遺跡組構(gòu)研究的新趨勢與新課題

遺跡組構(gòu)研究的新趨勢與新課題

第13屆國際物質(zhì)文化遺產(chǎn)特別協(xié)會于2015年5月14日至21日在日本高知大學(xué)舉行。來自中國、美國、加拿大等12個國家和地區(qū)的50余位學(xué)者與會。會議內(nèi)容包括口頭報告、展板報告、遺跡化石展示以及野外地質(zhì)考察。中國2所高校的7位學(xué)者(河南理工大學(xué)的胡斌教授,齊永安教授,邢智峰副教授,宋慧波副教授,牛永斌講師,張立軍講師和鄭偉講師)和1位博士研究生(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)范若穎)參加了此次會議。這是暨河南理工大學(xué)2009年舉辦第10屆遺跡組構(gòu)研討會之后,中國派出學(xué)者最多、報告內(nèi)容和互動交流最豐富的一次國際學(xué)術(shù)活動。經(jīng)全體與會者公開討論協(xié)商,初步確定第14屆國際遺跡組構(gòu)研討會于2017年5月在中國臺灣國立臺灣大學(xué)舉辦,第15屆國際遺跡組構(gòu)研討會將于2019年在挪威舉辦。1中新世的研究和熱點(diǎn)從會議內(nèi)容看,各國學(xué)者現(xiàn)階段和將來對遺跡學(xué)的研究進(jìn)展和預(yù)期的熱點(diǎn)可以概括以下5個方面。1.1遺跡化石是一種重要的巖石學(xué)和生物近年來,以實(shí)體化石為基礎(chǔ)研究生物起源與演化,一直是古生物學(xué)界的熱點(diǎn)。形態(tài)精美、復(fù)雜、長壽、廣布型的遺跡化石,如Zoophycos、Nereites對于研究造跡生物的生態(tài)習(xí)性的宏演化特征具有重要的研究價值。Ekdale(2015)認(rèn)為對地質(zhì)歷史時期遺跡化石多樣性及形態(tài)復(fù)雜性的研究,可能會提供很好的證據(jù)來揭示生物行為習(xí)性的演化和退化。由于“一物多跡和多物一跡”的遺跡化石特性,遺跡化石在精確分析造跡生物的演化和退化上仍有一些疑問。例如,寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)生物的大輻射和生態(tài)位的退化,可能與遺跡化石記錄的多樣性的上升有一定的聯(lián)系。志留紀(jì)—二疊紀(jì)可以認(rèn)為是一個較為平穩(wěn)的退化期,這些都與遺跡化石行為習(xí)性的出現(xiàn)和消失有著緊密的聯(lián)系。因此,Ekdale(2015)總結(jié)認(rèn)為,遺跡化石精確定名和分類學(xué)工作的完備性,是今后研究遺跡化石演化(進(jìn)化和退化)的必備基礎(chǔ)。Qi等(2015)通過對豫西地區(qū)寒武紀(jì)的遺跡化石和微生物巖的研究指出,后生生物擾動發(fā)育層位與微生物巖發(fā)育的層位相互交織在一起,即后生生物擾動發(fā)育的層位,微生物巖不發(fā)育;微生物巖或微生物席發(fā)育的層位,遺跡化石不發(fā)育。這2種沉積構(gòu)造也可以先后出現(xiàn)于同一層位,即由微生物沉積構(gòu)造過渡到后生生物擾動。這2種沉積構(gòu)造之間的轉(zhuǎn)換,強(qiáng)調(diào)了環(huán)境條件對于后生生物在改進(jìn)底質(zhì)條件方面的主動性,而微生物形成的席底及相關(guān)的席底構(gòu)造多出現(xiàn)在那些不適宜后生動物居住的地方,并大多被混合底及相關(guān)的混合底構(gòu)造所替代。Mángano等(2015)通過對奧陶紀(jì)生物大輻射的遺跡化石記錄的研究指出,遺跡化石的多樣性和行為習(xí)性在潮坪—潮下環(huán)境進(jìn)行擴(kuò)張和改變,主要表現(xiàn)為生物擾動的深度和強(qiáng)度以及在特殊化環(huán)境的定居上。遺跡化石的多樣性在奧陶紀(jì)的淺水和深水環(huán)境都廣泛擴(kuò)大。沉積覓食跡、食碎屑覓食跡、濾食跡和牧食跡廣泛分布于淺水底棲生態(tài)系,而濾食跡和捕食跡發(fā)育于深海環(huán)境。Buatois等(2015)根據(jù)遺跡化石記錄的中生代海洋革命事件,指出了淺水底棲生態(tài)系統(tǒng)大尺度的重建,并且被現(xiàn)代演化動物群所占據(jù)主導(dǎo)。遺跡化石記錄(遺跡化石密度,階層深度等)指出內(nèi)生遺跡石化作用早于捕食壓力約50Ma,暗示在捕食和內(nèi)生底棲之間的復(fù)雜機(jī)制。遺跡化石記錄揭示了在邊緣海、深海和半咸水環(huán)境仍然存在不同生物門類的遷移和擴(kuò)張,如棘皮類和甲殼類在晚侏羅世遷移至深海,而如雙殼類、蠕蟲類則在海洋革命事件的初期就占據(jù)了半咸水的環(huán)境。1.2復(fù)合遺跡地層的形成過程Zoophycos是顯生宙海相地層中最常見的遺跡化石,由于其分布廣泛、出現(xiàn)頻率高、形態(tài)精美且復(fù)雜多變而吸引了眾多遺跡學(xué)家的眼球并為之探索,過去幾十年的研究焦點(diǎn)主要集中于Zoophycos的造跡過程、造跡方式、古生態(tài)和埋藏學(xué)特征及意義。張立軍在報告中展示了中國四川甘溪剖面下泥盆統(tǒng)養(yǎng)馬壩組中復(fù)雜遺跡化石Zoophycos及其共生的不同種類的遺跡化石如Skolithos,Chondrites,Palaeophycus和Spongeliomorpha,根據(jù)化石的埋藏學(xué)和形態(tài)學(xué)特征指出,Zoophycos形成于風(fēng)暴事件之后的間歇期,在軟底條件下,Zoophycos造跡生物由沉積物內(nèi)部向上進(jìn)行覓食潛穴;而后隨著沉積底質(zhì)中氧含量逐漸降低,出現(xiàn)了Chondrites,至硬底條件,甲殼類的造跡生物在Zoophycos的潛穴和邊緣再次造跡形成了Spongeliomorpha;最后在正常天氣條件下的潮下帶環(huán)境,出現(xiàn)了Skolithos。這是一個典型的復(fù)合遺跡化石,指示了很好的造跡生物與沉積底質(zhì)條件變化之間的協(xié)同演化的過渡關(guān)系(ZhangandZhao,2015)。Lue383wemark(2015)根據(jù)第四紀(jì)晚期格陵蘭島和挪威海附近大陸斜坡中部環(huán)境的156根巖心中的Zoophycos形態(tài)的仔細(xì)觀察分析,得出Zoophycos是通過邊緣管螺旋向上建造其蹼層潛穴。Zoophycos的水平板狀蹼層主要由交替出現(xiàn)的細(xì)粒糞球物質(zhì)和粗粒非糞球物質(zhì)組成,反映了沉積覓食過程中即有貯藏室和花園模式,進(jìn)一步說明不能用單一生態(tài)模式來解釋Zoophycos的造跡過程。這種觀點(diǎn)也與Zhang等(2015)的觀點(diǎn)相類似。Desai(2015)根據(jù)印度西部Kachchh盆地中侏羅世盆地淺水相Zoophycos的遺跡組構(gòu)分析指出,Zoophycos大多保存為深階層,尤其在低沉積速率的MiddleCallovian期Zoophycos廣泛分布,并與Chondrites、Planolites、Taenidium、Thalassinoides等形成遺跡交切關(guān)系,這些遺跡組構(gòu)暗示了在受風(fēng)暴事件影響的淺水環(huán)境,水平分布的Zoophycos為其造跡生物機(jī)會主義的產(chǎn)物。1.3從遺跡組構(gòu)組成的層序地層格架傳統(tǒng)的遺跡化石的分類命名、遺跡化石群落、遺跡組構(gòu)和遺跡相的分析和組成仍然是遺跡學(xué)研究的基礎(chǔ)。宋慧波等在華北早二疊世太原期識別出了遺跡化石14屬、18種,并依據(jù)組成、分布、豐度和生物擾動強(qiáng)度,識別出4遺跡組構(gòu),即表層階層遺跡組構(gòu)、淺階層遺跡組構(gòu)、中階層遺跡組構(gòu)和深階層遺跡組構(gòu)(Songetal.,2015)。范若穎介紹了新疆西準(zhǔn)噶爾晚泥盆世—早石炭世的深水相遺跡化石11種,屬于Nereites遺跡相,進(jìn)一步細(xì)分為2個遺跡化石組合,即Phycosiphon-Nereites和Megagrapton-Glockerichnus-Cochlichnus(FanandGong,2015)。胡斌等介紹了豫西南地區(qū)西峽盆地晚白堊世的陸相(沖積扇、辮狀河、曲流河和河湖相)遺跡化石23種,通過組合特征,識別出4種遺跡化石組合,即Skolithos-Gastruichnus,Beaconites-Taenidium,Beaconites-Palaeophycus,Taenidium-Scoyenia(Wangetal.,2015)。1.4ophiomorphape-蝦體壁生物潛穴的形成和形成新遺跡學(xué)在過去的十幾年里產(chǎn)生了巨大的影響力,一大批高水平的成果的產(chǎn)出,極大地豐富了遺跡學(xué)的數(shù)據(jù)庫和知識點(diǎn)。Izumi等(2015)在日本中部更新統(tǒng)中下部的Kukumoto組的粉砂巖中,識別出了2種遺跡組構(gòu),即Phycosiphon遺跡組構(gòu)和Chondrites-Planolites-Thalassinoides遺跡組構(gòu)。這2種遺跡組構(gòu)具有明顯的地層分布特征,Ch-Pl-Th遺跡組構(gòu)主要分布于中部層位,而Phy和Ch-Pl-Th遺跡組構(gòu)分布于上部和下部層位,這樣的垂直序列的變化并不與沉積速率有關(guān),而是與沉積物中營養(yǎng)物質(zhì)的成分相關(guān),上部和下部層位都是貧營養(yǎng)的條件,這也暗示了Phycosiphon是一種選擇性的沉積覓食跡。Netto等(2015)在巴西南部的RioGrandedoSul海岸平原中識別出了一系列的Ophiomorphapuerilis,利用光學(xué)顯微鏡、Micro-CT、SEM觀察分布于Ophiomorphapuerilis的潛穴壁上布滿的糞粒的主要成分和結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)其主要為沉積顆粒,沒有造跡生物有機(jī)物質(zhì)的保存,通過與Ophiomorphanodosa體壁成分的對比,得出Ophiomorpha的體壁的宏觀形態(tài)和壁上糞顆粒的大小直徑以及排序方式,是Ophiomorpha種一級的主要鑒定依據(jù)。Curran和Seike(2015)在巴哈馬SanSalvador島的現(xiàn)代熱帶潮間至潮下帶上部的砂質(zhì)碳酸鹽沉積物中,識別出了一系列的很深的潛穴(造跡生物為蝦callianassid種),這些潛穴主要為Neocallichiruscacahuate、Neocallichirusmaryae、Neocallichirusgrandimana和Glypturusacanthochirus,根據(jù)潛穴的特征及生物分布范圍,共識別這個區(qū)域有3種蝦參與潛穴的形成,即Decapoda、Axiidea、Callianassidae。Seike(2015)在日本西北部2011年的9級海嘯事件之后,自2012年11月至2013年4月在Funakoshi和Onagawa海灣做了詳細(xì)的現(xiàn)代遺跡學(xué)分析,海嘯事件之后2012年和2013年底棲生物的潛穴主要分布于海嘯事件之后形成的泥層上部,但到了2014年在泥層的上層和砂巖的下部層位生物潛穴的密度開始增大。通過巖心樣品觀察發(fā)現(xiàn),海嘯事件之后主要為砂質(zhì)沉積,至2014年,海嘯形成的砂質(zhì)沉積都被生物擾動了,主要的造跡生物為Echinocardiumcordatum,見不到任何的物理沉積構(gòu)造。Belaústegui等(2015)在西班牙西南部的Lepe地區(qū)的現(xiàn)代河口灣和河道沉積物中識別出了一系列半咸水環(huán)境下的生物潛穴,依據(jù)遺跡化石組合特征構(gòu)建了2種遺跡組構(gòu):第1種是分布于白色黏土中類似于Thalassinoides、Arenicolites、Skolithos的生物潛穴,主要為河口灣相;第2種分布于粉砂中,主要為Psilonichnustubiformis遺跡組構(gòu)。Uchman等(2015)在大西洋的SantaMaria島的新近系砂質(zhì)沉積物中發(fā)現(xiàn)了垂直分布的Macaronichnussegregatis,這可能是由于潮汐作用引起的海水和淡水之間的混合帶導(dǎo)致了造跡生物的垂向分布的行為習(xí)性。1.5生物擾動的層位滲透率不均一性及其演化加拿大卡爾加里大學(xué)的Pemberton和Gingras研究團(tuán)隊近幾十年在遺跡組構(gòu)與油氣勘探的研究上取得了較大的科學(xué)成果。Pemberton在報告中指出,遺跡化石研究不僅在油氣勘探中具有重要作用,而且在油氣生產(chǎn)中也有用武之地(PembertonandGingas,2015)。在生物擾動的層位滲透率不均一性有5種類型:受表面約束的結(jié)構(gòu)不均一性、無約束的結(jié)構(gòu)不均一性、弱限定的結(jié)構(gòu)不均一性、隱蔽生物擾動和成巖結(jié)構(gòu)的不均一性(PembertonandGingras,2005)。在低滲透率的氣藏系統(tǒng),無約束的結(jié)構(gòu)不均一性和隱藏生物擾動是至關(guān)重要的。這一點(diǎn)已經(jīng)在美國德克薩斯州FortWorth盆地早石炭世的Barnett頁巖、俄克拉荷馬州Arkoma盆地的Woodford頁巖、北美東部的Appalachian盆地的Marcellus組得到了證實(shí)。Pemberton還指出在泥質(zhì)沉積中海相蠕蟲類在覓食過程中更容易形成碎裂而不是沉積物變形。這個觀點(diǎn)在泥盆紀(jì)的Woodford組也得到了進(jìn)一步的驗證,Phycosiphon富集區(qū)由于破裂結(jié)構(gòu)可以幫助天然氣的貯藏和運(yùn)移。因此,在泥質(zhì)生物擾動層位的蠕蟲潛穴可以影響破裂結(jié)構(gòu)的寬度和破裂帶的范圍。1.6黃浚魚的食性研究遺跡化石的三維可視化模擬與科學(xué)普及成為本次遺跡組構(gòu)研討會的一個亮點(diǎn)。國立臺灣大學(xué)的Chen和Lue383wemark(2015)通過臺灣西北部海岸中新世Taoliao組砂巖中的Piscichnuswaitemata(黃貂魚的覓食跡)的形態(tài)觀察和解析,利用三維可視化軟件,制作出一段黃貂魚的捕食視頻,非常適合于自然科學(xué)館或海洋館的科普宣傳。Niu等(2015)在展板報告中也制作了豫西奧陶紀(jì)遺跡化石的三維可視化圖像,能從不同方位和角度觀察遺跡化石,視覺沖擊感強(qiáng)烈。三維可視化的技術(shù)可以更直觀、更有效地進(jìn)行科學(xué)宣傳,應(yīng)用前景十分廣闊。2遺跡化石的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)和拓展通過參與第13屆國際遺跡組構(gòu)研討會,不僅深入了解了國際遺跡學(xué)發(fā)展的前沿和熱點(diǎn),更進(jìn)一步認(rèn)識到遺跡學(xué)研究還存在的不足。1)遺跡化石的系統(tǒng)分類學(xué)工作期待更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。過去很長一段時期,描述遺跡化石的新屬、種占據(jù)了遺跡學(xué)研究的絕大多數(shù)領(lǐng)地,但這些鑒定和描述所依據(jù)的原始材料很多十分有限,缺少系統(tǒng)深入的標(biāo)本處理、觀察和解析,重復(fù)前人或者模式種的描述,圖版制作、出版較