2019年12月06日 星期五
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介形類化石:身體很小,能量很大

2019-9-4 8:48:46 來源:中國礦業報 作者:王婷 徐銀波

我叫介形蟲,屬節肢動物門甲殼綱介形蟲亞綱。我們的地理分布廣、地質歷程長,幾乎全為水生,但以淺海和湖泊最為豐富。我們的繁殖、分布與水體的深度、溫度、含鹽量和酸堿性等環境因素有著密切的聯系。雖然在化石界,我們個頭小,沒有恐龍化石的聲望大,但是作為中、新生代含油盆地地層劃分與對比的主要化石門類之一,我們在古氣候、古環境研究方面的應用已經越來越重要。

我們體長一般0.5~1.5mm,最大可達70mm。體外具兩瓣外殼,通過體壁自然擴散進行呼吸。我們皆為卵生,通常經過8次脫殼長成成蟲,生命周期3~5周。環境適宜時兩性繁殖,環境不適宜時單性繁殖。據不完全統計,現代與化石介形蟲家族共計約有300余屬2000余種。科學家將我們分為5個目:高肌介目、豆石介目、古足介目、速足介目、麗足介目。其中,速足介目數量最多,麗足介目發現最少。最早出現的高肌介目始于寒武紀早期,白堊紀時,介形蟲動物群又開始進入大發展時期,這種狀況一直到新生代并延續到現代。

美國北卡萊羅納更新世地層中的介形類化石

隨著地質學家的研究發現,我們的化石埋藏與種屬形態組合、殼體地球化學特征都能夠為沉積和成巖環境提供大量的信息。

我們的古生態定量分析參數有豐度、群落結構(包括分異度和優勢度等)及雙瓣殼/單瓣殼和幼體/成體等各類比值,可反映沉積速率大小與水動力強弱、原地埋藏與異地埋藏等信息。雖然在定量研究環境變化中還存著明顯的不足,但介形蟲的古生態學特征卻為環境變化研究開辟了一條新的道路。

以湖相介形蟲為例,一般情況下,在湖泊最發育的時候,介形蟲十分繁盛;在湖泊發育的初期和末期,往往是介形蟲發生或衰退時期。此外,介形蟲殼體的生長速率受水溫控制。在同一化石群樣品中,同一種屬的成年個體大小存在較大差別,反應了水體溫度的季節性變化;反之則表明水溫變化不大的熱帶氣候條件或深水湖泊體系。

我們對鹽度的變化十分敏感,在湖泊體系中,隨著蒸發的加強和水分的散失,Ca2+濃縮,PH值增大且碳酸鹽逐漸趨于飽和。在此過程中,我們的種屬豐度增大,介殼的殼壁變厚;殼飾的發育隨水深的增加而增加,而殼壁卻變薄。且深水區域多為缺氧還原環境,所以我們的種屬豐度及分異度均較小。

介形蟲化石埋藏學研究主要包括兩方面:一是化石殼體本身的保存特征;二是在巖層中的豐度特征,這能為沉積及成巖環境恢復提供大量信息。前人常用雙瓣/單瓣值研究沉積速率高低;黑色殼/白色殼研究沉積物的氧化還原環境;大殼/小殼研究水動力強弱;正常殼/變形殼研究成巖作用。

例如,科學家應用掃描電鏡發現,我們呈紅色和褐色殼體多是氧化環境下鐵質或磷酸鹽浸染的原因,黑色殼體的顏色來源于細微的黃鐵礦晶體。另外,科學家還發現我們殼體的顏色與圍巖的有機碳含量有一定的相關性,灰色和黑色殼體介形蟲出現的井段是生油的有利層段。

我們在地層中的豐度特征可以提供沉積環境、埋藏、成巖等過程的信息,包括生產量、地層沉積速率、水動力、碳酸鹽飽和度等,因而是一項值得重視的古環境標志和沉積學參數。

介形蟲殼體之所以具有環境意義,是因為我們忠實地記錄了殼體鈣化形成時的水化學條件、水體溫度和同位素組成等環境信息。我們在蛻殼過程中,直接從生活的水體攝取化學成分而建造新殼體。但是介形蟲殼體微量元素分析最好是對單屬或單種的連續測試為最佳,同時盡量避免成巖作用的影響。

前人討論較多的有Sr/Ca、Mg/Ca、Na/Ca、Fe/Mn摩爾比值及Al、Si等元素含量變化所反映的環境意義。一般認為Sr/Ca 、Na/Ca值與鹽度正相關,Mg/Ca 值與鹽度、溫度正相關,具有明顯的指溫意義。而Fe/Mn 值則離岸越遠、水越深,則比值越小。同時,Al 、Si含量的升高說明陸源物質增多,水體可能變淺。

雖然利用我們殼體的微量元素研究本身還存在爭議,但無論如何,介形蟲殼體微量元素分析仍不失為早第三紀生油地層沉積環境再造的一種重要手段。

前人對我們的殼體也進行了同位素研究,從總體上看, 介形蟲樣品中δ18O和δ13C曲線存在總體同步的變化趨勢。低δ18O值反映弱蒸發作用或者高入湖水流的“稀釋”效應;高δ18O值則反映強蒸發作用或低河水補給。通過與孢粉資料等記錄的氣候環境演化特征對比,可用于區域環境變化研究。

總而言之,我們喜歡分布在水體清澈、富氧、鈣質成分高、營養物質豐富、PH值呈弱堿性的淺水中,通過對我們屬種組合、殼形殼飾、殼體微量元素等特征的分析研究,可以為推斷沉積時期水體溫度、深度、鹽度、沉積速率等提供有利證據。此外,我們的演化還廣泛應用于油層分層對比、磁性地層學研究、生物滅絕事件響應等多個方面。

隨著研究方法的創新、測試技術的進步以及資料的積累,我們介形類化石一定會成為沉積學、石油地質學、古氣候學等學科研究的有力手段。希望地質學家們充分利用我們小小的身體發揮出更大的能量,為地球科學研究貢獻一份力量!□

(作者單位:中國地質調查局油氣資源調查中心)

網站編輯:宮莉

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