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全球寒武系年代地层新划分
  文章来源:中国科学院院刊 发布时间:2006-08-26 【字号: 小  中  大   

年代地层学以地质年代的时间界面划分地层,这些界面是确定地球各地岩石和地质事件年代的参照和对比的标准。对地史时期所形成岩石的标准年代地层划分的研究成果,集中反映在《国际地层表》中。该表是地质学领域一致遵循的共同“语言”和国际标准。国际地层委员会在最近出版的《国际地层表》中,发布了全球寒武系年代地层的最新标准划分框架。新框架取代了建系170余年以来的3统9阶的划分,将寒武系重新划分为4统和10阶。与传统划分相比,新框架对寒武系的统阶的划分更趋合理,既反映了寒武纪生命发展的主要阶段,也使各统所跨越的时限大致相等。它的发布将加速除芙蓉统和排碧阶底界的全球标准层型剖面和点位(即“金钉子”)之外其它统、阶底界的“金钉子”的确立的进程。

寒武系(Cambrian)是由英国著名地质学家Adam Sedgwick在1835年命名的,它是从R. I. Murchison在同年早些时候所命名的志留系中分出来的一个系,命名地点在英国北威尔士,当初被划分为下、中、上三个统。但现今的寒武系实际上仅包括Sedgwick的下寒武统的大部。英国的寒武系地层发育得不好,没有代表性,而斯堪的纳维亚地区的瑞典的寒武系以往研究得相对较为详细,一直被认为是全球寒武系的重要参考标准。瑞典的寒武系也遵循传统观念划分为下、中、上三个统。然而,瑞典地区性的划分局限性也很明显,尤其是它的两个统界(即下中和中上寒武统界线)的位置划得不太恰当,难以在世界其它地区确定。造成世界各地的统的划分有相当大的出入[1]。

寒武纪是显生宙的第一个纪,处于地球生命由隐生宙的软躯体生物转变为带有硬骨骼的生物并迅速发展、分异和辐射的重要阶段。这一重要的地史时期,却长期缺乏正式的地质年代或年代地层划分。近年来,随着寒武系底界在1992被正式确定,国际地层委员会寒武系分会的工作重点转移到系内部的正式划分上,确立系内的“金钉子”、对寒武系进行正式的年代地层划分遂成为寒武系古生物地层学的研究热点。1995年起,笔者在国家自然科学基金项目的支持下,确立了我国华南寒武系4统9阶的年代地层系统2 3。成果发表后,在国际上被迅速广泛采纳和应用,包括被国际权威性地层学著作A Geokogicak Time Scake 2004采用为我国唯一的标准,取代了在以往版本中出现的我国传统的“华北框架”。随这个框架发表的华南的生物地层序列,反而被瑞典的学者承认为全球的标准4。

在华南年代地层研究取得重要进展的基础上,笔者与美国科学家合作,进一步开展了全球寒武系内“金钉子”和全球寒武系年代地层再划分的研究。这项研究除得到国家自然科学基金重点项目的支持外,还得到了国家“973”计划“重大地史时期生物起源、辐射、绝灭和复苏”项目及中科院知识创新方向性项目的支持。2003年,由笔者领导的中美联合研究小组在寒武系“金钉子”研究中率先在国际上取得突破,在我国湘西确立了国内首个“金钉子”并以我国地名命名了寒武系的首个统级正式单位“芙蓉统”和首个阶级正式单位“排碧阶”5。与此同时,国际上的年代地层研究也取得了一系列重要进展。其中包括:①提出了13个适于全球分统、分阶的“国际纽带点”,产生了有必要对寒武系进行多统划分的思想1;②同位素测年证明,由于寒武系底界的不断下移,传统的下寒武统的时间跨度已远远大于中晚寒武统时间跨度的总和6;③在美国西部大盆地区建立了4统划分的区域性年代地层系统7。

上述国内外的研究成果,为提出一个能被国际上广为接受的寒武系年代地层划分做了必要的学术准备。2004年9月,笔者在韩国召开的第9届寒武系再划分现场会议的大会报告和论文摘要中提出了对全球寒武系做4统10阶的划分的新的方案:采用三叶虫的出现为标志,划分1个“前三叶虫统”和3个三叶虫大量产出的“三叶虫优势统”;采用重要的生物事件和有广泛对比意义的物种作为划分各阶底界的标志,将下部的两个统各分为两个阶,将上部的两个统各分为3个阶8(表1)。经充分讨论,这个方案在会议上获得一致认可,并建议提交分会表决。2005年初,在分会选举委员的表决中,该方案以88%的高票获得通过。该项成果在2005年1月和6月分别在国内外发表910。2005年10月,国际地层委员会在2005年版的《国际地层表》中正式发布了新划分框架,并在最近公布的2006年版该表中继续采用。

在这个框架中,我们将三叶虫出现之前的部分从传统的下寒武统中划出,形成一个以产小壳化石为特征的统,它代表地球生命进程中的一个重要发展阶段。第一统与第一阶的共同底界(即寒武系的底界)由国际地科联批准的全球“金钉子”确定。

第二统(第三阶)的底界的划分原则,采纳三叶虫的首现这一地球生命进程中所发生的重大事件来定义。目前地球上出现最早的三叶虫可能有:Parabadiekka,TsunyidiscusEofakkotaspis Profakkotaspis 和“Fakkotaspis”等。分别产自我国滇东和黔东、摩洛哥、西伯利亚和北美大盆地。我们建议在实际建立GSSP的过程中,灵活选择出露好、岩相单一、交通便利、含有属于以上任一属的种的剖面来确定第二统的底界。

由于在寒武纪早期地球生命的辐射和分异程度相对有限,全球寒武系第一统和第二统的再划分较为困难,新方案采取将它们二分。并提议结合生物、化学和物理地层学的综合方法来确定这两个阶之间的界线。

新方案提出采用Oryctocephakus indicus或相当层位的分子的首现来确定第三统(第五阶)的底界。这个首现点是掘头虫类演化系列中的重要成种事件。所谓“相当层位的分子”指的也是在全球分布相对较广的掘头虫类三叶虫。

芙蓉统(含排碧阶)是新框架中唯一经寒武系分会、国际地层委员会和国际地科联三级机构表决通过和批准的全球正式单位。它们的共同底界与球接子三叶虫Gkyptagnostus reticukatus的首现点位一致。G.reticukatus是目前所知在全球分布最广的三叶虫,这条界线因此可以在世界范围内精确的确定和对比。

新方案也采用世界性分布的球接子三叶虫Ptychagnostus atavus, Lejopyge kaevigata, Agnostotes orientakis和Lotagnostus americanus的首现来确定第三统和芙蓉统中的阶的底界,使这些界线能在世界范围内识别和对比。

致谢 国家自然科学基金重点项目(40332018, 40023002),中科院知识创新工程方向项目(KZCX2SW129)及科技部“973”项目(G2000077702)联合资助。

主要参考文献

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2 彭善池.斜坡相寒武系.中国科学院南京地质古生物研究所编.中国地层研究二十年1979-1999. 合肥:中国科学技术大学出版社, 2000, 23-38.

3 Peng S C. Chronostratigraphic Subdivision of the Cambrian of China. Geologica Acta, 2003, 1 (1):135-144.

4 Axheimer N, Ahlberg P. A core drilling through Cambrian strata at Almbacken, Scania, S.Sweden:trilobites and stratigraphical assessment. GFF,2003, 125:139-156.

5 Peng S C, Babcock L E, Robison R A et ak. Global standard stratotype-section and point for the Paibian stage and Furongian Series (Upper Cambrian). Lethaia, 2004, 37: 365-379.

6 Landing E L, Bowring S A, Davidek K L. et ak.Duration of the Early Cambrian: U-Pb ages of volcano ashes from Avalon and Gondwana. Canadian Journal of Earth Sciences, 1998, 35(4):329-338.

7 Palmer A R. A proposed nomenclature for stages and series for Cambrian of Laurentia. nadian Journal of Earth Sciences, 1998, 35 (4):323-328.

8 Peng S C. Suggested global subdivision of Cambrian System and two potential GSSPs in Hunan, China for defining Cambrian stages. In Choi,D. K (ed.). Ninth International Conference of the Cambrian Stage Subdivision Working Group,Abstracts with program. Taebaek, Korea: 2004, 25.

9 彭善池,L E Babcock. 全球寒武系年代地层再划分的新建议. 地层学杂志, 2005, 29 (1): 92, 93, 96.

10 Babcock L E, Peng S C, Geyer G et ak. Changing perspectives on Cambrian chronostratigraphy and progress toward subdivision of the Cambrian System. Geoscience Journal, 2005, 9: 101-106.

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