浅谈GIS在古生物地层学中的应用

地理信息系统,即GIS一直是研究地质学的重要方法和手段,古生物化石也是地质学中最可靠的证据,利用GIS处理古生物化石资料已经越来越成熟。本文主要主要从三个方面探讨GIS在古生物地层学中的应用与前景。

中国石炭—二叠纪放射虫化石带及古生物地理学意义

中国广西钦州地区和云南西部昌宁—孟连地区的层状硅质岩地层中发育丰富的石炭—二叠纪放射虫生物群,据此建立了22个连续的放射虫化石带。从晚石炭世至晚二叠世长兴期,日本西南区出现的Pseudoalbaillella nodosa带至Neoalbaillella optima带共15个放射虫生物带可与中国同期发育的17个放射虫生物带对比,代表泛大洋(Panthalassa)沉积的部分日本地体和代表古特提斯洋(Palaeo-Tethys)沉积的中国部分构造单元,无论在放射虫生物类群组分还是在化石生物带构成方面都非常相似。晚石炭世—二叠纪放射虫生物地层学资料证实,该时期地球上的两个大洋(泛大洋和特提斯洋)没有明显的分化,可能属于同一大洋体系———古特提斯洋。

系统古生物研究中的统计新方法初探——以浙赣边区志留纪初期雕正形贝属为例

对浙赣交界地区志留系兰多维列统底部编号为DK4(浙江省淳安县大坑坞剖面安吉组)与AFL68(江西省玉山县上坞剖面仕阳组)的两批腕足动物化石中的雕正形贝(Glyptorthis)进行度量与描述,并研究其腹壳肌痕面在个体发育过程中的变化,最终将其确定为Glyptorthis wenchangensis(Liang)。在测量方法上,将"协方差分析"(covariance analysis)运用于这两个居群间的性状对比,效果较好。此外,针对系统古生物研究中的传统统计方法——"最小二乘回归"(least squares regression)潜在的问题与不足,作者引入并证明"鲁棒回归"(robust regres-sion)方法的优势所在。

古生物多样性统计中的偏差及其校正

地质历史时期生物多样性统计中的偏差是普遍存在的。文中以奥陶纪海洋生物和二叠纪腕足动物分异度为例介绍和讨论古生物多样性统计中的偏差问题。认为在研究某些时段分异度时不能依靠单一的种、属或科的数量来建立分异度模式 ,而需要用生物分异度、灭绝率和新生率等多种计算方法来综合分析。同时古生物分异度的研究受到化石记录的完整性、研究、保存和采集程度、时间段的不均一性等多种因素影响 ,因此 ,大多需要应用稀疏标准化法等对不同时段或化石群在同等量化标准的基础上进行比较和校正后 ,才能得到比较符合实际的分异度模式。

古生物学和地层学研究的定量化趋势--GBDB数字化科研平台的建设及其意义

自上世纪八十年代末以来,基于数据库和各种定量分析方法的古生物学、地层学、古地理学、古生态学研究逐渐成为当今国际地学研究的前沿和热点。中国的古生物学和地层学数字化科研平台的建设,最早的设计思路始于2001年,于2003年进行了首次尝试,并于2007年整合了多种相关数据资源,正式启动了GeoBiodiversity database(GBDB)这一古生物学和地层学数字化科研平台的建设。在这一平台中,目前已整合了古生物分类数据、剖面地理信息数据、岩石地层数据、化石产出数据、生物地层数据、文献数据等多项数据资源,同时还结合科学研究和生产应用的需求开发了地理信息可视化和地层信息可视化功能,以及初步的多样性分析和定量地层对比功能。这一平台的最终建设目的,是成为科学家和相关人员使用古生物学和地层学数据,开展各种定性和定量分析的国际化、网络化的科研辅助平台。

全吉地块前寒武纪地层学研究进展

青藏高原北部全吉地块的全吉群和小高炉群记录了“新元古代冰期事件”、“超大陆循环”和“大不整合事件”等一系列意义重大的地质事件,并以此作为探索全吉地块前寒武纪地质演化史的重要窗口。近年来,关于全吉地块的前寒武纪生物地层学、年代地层学和事件地层学研究取得了一系列重要进展:(1)在全吉地块发现的埃迪卡拉型宏体生物化石以及共生的管状动物化石,为探索现代型海洋生态系统起源提供了新的视角,同时将小高炉群的时代上限进一步限定为埃迪卡拉纪晚期(551~543 Ma)。(2)全吉地块缺失寒武系纽芬兰统,其埃迪卡拉纪—寒武纪界限的地层缺失大致为25~50 Ma,与华北克拉通西缘-西南缘的“大不整合事件”尺度具有相似性。(3)全吉群红藻山组与上覆地层小高炉群黑土坡组之间存在一个较大的不整合,年代地层学研究显示红藻山组的形成时代为古元古代末期(1640~1646 Ma),而不是之前认为的埃迪卡拉纪(635~539 Ma)。(4)全吉地块仅存在一期新元古代冰碛岩,即埃迪卡拉纪红铁沟组冰碛岩,其与华北克拉通西缘-西南缘分布的罗圈组和正目观组冰碛岩时代大致相当。(5)全吉地块与华北克拉通在埃迪卡拉纪—寒武纪过渡时期具有相似的构造-沉积演化史,二者在埃迪卡拉纪末期同处于中高纬度,而不是之前认为的低纬度地区。

中国晚古生代古生物学与地层学研究新进展——纪念廖卓庭研究员

中国晚古生代古生物学与地层学研究历经几代人的努力已取得令人瞩目的成就。廖卓庭研究员将他的毕生精力献给了中国的地层古生物事业。在他近60年的职业生涯中,足迹遍及神州大地,研究涉及古生物学、古生态学、古生物地理学、生物地层学、构造地层学及古生物地层学在油气和矿产资源调查中的应用等领域。他主要从事石炭–二叠纪腕足动物的研究,建立了22个新属和172个新种;为华南乃至全国的石炭–二叠纪腕足动物生物地层格架提供了良好的基础,也为二叠–三叠系界线研究提供了宝贵的第一手腕足动物化石材料。他长期工作在艰苦的新疆及周边地区,范围涵盖阿尔泰山、天山和昆仑山脉以及准噶尔、三塘湖、吐哈和塔里木盆地,和同事们一起建立了新疆石炭–二叠系综合地层框架,为新疆的油气和其他沉积矿产资源的勘探奠定了坚实基础。本专辑收录了代表中国泥盆纪至三叠纪古生物学和地层学方面最新研究成果的研究论文13篇,以纪念廖卓庭研究员为中国地层古生物事业做出的杰出贡献。

中国古生代化石昆虫研究回顾

自林启彬先生1978年命名了我国第一个古生代昆虫至今,中国学者共发表20余篇分类学论著,描述鉴定我国古生代昆虫共61种,归属于9目(总目)。这些标本分布于西北、西南、华东等9省区,其中石炭纪47种,二叠纪14种。本文统计了我国已发现的古生代化石昆虫属种名录以及它们的分布和地质年代,总结了国内古生代化石昆虫当前的研究状况和发展趋势,并分析了研究中存在的问题。其中关于化石昆虫普遍存在的脉序差异问题需给予足够的重视,高级阶元的建立应更加慎重。研究表明我国古生代昆虫已经高度分异,古翅类、新翅类均已出现,且代表着有翅昆虫辐射演化的重要阶段。

古生代psammichnitids(砂迹类)的行为习性演化及其生物古地理迁移

Psammichnites和Dictyodora为古生代海相环境典型的弯曲带状遗迹,是由具有虹吸器官的生物所形成的遗迹化石,一般被归入到psammichnitids。通过文献资料调研和样品分析,对古生代Psammichnites和Dictyodora的形态功能对比和时空分布特征进行研究。结果表明:(1)Psammichnites通常具有短、浅的凹槽;随着时间的推移,Dictyodora的壁高却逐渐增大。(2)Psammichnites主要分布于正常浅海环境;Dictyodora大都分布于深海环境,也有个别类型分布于浅海环境。(3)Psammichnites的种级多样性在石炭纪浅海环境呈快速增加,属于晚期辐射类型,但Psammichnites gigas广泛分布于寒武纪早期,具有很好的地层指示意义;Dictyodora的种级多样性在奥陶纪快速增加,属于早期辐射类型。(4)寒武纪—奥陶纪,Psammichnites和Dictyodora主要分布于南半球中高纬度的Iapetus和Rheic大洋,其中Laurussia大陆的形成以及Iapetus和Rheic大洋的闭合对其古地理分布具有显著影响;自石炭纪开始,Psammichnites和Dictyodora均向新的空白生态位进行迁移,反映出造迹生物对于新生态位的适应和迁移均受环境变迁的强烈影响;二叠纪之后,Psammichnites和Dictyodora在地层中没有发现,可能暗示它们的造迹生物均在二叠纪末生物大灭绝事件中遭受了毁灭性打击。上述对Psammichnites和Dictyodora行为习性演化特征及其生物古地理迁移特征的系统总结和归纳,可为从精细和精深角度深入解读遗迹化石所反映的遗迹类群的演化生态学和生物古地理迁移特征提供新资料和新认识。

中国东北部那丹哈达地体T-J界线地层中的放射虫生物组合(英文)

本研究系统描述了中国东北那丹哈达地体中三叠系顶部和侏罗系下部的放射虫动物群及其系统分类,包括5个放射虫生物群,建立了一个新属,10个新种,并报道了121个种级分类单元。通过与加拿大和日本的相关动物群进行比较研究,我们确定了所描述的放射虫生物群的年代归属分别为:晚三叠世诺利(Norian)晚期至瑞替(Rhaetian)早期,辛涅缪尔(Sinemurian)早、中期。

古生物学研究中的采样问题及多样性估计方法——以华夏正形贝动物群为例

传统的古生物学采样方法通常很少对同一化石层面展开进行,由此得到的多样性信息往往难以反映化石组合的真实情况。通过观察稀疏化曲线平缓程度来判断化石采样是否充分的经验方法并不严谨。本文在介绍古生物化石采样方法的基础上,提出采样是否充分的本质是采样获得的多样性与所属化石群落潜在多样性之间的接近程度。借鉴现代生物学中的多样性估计方法,以华夏正形贝腕足动物群为例,本研究采用EstimateS软件,定量估计4个化石点的潜在多样性;探讨客观判断采样充分的方法,同时通过曲线拟合法预测达到特定多样性可能需要的样本数量,为二次研究提供重要信息。该多样性估计方法是古生物研究中一个较新的领域,在多样性对比及特定化石群的多样性评估中均有较好应用前景。为得到更全面的多样性信息,文章建议相关研究在使用稀疏化的同时辅以多样性估计方法。

浅谈大数据语境下的古生物学研究

近半个世纪以来,基于数据的古生物学研究日益占据重要位置。当下的科学研究进入大数据时代已得到公认,虽然囿于总体上非实验性学科的特点,古生物学数据产出速度有限,目前尚难符合大数据的多数基本特征,但大数据时代及相关理念显然对古生物学研究产生了积极效应,比如近年来古生物学数据产出的多元化,数学方法与模型的复杂化均与之密不可分。本文主要基于作者研究经验,浅议了古生物学定量化研究历史三个阶段,同时考虑古生物不同门类数据的相通性,在大数据语境下将古生物学数据分为结构型、半结构型与非结构型,并简介了基本研究方法。在讨论了定量古生物学与分析古生物学两大研究视角的异同后,基于古生物学代表期刊最新论文的小样本抽样,本文强调了分析古生物学的研究思路与统计模型较传统统计方法的优势。近年来古生物学展示了数据驱动型研究的特点,未来可能需要同时重视模型驱动的研究视角,将自上而下问题导向的模型设计与自下而上基于数据的收集分析相结合,以保证古生物学数据研究的可持续发展。此外,古生物学不是数据密集型科学,未来将之与地学其他领域的数据有机整合,会促成古生物学在学科交叉方向的深入。最后,统计学领域最新的倡议同样需要古生物学者重视,对统计模型的选择与对数据的解读需要考虑系统的复杂性与多解性,统计显著性相关的因果规律识别尤其需要慎重。

定量古生物学及重要名词释义

定量方法在古生物学研究中的应用由来已久。经过一个半世纪的逐步发展,尤其是上世纪七十年代随着计算机技术的快速普及,各种数学理论及方法很快应用于化石的形态、分类、分布和演化过程等领域的研究,并演变出许多重要的交叉学科和新的研究方向。笔者等初步总结了中国定量古生物学近四十年的发展历史,并对当前定量古生物学的一些重要名词进行释义,以便中国同行对定量古生物学这一学科的概念、理论、方法和手段等获得较为全面的概要认识。

同步辐射X射线相衬显微CT在古生物学中的应用

X射线无损成像技术在古生物化石标本研究领域中应用十分广泛.近几年来,随着技术的不断革新,同步辐射X射线相衬显微断层成像技术(SRX-PCμ-CT)也被引入到这一领域.由于同步辐射光源产生的硬X射线具有高亮度、高准直性和高空间相干性等优点,可以实现化石标本高分辨率(亚微米级)的无损三维显微成像,给古生物学的发展带来了新的机遇.文章简要回顾了用于古生物化石标本无损成像技术的发展历程,并在此基础上综述了同步辐射X射线断层显微成像技术在古生物学领域的应用现状和前景.

定量古生物学软件PAST及其常用功能

近半个世纪以来,古生物学涉及越来越复杂的现象与过程,难以用传统的经验科学方法来解决。伴随着相关研究引入日益增多的定量分析,古生物学逐渐成为一门可定量分析的科学。作为最早的古生物学专用的免费统计软件包,PAST功能全面、易于使用,并在过去十几年中发展迅速,目前已在相关软件中占据重要地位。本文在简单介绍该软件基本操作方法的基础上,结合古生物学应用案例,解读最常用到的几类"常规统计分析"与"多元统计分析"的使用;同时,针对古生物学相关领域中的"多样性、丰度及居群结构","形态学"和"生物地层学"问题,给出具体分析实例。在相关案例的分析介绍中,详细梳理用PAST实现这些分析的具体步骤,因而具有较好的实用参考价值。受篇幅所限,文章对软件中其他不常用但相对重要的9个模块只进行简要介绍,以供读者在偶尔涉及该类分析时参考。PAST软件不仅功能强大,而且能够针对古生物学及地层学浮现出来的最新前沿问题不断进行调整、更新,值得在古生物学界推广使用。

黔南上司地区石炭系有孔虫:兼论华南维宪阶有孔虫生物地层序列

石炭纪时期有孔虫具有演化快、分布广、数量丰富、分异度高的特点,对于地层的划分对比具有极为重要的意义。与全球其他重要的石炭纪沉积区相比,华南有孔虫生物地层划分精度相对较低。本文首次较为系统地报道了华南石炭系代表性岩石地层单位旧司组和上司组下部丰富的有孔虫化石及其在剖面上的分布情况,并综合现有关于华南的有孔虫化石资料,将华南维宪阶划分为7个有孔虫化石带,自下而上分别为Eoparastaffella simplex带、Viseidiscus/Planoarchaediscus带、Paraarchaediscus带、Pojarkovella nibelis带、Koskinotextularia带、Bradyina带和Janischewskina带。这些有孔虫带可与全球其他典型的石炭纪沉积区进行很好的对比,从而为相关的研究提供一个较为精细的地层格架。通过对黔南上司地区有孔虫的研究,提议中国石炭系区域性年代地层单位上司阶底界可用有孔虫Bradyina的首现定义,并将上司阶与西欧的Warnantian亚阶中上部和俄罗斯的Aleksinian亚阶—Venevian亚阶对比,对应国际维宪阶上部,为全球石炭系年代地层对比提供了可靠的化石依据。

贵州中寒武世凯里生物群双刺吐卓虫(Tuzoia bispinosa)个体发育的研究

大型双瓣壳节肢动物是凯里生物群中重要组成部分,其中吐卓虫属(Tuzoia)最为常见,化石标本达200多件。吐卓虫常见于全球早、中寒武世地层,地理分布广泛,在地层对比和古环境研究中具有重要意义。文章运用数理统计和对比研究的方法,详细检测130多块双刺吐卓虫(Tuzoia bispinosa Yuan and Zhao,1999)化石标本,发现明显可分为幼年期、青年期和成年期3个不同的生长发育阶段。文中探讨双刺吐卓虫的个体发育,确认先前建立的凯里生物群中Tuzoia的2个种:Tuzoia bispinosa和T.magna,应为Tuzoia bispinosa一种。

三峡地区埃迪卡拉纪石板滩生物群定量古生物学和生态空间分析

埃迪卡拉化石组成了全球埃迪卡拉纪地层中最具代表性的大型软躯体生物群落。根据其时代、化石种类以及岩性等,埃迪卡拉化石被划分为阿瓦隆、白海、纳玛三个不同组合。产自我国三峡地区埃迪卡拉纪晚期的石板滩生物群是为数不多保存在海相碳酸盐岩中的埃迪卡拉化石生物群。本文利用多元统计分析和网络分析等定量古生物方法划分出四个化石组合,检验并探讨了石板滩生物群所属的组合类型,以及初步探讨了石板滩生物群的生态空间利用情况。聚类分析和网络分析的结果,均倾向于将石板滩生物群划归于纳玛组合。然而在非度量性多维标度变换(NMDS)分析中,石板滩生物群因其化石属种组成的独特性和复杂性,离其他典型的纳玛组合化石产地的点位相距较远。石板滩生物群的生活方式以底栖固着和底栖移动类型为主,其独有的实体化石和丰富、复杂的遗迹化石属种,拓展了人们关于该时期生物对生态空间利用的认识。从生态空间利用的角度来看,石板滩生物群要远高于阿瓦隆组合,接近甚至略高于典型的纳玛组合和白海组合。

松属植物地质历史及生物地理演变

松属(Pinus L.)约113种,是松科现代属中最原始的类群。松属植物种类丰富且研究领域广泛,对其已经积累的资料数据进行系统梳理总结十分必要。本文通过总结国内外松属大化石资料,结合分子系统发育、地质背景和地理隔离事件讨论了其地史分布及植物地理学意义;该属化石在早白垩世至全新世地层中均有记录。化石证据表明松属很可能在早白垩世(之前)起源于西欧地区,从这一起源地通过北大西洋陆桥扩散到北美洲东部,而东亚的类群可能是从北美洲西部经过白令陆桥散布的。在晚白垩世分化出双维管束松亚属Subgenus Pinus L.及单维管束松亚属Subgenus Strobus(D.Don)Lemmon,前者更接近祖先类群。古新世由于全球显著增温以及白垩纪末期大灭绝等地质事件的影响使松属数量急剧减少,在晚始新世至中新世时期随着气温转凉转冷再次分化扩散,中新世达到其发展高峰且分布面貌与现代类群近似。松属多样性时空历史可能和新生代气候变迁及晚新生代构造运动塑造的山地隆升等环境变化紧密相关。

浅谈网络分析法及其在古生物学中的应用

网络分析作为一种新的数据可视化途径和定量方法,能简化复杂系统而发现元素间的关系模式。它在定量社会科学、计算机科学与机器学习等领域均有众多应用实例。近年来,在古生物学,特别是古生物地理学相关研究中逐渐受到关注。本文介绍了网络的基本构成、常见网络类型及其数据储存方式、以及网络分析中的重要参数及其定义,同时给出了两种实现网络分析的方法及相关工具,即Gephi软件与R语言平台。通过分析比较两种方法的步骤及结果,发现Gephi虽成图简洁美观,但算法功能有限,且无法完成成图前的数据处理以及成图后的多元分析,因而最终推荐使用R语言编程进行网络分析。本文以奥陶纪末大灭绝后复苏期全球腕足动物数据为例,详细展现了利用R语言及其应用包"igraph"编程进行网络分析的过程,并实现了古生物地理学数据资料的处理以及网络分析图件的绘制。希望对即将接触此类工具的古生物学科研人员在进行网络分析时提供借鉴与参考。