論大型恐龍化石野外科學發掘方法

孫 革, 盛 夏

(1. 沈陽師范大學 古生物學院, 沈陽 110034; 2. 國土資源部 東北亞古生物演化重點實驗室, 沈陽 110034;3. 遼寧省古生物演化與古環境變遷重點實驗室, 沈陽 110034)

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論大型恐龍化石野外科學發掘方法

孫 革1,2,3, 盛 夏1

(1. 沈陽師范大學 古生物學院, 沈陽 110034; 2. 國土資源部 東北亞古生物演化重點實驗室, 沈陽 110034;3. 遼寧省古生物演化與古環境變遷重點實驗室, 沈陽 110034)

為新時期我國恐龍等古生物化石能夠依法及科學地發掘與保護開發利用,通過沈陽師范大學近十年來在遼西及新疆等地成功開展大型恐龍化石野外發掘工作的實例,論述了恐龍等化石的野外發掘應在認真貫徹國家《古生物化石保護條例》的前提下,通過嚴格履行國家有關發掘申請程序、組織由科學家率領的高水平的化石發掘隊伍、運用科學的發掘方法以及化石發掘后密切與科研結合等措施,高質量完成化石發掘任務。上述方法為依法及科學地發掘古生物化石并合理地開發利用及保護等提供了范例。

恐龍化石; 野外發掘; 科學方法; 化石保護; 遼西與新疆

0 引 言

古生物化石是大自然留給人類的寶貴自然遺產。我國具有得天獨厚而又豐富的古生物化石資源,被譽為世界級“古生物大國”,在全球古生物化石研究中占有十分重要的地位。在我國,遼寧、新疆、四川、云南及黑龍江等省區是古生物“大省”(“大區”),盛產豐富的古生物化石,特別是產出了保存完好的各類恐龍化石。近年來在遼寧西部“熱河生物群”發現大型植食類恐龍“遼寧巨龍”以及在新疆發現我國最大的侏羅紀恐龍“新疆巨龍”等,為我國及全球恐龍演化及相關古地理古氣候等研究發揮了重要作用,極大地推動了國際古生物學發展進程。

恐龍(Dinosauria)是距今約0.66～2.3億年生活在地球上的優勢陸生脊椎動物,曾稱霸地球生物界1.6億多年,迄今全世界發現的恐龍化石約800～1 000種。恐龍依其腰帶結構可分為蜥臀目(Saurithischia,腰帶三射型)和鳥臀目(Ornithischia,腰帶四射型)兩大類。蜥臀目中植食的蜥腳類(如馬門溪龍、新疆巨龍等)以及大型的肉食獸腳類(如暴龍、霸王龍等)通常均為大型恐龍;當然,鳥臀目也有較大型的恐龍(如鴨嘴龍等)。恐龍死亡后,骨骼(包括牙齒)等在泥沙中經石化作用得以保存為化石,但由于億萬年來的地質構造變動等影響,恐龍化石及其周圍巖石可能出現變形、斷裂甚至呈零散保存等。因此,由于恐龍化石類型的千差萬別,加之保存狀況的復雜多變性等,恐龍、特別是大型恐龍化石的發掘方法也是因地、因類型而異,必須采用科學合理的方法才能高質量和高水平地完成其發掘任務。

此外,為適應國家古生物化石保護和科研工作的需要,2010年國務院已正式頒布了《古生物化石保護條例》[1],2012年正式頒布了《古生物化石保護條例實施細則》[2],遼寧等省區也相繼出臺了地方性化石保護法規,古生物化石發掘與管理已有法可依。因此,在古生物化石發掘工作中,嚴格貫徹國家及地方法律法規、合理有序地開展恐龍等化石發掘工作,也已成為不可忽視的責任[3-4]。

近年來,為適應國家、特別是遼寧省古生物化石保護與研究的需要,沈陽師范大學(以下簡稱“沈師大”)自2005年起成立了古生物研究所,2006年起與遼寧省國土資源廳聯合共建了我國迄今規模最大的古生物博物館——遼寧古生物博物館,2011年又成立了我國首家古生物學院,有力地推動了古生物科研、科普及化石保護等工作。沈陽師范大學古生物研究所/學院/博物館十年來先后在遼寧、新疆等地多次成功開展了大型恐龍化石發掘工作,獲取了一批保存完好的各類恐龍化石,模范地執行了國家《古生物化石保護條例》,并取得了諸多重要研究成果,為我國及國際古生物學發展做出了貢獻,也推動了遼寧、新疆等地的化石保護和開發利用工作。當前,全國各地建設地質古生物博物館及地質公園等方興未艾,化石保護工作也在積極開展,許多地方政府在籌建古生物學研究和技術隊伍,擬開展古生物化石采掘、特別是對恐龍等大型化石的發掘與研究。如何科學和合理有序地發掘古生物化石、特別是大型恐龍等化石,已成為相關古生物化石管理部門及博物館等急須了解或解決的問題。本文擬圍繞這一主題,通過總結沈陽師范大學古生物研究所/學院近十年來開展野外化石發掘工作的經驗與體會,著重對恐龍化石、特別是大型恐龍化石的發掘方法進行探討,以利于當前面臨的諸多野外化石發掘及相關研究和管理工作。

1 野外化石發掘工作的主要步驟

十年來,沈師大開展的多次大型恐龍化石發掘工作以遼寧北票小北溝早白堊世義縣組“遼寧巨龍”發掘(2006)、新疆鄯善侏羅紀“新疆巨龍”發掘(2011—2012)和北票啞巴溝晚侏羅世土城子組大型恐龍發掘(2015)等3次較大型發掘工作最具代表性。總結已開展的野外發掘工作的程序與方法,主要包括:

1.1 依法辦理發掘申請

化石發掘前,應認真學習和貫徹國務院頒發的《古生物化石保護條例》及國土資源部頒發的《古生物化石保護條例實施細則》指示精神。《古生物化石保護條例》第二章(古生物化石發掘)第十條及第十一條明確指出,“在國家級古生物化石自然保護區內發掘古生物化石,或者在其他區域發掘重點保護古生物化石的,應當向國務院國土資源主管部門提出申請并取得批準;在國家級古生物化石自然保護區外發掘一般保護古生物化石的,應當向古生物化石所在地省、自治區、直轄市人民政府國土資源主管部門提出申請并取得批準”。在提出申請時應向相關省區國土資源部門提交發掘項目概況、發掘方案及發掘標本保存方案和發掘區自然生態條件恢復方案等三項申請文件(即“一表三方案”),最終將申請報告提交國家古生物化石專家委員會待審評批準。

為新疆鄯善七克臺地區的大型恐龍化石發掘,2011年沈陽師范大學古生物學院會同教育部東北亞生物演化與環境重點實驗室(吉林大學)聯合向鄯善縣國土資源局、新疆自治區國土資源廳和國家古生物化石專家委員會分別提交了化石發掘申請報告,并參加了在北京舉行的評審匯報,詳細報告了發掘項目概況、發掘方案、發掘標本保存方案和發掘區自然生態條件恢復方案等,經過國家古生物化石專家委員會辦公室組織的專家評審,得以通過。此后,整個發掘工作嚴格按照國土資源部有關文件執行,在當地政府密切配合與支持下,發掘工作取得圓滿成功[5]。

1.2 組織由科學家率領的高水平發掘隊伍

古生物化石是保存在地史時期的生物遺體或遺跡,化石發掘是古生物研究科學活動的重要組成部分,也是獲得化石材料的重要前提之一。由于恐龍化石,特別是大型恐龍化石的生物類型和保存狀況千差萬別,其發掘方法也是因地而異、因類型而變化;要做好這項工作,化石發掘者(團隊)首先必須具有古生物化石、特別是有關恐龍化石(包括大型恐龍)的基本知識,包括了解其分類、結構、相關地質背景及化石保存條件等。而要做到這一點,有相關的古生物學或地質學專家指導已成為完成高水平化石發掘的先決條件。因此,組織由科學家率領的高水平的化石發掘隊伍,是做好化石發掘工作的首要保證。

近十年來,沈師大的大型恐龍化石發掘均由熟悉該門類化石和相關地質時代的專家領隊,整個化石發掘中,自始至終有高水平、富有經驗的古生物學家(特別是恐龍專家)的指導和親自參與。如2006年10月的遼寧北票小北溝“遼寧巨龍”化石發掘中,有古脊椎動物學專家胡東宇教授和周長付博士等指導,地質古生物專家張立君教授也參加了部分野外工作。2011—2012年新疆鄯善七克臺大型恐龍化石發掘和2015年北票啞巴溝大型恐龍發掘,均由古生物學家孫革教授領隊,著名恐龍學家董枝明教授親自到現場指導化石發掘工作。在新疆大型恐龍發掘20余名隊員中,包括教授5名、副教授3名,博士10名,絕大多數技術人員也都具有多年豐富的恐龍化石發掘經驗。發掘進行中,專家們根據大型恐龍化石出露的情況,結合恐龍骨架結構等特點和巖石地質特征,分析、判斷化石保存“走勢”,合理地運用了各階段化石發掘方法,有力地保證了發掘化石的完好性,同時注意了與大型恐龍伴生的獸腳類恐龍、雙殼類等其它化石的發現。由于有了專家的科學指導,在全體發掘隊員近2年的共同努力下,鄯善的巨型恐龍已發現了全部背椎,保存完好的腰帶股骨、脛骨、腓骨,部分頸椎及尾椎骨等;后續發掘在富有經驗的恐龍學專家唐治路和李大慶教授的指導和親自參與下,又發現了部分頭骨,全部頸椎及尾椎骨等,使該化石成為我國迄今保存最為完整的大型恐龍。

1.3 運用科學的發掘方法

古生物化石發掘、特別是大型恐龍的發掘,其科學性和技術性都很強,通常是一件復雜、艱苦而又細致的工作。因此,要做好發掘工作,采集完好的古生物化石,特別是對于大型恐龍化石,必須運用科學的發掘方法。沈師大古生物化石發掘隊采用的發掘方法主要包括以下3種。

1) 學術資料準備

化石發掘前,初步了解化石產地的地質地理情況,包括要對發掘區地質古生物文獻資料的收集和閱讀、以及對當地地形圖及地質圖等資料的收集和領會等[6-7]。之后,進行化石產地的野外踏勘,進一步了解化石產出的實際地質地理情況,同時了解化石發掘可能涉及的、對農田、植被及自然環境的影響等。在完成上述準備工作后,認真制定野外化石發掘計劃,包括對可能產生的環境修復和用地補償計劃等。

2) 發掘工具準備

“工欲善其事,必先利其器”,根據所要發掘的化石的類別及可能的規模提前準備好必要的工具。對大型恐龍化石的發掘而言,通常需要準備的工具包括:各種毛刷、鐵鏟、釬、錘、鍬、鎬、螺絲刀、包裝紙、石膏粉、繃帶、膠帶、膠水、不飽和樹脂、清漆、記號筆、包裝布(袋)以及GPS定位儀、記錄本、照相機等。必要時可能還需準備電鎬、發電機、燃油、千斤頂以及挖掘機和卡車等。

3) 具體發掘方法

大型恐龍化石的發掘,通常包括以下4個步驟:①首先對化石產地的土、石等進行清理,清理中注意發現是否有散存的化石標本(碎片),做好收集記錄;②化石發掘的同時,注意對圍巖的加固;③發掘開始時,通常先用毛刷對已出露的部分進行初步清理,之后用扁鏟、螺絲刀或小型鐵釬等做初步發掘,待化石露出部分漸趨顯明時,再進一步揭露,同時用鍬、鎬等做外圍清理,并注意對已發現的化石用膠或樹脂進行加固;④對體積較大的標本,采用國際上常用的“皮勞克”打包法[8](即石膏法)將化石打包取出;“皮勞克”打包通常先用紗布或麻袋片在稀釋的熟石膏中浸透,之后將其緊密覆蓋在待采集的化石(包括其部分圍巖)上,待石膏風干堅硬后,用電鎬或鐵釬等工具插進包裹起來的標本圍巖底部,將化石小心取出;⑤做好化石標本的運輸和現場善后清理。

2 化石發掘與科研密切結合

古生物化石發掘的最終目的是將化石用于科學研究和科學普及等,而實現上述需求的前提,首先是要搞清化石標本(特別是大型恐龍等)的科學屬性和科學價值。因此,古生物化石的發掘與科學研究的緊密結合,是發掘工作后續最重要的環節,也是對化石發掘水平和質量最好的檢驗。

近十年來,沈師大古生物研究所/學院在完成化石發掘后,對已采集的重要古生物化石均進行了精心的修復和詳細深入的室內研究工作,取得了一系列重要成果。新疆鄯善發現的巨型恐龍經后續研究已正式被命名為“鄯善新疆巨龍”(XinjiangtitanshanshanensisWu et al., 2013)[9],成為我國迄今發現的侏羅紀最大的恐龍;與此同時,伴生的獸腳類牙齒化石及瓣鰓類等化石的發現,為綜合研究新疆地區侏羅紀時期的恐龍演化及其古地理古環境等發揮重要作用;該化石的成功發掘也為新疆吐魯番地區鄯善縣的經濟和文化發展起到重要促進作用。

遼寧北票小北溝發現的“遼寧巨龍”(LiaoningtitanZhou, MS*)體長15 m,首次填補了以往遼寧境內缺少完整保存的大型恐龍化石的空白。新發現的“遼寧巨龍”目前已成為迄今在遼寧發現的最大的恐龍,其完整的頭骨化石也是巨龍形類頭骨在亞洲的首次發現。遼寧這一大型恐龍的發現為研究巨龍形類恐龍的早期演化和輻射提供了新的化石證據[10]。

[ 1 ]中華人民共和國國務院. 古生物化石保護條例. 中華人民共和國國務院第580號[EB/OL]. [2016-02-03]. http:∥www.gov.cn/zwgk/2010-09/10/content_1699800.htm

[ 2 ]國土資源部. 古生物化石保護條例實施辦法. 中華人民共和國國土資源部令第57號[EB/OL]. [2016-02-03]. http:∥www.mlr.gov.cn/zwgk/zytz/201301/t20130111_1174600.htm

[ 3 ]張劍虹. 我國古生物化石保護立法研究[J]. 中國礦業, 2013,22(6):22-24,55.

[ 4 ]王麗霞. 加強化石保護研究,促進科學發展[J]. 化石, 2015(1):70-71.

[ 5 ]天書,周長付. 史前巨龍嶄露新疆—鄯善發現我國最大的侏羅紀恐龍化石[J]. 大自然, 2012(4):4-7.

[ 6 ]遼寧省地質礦產局. 遼寧省區域地質志[M]. 北京:地質出版社, 1989:1-856.

[ 7 ]新疆維吾爾自治區地質礦產局. 新疆維吾爾自治區區域地質志[M]. 北京:地質出版社, 1993:1 -841.

[ 8 ]張玉光. 誰為化石打包——從皮勞克說起[J]. 大自然, 2007(6):74-75.

[ 9 ]吳文昊,周長付,WINGS O,等. 新疆鄯善中侏羅世巨型蜥腳類恐龍的發現[J]. 世界地質, 2013,34(3):437-446.

[10]孫革,張立君,周長付,等. 30億年來的遼寧古生物[M]. 上海:上海科技教育出版社, 2013:1-176.

Discussion on scientifically excavating large dinosaur fossils in the field

SUNGe1,2,3,SHENGXia1

(1. College of Paleontology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Key Laboratory of Evolution of Past Life in Northeast Asia, Ministry of Land and Resources, Shenyang 110034, China; 3. Key Laboratory of Evolution of Past Life & Paleoenvironmental Changes in Liaoning, Shenyang 110034, China)

For better carrying out the fossil excavations scientifically and in accordance with the law in China in the new period, the authors discuss on the scientific method for excavating the large dinosaur fossils in the field, taking the samples of the experiences of the scientific teams of Shenyang Normal University in the field work in Liaoning and Xinjiang, China for the last decade. The suggested method includes that under the premise of seriously carrying out the “National Regulations for the Protection of Fossils in China”, the excavations should be 1) strictly fulfilling official application procedures for the excavations, 2) organizing a high level of fossil excavation team led by scientists, 3) adopting scientific method of excavation, and 4) combining the excavations with their subsequent research on the fossils. The working experience provides the examples worthy of reference for the fossil excavations including the large dinosaur fossils in China, and would benefit the fossil protection and developmental utilization in the new period.

large dinosaur fossils; field excavations; scientific method; fossil protection; Liaoning and Xinjiang

2016-02-03。

遼寧省國土資源廳化石保護資助項目(LBFPD-2015-01)。

孫 革(1943-),男,遼寧沈陽人,沈陽師范大學教授,博士,吉林大學博士研究生導師。

1673-5862(2016)02-0129-04

古生物學

P52

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.02.001