2019年北美古生物大會野外考察之美國西南部前寒武系-寒武系野外考察

圖／文 胡亞洲 梁 悅

在后疫情時代的三年中，我們習慣了與疫情共處，形成了獨特的生活方式，比如遠程線上參加國際會議并與國際同行溝通討論。第21屆國際沉積學大會甚至將野外考察也搬上了網，不失為一種非常新奇的體驗。而今，生活正在慢慢回復往日的節奏。過往三年中令人懷念不已的能夠自由出行、探索更廣闊空間中化石與地層的日子終于要回歸了。筆者不由得回想起疫情前最后一次野外考察的經歷。

2019年6月22—26日在美國加利福尼亞州的加州大學河濱分校舉辦的北美古生物大會吸引了來自世界各地的古生物學者參會。那次大會共設立了46個分會場和討論組。數百場次的學術報告和學者之間精彩紛呈的討論都讓人受益匪淺。筆者有幸在導師張志飛教授和西北大學地質學系的資助下前往美國參加了這場盛會。

除了在學術會議上有所收獲之外，筆者還參加了美國西部前寒武紀-寒武紀地層的相關野外考察，豐富的野外地質現象與廣闊壯美的美國西部景色都讓人非常興奮。獨樂樂不如眾樂樂，在此分享一下我們的北美野外考察之旅。

本次野外考察屬于會前野外考察，行程共四天（圖1），在北美典型的前寒武系-寒武系過渡地層的多個剖面進行觀察（圖2）。

圖1 野外路線分布。五角星指示考察點位置，數字代表拜訪各考察點是在考察行程的第幾天（比例尺：100千米）（據Smith et al, 2019）。

圖2 懷特-因約山脈與死亡谷地區前寒武紀-寒武紀過渡時期不同相區（海相、陸相）巖性柱狀圖（據Smith et al, 2019)。

第一天（6月19日）

懷特-因約山脈（White-lnyo Mountains）海因斯嶺（Hines Range）附近埃迪卡拉紀-寒武紀過渡時期地層

6月19日一早，我們在加州大學河濱分校停車場集合，出發前往懷特-因約山脈。經過五個小時的長途跋涉終于到達了懷特-因約山脈的海因斯嶺。

稍事休息后，我們穿越海因斯嶺山腳下的一片灌木叢，前行約800米后到達觀察點1.2，此處主要觀察里德白云巖（Reed Dolomite）的巖性（圖3）。其巖性以白云巖為主，整體呈現出灰白、淺棕色，部分巖石受風化作用的影響在表面呈現出獨有的“刀砍紋”。這可能是由化學組成通常都不純的白云巖經差異性風化形成。盡管有些人認為刀砍紋可能是因為水等液體容易在白云巖固有的三組節理中流動而導致，但是有研究表明，結晶程度較好的自形方解石中卻缺乏這種構造。這些研究暗示，白云石刀砍紋的形成與白云石自身節理的性質似乎關系并不密切，筆者也更傾向于認為是白云石的差異性風化導致了刀砍狀構造。

圖3 野外考察照片。A，寒武系深泉組，呈不同坡度的階梯狀分布，指示其耐風化的能力有所不同；B，前寒武系里德白云巖野外照片，該套地層以白云石為主；C，寒武系深泉組的疊層石；D，里德白云巖中發育的刀砍紋白云石；E，一些野花。

繼續前行便跨越里德白云巖來到了深泉組（Deep Spring Formation），遺憾的是這個剖面不僅實體化石稀少，遺跡化石也缺乏，在此剖面處沒有發現T.pedum（遺跡化石掌狀鋸形跡Treptichnus pedum的縮寫，T.pedum的首現被廣泛用于劃分前寒武紀與寒武紀地層、識別前寒武系-寒武系界線上，前寒武紀-寒武紀全球界線層型剖面和點位（GSSP）便是以T.pedum的首次出現作為寒武系的底界）。這與該剖面的沉積環境以碳酸鹽巖臺地為主有密切關系，畢竟有關T.pedum的報道大多來自于碎屑巖沉積環境，僅在深泉組頂部的落石中（應為另一組的墜石）發現了一種簡單的遺跡化石Planolites（漫游跡）。Planolites是一種常見的遺跡化石，從前寒武紀至今的各個沉積環境均有分布，因此并未引起大家的注意。但其實這種常見的遺跡化石可能為寒武紀生命大爆發做出了很大的貢獻，而且，當這種遺跡化石的生物擾動等級較高時，對沉積底質的影響也是非?？捎^的（Marenco & Bottjer，2008），擾動底質會釋放之前沉積的有機質，促進營養、水體和元素循環。

第二天（6月20日）

懷特-因約山脈附近觀察寒武系底部地層

一大早我們吃過早飯，便乘車前往本次的考察點，在路上能夠再次觀察到北美西部從埃迪卡拉紀到寒武紀的過渡地層，除了漂亮的巖石剖面，懷特-因約山脈景色也極為美麗，湛藍的天空下是長有“白頭發”的群山，群山上披覆有墨綠色的外套（圖4）。

圖4 懷特-因約山脈遠觀。含坎匹托組（Campito Formation）及波萊塔組（Poleta Formation），其中發育了很好的古杯生物礁建造（據Smith et al,2019）

在遠觀懷特-因約山脈之后，我們繼續乘車，前往觀察點2.2。在將車子停在公路旁邊之后我們步行從雨水沖刷出的小道向里行進，在持續行進約800米之后，我們來到了考察點2.2，本處主要觀察的是來自波萊塔組中及坎匹托組蒙特內格羅段（Montenegro Member）中的古杯化石，坎匹托組蒙特內格羅段中發育有Ethmophyllum和Archaeocyathus兩種類型的古杯化石，不過這些古杯生物建造經歷了較為嚴重的風化作用，從顏色來看發育古杯的碳酸鹽巖呈棕色-卡其色，能夠在巖層面上發現古杯殘留下來的生物結構（圖5A）。除了實體化石之外，本剖面也產出豐度較大的水平遺跡化石Planolites（圖5B）。

圖5 波萊塔組產出的化石。A，古杯類化石；B，Planolites遺跡化石。

我們的第三個觀察點，同樣是觀察波萊塔組，其中也產出有古杯礁生物建造。由于臨近中午，我們便就近進行午餐。在本路線的終點，是一個森林公園，雖然看起來已經很久沒有人的蹤跡，但此處的設施保存得還較為完好。大家將食物擺于木桌之上（圖6），水果、蔬菜、飲料、面包、果醬、培根、芝士一應俱全。于是我嘗試自己制作了一次三明治，味道很不錯。

圖6 第三個觀察點附近木桌上豐盛的午餐

午飯過后，我們頂著烈日繼續前往第四個觀察點。第四個觀察點的產出地層為寒武系底部地層波萊塔組的中上部及哈克利斯組（Harkless Formation）的底部。波萊塔組巖性以土黃色砂巖、灰綠色粉砂巖、灰綠色頁巖互層為主，有時夾有生物碎屑灰巖及含有生物潛穴的灰巖。此處砂巖為非常典型的“管巖”（piperock）?！肮軒r”一詞得名于砂巖中產出的密密麻麻的垂直生物潛穴Skolithos，這些潛穴就像一根一根的管道。第四個觀察點中發育的生物潛穴極為密集（圖10），從較遠處看，整個巖層幾乎是均質的（圖7A），較難發現生物潛穴，而貼近之后卻發現，在一塊巴掌大的樣品上便分布著近十個Skolithos潛穴（圖7B），確實是名副其實的“管巖”了。

圖7 第四個觀察點波萊塔組頂部砂巖中產出的Skolithos生物潛穴。A，遠觀，整體均質；B，近觀，樣品中密布Skolithos生物潛穴。

第二天的野外觀察路線行程相對簡單，主要是對波萊塔組及坎匹托組中產出古杯礁生物建造及遺跡化石的相關觀察，所以野外考察部分在當天中午便已結束。由于第三天的觀察點距離第二天觀察點較遠，所以我們在第二天觀察路線結束之后便繼續乘車出發，前往第三天的觀察剖面。

從第二天的觀察點（懷特-因約山脈附近）到第三天的觀察點（黃金角（Gold Point）附近），車程約4個小時，但路程并不寂寞。我們在車上一路欣賞著地廣人稀的美國西部風光，車子正前方是一直向前延伸的逐漸變細、消失的公路，仿佛一直走不到盡頭，遠處的山脈也仿佛無法到達，這讓人真正理解了“望山跑死馬”這句老話（圖8）。

圖8 前往第三天觀察點的沿路風景。A-B，車內看到公路一直延伸向前，消失在前方山脈中；C，荒蕪的美國西部，但天空很低，云彩觸手可及。

在車子行至黃金角附近時，車子上的一位美國小哥給我們介紹了在美國西部特有的約書亞樹，學名為短葉絲蘭（Yucca brevifolia）。我們見到的約書亞樹上，結了很多的果實（圖9），有一種大頭兒子的既視感。約書亞樹雖然頭重腳輕，看起來似乎風一刮就會倒，但實際上有很強的韌性，能夠存活200年以上。

圖9 西部荒漠中的約書亞樹

經歷了四個小時的車程之后，我們在傍晚時分入住了一家連鎖酒店。這個酒店位于美國鄧菲山（Mount Dunfee）附近。鄧菲山是眾多地質院校的實習地點。在我們就餐的餐廳里面就有一面屋頂，上面寫下了眾多去過此剖面的學校的名字。筆者所在的中國西北大學是第一次前往該剖面，因此我們也在此屋頂上留下了西北大學的名字，十分開心。

第三天（6月21日）早上

埃斯梅拉達（Esmeralda）地區的埃迪卡拉紀地層

第三天的勘察路線主要涉及埃迪卡拉紀與寒武紀底部地層。我們在第一天的觀察路線中便已經觀察了美國西部埃迪卡拉紀-寒武紀地層，那么為什么又要到鄧菲山附近繼續觀察埃迪卡拉紀-寒武紀的相關地層呢？這是因為在懷特-因約山脈附近的相關地層經受了較為嚴重的變質作用，而鄧菲山脈附近的地層變質作用較低。因此懷特-因約地區受到中生代-新生代構造活動作用及不同程度白云巖化作用的影響，這使里德白云巖段和深泉組露頭并不完好，而鄧菲山地區的斯圖爾特坊（Stewart’s Mill）的埃迪卡拉紀-寒武紀地層較為完全和連續，并且產出了非常典型的埃迪卡拉紀的實體化石及遺跡化石。

經過約1小時的車程，我們到達了觀察點3.1，車子停在紅色的火山巖附近。這塊紅色的火山巖由于外形與大象類似而被稱作大象石（Elephant Rock）（圖10）。在觀察點3.1能夠觀察到鄧菲山地區較為完好的埃迪卡拉紀-寒武紀地層產出序列（圖11）。

圖10 鄧菲山附近的火山巖質大象石

圖11 鄧菲山野外圖。A，剖面遠觀；B，近處觀察，紅色指示化石產出地點；C，指示本剖面埃迪卡拉系-寒武系界線（圖B、C據Smith et al, 2019）。

從觀察點3.1出發繼續向北行進，穿越約1.5千米的戈壁后，便到達了觀察點3.2。此處的活動主要是探究里德白云巖上段。受構造作用的影響，此處出現了多個里德白云巖上段的露頭，其中產出管狀化石Wyattia與Nevadatubulus。在從里德白云巖上段底部逐漸向上探索的過程中，我們發現了管狀化石Cloudina的富集層（圖12）。Cloudina是一種埃迪卡拉紀的典型實體管狀化石，在南非納馬群（Nama Group）中產出的大量Cloudina聚合體被認為是一種最早的后生動物礁體，與我們前文所述的古杯礁體一致，Cloudina生物礁體的形成與微生物巖的活動也緊密相關。但是后續的研究卻讓Cloudina是最早造礁后生動物的論點受到了挑戰，因為這些Cloudina可能是再沉積的結果。

圖12 觀察點3.2處Cloudina密集層野外照片（據Smith et al, 2019）。

沿觀察點3.2繼續向上，便到了暴露深泉組的觀察點3.3a。在本剖面深泉組下部地層中產出有Gaojiashania、Wutubus及一些黃鐵礦化的管狀化石（圖13）。

圖13 鄧菲山附近產出的其他管狀化石。A-B，Gaojiashania；C，Wutubus；D，黃鐵礦化的管狀化石。（據Smith et al, 2019）

至觀察點3.3b處后，主要工作是對遺跡化石進行觀察。由于此處考察的為研究剖面，因此主辦方未允許進行化石樣品采集，也就沒有分發地質錘。于是我們只能邊走邊在薄層粉砂巖中用手扒拉。在這些巖層中能夠發現非常多的遺跡化石，這些埃迪卡拉紀的遺跡化石發育的豐度與切穿沉積物的程度已經很高（圖14）。值得注意的是，這些遺跡化石位于埃迪卡拉系-寒武系界線之下。我們繼續向上，在本剖面的埃迪卡拉系-寒武系界線附近發現了T.pedum（圖15）。

圖14 鄧菲山附近埃迪卡拉系中產出密集發育的遺跡化石（據Smith et al, 2019）

圖15 觀察點3.3b附近的T.pedum

鄧菲山深泉組也產出有非常精美的微生物巖。我們在繼續向上探索的過程中發現了觀察點3.4，此處的深泉組混合坪沉積中就發現了大片產出的柱狀疊層石。這些疊層石的直徑可達30—40厘米，高度近1米，各疊層石之間的界線非常明顯，疊層石紋層也清晰可見（圖16）。

圖16 鄧菲山觀察點3.4附近的疊層石

在完成對觀察點3.4的考察之后，我們便要返程了，準備前往觀察點3.5。但完成對鄧菲山的考察之后，時間已經接近中午，于是又到了喜聞樂見的午飯環節。我們乘車前往黃金角的一個小屋，午飯就在那里進行。

說起黃金角就不得不提它名字的來歷。這個小鎮始建于十九世紀六十年代，恰逢美國西部的淘金熱。不過黃金角的發跡并不是因為這里有大量的金礦，其實它是在一個銀礦營地的基礎上修建的。隨著淘金熱，小鎮逐漸發展，聚集人口，在巔峰時期鎮上竟有一百多間住宅，而且郵局、面包店、酒店、咖啡館等一應俱全。但隨著第二次世界大戰的爆發，黃金角逐漸荒廢，甚至一度被稱為鬼鎮。直至二十世紀八十年代，才有人投資對黃金角進行了保護性維修，吸引了一部分游客前去。但我們去時，僅在鎮上的酒吧里見到了人。不過這個酒吧確實很有特色，鹿頭、老式打字機、無線電機器給人一種歷史的滄桑感（圖17）。讓人印象深刻的是，酒吧外面居然布置了一個絞刑架（圖17C）！

圖17 黃金角鎮一瞥。A-B，鹿首；C，絞刑架。

在黃金角鎮游覽了一番之后，我們出發前往斯圖爾特坊。到達觀察點3.5時，我們發現整個觀察點遍布古杯類化石。斯圖爾特坊這個地方有最棒的古杯礁體，世界上研究礁體的學者幾乎都會帶著學生來這里進行野外實習。這些古杯也產出自寒武系的波萊塔組，可惜主辦方仍然不允許從這里的原巖上采集化石，于是我們只能從腳下的滾石中挑選標本。

我們從山腳爬到山腰，一路上見到的古杯化石不計其數，它們大小不等、形態各異，唯分叉形態的古杯極為罕見（圖18）。在從底到頂爬完這座古杯礁之山后，我們撿了幾塊古杯化石。領隊的利迪亞（Lidya）博士問我們是否愿意前往附近的哈克利斯組，那里有發育比較好的生物碎屑灰巖，我們也可以在那里收集一些樣品。毫無疑問，我們非常贊成繼續尋找化石。然而在到達哈克利斯組所在剖面之后，我們遭遇了一件非常尷尬的事情：沒有地質錘，很難進行采樣。我們只好就地取材，用滾石砸裂原位的生物碎屑灰巖，再進行采樣，在砸脫的碎石中發現了保存非常精美的神父貝類，胎殼上的點狀紋飾、成殼上的同心紋均能被很好地觀察到（圖18D），令張志飛老師、拉斯·霍爾默（Lars Holmer）教授和格倫·布羅克（Glenn Brock）教授很是激動。之后我們便離開了哈克利斯組剖面，入住旅館，結束了這愉快而收獲滿滿的一天。

圖18 觀察點3.5。A，站在斯圖爾特坊遠眺，上方白色箭頭為乘坐的越野車，下方白色箭頭為挖掘化石留下的探槽；B，斯圖爾特坊近景；C，分枝型古杯化石；D，產自哈克利斯組的神父貝類腕足動物。

第四天（6月22日）

死亡谷（Death Valley）前寒武紀冰磧巖觀察

吃過早飯以后，我們于早上8點乘車從旅館出發前往死亡谷的馬鞍山（Saddle Peak Hills）。死亡谷是世界上海拔最低和最干旱的地區之一。我們在前往死亡谷的路上聽到了一則趣事。據同行老師介紹，在前些年的某次死亡谷野外活動中，一位老師在行走的途中，由于地面溫度過高導致鞋底脫落，只好用膠帶將鞋底和鞋面綁起來才能繼續前進。因此，從進入死亡谷到離開死亡谷，我一路上都在擔心自己的鞋底會掉。

走進死亡谷，映入眼簾的就是被土黃色砂體覆蓋的褐色巖層，腳下是一層礫石（圖19）。沿著一條被季節性流水沖刷出的河溝向里行進約兩千米，我們來到了冰磧巖發育的典型位置。在這里可以明確觀察到如下現象：磨圓度較差的礫石發育在具有微紋層的粉砂巖中，礫石下部的沉積微紋層明顯發生了彎曲變形，上方的微紋層也是如此（圖19D）——是非常明顯的冰川沉積物。

圖19 死亡谷

最后一天的觀察路線在觀察完死亡谷冰磧巖之后便圓滿結束了。我們乘車返回加州大學河濱分校，參加熱場會（Ice Breaker），準備參加第二天的正式會議。

雖然已經過去了四年，此刻我依然能夠回想起在野外見到的每一處地層接觸關系、化石產出類型，毫無疑問這是一次非常充實的野外勘察。本次野外勘察過程中，除了豐富多彩的古生物化石，我還依稀記得那一張張可愛的面孔（圖20）。有一位叫羅伊（Roy）的老爺子讓我印象深刻，他年紀很大了，但仍然把整條路線的每一個點都順利地走了下來，不過在第一天的時候他從山上下得有點慢，差點走失。我也記得領隊埃米莉·史密斯（Emily Smith）名叫艾倫的老公，他在成都待過很久，能夠講一口流利的普通話。中國科學院南京地質古生物所的陳哲老師背著一部鏡頭非常長的相機，還給我們大家拍了合照。瑞典烏普薩拉的拉斯·霍爾默教授像一個博學多識的老頑童，每到一個觀察點，便會找一個舒服的地方側躺在那里，見到漂亮的腕足動物化石也會非常激動。

圖20 會前野外人員合照。左起八人為：胡亞洲，梁悅，張興亮教授，格倫·布羅克教授，提姆·韜博教授，瑪麗莎博士，羅伊教授，拉斯·霍爾默教授；中間著藍衣者為張志飛教授，右起八人為：韓健教授，陳哲研究員，常超博士，利迪亞博士，斯考特博士，傅東靜教授，劉偉博士，埃米莉·史密斯博士。

這是一段美好且回味無窮的旅程，我在以后的生活中可能會反復想起這些經歷。屬實應了李商隱的“此情可待成追憶，只是當時已惘然”。