泥河湾盆地几个地层古生物学问题

　　泥河湾盆地几个地层古生物学问题

　　    泥河湾原本是桑干河畔的一个只有几十户居民的小山庄村名，但是，1924年巴尔博(GeorgeB．Bar-bour)建名“泥河湾层”(theNihowanbeds)(Barbour,1924)后，它就成为科学术语并被载入科学史册。

　　    泥河湾的科学研究以填补华北地层“蓬蒂系”和“黄土”之间的地层空白开始，紧接着就是华北更新世早期古哺乳动物的泥河湾动物群(theNi-howanfauna)或泥河湾哺乳动物群(theNihowanmammalianfauna)的建立(Barbouretal.，1926)，最近的半个多世纪以来，古人类遗迹从“泥河湾层”中大量涌现，泥河湾已经成为举世瞩目的东亚人类演化之圣地。

　　    1.泥河湾的概念

　　    泥河湾，在第四纪地层学上是以“华北下更新统地层称为泥河湾组”被提出的，“泥河湾组的典型地点位于河北省与山西省交界的桑干河盆地，以河北省阳原县泥河湾村命名”(曹家欣，1983)。

　　    泥河湾组与泥河湾是不同的概念，泥河湾组是泥河湾，但泥河湾不是泥河湾组，它们是种和属的关系，是包容和被包容的关系，泥河湾的概念外延广而内涵浅，但泥河湾组的概念是外延窄而内涵深。泥河湾作为科学术语，指的是：华北地区早更新世的河湖相地层及其所蕴藏的各种地质事件，包括古地理环境、古生物、古人类及旧石器遗迹等。这一套地层被称为泥河湾组，其形成的时间被称为泥河湾期，其中发现的哺乳动物化石组合被称为泥河湾动物群，出土的旧石器被称为泥河湾文化(NihewanianCulture)，未来发现的泥河湾猿人则应被称为“泥河湾人”，如果不是直立人(Homoerectus)或能人(H.habilis)，那也许就是新的人种——东方人(H.orientalis)。

　　    泥河湾盆地的科学开拓，虽然是以建名“泥河湾层”开始的(Barbour,1924)。但同时也出现过泥河湾堆积(NihowanDeposits)或泥河湾建造(NihowanFormation)的记述(Barbouretal.，1926)。然而，德日进(PierreTeilharddeChardin)却同时发表文章把“泥河湾层”记述为“桑干河层”(Sangkan-hobeds)、桑干河系(Sangkan-hoseries)、桑干河系堆积(Sangkan-hoseriesdeposits)(TeilharddeChardin,1926)，或者泥河湾或桑干河的地层(couchesdeNihowanouduSangkan-ho)(TeilharddeChardin&Piveteau，1930)。泥河湾地层的研究，一开始就存在观点上的微妙差异。在此需要提及的是，德日竟在《中国地质学会志》1926年卷发表的文章特别指出“桑干河层因其急流或湖相而非搜寻炉灶甚至石器的适宜场所”(TeilharddeChardin，1926)。可能正是由于德日进的论断，泥河湾盆地的科学调查浅尝辄止。如果当时能够进行深入调查，在发现的任何一处“泥河湾层”找到旧石器遗址，那个时候的人类起源地便非泥河湾盆地莫属。泥河湾盆地与这样一次黄金机遇擦肩而过，应该是泥河湾盆地科学研究史上最大的憾事。

　　    后来的研究中，“泥河湾层”在地层学上被修订为阳原群（孙建中、赵景波，1991），它不仅包括下更新统，还包括中更新统和上更新统乃至全新统(闵隆瑞、迟振卿，2003)，以及上新统(迟振卿、卫奇，2013)，甚至中新统(袁宝印等，2011)。泥河湾盆地的地层划分方案不少，目前虽然尚未定案，但是阳原群（即过去所称的“泥河湾层”）中属于下更新统的泥河湾组已经大体取得了共识。泥河湾盆地最初是作为桑干河盆地中的盆地提出来的，实际上它是桑干河的河谷洼地，如果作为盆地看待，只能算作侵蚀盆地。不过，从地理学盆地概念界定它是一个盆地，分布在山西省北部和河北省西北部，面积达9000km2(卫奇，2016)。泥河湾盆地的晚新生代河湖相地层巨厚，目前已知大同时庄29号钻孔深1274.4m，探底至海拔-174.2m(袁宝印等，2011)。在盆地东北端河北省阳原县泥河湾村一带，地层遭受流水强烈侵蚀切割，地形沟壑纵横，第四纪地层大面积出露，露头地层的厚度约为200m，包括河湖相地层和由黄土层组成的岑家湾台地(Cheng-chia-wanPlatform)(Barbouretal．，1926)。东谷它村一带的地层露头蔚为壮观，而且其中蕴藏大量古人类遗迹。

　　    泥河湾盆地的科学研究已持续将近一个世纪，科研成果层出不穷，古人类遗迹的发现举世瞩目。由此，泥河湾盆地地层学的研究显得十分突出，也非常重要，而且需要探讨的问题也越来越多。

　　    2.关于“泥河湾层”

　　    1924年9月10日，当桑志华(EmileLicent)从天津动身前往泥河湾盆地考察之时，巴尔博已经对泥河湾盆地做了一天考察而返回了宣化，并在其即将出版的《张家口区域地质初探》(PreliminatyObservationintheKalganArea)论文校稿中，添加了关于桑干河晚新生代沉积的尾注。巴尔博短短一页多的文字记述，奠定了他对于泥河湾拥有发现权，也引起了桑志华与巴尔博之间关于泥河湾发现权的争夺(陈密、韩琦，2016)。

　　    巴尔博进入泥河湾盆地，首先看到的就是醒目壮观的岑家湾台地，他指出这个台地“由两套淡水沉积的成层系列组成。下部沉积呈绿色和褐色，含类似丁文江报道的来自黄河三门急流相的大型双壳类Quadrula，局部有数量可观的石膏。该层在东城南的东水地和西水地之间形成一个150英尺的陡壁，这儿暴露的底部层位也依稀保存有植物遗迹。一个较厚的露头似乎出现在桑干河南岸化稍营子对面泥河湾上游的小渡口村附近。考虑到樊尚(PereVincent，也称文森特)的调查是从泥河湾中心做的，且其命名略显特色，我将这一套地层作为‘泥河湾层’谈论，以区分其下部系列侵蚀面上的覆盖层。上部系列仅仅观察到40英尺厚，其原始面很可能在很多地方被侵蚀成斜坡。我暂时用‘土洞层’之名称这一建造，因为富含淡水腹足类的这套地层的良好露头出现在土洞子村东沿河地段”(Barbour,1924)。1926年，巴尔博、桑志华和德日竟在《中国地质学会志》发表《桑干河盆地沉积之地质研究》(GeologicalstudyofthedepositsoftheSankanhoBasin)(1927年出版)，他们不再提“土洞层”，而将“土洞层”合并于“泥河湾层”。

　　    “泥河湾层”不是现在规范的地层学术语，它应该是泛指泥河湾盆地河湖相地层。早期对“泥河湾层”露头地层的剖析，基本是巴尔博建立的观念。其中，“泥河湾层”之下的蓬蒂系“三趾马”红土在理论上是存在的，但在泥河湾村一带却始终是一个悬而未决的问题，因为在泥河湾盆地寻找第四系的下限时，“泥河湾层”与“红土”之间地层虽有整合和侵蚀不整合的接触，却有彼此逐渐过渡的变化现象。在壶流河注入桑干河地段，红崖―稻地―钱家沙洼台儿沟一线，同样的湖积台地地貌单元的地层产状倾角较小，然而高处的地层古老、较低处的地层较年轻，如果其间找不到较大的断裂构造或侵蚀不整合，那么泥河湾盆地的地层研究就出现了悖论，这个问题很值得进一步探讨。

　　    在泥河湾一带，“蓬蒂系红土”将“泥河湾层”露头封底，仅仅是一种存有疑虑的推测。河北省地质矿产勘探开发局第三地质大队为了农业用水曾经在泥河湾村一带打过水文钻孔，所有穿透“泥河湾层”堆积的岩芯均不见“蓬蒂系红土”。例如化稍营(钻孔编号：378)，钻孔深278.51m(海拔838.2-558.69m)，其中底部是10.61m厚的风化的太古代桑干片麻岩，上覆“泥河湾层”的基底是粗砂砾石层(厚23.65m)。分布在岑家湾台地泥河湾陡坎上的东谷坨遗址和黑土沟遗址，分别直接覆盖在时代较老的砾石层和火山角砾岩上面，只有仙台（大长梁）和小长梁遗址下面有淡红色土层出现，其古地磁测年在Matsuyama反极性时的Olduvai正极性亚时段前后(Dengetal.，2006)，时间上应该属于泥河湾期。尽管郝家台NHA钻孔(40°13′0.4″N,114°38′32.3″E)深341.9m处见白垩纪地层，其底部268.88-341.90m有73.02m厚“由棕红、灰棕色黏土与砾石互层组成”的上新统壶流河组(闵隆瑞等，2015)。大同时庄29号钻孔岩芯厚度达1274.4m，底端位于海平面以下大约270m(袁宝印等，2011)。河北省蔚县城关东七里河附近的蔚七普1钻孔深710.4m、海拔约200m处见侏罗系凝灰岩(白振平，1989)。这两个钻孔资料表明其基底基岩面上覆盖的仍然属于河湖相堆积，划归上新统的“泥河湾层”是可以接受的。由此可见，泥河湾盆地（桑干河盆地）的“大同湖”(卫奇等，1977)从新近纪大约上新世较早期(约4.5Ma)一直到第四纪晚更新世晚期(约0.028Ma)（袁宝印等，2011）一直存在，所以“泥河湾层”不仅厚度大，而且时间的跨度也比较大。其上新统红土只能发育在当时湖盆的边缘，所以当初推断的“泥河湾层”露头地层下伏上新统红土仅仅是当时认知的一种假设。

　　    巴尔博1924年在小渡口的“泥河湾层”剖面上注意到了河流相的砂层堆积，后来该堆积被称为“TBS层”(Thickbrownsands)。这是由美国犹他大学地质学家FrancisH.Brown首先提出来的，这一地层广泛出露在岑家湾台地的泥河湾陡坎上，但其厚度由东向西（由盆地边缘向盆地中心）逐渐变厚，在东谷坨遗址厚10.50m,在小长梁遗址厚19.13m，在小渡口郝家台剖面厚24.3m，磁性地层学资料显示Matsuyama反极性期的Jaramillo正极性亚时位于该层下部（袁宝印等，20ll）。“泥河湾层”的地层露头，过去将“TBS层”及其上覆河湖相堆积划分为维拉弗朗层上层(V2)和下层(Vl)(TeilharddeChardin,1941)，后来称之为“黄泥河湾”和“绿泥河湾”(泥河湾新生代地层小组，1974)。其实，过去对“泥河湾层”的观察是务实的，不过看到的只是露头剖面局部，没有考虑到埋藏深处的“泥河湾层”。现在我们对“泥河湾层”的认知虽然有了较大幅度深化，但对其全貌的认识仍然是相当浅薄甚至无知的。

　　    综上所述，“泥河湾层”是华北晚新生代（新近纪上新世和第四纪更新世）的一套河湖相沉积，属于“大同湖”在泥河湾盆地或大同盆地存在时期的河湖相沉积，既有湖相沉积，也有湖滨相河流冲积和洪积，另外还有水下风成黄土的直接和间接堆积，堆积物有黏土、粉砂、砂砾及其混合物，其颜色有灰、白、黄、绿、黑及相关的混合色。至于在“泥河湾层”穿插和堆积早更新世的大同火山群玄武岩及降落的火山灰火山弹夹层，我们认为可以作为特殊的“泥河湾层”处理，但大同火山群的活动影响“泥河湾层”的地质构造是显而易见的(Suetal.，2022)。“泥河湾层”的岩相表明，“大同湖”曾经有过无数次大大小小的扩缩变化，它的变化与降水补给和蒸发损耗相关。降水和蒸发是气象学问题，气象的改变往往与气候变化有关，但目前几乎没有泥河湾盆地有关气象方面的研究。泥河湾盆地或桑干河盆地“大同湖”存在时期，“泥河湾层”已经被“阳原群”取代（孙建中、赵景波，1991），泥河湾组仅仅是阳原群第四系下更新统部分。

　　    3.关于“许家窑组”

　　    “许家窑组”因为被评为全国重点文物保护单位的许家窑―侯家窑遗址而得名（卫奇，1978，2012a）。该遗址最初的定名是许家窑遗址(贾兰坡、卫奇，1976)，后来成为泥河湾盆地内相当引人注目的一处古人类遗址。这里不仅盛产哺乳动物化石，还出土了大量旧石器和20多件被称为“许家窑人”的古人类化石，依据发现的动物化石和旧石器断定这处遗址的年龄可能是0.06-0.03Ma（贾兰坡、卫奇，19761。这里出土的石制品组合与邻近的神泉寺遗址的面貌(年龄为11720±150aBP)十分相似(卫奇等，2018b)。许家窑一侯家窑遗址经过不同方法测年，得出的年龄值不尽相同，自4万年以上至早更新世晚期（袁宝印等，2011），彼此差距七八十万年，古人类在这里生活这么长时间是不可思议的，这可能是测年实验本身的问题，因为不同方法的测年结果不同，同一测年方法不同的实验室结果也不同。根据对旧石器的研究，许家窑―侯家窑遗址的地层位置介于“北京人”遗址和峙峪遗址之间(贾兰坡、卫奇，1976)，许家窑．侯家窑遗址出土的野马(Equusprzewalskyi)、野驴(E．hemionus)、河套大角鹿(Meglocerosordosianus)、马鹿(Cervuselaphus)和原始牛(Bosprimigenius)等通常也被认为指示华北晚更新世。因此，综合该遗址地层古生物和古人类特征“估计”其年龄超过10万年(贾兰坡等，1979)。由此可见，许家窑―侯家窑遗址的形成时间置于晚更新世初期可能较为合适，其铀子系年龄0.104-0.125Ma(陈铁梅等，1984)较为值得采信。

　　    在泥河湾盆地，许家窑―侯家窑遗址的地层古生物学与古人类学及其旧石器时代考古学资料最为丰富，在中国也较为罕见，其鲜明的地层学特征是客观存在的事实，因此，可以坦率地说，阳原群上更新统部分的取名目前没有比许家窑组更为合适的。有学者认为许家窑―侯家窑遗址所在地层是河流相堆积而不属“泥河湾层”，所以不可以作为层型建立地层单位许家窑组(谢飞，2011;王法岗，2015)，其中存在两个科学认知问题：首先是对于界定“泥河湾层”的认识，因为“泥河湾层”不只有湖相沉积，还有河流相冲积，在泥河湾盆地东北端下沙沟一带作为泥河湾动物群化石主要产地的“泥河湾层”中河流相砂砾层随处可见，泥河湾村上沙嘴早更新世旧石器与纳玛古棱齿象头骨化石就是在河流相砾石层中发现的(盖培、卫奇，1974)。其次，不是“泥河湾层”就不能建立“许家窑组”？事实上，河流阶地含古人类旧石器和哺乳动物化石的地层早有作为层型定名的，例如丁村组、迁安组和顾乡屯组等(地质部地质词典办公室，1979)。

　　    在许家窑―侯家窑遗址74093地点（属河北省）南约7km的南梁水文205钻孔(地面海拔高902.6m)，取岩芯640.9m，未见“泥河湾层底部”，其岩层从上到下为：(1)砂黏土，4.0m；(2)砂，30.47m;(3)黏土，304.81m;(4)砾石，3.7m；(5)砂黏土，291.62m。许家窑―侯家窑遗址的地层层位应当与(2)砂层对比，而这层砂的厚度指示它应该属于水下洪积扇中间地带的产物。该岩芯的岩相显示，这一带可能属于“大同湖”的中心水域，尽管这段岩层形成时期显示“大同湖”经历过扩一缩（短暂）一扩一缩一扩直至消亡的过程，但其湖水基本是稳定的，而且在湖缩过程中“大同湖”滨的流水河道冲积层会有线状分布的延伸。最近的研究认为，许家窑．侯家窑遗址74093地点的地层，既不是“第三级阶地”堆积层，也不是“泥河湾层”，而是古牛轭湖洼地沉积、壤化黏土层和河流相沉积。出土“许家窑人”化石的上文化层年代是0.2-0.16Ma，而下文化层的光释光年代为～0.198Ma，26Al／10Be埋藏年代为～0.24Ma(王法岗、李峰，2020)。许家窑―侯家窑遗址文化层下层黑色“泥炭”堆积作为牛轭湖洼地沉积考虑是合理的，牛轭湖是平原曲流发育导致河流袭夺形成的地貌现象，但“大同湖”消失以后的桑干河支流梨益沟没有曲流，它应该形成于“大同湖”湖滨地带。地貌学家、环境考古学家夏正楷指出“桑干河出现在28000aBP左右”，如果此论断成立，那么无不给人新的感观，即许家窑．侯家窑遗址不论哪一个测年数据都可以表明“许家窑人”曾经生活在“大同湖”边缘。由此推测，泥河湾盆地“大同湖”存在时期的牛轭湖洼地沉积、壤化黏土层和河流相沉积恰恰证明其属性是“泥河湾层”，它们的概念未相互排斥，仍然属于包含与被包含关系。

　　    不可逆向埋藏是地层古生物学的金科玉律，早期的东西可以混到晚期的地层里。而晚期的东西绝不可能混入早期的地层里，所以对于许家窑―侯家窑遗址指示晚更新世的哺乳动物化石种与具有早期智人性状特征的“许家窑人”及明显比“北京人”更为精细的旧石器，如果将其置于中更新世甚至早更新世是不可思议的事情。但中国的考古学有例外，例如，河南安阳“曹操墓”刻有“魏武王常用格虎大戟”的石牌物证，它有半截出土于墓底，而另一节是从距“墓底0.5m”高处出土的，其地层学出现了反常，因为埋藏学显示石牌的两半截不是同时期的产物，在封闭墓穴里形成0.5m厚的地层是需要相当长时间的(卫奇，2014)。

　　    4.泥河湾盆地是东亚之奥杜威峡谷

　　    泥河湾盆地与非洲奥杜威峡谷具有非常相似的地质演变过程，从湖到萎缩湖，再到湖的消亡，最后变成河谷，地层相应地由河湖相沉积转变为冲积、洪积及风积。由于二者均蕴藏丰富的古人类遗迹，在奥杜威峡谷工作多年的西方学者评价泥河湾盆地是“东亚真正的奥杜威峡谷”，是“奥杜威峡谷在东方的卓绝典范”(卫奇，2016)。目前在泥河湾盆地发现的旧石器时代遗存相当可观，其数量远远超过了奥杜威峡谷，已经出露将近2Ma以来的完整古文化剖面。为研究中国旧石器文化提供了十分准确可靠的地层顺序依据，唯一缺憾的是至今还未发现猿人化石。不过，我们相信，它一定存在，因为泥河湾盆地目前报道的早更新世旧石器遗址已经超过50处，这在中国乃至亚洲都独占鳌头．而且其中出土了大量石制品，伴随许多哺乳动物残骸，这些证据表明猿人在这里存在过。另一方面．这里的地层具有骨骼石化和保存的环境条件，所以我们预见：猿人化石一定存在，其发现只是在什么地点、什么层位、什么时间和谁能遇到的问题：

　　    5.地层学是泥河湾盆地科学研究的基础

　　    近半个世纪以来，不论是地层学和古哺乳动物学，还是古人类学和旧石器时代考古学（陈茅南．1988;周廷儒等，1991;闵隆瑞、迟振卿．2003:袁宝印等，2011），泥河湾盆地的科学研究已经取得了长足发展。但是，仍然有许多值得继续深入探讨的重要科学论题，例如环境的变迁、古文化的发展、最早人类的出现、猿人往智人的演变和旧石器时代向新石器时代的过渡等。目前，地层学依然是泥河湾盆地科学研究的坚实基础。

　　    泥河湾盆地的地层划分需要细化，其他方面的研究也必须遵循地层客观层序进行编排。泥河湾盆地的河湖相沉积，尤其是含古人类遗迹和哺乳动物化石的湖滨相地层，不论是水平方向还是垂直方向，其岩相和厚度变化是很大的(卫奇，2013)。因此，无论何种先进的科学测年方法，若背离地层学的根本，出现地层上下层序颠倒的失误是必然结果(卫奇，2019)。目前虽然段一级地层单位的划分有了尝试(李凯清等，2022;卫奇等，2016)，但仍然是局部性的非真正的专门地层学研究。

　　随着科学研究的进展，地层古生物方面也会出现惊人的发现。泥河湾盆地的马圈沟遗址(40°13′31″N，114°39′50″E)报道出土的真象第三臼齿齿板有18片，鉴定为草原猛犸象(Mammuthustrogontherii)(Weietal.，2003)。钱家沙洼象头山(40°ll′45″N，114°39′06″E)发现的草原猛犸象头骨化石的第三臼齿的齿板只有12个（李凯清，2021)，而泥河湾盆地发现的纳玛古稜齿象(Palaeo-loxodonnamadicus)第三臼齿的齿板是18.5―19.5片。

　　    根据古生物鉴定特征判断，马圈沟遗址群发现的真象科上第三臼齿化石的特征更接近纳玛古棱齿象。在泥河湾动物群的科学普及中，完全推崇与泥河湾动物群毫无相干的真猛犸象（长毛象)(Mprimigenius)，显然是把猛犸象属与真猛犸象种相提并论了，而正确的逻辑思维却是：真猛犸象是猛犸象，但猛犸象却不是真猛犸象。

　　    泥河湾盆地的岑家湾早更新世旧石器遗址中出现了野马(Guanetal.，2016)，但没有关于化石性状的记述，该野马如果不是新的种类，那仅可能是普氏野马(Equusprzewalskii)，其化石材料迄今只发现在中国北方的“晚更新世和全新世”地层中(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所中国脊椎动物化石编写组，1979)。由此可见，岑家湾遗址的野马如果鉴定无误，那么野马进入泥河湾动物群与中国三趾马(Hipparionsinense)和三门马(E．san-meniensis)共存，这应该是泥河湾盆地地层古生物学的一个突破性发现。东谷坨遗址三门马的测量数据与野马确有不少相近之处（卫奇等，1985)。说实话，依据零星化石材料区分野马和三门马是有很大难度的，有时不得不按照地层或时代来鉴定（卫奇，2012b)。

　　                                              摘自《地层学杂志》2022年4期