[地勘导报]宜昌黄花场剖面:全球奥陶系最后一颗“金钉子”

作者:记者 李晓明 发布时间:2007-07-31

湖北省宜昌市的黄花乡是一个本来并不起眼的小镇。如今,小镇却吸引了来自全球地学界的目光。

让世人瞩目的是黄花乡一座刚刚落成不久的“金钉子”纪念碑和新埋下的黄花场剖面指示石碑,它们共同指示着全球中/下奥陶统划分和对比的唯一标准。这是我国至今所获得的第7颗“金钉子”。

纪念碑坚实的底座上,镌刻着为中国赢得这枚珍贵“金钉子”的研究单位——中国地质调查局宜昌地质调查中心,以及长期支持这项研究的中国地质调查局、国家自然基金委员会、中国地层委员会等单位。

这不仅是中国地质科学界的骄傲,也代表了国家的荣誉。

1 在世界顶级的科学竞争中艰难跋涉

2007年7月6日这一天,拥有“金钉子”的黄花乡,一跃成为长江三峡国家地质公园奥陶园的中心,小镇的面貌被彻底改变了。

同时被改变的远远不止是一个小镇的命运,黄花场“金钉子”的确立标志着,经过全世界科学家近20年的努力,全球奥陶系地质学研究终于结束了没有共同语言的历史。

“金钉子”正式名称叫“全球层型剖面和层型点位”,被国际地层委员会和国际地科联认为是各个地质历史时期年代地层划分和对比的唯一全球标准,也是统一和连接地学各领域的纽带和时间标尺。 1978年全球第一个“金钉子”确定以来,全世界的地层学家及其他有关领域的地质学家、古生物学家,甚至天文学家、地球物理学家、化学家都在孜孜以求为地质历史时期中的各个断代确定全球层型剖面和层型点位。

可以说,一个“金钉子”的确立对地学各学科都具有重要意义,是科学界引以为荣的成果,这无疑意味着一场激烈的世界级科学竞争。

1988年,美国华盛顿,第27届国际地质大会正在举行。国际奥陶系地层分会决定,把建立全球统一奥陶系年代地层系统作为分会今后相当长的一段时间内主要任务。这场科学角逐的发令枪响起。

1995年在美国举行的第五届国际奥陶系讨论会上,科学家们达成共识,将全球奥陶系划分为下、中、上三个统和6个阶段。此后,全球奥陶纪年代地层界线的研究获得很大进展。

1997年1月,我国浙江常山黄泥塘剖面率先竞争成为全球中奥陶统上部第四个阶的“金钉子”。在其后短短9年时间里,加拿大纽芬兰Green Point剖面,瑞典Diabasbrottet剖面,瑞典Fagelsang剖面,美国俄克拉荷马洲南部Black Knob Ridge剖面和我国湖北宜昌王家湾剖面相继被确定为奥陶系“金钉子”。剩余的唯一一个没有确定的“金钉子”,即中、下奥陶统界线,遂成为全球统一奥陶纪年代地层界线研究中最令人关注的问题。

寻求全球奥陶系最后一枚“金钉子”的历程一波三折。

2000年和2002年,美国芬尼(Finney)教授和艾森腾(Ethington)教授提出,美国内华达州白石(Whiterock Narrows)剖面可作为全球中下奥陶统的界线层型。由于芬尼教授乃是当时国际奥陶系分会主席,大家都以为以他为代表建议的剖面无疑将成为全球中/下奥陶统界线的“金钉子”。没想到的是,进一步研究发现,在该剖面所建议界线生物标志,在时代对比上远较原来预想的年轻,故而不宜作为全球中/下奥陶统界线划分和对比标准。

奥陶系分会秘书长、阿根廷的阿巴内斯(Dr.Albanesi)博士等人随即建议以阿根廷另外一种牙形石取代原建议的中奥陶统底界的生物标志,并推荐阿根廷尼吉威尔(Niqivil)剖面作为该界线的“金钉子”。

继之,以汪啸风教授为代表的宜昌地质调查中心奥陶系研究群体,包括陈孝红、李志洪、王传尚、曾庆銮、陈辉明、张淼、许光洪等,在对宜昌黄花场剖面长达30年科学积累的基础上,尤其是近5年的研究,建议以三角波罗的海牙形石的首次出现作为划分全球中下奥陶统界线的生物标志,以我国湖北宜昌黄花场剖面为该界线的层型剖面。

一场激烈的科学辩论不可避免。在2003年阿根廷第九届国际奥陶系讨论会上,汪啸风与阿巴内斯各持己见,双方都无意退让。会议为此组织了世界上著名的奥陶系牙形石专家,对双方带去的标本进行了检查和讨论,但均未对两个剖面作出明确的表态。

一波未平,一波又起。就在会议期间举行的分会选举委员会议上,有的选举委员建议,可否考虑加拿大纽芬兰牛头群剖面作为中和下奥陶统的界线层型剖面,以维多利亚等称笔石带底界做为划分该界线的生物标志,其层位与中国科学家提出的三角波罗的海牙形石首次出现层位大体一致。为此,奥陶系分会当时还指定有关专家对加拿大的剖面作进一步调查和研究。

显然,不少国际、甚至国内的奥陶系专家当时对黄花场剖面,尤其是对我国某些门类化石属种的分类与鉴定持保留的态度。而如果纽芬兰剖面也参与竞争的话,那中/下奥陶统界线“金钉子”的竞争将出现第三个候选剖面,形势将更加严峻。

2 回应质疑,要拿出世界一流的研究成果

面对国内外的挑战,宜昌地质调查中心领导和奥陶系研究群体,决定用世界一流的研究成果作出回应。

通过对阿根廷推荐剖面的考察和对比,以及加拿大纽芬兰牛头群剖面有关资料的查询和研究,宜昌地质调查中心奥陶系研究群体的信心更加坚定了,黄花场剖面较上述两个剖面更胜一筹。

尽管阿根廷尼吉威尔剖面出露很好,但它是由一套浅水碳酸盐相沉积组成,化石门类单一,而且可能存在沉积间断,此外它所建议的界线生物标志在分类和始现层位方面还存在不少问题。

纽芬兰牛头群剖面系由一套含笔石的碎屑岩相沉积组成,笔石系列完整,但在拟建议的界线标志层之间,即维多利亚等称笔石和小型维多利亚等称笔石带之间,存在碎屑流沉积,因而在石翻识和笔石属种的演化序列上不连续。

宜昌黄花场剖面,自穆恩之教授等老一辈地层古生物专家于1979年首先报道以来,宜昌地质调查中心地层古生物工作者曾对其进行了长达30年的研究和积累。黄花场剖面一直被认为是我国奥陶系划分对比的典型剖面之一,在全球奥陶系划分对比中也占有一定的地位。自1978年以来,国内外许多奥陶系专家,包括国际奥陶系分会代表团等的专家代表,先后对该剖面进行过考察。黄花场剖面中/下奥陶统界线上下,不仅地层连续,出露完美,构造简单,而且含有丰富的牙形石、笔石、几丁虫、三叶虫、腕足类等多门类化石。这些事实说明,黄花场剖面完全具备了作为全球中、下奥陶统界线层型的客观地质条件。

有了最好的剖面,宜昌地质调查中心的奥陶系研究群体还要用过硬的研究成果来证明所建议的黄花场剖面是世界最理想的中/下奥陶统界线剖面。他们明确,既要继承我国老一辈地质学家的研究成果,又不能为传统的认识所束缚,同时广泛吸收国内外最新的相关研究成果,利用剖面自身优异的客观地质条件,集思广益,深入发掘其科学内涵,自主创新,争取世界一流的研究成果。

在国土资源部、中国地质调查局、国家自然基金委以及德国国际交流基金(DAAD)的支持下,宜昌地质调查中心与丹麦哥本哈根大学Stouge博士、柏林工业大学Erdtmann 教授,以及西安地质调查中心等有关专家合作,在前期工作基础上,对黄花场剖面以及相距不远的陈家河和建阳坪剖面中/下奥陶统界线,进行了详细采样和深入细致的综合研究。

研究人员仅在黄花场剖面大湾组下段和中段16米地层间隔中就采了70个牙形石样品,平均1~2厘米地层间隔就一个样。通过与美国俄亥俄大学S•柏格斯特、哥本哈根大学S•斯托基博士在北美和波罗的海相当层位所采牙形石化石,以及在我国陈家河剖面所采牙形石化石的对比,科学家们对黄花场剖面17520个保存很好的牙形石以及笔石、几丁虫、三叶虫、腕足类和疑源类等多门类化石进行了鉴定、描述和分类学研究,同时对相邻陈家河和建阳坪剖面上述各门类化石也进行了系统研究。

不仅如此,项目组有关成员还将一些重要的牙形石、笔石、几丁虫等门类化石标本或相片和描述带到或电邮给德国、丹麦、法国等国同行征求意见,进行讨论。

2004年初,项目组正式向国际地科联奥陶系地层分会提交了《中国宜昌宜昌黄花场剖面——全球中/下奥陶统界线层型的建议》。报告以英文写成,长达70页,并附有插图10张,各门类化石图版19个。在详细介绍和讨论黄花场剖面的生物、层序、事件和化学地层研究成果的基础上,报告明确指出黄花场剖面完全具备成为全球中/下奥陶统和第三个阶的界线层型的条件,即发育了世界上最完整的牙形石生物演化序列,进而通过对分布在美洲、欧洲、澳大利亚等中/下奥陶统界线地层的分析和对比后指出,所建议的界线生物层和点位易于在全球识别和进行精确对比。

2004年上半年,国际奥陶系分会代表团结合宜昌地质调查中心提交的建议,对黄花场剖面和其他相关剖面以及标本进行考察。考察后,代表团在国际奥陶系网站上以“支持黄花场剖面”为题的文章中指出,宜昌黄花场剖面完全具备了成为全球中下奥陶统界线层型的条件,所鉴定的各门类化石准确无误。但也有个别选举委员建议,为了进一步表明黄花场剖面所建议中/下奥陶统界线生物标志,即波罗地三角牙形石带底界与太平洋生物地理区相当笔石带的精确对比,最好能补充进行牙形石图形对比的研究,以便进一步证明使全球不同生物地理区和相区,都能准确地与黄花场剖面进行对比。

3 在中国定下奥陶系地质研究的全球标准

虽然某些意见过于吹毛求疵,在以往通过的“金钉子”中并无先例,但宜昌地质调查中心的奥陶系研究群体坦然面对,继续挑战科学高峰。

项目组与哥本哈根大学S•斯托基博士一起,通过对世界各地近20个穿越中/下奥陶统界线剖面牙形石和笔石的计算机图形对比,进一步证明,所建议的界线标志,即波罗地三角牙形石带底部,不论在介壳相,还是笔石相地层中均能识别和对比,不仅适合全球中奥陶统底界的划分,而且为全球不同生物地理区中/下奥陶统界线附近牙形石带(壳相)和笔石带(笔石相)之间的精确对比也提供了重要依据。

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