膠萊盆地青島地區恐龍蛋地球化學特征及其意義

摘要：膠萊盆地青島地區恐龍蛋化石豐富，本文通過對萊西、膠州兩地恐龍蛋殼及圍巖地球化學特征進行對比分析，探討恐龍生存環境的古氣候特征及其滅亡的地球化學指示。萊西、膠州地區恐龍蛋化石CaO含量51.7%～54.6%，SiO2含量為0.27%～3.31%，Al2O3含量為0.14%～0.88%，MgO含量為0.36%～0.71%，Na2O含量為0.04%～0.14%，礦物成分以碳酸鹽為主；稀土元素總量∑REE為（5.87～117.99）×106，∑LREE為（5.10～97.28）×106，∑HREE為（0.77～20.71）×106，∑LREE/∑HREE為3.97～6.65，為輕稀土富集型，在配分曲線上呈右傾雙“V”型曲線，Ce、Eu元素具有明顯的負異常；在微量元素蛛網圖上，富集大離子親石元素Rb、Sr、Ba，虧損高場強元素Nb、Zr、Hf、Ti。通過與圍巖元素含量分析比較，膠萊盆地恐龍生活環境以干旱為主，間有濕潤。恐龍蛋表現為Sr、Ba、Y元素的富集，Ce元素的虧損，這些元素不利于恐龍產蛋及蛋的孵化，對恐龍的繁衍、生存有重要影響。

關鍵詞：恐龍蛋；地球化學特征；膠萊盆地；青島地區

中圖分類號：Q915.2""" 文獻標識碼：A""" doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.10.003

引文格式：王麗娟，任天龍，黃永波，等.膠萊盆地青島地區恐龍蛋地球化學特征及其意義［J］.山東國土資源，2024，40（10）：1825. WANG Lijuan，REN Tianlong，HUANG Yongbo，et al. Geochemical Characteristics and Significance of Dinosaur Eggs in Qingdao Area of Jiaolai Basin［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（10）：1825.

收稿日期：20240806；修訂日期：20240820；編輯：曹麗麗

基金項目：山東省自然資源廳省級地質勘查項目“膠萊盆地中部白堊紀古生物化石調查研究及保護”（魯勘字〔2019〕54號）；“山東省1∶5萬夏格莊、靈山幅區域地質調查”（魯勘字〔2015〕1號）

作者簡介：王麗娟（1984—），女，山西運城人，高級工程師，主要從事區域地質調查與古生物研究工作；Email：215970241@qq.com

*通訊作者：任天龍（1980—），男，山西交城人，正高級工程師，主要從事沉積巖石學及古生物研究；Email：J_were121@126.com

0" 引言

山東省恐龍蛋化石的研究主要集中在萊陽地區［16］，從20世紀50年代開始，周明鎮［7］及楊鐘健［24］對萊陽首次發現的恐龍蛋化石進行了研究。趙資奎等［8］根據蛋殼的顯微構造提出了恐龍蛋分類方法，將萊陽地區恐龍蛋化石分為3個科，共5個屬12個種，奠定了山東恐龍蛋化石研究基礎。2010年開始，在對萊陽金崗口村附近的2個化石地點的發掘中，新發現了恐龍蛋化石及新的龜鱉類蛋化石［9］，在青島萊西、即墨、膠州等地也新發現恐龍蛋、恐龍骨骼化石［1012］，恐龍、恐龍蛋化石的分布范圍逐漸擴大。這些化石材料不僅能提供生物分類學的證據，并且隨著研究方向由生物學分類向地球化學、埋藏環境［1314］等方向延伸，這些化石材料也能為古氣候、古環境及恐龍的滅絕提供重要信息。

動植物化石的化學成分受沉積時的古環境氣候控制，不同的氣候條件下形成的化石的地球化學特征有明顯區別［15］。因此，地球化學的方法是研究古氣候的重要研究手段之一［16］。曠紅偉［17］等根據恐龍骨骼化石的地球化學特征，分析了諸城恐龍骨骼埋藏成巖過程，探討了恐龍死亡的可能原因。桂澤文［18］通過對恐龍蛋化石元素和同位素地球化學特征研究，反演了休寧盆地晚白堊世古氣候環境。隨著對恐龍蛋化石的研究，發現環境介質中的化學元素的含量對恐龍的生存及演化等均具有較大的影響［19］。張玉光等和汪曉偉等對河南西峽盆地恐龍蛋化石微量元素的研究，發現恐龍蛋化石具有銥（Ir）和鍶（Sr）的明顯含量異常［1920］，被認為與地外撞擊及恐龍的滅亡相關。膠萊盆地內恐龍蛋化石極其豐富，但缺乏地球化學方面信息，本文通過對萊西、膠州兩地獲得的恐龍蛋片進行主量、微量、稀土元素進行分析，對這類化石的地球化學特征進行總結，以期獲得與古環境、恐龍死亡的地質信息。

1" 地質背景

膠萊盆地為晚中生代的陸相沉積火山巖盆地，西以沂沭斷裂帶為界，向東一直延伸至黃海，南北向夾持在膠北隆起與蘇魯造山帶之間［2123］。盆地內地層單元由早白堊世萊陽群、青山群及早白堊世—晚白堊世王氏群組成。萊陽群主要由為砂巖、礫巖、粉砂巖、頁巖及灰巖組成的河流相—湖泊相沉積建造［24］，發育有熱河動物群。青山群為一套由中性、酸性火山巖及火山碎屑巖組成的火山沉積巖系，在沉積夾層中見少量的恐龍骨骼化石［10］。王氏群是山東省恐龍動物群的主要賦存層位，巖性以紫紅色為主，間有黃綠、灰綠等色調的礫巖、砂礫巖、砂巖，為山麓沖洪積—河流—湖泊相沉積，局部夾有基性火山巖層，自下而上劃分為林家莊組、辛格莊組、紅土崖組、金崗口組及膠州組［25］，其中恐龍骨骼化石主要賦存于林家莊組、紅土崖組、金崗口組，恐龍蛋化石以辛格莊組、紅土崖組最為發育，同時伴生有腹足類、雙殼類化石（圖1）。在這些恐龍蛋化石產地中，以萊西大高嵐和膠州安家溝地區恐龍蛋化石最為發育，保存最為完好。

2" 樣品采集及分析測試

本次分析樣品主要來源于青島萊西大高嵐及膠州安家溝地區，均為野外現場保存的化石材料及鄰近的圍巖。大高嵐地區化石樣品采集層位為辛格莊組，恐龍蛋化石均破碎，蛋片集中散落，個別仍保留殘存的球面，蛋皮表面紋飾清晰，采集樣品3件，相距300～500m，經蛋片徑切面掃描鑒定均為厚皮圓形蛋（Spheroolithus megadermus），圍巖均未紫紅色含巖屑粉細砂巖，采集圍巖樣品3件。膠州安家溝化石樣品采集層位紅土崖組，化石層集中而富集，采集蛋化石樣品4件，經蛋片徑切面掃描鑒定其中2件為長形長形蛋（Elongatoolithus elongatus），另外2件為金崗口橢圓形蛋（Oaloolithus chinkangkouensis），圍巖均為灰紫色含礫粉細砂巖、鈣質粉砂巖，采樣圍巖樣品4件。

本次工作對7件恐龍蛋殼化石及7件圍巖樣品進行了地球化學分析，樣品測試在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。其中微量和稀土元素采用等離子質譜（Xseries）儀完成，檢測項目包括Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Zr、Nb、Ba、Lu、Hf、Ta、Th、U、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y；主量元素按國家標準GB/T14506．28—2010，由X熒光光譜儀完成，檢測項目包括SiO2、TiO2、Al2O3、TFe2O3、MnO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、CaO、LOI。

3" 恐龍蛋地球化學特征

3.1" 主量元素

恐龍蛋片樣品主量元素分析結果見表1。

萊西大高嵐地區，岀露地層主要為辛格莊組、紅土崖組，由于近EW向斷裂切割，造成地層重復，恐龍蛋化石豐富，有梨鄉萊陽蛋（Laiyangoolithus lixiangensis）、厚皮圓形蛋（Spheroolithus megadermus）、二連副圓形蛋（Paraspheroolithus irenanensis）等（圖2）。

膠州安家溝地區表現為受EW向膠州斷裂控制的晚白堊世局限盆地，斷裂以北為早白堊世萊陽群杜村組，斷裂以南為晚白堊世王世群，由底到頂發育辛格莊組、紅土崖組，其中紅土崖組發育有大套的史家屯玄武巖段火山巖夾層，見豐富的恐龍蛋化石，多呈窩狀原地埋藏（圖2）。

可以看出，CaO含量51.7%～54.6%，SiO2含量為0.27%～3.31%，Al2O3含量為0.14%～0.88%，MgO含量為0.36%～0.71%，Na2O含量為0.04%～0.14%，K2O含量為0.02%～0.15%，TFe2O3含量為0.04%～0.40%，含量最高的元素為Ca，表明蛋殼主要由CaCO3組成，礦物成分以碳酸鹽為主，與圍巖巖石化學含量相差甚大，圍巖中CaO含量1.78%～18.01%，SiO2含量為43.75%～63.42%，Al2O3含量為11.00%～15.13%，MgO含量為2.73%～7.83%，Na2O含量為0.35%～0.92%，K2O含量為2.33%～3.49%，TFe2O3含量為4.46%～7.38%，主要為硅酸鹽礦物。恐龍蛋中CaO含量是圍巖的3～20倍，Si元素缺乏，其他均較圍巖中低，化石中元素含量由高到低依次為Ca、Si、Mg、Al、Na、Fe、P；圍巖中元素含量由高到低依次為Si、Al、Ca、Fe、Mg、K、Na，表明恐龍蛋化石在形成過程中與圍巖有一定程度的物質交換，但從元素含量變化順序來看，蛋殼中的Ca、Mg、Na元素相對富集，說明其并非繼承自圍巖，應為恐龍蛋自身特有的成分特征。對比大高嵐和安家溝地區恐龍蛋化石主量元素含量，整體上大高嵐地區恐龍蛋化石Si、Ti、Al、Fe、Mn、P含量要高于安家溝地區，表明大高嵐地區恐龍蛋化石中黏土礦物的含量相對高。

3.2" 稀土元素

恐龍蛋片稀土元素總量∑REE為（5.87～117.99）×106，∑LREE為（5.10～97.28）×106，∑HREE為（0.77～20.71）×106，∑LREE/∑HREE為3.97～6.65，為輕稀土富集型，LaN/YbN為5.56～11.78，表明輕重稀土元素分異比較明顯。δEu為0.64～0.95，Eu異常并不很明顯；δCe為0.15～0.43，Ce異常非常明顯。在稀土元素配分曲線（圖3）呈右傾雙“V”型曲線，Ce、Eu元素具有明顯的負異常。膠萊盆地周邊火山巖、侵入巖稀土配分曲線也多表現為輕稀土富集型，負Eu異常［26］，與恐龍蛋具有相似特征，反映了稀土元素的繼承性，但周邊所有巖石類型并不具有Ce的負異常，為恐龍蛋所特有的生物學特征。不同地區也略有差異，萊西地區稀土元素總量更高，LaN/YbN較低，δEu更小，δCe更大，反映了稀土分異較小，可能代表不同類型的恐龍蛋或者是不同時代的蛋皮稀土元素的差異。

3.3" 微量元素

恐龍蛋片中Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Rb、Y、Zr、Nb、La、Ce、Nd等微量元素均較圍巖（粉砂巖）中大幅減少（表1、表2）；Sr元素明顯高于圍巖，且含量是圍巖的4～6倍，Ba元素則部分樣品與圍巖含量相當，Y元素含量大高嵐地區高于圍巖均大于安家溝地區；在微量元素蛛網圖上，富集大離子親石元素Rb、Ba，虧損高場強元素Nb、Zr、Hf、Ti。Sr、Ba、Y元素的正異常，并且均高出其他元素數個數量級，表明這些元素是恐龍蛋生物特征之一。

4" 討論

4.1" 古氣候環境

膠萊盆地恐龍蛋殼地球化學特征具有Ca、Mg、Sr、Ba、Y元素的富集。Ba是蒸發環境的量度，蛋殼中高的Ba、Sr含量，反映恐龍蛋的埋藏環境均處于高鹽度的干旱環境［17］。δCe在恐龍蛋片中明顯負異常，表明恐龍蛋經歷的氧化程度較高，可能具有短暫的暴露，這與野外恐龍蛋片大面積散落相吻合。

由于巖石礦物風化作用導致易溶元素K、Na、Ca、Mg等大量流失，而Al和Fe最終富集成氧化物存在。因此，化學風化指標CIA=Al2O3/（Al2O3+CaO*+Na2O+K2O），可以反映古氣候環境。通常，CIA值介于50～65，屬于低等風化程度，反映寒冷干燥的氣候環境；介于65～85，屬于中等風化程度，反映溫暖濕潤的氣候環境；介于85～100，屬于強烈的風化程度，反映炎熱潮濕的氣候環境［27］。萊西大高嵐地區CIA值介于34～55，指示了寒冷干燥的氣候環境，膠州安家溝地區CIA值介于41～73，以寒冷干燥為主，間有溫暖濕潤的氣候環境。在萊西大高嵐樹枝狀恐龍蛋產地對圍巖進行了系統的地球化學分析［28］，也表明了恐龍蛋埋藏于干旱的氣候環境。這與諸城庫溝、龍骨澗、臧家屯等地的恐龍骨骼地球化學研究反映的晚白堊世為干旱咸化的氣候環境［17］是一致的，與西峽盆地晚白堊世恐龍蛋形成環境也是一致的［1920］，反映了華北地區晚白堊世時期為干旱咸化的氣候環境。

4.2" 恐龍蛋化石特征對恐龍的滅絕的指示

恐龍的滅絕是多因素的，包括地外的突變、地內和生物本身生理等各種復雜矛盾或因素相互發展、相互作用的結果［19，2930］。大高嵐、安家溝地區恐龍蛋主要由Ca、Mg、Na元素組成，富集Sr、Ba、Y元素，具有δEu、δCe的負異常。

Sr元素在生物的生命活動過程中起著重要的作用，特別是對于卵生的動物能夠影響蛋殼碳酸鈣的形成，鍶元素含量主要集中在蛋殼外壁的柱狀層中，而形成異常結構的蛋殼［31］。微量元素主要通過成巖蝕變和物質交換兩種途徑富集，蛋化石未明顯的成巖蝕變，所以Sr元素的富集只能通過物質交換進入恐龍體內，進而沉積在蛋殼中，研究區圍巖Sr元素平均含量為197.15×106，化石的平均含量為945.25×106，相對巨量的Sr應該是生物活動的結果，恐龍通過攝入Sr含量較高的食物使體內和蛋殼內富含Sr。膠萊盆地周緣花崗巖類由侏羅紀至早白堊世晚期，Ba、Sr元素逐漸富集，偉德山期花崗巖及青山群火山巖均具有高BaSr的特征［26］，外部高Ba、Sr含量的環境，通過生物活動恐龍蛋內沉淀了過多的Ba和Sr。另外，從不同時代的蛋化石Sr含量來看大高嵐地區晚白堊世早期Sr平均含量為704.57×106，安家溝晚白堊晚期Sr平均含量為1125.77×106，Sr元素也呈明顯的富集趨勢。Sr元素在蛋殼中的富集可能使殼壁在形成過程中變薄，進而降低胚胎的孵化率［31］不利于胚胎的孵化和發育，越到晚期Sr含量愈高，也會大大降低胚胎的孵化。

Ce元素在稀土配分曲線上呈現明顯的負異常，大高嵐辛格莊組中恐龍蛋Ce平均含量為16.37×106，安家溝紅土崖組中為1.81×106，Ce元素呈斷崖式降低，現代實驗證明Ce元素可以提高禽類的產蛋率和魚蝦養殖的成活率。Ce元素急劇減少最終導致恐龍產蛋率減少、胚胎孵化成活率降低。

迄今為止，在萊西大高嵐地區鑒定出5個蛋科，蛋片直徑0.985～4.289mm，以厚皮圓形蛋為主；而膠州安家溝僅有3個蛋科，蛋片直徑0.837～2.215mm，以長形長形蛋最多，統計說明由早至晚，蛋殼厚度逐漸變薄，蛋殼過薄或過厚都不利于孵化，從而導致蛋化石群的形成。然后，安家溝地區蛋化石具有更高的Sr、Ba含量，Ce的負異常，這些化學特征最終影響恐龍的繁衍、生存，使恐龍的種類趨向單一，種群逐漸縮小，并逐步走向滅亡。

5" 結論

（1）青島萊西大高嵐和膠州安家溝地區恐龍蛋化石成分主要以碳酸鹽為主，蛋殼中的Ca、Mg、Na元素相對富集，萊西大高嵐地區恐龍蛋化石中黏土礦物含量較膠州安家溝地區高。

（2）青島地區恐龍蛋殼具有高的Ba、Sr含量，化學風化指標CIA介于34～73之間，反映了恐龍蛋埋藏于高鹽度的干旱氣候環境，間有濕潤，側面反映了華北地區晚白堊世時期為干旱咸化的氣候環境。

（3）青島地區恐龍蛋殼明顯富集Sr，虧損Ce，這些元素不利于恐龍產蛋及蛋的孵化，對恐龍的繁衍、生存有重要影響。

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Geochemical Characteristics and Significance of Dinosaur" Eggs in Qingdao Area of Jiaolai Basin

WANG Lijuan，REN Tianlong，HUANG Yongbo，ZHU Xueqiang，ZHANG Guili，ZHANG Xuesong

（Shandong Institute of Geological Surveying， Shandong Ji'nan 250013， China）

Abstract： There are abundant dinosaur egg fossils in Qingdao area of Jiaolai basin. In this paper， through comparison and analysis on geochemical characteristics of dinosaur eggshells and surrounding rocks in Laixi area and Jiaozhou area， the survival environment and extinction of dinosaurs have been discussed. The content of CaO in the dinosaur egg fossils in Laixi area and Jiaozhou area is 51.7%～54.6%， the content of SiO2 is 0.27%～3.31%， the content of Al2O3 is 0.14%～0.88%， the content of MgO is 0.36%～0.71%， and the content of Na2O is 0.04%～0.14%. The mineral composition is dominated by carbonate. The total amount of rare earth elements" ∑REE is （5.87～117.99）×106， ∑LREE is （5.10～97.28）×106， ∑HREE is （0.77～20.71）×106， ∑LREE/∑HREE is 3.97～6.65， which is light rare earth enrichment type. The partitioning curve shows a rightleaning double ' V ' curve， and Ce， Eu elements have obvious negative anomalies. In the trace element spider diagram， the large ion lithophile elements Rb， Sr， Ba are enrichment， high field strength elements Nb， Zr， Hf， Ti are loss. Comparing with the analysis of the element content of the surrounding rock， the living environment of the dinosaurs in Jiaolai basin is mainly dry and humid. Comparing with the analysis of the element content of the surrounding rock， the dinosaurs in Jiaolai basin lived in a dry environment， with intermittent humid. In addition， the dinosaur eggs show an enrichment of Sr， Ba and Y elements， and a deficit of Ce element， which are not favorable to the laying and hatching of the eggs， and have an important effect on the reproduction and survival of the dinosaurs.

Key words：Dinosaur eggs; geochemical characteristics;" Jiaolai basin; Qingdao area