12第三章生物地层学的基本原理及方法
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能恢复古环境的化石必需是原地埋藏的化石 原地埋藏化石的主要标志: 原地埋藏的生物化石往往保存较完整，表面微细 构造往往未遭破坏，表面无磨损现象。 原地埋 藏的化石个体大小往往极不一致，包含有不同生长 发育阶段的个体。异地埋藏的化石由于在搬运过程 中的分选作用，常常个体大小较一致。 生物化 石保持原来生活时状态的为原地埋藏，反之，为异 地埋藏。
•
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百分比法是生物地层学中常用的最简单的数理 统计法。将所要研究的地层中化石进行全面统 计，与已知时代的剖面中的化石作分层比较， 求其相同的百分含量，以此便可以确定其时代 的方法称百分比法。这是Lyell在研究新近系的 时候提出并利用。
百分统计法的优点是直观，在小范围内使用相 当准确，尤其适合于石油、煤田等微体化石统 计研究。
“将今论古”法的实例
现代造礁珊瑚的生活方式与生活环境 （底栖固着、浅海、海水清沏、热带、 亚热带，纬度、赤道位臵）推测古代造 礁珊瑚的生活环境和生活方式
3、古生物是恢复古环境的重要证据 （续）———指相化石分析方法
指相化石(facies fossil)：能够明确反映某种特 定环境条件的化石
• 指相化石分析方法实例
wk.baidu.com
原地埋藏化石的主要标志（图解）
左：正常
右：经搬动
3、古生物是恢复古环境的重要证据（续）
• —— “将今论古”法
根据古生物化石可以恢复古地理、古气候、构造 运动等 ①实证古生物学方法——即“将今论古”法 研究现代生物的生活方式，借以判明地史时期同 类古生物的生活方式 研究现代生物与各种外界 环境因素的关系，借以阐明古代生物的生活条件 及其生活环境
•
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•
•
•
图解对比法（graphic correlation）系Shaw 1964年 建立； 该方法采用二维坐标投影的方法，将若干地层剖 面上所有化石的分布点综合起来，形成一个“复 合标准剖面”； 借此复合标准剖面，一方面可以判定各个化石分 •图解对比法的基础是，所有沉积地层 类单元的总体地质分布时限，另一方面也可以进 剖面（地层厚度）都是时间的函数， 行地层对比。
4、古生物资料在找矿上的应用
直接：
煤、石油、磷矿等由生物形成 金矿有部分由低等生物形成 用孢粉和牙形石的成熟度来圈定石油储藏的可 能范围 分析有机腐植酸的含量研究可能含油地段
植物---可分出不同气候带（古气候），成煤期反 映气候温暖潮湿 植物、动物化石—分出海陆边界（古地理） Lingula(海豆芽/舌形贝)---滨海 造礁珊瑚---浅海；热带亚热带 黑色笔石页岩---较深水滞流还原环境
笔石是浮游生物化石，生活在远海的中上层水域 中。因此，它们往往指示出深水海洋环境。
新成果
在雅安天全须家河组剖面的上样品中分析出丰富 的孢粉化石，共计55属95种，其中属于在四川 盆地晚三叠世中新发现的有27属63种。
蕨类植物中以真蕨类为主。现代真蕨植物绝大多数生 活在热带、亚热带潮湿气候区，多为林下植物，地质 历史时期的多数真蕨也生活在同样条件下，与喜湿热 的苏铁植物共同组成热带、亚热带植物群落。因此， 上述晚三叠世须家河组中的孢粉化石，反映的古气候 为亚热带－热带潮湿炎热气候环境。
只要地层所含化石或化石组合相同或相似，它 们的地质时代就相同或大致相当，这就是使用 古生物化石划分对比地层的理论依据。 古生物学方法是确定地层相对地质年代的基础。
5
•
•
•
在一个地层单位中，选择少数特有的生物化石， 它们在该地层上下层位中基本上没有，该种化 石只在该段地层里出现，它们是特定地质时代 的产物，这些化石就叫作标准化石。
。
• 他开创了生物地层学方法。化石层序律是确定
地层层序的主要方法。
3
W.史密斯（1769 －1839），英国测 量工程师，在参加 开凿运河的土地测 量工作时热心收集 古生物化石，在此 基础上提出了化石 层序律。
4
•
地层年代的概念，必须建立在生物地层学的基 础上。
•
地质历史发展过程中，不外乎是无机界和有机 界（即生物界）的演化发展过程，而生物界的 演化比无机界的发展具有更加显著的阶段性和 不可逆性。
生物地层学是根据生物发展历史及其空间分 布规律，阐明地层的发育顺序，并研究生物 化石在地层划分，和对比中的原理和方法。
•
地层中生物的存在和分布形式客观地反映了地 层的时空结构。 基本原理：
生物进 化的不 可逆性
生物扩 散的瞬 时性
•
生物演 化的阶 段性
生物演 化的前 进性
2
• 基本原理：著名的英国地层学之父Smith根据自 己的长期实践于 1815 年提出：不同岩层中所含 的化石各不相同，可以根据相同的化石来对比 地层并证明是同一时代。这就是后来受到一致 推崇的化石层序律（Law of faunal succession）
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•
•
剖面对比依赖的是各剖面之间所共有化石类别，因 此要求参与对比的剖面应该有较好的生物地层研究 基础，并且各剖面间有一定量的相同化石类型； 两条剖面对比时，由化石首现点和末现点产生的坐 标投影往往并不在一条直线上，对比线应该是一条 线性回归线。
–
对比线的形态很好地反映了对比剖面的沉积特征：对比 线的斜率反映了剖面地层的沉积速率与区域平均沉积速 率之间的关系。
体古生物研究人员经过四五十年的努力，发现 了大量的各门类标准化石，进行了电子显微镜 扫描并编制成图册，成为陆相中、新生界油气 勘探地层划分对比的重要依据，在油气勘探中 发挥了重要作用。
• •
7
•
与标准化石法用单一化石属种划分对比地层不同，化 石组合法是用生物群划分对比地层。
•用它来对比地层可以防止个别标准 在地质历史中，同一生活环境中不 生物群及其演化，在一定程度上， 只有一类生物，而是多种生物共生在 反映了该地层形成时期生物群的总体 化石在特殊沉积环境中，由于穿时现 象造成地层对比错误的弊病。 一起组成一个生物群。在不同时代不 面貌。因此利用生物群组合来划分地 同环境中，由于各种生物适应能力不 层界线，用来对比地层，也是十分可 同，产生的组合就不相同。 靠的。
新成果
广 沉元 积市 相河 柱西 状乡 图中 （侏 马罗 门统 溪沙 龙溪 动庙 物组 群上 ）段 面
新成果
在四川广元河西乡恐龙化石埋藏地的上 沙溪庙组地层中，采获了丰富的双壳类化石， 主 要 包 括 ： Psilunio globitriangularis ， Cuneopsis johannisboehmi，Psilunio sinensis， Eolamprotula guangyuanensis ， Cuneopsis sichuanensis ， Psilunio chaoi ， Eolamprotula paucinodulosa 等 ， 属 于 喜 热 的 CuneopsisPsilunio-Eolamprotula 淡水双壳类动物群 — 中侏 罗统。 为广元河西乡恐龙动物群时代的确定和气 候环境提供了新的资料。
根据标准化石来进行地层划分和对比的方法叫 做标准化石法。所谓标准化石也是相对的，但 它具有明显特征：
– – – –
•
生物生活时代短；
分布范围广；
数量多； 保存完好，易于鉴定。
6
•
标准化石在海相地层划分对比中发挥着重要作 用，化石带往往可以作为洲际对比。 标准化石是最理想、最重要的生物标志。 •陆相地层由于沉积环境复杂，相变急剧，砂砾 标准化石法是最简单的生物地层学研究方法， 岩和红层比较多，化石稀少，比海相地层对比 其突出优点是较为经济，简便易行。 难度更大。各油田古生物研究人员，特别是微
新成果
广 元 河 西 恐 龙 化 石 埋 藏 地 岩 相 及 沉 积 环 境
广元河西乡沙溪庙组上段粉砂质泥岩 中的钙质结核层
恐龙生活于广阔的冲积平原之上，考虑到沙溪 庙组沉积时期为半干旱的气候条件，恐龙的死 亡可能是由于在旱季时食物的不足造成的。恐 龙死亡后，尸体在未完全腐烂之前，被季节性 越岸洪水经过一定距离的搬运至极浅湖环境下， 被粉砂质泥岩等细粒沉积物所掩埋。由于经过 一定距离的搬运，因而恐龙化石呈散架的形式 保存。
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•
•
•
地层记录是一部反映地球和生物界形成和发展 的万卷书，沉积作用则是该书的原作者。 从沉积作用的特征和机理上查明地层记录的特 征和属性，对正确使用地层学的基本原理和定 律，深刻理解地层特征与其时间属性均具有重 垂向加积 要意义。 尽管形成地层记录的沉积作用和机理千差万别， 热侵 侧向 但概括起来可归结为四类： 位加
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•
利用所含化石的百分比对地层进行划分和对比是定量 地研究地层的方法之一，它是标准化石法和化石组合 法的有效补充。 但百分比这一简单的数理统计法有明显不足之处。如 作为对比标准的已知剖面各层中，可能因环境变化而 所含化石数量有差异，即与未知剖面相当的层位可能 因环境不适宜恰好含化石稀少；有时，已知剖面各层 位中所含化石的数量与这些化石的标准化不一致，出 现化石虽多，但时间标志较差的情况。这些都会给百 分比法带来困难。
积 生物沉积
加积
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古生物学在地质学中的应用
• ★古生物是地层系统、地质年代表制定的主要 依据 ★古生物方法是地层划分和对比的重要方法 ★古生物是恢复古环境的重要证据 ★古生物资料在找矿上的应用 ★古生物资料在地球物理学方面的应用 ★古生物资料在构造地质学方面的应用
3、古生物是恢复古环境的重要证据
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含不同化石的两地层通过化石混合来 进行对比示意图
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•
所谓种系演化是指生物发展演化进程中的演化系 列和彼此间所存在的亲缘关系。
若地层中化石丰富，当逐渐详细采集，并经详细 •尽管运用种系发生法划分对比地层，常因 鉴定和研究，则可根据各种生物属、种之间在层 古生物资料的不完备性而遇到困难。但在 位上和形态、构造上的逐渐过渡关系，找到它们 大量的古生物学资料的基础上，在长期的 在发展演化上的内在联系，根据其祖先和后代之 生物地层学的实践中，有许多实例。如寒 间的亲缘关系将其划分成不同的演化阶段。 武纪应用三叶虫的演化，在奥陶纪、志留 • 根据这点，便可以将含这些化石的地层划分开来。 纪应用笔石的演化，以蜓的演化划分石炭、 二叠纪地层，以菊石和哺乳类的演化划分 中、新生界地层等。
每一个化石分类单元在剖面上的分布 都处于同样的时间区间内。
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以时间为对应参照标志，可以在一个二维空间坐标系中 将两个同时形成的地层剖面以地层厚度为标尺对比起来， 而两剖面上各化石的分布区间成为两剖面时间对比的参 照点。
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• •
•
•
建立各研究剖面上各化石分类单元的分布区间； 选择两条化石记录比较好的剖面，以这两条剖面 地层厚度分别为纵坐标轴和横坐标轴，将所有化 石的首现点和末现点分别投影到坐标轴上，求出 对比曲线； 选择一个坐标轴作为复合剖面，通过对比曲线， 将另一条剖面上的化石首现点和末现点投影到复 合剖面轴上。 以该复合剖面为基础，将其与其他剖面进行逐个 对比，将其他剖面上的化石点也逐个投影到该复 合剖面上来。
•
两条剖面复合对比时，化石首现点总是取较低的点， 末现点取较高的点。它可能大于该类别在所有实际 剖面上的分布区间，但并不能反映该类别在研究区 外的分布时限。
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•
•
•
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•
运用图解对比法可以更准确有效地对比地层，发 现剖面中的地层缺失和化石保存及采集中的问题， 得出一个比所有剖面都完全的复合标准剖面，以 及各个化石在该研究区的最大时限范围。 该对比法并非以数学取代了生物地层学，而是与 其他方法一样有赖于详细测量、仔细采集和正确 鉴定化石。 在确定对比线的位臵时，也必须运用地层研究者 的经验来解释年代地层对比的结果。 采用图解对比法，可以很快地积累化石的出现和 时限范围资料。 当资料数量比较多时，还可以用计算机进行处理。
新成果
新成 广元河西恐龙化埋藏地 果 沙溪庙组上段地层中的遗迹化石
共发现4个遗迹属，4个遗迹钟（含未定种）：Macanopsis sp.（节肢动 物的潜穴）。Scoyenia sp.， Palaeophycus sp.，Muensteria sp.等。从总 体上看属于Scoyenia遗迹 相类型,因而这些泥质粉砂岩和粉砂质泥岩的 沉积环境为为陆上暴露或浅水覆盖的泛滥平原
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百分比法是生物地层学中常用的最简单的数理 统计法。将所要研究的地层中化石进行全面统 计，与已知时代的剖面中的化石作分层比较， 求其相同的百分含量，以此便可以确定其时代 的方法称百分比法。这是Lyell在研究新近系的 时候提出并利用。
百分统计法的优点是直观，在小范围内使用相 当准确，尤其适合于石油、煤田等微体化石统 计研究。
“将今论古”法的实例
现代造礁珊瑚的生活方式与生活环境 （底栖固着、浅海、海水清沏、热带、 亚热带，纬度、赤道位臵）推测古代造 礁珊瑚的生活环境和生活方式
3、古生物是恢复古环境的重要证据 （续）———指相化石分析方法
指相化石(facies fossil)：能够明确反映某种特 定环境条件的化石
• 指相化石分析方法实例
wk.baidu.com
原地埋藏化石的主要标志（图解）
左：正常
右：经搬动
3、古生物是恢复古环境的重要证据（续）
• —— “将今论古”法
根据古生物化石可以恢复古地理、古气候、构造 运动等 ①实证古生物学方法——即“将今论古”法 研究现代生物的生活方式，借以判明地史时期同 类古生物的生活方式 研究现代生物与各种外界 环境因素的关系，借以阐明古代生物的生活条件 及其生活环境
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图解对比法（graphic correlation）系Shaw 1964年 建立； 该方法采用二维坐标投影的方法，将若干地层剖 面上所有化石的分布点综合起来，形成一个“复 合标准剖面”； 借此复合标准剖面，一方面可以判定各个化石分 •图解对比法的基础是，所有沉积地层 类单元的总体地质分布时限，另一方面也可以进 剖面（地层厚度）都是时间的函数， 行地层对比。
4、古生物资料在找矿上的应用
直接：
煤、石油、磷矿等由生物形成 金矿有部分由低等生物形成 用孢粉和牙形石的成熟度来圈定石油储藏的可 能范围 分析有机腐植酸的含量研究可能含油地段
植物---可分出不同气候带（古气候），成煤期反 映气候温暖潮湿 植物、动物化石—分出海陆边界（古地理） Lingula(海豆芽/舌形贝)---滨海 造礁珊瑚---浅海；热带亚热带 黑色笔石页岩---较深水滞流还原环境
笔石是浮游生物化石，生活在远海的中上层水域 中。因此，它们往往指示出深水海洋环境。
新成果
在雅安天全须家河组剖面的上样品中分析出丰富 的孢粉化石，共计55属95种，其中属于在四川 盆地晚三叠世中新发现的有27属63种。
蕨类植物中以真蕨类为主。现代真蕨植物绝大多数生 活在热带、亚热带潮湿气候区，多为林下植物，地质 历史时期的多数真蕨也生活在同样条件下，与喜湿热 的苏铁植物共同组成热带、亚热带植物群落。因此， 上述晚三叠世须家河组中的孢粉化石，反映的古气候 为亚热带－热带潮湿炎热气候环境。
只要地层所含化石或化石组合相同或相似，它 们的地质时代就相同或大致相当，这就是使用 古生物化石划分对比地层的理论依据。 古生物学方法是确定地层相对地质年代的基础。
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在一个地层单位中，选择少数特有的生物化石， 它们在该地层上下层位中基本上没有，该种化 石只在该段地层里出现，它们是特定地质时代 的产物，这些化石就叫作标准化石。
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• 他开创了生物地层学方法。化石层序律是确定
地层层序的主要方法。
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W.史密斯（1769 －1839），英国测 量工程师，在参加 开凿运河的土地测 量工作时热心收集 古生物化石，在此 基础上提出了化石 层序律。
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地层年代的概念，必须建立在生物地层学的基 础上。
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地质历史发展过程中，不外乎是无机界和有机 界（即生物界）的演化发展过程，而生物界的 演化比无机界的发展具有更加显著的阶段性和 不可逆性。
生物地层学是根据生物发展历史及其空间分 布规律，阐明地层的发育顺序，并研究生物 化石在地层划分，和对比中的原理和方法。
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地层中生物的存在和分布形式客观地反映了地 层的时空结构。 基本原理：
生物进 化的不 可逆性
生物扩 散的瞬 时性
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生物演 化的阶 段性
生物演 化的前 进性
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• 基本原理：著名的英国地层学之父Smith根据自 己的长期实践于 1815 年提出：不同岩层中所含 的化石各不相同，可以根据相同的化石来对比 地层并证明是同一时代。这就是后来受到一致 推崇的化石层序律（Law of faunal succession）
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剖面对比依赖的是各剖面之间所共有化石类别，因 此要求参与对比的剖面应该有较好的生物地层研究 基础，并且各剖面间有一定量的相同化石类型； 两条剖面对比时，由化石首现点和末现点产生的坐 标投影往往并不在一条直线上，对比线应该是一条 线性回归线。
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对比线的形态很好地反映了对比剖面的沉积特征：对比 线的斜率反映了剖面地层的沉积速率与区域平均沉积速 率之间的关系。
体古生物研究人员经过四五十年的努力，发现 了大量的各门类标准化石，进行了电子显微镜 扫描并编制成图册，成为陆相中、新生界油气 勘探地层划分对比的重要依据，在油气勘探中 发挥了重要作用。
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与标准化石法用单一化石属种划分对比地层不同，化 石组合法是用生物群划分对比地层。
•用它来对比地层可以防止个别标准 在地质历史中，同一生活环境中不 生物群及其演化，在一定程度上， 只有一类生物，而是多种生物共生在 反映了该地层形成时期生物群的总体 化石在特殊沉积环境中，由于穿时现 象造成地层对比错误的弊病。 一起组成一个生物群。在不同时代不 面貌。因此利用生物群组合来划分地 同环境中，由于各种生物适应能力不 层界线，用来对比地层，也是十分可 同，产生的组合就不相同。 靠的。
新成果
广 沉元 积市 相河 柱西 状乡 图中 （侏 马罗 门统 溪沙 龙溪 动庙 物组 群上 ）段 面
新成果
在四川广元河西乡恐龙化石埋藏地的上 沙溪庙组地层中，采获了丰富的双壳类化石， 主 要 包 括 ： Psilunio globitriangularis ， Cuneopsis johannisboehmi，Psilunio sinensis， Eolamprotula guangyuanensis ， Cuneopsis sichuanensis ， Psilunio chaoi ， Eolamprotula paucinodulosa 等 ， 属 于 喜 热 的 CuneopsisPsilunio-Eolamprotula 淡水双壳类动物群 — 中侏 罗统。 为广元河西乡恐龙动物群时代的确定和气 候环境提供了新的资料。
根据标准化石来进行地层划分和对比的方法叫 做标准化石法。所谓标准化石也是相对的，但 它具有明显特征：
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生物生活时代短；
分布范围广；
数量多； 保存完好，易于鉴定。
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标准化石在海相地层划分对比中发挥着重要作 用，化石带往往可以作为洲际对比。 标准化石是最理想、最重要的生物标志。 •陆相地层由于沉积环境复杂，相变急剧，砂砾 标准化石法是最简单的生物地层学研究方法， 岩和红层比较多，化石稀少，比海相地层对比 其突出优点是较为经济，简便易行。 难度更大。各油田古生物研究人员，特别是微
新成果
广 元 河 西 恐 龙 化 石 埋 藏 地 岩 相 及 沉 积 环 境
广元河西乡沙溪庙组上段粉砂质泥岩 中的钙质结核层
恐龙生活于广阔的冲积平原之上，考虑到沙溪 庙组沉积时期为半干旱的气候条件，恐龙的死 亡可能是由于在旱季时食物的不足造成的。恐 龙死亡后，尸体在未完全腐烂之前，被季节性 越岸洪水经过一定距离的搬运至极浅湖环境下， 被粉砂质泥岩等细粒沉积物所掩埋。由于经过 一定距离的搬运，因而恐龙化石呈散架的形式 保存。
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地层记录是一部反映地球和生物界形成和发展 的万卷书，沉积作用则是该书的原作者。 从沉积作用的特征和机理上查明地层记录的特 征和属性，对正确使用地层学的基本原理和定 律，深刻理解地层特征与其时间属性均具有重 垂向加积 要意义。 尽管形成地层记录的沉积作用和机理千差万别， 热侵 侧向 但概括起来可归结为四类： 位加
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利用所含化石的百分比对地层进行划分和对比是定量 地研究地层的方法之一，它是标准化石法和化石组合 法的有效补充。 但百分比这一简单的数理统计法有明显不足之处。如 作为对比标准的已知剖面各层中，可能因环境变化而 所含化石数量有差异，即与未知剖面相当的层位可能 因环境不适宜恰好含化石稀少；有时，已知剖面各层 位中所含化石的数量与这些化石的标准化不一致，出 现化石虽多，但时间标志较差的情况。这些都会给百 分比法带来困难。
积 生物沉积
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古生物学在地质学中的应用
• ★古生物是地层系统、地质年代表制定的主要 依据 ★古生物方法是地层划分和对比的重要方法 ★古生物是恢复古环境的重要证据 ★古生物资料在找矿上的应用 ★古生物资料在地球物理学方面的应用 ★古生物资料在构造地质学方面的应用
3、古生物是恢复古环境的重要证据
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含不同化石的两地层通过化石混合来 进行对比示意图
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所谓种系演化是指生物发展演化进程中的演化系 列和彼此间所存在的亲缘关系。
若地层中化石丰富，当逐渐详细采集，并经详细 •尽管运用种系发生法划分对比地层，常因 鉴定和研究，则可根据各种生物属、种之间在层 古生物资料的不完备性而遇到困难。但在 位上和形态、构造上的逐渐过渡关系，找到它们 大量的古生物学资料的基础上，在长期的 在发展演化上的内在联系，根据其祖先和后代之 生物地层学的实践中，有许多实例。如寒 间的亲缘关系将其划分成不同的演化阶段。 武纪应用三叶虫的演化，在奥陶纪、志留 • 根据这点，便可以将含这些化石的地层划分开来。 纪应用笔石的演化，以蜓的演化划分石炭、 二叠纪地层，以菊石和哺乳类的演化划分 中、新生界地层等。
每一个化石分类单元在剖面上的分布 都处于同样的时间区间内。
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以时间为对应参照标志，可以在一个二维空间坐标系中 将两个同时形成的地层剖面以地层厚度为标尺对比起来， 而两剖面上各化石的分布区间成为两剖面时间对比的参 照点。
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建立各研究剖面上各化石分类单元的分布区间； 选择两条化石记录比较好的剖面，以这两条剖面 地层厚度分别为纵坐标轴和横坐标轴，将所有化 石的首现点和末现点分别投影到坐标轴上，求出 对比曲线； 选择一个坐标轴作为复合剖面，通过对比曲线， 将另一条剖面上的化石首现点和末现点投影到复 合剖面轴上。 以该复合剖面为基础，将其与其他剖面进行逐个 对比，将其他剖面上的化石点也逐个投影到该复 合剖面上来。
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两条剖面复合对比时，化石首现点总是取较低的点， 末现点取较高的点。它可能大于该类别在所有实际 剖面上的分布区间，但并不能反映该类别在研究区 外的分布时限。
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运用图解对比法可以更准确有效地对比地层，发 现剖面中的地层缺失和化石保存及采集中的问题， 得出一个比所有剖面都完全的复合标准剖面，以 及各个化石在该研究区的最大时限范围。 该对比法并非以数学取代了生物地层学，而是与 其他方法一样有赖于详细测量、仔细采集和正确 鉴定化石。 在确定对比线的位臵时，也必须运用地层研究者 的经验来解释年代地层对比的结果。 采用图解对比法，可以很快地积累化石的出现和 时限范围资料。 当资料数量比较多时，还可以用计算机进行处理。
新成果
新成 广元河西恐龙化埋藏地 果 沙溪庙组上段地层中的遗迹化石
共发现4个遗迹属，4个遗迹钟（含未定种）：Macanopsis sp.（节肢动 物的潜穴）。Scoyenia sp.， Palaeophycus sp.，Muensteria sp.等。从总 体上看属于Scoyenia遗迹 相类型,因而这些泥质粉砂岩和粉砂质泥岩的 沉积环境为为陆上暴露或浅水覆盖的泛滥平原