华南作为前寒武-寒武系海洋环境的重要保存地区,记录了成冰纪以来几乎所有的重要事件,发育了十分漂亮且完整的从浅水到深水的地层,目前已经发现多个埃迪卡拉和布尔吉斯型生物群。寒武纪早期是地质历史时期生命演化和海洋化学波动的关键时期之一。最引人注目的是,寒武纪早期后生动物迅速出现且随后辐射,形成了以后生动物为主导的海洋生态系统,从而取代了前寒武纪以微生物为主导的海洋生态系统。此外,寒武纪早期还发生了其它重要的生命事件,如动物体型增大、躯体骨骼化、形态复杂化、几乎所有的现今海洋动物门类和类似于现今海洋的食物链结构的首次出现。这一重大历史事件被称为“寒武纪生命大爆发”。尽管生物大爆发和生物演化的过程正在不断被厘清,但对于一些细节问题,仍然有不清楚之处。例如,部分生物如放射虫和海绵的起源问题。目前,早寒武世放射虫的报道存在很大的争议,虽然部分研究者认为放射虫在早寒武世甚至前寒武时期就已出现,但是经典观点仍认为最古老的放射虫化石年龄只能追溯到中晚寒武世。早寒武世放射虫化石由于化石数量稀少,加上绝大多数化石保存太差以至于不能较好的鉴定,这使得早期放射虫化石需要更多深入的研究,以便获得更多的研究材料。此外,目前的生物群研究主要聚焦于早寒武世浅水环境的碎屑岩,缺少对偏深水环境的硅泥岩和碳质泥岩中生物群的系统报道。因此,开展碳质泥岩中生物群的调查,进行下寒武统水井沱组生物群及其地球生物学研究,分析这一时期化石记录所展示的生命演化进程,对探索并解答下寒武统水井沱组生物群与早期海洋环境的关系具有重要的意义。本研究除采用传统古生物处理方法外,辅助Micro-CT手段,以秭归地区三个地层出露连续且年代地层分辨率高的深水相剖面(罗家村剖面、九曲脑剖面和滚子垇剖面)为研究对象,对水井沱组古生物进行系统分类学研究,探索放射虫早期起源。并基于水井沱组丰富的化石数据进行定量古群落分析,定量描述研究区深水相浮游生物的组成和分布特征,论述寒武纪早期在深水相环境中形成的浮游群落生态系统,以揭示深水环境中的生物面貌,为寒武系水井沱组生物群及其地球生物学研究提供基础。主要结论如下:1.通过对鄂西秭归地区寒武系筇竹寺阶水井沱组放射虫化石的特征描述和分类学研究,得出以下结论:(1)鄂西秭归地区寒武系筇竹寺阶水井沱组放射虫化石比较常见,均为球形多囊虫类,可以归属4种类型:2个新属新种(Paraantygopora porosa和Braunosphaera sinensis),1个未定种(Tetrasphaera?sp.),还有1个属种分类位置不确定的球形放射虫化石。其中,Paraantygopora porosa、Braunosphaera sinensis和分类位置不定的球形放射虫化石属于泡沫虫目,Tetrasphaera?sp.的科目位置未定。(2)水井沱组放射虫动物群壳体结构复杂,已经形成发育的或不发育的同心层圈结构。其中多数壳体的壳层由绷带状板片融合形成的网状结构,或称为穿孔板状结构。这些孔具有外翻形成的孔缘,孔缘长短不一,长者将不同壳体连接起来。这些放射虫化石与奥陶纪早期的一些放射虫属种壳体结构类似。少数放射虫化石具有网格状壳层,这类化石在华南地区寒武纪早期地层中有许多报道,但它们与早古生代其他层位放射虫化石壳体结构明显不同,更类似晚古生代及中生代一些放射虫化石的壳层结构。(3)到目前为止,华南水井沱组放射虫动物群共由6个属级分类单元组成,他们具有清晰的或发育不完整的同心层,壳体结构相当复杂,这些特征表明寒武纪第二世筇竹寺期放射虫已经爆发繁盛,这与浅水相区宏体生物群的爆发繁盛可能为同步发生。2.基于鄂西秭归地区罗家村剖面水井沱组丰富的化石数据,14个化石类群26属45种,合计9059枚化石个体,进行定量古群落分析,根据研究剖面生物化石组成和分布特征自下而上划分了4个古生态组合(依次为组合A,B,C,D),并逐一揭示深水环境中的生物面貌,论述各个生态组合中生物群与古海洋环境的协调演化,该研究为寒武纪早期的物种多样性和复杂生态系统提供具体科学依据。生态组合A为以等刺虫Isoxys为主导的浮游群落生态系统,含3538个化石个体10个化石物种,化石丰度最高,但是物种分异度最低。生态组合A主要受水体缺氧状态的控制,该组合同期的U/Th指标表明水体底层缺氧状态,高Al含量暗示陆源输入的增加,提供水体中充足的营养供应,从而导致组合A中浮游生物占绝对优势,为2760个化石个体,占化石总量的78.01%。以底栖生物为主的生态组合B具2475化石个体和36个生物物种,物种分异度最高,无论是化石丰度还是物种分异度都以底栖生物占主导,生物个体依次为底栖活动型高肌虫Bradoriid(27.43%),底栖固着型原牙形Protoconodonts(10.55%)和海绵骨针(9.78%)。该生态组合产自于泥灰岩浅水相,水深较组合A明显变浅,故导致生物多样性增加,出现更多的浅水底栖型生物。此外,综合地化指标,可发现U/Th比值表明水体环境处于低氧状态,较生态组合A含氧量有所改善。海洋环境的变化和水深的改变,可能是导致以浮游生物为主的群落向以底栖生物为主的群落转变的主要原因。生态组合C包括2541个化石个体和34个生物物种,其中海绵骨针占绝对优势,为44.82%。由于海绵骨针的需氧量极低,在排除海绵骨针的情况下,我们可发现组合C在化石丰度方面以浮游藻类为主,为26.99%,这与U/Th指示的水体缺氧状态相呼应,并且在该阶段Al含量的稳定波动表明陆源输入物质的增加。充足的营养物质供应可能导致该阶段浮游藻类为主的浮游生态系统取代了以底栖活动型生物Bradorid为主的底栖生态系统。生态组合D产出505个化石个体和13个生物物种,化石丰度最低,以浮游藻类为主。该阶段的地化指标U/Th表明海洋环境比早期缺氧条件有明显改善,在该阶段相对较高含量Al的波动表明,与较低地层相比,陆源输入有所增加,这导致浮游藻类的繁盛占据绝对优势。结合地球化学和沉积资料表明,水井沱组生物组合及其演化主要受环境氧化还原变化和陆源输入、水深变化的控制,这也说明这三个因素对寒武系第二世深水盆地的生物演化具有重要作用。同时,支持了氧含量是寒武纪生物演化的重要控制因素的假设。