濟南市古生物化石賦存特征及保護區劃研究

成世才，朱光驥，陳 剛，宋會軍

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

中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 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，對我們認知和探尋地質歷史時期古地理、古氣候、古環境的發展演化規律具有重要意義，為古生物化石存在時期生態環境的研究提供寶貴的實物資料[1]。濟南市沉積地層發育，古生物化石較豐富，研究歷史悠久，早在19世紀末就為國內外地質學者所重視[2]，尤其是張夏—崮山寒武系標準地層剖面上的三葉蟲化石，據目前資料有70屬近百種，具有較高的科研科普價值。

以往濟南市未對區內進行專門的古生物化石調查研究，主要是區域地質調查和地質剖面測量項目涉及零星古生物化石采集鑒定工作，未對區內古生物化石產地進行保護區劃。本次在濟南市古生物化石調查評價區劃成果的基礎上，提出符合濟南市實際的古生物化石保護區劃體系，對濟南市古生物化石保護具有一定指導意義。

1 濟南市古生物化石研究歷史

濟南地區早期的古生物化石研究工作最早始于1869年，是由德國學者李希霍芬(Richthofen)進行的[2]。1903年美國斯坦福大學教授B·維里斯(B.Willis)和E·布萊克威爾德(E. Blackweider)認為山東省的寒武—奧陶紀地層主要由灰巖和頁巖組成，自下而上分為饅頭層(the Mantou Formation)、九龍群(the Kiulong Group)、濟南層[3]。1905—1913年，美國古生物學家華可脫在濟南崮山發現晚寒武世頭足類化石—短棒角石(Plectronoceras)，是迄今世界上最古老的頭足類化石[4]。1924年我國地質學家孫云鑄教授對張夏、崮山地區的寒武系進行研究，出版了《中國北方寒武紀動物化石》，是中國學者第一部公開出版的大型古生物學專著。1953年盧衍豪、董南庭等重新在濟南張夏、崮山一帶進行古生物化石調查，將B. Willis和E. Blackweider認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，后一組置于中寒武統[5]。1959年全國地層會議上，張夏寒武紀地層剖面被正式確定為華北寒武紀地層標準剖面。1984年以后，山東省地質科學研究院通過對寒武紀標準剖面上巖石地層、以三葉蟲為主的生物地層的詳細研究和精細劃分，建立了完整的寒武紀巖石地層、生物地層和年代地層層序[6]，在剖面上建立了20個三葉蟲化石帶[7]。

2 濟南市古生物化石概況

2.1 古生物化石分布

截止2017年，濟南市共發現三葉蟲、頭足類、腹足類、腕足類、牙形石、藻類、植物、哺乳動物等多種類古生物化石，平面上主要分布于濟南南部山區長清五峰山至章丘朱家峪一帶，垂向上寒武紀長清群主要富集三葉蟲，次為腕足類化石，寒武-奧陶紀九龍群主要富集三葉蟲，次為牙形石，奧陶紀馬家溝群主要富集頭足類，主要化石見表1。古生物化石重要程度均為一般保護古生物化石。三葉蟲化石為濟南市主要古生物化石。

根據野外調查資料和510塊古生物化石標本的鑒定成果，將濟南市63處古生物化石點劃分成了10處古生物化石產地。見圖1、表2。

圖1 濟南市古生物化石采集點及化石產地分布圖Fig.1 Map of paleontological fossil collection points and fossil origin distribution

表1 濟南市代表性古生物化石一覽表

Table 1 Tab of representative paleontological fossil in Jinan

2.2 古生物化石產地保護現狀

目前濟南市境內共劃定古生物化石產地10處，均為一般古生物化石產地。其中，1處為省級地質遺跡自然保護區，4處基本位于其他類型保護區、旅游景區內，1處位于生態紅線范圍內，已保護古生物化石產地占化石產地總數的60%，保護措施有根據古生物化石賦存實際情況建設的界樁、界碑、圍欄、說明牌等。尚未設立任何保護區的古生物化石產地4處，占化石產地總數的40%，保護措施以原產地自然狀態保護為主。

3 保護區等級評價

濟南市古生物化石保存的完整程度、富集程度各不相同，化石保護區中有已建地質公園、森林公園、旅游景區，還有尚無任何保護區設置的空白區域，各種因素交錯復雜，尚無明確的保護區劃分方法。綜合指數法的基本思路是利用層次分析法計算的權重和模糊評判法取得的數值進行累乘，然后相加，最后計算出效益指標的綜合評價指數。

3.1 評價方法

根據濟南市古生物化石保護的實際情況綜合考慮認為，綜合質量指數法是最優的等級評價方法。參照李玉輝[8]對地質遺跡綜合評價研究方法，結合地區實際對濟南市古生物化石保護區進行定量評價，第一步，總結濟南市古生物化石賦存特征及化石產地劃分；第二步，制定保護區等級評定規則，確定評價因子；第三步，列舉濟南市各古生物化石產地實際條件；第四步，計算各產地等級評價得分，得出等級評價結果；第五步，根據評價結果提出符合實際的分級保護措施。評價流程簡述如下：選擇評價方法→評價因子選擇→確定權重→等級評價→確定分級結果。

根據保護區各評價因子等級高低，分別給予相應的權重值。評價因子分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5個等級，因子權重見表3，對應的等級得分為90、70、50、20、0，因子指數等于等級權重乘以等級得分，各評價因子指數相加之和即為保護區綜合質量指數[1,9]，計算公式為：

式中，A為保護區綜合質量指數；

Ci為評價因子i權重；

Xij為評價因子i的評價等級j得分；

Fij為評價因子i的評價等級j權重。

表2 濟南市古生物化石產地一覽表

3.2 評價因子選擇

評價體系中評價因子的選擇至關重要，評價因子選擇的優劣不僅能影響等級評價的科學性，還會影響到評價精度的高低，要選出具有代表性的、利于定量化研究的主導性因子作為評價因子[10]。

評價因子選擇依據：化石保護區等級評價主要以化石和剖面研究價值作為評價尺度，同時考慮社會經濟因素的影響。即化石保護區等級劃分必須考慮化石和剖面自身的情況以及工程活動對化石和剖面的影響。

評價因子的確定：濟南市古生物化石均為一般保護古生物化石，化石保護級別單一，但化石完整程度、富集程度、保護區類型等因素復雜交錯，綜合考慮濟南市古生物化石保護實際情況，化石保護區等級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、周邊地質環境、工程活動影響五個評價因子。

3.3 權重、因子指數確定

指標的權重值是在層次分析法、實驗法結合專家打分、類比等基礎上確定的[10]，結合保護區的實際情況，確定化石保護區等級評價指標體系，見表3。

表4 濟南市古生物化石產地等級評價因子分析一覽表

3.4 評價等級的確定

首先，列舉各個保護區各項評價因子情況 (表4)；其次，計算各保護區各評價因子等級權重；最后，乘以因子權重確定各保護區質量綜合指數，比較出最終等級結果，詳見表5。

表5 濟南市古生物化石產地等級評價結果一覽表

3.5 保護區分級結果

保護區等級綜合質量指數見表6。綜合分析濟南市10處古生物化石保護區化石完整程度、化石富集程度、典型剖面出露程度、周邊地質環境、工程活動影響5個主導因素，將濟南市古生物化石保護區分三個等級：重點保護區1個，次重點保護區2個，一般保護區7個。根據濟南市古生物化石實際情況，劃分為重點區1個，即張夏—崮山華北寒武系標準剖面省級地質遺跡自然保護區[11]，其余均為一般保護區。

重點保護區張夏—崮山華北寒武系標準剖面省級地質遺跡自然保護區，2001年經山東省人民政府批準建立，總面積為0.026 2 km2，以華北寒武系標準剖面和三葉蟲化石為特色。張夏-崮山寒武紀地層剖面在1959年全國地層會議[12]上被正式確定為華北寒武系標準剖面，2001年1月國土資源部批準的“中國區域年代地層表”[13,14]中寒武系分三統10階，其中毛莊階、徐莊階、張夏階、崮山階4階就在此命名。剖面上所發現的三葉蟲化石數量、種類眾多，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、地質環境優美，目前為省級地質遺跡自然保護區，具有較高的學術、科研及教學價值。

表6 保護區質量綜合指數和等級表

3.6 分級保護措施

根據《古生物化石保護條例》要求和“綠水青山就是金山銀山”的生態保護意識，堅持保護優先，結合實際的原則，注意與相關規劃的銜接，轉變化石保護的思路[15]，制定切實有效的保護、管理、規劃、采掘方案。

(1)重點保護區

重點地段設置區界性標樁、區界性標牌，防止無關人員進入破壞。典型稀有的化石層位出露處設置護欄、護網或加固防護措施，并設立說明牌，防護的同時兼顧對社會公眾的科普宣傳[16]。對分散分布且具有科普教育意義的化石保護點，應樹立詳細標志碑、說明牌、警示牌。建立保護區重點地段或典型剖面視頻監測系統，以提高保護效率。禁止除化石保護外的一切工程活動。

(2)一般保護區

查明其古生物化石產出、分布、標本收藏狀況，重點地段設置區界性標樁、區界性標牌，分散的化石保護點，應樹立詳細標志碑、說明牌、警示牌。禁止礦產開發，限制除化石保護外的工程活動。

4 結論

(1)根據古生物化石采集、鑒定結果及其地層分布特征，得出濟南市古生物化石平面上主要分布于濟南南部山區長清五峰山至章丘朱家峪一帶，垂向上寒武紀長清群主要富集三葉蟲，寒武-奧陶紀九龍群主要富集三葉蟲，奧陶紀馬家溝群主要富集頭足類、腹足類化石。

(2)根據化石完整程度、富集程度、剖面出露程度、周邊地質環境、工程活動影響五個評價因子，運用綜合指數法，將濟南市10處古生物化石產地分為三個等級：重點保護區1個，次重點保護區2個，一般保護區7個。根據濟南市古生物化石實際情況，結合濟南市古生物化石保護規劃，實際確定重點區1個，即張夏—崮山華北寒武系標準剖面省級地質遺跡自然保護區，其余均為一般保護區。根據“保護優先和結合實際”的原則，提出了相應的古生物化石分級保護措施。

(3)各地區古生物化石賦存條件和實際保護情況各不相同，具體運用時可將該評價體系進行調整完善。建議評價時選擇更務實的評價因子或調整各評價因子的權重等，使該評價結果更符合實際。