“白垩纪世界”再现？山东恐龙足迹化石群有哪些发现？

出品：科普中国

作者：孙佳凤 陈树清（诸城市恐龙文化研究中心）

监制：中国科普博览

山东地区在白垩纪是恐龙生活的乐园，胶莱盆地的诸城、莱阳地区保存有大量恐龙骨骼和恐龙蛋化石，其时代多集中在晚白垩世。诸城因发现目前世界上规模最大、化石储量最丰富的恐龙化石群而闻名于世，莱阳是世界发现恐龙化石最早也最丰富的地区之一。

早白垩世的恐龙骨骼化石中，比较著名的主要有蒙阴发现的我国第一只蜥脚类恐龙——师氏盘足龙和莱阳发现的少量鹦鹉嘴龙化石。除此之外，山东还有丰富的恐龙足迹化石，其中沿山东沂沭断裂带（诸城-莒南-临沭-郯城一线）还发现了极为壮观的早白垩世晚期恐龙足迹化石群，其规模中外罕见，堪称恐龙地质遗迹奇观，具有重要的科研价值。

一、沂沭断裂带上的恐龙足迹

某些地方的地壳由于受到强大的压力或拉力，就会产生破裂，这些破裂表现在地表就是断层（或断裂）。断层往往并不是孤立出现的，而是会成群出现，组成沿着一定方向分布的断裂带。断裂带的活动往往会导致地震的形成，给人们带来深重灾难。

小型断裂，大的断裂可绵延数百乃至上千千米

（图片来源：geograph）

沂沭断裂带是我国著名的“郯庐断裂带”的延伸，其在山东省境内的部分又称沂沭断裂带，因大致位于沂河与沭河之间而得名。沂沭断裂带是一条延伸长、规模大、切割深、活动时间长的复杂断裂带，形成于元古代，至今仍在活动，是我国重要的地震带。

郯庐断裂带的分布图，最初发现它时，科学家认为其仅从山东郯城到安徽庐江，但后面发现其仅在中国境内就绵延2400多千米，向东北直达鄂霍茨克海，沂沭断裂带就是其在山东的一段

（图片来源：Li L, Shen W, Sui S, et al. Crustal thickness beneath the Tanlu fault zone and its tectonic significance based on two-layer H-κ stacking[J]. Earthquake Science, 2021, 34(1): 47-63.）

野外地质调查发现，中生代沂沭断裂带下白垩统上部大盛群中 ( 早白垩世晚期) 保存了至少 8个恐龙足迹群点,分别是沂沭断裂带北部诸城张祝河湾村和棠棣戈庄村2处恐龙足迹化石点、中部莒南1处恐龙足迹化石点、中南部临沭2处恐龙足迹化石点、南部郯城-东海3处恐龙足迹化石点，沂沭断裂带由南到北共计650多个足迹。

（图片来源：古地理学报）

二、我们为什么要研究恐龙足迹群？

因为通过恐龙足迹化石的研究，我们不仅能获得关于恐龙本身的生理结构特征和恐龙的习性等，还能获得恐龙生活区域的环境特点。

恐龙足迹能否保存及其好坏与深浅，除了与恐龙自身的身高、体重、行走速度有关外，还与地表物质组分、干湿程度及黏度密切相关。通常在含水率高、粒度细、黏度大的层面上留下的足迹要深，反之则浅; 但又不能太湿、太细或太黏。太湿、太细可能保存不住，马上被水冲掉或是垮掉或被踩塌的物质掩埋; 太黏则会使留下的足迹变形而难于识别; 但也不能太干，太干则根本留不下足迹——总而言之，恐龙足迹的保存条件比较严苛，需要不多不少刚刚好。

其次，恐龙足迹留下后应迅速被沉积物掩埋并经过石化作用成岩。之后地壳抬升，经过差异风化（这要求保留凹型足迹的岩石与后来的覆盖层岩性不一样）将足迹暴露出来被人们发现。有这种条件的地表一般都出现在湖滨、海滨及河滩地，因而多与波痕、泥裂、雨痕等共同出现。

波痕是波浪运动留在岩石表面一种构造。我们在河、湖、海边就能经常见到现代的波痕，现在保留下来的波痕也就反应了这里之前的环境就是河畔、湖畔或是海滨。

保存在岩层中的波痕

（图片来源：Wikipedia）

在河滩、湖滨、海边等泥质沉积物上，常可见到多角形的裂纹，称为干裂（又称泥裂），这是在沉积时沉积物未固结即露出水面，受到日晒，水分蒸发，体积收缩而产生的，反映地层暴露出水面，气候干旱炎热。

现代泥裂

（图片来源：Wikipedia）

保存在岩层中的泥裂

（图片来源：Wikipedia）

雨痕是雨点降落在未固结的泥质、砂质沉积物表面所产生圆形或椭圆形的凹穴。

山东沂沭断裂带下白垩统典型恐龙足迹类型

1—恐龙足迹，莒南; 2—蜥脚类足迹，诸城石桥子镇棠棣戈庄村; 3—蜥脚类恐龙足迹，郯城东; 4—足印，临沭后店子村西; 5—兽脚类足迹; 6鸟脚类恐龙足迹; 7鸟脚类恐龙足迹; 8—鸟脚与兽脚类足迹

（图片来源：古地理学报）

山东沭河裂谷带下白垩统足迹发育剖面伴生的各种层面构造

1—4泥裂，产地依次为莒南后左山地质公园、郯城马陵山清泉寺、郯城马陵山清泉寺、郯城东; 5—8波痕产地依次为郯城东、临沭岌山、临沭岌山、莒南地质公园; 9—褐色粉砂岩中生物钻孔，产地为郯城东

（图片来源：古地理学报）

通过分析恐龙足迹化石以及保存化石的岩层状态，能推断出当时恐龙生活区域的环境和气候特征，这能补充恐龙骨骼化石研究方面的不足。因为恐龙骨骼化石及其地层沉积特征，反应的是恐龙死后的埋藏环境，而恐龙足迹化石则反应的是恐龙生活时的环境，二者可以相得益彰，共同构建恐龙从生存到死亡—埋藏—成岩的全过程。

沂沭断裂带足迹化石点多，分布广，层位多，足迹数量和造迹恐龙种类丰富。沭河断裂带的恐龙足迹产出于大盛群田家楼组，地质年代为1.1亿—1亿年前，属于早白垩世晚期 。恐龙足迹一般为凹形印痕，造迹者以蜥脚类恐龙为主，其次为鸟脚类和兽脚类。足迹多保存在发育波痕、泥裂、雨痕等沉积构造的细砂—砂岩沉积物层面，指示各足迹点环境当时为滨浅湖滩或三角洲前缘。这里时而被水淹没，时而露出水面，恐龙在岸边沉积物上留下大量足迹，水流也在岸边沉积物上留下波痕，当水退去之后，之前形成的足迹、波痕被暴露地表，发生干化固结，并在岸边沉积物表面形成泥裂，当再次涨水时，干化的足迹、泥裂、波痕就被水（水动力不能很强）携带的新的沉积物覆盖、保存，随后进入成岩阶段，最终经历上亿年的时光后被我们发现。

此外，从这些恐龙足迹我们还能推断出恐龙的身体结构、行为特点来。恐龙行走时，相邻的两个脚印之间的距离叫作“单步”；相邻的同一只脚的脚印之间的距离叫作“复步”；连续的一串脚印叫作“行迹”。郯城北有21 个巨型蜥脚类足迹构成的巨型行迹，单个足迹直径近100 cm ( 下图 a* )，可能仅次于兰州西南盐锅峡下白垩统河口群内中国最大的蜥脚类足迹化石。若以臀高等于足径的4倍为计算依据来还原造迹恐龙大小，那么该造迹恐龙至少达 4 m 高，依据臀高与体长之比约为1：4，可得到恐龙的体长约为16m。

沂沭断裂带地区蜥脚类足迹规模不一，其中已发现的最大后足直径近100 cm ( 郯城) ，最小者不超过33cm; 但鸟脚类足迹变化不大，长度一般在30—30cm 之间。应用恐龙足迹复步长与臀高之比值 ( 即用复步长 SL 与臀高 h 比值，SL /h) 可以计算恐龙行走的速度和表示恐龙的行走状态 ( SL /h ＜ 2.0 为慢行 状态，2.0 ＜ SL /h ＜2.9为小跑，SL /h ＞2.9 为奔跑 。依此方法和原理计算沭河裂谷带大盛群足迹数据后，发现造迹恐龙多处于漫步行走状态，推断这些造迹恐龙正处于栖息生活状态。

3 列蜥脚类恐龙行迹 ( a，b，c) 中的 a 列可能为目前中国第2大蜥脚类足迹，郯城北清泉寺

（图片来源：古地理学报）

三、为什么恐龙足迹沿着沂沭断裂带分布？

那为什么这么多恐龙足迹化石都沿着沂沭断裂带分布呢？地质资料显示，早白垩世晚期开始，沂沭断裂带基底强烈拉张—断陷，形成一个被丘陵环绕的湖泊，且处于湖泊面积最大时期，断裂带沿线地区是长长的湖岸线，周边为开阔的湖泛平原，生长着繁盛的植被，气候适宜，在此栖息着包括恐龙在内的各种生物，大量恐龙足迹的发现也印证了早白垩世晚期沂沭断裂带沿线地区生态系统优良，特别适宜恐龙生存，所以形成了多个恐龙足迹化石点沿沂沭断裂带分布的现象。

（图片来源：古地理学报）

山东的多处早白垩世足迹化石点，为研究中国东部地区早白垩世恐龙动物群生存演化、古生态和古环境提供了条件和重要新材料。白垩纪是恐龙动物群逐渐辐射的时期，也是现生动物群起源和辐射的重要时期。

近年来科学家对东亚白垩纪陆生生物群特别是早白垩世热河生物群进行了广泛研究，早白垩世热河生物群发现的带毛恐龙、哺乳动物、翼龙类、原始鸟类、鱼、昆虫以及早期被子植物等化石都是以骨骼等实体化石为依，而相应的足迹化石却较为少见，如冀北—辽西义县组仅发现两例。相比之下，中国东部山东地区早白垩世恐龙骨骼化石较少，仅见有少量的鹦鹉嘴龙，而恐龙、翼龙、鸟类足迹却较多，主要赋存于下白垩统下部莱阳群和上部大盛群2个层位。山东保存的大量恐龙骨骼和恐龙蛋化石，其时代多集中在晚白垩世，而早白垩世恐龙足迹的发现则弥补了骨骼化石缺乏所带来的不足。