类分布与环境因素分析

1.相关性分析

前面已指出类动物群与沉积环境之间存在着密切的关系，本书首先对影响其分布的环境因素进行了分析和探讨。据相关系数矩阵（表3-3），计算出各类生物群与反映古环境指示的主要岩石组分相关系数表及直方图（表3-4，图3-1），相关系数的大小可反映出沉积环境中的某些因素与类本身关系的疏密程度。

表3-3　各生物群（剖面）岩石组分相关矩阵（Proximity Matrix）

续表3-3

表3-4　类与有关岩石参数的相关性

根据相关性分析原理，将正相关中系数较大的组分代表的环境意义视为与生物共生最有利的环境因子，呈负相关的组分则代表不利于与生物共生的环境因子（王超等，2004）。为验证图3-1，在此基础上对薄片中类大于1%的薄片重新进行相同方法的投图，除样品较少的ZC剖面外，其余样本直方图（未标出）特征与图3-1基本相同。与上节相同的是，本书更多考虑相互对比性，即曲线的表现形式，而不具体讨论值的大小。

图3-1类与有关岩石参数的相关性图
SG：PN组合；MA＋GG＋GR：MS组合；GZ：Su组合；ZC：Pa组合

表3-3及图3-1的研究表明，类的沉积环境同非生物组分关系密切，主要表现为与亮晶和砂屑呈负相关性，尽管GZ剖面和ZC剖面亮晶相关值为零，这与其镜下未见或极少见亮晶成分是一致的，相反与泥晶多表现为正相关性，仅SG剖面是负相关。关于类与非生物组分的关系，Pa组合和Su组合表现出更适于相对低能的环境，这与其所在的岩层反映出深水的岛间洼地相或浅水陆棚相是一致的。然而对于台地相MS组合和PN组合则较复杂些，前文分析表明，其生态环境为高能、清水、畅通性好的浅水环境，同时我们注意到在岩石薄片中亮晶或砂屑过高的层位，类相对较少，在生物屑或砂屑泥晶灰岩等层位类含量相对较多。结合岩石类型及图3-1，可以认为在水动力能量过高、水体过浅的层位中并不适宜类生长，这也能很好地解释在火山岛开阔台地相之上的岛缘台地边缘浅滩或生物礁相中极少见到类的原因。反之在水体能量较低的沉积环境中，泥晶过高且缺少亮晶的层位，生物属种（如Pa组合和Su组合）则显得过于单调。综合讨论表明，最适宜类生长的应为中等能量、清水、畅通性好的生态环境。

生物组分在各个生物群中与类表现呈负相关的为双壳类及棘皮类，反映出二者与类化石的生态环境共生性小。双壳类碎屑指示一种相对水动力的强弱，含量高则水动力强，同样的，腕足类总体上也表现出负相关，尽管相关性弱，这些负相关性可能与产类的化石多见于含泥晶灰岩层位、水动力能量不是很高有关。苔藓类在台地相中表现为相关性弱，而在相对静水的中低能环境中则表现相反，在岛间洼地相中与类正相关性强，在浅水陆棚相中呈负相关，前者样品相对较少，可比性差，而后者可能表明苔藓类更适于相对浅水的高能环境，苔藓类含量高的礁相环境也不利于类生长。而在相对低能深水环境，可能由于其未构成礁体，而利于类生长。与上述生物屑不同的是，藻类大多与类生态环境呈正相关，藻类在水动力较强、盐度正常的环境中形成的藻席适于类生存。Gallagher（1988）对爱尔兰下石炭统钙质有孔虫分布的制约因素研究表明，许多适宜于中高能浅水藻席相中的有孔虫，如Lituotubella，Gigasbia，Nevillella属和Palaeotextulariids，在苔藓类、棘皮类基质中并不适宜生存，这点与研究区的类生态环境相近。

在Pa组合中，尽管样本相对较少，但从总的趋势来看，大部分生物屑都与其表现为负相关。另外，岩石组分的其他类与类也呈明显的负相关。这里的其他类主要包括海绵骨针、碳质及微晶石英等，反映出一种深水、静水的沉积背景。这可能与该组合产于火山岛间，水流通畅性差相关，或者由于泥质含量较高的这种混水环境不适合其他门类生存，即使是类，也表现为相对单调的动物群面貌。

2.聚类分析

受火山-沉积环境因素的制约，不同类生物组合中生物、非生物组分的类型及含量具有不同的分布规律。本节在相关性研究的基础上，以R型聚类方法对各剖面不同岩石组分之间的相互关系进行研究，聚类分析结果通常以谱系分支图来表示，分析结果见图3-2。根据聚类的原理，距离系数越小的样本在聚类分支图上位置越相近，其相似性越大；反之，样本在分支图上的位置相距越远，相似性越小。

通过对各生物群岩石组分R型聚类分析，可识别出由相关性较大的岩石组分构成的因子团。在因子团内，各种参数间的相关性最大，表明有关岩石组分形成（生活）于相同或相近的沉积环境，而在各因子团间的相关性较小，表明不同因子团中的有关岩石组分形成（生活）的环境有较大的差异，因而前人多用因子团来解释微相（郑洪，1986；杨湘宁等，1997；施贵军等，1999），如图3-2的GZ剖面可以划分出3个因子团，代表3种微相。由于因子团内部形成环境的一致性，据此原理本书将其利用于类动物群与沉积环境因素的研究。

对各生物组合分析如下。

（1）MS组合：各种类的距离系数均较远，但这几种类与砂屑、藻类在同一因子团内，然后再与亮晶-苔藓因子团聚成一类，即MS组合中与类呈正相关的岩石组合为砂屑、藻类、苔藓和亮晶，其余因子则与其呈弱相关或负相关。与图3-1对比，生物组分差别不大，而非生物组分则相反。

（2）Pa组合：苔藓与类组成一个因子团，表明二者相关性最大，其余正相关的有泥晶、棘皮类，负相关或弱相关的有藻类、有孔虫、介形虫、砂屑、双壳、其他类。与图3-1对比，棘皮和腕足类表现相反，如果将相关系数的绝对值小于0.2视为相关性弱，则仅有棘皮类不一致。

（3）PN组合：与类正相关的参数有藻类、有孔虫、介形虫、双壳、腕足、泥晶，其中藻类、有孔虫与透镜形、腕足类与球形各组成因子团；负相关或弱相关的有亮晶、棘皮、苔藓、砂屑、其他类，同样，如果忽略相关系数的绝对值小于0.2后，仅有泥晶不一致。

（4）Su组合：与类正相关的参数有藻类、有孔虫、介形虫、泥晶，前二者与类相关性大，与类呈负相关或弱相关的有砂屑、双壳、棘皮、苔藓、腕足，忽略相关系数的绝对值小于0.2后，与图3-1一致。

3.因子分析

图3-2　各生物组合（剖面）岩石组分的R型聚类分析图

为了进一步揭示影响类动物群沉积的主要环境因素特征，本书对各剖面原始参数相关矩阵进行了主因子分析，计算出一系列主因子轴的初始因子系数矩阵。由于PN组合（SG剖面）和MS组合（MA＋GG＋GR剖面）相关数据多，选用6个主因子轴包括所有初始因子所代表的约90%的环境特征，而Su组合（GZ剖面）与Pa组合（ZC剖面）数据相对较少，仅分别有3个和2个主因子轴。通过各生物组合中初始因子对各主因子轴的贡献值，贡献值越大则其对主因子轴的影响越大，反之则较小，各主因子轴的环境意义由贡献值最大的若干初始因子决定。本书主要研究与类关系较为密切或正相关的因子团。图3-3所选择的4个因子分析图可指示出各参数与类的相关性。

图3-3　各生物组合R型因子分析散点图
注：圆点为图3-2中与类未聚成一类的岩石组分，方点为图3-2中与类聚成一类的岩石组分。

图3-3中所选择的主因子轴影响最大的初始因子贡献值绝对值均大于0.55。在由主因子轴构成的坐标系中，初始因子也具有成团分布的特点，如Pa组合中的藻类-介形虫-有孔虫、类-苔藓、砂屑-腕足分别构成因子团；Su组合中的棘皮-苔藓、藻类-有孔虫-纺锤形-介形虫因子团；PN组合中的球形-腕足、透镜形-藻类-有孔虫因子团；MS组合中的腕足-有孔虫、亮晶-苔藓因子团等。与图3-2对比，初始因子的分布规律与聚类分析产生的因子团大体吻合。

本书目的是确定与类相关性大的岩石组分，图3-3上圈定了与类距离较近的各因子，Pa组合及Su组合与类正相关性和负相关性的岩石组分较明显地分为两组，与聚类分析结果一致。MS组合也能较好地圈定类正相关区，但是与类相关性差的组分区分不如Pa组合与Su组合明显，MS组合与聚类分析结果也易于对比，纺锤形与其他因子相距较远，这点与聚类分析结果一致，泥晶在聚类分析中与类不在一组，但在因子分析图上却靠近类正相关区。PN组合则较为复杂，各岩石组分在所有因子分析散点图上都表现得较为松散，所圈定的类正相关区也较大，而且纺锤形类始终游离在外。尽管如此，仍大体可圈定出与透镜形、球形类正相关的因子团（虚线区），但纺锤形与介形虫组成的因子团则较远，这点与聚类分析一致。

4.判别分析

利用上述岩石组分值进行多变量判别分析，将4种生物组合所有层位投图和只含类层位分别投图，得到判别分析图3-4。图3-4A的第一判别轴均为纺锤形和球形类，第二判别轴上为泥晶及其他门类生物屑；图3-4B第一判别轴为类，第二判别轴上主要为藻类和生物屑。可见4种生物组合的分布中心在判别轴上相对独立，这种相对独立性在去掉不含类的样本后（图3-4B）更为明显，这4个中心揭示4个生物组合在沉积环境和生物组成上的差异，尤其是样本3和样本4偏离得更远。

由于样本1（PN组合）和样本2（MS组合）均为台地相型，二者在判别图上距离最近，样本较为密集，反映了类适宜浅水开阔的生态环境。样本3（Su组合）与前二者距离较近（图3-4A更明显），表明它们三者所需水动力或循环条件大体相当，但Su组合可能更适宜于能量略低的环境，这与前文所述沉积环境是一致的。样本4（Pa组合）距其他3种组合位置较远，样本虽少但特征明显，与前三者相比，表明形成于水能量最低、水循环相对较差的一种环境，生物群相对单调。

图3-4　各种生物组合在判别轴上的位置
A.各生物组合中所有样本；B.各生物组合中仅含类的样本；1.PN组合（SG剖面）；2.MS组合（MA＋GG＋GR剖面）；3.Su组合（GZ剖面）；4.Pa组合（ZC剖面）

数学统计的方法所完成的4张图（图3-1至图3-4）的对比表明，类的沉积环境同非生物组分的泥晶、亮晶和砂屑关系密切，但各种判别图解上也存在不一致之处，主要集中于MS组合上。从野外观察来看，图3-1与实际情况更相近，而在图3-3上，泥晶较为靠近类正相关区。从图3-4A上看，样本主要集中于第二判别轴0值附近，反映出一种适宜于中等能量的水动力环境。图3-2中也可以看出，虽然类与砂屑、亮晶呈正相关，但距离系数在20～25之间，显示出这种相关性相对较弱，同样，MS剖面上苔藓与亮晶形成1个因子团，反映出高能浅水环境，与类的正相关性弱。因此可以认为，在水动力能量过高、水体过浅的层位中并不适宜类生长。

上述分析研究表明，类最适宜的生态环境为火山岛上中等能量、清水、畅通性好的火山岛上或岛缘的台地相，但不适宜高砂屑、高亮晶的强动力环境，而相对局限、静水或较深水环境中并不适宜于类生存，即使有类的存在也表现得较为单调。