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发布时间：2022-04-20 16:57
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时间：2023-10-02 00:02
J.Remane
（Université de Neuchatel，Institut de Géologie，11，rue Emile-Argand，CH 2007 Neuchatel，Switzerland）
摘要 经典的年代地层学主要使用两种方法：①放射性测年，可提供数值年龄；②生物年代，通过研究化石地层分布可提供相对年龄。相对年龄标准划分表仍被广泛使用，所以对表中各种界线的精确测定，是国际地层委员会的主要任务之一。以前，年代对比的物理方法只起次要作用，这主要是因为它们只能表述区域的、更主要是重复的事件。同时，由于经典方法的缺陷（放射性物质稀少、化石种属分布区域及环境的局限性），到目前大多数传统界线还没有被满意地确定。随着年代对比新方法的发展，年代地层学已成为多学科的研究领域。对地球磁场的反转、稳定同位素曲线的位移、地球化学信息（缺氧事件、白垩系与三叠系界线上著名的铱高峰值）、层序地层学、沉积记录中的米兰科维奇旋回及定量地层学的数学技术的研究，为年代地层学的发展开辟了一个新的前景。某些信息，特别是稳定同位素漂移和磁极倒转，不仅反映了世界范围的大事件，而且给出了进行统一对比的潜力。磁极倒转相对于地质时间而言只是短暂瞬间。所有这些信息具重复性，而且不能简单取代传统方法，但将它们综合后，会给年代地层学注入新的动力。当一个重复的信息被证实是正确时，并依靠化石的帮助，它将会被用来扩展并精确地进行生物地层的对比。
关键词 年代地层界线确定 全球事件 生物地层学 稳定同位素漂移 磁性地层学
1 引言
文章题目恐怕会使读者产生误解，以为是年代地层学教科书，其实不然。笔者的目的是想把在北京召开的第30届国际地质大会第1组学科讨论会“地层学”上宣读的论文作一综合性的介绍。这次学科讨论会由国际地层委员会（ICS）发起，各分会议由ICS的各实体组织，其议题的多样性给人印象深刻。分会议1-1，命题为“多学科方法结合建立地质年代表”，意在对各种年代地层学方法做一个概述，是对第1组学科讨论会的介绍，而本文是对该分会议的介绍。笔者将以亲身参与的实例作为开始。
2 墨西哥东北部的侏罗系－白垩系界线
野外工作由三位科学家组成的队伍完成（瑞士纳沙泰尔的T.Adatte，负责微相和粘土矿物；墨西哥利纳雷斯的W.Stinnesbeck，负责菊石；笔者负责Calpionellids，即浮游微生物）。稳定同位素分析：δ13C（全岩）和δ18O数据由德国波茨坦的H.Hubberten提供。相同的样品进行了不同方法的分析，以确保结果有直接可比性。
遵照“1973年里昂/纳沙泰尔举行的侏罗系－白垩系界线学术报告”，侏罗系－白垩系界线被暂时定在Jacobi菊石带底部[5]，这一界面与Calpionellid B带底面非常一致[11，12]，由于古生物地理上的强烈差异，这一界面极难进行对比，一些作者的结果差异达到将近三个菊石带。Jeletzhy与Zeiss[7]的争论，涉及到穿越大西洋菊石Durangites属的穿时性问题，也反映了这种不确定性。由于墨西哥菊石动物群中含有大量地方性的属，使得问题仍未解决。墨西哥的Calpionellids与地中海盆地的能很好地对比；我们的观测证实缺少地方性的种[4，14]，因此我们与Zeiss[7]把Durangites属作为一个等时物的想法是一致的。这一等时性在墨西哥范围达到B带的底部。
提塘阶的Calpionellids在墨西哥极少且保存不好，因此指示Calpionellid A带的化石组合是否存在仍不能确定，但提塘阶中的间断可以被排除。由于古生物地理因素，Crassicollar-ia和Saccocoma近乎不存在[3]。Datable动物群仅出现在贝里阿斯阶最下部B带中。Calpi-onellids进入墨西哥东部的时间与从多碎屑、有时是富含放射虫的磷酸盐微晶向典型的Cal-pionellids灰岩变化是相对应的。同时，出现了各种地中海菊石属（图1）。生物地理变化都与δ13C值的上升相耦合，δ18O值升高的趋势似乎指示了气候稍微的变冷。对于粘土矿物来说，在贝里阿斯阶底部到Calpionellids D2亚带存在一个绿泥石高峰，也是贝里阿斯阶重要海洋学变化的另一指示物，并可能与海平面的抬升有关。
图1 墨西哥东北部提塘阶与贝里阿斯阶间的多学科地层学：重要的菊石动物属、微体相、粘土矿物组合、δ13C及δ18O值在地层上的分布
（据Adatt等，1996）
不幸的是，对墨西哥和地中海盆地的进一步对比研究，并没有解决侏罗系－白垩系的界线问题，因为最初的对比面稍稍位于界线之上，但是对于墨西哥Calpionellids动物群的研究产生了对层序地层非常重要的有趣结果。几种连续的动物群扩展存在于贝里阿斯期中，它们每一种都向西延伸很远。在东马得雷山以西约300km处的圣佩德罗德尔加洛，最老的Cal-pionellids动物群属于中贝里阿斯阶C带。在瓦哈卡州，晚贝里阿斯期D带之前从未发现Calpionellids。D带中，似乎存在几个相近空间动物群的扩散，正如侏罗山和北高加索（Bak-san剖面）的碳酸盐岩台地层序中含Calpionellids的夹层所反映的，至少部分与海平面高水位期有关。
上面的例子显示出不同化石类别的用途可能会削弱，但并不意味着克服了古生物地理的难题。因此，下面的例子将简要探讨稳定同位素所起的重要作用。
3 凡兰吟阶与欧特里沃阶界线上的稳定同位素漂移
在凡兰吟阶至欧特里沃阶下部C.oblongata超微浮游生物带中重要的δ13C正偏差值，首先在南阿尔卑斯Lombardian盆地的5个地方被发现，其中一处已被磁性地层学所标定[8]，这种δ13C偏差值在西北大西洋、墨西哥湾和中太平洋几处深海钻位（DSDP）的存在证明，我们面对的确是一个全球性事件。最近，在墨西哥东北部的两个地方也发现了这种偏差值的存在[1]，以至于大西洋彼岸的野外地质学家也深受影响（图2）。
与生物地层对比不同，同位素对比不受相及古生物地理*，它的精度受“事件”持续时间*。但主要的问题是阿普特阶与阿尔必阶、塞诺曼阶与土伦阶之间也有相似的δ13C值漂移[8]，同位素事件是重复出现的，连续的事件只可能借助于化石来区别。因此经典生物地层学与稳定同位素分析等新技术的结合能使我们的研究获得发展。
图2 世界上不同剖面穿越凡兰吟阶与欧特里沃阶界线的δ13C值演化
（据Adatt等，1993）
4 磁性地层学
地球磁场的反转在许多方面堪称为理想的指示事件，它们具有全球性。在一个约5ka持续时间内，它们可以立即与其它一些地质过程（如稳定同位素偏差等）对比。通过对大洋磁异常的研究，已制定出一张精细的地磁极年代表（GPTS），其时限从卡洛维期/牛津期一直延续到现在。如果能对所研究的剖面的磁极年代进行正确的识别，那么就能为全球非常精确地进行对比提供一种手段。
时间的重复性仍旧是个问题。在野外观察中用GPTS对磁性带直接进行对比，只有在沉积速率大致稳定的连续沉积序列中，才有可能实现。这种“指纹”的扭曲是不可避免的。因此，要把磁性带和磁性年代配对是很困难的，特别是GPTS中的不同部分之间可能非常相似，如牛津阶上部到基默里奇阶间隔到凡兰吟阶与欧特里沃阶下部之间[9]，或渐新统与中新统之间到中中新统[6]。
一旦层序能被化石定年，那么情况就会发生很大变化，即使一个大致的定年也通常会导致剖面中磁极年代全部或大部分被正确识别[9,10]。最令人惊奇的结果是通过生物地层确定的磁性带又能反过来得出生物地层界线穿时性的程度，并以磁性带界线作为等时参考（图3）。有人甚至用磁性带地层来确定生物门类谱系的首次出现及灭绝事件：显然，这些变化的极端处（不是手段，只是有人相信）提供了最好的近似值，即所有生物地层的最初产出最接近真正的生物门类谱系的出现，最后产出最接近生物门类谱系的灭绝时刻。换句话说，就是磁性地层学帮助我们从生物地层学进步到生物年代学。
图3 借助磁性地层学所作的Calpionellids和超微浮游生物事件的年代地层学变化范围图
（据Ogg等，1991）
提塘阶与贝里阿斯阶界线的位置经过修改
由于以浮游有孔虫类和超微浮游生物所建立的带，有磁性年代和放射性年龄进行仔细标定，使得创建老第三系和新第三系年代地层学具有独特的可能性，能很好地确定新第三系底界的全球层型剖面和层型点（GSSP）。这一确定去年已被ICS表决，这次大会上又被IUGS批准。图4和图5是由老第三系－新第三系界线工作组制作并提供给ICS用于表决的两幅图。图4综合地显示了标准剖面的磁性学、岩石学、生物地层学特点，整个剖面所有的磁极不能完全确定，但所观察到的界线有助于对GPTS磁极年代的确定。在标准剖面中，新第三系底部被确定与磁性带底部相一致，即被认作磁极年代C6Cn2n的底部。
图4 意大利Lemme-Carrosio剖面老第三系和新第三系界线标准剖面上的生物地层学、放射性年代、磁性地层学及岩性地层学
（据Steininger等，1994）
图5 GPTS的情况与Lemme-Carrosio剖面中古地磁磁极序列、岩性学及主要生物地层事件的对比
（据Steininger等，1994）
值得强调的是，建于大洋异常基础上可靠的GPTS的存在，是使用这种方法的决定性前提。这一标准在卡洛维期/牛津期以前的时代不适用，因为卡洛维阶/牛津阶已经是最古老的洋壳了。在更老的岩石中使用磁性地层学方法的可能性要大大减小，如果事件发生在不同剖面、不同极性的沉积物中，那么它们各自代表的面不可能是同一时代的产物。如果在一个剖面中，某一生物地层带与三个磁性带一致，并在另一个剖面中与两个磁性带一致，那么后者无疑是不完整的。但若有与上述例子更不一样的情况，则从一个剖面到另一个剖面进行磁性带的对比则是不可能的，或许在不同的面上，这两个剖面都可能是不完整的。
5 结论
我们从多学科年代地层学的这些例子中能得到什么启示呢？首先，应意识到，这些建立于磁极倒转、稳定同位素及其它地球化学标志（能反映全球事件的）基础上的新对比方法的综合以及地层沉积记录中米兰科维奇旋回的观察，都是极为重要的。我们已经看到了这些方法能提供真正的跨区域对比，且其中有些方法，特别是磁性地层学方法，是非常精确的。但是必须重申一点，新方法不能简单取代旧方法，例如利用放射性同位素和化石确定岩石年龄的方法是不可替代的，因为这些方法有放射性衰变或生物演化不可逆过程作为基础，能确定出岩石的数值年龄或相对年龄。反之，新对比方法使用了重复性事件，因此要确定可靠的对比连接点不得不结合定年方法。不管怎样，这些新方法将会大大扩大经典生物地层定年方法的运用范围，并提高其精度。
那么，什么是多学科年代地层学呢？多学科年代地层学就是研究问题时把所有实用的、有效的方法结合起来，它是合作与配合的体现。
（李学军译，王丽娟校）
参考文献
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