古生物地质遗迹评价及保护对策研究

张世姣

（山东省临朐县山旺国家级自然保护区管护中心，山东 潍坊 262600）

0 引言

山旺化石种类繁多，门类齐全，保存完整。已发现10多个门类，400多种属，1万余件，其中绝大多数为化石绝灭种，近三分之一为化石绝灭属，19个为首次发现的现代生存种化石[1]。山旺化石的研究，为探索我国华东北部中新世生物群、古地理、古气候以及地层对比等提供了重要依据，对我国黄河、东海大陆架矿产资源的开发，也将有一定意义[2]。但是受到人类活动和自然营力的强烈影响，区域内的地质剖面不可避免地出现风化和破坏现象。为了更好地保护、开发、研究和利用山旺古生物地质遗迹，有必要对古生物地质遗迹资源价值及资源开发利用价值进行评估，同时提出可为地质公园管理部门参考的保护对策。

1 工程概况

山东省山旺国家地质公园位于临朐县城东22 km，面积约13 km2。地质公园地处鲁中隆起区中的临朐凹陷，最高峰尧山，海拔405.5 m，公园内总体由两个次级小盆地组成，即解家河盆地和包家河盆地，其外围均为由玄武岩组成的低山丘陵，地形起伏较大。地质公园以闻名世界的山旺古生物化石及反映其形成环境的火山地貌为特色[3]。公园核心区面积1.2 km2，1980年被国务院批准为国家级自然保护区，1999年被公布为国家级地质遗迹保护区，2001年成为国家地质公园，2009年被评为国家AAA级旅游景区，2011年被命名为野外科学观测基地。

公园核心区主要由山东山旺地质公园博物馆和山旺地层层型剖面组成。为了更好地保护、开发、研究和利用山旺化石，2005年建成了山东山旺地质公园博物馆，建筑面积3600 m2，展出面积1080m2，一楼是综合厅，二楼有两个展厅，西厅为水生厅，东厅为陆生厅，展出陈列各类山旺动植物化石标本218件。山旺古生物化石种类繁多，所属的地质年代是新生代新近纪中新世中期，时间大约为距今2000万年左右。目前经研究定名的已达到700余种，其中2/3是已灭绝的属种[4-5]。

2 基于熵权法的古生物地质遗迹评价

熵原本是物理热力学理论概念，随后推广应用于信息论中，用于度量不确定性时间的概率或者信息量的尺度（也称作信息熵）。熵权法是基于信息熵的概念建立起来的决策工具，它能够利用数据自身具有的不均匀程度或者重要程度进行权重，然后实现多属性目标的预测、决策，本质上属于信息的传递，具有较前的可操作性，无须层次分析法中专家组成员对权重进行赋值，避免了人为因素的干扰，因此，熵权法在工程管理科学、决策学中成为最重要的技术手段之一[6]。熵权法通过对评估体系建立评价矩阵，并对矩阵进行规范化处理以利于对评价指标的赋权重，假设矩阵中含有的评价对象有n个，评价指标b有p个，那么可以建立评价矩阵A如公式（1）所示[7]。

式中：A为古生物地质遗迹评价矩阵，b为评价指标，n为评价对象个数，p为评价指标个数。

根据熵权法理论，确定第i个评价指标的熵Hi如公式（2）所示[7]。

式中：Hi为评价指标的熵。

熵权是衡量每个评价指标对有用信息的提供程度，因此，对每个评价指标的熵进行赋权重wi，如公式（3）所示[8]。

式中：wi为第i个评价指标的熵权重。

将各个评价方案的评价指标与熵权重进行线形加权，得到方案的评分值，如公式（4）所示。

式中：p为各个评价方案的评价分值。根据评分值的大小进行排序，按照实际工程需求，确定评分最大值或者最小值对应的方案为最优选方案。

在利用熵权法对古生物遗迹资源评价目标进行评价时，其具体的评价步骤为先确定评价对象和确定评价目标，按照一定的规则建立指标体系，并选择合适的评价方法，建立熵权法评价模型，如图1所示，按公式（1）～公式（4）的计算方法得到综合评价结果，分析计算结果是否符合实际情况，最后根据评分值的大小进行排序，按照实际工程需求，确定评分最大值或者最小值对应的方案为最优选方案。具体的评价过程如图2所示。

图2 基于熵权法的古生物地质遗迹资源保护方案评价过程

3 古生物地质遗迹评价效果分析

基于熵权法理论和图1的古生物地质遗迹资源评价模型，计算得到每个评价指标的权重见表1。

表1 基于熵权法的古生物地质遗迹资源保护方案评价指标权重

图1 基于熵权法的古生物地质遗迹资源评价模型

根据公式（1）可以建立评价矩阵如公式（5）所示。

根据熵权法对各个指标进行赋权重，具体的计算方法如公式（3）所示。因此可以得到熵权值线形叠加函数，如公式（6）所示。

式中：α为景观价值与功能的熵权重系数；β为自然属性特征的熵权重系数；γ为地理环境条件的熵权重系数；χ为客源区域条件的熵权重系数。

由于各个评价指标的熵权重线性组合会产生不同的影响，古生物遗迹资源评价得分产生变化。为了分析避免熵权重能够反映各评价指标参数的客观性，避免主观因素，对各个熵权重系数进行敏感性分析。敏感性分析计算方法采用MATLAB软件内嵌程序，将各个评价指标的因素值导入程序中，程序根据评价指标熵的重要性等级进行参数敏感性分析，并输出函数曲线，结果如图3和表2所示。从表2可以看出，景观价值与功能的熵权重系数α的最大值为0.796，最小值为0.592；自然属性特征的熵权重系数β的最大值为0.622，最小值为0.411；地理环境条件的熵权重系数γ的最大值为0.492，最小值为0.362；客源区域条件的熵权重系数χ的最大值为0.484，最小值为0.284。

表2 MATLAB软件计算得到的各熵权重系数的敏感性系数结果

图3 熵权重系数敏感性分析

以100分为满分划分4个等级分值：在90分以上列为最优级（Ⅰ级）；80分～90分为较优级（Ⅱ级）；60分～80分为普通级（Ⅲ级）；小于60分为较差级（IV）。按公式（4）计算得到，山旺国家地质公园古生物地质遗迹评分值为83.7分，判定为最优级（I级），具有较高的古生物地质遗迹资源价值和开发利用价值。

4 古生物地质遗迹保护对策

针对山东省山旺国家地质公园古生物地质遗迹资源特殊性以及基于熵权法理论得到的评价结论，提出以下几个方面的古生物地质遗迹保护对策。

4.1 做好完善的古生物地质遗迹资源规划

三旺国家地质公园古的生物化石是在玛珥湖中形成的，湖内因火山运动而含有大量硅，并产生一种特殊植物——硅藻，大量动植物死亡掉入湖内，被湖内的硅藻包围密封，没与氧气接触而保存下来，历尽沧桑形成了大量古生物化石。与其他地质体相比，古生物地质遗迹的抗风化能力较弱，因此在长期暴露与自然条件下，受到自然营力作用影响极易遭受风化侵蚀，为了尽快推动古生物地质遗迹的保护工作，应做好相应的专项研究工作，并做好古生物地质遗迹保护规划工作。

4.2 统筹做好古生物地质化石的科普展览

以三旺国家地质公园为依托，建立和开发地质公园内的科普研学路线、完善展览厅内的标本展示、编制印发相应的科普宣传材料，以提升社会的关注度和保护意识。目前三旺国家地质公园已建立了以古生物化石展览为重点的综合厅、以水生动植物化石展览为重点的水生厅、以陆生动植物展览为重点的陆生厅以及位于山旺和解家河的地层剖面。

4.3 加强古生物地质化石资源保护研究

对山旺国家地质公园古生物地质化石资源进行详细地调查，摸清其分布范围，以便于划分保护范围，同时可以与高校、科研院所等机构开展合作，对古生物化石保护进行长期监测和研究，并提出相应的古生物化石保育措施。通过网络手段、国际会议等向国际社会进行古生物化石资源的推介，与国际组织展开研究和保护的务实合作，争取相应的捐款和政策性的保护资金。

5 结论

以山旺国家地质公园为研究对象，基于熵权法理论建立古生物化石遗迹资源保护评价体系，从景观价值、自然属特性、地理条件和区域条件4个方面进行定量评价，将古生物化石遗迹资源保护价值分为4个等级，得到以下3个结论：1）熵权法通过对评估体系建立评价矩阵，并对矩阵进行规范化处理以利于对评价指标的赋权重，其计算的关键是将各个指标的熵值转换为熵权重，以熵权重的定量分析评价指标的重要性程度。2）结合实际工程案例，采用熵权法建立的古生物地质遗迹资源评价体系，并求得了各个评价指标的熵权重系数的敏感性系数，有效克服了主观因素对评价结果的影响。3）基于熵权法理论得到山旺国家地质公园古生物地质遗迹评分值为83.7分，判定为最优级（I级），具有较高的古生物地质遗迹资源价值和开发利用价值，并提出3条相应的保护对策。