1、第八章,生物地層學(xué),生物地層學(xué),一、生物地層學(xué)定義、原理 二、生物地層學(xué)單位 三、生物地層學(xué)研究方法 四、生物地層學(xué)研究實例 五、生物地層學(xué)意義及發(fā)展前景,一、生物地層學(xué)定義、原理,（一）生物地層學(xué)定義 根據(jù)保存在地層中的生物演化與發(fā)展歷史及其時空分布規(guī)律，闡明地層的發(fā)育順序，并研究生物化石在地層劃分和對比中的原理和方法 是地層學(xué)的一個分支，它的研究范圍是涉及與化石有關(guān)的地層學(xué)問題,一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 1、生物演化的前進(jìn)性 生物演化最基本的規(guī)律是從低級高級；從簡單復(fù)雜；由不完善完善 地質(zhì)歷史過程中： 太古、元古宙低級菌藻類生物,Gunflint Chert (190

2、0Ma)中的線狀細(xì)菌和念珠狀藍(lán)綠藻,外貌類似現(xiàn)代鐵錳還原菌,分類位置不明,外貌類似現(xiàn)代藻,Ar疊層石內(nèi)原核生物藻絲體(Australia)上：2800Ma下：3300-3500Ma,前寒武紀(jì)疊層石及其藻細(xì)胞,一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 1、生物演化的前進(jìn)性 地質(zhì)歷史過程中： 元古宙晚期大量后生動物（甕安動物群、埃迪卡拉動物群、小殼類等）,甕安動物群,Ediacaran fauna of Australia,Ediacara動物群,早期小殼動物群（與伊迪卡拉動物群共生） 小殼,小殼動物群(Siberia),一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 1、生物演化的前進(jìn)性

3、地質(zhì)歷史過程中： 寒武紀(jì)開始無脊椎動物和脊椎動物 大量繁盛，出現(xiàn)了各個門的代表 （澄江動物群）,澄江動物群景觀復(fù)原圖,澄江動物群中的魚類,包括節(jié)肢、海綿、和水母等, 2 加拿大Burgess頁巖生態(tài)復(fù)原,一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 1、生物演化的前進(jìn)性 地質(zhì)歷史過程中： 在寒武紀(jì)以后的顯生宙 動物由變溫恒溫，由卵生胎生 植物界蕨類裸子植物被子植物 第四紀(jì)出現(xiàn)哺乳類和最高級的人類,一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 2、生物演化的不可逆性 已演變的生物類型不可能回恢祖型，已滅亡的類型不可能重新出現(xiàn) 因此，曾生活在地史早期的生物只能保存在較老的地層中，生活于地史晚期

4、的生物保存在較新的地層中 不同時代的地層中含有不同類型的化石群；時代相同的地層中含有相同或相近似的化石群（生物層序律）,一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 3、生物演化的階段性 古生物的演化過程不是均一的和等速的，而是由緩慢的量變和急速的突變交替出現(xiàn)（生物的宏演化模式） 生物的大量滅絕和爆發(fā)性演化，形成了生物演化的階段性 古植物的演化階段：菌藻植物階段；早期維管植物階段；蕨類植物和古老裸子植物階段；裸子植物階段；被子植物階段 古動物的演化階段：無脊椎動物；魚類；兩棲類；爬行類；鳥類、哺乳類幾個演化階段,一、生物地層學(xué)定義、原理,（二）生物地層學(xué)原理 4、生物擴(kuò)散的瞬時性 生物在演化

5、過程中，不斷適應(yīng)不同環(huán)境，擴(kuò)大其生態(tài)領(lǐng)域。以輻射演化和迅速遷移擴(kuò)散占領(lǐng)各種生態(tài)空間。在沒有地理阻隔的情況下，這種遷移和擴(kuò)散極為迅速。在地質(zhì)學(xué)上，這種遷移和擴(kuò)散的時間往往可以忽略不計，這就是生物擴(kuò)散的瞬時性 在生物演化中，正因為具有生物擴(kuò)散瞬時性的特點，使得全球性生物地層可以進(jìn)行對比成為可能,生物地層學(xué),一、生物地層學(xué)定義、原理 二、生物地層學(xué)單位 三、生物地層學(xué)研究方法 四、生物地層學(xué)研究實例 五、生物地層學(xué)意義及發(fā)展前景,二、生物地層學(xué)單位,（一）生物地層單位定義 生物地層單位：根據(jù)所含化石來定義和說明其特征的地層體 生物地層單位是一個客觀實體，其識別與劃分的依據(jù)是巖層中可見的特定并可鑒別的

6、生物化石 不含化石的地層體，不屬于生物地層研究的范疇,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 生物地層單位的統(tǒng)稱為生物帶 生物地層單位建立的依據(jù)：生物化石特征 如：以全部化石或某類化石的組合特征 化石的共生情況 化石的延續(xù)范圍 化石的富集程度 化石的形態(tài)特征 因此有含義和內(nèi)容很不相同的多種生物帶,二、生物地層學(xué)單位,按國際地層指南，生物地層單位有： 延限帶 間隔帶 譜系帶 組合帶 富集帶,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 1、延限帶（range zone）是指地層序列組合中，經(jīng)過篩選的任何一個或幾個化石分子的已知延限（地層或地理上）所代表的地層體 所選分子可以是某一個分類單位（種、屬、科

7、、目等），或某一組分類單位，或任一特定的古生物特征的地層延限 延限帶包括：分類單位延限帶和共存延限帶,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 1、延限帶（range zone） （1）分類單位延限帶（taxon-range zone）指一個特定分類單位（亞種、種、屬、科等）標(biāo)本的已知存在范圍（地層或地理上）所代表的地層體,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 1、延限帶（range zone） （1）分類單位延限帶 如Neoschwagerina leei延限帶是包含N.leei標(biāo)本最大存在的范圍內(nèi)的地層體（種） 如Wentzellophyllum延限帶（屬） 如Globotruncanid

8、ae延限帶 延限帶的確定需要在區(qū)域性剖面詳細(xì)研究后才能確定,（二）生物地層單位 1、延限帶（range zone） （2）共存延限帶（concurrent-range zone）指從一個地層序列所含化石組合中選出兩個特定分類單位延限帶的共存或一致部分所代表的地層體。在選擇共存延限帶的生物時，應(yīng)選擇時代意義清楚，地理延展明顯的生物,二、生物地層學(xué)單位,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 2、間隔帶（interval zone）指兩個特定生物面（界 面）間含化石的地層體 特定生物面可選擇分類單位的最高存在和最低存在或其他任何具生物地層特征的生物面,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 2、間

9、隔帶（interval zone） 此間隔帶與傳統(tǒng)意義上的間隔帶（化石很少或無化石）有本質(zhì)的區(qū)別，位于兩個特定生物面間的啞段，不是間隔帶 間隔帶普遍用于對比，在從事地下地層工作和含微體化石地層工作最為有用,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 3、譜系帶（lineage zone）是含有代表一個演化譜系中 某特定片斷的化石標(biāo)本的地層體 它可以是某一分類單位在一個譜系中的總延限，也可以只是該分類單位在其后裔分類單位出現(xiàn)以前的那段延限,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 3、譜系帶（lineage zone） 一個演化譜系的連續(xù)分子在其分布區(qū)各處的首次出現(xiàn)基本是同時的，因此譜系帶具有較強(qiáng)的年

10、代地層意義，是各類生物地層單位中最具等時意義的一種，特別是以幾個譜系為基礎(chǔ)的重疊帶可提供生物地層更可靠的時間對比,二、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 4、組合帶（assemblage zone）是三個以上分類單位整體上構(gòu)成一個獨特組合或共生的地層體 組合帶強(qiáng)調(diào)某類化石的整體特征，它更能反映生物客觀的、自然的總貌 一個組合帶可以以全部化石出現(xiàn)為基礎(chǔ)，也可以只限某一類化石的出現(xiàn)為基礎(chǔ)。如Pseudotimania-Antheria組合帶，孢粉組合帶等 組合帶中的化石一般反映當(dāng)時生態(tài)環(huán)境中原地生物的自然組合，因此它反映環(huán)境。在一個地層序列內(nèi)，組合帶可重復(fù)出現(xiàn),二、生物地層學(xué)單位,組合帶模式圖,二

11、、生物地層學(xué)單位,（二）生物地層單位 5、富集帶（abundance zone）某一類或某一群特定分 類單位的總存在范圍中相對富集的那段地層 富集帶不代表總延限范圍的地層體，而是相對富集的地 層體，如Didymograptus富集帶 富集帶一般僅在局部地區(qū)使用（生物本身和生態(tài)環(huán)境都 是造成富集的原因）,二、生物地層學(xué)單位,（三）生物地層單位的非系統(tǒng)性及與時間的關(guān)系 1、生物單位的非系統(tǒng)性 生物地層單位（延限帶、間隔帶、譜系帶、組合帶、富集帶）沒有大小級別，沒有從屬關(guān)系 在地層劃分中，生物帶可以不連續(xù)，其時間含義上可以有間隔，也可以有重疊 有些生物地層單位局部顯示出級別的大小，如組合帶可分為組合

12、超帶、組合亞帶，但未形成嚴(yán)密的分類系統(tǒng),二、生物地層學(xué)單位,（三）生物地層單位的非系統(tǒng)性及與時間的關(guān)系 2、生物地層單位與時間的關(guān)系 生物地層單位中的有些帶（延限帶、譜系帶）能指示地層的相對年代 但這些生物帶是否與時間帶完全一致？ 大多數(shù)情況下是不一致的,Zigzagiceras zigzag延限帶限于可見該菊石的地層，而Zigzagiceras zigzag時間帶則包括Zigzagiceras zigzag總延上所有的地層 Zigzagiceras zigzag延限帶內(nèi)，不同地區(qū)該帶延續(xù)時限亦不一致 大多數(shù)情況下，生物帶偏離時間面，甚至可穿時。造成偏離的原因是由于生物的遷移、演化、地理差異、

13、環(huán)境改變等,二、生物地層學(xué)單位,生物地層學(xué),一、生物地層學(xué)定義、原理 二、生物地層學(xué)單位 三、生物地層學(xué)研究方法 四、生物地層學(xué)研究實例 五、生物地層學(xué)意義及發(fā)展前景,三、生物地層學(xué)的研究方法,1、標(biāo)準(zhǔn)化石法 生存時間短、分布范圍廣、數(shù)量多、保存完好的化石稱為標(biāo)準(zhǔn)化石，如：蜓、牙形石、菊石、筆石、三葉蟲等 標(biāo)準(zhǔn)化石法是最簡單的生物地層學(xué)方法，突出優(yōu)點是極為經(jīng)濟(jì)，簡便易行。缺點是受環(huán)境的限止；標(biāo)準(zhǔn)性隨研究程度而變；孓遺和先軀時代的不標(biāo)準(zhǔn)性 盡管有不少缺點，標(biāo)準(zhǔn)化石迄今仍是生物地層學(xué)中最基本、最常用的方法之一,三、生物地層學(xué)的研究方法,2、生物組合法 對地層所含化石進(jìn)行系統(tǒng)研究和綜合分析，確定組合

14、特征，用生物群的整體特征來劃分地層，即為生物組合法 應(yīng)用要注意： 適用于化石豐富的地層，尤其對含微體化石豐富的地層更有效 化石成分的明顯更替應(yīng)與地層界線一致 盡量與標(biāo)準(zhǔn)化石配合使用,三、生物地層學(xué)的研究方法,3、數(shù)理統(tǒng)計法 對化石進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，根據(jù)一定數(shù)量的化石劃分若干界線的方法 百分比法是生物地層學(xué)中常用的最簡單的數(shù)理統(tǒng)計方法 將所要研究的地層中的化石進(jìn)行全面統(tǒng)計，與已知時代之剖面中的化石作分層比較，求其相同的百分含量，以此來確定時代,三、生物地層學(xué)的研究方法,3、數(shù)理統(tǒng)計法 A、一已知剖面 B為一未知剖面 通過研究和統(tǒng)計，B剖面中某一段地層（X）中所含化石分別與A剖面1-5層中所含化石相當(dāng)

15、的百分?jǐn)?shù)分別為3%，4%，13%，19%，7%。顯然，B剖面地層X與A剖面第4層相當(dāng)?shù)目赡苄宰畲螅c1、2層相當(dāng)?shù)目赡苄宰钚?三、生物地層學(xué)的研究方法,3、數(shù)理統(tǒng)計法 利用所含化石的百分比對地層進(jìn)行劃分和對比是定量地研究地層的方法之一，它是標(biāo)準(zhǔn)化石法和化石組合法有效的補(bǔ)充 不足： 作為對比標(biāo)準(zhǔn)的已知剖面，可能因環(huán)境變化而含化石的數(shù)量有差異，即與未知剖面相當(dāng)?shù)膶游豢赡芤颦h(huán)境不適宜，恰好化石稀少 已知剖面各層位中所含化石的數(shù)量與這些化石的標(biāo)準(zhǔn)化未必一致，出現(xiàn)化石雖多，但時間標(biāo)志較差 在應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計時應(yīng)作具體分析，盡量與其他方法相互驗證，力戒機(jī)械簡單，以免有誤,三、生物地層學(xué)的研究方法,4、種系發(fā)生法 種系發(fā)生是指生物發(fā)展演化進(jìn)程中的演化系列和彼此間所存在的親緣關(guān)系 種系發(fā)生法地層中豐富的化石，經(jīng)研究找出它們在演化上的內(nèi)在聯(lián)系，根據(jù)祖先和后代之間的親緣關(guān)系，劃分出不同的演化階段。據(jù)演化階段，對地層進(jìn)行劃分 實例：紀(jì)應(yīng)用三葉蟲的演化階段 頭大、尾小（小型尾）、胸節(jié)多1 頭稍大、尾變大（異型尾）、胸節(jié)數(shù)減少2-3 頭鞍向前擴(kuò)大、尾大（等尾型）、胸節(jié)8-