生态地层学的应用

生态地层学的应用_地层学基础与前沿

生态地层学是否具有生命力，最重要的是看其是否有研究、应用价值。生态地层学已在以下几个方面发挥重要作用。

14.4.1　在地层划分对比中的作用

生态地层学提高了地层划分对比的精度。地层划分和对比传统上是岩石地层学和生物地层学的任务，但地质工作发展到今天，已出现许多生物地层学和岩石地层学难以解决的问题。例如，从浅水台地到深海盆地，特别是占海洋沉积物总量70%以上的大陆边缘地区，不同沉积相具有不同的岩性，含有不同的化石组合。靠岩性特征差异来划分地层的岩石地层学和依靠生物属种的标准性、生物组合的分带性来划分对比地层的生物地层学，这时就不易发挥作用。而生态地层学则能解决异相地层的划分、对比问题。

在一些岩性单调或变化不大的地区，常可能发现其所含的生物群在纵、横两个方向上均有变化。这样，进行群落带的分析和研究可以提高岩石地层划分对比的精度，可将岩性大体一致的岩石地层按群落带划分为不同的单元，提高了地层划分的精度。

在已有一定生物地层工作基础的地区，尽管地层及年代格架已经建立，但其精确性仍达不到现代地质工作要求的精度。如据菊石、有孔虫和牙形石生物地层研究，黔西南的长兴阶目前一般仅分上、下两个亚阶，平均时限为1．25Ma左右，对于恢复该期海水进退规程及盆地演化仍嫌不足。但利用生态地层学来划分，则可划分出7个阶段，平均时限0．4Ma(林明月，殷鸿福，1991)。

同一盆地区的碳酸盐台地、边缘岩隆及斜坡、深海区的同时期沉积，虽建立了地层系统，因所含化石不同，难于进行直接而精确的地层对比。通过生态地层并综合其他方法，可精确地划分对比地层。如西秦岭早、中三叠世从台地到斜坡各相区，通过生态地层工作，可以划分出11个阶段，明显提高了划分和对比的精度(赖旭龙，1995)。

地层中遇到不标准的生物组合，如遗迹化石、藻类等，即使鉴定了一串名单，对地层划分仍不得要领。生态地层学对化石既考虑时代意义，也考虑环境意义。当标准性这个对比手段不能发挥作用时，可通过环境梯度分析来达到对比的目的。上述下扬子地区早三叠世同一盆地的几条剖面都在不同程度上根据环境同步变化(如海平面升降的近等时性)的原则进行了地层对比。

14.4.2　在恢复环境和盆地分析中的作用

盆地分析传统上是沉积学的任务，但因无机界对环境反应不够敏感，常常造成现象的多解性或解释的不确定性。反之，有机界对环境反应敏感且确定得多。如在地层中找到其中的生物并能对之进行生态分析，就可将貌似一统或混沌的沉积分解为具有明确环境含义的各部分。例如甘肃宕昌中三叠统Anisian阶300m厚的一大套灰岩，经过生态分析，便分解为包含一系列群落(亚群落)，由局限台地逐步发展到开阔台地生物滩的4个阶段(赖旭龙，1995)。

当前，对沉积物质单调、结构构造单一、成因标志不多的深海、半深海沉积及单一岩性的沉积研究比较薄弱，很难用单纯的沉积学的方式来进行盆地分析。但有时沉积虽单调，生物却可能丰富多样，许多生物门类丰度虽在浅海区最高，而分异度往往在外陆架及斜坡半深海区达到极盛，有些生物可栖息至深海。例如甘肃合作下三叠统山尕岭组为一套非常单调的板岩，由于超微化石、遗迹化石和双壳动物化石的发现，得以将其划分为从深海盆地到下斜坡的3个阶段(赖旭龙，1995)。因此，生态地层学方法可与沉积学、地层学方法相辅相成，成为盆地分析的重要手段。

近年来，以群落生态分析方法来恢复古环境及研究地质历史时期生物事件是国际生态地层学领域主要的研究方向。生态地层学的应用在时限上从古生代奥陶纪到新生代第四纪，研究的动物门类包括海洋无脊椎动物到脊椎动物，其中大化石包括腕足类(Chen et al．，2005;Hansen et al．，2006;Rasmussen et al．，2009)，双壳类(da Silva et al．，2010)，头足类(Oloriz et al．，2008．)，笔石(Cooper，2003)，棘皮动物(Bohaty et al．，2010)等，涉及群落分析的微体化石包括有孔虫(如:Nikitenko et al．，2013;Wilson，2012;Reolid et al．，2012;Olorize et al．，2012;Triantaphyllou et al．，2009)，颗石藻(Triantaphyllou et al．，2009)，沟鞭藻(Triantaphyllou et al．，2009)，孢粉(Singh et al．，2007)等。

还需指出的是，生态地层学及生物地层学在盆地分析中还有一个重要作用，就是它可以向盆地演化提供独一无二的时间格架。

生态地层学已经积累了一批群落分析的基础资料，并有一定的理论基础，如古群落的识别、建立和演化研究、理论及方法方面的研究等，从而已形成一门地层学的分支学科。它已经越过了萌芽和起步阶段，但尚未成为成熟的学科。它目前需在下列几个方面形成体系:

(1)生态地层的分类系统。Waterhouse(1976)、Kauffman(1976)、Boucot(1975，1978，1981，1982，1983)、殷鸿福等(1995)已经提出了生态地层分类的一些建议，但都有各自的不足且未获得公认。

(2)以群落反映环境的理论和方法。根据群落推论环境，目前还处在经验和定性的阶段，需要大量引入现代生态与环境关系的资料，如群落的时间和空间分布、群落中物种的分异度、丰度及随环境的梯度变化、群落的营养结构及群落动态－生产力、能量循环、效率、存活曲线等，需作将今论古的对比;并对古生态与古环境的对应关系进行系统研究，使之上升到理论和半定量—定量的阶段。2006年以来，殷鸿福等结合所承担的中石化前瞻性项目，通过多年的探索，利用生境型等4个生物学及地质、地球化学参数对我国海相碳酸盐岩的烃源岩进行半定量的评价进行了有益的探索(殷鸿福等，2011)。

(3)生态地层划分、对比以及配合其他学科重塑盆地演化的途径和方法。迄今运用较成功的方法是利用生态地层成果再造海平面升降旋回的群落对比方法(Cisne et al．，1978，1984)。在群落梯度—环境梯度—盆地分析这一途径中，还应有许多方法有待开发。

实现上述目标的办法是通过大量生态地层的实践，反复总结，使之经历时间的检验而趋于成熟。大量实践必须服务于环境恢复、盆地分析、矿产预测等实际课题，通过为生产服务而形成学科，是生态地层学发展的必由之路。

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关键词与主要知识点－14

生态地层学ecostratigraphy

群落community

生态系统ecosystem

生物圈biosphere

居(种)群population

个体individual

化石群落fossil community

古群落paleocommunity

有机体群落organism community

亚群落subcommunity

分类群落taxocene

生境型habitat type

生境habitat

平底底栖生物组合level bottom benthic assemblage

群落带community zone

亚群落带subcommunity zone

群落序列community sequence

生态体系域ecotract

生态地层格架ecostratigraphic framework

生态体系格架ecosystem framework

群落演替community succession

群落取代community replacement

环境梯度environmental gradient

种分异度species diversity

丰度abundance

相对丰度relative abundance

优势度dominance

优势分异度dominance diversity

均衡度equitability