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2017年12月06日 总第3601期

中国矿业报地质调查 “海洋地质八号”顺利交付 聚焦深部勘查技术 支撑深部地热探测 化石,探索地球宝藏的一把金钥匙 成果支撑

第A5版:地质调查
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化石,探索地球宝藏的一把金钥匙

□ 作者 李宗星 魏小洁 冯仁朋 郭迎春 彭博 方欣欣 马寅生

如果说文字是记载人类社会历史必不可少的工具,那么化石就是大自然史册的天然记录者。迄今为止,地质学家通过解读埋藏于岩石之中的化石所蕴含的丰富信息,使我们初步了解了地球46亿年以来的生命演化史,化石也因此被当作是开启地球历史之门的一把重要钥匙。

什么是化石?

通俗来讲,化石(fossil)是指保存于岩层中的远古生物的遗体和生命活动的痕迹。在漫长的地质年代里,地球上曾经生活过无数的生物,这些生物死亡后遗体中的有机质在漫长的岁月中被分解尽,坚硬的部分(如外壳、骨骼、枝叶等)与包围在周围的沉积物被保留下来,随着沉积物被埋藏。经过漫长的地质时期,生物体本身的物质成分被矿物质填充或置换,变得跟岩石一样坚硬,但是它们原来的形态、结构却被保留下来。经过地壳构造运动,岩石和古生物化石出露,最终被人们发现,也就是我们所说的“化石”。

化石的形成过程和保存条件

1. 生物自身条件

有机物必须拥有坚硬部分,如壳、骨、牙或木质组织。无脊椎动物中的各种贝壳、脊椎动物的骨骼等主要由矿物质构成,能够较为持久地抵御各种破坏作用。此外,具有角质层、纤维质和几丁质薄膜的生物,例如植物的叶子和笔石的体壁等,虽然容易遭受破坏,但是不容易溶解,在高温下能够炭化成为化石。而动物的内脏和肌肉等软体则容易被氧化和腐蚀,除了在极特殊的条件下,一般很难成为化石。

化石形成过程示意图

2. 埋藏条件

生物在死后必须立即避免被毁灭,并被某种能阻碍分解的物质迅速埋藏起来。通常海生动物的遗体都能变成化石,这是因为海生动物死亡后沉在海底,被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。

3. 时间因素

生物遗体或其硬体部分必须经历长期的埋藏,才能随着周围沉积物的成岩过程而石化成化石。但是,有一些保存在较古老岩层中的化石,因岩层的变形和变质作用,使化石遭到破坏。

4. 沉积物的成岩作用

沉积物在固结成岩过程中的压实作用和结晶作用都会影响化石的形成和保存。其中,碎屑沉积物的压实作用比较显著,所以在碎屑沉积岩中的化石很少能够保持原始的立体状态。

化石的类型

根据其保存的特点,可分为以下5类:

1. 实体化石:多为动物的骨骼和壳体以及植物的根、茎、叶等在地层中经过石化而成,保存了生物的形态、结构和装饰等。人们熟悉的恐龙骨架和猛犸象牙齿就属于实体化石。

2. 模铸化石:生物遗体在地层中留下的印模,包括外模和内模。外模是遗体坚硬部分(如贝壳)的外表印在围岩上的痕迹,能够反映原来生物外表形态及构造;内模指壳体的内面轮廓构造印在围岩上的痕迹,能反映生物硬体的内部形态及构造特征。

3. 遗迹化石:指保留在岩层中的古生物生活活动的痕迹和遗物。其中,最重要的是足迹,此外还有节肢动物的爬痕、掘穴、钻孔以及生活在滨海地带的舌形贝所构成的潜穴,均可以形成遗迹化石,例如恐龙蛋、恐龙脚印和粪便。

4. 化学化石:地史时期的生物有机质软体部分虽然遭到破坏,但分解后的有机质成分仍残留在地层中,有些还可以形成重要的矿产资源,例如煤、石油、天然气。

5. 特殊的化石——琥珀:如琥珀和冻土中的化石等。琥珀看起来并不是“石”,但它确实应作为化石家族中的特殊一员。因为绝大多数琥珀中都埋藏着古代生物的遗体。此外,常年冻土中的生物遗体,因冰冻而没被石化,也可称为化石。

化石的启示

古生物化石是重要的地质遗迹,是地球历史的见证,人们可以根据不同生物的生态环境,恢复漫长的地质历史时期各个阶段地球的古地理面貌、海陆分布格局。

1. 大陆漂移说的证据

大陆漂移说认为,地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块,称之为泛大陆或联合古陆,中生代开始分裂并漂移,逐渐达到现在的位置。魏格纳提出大陆漂移学说的基本依据之一,就是一个属种的生物应该有一定的地理分布范围,然而他发现诸如水龙兽、中龙及其它古代动植物化石,却分散在世界不同的地方。

2. 古地理环境的见证

生物化石是重建古地理环境最重要的依据。例如,现代造礁珊瑚生存在热带﹑亚热带浅海中﹐在年平均温度低于18℃的海域,只能生存不能造礁﹐因而珊瑚礁的存在不仅表明属于浅海环境﹐且是属于热带﹑亚热带环境。

动植物的繁茂程度也是探索古地理环境的依据。厚煤层的出现一般表明当时当地环境温暖润湿﹐有利于植被的生长。

生物化石的微细构造可用于追索古环境的细节。如根据植物化石中的年轮可推断当时的温度、季节变化和降水季节变化等。

3. 地质年代的信号

地质学家根据生物演化的阶段性和地球发展的重大构造运动阶段,将地球的历史从古到今划分为5代12纪。在各个不同时期的地层里,大都保存有古代动、植物的标准化石。各类动、植物化石出现的早晚是有一定顺序的,越是低等的出现的越早,越是高等的出现的越晚。

4. 能源矿产的信息

能源对我们的生活非常重要,尤其是石油、天然气对于国家的发展具有至关重要的作用。那么,化石与油气资源之间有着密切的关系吗?

答案是肯定的。就常规情况而言,在地质历史时期,某地出现地震、火山、海啸以及气候突变等地质事件,会引发大规模的生物死亡。在无沉积区域,生物会被风化;在沉积区域,例如河流、海洋等,沉积物会对生物进行掩埋。生物在不同情况下形成油气资源和化石,这些突然死亡而形成的化石在某些沉积区域大规模出现,表明在地质事件发生之前生物在这一区域生活非常密集。根据生物链规则,这种密集的生活势必证明该区域存在更大规模的低端食物链的生物。低端食物链的生物被掩埋之后更容易形成油气,故而该区域就越接近油气资源的储存地。

同时,化石群的发现在一定程度上对寻找石油具有重要意义。例如,地质学家们在永靖以及海石湾、肃北、通渭、庆阳等地发现鹦鹉嘴龙、蜥脚类、马门溪龙、鸭嘴龙、原巴克龙等恐龙化石群,表明侏罗纪时期的甘肃曾是个恐龙王国,这些古生物化石组合的相关特征表明,这里曾是一个暖热潮湿、多水滨湖相结合的古构造盆地,这一带的地层可能属于有重要成油层的地层。由此可见,化石研究对于能源资源的探索至关重要。□

(作者单位:中国地质调查局地质力学研究所)

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