盔甲鱼类的系统发育关系与地史分布图。 山显任 供图
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北京7月28日电 (记者 孙自法)4.38亿年前，中国长江流域是什么样子？中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中科院古脊椎所)早期脊椎动物科研团队最新研究给出一个“沧海桑田”的答案：他们通过对一系列古鱼类化石开展深入研究，结果再次印证，早在4.38亿年前的志留纪早期，以中国长江流域为主的华南板块曾是一片广阔的海洋，该远古海洋被称为“扬子海”。
中科院古脊椎所早期脊椎动物研究团队的这项基于在全国范围志留系浅海红层中长达20年野外考察的重要科研成果，由中科院古脊椎所盖志琨、赵文金研究员联合指导该所硕士研究生山显任等共同完成，并获众多科研同行帮助，近日以封面文章形式在地层学专业期刊《地层学杂志》上发表。
扬子海及古鱼化石产地分布(山显任/古地理图，纵瑞文/湖北武汉生态复原图，其他生态复原图杨定华绘)。 中科院古脊椎所 供图
论文通讯作者盖志琨研究员说，近10多年来，他带领野外团队跑遍苏、皖、浙、鄂、赣、湘、渝、黔、川、新、藏等省(直辖市、自治区)近50个县(市)的志留纪早期浅海红层，最终在江苏南京、浙江长兴、安徽宁国和巢湖、江西九江、湖北武汉、湖南张家界、重庆秀山、新疆塔里木等地区的志留纪早期海相红层中发现大量的早期鱼类化石材料，从而为这些地区志留系海相红层的对比提供了重要的古鱼类化石证据。
这些古鱼类化石的最新研究再次证实，早在4.38亿年前的志留纪早期，以中国长江流域为主的华南板块曾是一片广阔的海洋，被称为“扬子海”。该海域又被进一步分为上、下扬子海，两者通过一狭长的水道相连，而今天远在4000公里之外的塔里木盆地也不在现在的位置，而是与中国的华南板块相连，因此两地的古鱼类面貌非常的相似。
湘西北溶溪组鱼类化石代表(盖志琨摄、杨定华绘)。 中科院古脊椎所 供图
志留纪醒目海相红层的对比之谜
论文第一作者山显任介绍说，志留纪时期，中国华南板块和塔里木板块上沉积形成了一系列独特的浅海相红层，主要是一套以紫红色间夹黄、灰绿色为主的细碎屑岩。红层沉积主要形成于近岸浅水地带，古陆的存在是红层形成最重要的古地理背景条件。河流携带的大量含赤铁矿的细碎屑物堆积在近岸海底上，如果当时恰好处在海平面下降的海退阶段，海水则会呈现强氧化状态，在成岩过程中非常有利于赤铁矿在沉积物中的保存，最终形成标志性的海相红层。因其颜色醒目，很容易在野外进行鉴定和识别。
论文作者赵文金研究员指出，中国志留系海相红层的发育与其所处的古地理位置密切相关。靠近古陆者，接受的物源较充足，红层也较厚；而远离古陆者，接受的物源较少，红层相对较薄且侧向连续性较差。因此红层的分布一直是重建志留纪时期古海岸线的重要依据。迄今在中国整个志留纪时期内已识别出三套浅海红层，其沉积时间分别约为距今4.38亿年、4.35亿年和4.25亿年，根据各自所处的地层位置分别被称为“下红层”“上红层”和“罗德洛统红层”。这些以碎屑岩为主的浅海红层中大多缺失笔石、牙形类等志留纪标准化石，导致不同学者在一些地区红层的划分对比和时代问题上分歧很大，至今仍未达成共识。因此，亟待其他门类化石来确定红层的时代归属和进行广泛的区域地层对比。
浙西北唐家坞组鱼类化石代表(盖志琨摄、杨定华绘)。 中科院古脊椎所 供图
盔甲鱼是志留系海相红层研究的后起之秀
盔甲鱼类是中国志留纪浅水海相红层中的“常客”，其坚硬的膜质骨头甲很容易被保存成化石。中国志留纪时期的盔甲鱼类化石不仅属种繁多，个体数量丰富，而且经历几次快速的辐射演化，能够在地层对比上发挥作用。另外，盔甲鱼的古地理分布广泛，遍布安徽、浙江、江西、武汉、湖南、重庆、云南、新疆等省区，为地层的横向对比提供了条件。
据赵文金研究员介绍，近十余年来，随着盔甲鱼分类学研究的不断深入，其生物地层对比的意义也逐渐彰显，发挥出越来越重要的作用。目前，科研团队已初步建立起志留纪鱼类生物地层对比序列，其中，三个各具特色的鱼类化石组合——温塘组合、茅山组合和扬子组合，分别产自志留系下红层、上红层和罗德洛统红层之中，为这三套浅海红层的划分及横向对比提供重要化石证据。
新疆塔塔埃尔塔格组鱼类化石代表(盖志琨摄、杨定华绘)。 中科院古脊椎所 供图
其中，温塘组合是依据产自湖南张家界下红层溶溪组中的2个盔甲鱼类属种和若干软骨鱼类鳍刺化石建立的。长期以来，由于该组合的古地理分布比较局限，因此难以被应用于大范围的区域地层对比。近十余年来的野外工作给了科研团队新的认识：除湖南地区的溶溪组之外，江西、江苏、浙江、安徽、湖北、重庆、贵州等地的下红层中也产有丰富的盔甲鱼类和软骨鱼类化石材料。这一系列新发现证实盔甲鱼类和软骨鱼类在特列奇期早期具有更高的多样性以及更广泛的古地理分布，表明温塘组合具有更大范围内区域地层对比的潜力。
科研团队还通过一系列早期鱼类化石材料的新发现和长江下游地区下红层的广泛识别，对下红层中的温塘组合进行了补充和修订。修订后的温塘组合以盔甲鱼类中的基干盔甲鱼类(汉阳鱼科、修水鱼科、大庸鱼科)、原始的真盔甲鱼类(曙鱼科)、原始的多鳃鱼类(古木鱼科)以及软骨鱼类中的中华棘鱼类的共同出现为标志。温塘组合中涵盖的鱼类分类单元更加丰富与多样化，从之前的3科5属扩展到6科14属和若干未定属，其古地理分布从湘西北地区扩展到黔东北、鄂东南、赣西北、浙西北、皖东南、皖东等地区。温塘组合的进一步深化，既为中国长江流域志留系下红层的对比提供了最直接的化石证据，也能在今后为解决志留系浅水海相红层的时代问题上提供可靠的古鱼化石实证。
皖东侯家塘组和坟头组鱼类化石代表(盖志琨摄、杨定华绘)。 中科院古脊椎所 供图
华南和塔里木板块远古或属同一海域
盖志琨表示，古生物化石证据在证明大陆漂移假说的过程中起过关键作用。盔甲鱼类在证明板块漂移学说中的作用同样举足轻重：从现有的化石记录来看，4.38亿年前的志留纪早期盔甲鱼鱼类化石总体上沿华夏古陆和滇黔古陆边缘分布，进一步印证该时期中国以长江流域为主的广大地区曾是一片广阔的海洋——“扬子海”。
此外，盔甲鱼类头甲均扁平，缺少成对的偶鳍，表明其游泳能力较弱，扩散、迁移的能力有限，宽广的陆地和宽阔的海洋均成为其扩散、迁移的障碍，因此盔甲鱼类具有重要的古地理意义。新疆柯坪—巴楚地区的志留纪早期浅海红层中同样产有丰富的盔甲鱼类，该鱼群面貌涵盖基干盔甲鱼类的三大类群和原始的多鳃鱼类(古木鱼科)，与同时期华南地区尤其是浙江长兴、安徽巢湖一带的鱼群面貌高度一致，这不仅为华南板块和塔里木板块4.38亿年前浅海红层之间的对比提供了直接证据，同时表明如今相隔4000公里的两个板块，在当时可能属于同一片海域。
中国志留系特列奇阶下红层含鱼化石的剖面。 山显任 供图
盖志琨指出，除了古鱼类化石证据外，无脊椎动物化石的研究也表明，中国华南和塔里木两个板块在志留纪期间属于同一动物地理区系；两地在志留纪早期的沉积环境也基本一样，沉积岩石类型均以在干旱环境下、在近岸浅海中形成的红色碎屑岩系为代表；两地在志留纪时的地层架构基本相同，即底层和盖层的时代大致相同。同时，古地磁的研究认为，早在志留纪时期(4.43-4.19亿年前)，塔里木板块大约位于北纬15度以南，即赤道附近，而且位置偏东。当时它应该是与华南板块连在一起，被称为塔里木—华南联合板块。
那么，塔里木盆地后来为何从赤道附近跑到4000公里之外的西部边陲呢？中科院古脊椎所科研团队称，目前尚无统一看法，不同学者根据各自所掌握的材料证据曾分别给出不同的解释。最新根据古生物化石材料的研究并结合古地磁学、地层学和古环境等方面的综合分析得出的观点是：
塔里木—华南联合板块是在志留纪晚期(4.23亿-4.19亿年前)开始分开成为各自独立的板块，其解体的主要原因可能是由于羌塘、昌都陆块从南向北带着巨大能量冲撞过来，从而把联合板块撞开。联合板块解体之后，塔里木板块开始按着顺时针的方向缓慢向西北方向漂移，大约在晚二叠世(2.52亿年前)时才到达现在的位置，而华南板块则向东平移滑动约800公里。“随着印度板块继续向北俯冲，塔里木板块是否还要向北漂移，尚待求证。”该科研团队说。(完)
赣西北清水组鱼类化石代表(盖志琨摄、杨定华绘)。 中科院古脊椎所 供图
