全球寒武系第4階國際層型剖面及點位(GSSP)研究的進展

趙元龍，尹磊明，郭慶軍，袁金良，楊興蓮，伍孟銀，王立亭 楊 威，蘭 天，陳爭鵬，劉 雄，陳圣光，羅 雪

(1.貴州大學(xué)，貴陽 550025；2.中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，南京 210008；3.中國科學(xué)院地理科學(xué)與環(huán)境研究所，北京 100001；4.貴陽學(xué)院，貴陽 550005；5.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，貴陽 550004；6.貴州理工學(xué)院，貴陽 550004)

1 前言

趙元龍研究團隊研究的寒武系苗嶺統(tǒng)(第3統(tǒng))及烏溜階(第5階)已被聯(lián)合國地科聯(lián)全票通過批準落戶在我國貴州劍河八郎(彭善池、趙元龍，2018；Zhao et al.，2019a)成為寒武系第6顆金釘子，中國第11顆金釘子、貴州第1顆金釘子，并使中國仍是保持金釘子最多的國家(彭善池，趙元龍，2018)。從此，各國地質(zhì)學(xué)家以苗嶺統(tǒng)及烏溜階為標準，進行寒武系同期地層的劃分及對比，反映了中國地質(zhì)年代學(xué)研究的高水平，產(chǎn)生了重要的科技及政治意義。年代地層研究較滯后的4統(tǒng)10階的寒武系，還有第2、第3、第4及第10階需研究并建立標準層型剖面及點位(即金釘子)(表1)。在彭善池研究團隊高水平研究下，第10 階的研究已接近建立國際層型剖面及點位，所提出的第10階首現(xiàn)三葉蟲球結(jié)子Lotagnostusamericanus(Billings，1860)具有可靠性和實用性(Peng et al.，2015；朱茂炎 等，2019)。彭善池還很好的完成了潛在的第10階金釘子剖面-我國湖南桃源縣瓦爾岡剖面的地層劃分層序地層、碳硫同位素等學(xué)科的研究。研究居于國際領(lǐng)先水平，優(yōu)于美國Miller等人的方案。

表1 國際寒武系年代地層劃分表Table 1 International chronostratigraphic scale in Cambrian

第2、第3、第4階的研究，即傳統(tǒng)的下寒武統(tǒng)劃分一直困擾著學(xué)術(shù)界(朱茂炎 等，2019)。一些學(xué)者仍認可俄羅斯的4分方案，但其劃分不符合界線地層定義(Zhu et al.，2008；朱茂炎 等，2019)。許多學(xué)者紛紛研究單一的第2階(Zhu et al.，1997；Rogov et al.，2015)、第3階(Babcock et al.，2005；Alvaro et al.，2014；Zhang et al.，2017)、第4階(Hollingsworth and Babcock，2011；Yuan et al.，2011，2014，2015；Peng et al.，2018；Zhao et al.，2017，2019b)。其中，中國、美國、俄羅斯等國的學(xué)者進行了第4階務(wù)實的研究。

彭善池 等(1999，2000，2010)曾對中國，特別是華南地區(qū)地層點位提出了很好的建議，在華南地區(qū)建立4統(tǒng)10階的年代地層系統(tǒng)，為近代中國地區(qū)年代地層構(gòu)架標準打下基礎(chǔ)。中國第4階與都`勻階有密切的關(guān)系，彭善池于2000年提出的中國可在寒武系斜坡區(qū)建都勻階，屬于黔東統(tǒng)(彭善池，2000)。

2 研究歷史及現(xiàn)狀

2010年前，張文堂、周志毅、彭善池、林元瑞、項禮文、袁金良、彭進等都曾對與第4階有密切關(guān)系的都勻階或杷榔組巖石地層進行了廣泛的研究，進行了三葉蟲地層劃分(張文堂，1979，1980；周志毅 等，1979，1980；袁金良 等，2002；Yuan et al.，2001，2002；彭進 等，2009，2010)。盡管所建立的三葉蟲帶一直未被公認，但為研究都勻階及后來第4階的研究提供了資料。2005年后，隨著寒武系4統(tǒng)10階的劃分得到公認。第4階的研究得到更多重視，特別是彭善池 等(2015，2018)對杷榔組節(jié)頭蟲(類)Arithricocephaluschauveaui進行了清理，確認Bergeron命名的Arithricocephaluschauveaui的手標本共有3個不同的種，分別屬于3個不同的屬。彭善池 等認為Arithricocephaluschauveaui選模是錯誤的，而應(yīng)該是Oryctocerelladu-yunensis。彭善池 等還認Arithricocephalus(Arithricocephalites)Chien et Lin in Lu et al.，(盧衍豪 等，1974)，1974，Haliplanktes Blaker et Peel，1997，Ar-ithricocephalitesChien et Lin in Sensu Yuan et al.，2002；袁金良 等，2002是Arithricocephalus的晚出異名。他對Arithricocephalus的清理不僅更正了Arithricocephalus的分類系統(tǒng)。而且為研究第4階鋪平了三葉蟲的分類基礎(chǔ)。

一些三葉蟲研究者盡管提出都勻階三葉蟲劃，但因缺乏地層劃分依據(jù)，再加上當時節(jié)頭蟲分類錯誤，使得整個都勻階及第4階的三葉蟲帶的劃分長期處于混亂狀態(tài)。直到近期，趙元龍研究團隊進行了交榜杷榔組及松山“清虛洞”組詳細的研究，與彭善池，袁金良討論都勻階及第4階三葉蟲地層劃分取得良好的成果?？煞譃?個掘頭蟲三葉蟲帶組合(Zhao et al.，2017，2019b)及3個萊得利基蟲帶(陳爭鵬 等，2018)。近期，朱茂炎等就第4階的劃分提出很好的見解，首先他認為第4階的劃分要參考古杯類的生物演化及大滅絕事件，包括第一幕申克事件(Sink event)或古杯大滅絕事件及第二幕霍克灣事件(Hawke Bay event)，具體的第4階底界劃分在可能的3個層位：第一個層位為Redlichia，Olenellus(Babcock et al.，2005)或俄羅斯的Judomain和Bergeroniellus首現(xiàn)，或盤蟲類(Triangulaspisannia和Hebediscusattleborensis)(Korovnikor，2012)首現(xiàn)；第二個層位為Oryctocerelladuyunensis首現(xiàn)；第三個層位為Arithricocephaluschauveaui首現(xiàn)。

3 趙元龍研究團隊進行第4階全球?qū)有推拭婕包c位(GSSP)研究

3.1 新研究團隊組成

2010年，主持寒武系第3統(tǒng)第5階標準層型剖面及點位研究的趙元龍不僅強化第3統(tǒng)及第5階的研究，而且還對于其下寒武系第4階的標準層型剖面及點位研究也有了興趣，引起他興趣的原因之一是交榜杷榔組剖面是一個良好的杷榔組剖面。彭進、趙元龍、邰通樹2008年沿山脊開辟出來的杷榔組剖面，巖層連續(xù)，三葉蟲豐富，可以作為第4階潛在的標準層型剖面。2010年，趙元龍在彭善池的支持下，向全國地層委員會申請了一個研究第4階的項目，獲得了9萬元的資助。

2014年起，趙元龍團隊連續(xù)獲得多個國家級及省部級基金資助，研究寒武系第4階。

2014—2019年，趙元龍以其第5階研究團隊主要成員尹磊明，郭慶軍，袁金良，Jorge esteve等為主組成了第4階研究新團隊，在彭善池研究員關(guān)注下進行了寒武系第4階標準層型剖面及點位的研究，成為中國第一個及唯一的一個研究第4階的研究團隊。

2020年，趙元龍在王世杰副省長的支持下又獲貴州省科技基金項目(黔科合支持(2020)4Y241)(貴州苗嶺統(tǒng)烏溜階繼續(xù)研究及第4階金釘子落戶貴州研究)，繼續(xù)進行第4階研究。

2021年，趙元龍研究團隊重要成員、貴陽學(xué)院副教授伍孟銀博士受命申請的國家自然科學(xué)基金項目“貴州劍河交榜寒武系第4階全球?qū)有推拭婕包c位(GSSP)的深入研究獲得批準”。

3.2 研究工作

2010以來對第4階的全球?qū)有推拭婕包c位的研究進行了大量的工作，取得了明顯成果，至今已完成下列工作：

1)測制了劍河八郎松山“清虛洞組”剖面，修測了交榜杷榔組剖面。

2)采集了大量化石標本，共計8000件，其中三葉蟲標本達6000件，鑒定標本2000件，照相1000件。采集了疑源類樣品90多件，碳硫同位素有機地化標本100多件，進行了疑源類及疑源類地層、碳硫同位素的初步研究。

3)進行了生物地層研究。

4)對交榜變馬沖組上部至杷榔組及松山“清虛洞組”進行了層序地層研究。

5)參加了西班牙國際會議。

6)撰寫了有關(guān)論文。

7)2021年4月30日特別組織了交榜變馬沖組的三葉蟲采集，取得了突破，采得卵圓形湖南頭蟲3塊。

3.3 取得研究成果

3.3.1 生物地層研究

1.寒武系第4階三葉蟲地層研究取得重要進展

中國南方寒武紀第4階進行的三葉蟲地層研究，由于所建的三葉蟲帶還沒有可靠地層依據(jù)，經(jīng)常變更。2016、2017年我們對劍河交榜杷榔組及上部的清虛洞組逐層采集三葉蟲，已建立可靠的三個三葉蟲帶，其中掘頭蟲帶由下而上為：(1)都勻小掘頭蟲帶Oryctocarelladuyunensis，占據(jù)杷榔組下部，還包括C.elongata、D.duyunensis、R.(P)chinensis；(2)喬氏節(jié)頭蟲及都勻小掘頭蟲組合帶Arithricocephaluschauveaui-Oryctocerelladuyunen-sisAss，包括O.duyunensis，D.duyunensis，A.xi-nzhaiheensis等，占據(jù)杷榔組中部及上部至清虛洞組下-中部；(3)北極古掘頭蟲帶Protoryctoce-phalusarcticus，該帶還包括Protoryctocephalusbalangensis.占據(jù)清虛洞組上部。依據(jù)萊得利基蟲，由杷榔組至清虛洞組頂，其層序如下：(1)Redlichia(Pteroredlichia)chinensis，主要在杷榔組下至中部；(2)Redilichia(Pteroredlichia)murakamii帶，占據(jù)杷榔組上部及清虛洞組下部至中部；(3)Redlichia(Redlichia)nobilis-Redlichia(Redlichia)guizhouensis，組合帶，占據(jù)清虛洞組上部(陳爭鵬 等，2018)。2021年4月交榜變馬沖組卵形湖南頭蟲Hunanocephalusovalis的采集使得第4階之下的變馬沖組又增加了一個三葉蟲層位。

表2 劍河交榜地區(qū)寒武系第4階三葉蟲地層劃分表Table 2 Acritarch stratigraphic classification of Cambrian stage 4 in Jiaobang area of Jianhe

2.疑源類地層研究

杷榔組疑源類比較豐富，變馬沖組也有一些疑源類，其中杷榔組由下而上有7個疑源類組合及層位，他們分別是：1.Plagasphaerabalangensis；2.Adaraalea-Skiagiaornata組合；3.Acyumradiale-Pterospermellavelata組合；4.Comasphaeridiummolliculum-Solisphaeridiumbaltoscandium組合；5.Corrugasphaeraperfecta-Pterospermellavin-ctusa組合；6.Acrumnovum-Heliosphaeridiumoligum組合；7.Acrummembranosum-Adarvediafanum組合。它們可以分為2個界線：一是變馬蟲組疑源類與杷榔組下部疑源類組合；二是第4組合與第5組合之間，位于杷榔組82.50 m左右(圖1)，和三葉蟲Arithricocephaluschauveaui首現(xiàn)相近，低于3.3 m這個界線，疑源類類型及數(shù)量明顯衰退。

圖1 交榜剖面杷榔組中下部第2個疑源類組合劃分圖

貴州劍河交榜剖面出現(xiàn)的疑源類類型在已知國內(nèi)外資料中，多報道自東歐地臺，北歐，俄羅斯，西班牙，加拿大等地寒武紀早-中期地層，而與記述自西班牙和北歐的組合面貌甚為相近。根據(jù)當前對交榜剖面寒武系第4階有機壁微體化的深入研究，其中臨近杷榔組底部地層出現(xiàn)的Plagasphaera，依據(jù)其形態(tài)特征與現(xiàn)生帶殼變形蟲的比較，初步確認它是繼新元古代‘瓶形化石’之后，在我國、乃至全世界首次在貴州劍河交榜剖面寒武紀早期地層發(fā)現(xiàn)帶殼變形蟲化石。它的保存和出現(xiàn)不僅填補有關(guān)帶殼變形蟲生物演化的珍稀化石證據(jù)，且為論述古生態(tài)環(huán)境變化提供極為重要的生物化石記錄。最近在江西宜春地區(qū)九嶺南緣宜豐巖租發(fā)現(xiàn)與貴州劍河寒武系第4階杷榔組非常相同的疑源類組合和帶殼變形蟲化石標本，顯著表明在該地質(zhì)時期曾發(fā)生較強烈地質(zhì)運動，導(dǎo)致古生態(tài)環(huán)境的變化；同時也為‘江南造山帶’的形成，以及揚子地塊與華夏地塊的拼接提供重要生物化石證據(jù)。

3.3.2 寒武系第4階首現(xiàn)三葉蟲的初步確定

客戶細分的方法很多，銷售可以根據(jù)自己了解的具體情況進行劃分?？蛻艏毞滞瓿梢院?，對不同類別的客戶制定不同的服務(wù)策略。

對交榜杷榔組逐層采集的三葉蟲，于杷榔組底采到Oryctocerelladuyunensis，又于85.8 m采到Arithricocephaluschauveaui，前者一直延伸至清虛洞組中部，后者也延伸到清虛洞組中部，因此在杷榔組到清虛洞組中部建立2個三葉蟲帶。由下而上為Oryctocerelladuyunensis帶及Arithricocephaluschauveaui-OryctocerelladuyunensidAss帶，而首現(xiàn)杷榔組底部及85.8 m出現(xiàn)的2個三葉蟲Oryctocerelladuyunensis及Arithricocephaluschauveaui均可作為第4階首先三葉蟲(FAD)，朱茂炎等(2019)有相同看法。

Arithricocephaluschauveaui作為首現(xiàn)三葉蟲，優(yōu)勢是其下有Oryctocerelladuyunensis，疑源類2個組合之間界線低于85.8 m(3 m)，但不理想的是碳硫同位素在此沒有明顯的飄移，此外層位也略高一些(朱茂炎 等，2019)。Oryctocerelladuyunensis作為第4階FAD分子有3個優(yōu)勢：1.層位適中，位于杷榔組底；2.巖性界線明顯；3.疑源類及碳硫同位素均為變化點。缺點是其下沒有三葉蟲作為三葉蟲序列界線，但高興的是近期在交榜變馬沖組采得3塊卵圓形湖南頭蟲。貴州東部變馬沖組三葉蟲比較少，或仍有6屬10種，對交榜變馬沖組深挖三葉蟲有可能消除交榜變馬沖組沒有三葉蟲的缺點。

可喜的是于2020年4月30日采集到的Hunanocephalusovalis卵形湖南頭蟲大大改變了第4階首現(xiàn)三葉蟲的確定。我們認為第4階首現(xiàn)三葉蟲為杷榔組底首現(xiàn)的都勻小掘頭蟲(Oryctocerelladuyunensis)為好，而且認為交榜剖面很有可能成為第4階潛在的標準層型剖面及點位。

3.3.3 層序地層研究

表3 劍河交榜耙榔組層序地層(據(jù)王立亭 等，2020)Table 3 Sequence stratum of Balang formation in Jiaobang of Jianhe

3.3.4 進行全球第4階初步對比的研究

1.與格陵蘭北部Hesnson Gletcher組對比

表4 南中國與北格陵蘭第4階對比表Table 4 Stage 4 comparison of south China and north Greenland

2.完成了全球第4階對比表

表5 寒武系第4階國際地層對比表Table 5 International stratigraphic comparison of Cambrian stage 4

3.3.5 碳硫同位素研究

已采樣對100多個樣品進行總碳、總硫進行測試，取得了大量參數(shù)。

3.3.6 國際合作及國際學(xué)術(shù)交流

研究成果主要是三葉蟲地層、疑源類研究成果。已在國內(nèi)外一些會議上進行學(xué)術(shù)交流。2017年10月在中國舉辦的中德國際會議做了交榜地區(qū)第4階三葉蟲地層劃分報告。摘要刊于2019年。在西班牙舉行的埃迪卡拉寒武系國際會議上，趙元龍、Jorge、尹磊明、伍孟銀做了三葉蟲地層、疑源類的學(xué)術(shù)報告。其中2篇長篇論文摘要及2篇短摘要刊于西班牙Estudios Geologicos的期刊上。2018年8月西安國際寒武系會議，有23位代表包括19位國外代表參觀苗嶺統(tǒng)及烏溜階金釘子后，又參觀了劍河交榜第4階潛在的標準剖面，反應(yīng)很好(圖2)。

圖2 2018年西安國際會議代表參觀劍河交榜第4階潛在的層型剖面Fig.2 Potential layer section of stage 4 in Jianhe visited by delegate of Xi’an international conference in 2018

3.3.7 至2019年共發(fā)表論文16篇，SCI 4篇，詳細論文摘要2篇，寒武系第4階全球界線層型剖面研究總結(jié)報告(2016—2019年)。

3.3.8 培養(yǎng)碩士5位，博士1位。

4.3.9 繼續(xù)研究2008年發(fā)現(xiàn)的劍河生物群，已完成專著的投稿。

4 下一步的工作

(1)由于交榜變馬沖組與4月30日已采到Hunanocephalus ovalis湖南頭蟲，交榜杷榔組剖面將成為潛在的第4階標準層型剖面及點位，成為今后工作的重點。

(2)進行交榜第4階碳硫同位素及有機地化研究。

(3)發(fā)表三葉蟲及碳硫同位素SCI論文。

(4)繼續(xù)深入采集變馬沖組的三葉蟲。

致謝：在第4階的研究中，中科院南京地質(zhì)古生物研究生彭善池研究員給予指導(dǎo)幫助。貴州大學(xué)彭進教授測制的交榜耙榔組剖面成為第4階潛在的標準層型剖面及點位(GSSP)，貴州大學(xué)古生物專業(yè)研究生，2016屆研究生，2020屆研究生及八郎村民劉峰、劉澤福等采集化石及碳硫同位素、疑源類標本。給予衷心的感謝。本項目的研究得到下列資金資助：1.全國地層委員會2010—2013年的資助；2.彭善池的國家重點自然基金項目(全球寒武系第4階及第10階高精度界限地層及其金釘子研究)(41330101)；3.科技部重大基礎(chǔ)項目(中國標準地層建立中國地層表的完善)(2015FY310100-5)；4.國土部地調(diào)局(關(guān)鍵地區(qū)區(qū)域地層調(diào)查與關(guān)鍵生物群演化合沉積巖巖石之試點填圖的研究)(DD20160120-4)；5.貴州省科技廳(貴州苗嶺統(tǒng)烏溜階后續(xù)研究及第4階金釘子落戶貴州(黔科合支持[2020]4Y241號)。