放射虫是海洋微体古生物的一个重要类群,广泛分布于从赤道至两极的各种海域,并垂直分布于从表层到上千米深的水层中。放射虫化石广泛存在于古海洋的沉积物中,可用于进行全球的地层对比,特别是在造山带地区,或者是在缺少其他生物化石(比如牙形石和菊石)的深水相环境中,对于划分地层有着重要作用。通过对现代海洋中放射虫的生态及海洋环境的研究,可以类比到沉积物中的放射虫化石,能够反映出地史时期的古海洋和古生态的信息,放射虫的种群组成、丰度和分异度等指标可以用于指示古水深,进而重建海平面变化以及古环境。本文尝试性地采用统计古生态学和古生物地层学方法重点研究二叠纪放射虫生物地层及放射虫与古水深的关系。本文研究内容主要分三个部分:(1)华南长兴期放射虫动物群分类学;(2)长兴期放射虫动物群与古水深的统计研究;(3)低纬地区二叠纪放射虫生物地层的统计研究。取得的进展概括如下:(1)华南长兴期放射虫动物群分类学古-中生代之交,由于泛大陆的形成,全球发生了大规模海退,导致二叠-三叠纪之交地层沉积缺失。然而,华南是古特提斯洋之中的地块,并且由于区域裂陷作用,二叠-三叠纪地层连续沉积。本文研究了华南深水盆地湖南桑植仁村坪剖面、贵州断杉克脚剖面和四川广元肖家坝剖面大隆组的放射虫动物群,共鉴定27属69种,其中包括1个新属,4个新种和2个新亚种。新属Dalongicaepa bipolaris Xiao and Suzuki gen.et sp.nov是根据Micro-XCT影像所显示的内部结构而建立的。新属的特点是具有四到七个密集的同心壳,中心有一个大的球形空心,在外壳的两极有两根长的或直或弯曲的圆柱状的长刺。另外,本文采用聚类分析方法研究了所有与Dalongicaepa相似的二叠纪和中生代球形至椭球形多囊虫,发现Dalongicaepa属于Spongotortilispinidae科。(2)长兴期放射虫动物群与古水深的统计研究本文简要总结了关于二叠纪放射虫指示水深的现有认知,并将这些认知与现代放射虫指示水深的观测证据进行比较。现代放射虫统计研究表明,放射虫种级类型和水深之间存在一定的对应关系,但种级以上的类别(如属、科、目)和水深之间不存在对应关系。对于二叠纪放射虫古水深的研究,普遍认为Copicyntrinae等球形放射虫指示浅水,Albaillellaria目指示深水,这显然与现代放射虫的认知相矛盾。为了探索这种差异是否存在,我们首次在二叠纪长兴期放射虫研究中采用对应分析(CA)的数学方法,进行水深分布的探讨。应用于CA的多变量元数据来自华南陆架大隆组和日本远洋深水硅质岩,因为这2个地区的古地理背景研究程度较高,且存在明显差异。蜓类生物古地理重建表明这2个地区在晚二叠世属于同一个低纬区。CA的研究结果表明,放射虫分布主要和2个因素(维度)有关,即水深和硅质输入。在CA的输出结果中,维度1从正值演变为负值,正好对应于沉积水深从浅水到深水,而维度2可能与硅质碎屑输入密切相关。沿着维度1的轴线,可以将九个被检验的剖面划分为五个水深带:非常浅水带(新民剖面和上寺剖面),浅水带(平顶山剖面和湖山剖面),上部中层水带(仁村坪剖面),中部中层水带(东攀剖面),下部中层水—远洋深水带(Gujo-hachiman剖面,Itsukaichi剖面和Shikoku剖面)。这个顺序大致与基于古生物学和地质学证据得到的经验水深一致。根据这一水深顺序,可以将这些剖面的种划分为5个水深等级,即非常浅水种(如Tetraspongodiscus stauracanthus等14个种),浅水种(如Dalongicaepa fontainei等18个种),上部中层水种(如Trilonche crassispinosa等14个种),中部中层水种(如Entactinia reticulata等39个种),下部中层水—远洋深水种(如Latentibifistula asperspongiosa等7个种)。首次从统计学上证明Entactinaria目和Spumellaria目不生活在非常深的水域,Latentifistularia目和Albaillellaria目的大部分种生活在上部中层水—深水。该研究采用更加科学的方法,深入地更新了二叠纪放射虫古水深的指示意义。(3)低纬地区二叠纪放射虫生物地层的统计研究生物地层学研究的理想目标是得到所有物种的明确的地层延限,对全球等时的生物层进行修订并以此确定地层年龄。然而,以简单、传统的方式难以实现这一目标。鉴于新生代放射虫生物地层研究中统计学方法的成功应用,本文尝试采用统计学方法建立全球适用的二叠纪放射虫生物地层序列、估算生物层的数值年龄,并确定物种的地层延限。为了实现这一目标,本文分析了有关低纬度地区(包括古特提斯洋和泛大洋)的350余篇文献、近70个地层剖面和1560个零散点位样品中的400余个二叠纪放射虫种。在研究方法上,本文首次应用了4种统计方法,即单元组合法(UAM),“最小无序生物层算法”(MDBA),图形对比法(GC)和“循环估算法”(RER)。其中,RER是一种通过贝叶斯推断和联合概率(两种统计方法)来预测样本年龄的概率的新方法。本文得到如下研究结果:1.采用UAM,建立了15个二叠纪放射虫单元组合带(UAZ);2.采用MDBA和GC,识别出42个种的首现(FO)数值年龄;3.采用RER,获得了整个二叠系165个放射虫种的UAZ延限的统计学概率。此外,UAZ的可用性检验表明,检验的文献中的933个样品,有97.96%的样品显示出很好的对应关系,没有矛盾。新生代的等时生物层有1.4 Myr的统计误差,将其类比到二叠纪,42个首现层中的23个应当认为是等时事件。由于UAZ延限的统计概率是通过贝叶斯推断估计出来的,这些延限将来可以由任何人来进行更新。另外,应用获得的UAZ延限的统计学概率对广西板城石梯水库剖面的构造岩片进行UAZ的标定,此剖面的地层发育有多个断层和褶皱,是不同时代的地层混杂叠覆的复杂地质体。通过各岩片所属的UAZ的推断,确定了其时代,证实了UAZ及其统计学似然延限的可用性。以上研究结果表明,基于现代海洋生物的生态演化规律,通过多种定量计算指标和方法,采用Micro-XCT等新技术手段方法,得到的这些新的结果,对解决二叠纪放射虫的分类问题,实现高分辨率的深水沉积地层划分和对比,重建古水深等生态学意义等,发挥了关键作用。表明统计分析和新技术手段,在老地层的微体化石上有明显的实际价值和应用前景。二叠纪是石炭纪冰期到三叠纪温室的过渡期,记录了多期次的环境变化和生物事件,是现代气候和生物环境演变的重要地质历史参考时期。更多,更新的技术方法和统计计算方法在二叠纪古生物化石的应用研究,特别是放射虫等微体海洋生物,可能是预测现代温室气候下的生物和海洋变化,建立客观的历史对比参考依据,所必需的研究途径和发展趋势。