2019年北美古生物大会野外考察之美国西南部前寒武系-寒武系野外考察

图／文 胡亚洲 梁 悦

在后疫情时代的三年中，我们习惯了与疫情共处，形成了独特的生活方式，比如远程线上参加国际会议并与国际同行沟通讨论。第21届国际沉积学大会甚至将野外考察也搬上了网，不失为一种非常新奇的体验。而今，生活正在慢慢回复往日的节奏。过往三年中令人怀念不已的能够自由出行、探索更广阔空间中化石与地层的日子终于要回归了。笔者不由得回想起疫情前最后一次野外考察的经历。

2019年6月22—26日在美国加利福尼亚州的加州大学河滨分校举办的北美古生物大会吸引了来自世界各地的古生物学者参会。那次大会共设立了46个分会场和讨论组。数百场次的学术报告和学者之间精彩纷呈的讨论都让人受益匪浅。笔者有幸在导师张志飞教授和西北大学地质学系的资助下前往美国参加了这场盛会。

除了在学术会议上有所收获之外，笔者还参加了美国西部前寒武纪-寒武纪地层的相关野外考察，丰富的野外地质现象与广阔壮美的美国西部景色都让人非常兴奋。独乐乐不如众乐乐，在此分享一下我们的北美野外考察之旅。

本次野外考察属于会前野外考察，行程共四天（图1），在北美典型的前寒武系-寒武系过渡地层的多个剖面进行观察（图2）。

图1 野外路线分布。五角星指示考察点位置，数字代表拜访各考察点是在考察行程的第几天（比例尺：100千米）（据Smith et al, 2019）。

图2 怀特-因约山脉与死亡谷地区前寒武纪-寒武纪过渡时期不同相区（海相、陆相）岩性柱状图（据Smith et al, 2019)。

第一天（6月19日）

怀特-因约山脉（White-lnyo Mountains）海因斯岭（Hines Range）附近埃迪卡拉纪-寒武纪过渡时期地层

6月19日一早，我们在加州大学河滨分校停车场集合，出发前往怀特-因约山脉。经过五个小时的长途跋涉终于到达了怀特-因约山脉的海因斯岭。

稍事休息后，我们穿越海因斯岭山脚下的一片灌木丛，前行约800米后到达观察点1.2，此处主要观察里德白云岩（Reed Dolomite）的岩性（图3）。其岩性以白云岩为主，整体呈现出灰白、浅棕色，部分岩石受风化作用的影响在表面呈现出独有的“刀砍纹”。这可能是由化学组成通常都不纯的白云岩经差异性风化形成。尽管有些人认为刀砍纹可能是因为水等液体容易在白云岩固有的三组节理中流动而导致，但是有研究表明，结晶程度较好的自形方解石中却缺乏这种构造。这些研究暗示，白云石刀砍纹的形成与白云石自身节理的性质似乎关系并不密切，笔者也更倾向于认为是白云石的差异性风化导致了刀砍状构造。

图3 野外考察照片。A，寒武系深泉组，呈不同坡度的阶梯状分布，指示其耐风化的能力有所不同；B，前寒武系里德白云岩野外照片，该套地层以白云石为主；C，寒武系深泉组的叠层石；D，里德白云岩中发育的刀砍纹白云石；E，一些野花。

继续前行便跨越里德白云岩来到了深泉组（Deep Spring Formation），遗憾的是这个剖面不仅实体化石稀少，遗迹化石也缺乏，在此剖面处没有发现T.pedum（遗迹化石掌状锯形迹Treptichnus pedum的缩写，T.pedum的首现被广泛用于划分前寒武纪与寒武纪地层、识别前寒武系-寒武系界线上，前寒武纪-寒武纪全球界线层型剖面和点位（GSSP）便是以T.pedum的首次出现作为寒武系的底界）。这与该剖面的沉积环境以碳酸盐岩台地为主有密切关系，毕竟有关T.pedum的报道大多来自于碎屑岩沉积环境，仅在深泉组顶部的落石中（应为另一组的坠石）发现了一种简单的遗迹化石Planolites（漫游迹）。Planolites是一种常见的遗迹化石，从前寒武纪至今的各个沉积环境均有分布，因此并未引起大家的注意。但其实这种常见的遗迹化石可能为寒武纪生命大爆发做出了很大的贡献，而且，当这种遗迹化石的生物扰动等级较高时，对沉积底质的影响也是非常可观的（Marenco & Bottjer，2008），扰动底质会释放之前沉积的有机质，促进营养、水体和元素循环。

第二天（6月20日）

怀特-因约山脉附近观察寒武系底部地层

一大早我们吃过早饭，便乘车前往本次的考察点，在路上能够再次观察到北美西部从埃迪卡拉纪到寒武纪的过渡地层，除了漂亮的岩石剖面，怀特-因约山脉景色也极为美丽，湛蓝的天空下是长有“白头发”的群山，群山上披覆有墨绿色的外套（图4）。

图4 怀特-因约山脉远观。含坎匹托组（Campito Formation）及波莱塔组（Poleta Formation），其中发育了很好的古杯生物礁建造（据Smith et al,2019）

在远观怀特-因约山脉之后，我们继续乘车，前往观察点2.2。在将车子停在公路旁边之后我们步行从雨水冲刷出的小道向里行进，在持续行进约800米之后，我们来到了考察点2.2，本处主要观察的是来自波莱塔组中及坎匹托组蒙特内格罗段（Montenegro Member）中的古杯化石，坎匹托组蒙特内格罗段中发育有Ethmophyllum和Archaeocyathus两种类型的古杯化石，不过这些古杯生物建造经历了较为严重的风化作用，从颜色来看发育古杯的碳酸盐岩呈棕色-卡其色，能够在岩层面上发现古杯残留下来的生物结构（图5A）。除了实体化石之外，本剖面也产出丰度较大的水平遗迹化石Planolites（图5B）。

图5 波莱塔组产出的化石。A，古杯类化石；B，Planolites遗迹化石。

我们的第三个观察点，同样是观察波莱塔组，其中也产出有古杯礁生物建造。由于临近中午，我们便就近进行午餐。在本路线的终点，是一个森林公园，虽然看起来已经很久没有人的踪迹，但此处的设施保存得还较为完好。大家将食物摆于木桌之上（图6），水果、蔬菜、饮料、面包、果酱、培根、芝士一应俱全。于是我尝试自己制作了一次三明治，味道很不错。

图6 第三个观察点附近木桌上丰盛的午餐

午饭过后，我们顶着烈日继续前往第四个观察点。第四个观察点的产出地层为寒武系底部地层波莱塔组的中上部及哈克利斯组（Harkless Formation）的底部。波莱塔组岩性以土黄色砂岩、灰绿色粉砂岩、灰绿色页岩互层为主，有时夹有生物碎屑灰岩及含有生物潜穴的灰岩。此处砂岩为非常典型的“管岩”（piperock）。“管岩”一词得名于砂岩中产出的密密麻麻的垂直生物潜穴Skolithos，这些潜穴就像一根一根的管道。第四个观察点中发育的生物潜穴极为密集（图10），从较远处看，整个岩层几乎是均质的（图7A），较难发现生物潜穴，而贴近之后却发现，在一块巴掌大的样品上便分布着近十个Skolithos潜穴（图7B），确实是名副其实的“管岩”了。

图7 第四个观察点波莱塔组顶部砂岩中产出的Skolithos生物潜穴。A，远观，整体均质；B，近观，样品中密布Skolithos生物潜穴。

第二天的野外观察路线行程相对简单，主要是对波莱塔组及坎匹托组中产出古杯礁生物建造及遗迹化石的相关观察，所以野外考察部分在当天中午便已结束。由于第三天的观察点距离第二天观察点较远，所以我们在第二天观察路线结束之后便继续乘车出发，前往第三天的观察剖面。

从第二天的观察点（怀特-因约山脉附近）到第三天的观察点（黄金角（Gold Point）附近），车程约4个小时，但路程并不寂寞。我们在车上一路欣赏着地广人稀的美国西部风光，车子正前方是一直向前延伸的逐渐变细、消失的公路，仿佛一直走不到尽头，远处的山脉也仿佛无法到达，这让人真正理解了“望山跑死马”这句老话（图8）。

图8 前往第三天观察点的沿路风景。A-B，车内看到公路一直延伸向前，消失在前方山脉中；C，荒芜的美国西部，但天空很低，云彩触手可及。

在车子行至黄金角附近时，车子上的一位美国小哥给我们介绍了在美国西部特有的约书亚树，学名为短叶丝兰（Yucca brevifolia）。我们见到的约书亚树上，结了很多的果实（图9），有一种大头儿子的既视感。约书亚树虽然头重脚轻，看起来似乎风一刮就会倒，但实际上有很强的韧性，能够存活200年以上。

图9 西部荒漠中的约书亚树

经历了四个小时的车程之后，我们在傍晚时分入住了一家连锁酒店。这个酒店位于美国邓菲山（Mount Dunfee）附近。邓菲山是众多地质院校的实习地点。在我们就餐的餐厅里面就有一面屋顶，上面写下了众多去过此剖面的学校的名字。笔者所在的中国西北大学是第一次前往该剖面，因此我们也在此屋顶上留下了西北大学的名字，十分开心。

第三天（6月21日）早上

埃斯梅拉达（Esmeralda）地区的埃迪卡拉纪地层

第三天的勘察路线主要涉及埃迪卡拉纪与寒武纪底部地层。我们在第一天的观察路线中便已经观察了美国西部埃迪卡拉纪-寒武纪地层，那么为什么又要到邓菲山附近继续观察埃迪卡拉纪-寒武纪的相关地层呢？这是因为在怀特-因约山脉附近的相关地层经受了较为严重的变质作用，而邓菲山脉附近的地层变质作用较低。因此怀特-因约地区受到中生代-新生代构造活动作用及不同程度白云岩化作用的影响，这使里德白云岩段和深泉组露头并不完好，而邓菲山地区的斯图尔特坊（Stewart’s Mill）的埃迪卡拉纪-寒武纪地层较为完全和连续，并且产出了非常典型的埃迪卡拉纪的实体化石及遗迹化石。

经过约1小时的车程，我们到达了观察点3.1，车子停在红色的火山岩附近。这块红色的火山岩由于外形与大象类似而被称作大象石（Elephant Rock）（图10）。在观察点3.1能够观察到邓菲山地区较为完好的埃迪卡拉纪-寒武纪地层产出序列（图11）。

图10 邓菲山附近的火山岩质大象石

图11 邓菲山野外图。A，剖面远观；B，近处观察，红色指示化石产出地点；C，指示本剖面埃迪卡拉系-寒武系界线（图B、C据Smith et al, 2019）。

从观察点3.1出发继续向北行进，穿越约1.5千米的戈壁后，便到达了观察点3.2。此处的活动主要是探究里德白云岩上段。受构造作用的影响，此处出现了多个里德白云岩上段的露头，其中产出管状化石Wyattia与Nevadatubulus。在从里德白云岩上段底部逐渐向上探索的过程中，我们发现了管状化石Cloudina的富集层（图12）。Cloudina是一种埃迪卡拉纪的典型实体管状化石，在南非纳马群（Nama Group）中产出的大量Cloudina聚合体被认为是一种最早的后生动物礁体，与我们前文所述的古杯礁体一致，Cloudina生物礁体的形成与微生物岩的活动也紧密相关。但是后续的研究却让Cloudina是最早造礁后生动物的论点受到了挑战，因为这些Cloudina可能是再沉积的结果。

图12 观察点3.2处Cloudina密集层野外照片（据Smith et al, 2019）。

沿观察点3.2继续向上，便到了暴露深泉组的观察点3.3a。在本剖面深泉组下部地层中产出有Gaojiashania、Wutubus及一些黄铁矿化的管状化石（图13）。

图13 邓菲山附近产出的其他管状化石。A-B，Gaojiashania；C，Wutubus；D，黄铁矿化的管状化石。（据Smith et al, 2019）

至观察点3.3b处后，主要工作是对遗迹化石进行观察。由于此处考察的为研究剖面，因此主办方未允许进行化石样品采集，也就没有分发地质锤。于是我们只能边走边在薄层粉砂岩中用手扒拉。在这些岩层中能够发现非常多的遗迹化石，这些埃迪卡拉纪的遗迹化石发育的丰度与切穿沉积物的程度已经很高（图14）。值得注意的是，这些遗迹化石位于埃迪卡拉系-寒武系界线之下。我们继续向上，在本剖面的埃迪卡拉系-寒武系界线附近发现了T.pedum（图15）。

图14 邓菲山附近埃迪卡拉系中产出密集发育的遗迹化石（据Smith et al, 2019）

图15 观察点3.3b附近的T.pedum

邓菲山深泉组也产出有非常精美的微生物岩。我们在继续向上探索的过程中发现了观察点3.4，此处的深泉组混合坪沉积中就发现了大片产出的柱状叠层石。这些叠层石的直径可达30—40厘米，高度近1米，各叠层石之间的界线非常明显，叠层石纹层也清晰可见（图16）。

图16 邓菲山观察点3.4附近的叠层石

在完成对观察点3.4的考察之后，我们便要返程了，准备前往观察点3.5。但完成对邓菲山的考察之后，时间已经接近中午，于是又到了喜闻乐见的午饭环节。我们乘车前往黄金角的一个小屋，午饭就在那里进行。

说起黄金角就不得不提它名字的来历。这个小镇始建于十九世纪六十年代，恰逢美国西部的淘金热。不过黄金角的发迹并不是因为这里有大量的金矿，其实它是在一个银矿营地的基础上修建的。随着淘金热，小镇逐渐发展，聚集人口，在巅峰时期镇上竟有一百多间住宅，而且邮局、面包店、酒店、咖啡馆等一应俱全。但随着第二次世界大战的爆发，黄金角逐渐荒废，甚至一度被称为鬼镇。直至二十世纪八十年代，才有人投资对黄金角进行了保护性维修，吸引了一部分游客前去。但我们去时，仅在镇上的酒吧里见到了人。不过这个酒吧确实很有特色，鹿头、老式打字机、无线电机器给人一种历史的沧桑感（图17）。让人印象深刻的是，酒吧外面居然布置了一个绞刑架（图17C）！

图17 黄金角镇一瞥。A-B，鹿首；C，绞刑架。

在黄金角镇游览了一番之后，我们出发前往斯图尔特坊。到达观察点3.5时，我们发现整个观察点遍布古杯类化石。斯图尔特坊这个地方有最棒的古杯礁体，世界上研究礁体的学者几乎都会带着学生来这里进行野外实习。这些古杯也产出自寒武系的波莱塔组，可惜主办方仍然不允许从这里的原岩上采集化石，于是我们只能从脚下的滚石中挑选标本。

我们从山脚爬到山腰，一路上见到的古杯化石不计其数，它们大小不等、形态各异，唯分叉形态的古杯极为罕见（图18）。在从底到顶爬完这座古杯礁之山后，我们捡了几块古杯化石。领队的利迪亚（Lidya）博士问我们是否愿意前往附近的哈克利斯组，那里有发育比较好的生物碎屑灰岩，我们也可以在那里收集一些样品。毫无疑问，我们非常赞成继续寻找化石。然而在到达哈克利斯组所在剖面之后，我们遭遇了一件非常尴尬的事情：没有地质锤，很难进行采样。我们只好就地取材，用滚石砸裂原位的生物碎屑灰岩，再进行采样，在砸脱的碎石中发现了保存非常精美的神父贝类，胎壳上的点状纹饰、成壳上的同心纹均能被很好地观察到（图18D），令张志飞老师、拉斯·霍尔默（Lars Holmer）教授和格伦·布罗克（Glenn Brock）教授很是激动。之后我们便离开了哈克利斯组剖面，入住旅馆，结束了这愉快而收获满满的一天。

图18 观察点3.5。A，站在斯图尔特坊远眺，上方白色箭头为乘坐的越野车，下方白色箭头为挖掘化石留下的探槽；B，斯图尔特坊近景；C，分枝型古杯化石；D，产自哈克利斯组的神父贝类腕足动物。

第四天（6月22日）

死亡谷（Death Valley）前寒武纪冰碛岩观察

吃过早饭以后，我们于早上8点乘车从旅馆出发前往死亡谷的马鞍山（Saddle Peak Hills）。死亡谷是世界上海拔最低和最干旱的地区之一。我们在前往死亡谷的路上听到了一则趣事。据同行老师介绍，在前些年的某次死亡谷野外活动中，一位老师在行走的途中，由于地面温度过高导致鞋底脱落，只好用胶带将鞋底和鞋面绑起来才能继续前进。因此，从进入死亡谷到离开死亡谷，我一路上都在担心自己的鞋底会掉。

走进死亡谷，映入眼帘的就是被土黄色砂体覆盖的褐色岩层，脚下是一层砾石（图19）。沿着一条被季节性流水冲刷出的河沟向里行进约两千米，我们来到了冰碛岩发育的典型位置。在这里可以明确观察到如下现象：磨圆度较差的砾石发育在具有微纹层的粉砂岩中，砾石下部的沉积微纹层明显发生了弯曲变形，上方的微纹层也是如此（图19D）——是非常明显的冰川沉积物。

图19 死亡谷

最后一天的观察路线在观察完死亡谷冰碛岩之后便圆满结束了。我们乘车返回加州大学河滨分校，参加热场会（Ice Breaker），准备参加第二天的正式会议。

虽然已经过去了四年，此刻我依然能够回想起在野外见到的每一处地层接触关系、化石产出类型，毫无疑问这是一次非常充实的野外勘察。本次野外勘察过程中，除了丰富多彩的古生物化石，我还依稀记得那一张张可爱的面孔（图20）。有一位叫罗伊（Roy）的老爷子让我印象深刻，他年纪很大了，但仍然把整条路线的每一个点都顺利地走了下来，不过在第一天的时候他从山上下得有点慢，差点走失。我也记得领队埃米莉·史密斯（Emily Smith）名叫艾伦的老公，他在成都待过很久，能够讲一口流利的普通话。中国科学院南京地质古生物所的陈哲老师背着一部镜头非常长的相机，还给我们大家拍了合照。瑞典乌普萨拉的拉斯·霍尔默教授像一个博学多识的老顽童，每到一个观察点，便会找一个舒服的地方侧躺在那里，见到漂亮的腕足动物化石也会非常激动。

图20 会前野外人员合照。左起八人为：胡亚洲，梁悦，张兴亮教授，格伦·布罗克教授，提姆·韬博教授，玛丽莎博士，罗伊教授，拉斯·霍尔默教授；中间着蓝衣者为张志飞教授，右起八人为：韩健教授，陈哲研究员，常超博士，利迪亚博士，斯考特博士，傅东静教授，刘伟博士，埃米莉·史密斯博士。

这是一段美好且回味无穷的旅程，我在以后的生活中可能会反复想起这些经历。属实应了李商隐的“此情可待成追忆，只是当时已惘然”。