多学科交叉新秀:古生物信息学的兴起与发展

古生物学的研究对象为“死”的化石,如何将死的化石以“活”的形式展示给大众历来是古生物学研究的难点与热点之一。古生物信息学是西北大学地质学系刘建妮教授首次提出的全新概念,它是古生物学、信息学、数学、生物学及艺术等多学科的交叉融合所产生的新学科,主要致力于挖掘古生物之间或者古生物与现生生物之间的谱系演化关系,对古生物进行三维检索、三维重建及艺术展示等研究方向。该文介绍了该团队近年来在古生物化石资源电子化平台、古生物谱系分析和古生物化石图像检索及三维重建的研究成果,展示了古生物信息可视化技术及其相关科普产品研发。最后展望了古生物信息学的发展前景,指出它必将是21世纪自然科学的核心领域之一。

四川盆地西部泥盆纪—石炭纪古坳陷存在的新证据及其油气地质意义

德阳—绵阳古生代坳陷是近年来四川盆地海相碳酸盐岩油气勘探领域的重要发现,但目前对坳陷内是否充填泥盆系—石炭系还存在较大的争议。为此,基于大量野外露头、钻井和地震资料,开展了德阳—绵阳坳陷沉积古地貌分析、岩性—生物地层对比和高分辨率地震精细引层,分析了古坳陷的地层接触关系、厚度变化规律和区域构造背景,恢复了古坳陷的演化过程,讨论了其形成的构造动力学背景,最后结合古坳陷的含油气地质条件分析,探讨了其油气地质意义和勘探价值。研究结果表明:①德阳—绵阳坳陷发育泥盆系—石炭系,其新证据包括:德阳—绵阳坳陷古地貌位置低于上覆泥盆系—石炭系的天井山古隆起,具有接受泥盆系—石炭系的可能;坳陷内二叠系下伏地层顶部具有典型的石炭系岩电特征,并产出晚石炭世䗴类化石;双鱼石地区向德阳—绵阳地区进行泥盆系—石炭系引层,可以识别出上超、削截等终止单元,并明确了古坳陷的边界。②古坳陷形成于加里东期华南板块与冈瓦纳大陆汇聚导致的区域挤压环境,海西期古特提斯洋和勉略洋扩张造成的拉张环境对古坳陷形态影响较小,但导致了四川盆地西部整体向西的加速沉降。③古坳陷位于寒武系优质烃源生烃中心和志留系烃源岩之上,烃源条件好;区内发育台内礁滩规模储层,储层条件好;兼具下二叠统梁山组致密泥岩直接盖层和三叠系膏盐岩间接盖层,盖层条件好,并发育大型地层—岩性圈闭,圈闭条件好。结论认为,德阳—绵阳地区泥盆纪—石炭纪古坳陷的发现进一步展示了该坳陷具有成为四川盆地海相油气勘探新区新领域的巨大潜力。

海拉尔盆地早白垩世孢粉古气候特征

孢粉数据指示:早白垩世铜钵庙组下部沉积时期植被类型是针叶林、草丛,属于湿润的暖温带气候;铜钵庙组上部沉积时期植被类型是草原、灌木丛,属于湿润的南亚热带气候。早白垩世南屯组沉积时期植被类型是针叶林,属于半湿润的暖温带气候。早白垩世大磨拐河组一段沉积时期植被类型是针叶混交林,属于湿润的暖温带气候;大磨拐河组二段沉积时期植被类型是草原、疏林,属于湿润的北亚热带气候。早白垩世伊敏组一段沉积时期植被类型是针叶混交林、灌草丛,属于湿润的南亚热带气候,伊敏组二段沉积时期植被类型是针叶林、灌草丛,属于湿润的南亚热带气候,伊敏组三段中下部沉积时期植被类型是针叶林、灌木丛,属湿润的热带气候,伊敏组三段上部沉积时期植被类型是针叶混交林、灌木丛,属于湿润的热带气候。上述各组段的孢粉古植被和古气候特征可作为海拉尔盆地地层对比的新标志。

浙江长兴更新世红土中的分子化石及其古环境意义

利用 GC/MS从浙江长兴更新世红土中检测出种类繁多但含量甚微的分子化石 ,主要包括正构烷烃、长链三环萜、五环三萜、一元正脂肪酸、正脂肪醇、正烷基 - 2 -酮等系列。红土中的这些分子化石 ,特别是正构烷烃的特征表明本区的红土是在多水的环境下形成的 ,并且其上发育了以草本植物为主的高等植被。三环萜烷与三萜烷比值 (C2 3 /C3 0 )随地层的变化与红土网纹化程度密切相关 。

塔里木盆地轮古地区奥陶系碳酸盐岩储层特征及表征技术

在古岩溶标志识别和成因分析基础上,综合利用残厚法、印模法和趋势面法等技术手段,对轮古地区奥陶系古岩溶地貌进行了恢复,共划分出4个二级平面岩溶地貌单元和4个垂向岩溶分带,并对细分的古岩溶地貌分区内的岩溶地貌及储层发育特征进行了剖析。研究认为:不同岩溶带普遍发育裂缝、孔洞和洞穴,但在不同岩溶地貌分区内储集类型具有明显的差异性;表层岩溶带以裂缝孔洞型、裂缝型储层为主,横向叠合连片展布;垂直岩溶带以孔洞型、垂直洞穴型储层为主,纵向连通性较好;径流岩溶带以孔洞型、水平洞穴型储层为主,横向连通性好。

利用油包裹体丰度识别古油藏和限定成藏方式

储集层中残留烃类数量指示了它在地质历史中的古含油饱和度,它包括赋存于孔隙和裂隙之中的烃类和胶结物中的烃类流体包裹体,目前采用的分析技术有储层可溶烃数量和成分(抽提、TLC-FID、HPLC、ROCK-EVAL),油包裹体丰度(含油包裹体颗粒指数GOI,荧光颗粒定量QGF)、储层固体沥青数量(SBI)与流体包裹体地层学(FIS)。利用油包裹体丰度可识别古油藏,判识古油水界面(POWC),寻找再运移石油,确定天然气或凝析气藏早期是否有石油充注事件,识别次生油藏,寻找下伏油藏,限定油气充注模式。本文以塔里木盆地牙哈凝析气气藏与英南2气藏为例,展示了如何利用油包裹体丰度识别古油藏和限定成藏方式。

保护古生物化石法律制度建设探讨

古生物化石及其产地 ,是地质环境、地质遗迹的重要组成部分 ,对之进行保护意义重大。但是由于我国有关保护古生物化石的法律法规相对滞后 ,对盗挖盗卖古生物化石、破坏地质遗迹的行为打击力度不够 ,许多珍贵的古生物化石、地质遗迹遭到破坏。因此 ,应该从立法、行政等方面采取措施 ,加强对古生物化石及其产地的保护。

古油层识别技术及其在石油勘探中的应用

古油层识别技术主要分为三方面:一是高孔隙度和渗透率层段识别,二是残留烃数量分析,三是盆地流体历史模拟技术。含油包裹体颗粒指数和荧光颗粒定量技术分别采用显微岩石学和激光扫描分析方法,确定储集层中油包裹体的丰度,而储集层中油包裹体丰度反映它在地质历史中古含油饱和度。油层的含油包裹体颗粒指数值大于5%,并至少有一部分样品大于10%,水层的含油包裹体颗粒指数值小于1%。一些油层中含油包裹体颗粒指数高值缺乏指示了快速成藏或浅部成藏。在石油运移通道层段,含油包裹体颗粒指数值主体值为1%～5%,但这些层段在垂向上仅局部分布。含油包裹体颗粒指数和荧光颗粒定量技术可用于识别古油层,判识古油水界面,寻找再运移石油,确定天然气或凝析气藏早期是否存在早期石油充注事件,识别次生油藏,寻找下伏油藏,限定油气充注模式。

湖南慈利灯影组古油藏的发现及意义

湖南慈利南山坪乡上震旦统灯影组古油藏形成于晚志留世一早泥盆世时期，主要储集空间为灯影组白云岩因溶蚀作用形成的溶孔、溶洞和裂缝。晚侏罗世一早白垩世的燕山运动使其上覆盖层抬升、剥蚀，从而使其彻底破坏。该古油气藏的发现说明了湘鄂西坳陷具有与四川威远气田相似的生油及成藏过程，其主要区别在于威远气田后期受燕山运动的影响较小，而慈利古油气藏后期盖层破坏较大。因此，在湘鄂西地区，若能寻找到好的盖层和圈闭，有望发现类似而又未被破坏的南山坪上震旦统灯影组天然气藏。

四川剑门关侏罗——白垩系红层分子化石的古环境和古气候意义

利用气相色谱 -质谱仪从四川剑门关侏罗—白垩系红层中检测出包括正构烷烃、类异戊二烯烃、长链三环萜、藿烷及甾烷等系列分子化石 .分析了这些分子化石的分布特征及其来源 ,利用分子化石的多项参数 (如w (C-2 1) /w (C+2 2 ) ,w (Pr) /w (Ph) ,w (Pr) /w (nC17) ,w(Ph) /w(nC18) ,伽马蜡烷指数、甾烷等 )对沉积环境的盐度、氧化 -还原条件、陆相标志等方面作了探讨 .这些分子化石参数证实在中侏罗世—早白垩世 ,剑门关一带的沉积环境应为低盐度淡水、弱氧化的陆相沉积环境 .所研究的陆相样品高碳数正构烷烃均以与木本植物有关的C2 7,C2 9为主峰 ,未出现草本植物的C31主峰 ,反映了研究区总体格局是一种以木本植物占绝对优势、温暖湿润的气候环境 ,与红盆发育的气候条件吻合 ,充分体现了分子化石在恢复古环境。

导致古森林沉没于海的福建深沪湾古地震研究

福建深沪湾海底古森林是强古地震遗迹。研究结果表明 ,全新世早期该处海底古森林生长在由松散的晚更新世含砾砂粘土构成的低凹洼地内。距今 70 0 0a左右的强古地震导致古森林沉没于海并形成泻湖环境 ,约距今 2 0 0 0a的又一次强古地震使海底古森林沉没到更深的海底 ,推测这两次古地震的震级都超过 7级。

辽东湾LDD7孔晚更新世以来的沉积层序与古环境演化

对取自渤海辽东湾中部LDD7孔的300个沉积物样品进行了微体古生物分析,对196个样品进行了粒度分析,并选取8个层位的底栖有孔虫混合种进行了AMS^14C测年,利用线形插值方法建立了该孔的年代地层框架。研究结果表明：自晚更新以来辽东湾中部保持了相对连续的沉积序列,LDD7孔记录了该区约60.85cal.kaBP以来的沉积环境演化过程。根据垂向上微体化石组合和岩性的变化,将全长50.1m的沉积物柱状样划分为9个沉积单元,分别代表晚更新世冰期旋回中随着海平面的变化,辽东湾中部区域在不同阶段分别处于海相、陆相或海陆过渡相沉积环境;LDD7孔中共识别出两次主要的海侵过程,分别对应着渤海中部Bc-1孔所记录的献县海侵与黄骅海侵;此次测年结果进一步明确了辽东湾中部两次海侵持续的确切时间,分别是45.84～27.66cal.kaBP和10.64～0cal.kaBP。此外,几个相关岩心的年代框架计算结果表明,献县海侵过程中辽东湾南部沉积速率低于中部,而献县海侵之后辽东湾南部的沉降总量和平均沉积速率都明显高于中部。

如何利用化石植物定量研究古海拔？

古海拔问题是当前古植物学与古环境研究领域中的难点之一,属于化石植物生物学与地球科学和环境科学相互交叉、相互渗透的前沿性研究。定量研究古海拔的变化对阐述诸如青藏高原抬升历史等重大科学问题具有十分重要的意义。应用生物学的思想和方法,利用化石植物研究地质历史时期古海拔的变化是当前研究的一个热点。化石植物既是研究地质历史时期植被演替的直接证据,又是研究古海拔变化的珍贵材料。本文简述了利用化石植物定量研究古海拔的3类主要方法,即最近亲缘种分析、共存因子分析和叶相分析的基本原理和实际应用,侧重分析中国地区(如西藏南部南木林盆地)古海拔的研究进展和存在问题,并结合近年来的研究实践展望了将来的工作。

川中地区龙王庙组洞穴充填物特征及油气地质意义

依据洞穴充填物岩性、孢粉化石、主元素、痕量元素和稀土元素特征分析,结合区域构造演化资料,探讨了川中下寒武统龙王庙组大型洞穴的形成时期和充填过程。洞穴充填泥中孢粉化石时代为石炭纪—早白垩世,泥质岩具有高B含量、低Sr/Ba、稀土元素配分模式差别大的元素地化特征。认为龙王庙组洞穴主要形成于石炭纪—早二叠世古隆起大规模隆升暴露期,为风化壳喀斯特作用和顺层喀斯特作用叠加形成的,并经历了石炭纪—早二叠世的沉积充填和潜流携带古隆起高部位物质充填,及中生代—新生代构造活动期地表水携带溶解残余物沿断裂下渗充填过程。邻近龙王庙组尖灭线,受石炭纪—早二叠世风化壳喀斯特作用和顺层喀斯特作用影响的颗粒滩发育带为川中龙王庙组储层发育最有利地区。

从植物化石叶片中获取古大气CO_2浓度的信息

近几十年来,由于全球变暖所引起的温室气候变化越来越引起人们的关注。科学研究显示,大气中不断上升的CO2浓度是导致气候变暖的主要因素,因而认识和揭示大气CO2浓度与气候变化之间的关系已成为当今科学界研究的热点之一。研究表明,地质历史时期也存在类似的温室气候与全球变暖现象。古生物学家通过对植物化石叶片的研究,成功地获取了地质历史时期古大气CO2浓度变化的信息,因而这一方法日益受到科学界的重视,被认为是从地质记录中获取古大气CO2浓度的最有效途径之一。

古生物化石管理创新关键因素研究

我国古生物化石分布地域广、蕴藏量丰富、门类齐全。针对化石的特殊性和目前管理中存在的问题,使用层次分析法(AHP)定量地构建了古生物化石管理创新评价指标体系,分为立法、体制、人员和市场4个二级指标及相关的14个三级指标,通过对各因素准确的两两比较,建立判断矩阵并计算相应的权重,一致性检验表明该模型成立。从而确定了古生物化石管理创新中优先考虑的关键因素,为古生物化石管理创新的方向提供一定的参考意见。

被子植物叶片化石分散角质层在恢复古环境中的应用

部分植物角质层在漫长的地质演化过程中能完好地将角质膜本身及其下面表皮层的结构保存在岩石中,通过电子显微镜扫描,清晰地看到植物化石表面角质膜的立体细微结构和表皮层的许多结构特征。将这些特征和现代植物的表皮结构进行类比,恢复重建古环境。

恢复地史时期大气CO_2浓度的新指标:苔藓植物化石

在中国已知最好的苔藓植物化石产地之一河北蔚县,采集了大量中侏罗世的苔藓植物化石,选取了3种保存较好的数十块苔类植物化石进行实验室分析处理,测定了它们的碳同位素组成,并计算出Δ13C,运用国际学术界古大气CO2浓度的最新研究成果,即通过地质学、植物学、植物生理学、地球化学和概率统计学的多学科交叉研究,利用苔藓植物化石有机碳同位素判别这一全新指标和重建古大气二氧化碳的模型——BRYOCARB,恢复出中侏罗世的古大气CO2浓度约为705(BRYO-CARBNP)或566(BRYOCARBP)μmol/mol,结果表明苔藓植物化石是恢复地质历史时期大气CO2浓度变化的有效新指标.

北山霍勒扎德盖石炭系扫子山组岩石地层及古孢子化石特征

甘肃北山北部霍勒扎德盖地区,分布着一套火山—沉积地层,对其进行岩石地层、区域对比及地层年代等方面的研究,划归扫子山组,并依据组内岩性差异划分为4个岩性段。该组的确定对研究哈萨克斯坦板块南缘地质演化历史有重要意义。

日本中部地区上新世到更新世过渡时期的气候演变：来自水杉叶片化石稳定碳同位素及其形态性状的证据

晚上新世至更新世是地质历史时期中十分重要的阶段,2.7Ma之后北半球由温暖湿润的气候进入冰期,水杉叶片化石稳定碳同位素值、叶片面积和叶片长宽比在地质历史时期的变化可以推测该时期内环境的变化趋势、探索植物对环境变化的响应.本研究选取日本中部地区的5个化石点（泉南郡、八王子市、东近江市、十日町市和生驹市）的水杉叶片化石（3.00～0.95Ma）材料.这些化石点的化石叶片稳定碳同位素值在八王子市（2.6～2.7Ma,晚上新世）出现最低值（-29.05‰±0.15‰）,明显低于其他化石点材料的稳定碳同位素值,并且在此期间化石叶片的面积为7.45±1.31mm2,大于其他时期;同时,叶片的长宽比较大,为4.22±0.67.这些结果相互印证共同指示出,上新世与更新世交界时期存在一个间冰期;之后,气候逐渐变冷变于.并且本研究结果与日本古植物群落演替得出的结论相一致.