貴州第一枚標準層型剖面及點位(GSSP)金釘子
——寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階研究與意義

趙元龍，袁金良，郭慶軍，尹磊明，楊興蓮，王春江，楊瑞東，王 約，楊宇寧，陳圣光，羅 雪

(1.貴州大學，貴州 貴陽 550025；2.中國科學院南京地質古生物研究所，江蘇 南京 210008；3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100001；4.中國石油大學，北京 102249)

1 地理位置

寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子位于貴州劍河八郎烏溜-曾家崖凱里組剖面，該剖面位于劍河革東西北方向(圖1)，直線距離僅3 km左右，之南為八郎村，東南方向為屯州村，地理坐標為東經108° 24′830″E，北緯26° 48′43″N；屯州及八郎均有公路通革東，革東有高速公路，西通貴陽，東通長沙。烏溜-曾家崖剖面由屯州步行約30分鐘，由八郎步行40分鐘到達。

圖1 貴州劍河八郎烏溜-曾家崖剖面地理位置及研究區(qū)地質圖(據Zhao et al.，2012修改)

2 地質背景

劍河革東地區(qū)寒武系早中期地層位于揚子地臺區(qū)和江南區(qū)之間的寒武系過渡區(qū)(周志毅 等，1979，1980；尹恭正，1987)。研究區(qū)位于革東向斜的西北翼(圖3)，由成冰系至埃迪卡拉系及寒武系組成，構成了長達5 km的少有的多系連續(xù)地層剖面，其中寒武系出露有留茶坡組、牛蹄塘組、九門沖組、變馬沖組、杷榔組、“清虛洞組”、凱里組、甲勞組及婁山關組，含生物群的地層從老到新為含杷榔生物群的杷榔組，含劍河生物群的“清虛洞組”，產金釘子及凱里生物群的凱里組(圖3)。

杷榔組：分布在交榜及辣子寨一帶，主要由灰綠色粉砂質泥巖組成，下部夾鈣質粉砂巖及少量泥灰?guī)r，產大量三葉蟲，中上部產杷榔生物群，厚400 m左右。

“清虛洞組”：主要分布與交榜與八郎村之間的松山一帶，由灰綠色中層灰?guī)r、泥巖及白云巖組成。中及中下部為灰?guī)r，中上部為灰?guī)r與泥巖互層，頂部為白云巖，產三葉蟲、中上部產劍河生物群，厚約220 m。

圖2 烏溜-曾家崖金釘子剖面及凱里組三個三葉蟲生物帶Fig.2 View of the Wuliu-Zengjiayan section showing threetrilobites zones of the Kaili Formation

凱里組：主要分布于八郎村、苗板坡及川硐等地。為跨2統(tǒng)及3統(tǒng)的巖石地層，烏溜-曾家崖凱里組厚214.2 m，分為30層，3段：

(1)灰—深灰色灰?guī)r，泥巖，25.9 m。主要產寬背蟲Bathynotus、萊德利基蟲Redlichia、原掘頭蟲Protoryctocephalus、瘤冠掘頭蟲Ovatoryctocara等，包括1-6層。

(2)灰—青灰色中厚層粉砂質泥巖，包括7-26層，產三葉蟲，中上部產凱里生物群，苗嶺統(tǒng)及烏溜階底界即金釘子位于52.8 m處，厚148.1 m。

(3)灰色泥晶灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，下部泥灰?guī)r，夾風暴巖包括27-30層，厚40.2 m。

圖3 劍河八郎烏溜-曾家崖剖面及苗板坡凱里組柱狀對比圖

甲勞組：分布于屯州村及八郎村東，主要由灰色中厚層及厚層白云質灰?guī)r，粉砂質白云巖組成，化石門類雖少，但也產三葉蟲、腕足類、少量水母狀化石、刺胞動物、藻類及遺跡化石。

烏溜-曾家崖凱里組剖面位于八郎村之北的烏溜-曾家崖山脊，中下部52.8 m處為苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子標準層型剖面及點位處，中上部產凱里生物群。該剖面之北0.6 km的苗板坡剖面凱里組中上部凱里生物群是凱里生物群化石最豐富的產地(圖4)。

圖4 烏溜-曾家崖剖面寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階界線Fig.4 Boundary of Cambrian Miaoling series and Wuliuanstage in Wuliu-Zengjiaya section

3 寒武系苗嶺統(tǒng)烏溜階金釘子與科學意義

3.1 研究概況

(1)烏溜-曾家崖剖面凱里組剖面巖石學研究

烏溜-曾家崖剖面凱里組厚214.2 m(趙元龍等，1990，1992，1993)，由灰綠色粉砂質泥巖組成，下部及上部以灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r為主，巖層出露好，沒有變形及變質，產狀穩(wěn)定，層段清晰，完全符合地層委員會頒發(fā)的“國際地層委員會關于建立全球年代地層標準剖面的準則”(Zhao et al.，2001，2019)，并進行了巖石地層學的研究。

(2)生物地層研究

化石豐富，含有大量三葉蟲、疑源類，分帶性明顯，中上部為著名的凱里生物群，含有120多個動物化石屬，分屬10大化石門類。

經過30多年研究，不斷完善三葉蟲組合帶：1.貴州寬背蟲-中國徽冠掘頭蟲組合帶(Bathy-notaskueichouens-OvatoryctocarasinensisAss.Z)；2.印度掘頭蟲帶(OryctocephaluindicusZ)；3.臺江胸針球接子帶(PeronossistaijiangensisZ)(Zhao et al.，2017，2019)。

因此，凱里組的年代地層跨寒武系第2統(tǒng)與第3統(tǒng)，是跨年代的巖石地層單位。

(3)地球化學有機地球化學研究

碳硫同位素研究及有機地球化學研究結果，其漂移點與O.indicus首現(xiàn)點處于近一致水平(Guo et al.，2005，2014；Wang et al.，2014；Zhao et al.，2019)

(4)層序地層研究

凱里組海平面最大變化位(mfs)與O.indicus首先點近于一致。(王約等，2005；Zhao et al.，2019，圖3)

(5)全球同期地層對比研究

以O.indicus為標準，與北印度、西伯利亞、北美、北格陵蘭同期地層進行了直接對比(Zhao et al.，2019.Fig.2)，以Bathynotus作參考，Bathynotaskueichouens-OvatoryctocarasinensisASS.Z 與澳大利亞含Bathynotus層位的Pentagnostuskrusei帶進行對比；通過西伯利亞OryctocephalusindicusZ 中的Paradoxides與地中海中的EccaparadoxidessdzuyiZ 和AcadoparadovididesmureroensisZ 進行對比(Zhao et al.，2019.Fig.2)。

烏溜-曾家崖凱里組剖面與其潛在競爭對手美國的Split山東坡剖面及西伯利亞 Molodo河剖面相比，不僅巖層出露好，化石非常豐富，剖面研究程度深，交通發(fā)達，氣候溫和，一年四季均可工作，政府重視剖面保護，是一個寒武系第3統(tǒng)及第5階國際標準剖面及點位最好的剖面，也因此獲得國際寒武系分會、國際地層委員會及國際地科聯(lián)的青睞，最后獲地科聯(lián)全票通過，批準趙元龍團隊的建議，將寒武系第3統(tǒng)命名為苗嶺統(tǒng)，第5階為烏溜階并落戶于中國貴州劍河八郎。

(1)藝術培訓：很多大學生在上大學之前由于課業(yè)繁重，放棄了很多愛好，比如繪畫、樂器、書法等，而大學的時間相對而言較多，參加此類藝術培訓的同時可以陶冶情操、修身養(yǎng)性。

3.2 科學意義

金釘子(Golden Spike)是地質學專業(yè)術語“全球標準層型剖面和點位(GSSP)”的俗稱，也是階的底界的國際標準。1965年成立的國際地層委員會及各個分會一直致力于金釘子的研究，并將完善地球46億年形成以后的年代地層及國際地質年代表(彭善池 等，2005；2014；2016)。

像其他金釘子一樣，寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子包括的標準剖面是指含有層型點位及剖面的一段界線地層。

苗嶺統(tǒng)及烏溜階的建立是全球寒武系第3統(tǒng)及第5階全球標準剖面及點位的具體落實，苗嶺統(tǒng)及烏溜階是我們課題組給國際寒武系分會、國際地層委員會、國際地科聯(lián)報告中提出的專有年代名詞。苗嶺統(tǒng)中的苗嶺來源于貴州中部東西向的苗嶺山脈，而烏溜階的烏溜是指八郎村北西北—東南向烏溜-曾家崖山脊的西北部一段地名。烏溜-曾家崖凱里組沿山脊由西北向東南方向延伸，是我們30多年來研究的基準剖面。現(xiàn)在不僅成為寒武系第3統(tǒng)苗嶺統(tǒng)及第5階烏溜階命名地，也是全球同期地層對比的標準，各國學者已經運用苗嶺統(tǒng)及烏溜階作為各自國家寒武系劃分的標準，具有重要科學意義。

35年來，貴州寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階的研究運用了多學科手段，包括運用巖石學、生物地層學、地層層序學、碳硫同位素地球化學及有機地球化學、國際地層對比等手段進行了研究，發(fā)表論文50多篇，這種多學科高精度的綜合研究保證了苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子的獲得，其學術成果得到國際的認可。由于金釘子是高科技水平的成果，各個國家的古生物及地層學家紛紛投入，苗嶺統(tǒng)與烏溜階獲得，經過3個國家古生物學家的激烈競爭，最終取得了成功。

全球的金釘子，計劃110多個，2018年已定69個，建立一個金釘子十分不易.

金釘子的建立不僅為古生物學、地質學圈內心的事，也同為大眾的事，促進旅游事業(yè)及經濟發(fā)展。中國曾以2011年浙江江山階金釘子成果成為全球擁有金釘子最多的國家，其后為意大利追平。2018年苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子的獲得又使我國成為擁有全球金釘子數最多的國家。

從科學角度來講，苗嶺統(tǒng)及烏溜階還有一個特殊意義，它的剖面中上部還產全球第三大組成的布爾吉斯型生物群凱里生物群。

此外，這是貴州的第一個金釘子。中國具有金釘子的4個省份：浙江(4個)、湖北(2個)、湖南(2個)、廣西(2個)均為中科院南京地質古生物研究所、中國地質大學、中國地質科學院及武漢地調局為主進行研究，而貴州省苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子研究主要由貴州大學趙元龍于1983年發(fā)起、組織領導研究實現(xiàn)的，是貴州科技后發(fā)趕超一例。該成果獲得了2018年中國古生物學會十大進展。

4 研究歷程

貴州寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子研究，長達35載，可分為兩個階段，第一階段為寒武系3分階段時期中—下寒武統(tǒng)階段及寒武系4分后的第3統(tǒng)及第5階研究階段。

4.1 中—下寒武統(tǒng)界線研究階段(1983—2004年)

4.1.1 項目的起源——靈感

1982年，貴州工學院趙元龍、黃友莊、龔顯英3位年均45歲的中年講師于11月初帶著貴州工學院副院長葉大元批準的“凱里-丹寨一帶寒武統(tǒng)三葉蟲研究”項目3000元至臺江革東(現(xiàn)劍河革東)進行野外工作，在八郎后山烏溜-曾家崖凱里組剖面上尋找化石。11月8日，趙元龍、黃友莊、龔顯英在凱里組中上段發(fā)現(xiàn)了凱里生物群。踏勘剖面采集三葉蟲時，發(fā)現(xiàn)凱里組中-下部三葉蟲組合有明顯的差異，當時產生了靈感，認為差異處很可能就是中、下寒武統(tǒng)界線，而20世紀60—80年代全球都在進行中、下寒武統(tǒng)界線研究。于是，1983年，就在凱里生物群發(fā)現(xiàn)的第二年，趙元龍就進行了中、下寒武統(tǒng)界線研究，就是這個靈感就促成了寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子最終落戶八郎。

4.1.2 測制剖面，進行寬背蟲Bathynotus研究及三葉蟲地層初步研究(1983—1992)

初步的思維就是要多測凱里組剖面，了解凱里組中、下寒武統(tǒng)界線的普遍性。除烏溜—曾家崖凱里組剖面及周志毅、張正華等已于1970年測制的丹寨南皋凱里組剖面外，還在寒武系凱里組相區(qū)南北兩側再各測一條剖面，南部為平寨剖面，北部為川硐剖面。1984年，在貴大周丕康的組織下，貴州工學院地勘83級同學舒真良、湯典銀、曾毅等參與測制了平寨—官家寨凱里組剖面，在地勘81級溫安貴、張杰、王偉等同學參與下測制川硐凱里組剖面，趙元龍等還于1984年、1989年兩次測制烏溜-曾家崖凱里組剖面，1989年測制的剖面分為30層以GTB打頭，均采集了大量三葉蟲及其他門類化石，至1993年完成2項成果。

一是完成了貴州凱里組及華南地區(qū)寒武系同期地層的劃分及對比。

根據多個剖面三葉蟲分布，凱里組由下而上分為了3個三葉蟲帶：a.寬背蟲-南皋盾殼蟲組合帶Bathynotus-NangaopsisASS.Z；b.掘頭蟲-興仁盾殼蟲組合帶Oryctocephalus-XingrenaspsisASS.Z；c.甲勞庫延蟲帶KootenicjialaoensisZ.中、 下寒武統(tǒng)界線劃在Bathynotus-NangaopsisASS.Z與Oryctocephalus-XingrenaspsisASS.Z之間，也就是凱里組中、下寒武統(tǒng)界線位置，該成果發(fā)表在1993年地層雜志第3期上(趙元龍等，1993)，這個界線實際上就是現(xiàn)在金釘子處(圖4)。趙元龍等感覺到凱里組中的掘頭蟲很重要，首次用英文寫了篇文章刊于貴州工學院報上，還指出要運用Oryctocephalus與北美等地進行比較(Zhao et al.，1996)。

二是以凱里組下部大量Bathynotus為基礎，總結了全球幾十年寬背蟲的研究，得出寬背蟲分布于穩(wěn)定區(qū)與活動區(qū)之間的過渡區(qū)，地質歷程短，是全球下寒武統(tǒng)上部標志性化石，意義大，文章刊于1990年古生物學報第1期(趙元龍 等，1990)。俄、瑞典、澳大利亞、美國等國許多學者紛紛索要單行本，影響很大。

4.1.3 課題組成員袁金良、趙元龍等提出印度掘頭蟲(Oryctocephalusindicus)作為中寒武統(tǒng)首現(xiàn)三葉蟲。

根據趙元龍于1989年測制的烏溜-曾家崖凱里組剖面，提出將中、下寒武統(tǒng)界線劃至9層頂部即GTB9-2與GTB9-3，簡而言之劃至第9層與第10層之間。

在此基礎上1997年，袁金良、趙元龍等首次提出印度掘頭蟲Orytocephalusindicus(Reed，1910)作為中寒武統(tǒng)首現(xiàn)三葉蟲，該文發(fā)表在古生物學報1997年第4期(袁金良 等，1997)。這一重要發(fā)現(xiàn)為不僅整個課題組運用，而且國際合作伙伴，美國的Fredied Sundberg及Lina McCollum著文表示支持(Sundberg et al.，1999)，趙元龍等文章不斷運用(Zhao et al.，2001a，2001b)，并為國際寒武系地層委員會認可(Shelgold and Geyer，2001；Shelgold and Geyer，2002)。

圖5 寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階首現(xiàn)三葉蟲印度掘頭蟲Oryctocephalu indicus(Reed，1910)Fig.5 The Oryctocephalus indicus(Reed，1910)is FAD of CambrianMiaoling series and Wuliuan stage in Wuliu-Zengjiaya section

4.1.4 中、下寒武統(tǒng)界線研究走上國際平臺

課題組負責人趙元龍通過“三葉蟲通訊”結識了亦在研究中、下寒武統(tǒng)界線的美國東華盛頓大學的Linda McCollum 教授與喬治華盛頓大學的Fredied Sundberg 博士，雙方決定合作研究全球中、下寒武統(tǒng)界線。2008年8月，Linda 與Sundberg一行3人包括Sundberg的夫人Deb.來訪，并至烏溜-曾家崖凱里組界線處進行短期野外工作，決定共同撰寫論文，第一篇由Sundberg執(zhí)筆，1999年Sundberg為首的英文論文“華南與美國西部同中、下寒武統(tǒng)界線對比”發(fā)表在古生物學報上，并一致認為Oryctocephalusindicus是中寒武統(tǒng)首現(xiàn)三葉蟲。1998年Linda訪問貴州后就赴瑞典，參加國際寒武系會議，會上介紹了烏溜-曾家崖凱里組剖面，八郎中、下寒武統(tǒng)界線研究走向國際舞臺。2019年9月，趙元龍率袁金良應邀訪美，并參加國際寒武系內部劃分會議，參觀了Linda 與Sundberg共同深入研究的內華內州Split山東坡寒武系剖面，該剖面的O.indicus層位厚僅5 m，以槽子出現(xiàn)，下部未見Bathynotus，上部有大斷層，整個剖面不完整。

2001年8月28日—9月5日，國際寒武系在中國召開第7屆寒武系內部再劃分會議，由彭善池負責，包括30多位國際代表參觀了烏溜-曾家崖凱里組剖面，趙元龍亦在臺江國際學術報告會上首次介紹了烏溜-曾家崖凱里組界線研究概況。副省長龍超云在貴州工業(yè)大學接見了國際寒武系分會主席謝爾戈爾德(Shergold)、秘書長Gerd Geyer及選舉委員彭善池等，這次會議使烏溜-曾家崖凱里組界線出現(xiàn)于全球廣大寒武系研究者視野中，產生積極影響。以至于在2003年部分寒武系分會選舉委員選舉，烏溜-曾家崖剖面獲第一，美國Split山剖面第二，俄羅斯Molodo河剖面第三，以后寒武系國際層型剖面競爭就在這3個剖面之間進行。

4.1.5 中、下寒武統(tǒng)界線的研究深入進行

僅2001年就發(fā)表了有關論文7篇(趙元龍，2001)，其中英文4篇，發(fā)表于Palaeowold，古生物學報專刊(英文)。正式成果有：1)O.indicus首現(xiàn)于烏溜-曾家崖凱里組剖面，距凱里組底52.8 m；2)正式提出烏溜-曾家崖剖面是最好的中、下寒武統(tǒng)界線國際層型剖面；3)尹磊明等提出疑源類研究及半定量地化研究也證實，52.8 m處是最好的中、下寒武統(tǒng)界線處。

4.1.6 中寒武統(tǒng)首現(xiàn)三葉蟲Oryctocephalusindicus地位首先受到挑戰(zhàn)

就在O.indicus受到國際寒武系分會肯定并建議成立工作組的時候，它的地位受到了挑戰(zhàn)。英國三葉蟲家Terence P.Fletcher于2001年(P.Fletcher，2001)提出。Arthricocephaluschauve-aui及Ovatoryctocaragranulata均可作為中寒武統(tǒng)的首現(xiàn)三葉蟲，由于Arthricocephaluschauveaui比O.indicus低了3個三葉蟲帶，很快受到否定，而Ovatoryctocaragranulata比O.indicus僅低了1個三葉蟲帶，具有競爭性，從此開始了中寒武統(tǒng)FAD分子O.indicus和Ovatoryctocaragranulata之間10多年的競爭。

4.2 寒武系第三統(tǒng)及第5階國際標準層型剖面及點位(GSSP)研究(2005—2016)

2004年，在韓國召開的第九屆寒武系內部再劃分會議上，彭善池提出的寒武系4統(tǒng)10階的劃分方案得到國際寒武系分會的認可(Loren et al.，2005)。我們的中、下寒武統(tǒng)界線研究課題亦變?yōu)楹湎档谌y(tǒng)及第5階標準剖面及點位(GSSP)的研究課題。這個期間有2方面的研究內容，其一是寒武系第3統(tǒng)首現(xiàn)分子Oryctocephalusindicus，經過爭論，最終“獲勝”。其二是烏溜-曾家崖剖面與美國Split山東剖面作GSSP剖面的爭奪，最終成為GSSP剖面。

同時，我們的研究長期不僅得到世界一流的三葉蟲專家彭善池及寒武系分會主席Loren、秘書長Per等的支持、引導，而且還得到新生界的支持，2014年西班牙馬德里大學Jorge Esteve博士強烈要求加入我們研究團隊，他為O.indicus成為寒武系第3統(tǒng)及第5階成為首現(xiàn)三葉蟲而作最后沖刺及斗爭。2—3年內，Esteve研究了600多件凱里組O.indicus，利用數理統(tǒng)計、埋藏的方法指出西伯利亞的O.reticulatus以及美國的O.americanus均為O.indicus的同義詞(Esteve et al.，2017)，使O.indicus的聲勢又上一層樓，他對O.indicus的支持，對烏溜-曾家崖剖面的好感，不僅影響了西班牙的寒武系選舉委員Alvaro J.J.GozaloY.R，而且還影響了國際寒武系分會秘書長Per Ablberg。

在2014年瑞典、2015年奧地利和2016年澳大利亞國際埃迪卡拉紀及寒武系會議上，連續(xù)組織、安排了趙元龍、彭進、袁金良、尹磊明、楊興蓮等人參會，介紹烏溜-曾家崖剖面的疑源類、三葉蟲地層、綜合研究，使烏溜-曾家崖剖面是寒武系3統(tǒng)及5階標準剖面及點位的聲勢影響整個會場及寒武系分會，期間發(fā)表了系列論文(Guo et al.，2014；Peng et al.，2014；Esteve et al.，2017；Yin et al.，2016；Zhao et al.，2015，2017)。

圖6 寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子批準書

2016年7月13日，趙元龍給69人的寒武系三葉蟲專家寫了一個公開信，主要內容：①O.indicus被寒武系分會于2001年認可15年，2015年成為寒武系3統(tǒng)及5階唯一FAD分子；② 但是Sundberg為首的7人小組在2016年文章大大倒退。認為烏溜-曾家崖剖面只有10多個三葉蟲種，而實際上有30多種；③ Linda早在2010年3月9日就說過O.indicus是3統(tǒng)及5階最好的首現(xiàn)三葉蟲，烏溜-曾家崖剖面是3統(tǒng)及5階最好的GSSP；④ 應盡快決定烏溜-曾家崖剖面是寒武系3統(tǒng)5階GSSP表達了對烏溜-曾家崖剖面的自信及對Sundberg競爭的決心。

5 金釘子落戶貴州

(1)2018年6月21日，由彭進起草并不斷完善的“趙元龍團隊的提議(英文)”， 經過國際寒武系分會及國際地層委員會先后通過后，最終經聯(lián)合國國際地質科學聯(lián)合會(國際地科聯(lián))全票通過表決，批準寒武系第三統(tǒng)為苗嶺統(tǒng)，第5階為烏溜階的全球標準層型及點位(GSSP)的建議，落戶在中國貴州劍河八郎。國際地科聯(lián)秘書長、美國加州州立大學教授Stanley C.Finney 教授簽發(fā)了國際地科聯(lián)的批準書(英文)，這是我國獲得的第11個金釘子(圖7)。貴州大學趙元龍研究團隊國際寒武系第3統(tǒng)第5階共同底界的金釘子長達30多年的研究選擇已塵埃落定(彭善池和趙元龍，2018；朱茂炎 等，2019)。

(2)2019年5月20日，代表寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階研究成果的論文“Global standard stratotype-Section and Point(GSSP)for the conterminous base & Miaolingian series and Wuliuan stage(Cambrian)at Balang，Jianne，Guizhou，China.”發(fā)表于國際地層委員會刊物Episodes 42卷第2期上。至此，完成了寒武系苗嶺統(tǒng)及烏溜階研究的全部工作和過程。

致謝：向所有支持苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子研究的基金、單位及個人表示衷心感謝。研究生羅雪及陳圣光參與了本文的整理，特此感謝。