元谋盆地中元谋组的地层特征和古地理英文

元谋盆地中元谋组的地层特征和古地理英文

元谋盆地位于云南高原东北部的金沙河上，海拔约1800米。它是中国西南部著名的第四纪地层。盆地东边是海拔2,500米的中等山地,由侏罗纪和白垩纪紫红色、黄绿色、灰白色长石石英砂岩和泥岩构成,通常称为东山;它的西侧是由昆阳群片麻岩、石英岩、片岩和千枚岩组成的低矮山梁;西北边是元谋花岗岩体。在地质构造上,元谋盆地处在川滇经向构造带中段的西缘,元谋-红格大断裂沿东山西麓纵贯,成为山地和平川的分界。一、直立人元谋人的界定1965年4—5月间,作者和赵国光、王德山同志赴元谋盆地研究第四纪地层和新构造,着重在元谋城东上那蚌村附近工作。5月1日,在上那蚌村西北约1华里的小丘梁上,从元谋组上部棕褐色粘土层中找到了两颗牙齿化石(图版Ⅰ,照片1)。牙齿的石化程度很深,保存为浅灰白色。在野外疑为原始人类的门齿。回京后经胡承志同志研究,确定是一对上内侧门齿,同属于一个成年人的个体,定名为直立人元谋新亚种Homoerectusyuanmouensissubsp.nov.,简称元谋人。地质力学研究所在有关单位配合下,依靠当地贫下中农,对元谋人化石地层和第四纪冰川地质作了重新研究。用古地磁方法首次测定出元谋人的年龄,距今170万年±10万年,把我国过去发现的最早人类化石年代向前推进了一百多万年。同时,还确定元谋组地层形成于距今150万至310万年间,把第四纪地质的历史也向前推进了200多万年。与此同时,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所和云南省博物馆也在那里发掘,找到了旧石器和用火炭屑层,进一步证实元谋人的活动。元谋人化石及其文化的发现,预示在我国西南广大地区,甚至全国其它地区,有找到更多、更早的人类化石的可能,对进一步研究古人类、旧石器时代考古和我国第四纪地质,具有一定的科学价值。二、湖沼转色期植物叶片花粉形成时代我们在1965年和1973年测制了元谋组七条地层剖面1。根据实测剖面,参考钻孔资料2,结合孢子花粉和动物群3,把元谋组厚695.4米的河湖相地层分成四段28层,并编制了元谋组地层特征简表(表1)。元谋组各段地层特征和古地理分述如下。第一段4包括1—4层,厚109.7米。它是以杂色粘土层为主的,和亚粘土层、薄层砂层互层的沉积。所谓杂色粘土层,即依次由棕红、粉红、棕、棕黄、黄绿、灰绿、灰和黑等色组成的粘土层。以杂色粘土为主体,亚粘土和薄砂层同它交织成六个韵层,每一韵层中多夹有两层以上的炭质粘土或褐煤。亚粘土层和粉砂亚粘土层较少,为棕色,单层厚0.3—1.5米。砂层以细一粉砂为主,棕色、棕黄色和棕红色,有铁质和钙质结核,单层厚0.3—1.5米(图版Ⅰ,照片2)。第一段中有哺乳类化石:昭通剑齿象Stegodoncf.zhaotungensis,类象剑齿象Stegodonelaphantoides,犀牛Rhinocerossp.,猫Felissp.,?大河狸?Trogontheriumsp.,矮小麂牛Bovidae,鹿Cervussp.等。第一段下部粘土层中有鱼类、龟甲及雅致短沟蜷SemisulcospiraelegansLee,田螺Viviparussp.,螺蛳Margaryasp.,珠蚌Uniosp.等化石,是典型的湖相沉积。上部粘土层中有石膏晶体,反映了当时干热的气候状况。两层厚约50厘米的褐煤层中含硫化物,说明当时处在湖沼还原环境。总之,这段应是热带和南亚热带地区的湖沼沉积,沉积过程中气候有过干一湿的交替。第二段包括5-17层,厚314.4米。它是一套杂色粘土层、亚粘土层、粉砂亚粘土层、粉砂层和砂层的交互沉积。在垂直剖面上有些段落有全韵律,有些段落有半韵律,韵律层屡屡出现。砂层中发育有流水相和湖滨相交错层理(图版Ⅰ,照片5),有些砂层中夹有小砾石和粘土球(图版Ⅰ,照片4),砂层由钙质和铁质胶结。下部第5—6层杂色粘土,色较浅,其它杂色粘土层色较深,常夹灰绿、灰黑和黑色含腐植质粘土层(图版Ⅰ,照片3),有些已成褐煤。有些层位含沼铁矿和硫化物,形成于湖泊沼泽地。总之,这一段是以湖相为主的河湖交替沉积。第二段下部有昭通剑齿象、元谋剑齿象Stegodonyuanmouensis,剑齿象Stegodonsp.,鬣狗Hyaenaasp.,猪Sussp.等化石。本段还有大量亚热带植物的孢子花粉,主要代表是:水松属Glyptostrobus,杨梅属Myrica,山核桃科Carya,胡榛属Ostryopsis,栲属Castanopsis,枫香属Liquidambar,大戟科Euphorbiaceae,芸香科Rutaceae和木兰科Magnoliaceae等。还有不少热带植物成分参加,诸如露兜树科Pandanaceae,檀香科的两个属(檀香属Santalum和Exocarpus),夹竹桃科Apocynaceae,大花草科Rafflesiaceae和热带雨林中的树蕨——桫椤属Cyathea,蚌壳蕨属Dicksoia,金毛狗属Cibotium,膜蕨属Hymenophyllum,凤尾蕨属Pteris,观音座莲属Angiopteris等。此外,还有一部分第三纪的残留成分,例如银杏属Ginkgo,银杉属Cathaya,罗汉松属Podocarpus,石松属Lycopodium,里白属Gleichenia,紫萁属Osmunda,泪杉属Dacrydium,雪松属Cedrus和柳杉属Cryptomeria等。松属花粉占有一定比例。现代植物,雪松属分布于地中海南部、东部和喜马拉雅山西段的南麓,是夏热较旱、冬季温暖的地中海气候区的山地植物;紫萁属是热带、亚热带地区的沼生植物;罗汉松属分布于亚洲南部、南美洲和大洋洲的热带、亚热带地区;泪杉属产在非洲、大洋洲、太平洋靠近赤道的岛屿和我国的海南岛;木兰属和大多数的石松属是热带和亚热带的常绿植物;银杉属仅有一个种Cathayaargyrophylla,它在第三纪分布很广,现在我国广西龙胜县花坪林区和四川省南川县金佛山残留有少数个体。第二段中还有不少水生植物和沼生植物的孢子,它们是黑三稜属Sparganium,泽泻属Alisma,香蒲属Typha,眼子菜属Potamogeton,狐尾藻属Myriophyllum和睡莲科Nymphaeaceae等。说明当时元谋盆地存在广阔的湖泊和沼泽地。从孢粉组合看,这一段沉积时,元谋盆地属温暖多雨的南亚热带气候,盆地周围和山麓地带生长着茂密的常绿阔叶林,气温比现在高,湿度比现在大。那时,东山已经存在,山地植物的垂直分布已有显示。第三段包括第18—23层,厚149.1米。这是棕灰色、棕黄色粗砂层、中砂层、细砂层和棕色、灰棕色、棕红色粉砂亚粘土层、亚粘土层、粘土层互层沉积。这里灰黑、灰绿色含腐植质薄层粘土显著减少、变薄。粗砂层中有时夹小砾石和粘土球,这是流水作用活跃的象征。每一韵层厚度增大、粒度也普遍变粗,韵律没有第一、二段清楚(图版Ⅱ,照片6)。上述特征说明当时机械风化作用加强,可能是气候转冷冰期来临引起的。不少沉积旋迥底部砂层中发育流水交错层和湖滨相交错层(图版Ⅱ,照片8),中上部沉积灰绿色粘土层,顶部为棕色亚粘土层。从剖面上可以见到河湖交替的规律。第三段的上部有:元谋狼Canisyuanmouensis,鸡骨山狐相似种Vulpescf.chikushanensis,桑氏鬣狗Hyaenalicenti,云南马Equusyunnanensis,中国犀Rhinocerossinensis,猪,羚羊Gazellasp.,最后枝角鹿Cervocerosultimussp.nov.,鹿和牛类。还有珠蚌、萝卜螺Radicsp.,雅致短沟蜷、螺蛳、小旋螺Gyraulussp.,兰蚬Corbiculasp.等化石。第三段的下部有:野猪Susscrofa,猎豹Cynailurussp.,豹Patherapardus.,虎Patheratigris.,鬣狗和牛类化石。还有珠蚌和螺化石。第三段中介形类有:纯结小玻璃介Candoniellaalbicans,柯氏土星介Ilyocypriscornae,布氏土星介I.bradyi,隆起土星介I.gibba,土星介、苏氏小玻璃介C.suzini,奇异小玻璃介,C.mirabilis,玻璃介Candonasp.和丽星介Cypriasp.等。该段下部和底部,用古地磁方法测定形成于距今200—210万年的一段时间内,反映在450米上下的层位中,孢子花粉非常贫乏单调,这是气温大幅度下降引起植被破坏的结果。自450米向上,植被重新恢复,但是不少热带、亚热带的成分,如露兜树属、檀香科的两个属,夹竹桃科、山核桃科和胡榛属等,都消失了。另一些热带、亚热带植物,如银杏属、紫萁属、罗汉松属、雪松属、芸香属、大戟科、膜蕨属、枫香属、泪杉属、桫椤科、蚌壳蕨和金毛狗属等,则显著减少。水生植物中的香蒲、黑三稜、眼子菜和睡莲等,也明显减少。相反,却出现了一些新的成分,有落叶松Larix,似掬(似山毛榉)属Nothofagus,紫杉Taxus,曲蕊花Cyrtandra等属和第伦桃科Dilleniaceae。还有冷杉Abies,云杉Picea和铁杉Tsuga的少数花粉。此外,松属Pinus,金钱松属Pseudolarix,桦科Betulaceae,榆属Ulmus、榉属Zelkora和梣属Fraxinus等的个体数也有不同程度的增加。新添的成分中,多数是温带的落叶阔叶林和针叶林树种。由此可知,在气候大幅度变冷之后,气温又有回升,但同第一、二段相比,仍较凉爽,展现一片温带针阔混交林的景观。第四段包括第24—28层,厚122.2米。它是砂砾层、粉砂亚粘土层、亚粘土层和粘土层互层(图版Ⅱ,照片7)。砾石和砂大多呈次圆状和次稜角状,分选性较差,粒径一般2—6厘米,顶部层位粒径较大,可达10—20厘米。粒径加大,反映了机械风化作用加强,气候进一步转冷。砾石层被钙质胶结,粘土或亚粘土中含有少量铁锰结核和钙质结核。元谋人门齿就是在该段第25层中找到的。当时湖泊已逐渐消失,代之以河流相为主的沉积。第四段哺乳类化石多,绝大部分产自元谋人化石层,一部分采自其上下的层位,它们是:啮齿类Rodentiairidet、竹鼠Rhizomyssp.,小鼠Microtussp.,似田鼠Arvicolasp.,豪猪Hystrixsubcristata,复齿短耳兔Ochotonoidescomplicidens,化石小灵猫Viverriculamalaccensisfossilis,桑氏鬣狗、鬣狗、泥河湾剑齿虎Megenteriumnihowanensis,类象剑齿象、剑齿象、云南马、爪蹄兽Nestoritheriumsp.,中国犀Rhinocerossinensis,猪、麅后麂Metacervuluscapreolinus.,细麂Metacervulusattenuztus,湖麂Muntiacuslacustris,矮小麂、龙川始柱角鹿新种Eostyloceroslungchewnensissp.nov.,最后枝角鹿新种,山西轴鹿Axisshansius,粗面轴鹿相似种Axiscfrugosus,云南水鹿新种Rusayuananesissp.nov.,水鹿Rusasp.,斯氏鹿Cervus(Rusa)stehlini,鹿、纤细原始麅新种Procapreolusstenosissp.nov.,水牛Bubalussp.,牛类、羚羊等。以食草类动物为主。还有鲤鱼Cyriuuscaspio和陆龟Testudosp.等。第四段中软体动物化石有:萝卜螺、田螺、凯塞螺Cathaicasp.,蓝蚬、小旋螺等。第四段孢粉不但数量少,而且成分单调。以松属为主,还有少量落羽杉科Taxodiaceae,桤木属Alnua,桦属和榆属等。草本植物占很大比例,有禾本科Gramineae,藜科Chenopodiaeae,艾属Artemisia等草甸植物。第25层,含元谋人牙齿化石那一层的孢粉组合中,松属占33.3%,桤木属占13%、草本植物占40%。孢粉和哺乳类化石都证明第四段沉积时的自然环境是森林草原景观。元谋人生活的时代,元谋盆地气候凉爽,山中生长着针阔混交林,山麓平原杂草丛生,湖边河旁点缀着稀疏的小叶阔叶林,牛羊成群,马鹿驰骋,象类和虎豹出没无常,元谋人可能沿着河滩或湖岸过着流动生活。这里不但是动植物繁衍的场所,也是原始人跟自然界进行斗争的广阔天地。恩格斯曾经指出:“最初的、从动物界分离出来的人,在一切本质方面是和动物本身一样不自由的;但是文化上的每一个进步,都是迈向自由的一步。”在同恶劣的自然条件进行顽强斗争过程中,元谋人前赴后继,曾作出了重大的牺牲,才胜利地渡过了艰苦的岁月,得到生存和发展。1973年在元谋人化石层中发掘到的石器和炭屑5,1974年我们在同一层位中找到的烧骨,证明元谋人在斗争中已经学会了制造和使用工具,还可能学会了用火。说明人类演化已进入了一个新的阶段。由于周围山地气候寒冷,一些喜暖的动物迁移到盆地中活动,因此第四段沉积时有大量动物化石存在。三、袁茂组地质时代元谋组地质时代的确定,过去主要根据云南马化石定为早更新世。当发现元谋人化石后,有人提出了不同意见,认为元谋组上部属于中更新世。四、元谋组的地层元谋组沉积后不久,元谋地区发生了强烈的地壳变动。元谋-红格大断裂再次活动,主要表现为东西向的挤压,东山中生代地层组成的地块沿老断层破碎带向西逆推到元谋组上,在上那蚌南沟(图4)、北沟和上那蚌沟中(图版Ⅱ,照片10)都可见到,此外,在白泥湾村东(图版Ⅱ,照片9)、新法村东、湾空和麻栗树村东等处,也能见到类似现象。元谋组和龙川组内部发生褶皱(图版Ⅱ,照片11)和断裂。盆地西部,元谋组的构造大多是西盘上冲的高角度逆断层,在月龙村、红卫村和中山等地都能见到。冲断层大致呈南北向伸展,是元谋一红格大断裂的次一级构造。我们把发生在元谋组沉积后、马头山冰碛层堆积以前的这次构造变动称为元谋运动。元谋运动在西南地区是比较普遍的,四川昔格达组,云南玉溪第四纪早期地层,贵州下翁哨组,都有相似的构造变动。元谋运动导源于川滇经向构造带的重复活动,引起云南高原面的抬升;喜马拉雅山及青藏高原在此时也曾发生过大幅度上升。所以,这次构造运动对西南地区地貌基本轮廓的形成,起着重要作用。我们在元谋盆地找到第四纪不同时期的冰碛物和冰水堆积物及相应的冰蚀地形,还有间冰期的堆积物,划分了冰期、间冰期。同时对古生物化石、人类文化遗迹、古地磁资料、植物群的演变等方面材料作综合整理,拟制了元谋盆地第四纪地层表(表2)及元谋盆地地貌-第四纪地层综合剖面图(图2)。同元谋组有关的是,它的下面有龙川冰期的冰水堆积物,它的上面不整合地覆盖着马头山冰期及以后各次冰期的冰碛物,元谋组处在第四纪早期的两个冰期之间。根据对元谋组地层的古地磁测定6,下部以正磁化带为主,上部以倒转磁化带为主,界线在第二段的中上部即第14层中。同标准古地磁极性年表对比,前者相当于高斯正极性世的大部分,后者相当于松山倒转极性世的中下部(图3)。元谋组的地质年龄界于150—310万年之间。元谋人的年龄为170±10万年。这个结果使我们认为,龙川冰期形成于310万年以前,大约到350万年左右。马头山冰期因有元谋运动相隔,应该比150万年晚得多。元谋组第四段形成时,元谋盆地气温还在下降,这可能相当于冰期性质的气候波动,在中低纬度的高山和高纬地区应有冰川发育。泥河湾组和昆仑山垭口湖相堆积物(羌塘组)内部的冰缘现象,昔格达组上部的孢粉资料,都有类似的反映,说明这个寒冷期在我国许多地区都是存在的。元谋第三段自450米处往上及第四段对比元谋组古地磁极性年表,这个寒冷期发生在距今210—150万年左右,可能同欧洲多脑冰期相当,我们暂拟名元谋冰期,待有了更多的资料再斟酌新名。龙川冰期可以和中欧的拜伯冰期(Biber)对比,是第四纪的开始。元谋组哺乳动物化石的研究结果指出7:目前已鉴定出6个目,18个科,29个属,能定到种的有26个。这26个种加上绝灭属的另4个未定种,共30种动物中,现已绝灭的有26种,占86.7%。在这些绝种动物中,有9种是第三纪的残存种,如剑齿虎、爪蹄兽、始柱角鹿、枝角鹿、原始麅、麅后麂、湖麂、矮小麂、细麂。此外,元谋组动物群中还有代表着更新世早期的典型种类11种,如桑氏鬣狗、泥河湾剑齿虎、元谋狼、大河狸、云南马、山西轴鹿、粗面轴鹿、斯氏鹿、昭通剑齿象、元谋剑齿象、类象剑齿象等。这说明元谋组的时代应是更新世早期,可能比泥河湾动物群的时代要早8。从元谋组第一段中出现的昭通剑齿象、类象剑齿象和牛类,也说明了元谋组的时代不会是上新世。元谋组第20及21层中的介形类,生活的地质时代比较长