遗迹化石在环境分析中的作用

沉积环境和沉积相

课程读书报告

课题名称：遗迹化石在环境分析中的作用

班级：064091

姓名：吴浩

学号：20091004040

指导老师：杜远生、颜佳新

遗迹化石是指地史时期生物的生命活动在沉积物和其他底质中留下的痕迹，生物的生命活动主要包括运动、觅食、潜穴、钻孔、休息、捕食、耕作、住居、孵化、新陈代谢等。

同古生物实体化石比较，遗迹化石具有其特殊性质。（1）绝大多数遗迹化石都是原地保存：绝大多数遗迹化石都是原地保存，不像许多实体化石会被水流搬运，无论是产生于沉积物表面的足迹、移迹或产生在沉积物内部的潜穴、钻孔，都会随着沉积物的成岩固结作用而保存在原地。水流作用只能导致其侵蚀和破坏，并不起搬运作用。遗迹化石的这种性质，可以用来更准确的恢复沉积环境。因此多数遗迹化石是可靠的指相化石。地层中同一个化石产地所发现的遗迹化石组合称为遗迹群落，它是一个生物群落中造迹生物活动的证据;（2）遗迹化石的地史分布一般比古生物实体化石长：不像许多实体化石那样可以作为标准化石，这主要是因为代表生物习性特征的遗迹化石不像各种生物形态特征那样演化迅速。这一方面降低了遗迹化石的生物地层学价值，另一方面却提高了它们的指相意义。在地史时期相类似的环境条件重复出现时，一些相类似的遗迹组合就会在不同地质时期重复出现。赛拉赫把这些在地史时期重复出现的遗迹组合称为遗迹相；（3）同物异迹：同一种造迹生物由于习性行为不同可以形成几种完全不同的遗迹（同物异迹），例如三叶虫在海底上爬行产生的足迹称双轨迹，三叶虫在底层形成的停息迹为椭圆二叶形，称皱饰迹，三叶虫的觅食潜穴称二叶石或克鲁斯迹。相反的情况是不同门类的生物由于适应相似的环境可以形成相同的遗迹（异物同迹），例如在近岸强烈水动力条件下的砂岸，不同门类的生物可以造成垂直管潜穴石针迹,或者不同的生物可以形成U形潜穴；（4）遗迹化石产生的多样性：遗迹化石既可以同古生物实体化石共同产生，也可以在缺乏实体化石的地层中产生，具有硬壳的生物可以造成遗迹，缺乏硬体只有软躯体的生物(例如蠕形动物)也可以造成遗迹。许多实体化石贫乏的砂岩系或复理石建造往往含有丰富多彩的遗迹化石。前寒武纪在具有硬壳的化石出现之前也已经有大量的遗迹化石被发现。遗迹化石不仅在各种沉积岩中可以形成，即便是在变质或者火山岩中也可以有钻孔化石存在；（5）遗迹化石很少同造迹生物一起被发现：遗迹化石很少同造迹生物一起被发现，因此除去较高级的脊椎动物足迹化石或少数停息迹（如五辐射的海星或三叶虫等），容易确定其分类位置以外，大多数遗迹化石很难确定其造迹生物的系统分类。因此必须对遗迹化石的构造进行仔细的形态功能分析和同现代生物遗迹进行类比。

多年来对遗迹化石的分类沿着三个方面进行。①遗迹是由各种生物造成的，因此，自然希望遗迹的分类同生物的系统分类吻合。但是既然遗迹化石很少同造迹生物共同保存，并且遗迹化石随着生物的行为习性而容易变化(同物异迹或异物同迹)，因此根据遗迹来判断造迹生物的系统分类和彼此的亲缘关系在目前很难作到。当前对于脊椎动物的足迹可以划分到纲

一级，对于某些无脊椎动物遗迹也只能划分到门(或纲)。对于已经绝灭的动物和软躯动物的遗迹分类也很难准确。因此目前只能采用遗迹形态特征的人为分类，基本上不考虑它们的系统进化关系；②遗迹化石的保存分类。既然遗迹是生物成因的沉积构造，因此有些地质学家希望根据遗迹的保存情况进行分类。保存在岩层表面的遗迹称为外生迹，而埋藏在沉积底层内部的称为内生迹，内生迹发育为三度空间的构造称为全浮雕，遗迹保存在岩层上表面时称为上浮雕，保存在岩层底面的称下浮雕等。这种分类对区别遗迹的野外产生情况非常重要，也是判断沉积环境必不可少的分类，然而却和造迹生物的分类无关；③遗迹化石的行为习性分类是目前比较广泛被人们采用的遗迹化石分类。由于遗迹是生物活动的证据，每种遗迹都反映一定的行为习性，因此根据形态特征可以判断相应的生态习性。赛拉赫1953年提出的遗迹化石习性分类目前仍被广泛采用，它分为停息迹、居住迹、觅食迹、牧食迹、爬行迹。除去上述赛拉赫的5 种习性分类以外，英国辛普逊1975年曾经补充了一种逃逸迹，是指动物随着当地沉积作用或侵蚀作用的变化，为了逃避不利的环境适应合适的环境而向上或向下作一定距离的移动形成的。

由于遗迹化石几乎完全是原地埋藏，所以在决定沉积环境方面起着重要的作用。

应用遗迹化石组合确定古环境最典型和广泛流行的是赛拉赫1967年提出的遗迹化石深度分带。他区分出6个按深度划分的遗迹相：①Scoyennia遗迹相,近岸红层或非海相主要是两栖性的甲壳类，叶足类和肢口纲遗迹及昆虫幼虫潜穴。②Skolithos遗迹相,滨海上部潮间砂体环境，以分异度很低的垂直潜穴,泥质沉积中往往以“U”形潜穴为主，坚硬的岩岸以大量钻孔为特征。③Glossifungites遗迹相，滨海侵蚀面以近岸滤食性动物潜穴为特征。

④Cru-ziana 遗迹相，产于大陆架正常浅海环境，以各种无脊椎动物停息迹、爬行迹和觅食迹混合。⑤Zoophycos遗迹相，产生于大陆斜坡附近波浪基准面以下浊流沉积以上，以系统觅食迹为主。⑥Nereites遗迹相，产于较深海浊流沉积和深海扇出现各种复杂的系统觅食迹。以雕画迹(Graphoglyptida)占主要位置。

中国遗迹化石研究经历了零星( 1929) 1978) 、系统( 1978) 2004) 和创新( 2004) ) 研究3 阶段。在前寒武纪- 寒武纪之交遗迹化石研究; 海相遗迹化石及其古环境和古生态意义研究; 陆相遗迹化石及其与能源形成环境关系研究; 前寒武纪遗迹化石与后生动物的起源与演化研究; 拓扑遗迹分析; 遗迹化石在浊流、风暴事件和层序地层研究中的应用; 复杂遗迹化石的地球生物学研究和遗迹化石模拟与可视化研究8个方面取得了显著的进展和成就。

遗迹化石的的特征及代表生物的生活习性对古环境有着指示作用，下面通过国内外的一

些实例来进行说明。

渤海湾盆地东营凹陷古近纪Paleodictyon遗迹化石，属于耕作迹的一种,第一次被Menghini ( 1850)描述为六边形网格状,一般出现在沉积物近表层,造迹生物采用圈闭式捕食方式,吸取穴内微生物或其它有机营养物(胡斌等, 1997) ,具有特殊的网格状进食潜穴,通常发育在半深海—深海区远源浊积岩的底面,以印模形式出现,形成于浊积岩沉积之前。Pa leodictyon的网状遗迹在寒武纪出现于浅水环境(Crimes andAnderson, 1985) ,自寒武纪之后这类遗迹化石几乎都见于深水环境中,是典型的深水浊流相遗迹类型(McCann and Pickerill, 1988) 。就网状遗迹Paleodictyon而言,主要分布在海相地层，据东营凹陷沙四上亚段Paleodictyon 遗迹化石及其围岩中甲藻甾烷分子化石的发现,推测研究区在该时期曾受到过海水波及或一度与海连通。东营凹陷在大地构造区划上属中国东部渤海湾盆地的一个次级构造单元。沙四段上亚段的咸化不仅在东营凹陷,在整个渤海湾地区都可以作对比。

藏北比如中侏罗世马里组遗迹化石8属8种( 其中包括1个新遗迹属和2个新遗迹种): 表面光滑无饰、具有较薄管壁和密集新月形回填构造的不分枝水平潜穴Beaconites biruensis ichnosp nov, 沿层面分布的哑铃形潜穴Bifungites cf hanyangesis Yang, 圆柱状厚管壁的分枝并构成假网状的潜穴Biruichnus maliensis ichnogen et ichnosp nov , 窄长的、内肢抓痕的二叶形遗迹Cruziana ichnosp, 以垂直于层面的圆管为中央放射出排列不规则且粗细变化较大细管的多分枝潜穴系统Micatuba cf verso Chamberlain,平行或微斜交于层面的圆柱状微弯曲或弯曲的潜穴Palaeophy cusichnosp, 栖管段有规律地交替向两侧分叉呈Z字形或锯形的三维潜穴系统Treptichnus cf bifurcus Miller, 平行层面的、具有蹼状构造的简单U 形潜穴Rhizocorallium ichnosp。西藏比如地区马里组的遗迹化石主要以浅层内生迹为主。略与层面斜交的U 形Rhizocorallium被普遍认为是内生滤食动物(可能为节肢动物)的潜穴，杨式溥（1989年）认为Rhizocor allium 为G lossifungites Lomnick i的同义名, 常见于水动力条件中至高能相的沉积环境中。放射状多分枝的潜穴系统M icatuba 被认为是造迹生物的居住潜穴, 主要见于边缘滨海的浅水沉积环境和滨海三角洲沉积环境。呈哑铃状的Bifungites在我国多产自细碎屑岩地层中, 被认为是水动力较低的近海浅水的沉积环境。三维空间的分枝系统潜穴Trep tichnus c.f bifurcus常见于湖相环境和浅海相环境中的相对低能环境。对近平行于层面的潜穴P alaeophycus 的造迹生物尚无统一的认识, 可在多种环境下出现。潜穴管具管壁和新月形回填构造的B eaconites多出现在浅海环境。节肢动物的爬痕Cruziana 广泛出现于台地陆架上部的滨海至浅海相沉积环境中。

柴达木盆地南缘石炭系Chondrites遗迹化石，在柴达木盆地南缘野外地质调查过程中, 在祁曼塔格山前石拐子剖面的下石炭统石拐子组和乌图美仁庆华铁矿剖面的上石炭统缔敖苏组中发现了大量Chondrites遗迹化石。Chondrites遗迹化石对贫氧或缺氧沉积环境具

有指示作用, 主要证据包括: (1) 在一系列缺氧和富氧事件交替出现的层序中, Chondrites 总是最后在缺氧和缺生物的纹层沉积之前消失, 而后又会在生物扰动重新有所改善的环境中首先出现(机会种); ( 2) Chondrites遗迹化石常常出现在以单种或少数种为主的黑色岩系中或其他富含有机质的贫氧事件层中; (3) 在氧化条件很好的沉积物中,Chondrites遗迹化石总是占据着阶层(杨式溥,1999; 杨式溥和徐永兴, 2003) , 可以出现在不同类型的岩石(砂岩、页岩或灰岩) 中和不同的沉积环境(从滨海到深海盆地) 中。石拐子剖面石拐子组顶部实体化石分异度低,丰度高, 加上大量Chondrites遗迹化石的存在, 说明沉积条件稳定; 岩性为深灰色含生物碎屑灰岩和白云岩, 代表了一种较封闭的碳酸盐岩台地环境,为碳酸盐岩台地上最低洼的区域———台洼沉积环境。此种环境为还原环境, 其中的深灰色灰岩富含有机质, 有利于生烃(杨平和胡勇, 2006)。

贵阳花溪下三叠统大冶组中富产遗迹化石, 产出18个遗迹属: Beacon ichnus, C irculichnis, Cosmorhaphe, Dendro haphe, Glockerichnus, Gyrochorte, Gordia, M aeandropo lydora, Micatuba, Mammillichnis, Megagrapton, Planolites, Palaeophy cus,Phycodes, Phycosiphon, Rhizocorallium, Thalassinoides 和Undichna。自下而上可识别出三个遗迹组构, 分别为Phycodes、Phycosiphon Mammillichnis 和Thalassino idess遗迹组构。根据遗迹化石各属种分布, 大冶组自下而上出现四个遗迹相:Cruz iana 遗迹相、Zoophycoss 遗迹相、Nereites 遗迹相和Cruziana遗迹相。结合遗迹组构, 对大冶组的沉积环境进行了讨论, Phycodes 组构属于Cruziana相, 指示浅水环境; Phycosiphon Mammillichnis 组构属于Zoophycos遗迹相 Nereites遗迹相, 代表台缘下斜坡半深海低能环境; Thalassinoides 组构属于Cruziana 相, 指示早三叠世印度期末的浅水高能环境。

河南焦作地区下二叠统太原组为一套海陆交互相沉积, 已识别出的遗迹化石有10属11种, 包括Zoophycos brianeus, Zoophycos villae, Teichichnus rectus, Nereitesisp, Chondritesisp., Rhizocoralliumisp, Thalassinoides suevicus, Ophiomorpha nodosa,Gordiamarina, Taenidium satanassi和Planolitesisp等。这些遗迹化石多为全浮痕保存, 少数为半浮痕表迹保存, 其丰度较高。根据遗迹化石的组成与产状特征及其围岩的沉积特征, 焦作地区下二叠统太原组的遗迹化石可识别出3种组合: (1)

Zoophycos-Nereites 遗迹组合, 出现在水体相对较深、浪基面之下且沉积底层内氧气贫乏的远岸浅海沉积环境; (2) Zoophy cos-Taenidium 遗迹组合, 产生于水体相对较浅、浪基面之上的近岸浅海沉积环境; (3) Ophiomorpha -Thalassinoides遗迹组合, 发育于海岸带潮坪或海湾潟湖沉积环境。基于遗迹化石组合的分布特点, 提出了焦作地区太原组遗迹化石的沉积环境模式。

湖北黄石新下陆下三叠统嘉陵江组碳酸盐岩地层中6 个属的遗迹化石: Helminthopsi s, Palaeo phycus,Phycodes, Planolites, Rhizocoral lium, Scalarituba, 确认上述遗迹化石属于Cruziana 遗迹相, 依据风暴沉积及遗迹化石的组合推断嘉陵江组沉积序列是正常潮坪、浅海陆棚、浅水蒸发岩的沉积旋回,海水经历了逐渐加深→变浅的过程。将黄石地区早三叠世遗迹化石与美国西部弗吉尼亚早三叠世各层段遗迹化石的对比发现:两地的遗迹化石从下三叠统印度阶到奥伦尼克阶,都呈现出个体逐渐增多、丰度和分异度增大、垂直类型属种增多的特征, 其特征与前寒武纪- 寒武纪之交、晚泥盆世弗拉期- 法门期之交的遗迹化石所显示的演化特征颇为相近, 这一耦合现象可能与生物-环境的系统演化有关。

四川盆地南部赤水地区下三叠统嘉陵江组中共发现遗迹化石4 个属8 个种，其中有3 个未定种，即Palaeophycus tubularis（管状古藻迹）， Palaeophycus curvatus（弯曲古藻迹），Palaeophycusisp.A（古藻迹未定种A）,Palaeophycusisp.B（古藻迹未定种B）, Planolites octichnus(八曲漫游迹)，Helminithopsisabeli（阿伯尔拟蠕形迹），Helminithopsis isp（似蠕虫迹未定种），Phycodes pedum（足状拟藻迹）。这些遗迹化石主要为无脊椎动物的觅食迹和进食迹，其中多数为下浮雕保存，其次为上浮雕保存，少数为全浮雕保存。根据遗迹相组合特征，结合沉积相分析，可划分出两个遗迹组合：Palaeophycus 遗迹组合，代表的是水体较浅、受短期海平面变化影响较大的灰岩坪沉积环境；Planolites —Helminithopsis遗迹组合，代表的是与Palaeophycus遗迹组合相比水体较深、能量较低的开阔海台地的台内洼地环境。

在陕西省富平县上奥陶统赵老峪组发现遗迹化石17 属25种(未定种8个)，由于遗迹化石群落的宿主岩系是典型的浊积岩系,加之该遗迹群落中包含浊流事件前后形成的两类遗迹组合,因此将其归属于Nereites 遗迹相，(2) 遗迹以觅食迹占绝对优势,形态以分枝迹为主,分异度较高,反映出遗迹形成于海水较深且宁静的低能环境. 遗迹群落形成的水深不应在远洋深海区,推测水体深度大约在200～1500 m 之间,为半深海-深海斜坡环境. 这与赵老峪组内碎屑流沉积较为发育的特征是吻合的，(3) 赵老峪组内遗迹化石最显著的特点是潜穴管普遍较粗,直径超过5mm 者极为常见,说明浊流事件过程中含氧量普遍较高. 形成于浊流

事件前的遗迹分子,形态不十分规则,潜穴管普遍较粗,反映出浊流事件间歇期间底质的溶解氧含量也相对较高。

遗迹化石及遗迹化石组合在环境分析中有着重要作用，遗迹化石作为反映生物和环境事件的独特材料, 能够在研究环境的发展过程与机制中发挥重要作用。

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