全球寒武系第4阶国际层型剖面及点位(GSSP)研究的进展

赵元龙，尹磊明，郭庆军，袁金良，杨兴莲，伍孟银，王立亭 杨 威，兰 天，陈争鹏，刘 雄，陈圣光，罗 雪

(1.贵州大学，贵阳 550025；2.中国科学院南京地质古生物研究所，南京 210008；3.中国科学院地理科学与环境研究所，北京 100001；4.贵阳学院，贵阳 550005；5.贵州省地质矿产勘查开发局，贵阳 550004；6.贵州理工学院，贵阳 550004)

1 前言

赵元龙研究团队研究的寒武系苗岭统(第3统)及乌溜阶(第5阶)已被联合国地科联全票通过批准落户在我国贵州剑河八郎(彭善池、赵元龙，2018；Zhao et al.，2019a)成为寒武系第6颗金钉子，中国第11颗金钉子、贵州第1颗金钉子，并使中国仍是保持金钉子最多的国家(彭善池，赵元龙，2018)。从此，各国地质学家以苗岭统及乌溜阶为标准，进行寒武系同期地层的划分及对比，反映了中国地质年代学研究的高水平，产生了重要的科技及政治意义。年代地层研究较滞后的4统10阶的寒武系，还有第2、第3、第4及第10阶需研究并建立标准层型剖面及点位(即金钉子)(表1)。在彭善池研究团队高水平研究下，第10 阶的研究已接近建立国际层型剖面及点位，所提出的第10阶首现三叶虫球结子Lotagnostusamericanus(Billings，1860)具有可靠性和实用性(Peng et al.，2015；朱茂炎 等，2019)。彭善池还很好的完成了潜在的第10阶金钉子剖面-我国湖南桃源县瓦尔冈剖面的地层划分层序地层、碳硫同位素等学科的研究。研究居于国际领先水平，优于美国Miller等人的方案。

表1 国际寒武系年代地层划分表Table 1 International chronostratigraphic scale in Cambrian

第2、第3、第4阶的研究，即传统的下寒武统划分一直困扰着学术界(朱茂炎 等，2019)。一些学者仍认可俄罗斯的4分方案，但其划分不符合界线地层定义(Zhu et al.，2008；朱茂炎 等，2019)。许多学者纷纷研究单一的第2阶(Zhu et al.，1997；Rogov et al.，2015)、第3阶(Babcock et al.，2005；Alvaro et al.，2014；Zhang et al.，2017)、第4阶(Hollingsworth and Babcock，2011；Yuan et al.，2011，2014，2015；Peng et al.，2018；Zhao et al.，2017，2019b)。其中，中国、美国、俄罗斯等国的学者进行了第4阶务实的研究。

彭善池 等(1999，2000，2010)曾对中国，特别是华南地区地层点位提出了很好的建议，在华南地区建立4统10阶的年代地层系统，为近代中国地区年代地层构架标准打下基础。中国第4阶与都`匀阶有密切的关系，彭善池于2000年提出的中国可在寒武系斜坡区建都匀阶，属于黔东统(彭善池，2000)。

2 研究历史及现状

2010年前，张文堂、周志毅、彭善池、林元瑞、项礼文、袁金良、彭进等都曾对与第4阶有密切关系的都匀阶或杷榔组岩石地层进行了广泛的研究，进行了三叶虫地层划分(张文堂，1979，1980；周志毅 等，1979，1980；袁金良 等，2002；Yuan et al.，2001，2002；彭进 等，2009，2010)。尽管所建立的三叶虫带一直未被公认，但为研究都匀阶及后来第4阶的研究提供了资料。2005年后，随着寒武系4统10阶的划分得到公认。第4阶的研究得到更多重视，特别是彭善池 等(2015，2018)对杷榔组节头虫(类)Arithricocephaluschauveaui进行了清理，确认Bergeron命名的Arithricocephaluschauveaui的手标本共有3个不同的种，分别属于3个不同的属。彭善池 等认为Arithricocephaluschauveaui选模是错误的，而应该是Oryctocerelladu-yunensis。彭善池 等还认Arithricocephalus(Arithricocephalites)Chien et Lin in Lu et al.，(卢衍豪 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的晚出异名。他对Arithricocephalus的清理不仅更正了Arithricocephalus的分类系统。而且为研究第4阶铺平了三叶虫的分类基础。

一些三叶虫研究者尽管提出都匀阶三叶虫划，但因缺乏地层划分依据，再加上当时节头虫分类错误，使得整个都匀阶及第4阶的三叶虫带的划分长期处于混乱状态。直到近期，赵元龙研究团队进行了交榜杷榔组及松山“清虚洞”组详细的研究，与彭善池，袁金良讨论都匀阶及第4阶三叶虫地层划分取得良好的成果。可分为3个掘头虫三叶虫带组合(Zhao et al.，2017，2019b)及3个莱得利基虫带(陈争鹏 等，2018)。近期，朱茂炎等就第4阶的划分提出很好的见解，首先他认为第4阶的划分要参考古杯类的生物演化及大灭绝事件，包括第一幕申克事件(Sink event)或古杯大灭绝事件及第二幕霍克湾事件(Hawke Bay event)，具体的第4阶底界划分在可能的3个层位：第一个层位为Redlichia，Olenellus(Babcock et al.，2005)或俄罗斯的Judomain和Bergeroniellus首现，或盘虫类(Triangulaspisannia和Hebediscusattleborensis)(Korovnikor，2012)首现；第二个层位为Oryctocerelladuyunensis首现；第三个层位为Arithricocephaluschauveaui首现。

3 赵元龙研究团队进行第4阶全球层型剖面及点位(GSSP)研究

3.1 新研究团队组成

2010年，主持寒武系第3统第5阶标准层型剖面及点位研究的赵元龙不仅强化第3统及第5阶的研究，而且还对于其下寒武系第4阶的标准层型剖面及点位研究也有了兴趣，引起他兴趣的原因之一是交榜杷榔组剖面是一个良好的杷榔组剖面。彭进、赵元龙、邰通树2008年沿山脊开辟出来的杷榔组剖面，岩层连续，三叶虫丰富，可以作为第4阶潜在的标准层型剖面。2010年，赵元龙在彭善池的支持下，向全国地层委员会申请了一个研究第4阶的项目，获得了9万元的资助。

2014年起，赵元龙团队连续获得多个国家级及省部级基金资助，研究寒武系第4阶。

2014—2019年，赵元龙以其第5阶研究团队主要成员尹磊明，郭庆军，袁金良，Jorge esteve等为主组成了第4阶研究新团队，在彭善池研究员关注下进行了寒武系第4阶标准层型剖面及点位的研究，成为中国第一个及唯一的一个研究第4阶的研究团队。

2020年，赵元龙在王世杰副省长的支持下又获贵州省科技基金项目(黔科合支持(2020)4Y241)(贵州苗岭统乌溜阶继续研究及第4阶金钉子落户贵州研究)，继续进行第4阶研究。

2021年，赵元龙研究团队重要成员、贵阳学院副教授伍孟银博士受命申请的国家自然科学基金项目“贵州剑河交榜寒武系第4阶全球层型剖面及点位(GSSP)的深入研究获得批准”。

3.2 研究工作

2010以来对第4阶的全球层型剖面及点位的研究进行了大量的工作，取得了明显成果，至今已完成下列工作：

1)测制了剑河八郎松山“清虚洞组”剖面，修测了交榜杷榔组剖面。

2)采集了大量化石标本，共计8000件，其中三叶虫标本达6000件，鉴定标本2000件，照相1000件。采集了疑源类样品90多件，碳硫同位素有机地化标本100多件，进行了疑源类及疑源类地层、碳硫同位素的初步研究。

3)进行了生物地层研究。

4)对交榜变马冲组上部至杷榔组及松山“清虚洞组”进行了层序地层研究。

5)参加了西班牙国际会议。

6)撰写了有关论文。

7)2021年4月30日特别组织了交榜变马冲组的三叶虫采集，取得了突破，采得卵圆形湖南头虫3块。

3.3 取得研究成果

3.3.1 生物地层研究

1.寒武系第4阶三叶虫地层研究取得重要进展

中国南方寒武纪第4阶进行的三叶虫地层研究，由于所建的三叶虫带还没有可靠地层依据，经常变更。2016、2017年我们对剑河交榜杷榔组及上部的清虚洞组逐层采集三叶虫，已建立可靠的三个三叶虫带，其中掘头虫带由下而上为：(1)都匀小掘头虫带Oryctocarelladuyunensis，占据杷榔组下部，还包括C.elongata、D.duyunensis、R.(P)chinensis；(2)乔氏节头虫及都匀小掘头虫组合带Arithricocephaluschauveaui-Oryctocerelladuyunen-sisAss，包括O.duyunensis，D.duyunensis，A.xi-nzhaiheensis等，占据杷榔组中部及上部至清虚洞组下-中部；(3)北极古掘头虫带Protoryctoce-phalusarcticus，该带还包括Protoryctocephalusbalangensis.占据清虚洞组上部。依据莱得利基虫，由杷榔组至清虚洞组顶，其层序如下：(1)Redlichia(Pteroredlichia)chinensis，主要在杷榔组下至中部；(2)Redilichia(Pteroredlichia)murakamii带，占据杷榔组上部及清虚洞组下部至中部；(3)Redlichia(Redlichia)nobilis-Redlichia(Redlichia)guizhouensis，组合带，占据清虚洞组上部(陈争鹏 等，2018)。2021年4月交榜变马冲组卵形湖南头虫Hunanocephalusovalis的采集使得第4阶之下的变马冲组又增加了一个三叶虫层位。

表2 剑河交榜地区寒武系第4阶三叶虫地层划分表Table 2 Acritarch stratigraphic classification of Cambrian stage 4 in Jiaobang area of Jianhe

2.疑源类地层研究

杷榔组疑源类比较丰富，变马冲组也有一些疑源类，其中杷榔组由下而上有7个疑源类组合及层位，他们分别是：1.Plagasphaerabalangensis；2.Adaraalea-Skiagiaornata组合；3.Acyumradiale-Pterospermellavelata组合；4.Comasphaeridiummolliculum-Solisphaeridiumbaltoscandium组合；5.Corrugasphaeraperfecta-Pterospermellavin-ctusa组合；6.Acrumnovum-Heliosphaeridiumoligum组合；7.Acrummembranosum-Adarvediafanum组合。它们可以分为2个界线：一是变马虫组疑源类与杷榔组下部疑源类组合；二是第4组合与第5组合之间，位于杷榔组82.50 m左右(图1)，和三叶虫Arithricocephaluschauveaui首现相近，低于3.3 m这个界线，疑源类类型及数量明显衰退。

图1 交榜剖面杷榔组中下部第2个疑源类组合划分图

贵州剑河交榜剖面出现的疑源类类型在已知国内外资料中，多报道自东欧地台，北欧，俄罗斯，西班牙，加拿大等地寒武纪早-中期地层，而与记述自西班牙和北欧的组合面貌甚为相近。根据当前对交榜剖面寒武系第4阶有机壁微体化的深入研究，其中临近杷榔组底部地层出现的Plagasphaera，依据其形态特征与现生带壳变形虫的比较，初步确认它是继新元古代‘瓶形化石’之后，在我国、乃至全世界首次在贵州剑河交榜剖面寒武纪早期地层发现带壳变形虫化石。它的保存和出现不仅填补有关带壳变形虫生物演化的珍稀化石证据，且为论述古生态环境变化提供极为重要的生物化石记录。最近在江西宜春地区九岭南缘宜丰岩租发现与贵州剑河寒武系第4阶杷榔组非常相同的疑源类组合和带壳变形虫化石标本，显著表明在该地质时期曾发生较强烈地质运动，导致古生态环境的变化；同时也为‘江南造山带’的形成，以及扬子地块与华夏地块的拼接提供重要生物化石证据。

3.3.2 寒武系第4阶首现三叶虫的初步确定

客户细分的方法很多，销售可以根据自己了解的具体情况进行划分。客户细分完成以后，对不同类别的客户制定不同的服务策略。

对交榜杷榔组逐层采集的三叶虫，于杷榔组底采到Oryctocerelladuyunensis，又于85.8 m采到Arithricocephaluschauveaui，前者一直延伸至清虚洞组中部，后者也延伸到清虚洞组中部，因此在杷榔组到清虚洞组中部建立2个三叶虫带。由下而上为Oryctocerelladuyunensis带及Arithricocephaluschauveaui-OryctocerelladuyunensidAss带，而首现杷榔组底部及85.8 m出现的2个三叶虫Oryctocerelladuyunensis及Arithricocephaluschauveaui均可作为第4阶首先三叶虫(FAD)，朱茂炎等(2019)有相同看法。

Arithricocephaluschauveaui作为首现三叶虫，优势是其下有Oryctocerelladuyunensis，疑源类2个组合之间界线低于85.8 m(3 m)，但不理想的是碳硫同位素在此没有明显的飘移，此外层位也略高一些(朱茂炎 等，2019)。Oryctocerelladuyunensis作为第4阶FAD分子有3个优势：1.层位适中，位于杷榔组底；2.岩性界线明显；3.疑源类及碳硫同位素均为变化点。缺点是其下没有三叶虫作为三叶虫序列界线，但高兴的是近期在交榜变马冲组采得3块卵圆形湖南头虫。贵州东部变马冲组三叶虫比较少，或仍有6属10种，对交榜变马冲组深挖三叶虫有可能消除交榜变马冲组没有三叶虫的缺点。

可喜的是于2020年4月30日采集到的Hunanocephalusovalis卵形湖南头虫大大改变了第4阶首现三叶虫的确定。我们认为第4阶首现三叶虫为杷榔组底首现的都匀小掘头虫(Oryctocerelladuyunensis)为好，而且认为交榜剖面很有可能成为第4阶潜在的标准层型剖面及点位。

3.3.3 层序地层研究

表3 剑河交榜耙榔组层序地层(据王立亭 等，2020)Table 3 Sequence stratum of Balang formation in Jiaobang of Jianhe

3.3.4 进行全球第4阶初步对比的研究

1.与格陵兰北部Hesnson Gletcher组对比

表4 南中国与北格陵兰第4阶对比表Table 4 Stage 4 comparison of south China and north Greenland

2.完成了全球第4阶对比表

表5 寒武系第4阶国际地层对比表Table 5 International stratigraphic comparison of Cambrian stage 4

3.3.5 碳硫同位素研究

已采样对100多个样品进行总碳、总硫进行测试，取得了大量参数。

3.3.6 国际合作及国际学术交流

研究成果主要是三叶虫地层、疑源类研究成果。已在国内外一些会议上进行学术交流。2017年10月在中国举办的中德国际会议做了交榜地区第4阶三叶虫地层划分报告。摘要刊于2019年。在西班牙举行的埃迪卡拉寒武系国际会议上，赵元龙、Jorge、尹磊明、伍孟银做了三叶虫地层、疑源类的学术报告。其中2篇长篇论文摘要及2篇短摘要刊于西班牙Estudios Geologicos的期刊上。2018年8月西安国际寒武系会议，有23位代表包括19位国外代表参观苗岭统及乌溜阶金钉子后，又参观了剑河交榜第4阶潜在的标准剖面，反应很好(图2)。

图2 2018年西安国际会议代表参观剑河交榜第4阶潜在的层型剖面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年共发表论文16篇，SCI 4篇，详细论文摘要2篇，寒武系第4阶全球界线层型剖面研究总结报告(2016—2019年)。

3.3.8 培养硕士5位，博士1位。

4.3.9 继续研究2008年发现的剑河生物群，已完成专著的投稿。

4 下一步的工作

(1)由于交榜变马冲组与4月30日已采到Hunanocephalus ovalis湖南头虫，交榜杷榔组剖面将成为潜在的第4阶标准层型剖面及点位，成为今后工作的重点。

(2)进行交榜第4阶碳硫同位素及有机地化研究。

(3)发表三叶虫及碳硫同位素SCI论文。

(4)继续深入采集变马冲组的三叶虫。

致谢：在第4阶的研究中，中科院南京地质古生物研究生彭善池研究员给予指导帮助。贵州大学彭进教授测制的交榜耙榔组剖面成为第4阶潜在的标准层型剖面及点位(GSSP)，贵州大学古生物专业研究生，2016届研究生，2020届研究生及八郎村民刘峰、刘泽福等采集化石及碳硫同位素、疑源类标本。给予衷心的感谢。本项目的研究得到下列资金资助：1.全国地层委员会2010—2013年的资助；2.彭善池的国家重点自然基金项目(全球寒武系第4阶及第10阶高精度界限地层及其金钉子研究)(41330101)；3.科技部重大基础项目(中国标准地层建立中国地层表的完善)(2015FY310100-5)；4.国土部地调局(关键地区区域地层调查与关键生物群演化合沉积岩岩石之试点填图的研究)(DD20160120-4)；5.贵州省科技厅(贵州苗岭统乌溜阶后续研究及第4阶金钉子落户贵州(黔科合支持[2020]4Y241号)。