——来自中国地质科学院地质研究所的报道倪  明2008年1月3日,中国地质科学院地质研究所研究员、国际石炭系地层委员会委员金小赤打开电脑,收到了主题为“石炭系杜内—维宪阶全球界线层型剖面和点位投票结果”的国际电子邮件。位于中国广西柳州市郊15公里处碰冲村南的碰冲剖面(北纬24度26分,东经109度27分),经国际石炭系委员会表决,以全票21票通过,当选为国际石炭纪维宪阶全球界线层型剖面和点位(GSSP)。至此,中外专家历时20余年的实地考察和艰苦研究,终于在我国碰冲剖面确立下全球石炭系首个“阶”级“钉钉子”,这也将是迄今我国取得的第九颗“金钉子”。这不仅是中国地质科学界的成就,也为国家增添了荣誉。确定定义:国际石炭系研究艰苦跋涉20年人们普遍认为,在地质学领域几乎很少有不涉及时间概念的,地质学的统一原则是地质事件所发生的时间顺序和对比。因此,在从事地质学研究的科学家头脑中,都有一份“地质年代表”,它好比阐述地球历史的一个时间框架,发生在地质历史时期的事件都要以它为参照系来表述。在科学研究日益全球化的趋势下,全球各种地质事件、海平面变化或气候变化以及地质学其他许多领域研究的进展,都有赖于一张精确划分的全球年代地层表。近年来,国际上采用全球界线层型剖面和点位(GSSP,即“金钉子”)来定义年代地层单位(系、统、阶等),建立起国际年代地层表,使得全世界科学家在叙述地质历史时有一种共同的语言和全球性标准。“金钉子”的典故源于美国首条横穿美洲大陆全长1776英里的铁路宣告胜利竣工时,钉下了最后一颗用18K金制成的钉子,后来被借用到地质学中,被国际地层委员会和国际地科联认为是地球历史时期年代地层划分和对比的唯一全球标准。建立“金钉子”的意义在于读懂地球演化的编年史。就像历史学家把中国历史划分为夏、商、周等不同的时期一样,地质学家按地球所有岩石形成时代的先后,建立一套年代地层单位系统,并依次称为大古宇、元古宇、古生界、中生界和新生界,每一个界,又进一步划分出次一级的年代地层单位,如系、统、阶。类似每一个人类历史时期都包含一定的人类活动内容和事件,每一个时间地层单位则包括在这个时间间隔内地球上所形成的所有岩石和与其相关的地质事件。建立“金钉子”,就是要为地球演化的编年史“断代”,确定各个地质时代的分界线。确立一枚“金钉子”是国际地层学研究领域的崇高科学荣誉,从一个侧面反映出一个国家地质科学研究的实力和水平。在迄今为止最新修订的国际地层表上,尚有大量的“金钉子”无人认领,但这些空白处历来是国际地质学界研究的热点和激烈竞争的领域。石炭系“金钉子”无疑是国际地层表中研究的难点之一。在地质历史上,不同于其他古生代的系,石炭系发生了大规模的地壳运动和明显的气候分异,导致了全球很多地区海相地层的缺失和沉积问断,为建立以海相生物地层学为基础的全球统一的年代地层表和区域地层对比带来了困难。上世纪60年代,原确定于比利时狄南盆地的维宪阶底界,以古拟史塔夫属有孔虫的首次出现为标志,但随后的详细研究发现,这一定义不符合现代生物地层原则,需要重新确立。来自全球的科学精英随即在这一新的领域开展工作,但是令西欧和北美的研究者感到遗憾的是,他们甚至没有发现理想的基础材料。1989年,国际石炭系委员会成立了专门的界线工作组,任务是研究新的界线定义和寻找体现这一定义的界线层型剖面和点位。但问题的难点和焦点在于,显生宙界线定义一般是建立在连续生物演化谱系中,而连续沉积的地层剖面才能为寻找无间断的生物发育提供坚实可靠的基础,而地质历史上杜内-维宪阶交界时期,全球海平面普遍下降,岩相分异更替显著,沉积和生物发育不连续,这样的剖面在全世界都难以寻觅,致使杜内-维宪阶界线研究在很长时间内几乎毫无进展。1993年,界线工作组综合了当时的调查结果,围绕杜内-维宪阶界线提出了三个方案,方案一是坚持现有比利时狄南盆地的维宪阶底界标准,寻找更理想的替代界线剖面,得到了大多数科学家的赞同。而方案二和方案三的标准不是太低,就是太高,最终被淘汰。方案明确后,全世界石炭系领域研究的科学家都在期待发现一个连续沉积、有孔虫系统发育演化的理想地层剖面。寻找剖面:精诚所至,金石为开中国地质科学院地质研究所侯鸿飞研究员长期从事地层古生物研究,此时虽然对国际上苦苦寻觅杜内-维宪阶界线剖面一事略有耳闻,但他的大部分精力还是放在研究泥盆一石炭系界线上。我国广大的华南地区石炭系地层发育良好。上个世纪80年代后期,我国地质部与比利时开展的政府间合作项目“中比泥盆-石炭系过渡沉积研究” 即在华南地区展开。侯鸿飞作为项目的中方负责人与来自比利时的卢克·汉斯等专家在为期10年的合作中建立了真挚的友谊。在石炭系界线研究领域,比利时人有骄人的成就,杜内阶、维宪阶都是以比利时地名命名。卢克·汉斯等人一直没有放弃寻找一个更理想的替代家乡狄南盆地的维宪阶底界标准剖面,中国华南地区会不会出现奇迹呢?在中比政府间合作项目研究的同时,侯鸿飞同卢克·汉斯等人一起在湖南、贵州、广西等地寻觅沉积连续且有孔虫发育的剖面。杜内-维宪阶界线剖面研究此时真正走入了他的视野里。“比利时人千里迢迢来中国寻找剖面,我们自已更没有理由不研究了。”就在国际杜内-维宪阶界线工作组走投无路时,中比国际合作项目寻找符合定义的理想剖面的工作也陷入胶着状态。侯鸿飞他们在湖南、贵州、云南、广西等地开展了广泛的区域调查和大规模的剖面调查研究,先后测制剖面近20个,每个剖面都进行系统的化石采样分析,并编制了地域古地理图。“在湖南、贵州这些地方没有找到合适的剖面,我们就想在桂林地区找,这里是风景区,交通方便,如果在这里找到理想的剖面,以后对旅游发展和科普传播有积极推动作用。”但侯鸿飞的这一想法最终也没能实现。记得有位科学家曾说过,大自然的秘密被层层紧裹着,它的庄严秩序绝不轻易示人。但唯独对那些纯真。虔诚的探索者情有独钟。从事石炭系界线剖面研究的人可能对此体会更深,当所有人都在迷雾重重中探寻摸索时,大自然悄然推开了奥秘的大门,透出一线光明。柳州市郊的碰冲村南,竹林青翠,溪水潺潺。广西柳州石油地质队正在这里进行1:5方区域地质填图。华南地区的地表被繁茂的植被覆盖,很难寻找到一处出露的地层剖面。地质队员们好不容易在一处山间溪流中发现了裸露的石灰岩地层。测量,绘图,取样,记录。地质队员们一丝不苟地按照区调工作规范完成了填图工作。样品随后被送往研究机构进行鉴定。“柳州碰冲有个剖面石炭系地层沉积连续,而且有孔虫发育。”闻讯,侯鸿飞、卢克·汉斯等人喜出望外,随即赶到发现剖面的地方。经过初步调查研究发现,这里就是苦苦寻觅而不得的杜内-维宪阶理想的界线层型剖面:地层出露完整,上杜内阶至中维宪阶沉积连续,特别是其中所含有孔虫极其丰富多样,显示了古拟史塔夫有孔虫属的谱系演化,同时发现的许多重要的牙形石,可为全球对比提供有价值的资料。“当时发现剖面的碰冲村非常偏僻,十分贫困,没有什么公路,连拖拉机开进去都十分困难。汉斯还特意保留了一张当时的照片,作为历史见证。”侯鸿飞对当年的交通状况印象深刻,“今天可大不一样了,高速公路就从剖面附近经过,柳州市区还有一趟15路公交车直达碰冲村。”“卢克·汉斯是世界有孔虫化石研究的权威专家,实地考察后,他对碰冲剖面很满意,取样研究后发现有孔虫化石非常丰富。我们遂决定在此展开详细的界线研究”。侯鸿飞清楚地记得那是1993年,碰冲剖面的科学研究刚刚开始。持续研究:衣带渐宽终不悔今年72岁的侯鸿飞在获悉碰冲剖面当选全球杜内-维宪阶“金钉子”时,感慨万分:“这是长期持续研究才取得了成果,从1993年实地考察采样到现在已经过去14年了。”1996年,侯鸿飞与比利时专家合作首次在《地质学杂志》上向国际地学界报道了碰冲剖面,其时有孔虫研究刚刚启动。同一年,国际石炭纪地层分委员会主席J.Robert及委员等九人考察了广西的几个剖面,由于碰冲交通不便没有成行。后来侯鸿飞说,当时没有成行并不全然是因为交通问题,他多了一个心眼,觉得碰冲剖面的工作还不成熟,此时贸然领着国际专家前往考察,一旦过早否决就不利于后续申报“金钉子”竞选剖面的工作。碰冲剖面的研究开始得到国家有关部门的大力支持,2000年获科技部《中国典型地层剖面的立典研究》项目2001年获中国地质调查局《中国主要断代地层建阶研究》项目、以及国家自然科学基金会主任基金的支持,侯鸿飞、田树刚、吴祥和、殷保安等研究人员开始深入滇西保山地区、广西等地调查剖面,做了大量的工作,采了很多化石,他们对与有孔虫共生的牙形石进行了详细的对比研究。“当时,我们考虑不能把‘宝’押在碰冲一个剖面上,也不能只研究有孔虫化石。”在回顾这段科研“试错”经历时,侯鸿飞强调,“只有比较,才能鉴别。在寻找杜内-维宪阶界线剖面时,没有最好,只有更好。只有试过之后,才能更加确定有孔虫研究的科学合理性,而且牙形石研究成果也为层型的建立和区域对比提供了重要依据。”2001年,国际石炭纪社内一维宪界线工作组主席sevastopulo等四人前往碰冲剖面考察,对中比合作研究的成果表示肯定。在另一条研究思路上,卢克·汉斯和他的得意门生德维伊斯特频频从比利时起飞,来到柳州与中方专家联手,有孔虫化石研究渐入佳境。碰冲剖面也得到德、美等国专家的大力支持。“德国专家G.&R.Hahh协助鉴定三叶虫,美国D.Work协助鉴定菊石,同位素在比利时分析。”侯鸿飞对项目良好的国际合作赞赏有加,“为解决与北美对比问题,Sevastopulo和Devuyest专门采集了美国的样品,证明美国鉴定的古拟史塔夫有孔虫有误,碰冲层型剖面维宪阶底界大致对比美国Keokuk组底部,从而解答了层型剖面全球对比中的难题。”最终,碰冲剖面的古拟史塔夫有孔虫被归纳为四个类群,而且种的定义建立在形态参数的统计基础上,不仅更为科学,而且有利于非有孔虫专家掌握。据此,中国、比利时、爱尔兰等国专家共同提出正式建议,将杜内-维宪阶界线定义以简单古拟史塔夫有孔虫的首次出现为标志。经国际石炭系地层委员会表决,于2002年正式通过。新的界线定义确定后,中、比专家全力投入碰冲剖面的研究,除了反复、详细、无间断加密采样,精确查明古拟史塔夫有孔虫属的谱系演化和简单古拟史塔夫有孔虫的首现层位外,还系统研究了牙形石化石,进行了古地磁、碳氧同位素测定。同时,编制了新的古地理图,开展区域上的对比研究。2007年国际石炭-二叠纪地质大会在中国召开,来自德国、比利时、捷克、爱尔兰、日本、西班牙等国的代表13人会后考察了碰冲剖面。在现场讨论过程中,碰冲剖面以自身优良的客观地质条件和精湛的研究水平,赢得了广泛的国际赞誉,最终成为全球维宪阶底界界线层型和点位的唯一候选剖面,并为后来国际石炭纪地层委员会全票表决通过奠定了良好的基础。碰冲剖面是继石炭系底界和中问界线后,有关石炭系的第三颗“金钉子”,也是首个“阶”级“金钉子”。根据古拟史塔夫有孔虫谱系演化确定的这一界线,也是国际上第一次应用底栖化石定义年代界线。在柳州碰冲剖面之前,我国已经先后获得了寒武系。奥陶系和二叠系中的8颗“金钉子”。这些“金钉子”的取得,是几代地质学家和地层古生物学家长期努力、执着追求和不断创新的结果。用不了多久,人们将在碰冲剖面建成一个永久性纪念标志,不仅树立起全球维宪阶底界的唯一标准,而且也将把科学家执着探索真理的科学精神传扬于世。           (2007.1.17,地质勘查导报,5版)

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