济南市古生物化石赋存特征及保护区划研究

成世才，朱光骥，陈 刚，宋会军

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

中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东 济南 250013

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

古生物化石是一种宝贵的不可再生资源，在研究地层及生命演化历史上不可替代。古生物化石研究，对我们认知和探寻地质历史时期古地理、古气候、古环境的发展演化规律具有重要意义，为古生物化石存在时期生态环境的研究提供宝贵的实物资料[1]。济南市沉积地层发育，古生物化石较丰富，研究历史悠久，早在19世纪末就为国内外地质学者所重视[2]，尤其是张夏—崮山寒武系标准地层剖面上的三叶虫化石，据目前资料有70属近百种，具有较高的科研科普价值。

以往济南市未对区内进行专门的古生物化石调查研究，主要是区域地质调查和地质剖面测量项目涉及零星古生物化石采集鉴定工作，未对区内古生物化石产地进行保护区划。本次在济南市古生物化石调查评价区划成果的基础上，提出符合济南市实际的古生物化石保护区划体系，对济南市古生物化石保护具有一定指导意义。

1 济南市古生物化石研究历史

济南地区早期的古生物化石研究工作最早始于1869年，是由德国学者李希霍芬(Richthofen)进行的[2]。1903年美国斯坦福大学教授B·维里斯(B.Willis)和E·布莱克威尔德(E. Blackweider)认为山东省的寒武—奥陶纪地层主要由灰岩和页岩组成，自下而上分为馒头层(the Mantou Formation)、九龙群(the Kiulong Group)、济南层[3]。1905—1913年，美国古生物学家华可脱在济南崮山发现晚寒武世头足类化石—短棒角石(Plectronoceras)，是迄今世界上最古老的头足类化石[4]。1924年我国地质学家孙云铸教授对张夏、崮山地区的寒武系进行研究，出版了《中国北方寒武纪动物化石》，是中国学者第一部公开出版的大型古生物学专著。1953年卢衍豪、董南庭等重新在济南张夏、崮山一带进行古生物化石调查，将B. Willis和E. Blackweider认为的馒头层自下而上再划分为馒头组、毛庄组、徐庄组，前两组置于下寒武统，后一组置于中寒武统[5]。1959年全国地层会议上，张夏寒武纪地层剖面被正式确定为华北寒武纪地层标准剖面。1984年以后，山东省地质科学研究院通过对寒武纪标准剖面上岩石地层、以三叶虫为主的生物地层的详细研究和精细划分，建立了完整的寒武纪岩石地层、生物地层和年代地层层序[6]，在剖面上建立了20个三叶虫化石带[7]。

2 济南市古生物化石概况

2.1 古生物化石分布

截止2017年，济南市共发现三叶虫、头足类、腹足类、腕足类、牙形石、藻类、植物、哺乳动物等多种类古生物化石，平面上主要分布于济南南部山区长清五峰山至章丘朱家峪一带，垂向上寒武纪长清群主要富集三叶虫，次为腕足类化石，寒武-奥陶纪九龙群主要富集三叶虫，次为牙形石，奥陶纪马家沟群主要富集头足类，主要化石见表1。古生物化石重要程度均为一般保护古生物化石。三叶虫化石为济南市主要古生物化石。

根据野外调查资料和510块古生物化石标本的鉴定成果，将济南市63处古生物化石点划分成了10处古生物化石产地。见图1、表2。

图1 济南市古生物化石采集点及化石产地分布图Fig.1 Map of paleontological fossil collection points and fossil origin distribution

表1 济南市代表性古生物化石一览表

Table 1 Tab of representative paleontological fossil in Jinan

2.2 古生物化石产地保护现状

目前济南市境内共划定古生物化石产地10处，均为一般古生物化石产地。其中，1处为省级地质遗迹自然保护区，4处基本位于其他类型保护区、旅游景区内，1处位于生态红线范围内，已保护古生物化石产地占化石产地总数的60%，保护措施有根据古生物化石赋存实际情况建设的界桩、界碑、围栏、说明牌等。尚未设立任何保护区的古生物化石产地4处，占化石产地总数的40%，保护措施以原产地自然状态保护为主。

3 保护区等级评价

济南市古生物化石保存的完整程度、富集程度各不相同，化石保护区中有已建地质公园、森林公园、旅游景区，还有尚无任何保护区设置的空白区域，各种因素交错复杂，尚无明确的保护区划分方法。综合指数法的基本思路是利用层次分析法计算的权重和模糊评判法取得的数值进行累乘，然后相加，最后计算出效益指标的综合评价指数。

3.1 评价方法

根据济南市古生物化石保护的实际情况综合考虑认为，综合质量指数法是最优的等级评价方法。参照李玉辉[8]对地质遗迹综合评价研究方法，结合地区实际对济南市古生物化石保护区进行定量评价，第一步，总结济南市古生物化石赋存特征及化石产地划分；第二步，制定保护区等级评定规则，确定评价因子；第三步，列举济南市各古生物化石产地实际条件；第四步，计算各产地等级评价得分，得出等级评价结果；第五步，根据评价结果提出符合实际的分级保护措施。评价流程简述如下：选择评价方法→评价因子选择→确定权重→等级评价→确定分级结果。

根据保护区各评价因子等级高低，分别给予相应的权重值。评价因子分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5个等级，因子权重见表3，对应的等级得分为90、70、50、20、0，因子指数等于等级权重乘以等级得分，各评价因子指数相加之和即为保护区综合质量指数[1,9]，计算公式为：

式中，A为保护区综合质量指数；

Ci为评价因子i权重；

Xij为评价因子i的评价等级j得分；

Fij为评价因子i的评价等级j权重。

表2 济南市古生物化石产地一览表

3.2 评价因子选择

评价体系中评价因子的选择至关重要，评价因子选择的优劣不仅能影响等级评价的科学性，还会影响到评价精度的高低，要选出具有代表性的、利于定量化研究的主导性因子作为评价因子[10]。

评价因子选择依据：化石保护区等级评价主要以化石和剖面研究价值作为评价尺度，同时考虑社会经济因素的影响。即化石保护区等级划分必须考虑化石和剖面自身的情况以及工程活动对化石和剖面的影响。

评价因子的确定：济南市古生物化石均为一般保护古生物化石，化石保护级别单一，但化石完整程度、富集程度、保护区类型等因素复杂交错，综合考虑济南市古生物化石保护实际情况，化石保护区等级划分主要选择化石完整程度、化石富集程度、典型剖面出露程度、周边地质环境、工程活动影响五个评价因子。

3.3 权重、因子指数确定

指标的权重值是在层次分析法、实验法结合专家打分、类比等基础上确定的[10]，结合保护区的实际情况，确定化石保护区等级评价指标体系，见表3。

表4 济南市古生物化石产地等级评价因子分析一览表

3.4 评价等级的确定

首先，列举各个保护区各项评价因子情况 (表4)；其次，计算各保护区各评价因子等级权重；最后，乘以因子权重确定各保护区质量综合指数，比较出最终等级结果，详见表5。

表5 济南市古生物化石产地等级评价结果一览表

3.5 保护区分级结果

保护区等级综合质量指数见表6。综合分析济南市10处古生物化石保护区化石完整程度、化石富集程度、典型剖面出露程度、周边地质环境、工程活动影响5个主导因素，将济南市古生物化石保护区分三个等级：重点保护区1个，次重点保护区2个，一般保护区7个。根据济南市古生物化石实际情况，划分为重点区1个，即张夏—崮山华北寒武系标准剖面省级地质遗迹自然保护区[11]，其余均为一般保护区。

重点保护区张夏—崮山华北寒武系标准剖面省级地质遗迹自然保护区，2001年经山东省人民政府批准建立，总面积为0.026 2 km2，以华北寒武系标准剖面和三叶虫化石为特色。张夏-崮山寒武纪地层剖面在1959年全国地层会议[12]上被正式确定为华北寒武系标准剖面，2001年1月国土资源部批准的“中国区域年代地层表”[13,14]中寒武系分三统10阶，其中毛庄阶、徐庄阶、张夏阶、崮山阶4阶就在此命名。剖面上所发现的三叶虫化石数量、种类众多，有70属近100种，化石保存完整，富集程度高、典型剖面出露完整、地质环境优美，目前为省级地质遗迹自然保护区，具有较高的学术、科研及教学价值。

表6 保护区质量综合指数和等级表

3.6 分级保护措施

根据《古生物化石保护条例》要求和“绿水青山就是金山银山”的生态保护意识，坚持保护优先，结合实际的原则，注意与相关规划的衔接，转变化石保护的思路[15]，制定切实有效的保护、管理、规划、采掘方案。

(1)重点保护区

重点地段设置区界性标桩、区界性标牌，防止无关人员进入破坏。典型稀有的化石层位出露处设置护栏、护网或加固防护措施，并设立说明牌，防护的同时兼顾对社会公众的科普宣传[16]。对分散分布且具有科普教育意义的化石保护点，应树立详细标志碑、说明牌、警示牌。建立保护区重点地段或典型剖面视频监测系统，以提高保护效率。禁止除化石保护外的一切工程活动。

(2)一般保护区

查明其古生物化石产出、分布、标本收藏状况，重点地段设置区界性标桩、区界性标牌，分散的化石保护点，应树立详细标志碑、说明牌、警示牌。禁止矿产开发，限制除化石保护外的工程活动。

4 结论

(1)根据古生物化石采集、鉴定结果及其地层分布特征，得出济南市古生物化石平面上主要分布于济南南部山区长清五峰山至章丘朱家峪一带，垂向上寒武纪长清群主要富集三叶虫，寒武-奥陶纪九龙群主要富集三叶虫，奥陶纪马家沟群主要富集头足类、腹足类化石。

(2)根据化石完整程度、富集程度、剖面出露程度、周边地质环境、工程活动影响五个评价因子，运用综合指数法，将济南市10处古生物化石产地分为三个等级：重点保护区1个，次重点保护区2个，一般保护区7个。根据济南市古生物化石实际情况，结合济南市古生物化石保护规划，实际确定重点区1个，即张夏—崮山华北寒武系标准剖面省级地质遗迹自然保护区，其余均为一般保护区。根据“保护优先和结合实际”的原则，提出了相应的古生物化石分级保护措施。

(3)各地区古生物化石赋存条件和实际保护情况各不相同，具体运用时可将该评价体系进行调整完善。建议评价时选择更务实的评价因子或调整各评价因子的权重等，使该评价结果更符合实际。