要发育义县组和九佛堂组，面积43.981 km2，主要保护对象有建昌孔子鸟(Confuciusornisjianchangensis)、粗壮原始祖鸟(Protorchaeopterysrobusta)、圣贤孔子鸟(Confuciusornissanctus)、娇小辽西鸟(Liaoxiornisdilicatus)、尾羽龙(Caudipteryx)、潜龙(Hyphalosaurussp.)、奇异环足虾(Cricoidoscelosusaethus)、刘氏原白鲟(Protopsephurusliui)等化石。区内划分出2个核心区，分别为郎家沟核心区和三门店核心区，总面积4.345 km2，占总保护区面积的10%。郎家沟核心区分布在要路沟乡小道岭—小东沟一带，面积4.31 km2，占保护区内核心区总面积的99.2%，呈NEE向宽板状分布，区内主要保护义县组三段(上白庙层、罗家沟层下部)，包括有6处重点古生物化石地质遗迹点。三门店核心区分布在三门店村附近，面积0.035 km2，呈近SE向条带状分布，区内主要保护九佛堂组一段(西店层)，包括1个Ⅰ级重点古生物化石地质遗迹点。保护区内划分出3个缓冲区，分别为青石岩—魏家岭缓冲区、三门店—西店缓冲区和山咀子—牛角沟缓冲区。青石岩—魏家岭缓冲区分布在青石岩—魏家岭一带，面积19.96 km2，占缓冲区总面积的86.44%，呈NE向宽板状分布，含有3个重点古生物化石地质遗迹点。三门店—西店缓冲区分布在三门店村—西店村附近，面积0.69 km2，占缓冲区总面积的2.98%，呈NW向宽板状分布，含有1处重点古生物化石地质遗迹点。山咀子—牛角沟缓冲区分布在头道营子村—牛角沟一带，面积2.44 km2，占缓冲区总面积的10.57%，呈SN向近三角形分布，由南向北逐渐变宽，该缓冲区内含有2个重点古生物化石地质遗迹点。将保护区内除去核心区、缓冲区的剩余部分划分出1个试验区，面积16.52 km2，占保护区总面积的38%，区内化石零星分布，未见有国家级重点保护古生物化石，但考虑到研究区内构造运动、地质发展史、古地理与古气候演变史、地质事件、古生态、古地磁以及地层划分对比等方面的研究价值，将该区划分为试验区。

4 结论

(1)辽宁建昌国家重点化石产地分布在全县的24个乡镇，以玲珑塔、巴什罕、喇嘛洞、头道营子、要路沟、魏家岭、碱厂等乡镇赋存最多。

(2)研究区内中生代含古生物化石层位有中侏罗统髫髻山组、下白垩统义县组、九佛堂组、冰沟组及阜新组。

(3)将辽宁建昌国家重点化石产地划分出玲珑塔大西山中生代生物化石产地保护区、喇嘛洞中生代生物化石产地保护区和要路沟中生代生物化石产地保护区3个中生代生物化石产地保护区，并进一步划分出5个核心区、6个缓冲区和3个试验区。