生物相和生物古地理

■华南奥陶纪几丁虫生物地层、生物相和生物古地理

项目来源:国土资源部国际合作与科技司百人计划

起止时间:2004—2007年

项目负责:陈孝红

主要完成人:陈孝红，王传尚，张淼，李志宏

获奖情况:国土资源部科学技术二等奖

成果概况:几丁虫作为有机壳化石中的一个类群，在解决壳相和笔石相地层对比以及深水相和浅变质岩地层时代等方面具有重要意义，因而成为目前全球奥陶系和志留系年代地层单位界线层型剖面和点的研究中不可忽视的一个重要门类。继Paris（1992，1996）系统讨论了奥陶纪几丁虫演化发育特点及其分带和远距离对比问题之后，在CIMP和IGCP410项目的积极推动下，世界各国的几丁虫专家在过去几年中，以笔石或牙形石带为纽带，又进行了几丁虫多样性事件的广泛对比研究，从而为几丁虫作为全球奥陶系年代地层划分对比的依据提供了重要证据。但由于受客观地质条件的限制，国外在进行几丁虫生物带的建立或相关几丁虫的多样性特点讨论时，并没有很好地解决几丁虫生物带与笔石和牙形石生物带三者之间的相互关系，从而使几丁虫多样性特点在全球奥陶系内部年代地层划分与对比中的作用未能充分显示出来。另外，由于缺乏对不同生物地理区几丁虫高分辨率生物地层学的对比研究，几丁虫在全球奥陶系地层划分对比中的作用受到制约。我国奥陶纪几丁虫的研究在过去十几年中虽然取得了长足的进展，但在本项目开展之前尚存在以下不足:①几丁虫的研究范围局限而零散；②点上研究不细，缺乏对典型剖面高精度几丁虫生物地层的分带研究；③缺乏对同时异相高精度几丁虫生物带的对比研究；④对几丁虫多样性在年代地层学研究中的意义未予以足够的重视。为此，本项目旨在详细研究奥陶系内部道保湾阶（宁国阶或玉山阶）、大湾阶、艾家山阶和钱塘江阶底界界线层型（候选）剖面和与此相关的华南奥陶纪不同相区典型剖面界线地层的几丁虫多样性事件特点，及其与笔石、牙形石生物带的关系，具体如下:①以笔石或牙形石生物带为基础，建立或重新厘定我国奥陶系几丁虫生物地层序列，并进行全球对比；②在此基础上，与我国奥陶系年代地层界线研究相结合，指出上述每个年代地层单位底界线划分的几丁虫标志；③根据同期不同生物相（或生物地理区）几丁虫多样性事件以及几丁虫与相关笔石、牙形石带之间的关系，揭示全球不同生物地理区几丁虫带之间的精确对比，提高华南地区不同相区奥陶纪地层对比的精度。

“华南奥陶纪几丁虫生物地层、生物相和生物古地理”项目基于扬子地台及其南缘19条奥陶纪剖面，632件几丁虫样品的分析、分离，3 753枚几丁虫的扫描电镜观察、鉴定和分类描述，和在此基础上的综合研究，基本查明了上扬子及其南缘奥陶纪几丁虫的分布发育规律、组合特征、生物地层特点、多样性事件及其与古地理、古环境的关系。较好地完成了预期任务，并取得如下进展与成果。

（1）基于滇东、黔北、重庆城口、渝东、鄂西、浙江常山和湖南桃源等地19条奥陶系剖面几丁虫样品的系统采集、分析和研究，首次全面而系统地查明了扬子地区及其南缘奥陶纪不同相区地层中几丁虫的分布发育规律、组合特征和地层意义，在进一步丰富华南地区奥陶系分乡组、大湾组、五峰组、湄潭组和十字铺组以及红石崖组几丁虫化石材料的同时，填补了华南地区奥陶系大槽组、营盘组、风洞岗组、涧草沟组等部分层段几丁虫研究的空白，进一步提高了区内地层划分对比精度。

（2）系统开展了我国奥陶纪各年代地层单位底界界线层型（或典型）剖面几丁虫生物地层序列及其与笔石、牙形石带的精细对比研究。在精确确定各年代地层单位界线层型剖面上几丁虫地质延限及其与牙形石、笔石带关系的同时，进一步提高了我国奥陶系道保湾阶、大湾阶（大坪阶）等年代地层单位底界界线研究水平。其中有关宜昌地区中奥陶统大坪阶底界层型剖面几丁虫及其与笔石、牙形石带的研究成果为该剖面最终竞争成为大坪阶底界全球界线层型剖面发挥了重要作用。

（3）采用图形对比的方法，首次以宜昌黄花场剖面为基础，建立了华南地区包括湖北宜昌黄花场、陈家河，重庆酉阳黑水、王家寨、城口大塘口，贵州遵义湄潭和浙江常山黄泥塘等剖面在内的华南地区下/中奥陶统几丁虫复合地质延限剖面。在进一步确定所获几丁虫地质延限的同时，为利用几丁虫开展华南地区早/中奥陶世不同相区地层的对比提供了科学依据。

（4）在上述研究基础上，在华南地区下/中奥陶统和上奥陶统底部和中部识别出Lag‐enochitinadaobaowanensis带，Eremochitina baculata带，Euconochitina symmetrica带，Lagenochitina chongqingensis带和Clavachitina langei带Lagenochitina combazi带，Sagenachitina dapingensis带，Cyathochitina heishuiensis带，Armoricochitina granulifera带，Eisenachitina songtaoensis带，Acanthochitina barbata带等11个几丁虫生物带。指出了每个几丁虫生物带的地理分布、地质延限和组合特征，并与国外同期地层的几丁虫生物带进行了对比，为利用几丁虫生物带开展奥陶纪地层划分和对比提供了科学依据（表1）。

表1　华南几丁虫分布与相关几丁虫带的对比

（5）采用LAICPMC方法，系统研究了湖北宜昌黄花场奥陶系剖面牙形石微区微量元素和稀土元素含量变化特点及其古环境意义。指出宜昌地区奥陶纪的古海洋环境大致可以划分为南津关组、分乡组—庙坡组下部和庙坡组上部—临湘组3个演化阶段。宜昌地区奥陶纪古海洋的温度在早/中奥陶世时期（南津关组—庙坡组下部）具有从早到晚逐步下降的趋势，直至晚奥陶世桑碧期中期以后才趋于稳定。

（6）首次建立了华南地区奥陶纪几丁虫种的多样性特征曲线，分析和讨论了华南地区奥陶纪各时期几丁虫种的平衡总分异度（BDT）、翻转率（TR）、起源率和灭绝率（Odi和Edi）变化特点，指出华南地区奥陶纪几丁虫种在早/中奥陶世时期以辐射发展占据优势，而从晚奥陶世初期开始，则表现为几丁虫种的绝灭或不断消亡；分析与讨论了几丁虫种的多样性与古环境变化的关系，指出浅水台地—浅外陆棚，特别是浅内陆棚是几丁虫的理想生活场所；并且发现几丁虫种的多样性与海洋的海水温度紧密相关，在浅外陆棚以内的浅水海洋环境中，几丁虫种的新生率（Odi）随着海水温度的升高而升高。

（7）对本次在华南地区奥陶纪地层中发现的几丁虫化石进行了系统分类与描述。共描述并图示几丁虫19属，96种，其中13个新种，9个相似种和7个未定种；指出了每一个几丁虫种的特征、地质和地理分布。

（8）基于上述研究成果，编写科研报告《华南地区奥陶纪几丁虫》1份，发表相关论文共7篇，其中第一作者核心刊物论文5篇（含SCI论文3篇），合著核心刊物论文2篇（含SCI论文1篇）。

以相伴生的笔石或牙形石生物带为纽带和对比标准，开展高精度几丁虫分带和多样性事件的对比研究在国外并不多见，在国内尚属首次。另外，国际上以往所建立的奥陶系年代地层单位中，多以笔石和牙形石作为界线划分对比的生物标志。因此，该研究将几丁虫引入奥陶系年代地层单位界线的划分和对比中，无疑是对已确定或尚未确定的奥陶系年代地层单位界线标志的补充。再次，对钱塘江阶底界附近几丁虫的研究将填补我国奥陶系这一层段几丁虫生物地层研究的空白。因此，该项目具有广泛的应用前景。

总之，该项目在技术思路上以几丁虫化石为纽带，以中国奥陶系年代地层单位底界界线层型剖面和点的研究为切入点，通过界线层型剖面和不同相区奥陶系典型剖面上几丁虫、笔石和牙形石生物带精细划分对比研究，确定几丁虫的生物地层序列及其年代意义，这在国际上少有，在国内也不多见。在研究方法上，该项目把几丁虫视为一种独立的生物门类进行多样性与古环境变化的研究，本身就是对将几丁虫简单地当做一类分类位置不明的软躯体生物卵的观点的挑战，引起了同行的关注。此外，把地层中牙形石稀土元素分布模式、Ce异常和（La/Yb）_N与（La/Sm）_N值引入到奥陶纪古环境研究中，不仅提高了黄花场奥陶纪环境研究的精度，而且提供了一个新的环境变化研究的定量指标。

（陈孝红　编）