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微体化石的大学问
和大化石一样，微体化石也包括两类，即遗体化石和遗迹化石。遗体化石指微小古生物的本体或古生物身体的微小部分，其软组织一般都在变成化石的过程中被破坏，保存下来的为硬体部分；遗迹化石为微小古生物生活活动留下的痕迹或其排泄物，如微潜穴、微钻孔、微爬痕、微粪粒等。
微体化石一般在5 mm 以下，个别可达到100 mm，小到几微米，因此，按其个体大小又可分为两类：一是微化石（microfossils），其度量以毫米（mm）为单位；二是超微化石（nannofossils），其度量以微米（μm）为单位。
▲硅藻图版
Triceratium pentacrinus（Ehr.）Wallich； Fragilaria capucina Desmazieres； Pinularia cardinalis； Pinularia dactylus var. miocenica； Pinularia mesolepta；比例尺为10 μm（自程兆第等，1996）
微体化石包括的范围非常广泛，就其本质而言，可分为以下几种类型。
▋微小古生物的完整壳体，如有孔虫、介形虫、放射虫、硅藻、沟鞭藻、硅鞭藻、竹节石、软舌螺、苔藓虫、层孔虫等，除苔藓虫和层孔虫由许多个体群集而生，形成群体，其他类别都是单体生物。
▋某些古生物的微小器官或者身体的某些微小部分，与本体分开保存，成为微体化石。例如轮藻的藏卵器和孢子花粉都是植物的生殖器官。此外，棘皮动物的骨板若分散保存，微小者也需要在显微镜下研究。
▋大古生物的幼体，例如双壳类、腹足类、腕足动物、棘皮动物等，少数类群个体微小，需在显微镜下观察研究，由于它们大多营游泳或漂浮生活，分布广泛，有重要的地层意义。
微体古生物学在地质学上的应用有以下几个重要方面。
▋最古老的岩层和深海沉积岩层中的生物遗体都以微体化石为主而缺乏大化石。微体化石可为制定地质年表提供更完备的依据。
微体生物对生活环境的适应性较强，在不利于生存的条件下，一般生物濒于绝迹，某些微体生物却能够生存。在这类环境中沉积的岩层往往只保存了微体化石。同时微体生物容易由风、昆虫、鸟类等动力传播，被带到不利于生物生存的环境保存成为化石。例如在我国分布颇广的中、新生代陆相红色地层中含大化石很少，主要依靠微体化石如介形虫、孢子花粉等确定其地质时代和进行地层对比。海相微体化石属于浮游类型的居多，在全球分布广泛，演化迅速，可作为洲际地层对比的依据。
▲全球塞诺曼阶底界界线层型法国金钉子剖面利用浮游有孔虫作为界线划分标准（Kennedy et al.，2004）
微体化石有若干能指示地质年代、划分和对比地层的标准生物类群，例如，牙形石、有孔虫的类是划分对比石炭纪和二叠纪地层的标准类群；浮游有孔虫的异卷虫类仅分布于中、上侏罗统；轮虫类从早白垩世晚期延续到晚白垩世末，截球虫类仅生活于晚白垩世。
生物带、组合带及群落带的建立，应用于生物地层学研究，解决了地层对比的问题，如寒武系至三叠系牙形石组合带在我国、北美及欧洲的建立，为系间界线层型的确定及各生物带的洲际或大区域的地层划分对比提供了较精确的依据。
生态学的研究积累了关于现代生物生活方式、习性、形态功能以及生活环境、居群和群落结构与分布等方面的丰富知识。古生态学按照“将今论古”的现实主义原理，通过直接或间接类比，运用这些知识研究化石资料以推断古环境，进而恢复古地理。
▋深海沉积中丰富的微体化石对了解深海环境和海盆发育历史有重要意义。此外，微体生物硬体的矿物成分多样，可以从地球化学角度提供较多的反映环境特征的信息。
各类生物中都有对环境因素敏感的属种，微体生物也不例外，有的属种对温度敏感，要在一定的温度范围内才能生活，有的对水体盐度或深度敏感，要在一定的盐度或深度范围内才能生存。这些狭温性、狭盐性或狭深性属种，可以作为指示环境因素（温度、盐度或深度）的标志。例如海生底栖硅藻分布深度较浅，一般限于滨海带。
▲ Cyprideis torosa 的筛孔形状百分比与盐度的关系（引自Frenzel and Boomer，2005）,通过统计筛孔形状分析盐度的方法已被广泛地应用于第四纪介形类研究中
通过宏观的群落分析可以推断宏观的环境。例如，淡水介形虫（以金星介类为主）、淡水硅藻及轮藻等指示陆相环境；底栖大有孔虫、海生介形虫（中、新生代以浪花介类为主）指示大陆架正常浅海环境；浮游有孔虫、颗石藻和放射虫指示远岸海洋环境；孢子花粉含量和颗粒大小若同时朝一个方向递减，往往代表从大陆向近岸海洋的环境变化。所以根据古生物群落进行的古环境宏观分析，可以阐明古海陆分布格局，为恢复古地理提供基础资料。
通过对微体化石的研究，查明了我国的渤海、黄海、东海和南海都形成于新生代。而在古近纪时期，由于气候干热和海进的影响，我围东部沿海地区还形成有大量咸水、半咸水沉积。这种环境有利于烃类生成，为形成丰富的石油资源创造了条件。
微体化石在恢复古气候方面也起着重要作用，尤其是新生代全球气候与环境变化事件是近年来研究的热点，如王伟铭等（2009）综合探讨了中国新近纪孢粉植物群的区域定位与环境响应问题。通过研究我国新近纪孢粉植物群的变化规律发现早中新世和中中新世以后的孢粉植物群之间存在着明显的差别，这种变迁是对当时环境变化的响应。在新近纪开始的时候，尤其在其后的中新世气候最适宜期期间，中国东部地区的孢粉植物群已经受到逐渐盛行的夏季风的影响。其影响范围向西可达青藏高原的东北缘，如甘肃临夏剖面在21.8 Ma 前，植被从稀疏草原转变为森林（施雅风等，1998）。随着青藏高原的逐渐隆起，以及全球性气候变冷的加剧，冬季风开始明显增强，直接导致草原型干旱性植被在内蒙古地区的形成。此外，冬季风的影响在我国华北及邻近地区的新近纪，尤其是上新世孢粉植物群中，也有明显的反映。如在中国东部孢粉植物区系中，草本被子植物花粉和裸子植物松科花粉的含量在上新世的孢粉组合中大量增加（宋之琛等，1999；Wang，2006）。青藏高原孢粉植物区的形成是高原抬升运动的直接结果。
▋微体古生物形成的沉积矿产有腐泥煤、油页岩、石油、天然气、磷矿、硅藻土及某些金属硫化矿床，对形成自然硫、铁矿、锰矿、钼矿等也有重要作用。生物成矿作用已成为当前成矿理论中一个重要研究领域。
石油的形成与某些微体古生物有关，我国东部古近纪和新近纪油田的含油层位与甲藻富集有关，也就是说，找到了甲藻富集层位，其含油层位的确定也就迎刃而解了，有孔虫灰岩、藻类碳酸盐岩，其孔隙度和渗透性都比较好，常成为石油、天然气的重要储集层。孢子和花粉是重要的生油母质。世界上一些前寒武纪条带状含铁建造、锰矿、磷矿等都与当时的叠层石发育有关，如中国的新太古代时期的泰山岩群山草峪岩组中赋存的鞍山式磁铁矿。
▲化石沟鞭藻类、疑源类及世界上特大油田的地质时代分布示意图（引自何承全等，2009）
此外，微体古生物学在阐明古沉积环境和研究海底扩张、新构造运动等方面，也正愈来愈发挥出它的作用，还可为生命起源学说和进化论提供事实依据。
本文摘编自《微体古生物学及其应用》（赵秀丽，李守军编. 责任编辑：孟美岑. 北京：科学出版社，2017.3）一书“绪论”，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-052416-4
《微体古生物学及其应用》为了满足高等院校古生物地层学专业和地质类专业的教学要求而编写，以帮助学生加强基础知识、掌握基础理论和基本技能，了解科技发展的前沿。本书共七章，介绍主要微体古生物门类有孔虫、介形虫、牙形石、硅藻、孢粉、沟鞭藻及疑源类，系统阐述每个门类的基本形态构造、分类、地史分布和演化及古生态，增加近年来国内外研究新成果，介绍其研究意义及应用。并简要介绍了各门类化石的样品采集和处理分析方法。
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（本文编辑：刘四旦）
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