古生物地質(zhì)遺跡評(píng)價(jià)及保護(hù)對(duì)策研究

張世姣

（山東省臨朐縣山旺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管護(hù)中心，山東 濰坊 262600）

0 引言

山旺化石種類繁多，門類齊全，保存完整。已發(fā)現(xiàn)10多個(gè)門類，400多種屬，1萬(wàn)余件，其中絕大多數(shù)為化石絕滅種，近三分之一為化石絕滅屬，19個(gè)為首次發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代生存種化石[1]。山旺化石的研究，為探索我國(guó)華東北部中新世生物群、古地理、古氣候以及地層對(duì)比等提供了重要依據(jù)，對(duì)我國(guó)黃河、東海大陸架礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)，也將有一定意義[2]。但是受到人類活動(dòng)和自然營(yíng)力的強(qiáng)烈影響，區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)剖面不可避免地出現(xiàn)風(fēng)化和破壞現(xiàn)象。為了更好地保護(hù)、開(kāi)發(fā)、研究和利用山旺古生物地質(zhì)遺跡，有必要對(duì)古生物地質(zhì)遺跡資源價(jià)值及資源開(kāi)發(fā)利用價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)提出可為地質(zhì)公園管理部門參考的保護(hù)對(duì)策。

1 工程概況

山東省山旺國(guó)家地質(zhì)公園位于臨朐縣城東22 km，面積約13 km2。地質(zhì)公園地處魯中隆起區(qū)中的臨朐凹陷，最高峰堯山，海拔405.5 m，公園內(nèi)總體由兩個(gè)次級(jí)小盆地組成，即解家河盆地和包家河盆地，其外圍均為由玄武巖組成的低山丘陵，地形起伏較大。地質(zhì)公園以聞名世界的山旺古生物化石及反映其形成環(huán)境的火山地貌為特色[3]。公園核心區(qū)面積1.2 km2，1980年被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，1999年被公布為國(guó)家級(jí)地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)，2001年成為國(guó)家地質(zhì)公園，2009年被評(píng)為國(guó)家AAA級(jí)旅游景區(qū)，2011年被命名為野外科學(xué)觀測(cè)基地。

公園核心區(qū)主要由山東山旺地質(zhì)公園博物館和山旺地層層型剖面組成。為了更好地保護(hù)、開(kāi)發(fā)、研究和利用山旺化石，2005年建成了山東山旺地質(zhì)公園博物館，建筑面積3600 m2，展出面積1080m2，一樓是綜合廳，二樓有兩個(gè)展廳，西廳為水生廳，東廳為陸生廳，展出陳列各類山旺動(dòng)植物化石標(biāo)本218件。山旺古生物化石種類繁多，所屬的地質(zhì)年代是新生代新近紀(jì)中新世中期，時(shí)間大約為距今2000萬(wàn)年左右。目前經(jīng)研究定名的已達(dá)到700余種，其中2/3是已滅絕的屬種[4-5]。

2 基于熵權(quán)法的古生物地質(zhì)遺跡評(píng)價(jià)

熵原本是物理熱力學(xué)理論概念，隨后推廣應(yīng)用于信息論中，用于度量不確定性時(shí)間的概率或者信息量的尺度（也稱作信息熵）。熵權(quán)法是基于信息熵的概念建立起來(lái)的決策工具，它能夠利用數(shù)據(jù)自身具有的不均勻程度或者重要程度進(jìn)行權(quán)重，然后實(shí)現(xiàn)多屬性目標(biāo)的預(yù)測(cè)、決策，本質(zhì)上屬于信息的傳遞，具有較前的可操作性，無(wú)須層次分析法中專家組成員對(duì)權(quán)重進(jìn)行賦值，避免了人為因素的干擾，因此，熵權(quán)法在工程管理科學(xué)、決策學(xué)中成為最重要的技術(shù)手段之一[6]。熵權(quán)法通過(guò)對(duì)評(píng)估體系建立評(píng)價(jià)矩陣，并對(duì)矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理以利于對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)重，假設(shè)矩陣中含有的評(píng)價(jià)對(duì)象有n個(gè)，評(píng)價(jià)指標(biāo)b有p個(gè)，那么可以建立評(píng)價(jià)矩陣A如公式（1）所示[7]。

式中：A為古生物地質(zhì)遺跡評(píng)價(jià)矩陣，b為評(píng)價(jià)指標(biāo)，n為評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)，p為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

根據(jù)熵權(quán)法理論，確定第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵Hi如公式（2）所示[7]。

式中：Hi為評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵。

熵權(quán)是衡量每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)有用信息的提供程度，因此，對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵進(jìn)行賦權(quán)重wi，如公式（3）所示[8]。

式中：wi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)重。

將各個(gè)評(píng)價(jià)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)與熵權(quán)重進(jìn)行線形加權(quán)，得到方案的評(píng)分值，如公式（4）所示。

式中：p為各個(gè)評(píng)價(jià)方案的評(píng)價(jià)分值。根據(jù)評(píng)分值的大小進(jìn)行排序，按照實(shí)際工程需求，確定評(píng)分最大值或者最小值對(duì)應(yīng)的方案為最優(yōu)選方案。

在利用熵權(quán)法對(duì)古生物遺跡資源評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，其具體的評(píng)價(jià)步驟為先確定評(píng)價(jià)對(duì)象和確定評(píng)價(jià)目標(biāo)，按照一定的規(guī)則建立指標(biāo)體系，并選擇合適的評(píng)價(jià)方法，建立熵權(quán)法評(píng)價(jià)模型，如圖1所示，按公式（1）～公式（4）的計(jì)算方法得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，分析計(jì)算結(jié)果是否符合實(shí)際情況，最后根據(jù)評(píng)分值的大小進(jìn)行排序，按照實(shí)際工程需求，確定評(píng)分最大值或者最小值對(duì)應(yīng)的方案為最優(yōu)選方案。具體的評(píng)價(jià)過(guò)程如圖2所示。

圖2 基于熵權(quán)法的古生物地質(zhì)遺跡資源保護(hù)方案評(píng)價(jià)過(guò)程

3 古生物地質(zhì)遺跡評(píng)價(jià)效果分析

基于熵權(quán)法理論和圖1的古生物地質(zhì)遺跡資源評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重見(jiàn)表1。

表1 基于熵權(quán)法的古生物地質(zhì)遺跡資源保護(hù)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

圖1 基于熵權(quán)法的古生物地質(zhì)遺跡資源評(píng)價(jià)模型

根據(jù)公式（1）可以建立評(píng)價(jià)矩陣如公式（5）所示。

根據(jù)熵權(quán)法對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)重，具體的計(jì)算方法如公式（3）所示。因此可以得到熵權(quán)值線形疊加函數(shù)，如公式（6）所示。

式中：α為景觀價(jià)值與功能的熵權(quán)重系數(shù)；β為自然屬性特征的熵權(quán)重系數(shù)；γ為地理環(huán)境條件的熵權(quán)重系數(shù)；χ為客源區(qū)域條件的熵權(quán)重系數(shù)。

由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)重線性組合會(huì)產(chǎn)生不同的影響，古生物遺跡資源評(píng)價(jià)得分產(chǎn)生變化。為了分析避免熵權(quán)重能夠反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)的客觀性，避免主觀因素，對(duì)各個(gè)熵權(quán)重系數(shù)進(jìn)行敏感性分析。敏感性分析計(jì)算方法采用MATLAB軟件內(nèi)嵌程序，將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的因素值導(dǎo)入程序中，程序根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)熵的重要性等級(jí)進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，并輸出函數(shù)曲線，結(jié)果如圖3和表2所示。從表2可以看出，景觀價(jià)值與功能的熵權(quán)重系數(shù)α的最大值為0.796，最小值為0.592；自然屬性特征的熵權(quán)重系數(shù)β的最大值為0.622，最小值為0.411；地理環(huán)境條件的熵權(quán)重系數(shù)γ的最大值為0.492，最小值為0.362；客源區(qū)域條件的熵權(quán)重系數(shù)χ的最大值為0.484，最小值為0.284。

表2 MATLAB軟件計(jì)算得到的各熵權(quán)重系數(shù)的敏感性系數(shù)結(jié)果

圖3 熵權(quán)重系數(shù)敏感性分析

以100分為滿分劃分4個(gè)等級(jí)分值：在90分以上列為最優(yōu)級(jí)（Ⅰ級(jí)）；80分～90分為較優(yōu)級(jí)（Ⅱ級(jí)）；60分～80分為普通級(jí)（Ⅲ級(jí)）；小于60分為較差級(jí)（IV）。按公式（4）計(jì)算得到，山旺國(guó)家地質(zhì)公園古生物地質(zhì)遺跡評(píng)分值為83.7分，判定為最優(yōu)級(jí)（I級(jí)），具有較高的古生物地質(zhì)遺跡資源價(jià)值和開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

4 古生物地質(zhì)遺跡保護(hù)對(duì)策

針對(duì)山東省山旺國(guó)家地質(zhì)公園古生物地質(zhì)遺跡資源特殊性以及基于熵權(quán)法理論得到的評(píng)價(jià)結(jié)論，提出以下幾個(gè)方面的古生物地質(zhì)遺跡保護(hù)對(duì)策。

4.1 做好完善的古生物地質(zhì)遺跡資源規(guī)劃

三旺國(guó)家地質(zhì)公園古的生物化石是在瑪珥湖中形成的，湖內(nèi)因火山運(yùn)動(dòng)而含有大量硅，并產(chǎn)生一種特殊植物——硅藻，大量動(dòng)植物死亡掉入湖內(nèi)，被湖內(nèi)的硅藻包圍密封，沒(méi)與氧氣接觸而保存下來(lái)，歷盡滄桑形成了大量古生物化石。與其他地質(zhì)體相比，古生物地質(zhì)遺跡的抗風(fēng)化能力較弱，因此在長(zhǎng)期暴露與自然條件下，受到自然營(yíng)力作用影響極易遭受風(fēng)化侵蝕，為了盡快推動(dòng)古生物地質(zhì)遺跡的保護(hù)工作，應(yīng)做好相應(yīng)的專項(xiàng)研究工作，并做好古生物地質(zhì)遺跡保護(hù)規(guī)劃工作。

4.2 統(tǒng)籌做好古生物地質(zhì)化石的科普展覽

以三旺國(guó)家地質(zhì)公園為依托，建立和開(kāi)發(fā)地質(zhì)公園內(nèi)的科普研學(xué)路線、完善展覽廳內(nèi)的標(biāo)本展示、編制印發(fā)相應(yīng)的科普宣傳材料，以提升社會(huì)的關(guān)注度和保護(hù)意識(shí)。目前三旺國(guó)家地質(zhì)公園已建立了以古生物化石展覽為重點(diǎn)的綜合廳、以水生動(dòng)植物化石展覽為重點(diǎn)的水生廳、以陸生動(dòng)植物展覽為重點(diǎn)的陸生廳以及位于山旺和解家河的地層剖面。

4.3 加強(qiáng)古生物地質(zhì)化石資源保護(hù)研究

對(duì)山旺國(guó)家地質(zhì)公園古生物地質(zhì)化石資源進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查，摸清其分布范圍，以便于劃分保護(hù)范圍，同時(shí)可以與高校、科研院所等機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作，對(duì)古生物化石保護(hù)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和研究，并提出相應(yīng)的古生物化石保育措施。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)手段、國(guó)際會(huì)議等向國(guó)際社會(huì)進(jìn)行古生物化石資源的推介，與國(guó)際組織展開(kāi)研究和保護(hù)的務(wù)實(shí)合作，爭(zhēng)取相應(yīng)的捐款和政策性的保護(hù)資金。

5 結(jié)論

以山旺國(guó)家地質(zhì)公園為研究對(duì)象，基于熵權(quán)法理論建立古生物化石遺跡資源保護(hù)評(píng)價(jià)體系，從景觀價(jià)值、自然屬特性、地理?xiàng)l件和區(qū)域條件4個(gè)方面進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，將古生物化石遺跡資源保護(hù)價(jià)值分為4個(gè)等級(jí)，得到以下3個(gè)結(jié)論：1）熵權(quán)法通過(guò)對(duì)評(píng)估體系建立評(píng)價(jià)矩陣，并對(duì)矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理以利于對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)重，其計(jì)算的關(guān)鍵是將各個(gè)指標(biāo)的熵值轉(zhuǎn)換為熵權(quán)重，以熵權(quán)重的定量分析評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性程度。2）結(jié)合實(shí)際工程案例，采用熵權(quán)法建立的古生物地質(zhì)遺跡資源評(píng)價(jià)體系，并求得了各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)重系數(shù)的敏感性系數(shù)，有效克服了主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。3）基于熵權(quán)法理論得到山旺國(guó)家地質(zhì)公園古生物地質(zhì)遺跡評(píng)分值為83.7分，判定為最優(yōu)級(jí)（I級(jí)），具有較高的古生物地質(zhì)遺跡資源價(jià)值和開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，并提出3條相應(yīng)的保護(hù)對(duì)策。