濟(jì)南市古生物化石賦存特征及保護(hù)區(qū)劃研究

成世才，朱光驥，陳 剛，宋會(huì)軍

CHENG Shi-cai,ZHU Guang-ji,CHEN Gang,SONG Hui-jun

中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013

Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau,Jinan 250013,China

古生物化石是一種寶貴的不可再生資源，在研究地層及生命演化歷史上不可替代。古生物化石研究，對(duì)我們認(rèn)知和探尋地質(zhì)歷史時(shí)期古地理、古氣候、古環(huán)境的發(fā)展演化規(guī)律具有重要意義，為古生物化石存在時(shí)期生態(tài)環(huán)境的研究提供寶貴的實(shí)物資料[1]。濟(jì)南市沉積地層發(fā)育，古生物化石較豐富，研究歷史悠久，早在19世紀(jì)末就為國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)者所重視[2]，尤其是張夏—崮山寒武系標(biāo)準(zhǔn)地層剖面上的三葉蟲(chóng)化石，據(jù)目前資料有70屬近百種，具有較高的科研科普價(jià)值。

以往濟(jì)南市未對(duì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的古生物化石調(diào)查研究，主要是區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)剖面測(cè)量項(xiàng)目涉及零星古生物化石采集鑒定工作，未對(duì)區(qū)內(nèi)古生物化石產(chǎn)地進(jìn)行保護(hù)區(qū)劃。本次在濟(jì)南市古生物化石調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)劃成果的基礎(chǔ)上，提出符合濟(jì)南市實(shí)際的古生物化石保護(hù)區(qū)劃體系，對(duì)濟(jì)南市古生物化石保護(hù)具有一定指導(dǎo)意義。

1 濟(jì)南市古生物化石研究歷史

濟(jì)南地區(qū)早期的古生物化石研究工作最早始于1869年，是由德國(guó)學(xué)者李希霍芬(Richthofen)進(jìn)行的[2]。1903年美國(guó)斯坦福大學(xué)教授B·維里斯(B.Willis)和E·布萊克威爾德(E. Blackweider)認(rèn)為山東省的寒武—奧陶紀(jì)地層主要由灰?guī)r和頁(yè)巖組成，自下而上分為饅頭層(the Mantou Formation)、九龍群(the Kiulong Group)、濟(jì)南層[3]。1905—1913年，美國(guó)古生物學(xué)家華可脫在濟(jì)南崮山發(fā)現(xiàn)晚寒武世頭足類(lèi)化石—短棒角石(Plectronoceras)，是迄今世界上最古老的頭足類(lèi)化石[4]。1924年我國(guó)地質(zhì)學(xué)家孫云鑄教授對(duì)張夏、崮山地區(qū)的寒武系進(jìn)行研究，出版了《中國(guó)北方寒武紀(jì)動(dòng)物化石》，是中國(guó)學(xué)者第一部公開(kāi)出版的大型古生物學(xué)專(zhuān)著。1953年盧衍豪、董南庭等重新在濟(jì)南張夏、崮山一帶進(jìn)行古生物化石調(diào)查，將B. Willis和E. Blackweider認(rèn)為的饅頭層自下而上再劃分為饅頭組、毛莊組、徐莊組，前兩組置于下寒武統(tǒng)，后一組置于中寒武統(tǒng)[5]。1959年全國(guó)地層會(huì)議上，張夏寒武紀(jì)地層剖面被正式確定為華北寒武紀(jì)地層標(biāo)準(zhǔn)剖面。1984年以后，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院通過(guò)對(duì)寒武紀(jì)標(biāo)準(zhǔn)剖面上巖石地層、以三葉蟲(chóng)為主的生物地層的詳細(xì)研究和精細(xì)劃分，建立了完整的寒武紀(jì)巖石地層、生物地層和年代地層層序[6]，在剖面上建立了20個(gè)三葉蟲(chóng)化石帶[7]。

2 濟(jì)南市古生物化石概況

2.1 古生物化石分布

截止2017年，濟(jì)南市共發(fā)現(xiàn)三葉蟲(chóng)、頭足類(lèi)、腹足類(lèi)、腕足類(lèi)、牙形石、藻類(lèi)、植物、哺乳動(dòng)物等多種類(lèi)古生物化石，平面上主要分布于濟(jì)南南部山區(qū)長(zhǎng)清五峰山至章丘朱家峪一帶，垂向上寒武紀(jì)長(zhǎng)清群主要富集三葉蟲(chóng)，次為腕足類(lèi)化石，寒武-奧陶紀(jì)九龍群主要富集三葉蟲(chóng)，次為牙形石，奧陶紀(jì)馬家溝群主要富集頭足類(lèi)，主要化石見(jiàn)表1。古生物化石重要程度均為一般保護(hù)古生物化石。三葉蟲(chóng)化石為濟(jì)南市主要古生物化石。

根據(jù)野外調(diào)查資料和510塊古生物化石標(biāo)本的鑒定成果，將濟(jì)南市63處古生物化石點(diǎn)劃分成了10處古生物化石產(chǎn)地。見(jiàn)圖1、表2。

圖1 濟(jì)南市古生物化石采集點(diǎn)及化石產(chǎn)地分布圖Fig.1 Map of paleontological fossil collection points and fossil origin distribution

表1 濟(jì)南市代表性古生物化石一覽表

Table 1 Tab of representative paleontological fossil in Jinan

2.2 古生物化石產(chǎn)地保護(hù)現(xiàn)狀

目前濟(jì)南市境內(nèi)共劃定古生物化石產(chǎn)地10處，均為一般古生物化石產(chǎn)地。其中，1處為省級(jí)地質(zhì)遺跡自然保護(hù)區(qū)，4處基本位于其他類(lèi)型保護(hù)區(qū)、旅游景區(qū)內(nèi)，1處位于生態(tài)紅線(xiàn)范圍內(nèi)，已保護(hù)古生物化石產(chǎn)地占化石產(chǎn)地總數(shù)的60%，保護(hù)措施有根據(jù)古生物化石賦存實(shí)際情況建設(shè)的界樁、界碑、圍欄、說(shuō)明牌等。尚未設(shè)立任何保護(hù)區(qū)的古生物化石產(chǎn)地4處，占化石產(chǎn)地總數(shù)的40%，保護(hù)措施以原產(chǎn)地自然狀態(tài)保護(hù)為主。

3 保護(hù)區(qū)等級(jí)評(píng)價(jià)

濟(jì)南市古生物化石保存的完整程度、富集程度各不相同，化石保護(hù)區(qū)中有已建地質(zhì)公園、森林公園、旅游景區(qū)，還有尚無(wú)任何保護(hù)區(qū)設(shè)置的空白區(qū)域，各種因素交錯(cuò)復(fù)雜，尚無(wú)明確的保護(hù)區(qū)劃分方法。綜合指數(shù)法的基本思路是利用層次分析法計(jì)算的權(quán)重和模糊評(píng)判法取得的數(shù)值進(jìn)行累乘，然后相加，最后計(jì)算出效益指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

3.1 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)濟(jì)南市古生物化石保護(hù)的實(shí)際情況綜合考慮認(rèn)為，綜合質(zhì)量指數(shù)法是最優(yōu)的等級(jí)評(píng)價(jià)方法。參照李玉輝[8]對(duì)地質(zhì)遺跡綜合評(píng)價(jià)研究方法，結(jié)合地區(qū)實(shí)際對(duì)濟(jì)南市古生物化石保護(hù)區(qū)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，第一步，總結(jié)濟(jì)南市古生物化石賦存特征及化石產(chǎn)地劃分；第二步，制定保護(hù)區(qū)等級(jí)評(píng)定規(guī)則，確定評(píng)價(jià)因子；第三步，列舉濟(jì)南市各古生物化石產(chǎn)地實(shí)際條件；第四步，計(jì)算各產(chǎn)地等級(jí)評(píng)價(jià)得分，得出等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果；第五步，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出符合實(shí)際的分級(jí)保護(hù)措施。評(píng)價(jià)流程簡(jiǎn)述如下：選擇評(píng)價(jià)方法→評(píng)價(jià)因子選擇→確定權(quán)重→等級(jí)評(píng)價(jià)→確定分級(jí)結(jié)果。

根據(jù)保護(hù)區(qū)各評(píng)價(jià)因子等級(jí)高低，分別給予相應(yīng)的權(quán)重值。評(píng)價(jià)因子分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5個(gè)等級(jí)，因子權(quán)重見(jiàn)表3，對(duì)應(yīng)的等級(jí)得分為90、70、50、20、0，因子指數(shù)等于等級(jí)權(quán)重乘以等級(jí)得分，各評(píng)價(jià)因子指數(shù)相加之和即為保護(hù)區(qū)綜合質(zhì)量指數(shù)[1,9]，計(jì)算公式為：

式中，A為保護(hù)區(qū)綜合質(zhì)量指數(shù)；

Ci為評(píng)價(jià)因子i權(quán)重；

Xij為評(píng)價(jià)因子i的評(píng)價(jià)等級(jí)j得分；

Fij為評(píng)價(jià)因子i的評(píng)價(jià)等級(jí)j權(quán)重。

表2 濟(jì)南市古生物化石產(chǎn)地一覽表

3.2 評(píng)價(jià)因子選擇

評(píng)價(jià)體系中評(píng)價(jià)因子的選擇至關(guān)重要，評(píng)價(jià)因子選擇的優(yōu)劣不僅能影響等級(jí)評(píng)價(jià)的科學(xué)性，還會(huì)影響到評(píng)價(jià)精度的高低，要選出具有代表性的、利于定量化研究的主導(dǎo)性因子作為評(píng)價(jià)因子[10]。

評(píng)價(jià)因子選擇依據(jù)：化石保護(hù)區(qū)等級(jí)評(píng)價(jià)主要以化石和剖面研究?jī)r(jià)值作為評(píng)價(jià)尺度，同時(shí)考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響。即化石保護(hù)區(qū)等級(jí)劃分必須考慮化石和剖面自身的情況以及工程活動(dòng)對(duì)化石和剖面的影響。

評(píng)價(jià)因子的確定：濟(jì)南市古生物化石均為一般保護(hù)古生物化石，化石保護(hù)級(jí)別單一，但化石完整程度、富集程度、保護(hù)區(qū)類(lèi)型等因素復(fù)雜交錯(cuò)，綜合考慮濟(jì)南市古生物化石保護(hù)實(shí)際情況，化石保護(hù)區(qū)等級(jí)劃分主要選擇化石完整程度、化石富集程度、典型剖面出露程度、周邊地質(zhì)環(huán)境、工程活動(dòng)影響五個(gè)評(píng)價(jià)因子。

3.3 權(quán)重、因子指數(shù)確定

指標(biāo)的權(quán)重值是在層次分析法、實(shí)驗(yàn)法結(jié)合專(zhuān)家打分、類(lèi)比等基礎(chǔ)上確定的[10]，結(jié)合保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況，確定化石保護(hù)區(qū)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表3。

表4 濟(jì)南市古生物化石產(chǎn)地等級(jí)評(píng)價(jià)因子分析一覽表

3.4 評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

首先，列舉各個(gè)保護(hù)區(qū)各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子情況 (表4)；其次，計(jì)算各保護(hù)區(qū)各評(píng)價(jià)因子等級(jí)權(quán)重；最后，乘以因子權(quán)重確定各保護(hù)區(qū)質(zhì)量綜合指數(shù)，比較出最終等級(jí)結(jié)果，詳見(jiàn)表5。

表5 濟(jì)南市古生物化石產(chǎn)地等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果一覽表

3.5 保護(hù)區(qū)分級(jí)結(jié)果

保護(hù)區(qū)等級(jí)綜合質(zhì)量指數(shù)見(jiàn)表6。綜合分析濟(jì)南市10處古生物化石保護(hù)區(qū)化石完整程度、化石富集程度、典型剖面出露程度、周邊地質(zhì)環(huán)境、工程活動(dòng)影響5個(gè)主導(dǎo)因素，將濟(jì)南市古生物化石保護(hù)區(qū)分三個(gè)等級(jí)：重點(diǎn)保護(hù)區(qū)1個(gè)，次重點(diǎn)保護(hù)區(qū)2個(gè)，一般保護(hù)區(qū)7個(gè)。根據(jù)濟(jì)南市古生物化石實(shí)際情況，劃分為重點(diǎn)區(qū)1個(gè)，即張夏—崮山華北寒武系標(biāo)準(zhǔn)剖面省級(jí)地質(zhì)遺跡自然保護(hù)區(qū)[11]，其余均為一般保護(hù)區(qū)。

重點(diǎn)保護(hù)區(qū)張夏—崮山華北寒武系標(biāo)準(zhǔn)剖面省級(jí)地質(zhì)遺跡自然保護(hù)區(qū)，2001年經(jīng)山東省人民政府批準(zhǔn)建立，總面積為0.026 2 km2，以華北寒武系標(biāo)準(zhǔn)剖面和三葉蟲(chóng)化石為特色。張夏-崮山寒武紀(jì)地層剖面在1959年全國(guó)地層會(huì)議[12]上被正式確定為華北寒武系標(biāo)準(zhǔn)剖面，2001年1月國(guó)土資源部批準(zhǔn)的“中國(guó)區(qū)域年代地層表”[13,14]中寒武系分三統(tǒng)10階，其中毛莊階、徐莊階、張夏階、崮山階4階就在此命名。剖面上所發(fā)現(xiàn)的三葉蟲(chóng)化石數(shù)量、種類(lèi)眾多，有70屬近100種，化石保存完整，富集程度高、典型剖面出露完整、地質(zhì)環(huán)境優(yōu)美，目前為省級(jí)地質(zhì)遺跡自然保護(hù)區(qū)，具有較高的學(xué)術(shù)、科研及教學(xué)價(jià)值。

表6 保護(hù)區(qū)質(zhì)量綜合指數(shù)和等級(jí)表

3.6 分級(jí)保護(hù)措施

根據(jù)《古生物化石保護(hù)條例》要求和“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)保護(hù)意識(shí)，堅(jiān)持保護(hù)優(yōu)先，結(jié)合實(shí)際的原則，注意與相關(guān)規(guī)劃的銜接，轉(zhuǎn)變化石保護(hù)的思路[15]，制定切實(shí)有效的保護(hù)、管理、規(guī)劃、采掘方案。

(1)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)

重點(diǎn)地段設(shè)置區(qū)界性標(biāo)樁、區(qū)界性標(biāo)牌，防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入破壞。典型稀有的化石層位出露處設(shè)置護(hù)欄、護(hù)網(wǎng)或加固防護(hù)措施，并設(shè)立說(shuō)明牌，防護(hù)的同時(shí)兼顧對(duì)社會(huì)公眾的科普宣傳[16]。對(duì)分散分布且具有科普教育意義的化石保護(hù)點(diǎn)，應(yīng)樹(shù)立詳細(xì)標(biāo)志碑、說(shuō)明牌、警示牌。建立保護(hù)區(qū)重點(diǎn)地段或典型剖面視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提高保護(hù)效率。禁止除化石保護(hù)外的一切工程活動(dòng)。

(2)一般保護(hù)區(qū)

查明其古生物化石產(chǎn)出、分布、標(biāo)本收藏狀況，重點(diǎn)地段設(shè)置區(qū)界性標(biāo)樁、區(qū)界性標(biāo)牌，分散的化石保護(hù)點(diǎn)，應(yīng)樹(shù)立詳細(xì)標(biāo)志碑、說(shuō)明牌、警示牌。禁止礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)，限制除化石保護(hù)外的工程活動(dòng)。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)古生物化石采集、鑒定結(jié)果及其地層分布特征，得出濟(jì)南市古生物化石平面上主要分布于濟(jì)南南部山區(qū)長(zhǎng)清五峰山至章丘朱家峪一帶，垂向上寒武紀(jì)長(zhǎng)清群主要富集三葉蟲(chóng)，寒武-奧陶紀(jì)九龍群主要富集三葉蟲(chóng)，奧陶紀(jì)馬家溝群主要富集頭足類(lèi)、腹足類(lèi)化石。

(2)根據(jù)化石完整程度、富集程度、剖面出露程度、周邊地質(zhì)環(huán)境、工程活動(dòng)影響五個(gè)評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用綜合指數(shù)法，將濟(jì)南市10處古生物化石產(chǎn)地分為三個(gè)等級(jí)：重點(diǎn)保護(hù)區(qū)1個(gè)，次重點(diǎn)保護(hù)區(qū)2個(gè)，一般保護(hù)區(qū)7個(gè)。根據(jù)濟(jì)南市古生物化石實(shí)際情況，結(jié)合濟(jì)南市古生物化石保護(hù)規(guī)劃，實(shí)際確定重點(diǎn)區(qū)1個(gè)，即張夏—崮山華北寒武系標(biāo)準(zhǔn)剖面省級(jí)地質(zhì)遺跡自然保護(hù)區(qū)，其余均為一般保護(hù)區(qū)。根據(jù)“保護(hù)優(yōu)先和結(jié)合實(shí)際”的原則，提出了相應(yīng)的古生物化石分級(jí)保護(hù)措施。

(3)各地區(qū)古生物化石賦存條件和實(shí)際保護(hù)情況各不相同，具體運(yùn)用時(shí)可將該評(píng)價(jià)體系進(jìn)行調(diào)整完善。建議評(píng)價(jià)時(shí)選擇更務(wù)實(shí)的評(píng)價(jià)因子或調(diào)整各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重等，使該評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際。