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。

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。

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。

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。

青藏高原及其邻区古生物学与地层学研究新进展——序言

专辑涉及近年来青藏高原及其邻区古生物学与地层学研究新进展,展现古生物学和地层学在揭示深时动、植物多样性、古生物地理变迁、古环境演变等领域的新应用。

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。

物种分布模型在古生物学研究中的应用

物种分布模型(Species distribution models,SDMs)是基于物种的生态位要求,通过将物种已知的分布数据和对应地区的环境数据联系起来,以预测该物种在不同时间和空间下的地理分布的一种数学工具。它为地史时期生物地理分布的重建、生物生态特征的分析及生物与地球环境协同演化研究等提供了一种新的途径。此方法具有研究精度高、预测效果好及应用广泛等优点,尤其适合开展高精度的古生物地理、古生态及生物宏演化等相关研究。文章着重介绍物种分布模型的基本原理及建模流程,在此基础上以笔石种Tang yagraptus typicus Mu作为建模实例进一步说明物种分布建模的详细步骤,最后概述此方法在古生物研究中的适用性及存在的问题。

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。

燕辽生物群叶肢介动物群组成和演化

中国北方著名中、晚侏罗世的燕辽生物群含有丰富的叶肢介动物群。早期燕辽生物群也称为道虎沟生物群,主要产出层位为海房沟组,含有三饰叶肢介动物群,主要分子包括:海房沟三饰叶肢介(Triglypta haifanggouensis)、滦平三饰叶肢介(T.luanpingensis)和平泉三饰叶肢介(T.pingquanensis)。晚期燕辽生物群又可称为玲珑塔生物群,主要产出层位为髫髻山组,含有丰富的叶肢介化石,主要分子包括:建昌三饰叶肢介(Triglypta jiancangensis)、玲珑塔辽西叶肢介(Liaoxiestheria linglongtaensis)、大西山玲珑塔叶肢介(Linglongtaestheria daxishanensis)和青龙玲珑塔叶肢介(Linglongtaestheria qinglongensis)。文中总结了北方雕饰叶肢介(Aquilonoglypta)、柴达木叶肢介(Qaidamestheria)和针孔叶肢介(Punctatestheria)的最新研究成果,支持将柴达木叶肢介、辽西叶肢介和玲珑塔叶肢介划归北方雕饰叶肢介科。同时,三饰叶肢介是由针孔叶肢介演化而来,与柴达木叶肢介并无直接演化关系。

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。

新疆轮南油田上奥陶统良里塔格组生物类群和古生态地层学

南疆塔里木板块北部轮南油田在上奥陶统良里塔格组沉积期显示大致由东向西加深的陆表海缓坡地貌,19口钻井岩芯灰岩中可鉴定出钙质微生物Renalcis、Girvanella、Wetheredella、Garwoodia、Phacelophyton yushanensis、Hedstroemia?和Halysis;钙藻类Vermiporella、Dasyporella、Plexavaria和Solenopora;后生动物类型含海绵、珊瑚、苔藓虫、三叶虫、腕足动物、棘皮动物、腹足类、介形类等。不同钻井之间的古生态地层单元对比显示生物礁和灰泥丘主要发育于轮南油田西部井区,而东部井区则多为台内碎屑滩相沉积;海底地貌差异,特别是向西水深加大可视为控制轮南油田良里塔格组生态组合展布的主要因素。

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。

埃迪卡拉纪晚期特有化石Shaanxilithes的埋藏学研究:来自华北克拉通和柴达木板块的化石材料

布尔吉斯页岩型宏观化石为我们探索早期生命演化以及古代海洋生态系统提供了重要窗口。然而,关于布尔吉斯页岩型化石库的埋藏学研究尚存在较大争议,特别是对于化石相关的黏土矿物成因及其在化石埋藏保存中的作用存在不同理解。鉴于此,本文通过微观岩石学和电子显微镜对产自我国北方的埃迪卡拉纪晚期非矿化管状化石Shaanxilithes开展化石埋藏学研究。研究显示,Shaanxilithes的保存方式与布尔吉斯页岩型埋藏方式较为相似,即化石可以呈与黏土矿物密切相关的碳质压膜形式保存。研究在一定程度上扩展了布尔吉斯页岩型宏观化石的岩相学分布,即Shaanxilithes化石可以保存在砂岩、粉砂岩、页岩和白云岩等多种类型的沉积岩中。同时,研究认为黏土矿物对于生物非矿化组织的保存起到了至关重要的作用,而这些黏土矿物在随后的成岩作用以及后期的风化作用中经历了一系列的动态转化过程。

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。

贵州交榜留茶坡组化石组合特征及其生物地层学和演化意义

埃迪卡拉纪—寒武纪之交见证了地球—生命系统不同圈层的重大变革,是复杂多细胞生物演化的重要转折期。华南是开展相关研究的主要区域之一,但前人工作主要集中在化石材料丰富的浅水台地相区,深水区生物组成面貌尚未得到充分认识。本研究对斜坡相区贵州交榜剖面的留茶坡组进行了详细研究,通过酸蚀和薄片观察发现了丰富的化石材料,包括:海绵骨针、软舌螺、可能的原牙形类(? Protohertzina sp.)和织金钉类(? Zhijinites sp.)、球形疑源类、Megathrix longus,及不同类型的多细胞藻类,亲缘关系未定的Poratusiramus sp.、球形化石和形态多样的丝状、片状化石等。该化石组合属于寒武纪纽芬兰世幸运期,其中的骨骼化石以海绵骨针为主。化石组合中既有与浅水区共有分子,也有深水区特有类群,丰富了斜坡相区的化石记录,具有潜在的地层对比和演化意义。

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。

华南石炭纪中期白云岩地层分布及其形成模式

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华南3个主要碳酸盐台地内白云岩的厚度及时代,识别出白云岩时空分布的差异性。结合石炭纪中期全球气候环境特征,认为冰期兴盛引发了全球海平面下降,导致华南各沉积盆地形成利于白云岩化的环境,白云岩得以发育。而白云岩时空分布的差异性可能与各沉积盆地独特的构造演化以及不同成岩模式有关。中下扬子碳酸盐岩台地白云岩的形成模式主要为萨勃哈模式和成岩早期浅埋藏的渗透回流模式,形成相对较薄的白云岩沉积;中南部和西南部碳酸盐岩台地白云岩的形成模式为渗透回流模式,成岩规模较大,沉积较厚。

中-晚奥陶世牙形石属Pygodus Lamont et Lindström和Periodon Hadding的形态演化及其生物地层学意义

本文系统梳理了中-晚奥陶世全球广泛分布的两个牙形石属Pygodus Lamontet Lindström,1957和Periodon Hadding, 1913已命名种的形态特征,清理出这两属目前的有效种,探讨了属内演化关系。认为Pygodus属的特征分子Pa分子表现出齿瘤小型化、密集化且齿瘤列数量先减少后增加的演化趋势, Pb分子表现出细齿密集化、增量化和倾斜化的趋势, S分子的细齿仅表现为密集化和增量化的趋势;Periodon属的特征分子Pa和Pb表现出前齿突上细齿逐步增量化的进化特征, M分子基部前缘细齿数量和S分子主齿与最大细齿间的小齿数量虽然也有增加的特点,但该特征并不稳定。实践上, Pygodus属Pa分子齿瘤列的数量和Periodon属Pa及Pb分子前齿突细齿的数量是这两属最重要的定种依据。基于此演化认识,对产自鄂尔多斯盆地西缘台地边缘相区棋探9井达瑞威尔阶顶部的牙形石开展了系统的分类学和生物地层学工作。在连续采集的15件样品中共获得527枚牙形石,鉴定后归入13属20种,以Pygodus和Periodon占绝对优势,可识别出2个生物带:Pygodusserra带和Pygodus anserinus带。此序列可用于检验归纳出的两属属内演化认识和前人据此建立的化石带、化石亚带及化石超带的全球可对比性。经对比,认为基于Pygodus建立的生物带和生物亚带具有区域和全球可对比性,但基于Periodon建立的生物超带穿时性明显。

安徽早三叠世巢湖动物群的研究进展:生物面貌、地层分布和古生态学意义

巢湖动物群主要分布在安徽巢湖及邻近地区下三叠统奥伦尼克阶南陵湖组中上段地层中,以保存大量完整且精美的巢湖龙化石为特点,伴生有鳍龙类、鱼龙形类、鱼类及多门类的海生无脊椎动物。巢湖动物群的研究始于20世纪70年代,近年来基于巢湖动物群中大量新材料的系统研究为二叠纪–三叠纪大灭绝发生之后三叠纪海洋生态系统的快速复苏过程提供了新的依据。本文梳理了巢湖动物群的地质背景、研究简史、生物组合特征、地层分布与时代特征、稳定同位素地球化学等方面取得的进展,并就其群落生态组成进行初步探讨。这项工作对建设巢湖动物群相关国家地质公园、开展科普教育工作、旅游开发等有着积极的意义。

内蒙古西部额济纳旗晚奥陶世生物地理和奥陶-志留系分界

通过最近对内蒙古额济纳旗东南珠斯楞海尔罕一带 (阿拉善地块 )奥陶 志留系界线地层和生物群的野外调查和室内研究 ,首次在上奥陶统上部巴丹吉林组中发现阿什极尔中期 (midAshgill)腕足动物化石巨大全嘴贝(HolorhynchusgiganteusKiaer) ,这是该属在我国奥陶系中的首次记录。根据未成年个体的切片所发现的腹壳顶端发育中隔板构造 ,修订该属定义 ,并证明研究小个体对识别物种特征、探讨个体发育和系统演化有重要意义。分析了全嘴贝属的群落生态、生物地理和演化意义后 ,发现它在奥陶纪末大灭绝过程中 ,因居群规模和分布范围极大地缩减 ,至今未发现其化石记录 ;但在志留纪初环境好转后继续存活 ,可暂视其为复活属。根据在拐子湖组近底部发现志留系最下部Akidograptusascensus带的重要分子NormalograptuslubricusChenetLin ,确定本区的奥陶 志留系分界。阿拉善地块因不发育Hirnantia动物群 ,表明奥陶纪末期它与扬子区、西藏、滇西等富含该动物群的地区属于不同的生物地理区系 ;在阿什极尔中期可能位于热带海域 ,与祁连山、中亚、乌拉尔等地有重要联系。文中描记H .giganteus种 ,评述正常笔石类 (normalograptid)的系统分类位置并描记N .lubricus种。