2019年11月20日 星期三
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介形类化石:身体很小,能量很大

2019-9-4 8:48:46 来源:万博manbetxapp下载 作者:王婷 徐银波

我叫介形虫,属节肢动物门甲壳纲介形虫亚纲。我们的地理分布广、地质历程长,几乎全为水生,但以浅海和湖泊最为丰富。我们的繁殖、分布与水体的深度、温度、含盐量和酸碱性等环境因素有着密切的联系。虽然在化石界,我们个头小,没有恐龙化石的声望大,但是作为中、新生代含油盆地地层划分与对比的主要化石门类之一,我们在古气候、古环境研究方面的应用已经越来越重要。

我们体长一般0.5~1.5mm,最大可达70mm。体外具两瓣外壳,通过体壁自然扩散进行呼吸。我们皆为卵生,通常经过8次脱壳长成成虫,生命周期3~5周。环境适宜时两性繁殖,环境不适宜时单性繁殖。据不完全,现代与化石介形虫家族共计约有300余属2000余种。科学家将我们分为5个目:高肌介目、豆石介目、古足介目、速足介目、丽足介目。其中,速足介目数量最多,丽足介目发现最少。最早出现的高肌介目始于寒武纪早期,白垩纪时,介形虫动物群又开始进入大发展时期,这种状况一直到新生代并延续到现代。

美国北卡莱罗纳更新世地层中的介形类化石

随着地质学家的研究发现,我们的化石埋藏与种属形态组合、壳体地球化学特征都能够为沉积和成岩环境提供大量的信息。

我们的古生态定量分析参数有丰度、群落结构(包括分异度和优势度等)及双瓣壳/单瓣壳和幼体/成体等各类比值,可反映沉积速率大小与水动力强弱、原地埋藏与异地埋藏等信息。虽然在定量研究环境变化中还存着明显的不足,但介形虫的古生态学特征却为环境变化研究开辟了一条新的道路。

以湖相介形虫为例,一般情况下,在湖泊最发育的时候,介形虫十分繁盛;在湖泊发育的初期和末期,往往是介形虫发生或衰退时期。此外,介形虫壳体的生长速率受水温控制。在同一化石群样品中,同一种属的成年个体大小存在较大差别,反应了水体温度的季节性变化;反之则表明水温变化不大的热带气候条件或深水湖泊体系。

我们对盐度的变化十分敏感,在湖泊体系中,随着蒸发的加强和水分的散失,Ca2+浓缩,PH值增大且碳酸盐逐渐趋于饱和。在此过程中,我们的种属丰度增大,介壳的壳壁变厚;壳饰的发育随水深的增加而增加,而壳壁却变薄。且深水区域多为缺氧还原环境,所以我们的种属丰度及分异度均较小。

介形虫化石埋藏学研究主要包括两方面:一是化石壳体本身的保存特征;二是在岩层中的丰度特征,这能为沉积及成岩环境恢复提供大量信息。前人常用双瓣/单瓣值研究沉积速率高低;黑色壳/白色壳研究沉积物的氧化还原环境;大壳/小壳研究水动力强弱;正常壳/变形壳研究成岩作用。

例如,科学家应用扫描电镜发现,我们呈红色和褐色壳体多是氧化环境下铁质或磷酸盐浸染的原因,黑色壳体的颜色来源于细微的黄铁矿晶体。另外,科学家还发现我们壳体的颜色与围岩的有机碳含量有一定的相关性,灰色和黑色壳体介形虫出现的井段是生油的有利层段。

我们在地层中的丰度特征可以提供沉积环境、埋藏、成岩等过程的信息,包括生产量、地层沉积速率、水动力、碳酸盐饱和度等,因而是一项值得重视的古环境标志和沉积学参数。

介形虫壳体之所以具有环境意义,是因为我们忠实地记录了壳体钙化形成时的水化学条件、水体温度和同位素组成等环境信息。我们在蜕壳过程中,直接从生活的水体摄取化学成分而建造新壳体。但是介形虫壳体微量元素分析最好是对单属或单种的连续测试为最佳,同时尽量避免成岩作用的影响。

前人讨论较多的有Sr/Ca、Mg/Ca、Na/Ca、Fe/Mn摩尔比值及Al、Si等元素含量变化所反映的环境意义。一般认为Sr/Ca 、Na/Ca值与盐度正相关,Mg/Ca 值与盐度、温度正相关,具有明显的指温意义。而Fe/Mn 值则离岸越远、水越深,则比值越小。同时,Al 、Si含量的升高说明陆源物质增多,水体可能变浅。

虽然利用我们壳体的微量元素研究本身还存在争议,但无论如何,介形虫壳体微量元素分析仍不失为早第三纪生油地层沉积环境再造的一种重要手段。

前人对我们的壳体也进行了同位素研究,从总体上看, 介形虫样品中δ18O和δ13C曲线存在总体同步的变化趋势。低δ18O值反映弱蒸发作用或者高入湖水流的“稀释”效应;高δ18O值则反映强蒸发作用或低河水补给。通过与孢粉资料等记录的气候环境演化特征对比,可用于区域环境变化研究。

总而言之,我们喜欢分布在水体清澈、富氧、钙质成分高、营养物质丰富、PH值呈弱碱性的浅水中,通过对我们属种组合、壳形壳饰、壳体微量元素等特征的分析研究,可以为推断沉积时期水体温度、深度、盐度、沉积速率等提供有利证据。此外,我们的演化还广泛应用于油层分层对比、磁性地层学研究、生物灭绝事件响应等多个方面。

随着研究方法的创新、测试技术的进步以及资料的积累,我们介形类化石一定会成为沉积学、石油地质学、古气候学等学科研究的有力手段。希望地质学家们充分利用我们小小的身体发挥出更大的能量,为地球科学研究贡献一份力量!□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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