显生宇地质年表的一些控制因素
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发布时间：2022-05-04 22:37
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时间：2022-06-26 16:17
F.M.Gradstein
（Saga Petroleum，N-1301 Sandvika，Norway）
J.Ogg
（Department of Earth and Atmospheric Sciences，Pure University，West Lafayette，Indiana 47907，USA）
F.P.Agterberg
（Geological Survey of Canada，Ottawa，Ontario，K1A OE8，Canada）
J.Hardenbol
（Global Sequence Chronostratigraphy Inc.，826 Plainwood，Houston，TX77079，USA）
P.van Veen
（Norsk Hydro Research-Proction，N-5020 Bergen，Norway）
摘要 制定显生宇地质年表需要使用地层学的和数学地质内插法的方法。现在只有中生界部分获得了31个连续阶的未肯定的界线年龄。正如古生界和中生界列出的某些阶的界线轮廓那样，控制现行显生宇地质年表的主要是其地层方面和地质年代方面的特性。在地层上对阶的定义的共识和地质年代方法应用上的一致性，将加强各地质年表的统一性及其在地球科学应用方面的稳定性。
关键词 地质年表 地质年代学 放射性 显生宇 寒武系 三叠系 海底扩张
1 显生宇地质年表
利用精确和标准的年龄来估算出显生宇各个连续阶的界线，这样得到的是理想的地质年表。但目前由于知识的*，我们还远远达不到这个目标。在过去的10年中，我们在用地层学方法来确定显生宇各个阶的界线方面取得了明显的进展（J.Remane，个人通讯，1996）。然而，许多阶的界线方面，尤其是显生宇的中间部分上还存在有待改进之处，或还需要有更好的生物地层和地质年表标定来进行厘定和改善。除了基本的年代地层学问题外，是否有足够的且有地层学意义的年代测定及它们与共同标准间的相对标定方面也存在问题。
由于缺乏各个阶的界线的精确年龄，所以大多数显生宇地质年表是用内插法来确定的。中、新生界地质年表是通过观察和结合①放射性测年、生物带及各个阶的界线；②生物以及洋底和沉积物中的地磁倒转内插法建立的。古生界地质年表则是通过一些挑选的相隔甚远的生物地层层位界面的年龄估算，得到一些分散的同位素年龄值，将它们粗略地组合在一起得到的。
图1是对目前一些年代标定方法的总结。本文就不再重复叙述方法学的细节了，许多方法在以下引用的文章中都有所提及。图1可让我们对于制定一个地质年表的方法有一个简单而快速的浏览。我们的观点是，较好地理解建立地质年表的方法及其控制因素将有助于加强其在地球科学应用方面的一致性。
图1 建立表1地质年表的方法
新生界地质年表最初是通过生物地层结合磁极年代来标定的，磁极年代则是根据南大西洋的洋底磁性异常条带，并加上挑选的由9个Ar-Ar放射性年龄组成的一套年龄数据依次标上的[2]。内插法就是将年龄按带事件和阶的界线依次设置到磁极性年代上，其原理是假定由放射性设定的条带之间的海底扩张速率是恒定的。目前磁性年代学与太空年代学的结合，完善了近6Ma的连续的新第三纪晚期的地质年代表。现在正试图把太空年代表连续扩展到渐新世（N.Shackleton，个人通讯，1996）。
用于部分新生界地质年表标定的统一的洋底扩张的内插法并不适用于中生界，因为洋底磁异常带只延续到中侏罗世，而在中白垩世缺失并且磁性倒转，因此，虽然部分中生界地质年表现在可用精确的放射性年龄间的相互综合来准确标定（这些年龄资料在过去5年中主要来自于对美国西部内陆地区上白垩统生物地层，例如文献[25]的研究），但大部分阶的界线年龄值还是通过地质和数学内插法得到的。这两种方法，即最大可能性和塞片内插法，都对地层数据的精度变化高度敏感，它们提供了31个中生代阶的界线未肯定的估算值[1]。目前内插法用在老第三纪和新第三纪并非总是不肯定的。自从用年代地层学和地质年代学方法编制古生界[18]地质年表后，已发表了许多用相对精确的同位素定年的方法来完善石炭系[33，34]以下的古生界地质年表[33，34]，因而在古生代仍有少量相对精确和有地层意义的定年。上面所述的，再加上跨区间阶的归属问题，以及在古生界某些部分缺乏标准的带（R.Cocks，个人通讯，1996），使得古生界地质年表较不肯定。
在表1的地质年表中，我们已列出了新的新生代、中生代以及古生代的年龄归属，这里参考了其原始资料。新生界地质年表是据Berggren等[20]和Higen[20]，中生界地质年表据Gradstein等[11,12]。古生界年表是在Harland等[18]的基础上制作的，石炭纪以前的阶的界线年龄用更精确的同位素年龄加以更新[33,34]。最近，Ogg[28]出版显生宙的磁性年代学。一幅实际上已被确认了的显生宇地质年表（A3格式的彩色版），将在Episodes杂志上发表。
表1 显生宇地质年代表
统一的新生界—中生界地质年表，将为编制一套更全面的欧洲年代地层和层序地层图表打下基础。
2 控制因素
近来采用U-Pb法和Ar-Ar法对白垩系和三叠系测年结果显示，放射性定年技术的分析误差风险不到1%[24,25]，这对生物地层和数学内插法来说是一个极大的挑战。就是最完备的生物地层方案可能也没有小于0.5～1.0Ma的生物带单元，更不用说为一个特殊的“地层穿时”点定年时的实际精度，U-Pb法可获得在0.1～0.5Ma内变化的分析结果。这种定年技术一旦与高分辨率生物地层学、磁性地层学或米兰科维奇旋回相结合，对现在地质年代表研究将是一个大的挑战。同样，统计内插的方法应将分析较不精确的K-Ar法与高精确度的Ar-Ar法或U-Pb法相结合；尽管两者在岩石地层和年代地层上精度相同，但人们对后者更加偏爱。
下面，我们将举一些由于使用了近来在显生宙地层学和地质年代学方面的新进展而在地层推理和数学内插法上导致复杂化的例子。
以A.knoll（Harvard，Mass.，USA）为*的“末元古界工作组”，运用来自澳大利亚和纳米比亚的新材料，为这个寒武系下面的50Ma时间段，建立了一个较详细的生物地层和同位素地层框架和地质年代。末元古界底界的全球界线层型剖面和层型点被认为是在澳大利亚南部的Varanger冰碛岩上的碳酸盐岩岩帽上，来自与之相对应的纳米比亚凝灰岩中的锆石U-Pb年龄近570Ma[14]。争论的问题是寒武系底界是否应修正为稍许往上一点，使寒武系直接覆于末元古界之上[14,7,6]。在纽芬兰的寒武系底界的全球界线层型剖面和层型点（GGSP），以含有Phycodespem的遗迹化石组合的出现为标志，可以与西伯利亚北部相应地层的涅马基特－达尔丁层进行对比。在Phycodespem层稍微向下的火山角砾岩中，得到的U-Pb年龄为（543.6±0.24）Ma。在纳米比亚，这种遗迹化石组合出现在近Nomtsas组的底部，在位于包括前寒武系－寒武系界线的Spitskopf-Nomtsas侵蚀不整合面之上。此界线有括号注明从火山岩中得到的U-Pb年龄为（539.4士1）Ma和（543.3士1）Ma，因此寒武系的底界年龄可能是，或稍高于543Ma。
国际地层委员会下属的二叠系地层分会正在对二叠系的阶和统的划分进行修正（见金玉玕在1996年6月发表在地层分会通讯《Permophiles》第28期上的文章），其中加入了许多来自中国、哈萨克斯坦、俄罗斯及北美的新的见解，“下”二叠乌拉尔亚统加进了阿瑟尔阶、萨克马尔阶、亚丁斯克阶及空谷阶。“中”二叠瓜德鲁普亚统由路德阶、沃德阶和开普敦阶组成。而最年轻的二叠系亚统——乐平亚统，则包括了吴家坪阶和长兴阶两个连续的阶。在同一期通讯中，A.Klets等引用了来自俄罗斯和澳大利亚东部下二叠统凝灰岩的U-Pb（SHRIMP）年龄数据。在地层和数学分析的精度、测年数据和误差未得到之前，尽管我们还不清楚这些数据是否适用于上述阶的划分，但从萨克马尔阶到空谷阶可能得下移5～10Ma。由于二叠系最顶部可能出现混乱，因此全球范围内伊勒瓦拉区（澳大利亚）地磁倒转的对比还是很重要的，从俄罗斯的鞑靼阶到中国、澳大利亚和其他二叠系分布地区（M.Menning，个人通讯，1996和文献[23]）。
在对古生界－中生界界线年龄与放射性测定年龄的持续争论中，P.R.Renne与同事们[29,30]用放射性衰变率对比了西伯利亚溢流玄武岩的最古老岩流和中国南方P-T界线全球界线层型剖面和层型点（GSSP）的候选剖面处的少量凝灰岩，从U-Pb法的用FishCanyon标准来校正到Ar-Ar法用MMhb-1标准来校正，P-T界限年龄为250Ma，这个年龄值的好处是方便记忆和应用。虽然没有关于地层年龄估算未肯定性（无疑相对是较小的）资料，但分析的误差应小于0.95Ma。挑战性的工作是将西伯利亚的溢流武岩与中国的GSSP地层进行对比，并在线条尺度上估计最接近GSSP的年龄值。用Ar-Ar标准独立地标定同一轨道旋回尺度的年代也是有希望的，就像U-Pb法所取得的成就一样[31]。
三叠系的一个重要“钉子”点是测定瑞士Grenzbitumen层拉丁阶与安尼阶的界线年龄（文献[19]中的第309条、[31]中的第310条）。对来自拉丁阶最底部Nevadites（特提斯型）菊石带[3]的凝灰岩层中的碱性长石做了K-Ar法和Ar-Ar法测定，最好的年龄数据来自均质而干净的高透长石（G类），用K-Ar法测得平均年龄为（232±9）Ma（2σ），Ar-Ar法为（233±7）Ma（2σ），由此Hellmann和Lippolt[19]估算其界线年龄应为（232±9）Ma（2σ）。Odin[26]提出洁净高透长石的K-Ar年龄为（232.7±4.5）Ma，Ar-Ar法的稳定年龄为232Ma。这种最佳估算用于用内插法测定下三叠统与中三叠统的界限年龄，得到的年龄值为（234.3±4.6）Ma（2σ）[11,12]。
1995年5月，Brack等[4]报道了在意大利北部的巴戈利诺附近的剖面中用U-Pb法测定了与安尼阶－拉丁阶界线相关的凝灰质层中的单颗粒锆石年龄[24]。虽然该地区的精确层位问题仍在争论，但它是拉丁阶底界GSSP的候选剖面。在Secedensis[Nevadites]菊石带底部的来自一薄层结晶凝灰岩层中的一套7颗锆石的U-Pb法加权平均年龄为（241.0±0.5）Ma。这一层可追索到瑞士南部的Monte San Giorgio与其相当的凝灰岩[31]。综上所述，来自于Grenzbitumen带凝灰岩中的透长石，其K-Ar平均年龄为（233±4.5）Ma（2σ），稳定年龄值大约为（232±4.5）Ma（2σ）。然而，Brack等[4]报道说，取自相同的Grenzbitumen带的锆石其原来地层年龄与取自巴戈利诺的年龄一致。他还提出区域埋藏史和成熟史均有利于锆石年龄的可靠性。新西兰的Etalian阶上部凝灰岩层，原来的在生物地层上可对比为安尼阶上部，近来用Ar-Ar法测得年龄大约为242.8Ma，这与Grenzitumen新的年龄值相一致。
通过对界线上新的放射性测年数据与上覆的拉丁阶中部凝灰岩锆石年龄[4][Gredleri带中部（238.8±0.4）Ma；Archelaus带中部（237.7±0.5）Ma]的比较，得出了最大可能的年龄数据[12]，而且新的塞片内插计算法给了拉丁阶一个更长的持续时间（用8.3Ma代替了6.9Ma）。缩短了安尼阶的持续时间（用3.1Ma代替了7.4Ma）。然而，Brack等[4]认为，与其传统地把Nevadites带放在拉丁阶，还不如把它放入安尼阶中，这样将使拉丁阶与安尼阶的界线年龄更年轻一些。
令人奇怪的是，两个连续阶（拉丁阶和安尼阶）的持续时间其潜在变化大大缩短了安尼阶菊石带的持续时间，缩短程度超过拉丁阶菊石带持续时间。新的地质年代学未能解决的一个问题是，在意大利南阿尔卑斯山的中三叠统中的600个Latemar碳酸盐岩台地旋回，似乎是在一个比以前预料的要短的时间内形成的。新的阶的持续时间使人们对这些碳酸盐岩层的轨道旋回频率的认识产生了怀疑[5]。
同样，米兰科维奇旋回理论可能对纽瓦克盆地三叠系最上部的‘van Houten’旋回并不适用[35]。在纽瓦克盆地中，这些旋回以前认为是大致在具气囊花粉（在孢粉学上指示T/J界线）的消失与玄武岩开始堆积的时间段上[9]。现行三叠系地质年表中的湖相旋回可能并不代表单一的米兰科维奇旋回。
在东太平洋，从牛津期到阿普特期的最早期的磁异常记录与配对的磁性－生物地层对比，为相关诸阶的相对划分提供了有效的方法[22，21，16，11，12]。在缺乏更好的控制因素下，海底扩张的稳定性通常被用来内插从晚侏罗世到早白垩世的年龄值。在假定扩张率不变的情况下，阶的界线年龄必须与放射性年龄数据及最大可能年龄估计值相一致。表1的中生界地质年表中从牛津阶到巴列姆阶的界线年龄是结合海底扩张假设和独立的最大可能估算得到的。在地质年表最终完成前，来自不变海底扩张的内插年龄值被给予了有限的加权平均。图2是用不同地质年表表示的晚侏罗世到早白垩世的太平洋扩张速率。我们认为贝里阿斯期的扩张速率比凡兰吟期小这一点是很重要的，这表示观察到的凡兰吟期的全球超覆可作一级对比，接着是大的海退[16,17]。更详细的研究可以解决侏罗纪扩张速率与退覆/超覆旋回这样类似的“一级因果关系一致性”的问题，并为地质年代学提供地质意义。
图2 用不同地质年表表示晚侏罗世到早白垩世的太平洋扩张速率
致谢 第一作者对于Saga石油开发研究组对这次研究的支持及在图表制作上的帮助，表示衷心的感谢。
（聂浩刚译，王涛校）
参考文献
[1]Agterberg.Estimation of the Mesozoic Geological Time Scale.Math.Geology，1994，26（7），857～876.
[2]W.A.Berggren，D.V.Kent，C.C.Swisher Ⅲ and M.P.Aubry.A revised Cenozoic geochronology and chronostratigraphy.In:Berggren et al.，eds..Geochronology，Time Scales and Global Stratigraphic Correlation；Tulsa.SEPM Special Publication 54，1995，129～212.
[3]P.Brack and H.Rieber.The Anisian/Ladinian boundary:Retrospective and new constraints.Albertiana，1994，13，15～36.
[4]P.Brack.H.Rieber and R.Mundi.The Anisian/Ladinian boundary interval at Bagolino（southern Alps，Italy）:I. Summary and new results on ammonoid horizons and radiometric age dating.Albertiana，1995，15，45～56.
[5]P.Brack，R.Mundil，F.Oberli，M.Meier and H.Rieber.Biostratigraphic and radiometric age data question the Mi-lankovitch characteristics of the Latemar cycles（Southern Alps，Italy）.Geology，1996，24，371～375.
[6]M.D.Brasier，J.W.Cowie and M.Taylor.Decision on the Precambrian-Cambrian boundary stratotype.Episodes，1994，17，3～8.
[7]M.D.Brasier.U/Pb dates for the base of the terminal Proterozoic and Cambrian.Episodes，1996，19（3，4）.
[8]J.W.Cowie and M.G.Bassett.1989 Global Stratigraphic Chart.Ottawa，International Union of Geological Sciences，1989.
[9]S.J.Fowell and P.E.Olsen.Time calibration of Triassic/Jurassic microfloral turnover，eastern North America. Tectonophysics，1993，222，361～369.
[10]F.M.Gradstein，F.P.Agterberg，M.P.Aubry，W.A.Berggren，J.J.Flynn，R.Hewitt，D.Kent，K.Klitgord，K.G. Miller，J.D.Obradovich，J.G.Ogg，D.R.Prothero and G.E.G.Westermann.Sea level history.Science，1988，214，599～601.
[11]F.M.Gradstein，F.P.Agterberg，J.G.Ogg，J.Hardenbol，P.van Veen，J.Thierry and Z.Huang.A Mesozoic time scale.Journal of Geophysical Research，1994，99，2405 1～24074.
[12]F.M.Gradstein，F.P.Agterberg，J.G.Ogg，J.Hardenbol，P.van Veen，J.Thierry and Z.Huang.A Triassic，Jurassic，and Cretaceous time scale.In:W.Berggren et al.，eds..Geochronology，Time Scales and Global Stratigraphic Correlation；Tulsa.SEPM Special Publication 54，1995，95～126.
[13]F.M.Gradstein and J.G.Ogg.A Phanerozoic time scale.Episodes，1996，19（1，2），3～5.
[14]J.P.Grotzinger，S.A.Bowring，B.Z.Saylor and A.J.Kaufman.Calibrating the terminal Proterozoic time scale.30th Intern.Geol.Congress，Beijing，1996，Abstract volume 2，47.
[15]D.W.Handschumacher，W.W.Sager，T.W.C.Hilde and D.R.Bracey.Pre-Cretaceous evolution of the Pacific plate and extension of the geomagnetic polarity reversal time scale with implications for the origin of the Jurassic“Quiet Zone”.Tectonophysics，1988，155，365～380.
[16]B.U.Haq，J.Hardenbol and P.R.Vail.Mesozoic and Cenozoic chronostratigraphy and cycles of sea-level change.In:Sea-level Changes-An integrated approach，SEPM Special Publ.，1988，42，71～108.
[17]J.Hardenbol，J.Thierry，J.Rey，P.R.Vail，T.Jacquin，P.C.De Graciansky and M.B.Farley.Mesozoic and Cenozoic sequence chronostratigraphy of European Basins（in prep.）.
[18]W.B.Harland，R.L.Armstrong，A.V.Cox，L.E.Craig，A.G.Smith and D.G.Smith.A Geologic Time Scale 1989.Cambridge University Press，1990.
[19]K.N.Hellmann and H.J.Lippolt.Calibration of the Middle Triassic time scale by conventional K-Ar and Ar-Ar dating of alkali feldspars.J.Geophys.，1981，50，73～86.
[20]F.J.Hilgen.Extension of the astronomically calibrated（polarity）time scale to the Miocene/Pliocene boundary.Earth and Planetary Science Letters，1991，107，349～368.
[21]D.V.Kent and F.M.Gradstein.A Jurassic to Recent Chronology.In:The Geology of North America，Volume M，The Western North Atlantic Region.edited by P.R.Vogt and B.E.Tucholke.Geological Society of America，Boulder，CO，1986.
[22]R.L.Larson and T.W.C.Hilde A revised time scale of magnetic reversals for the Early Cretaceous and Late Jurassic.J.Geophys.Res.，1975，80，2586～2594.
[23]M.Menning.A numerical time scale for the Permian and Triassic Periods:An integrated analysis.In:P.Scholle，T.Pery and D.Ulmer-Scholle（eds）.The Permian of northern Pangea 1，Springer Verlag，Berlin，1995，77～97.
[24]R.Mundil，P.Brack，M.Meier，H.Rieber and F.Oberli.High-resolution U-Pb dating of middle Triassic volcaniclastics:Time-scale calibration and verification of tuning parameters for carbonate sedimentation.Earth and Planetary Science Letters，1996，141，137～151.
[25]J.D.Obradovich.A Cretaceous time scale.In:W.G.E.Caldwell，ed..Evolution of the Western Interior Basin，Geological Association of Canada Special Paper 39.1993，379～396.
[26]G.S.Odin（ed.）.Numerical Dating in Stratigraphy 1，2.J.Wiley＆.Sons，Chichester，U.K，1982.
[27]G.S.Odin and C.Odin.Echelle Numerique des Temps Geologiques.Geochronologie，1990，35，12～20.
[28]J.G.Ogg.Magnetic polarity time scale of the Phanerozoic.In:T.Ahrens，ed.，Global Earth Physics:A Handbook of Physical Constants；Washington，American Geophysical Union Reference Shelf 1，1995，240～270.
[29]P.R.Renne and A.R.Basu.Rapid eruption of the Siberian Traps flood basalts at the Permo-Triassic boundary.Science，1991，253，176～179.
[30]P.R.Renne，Z.Zichao，M.Richards，M.Black and A.Basu.Synchroneity and causal relations between Permian-Triassic boundary crises and Siberian flood volcanism.Science，1995，269，1413～1416.
[31]P.R.Renne，A.L.Deino，R.C.Walther，B.D.Thurrin，C.C.Swisher，T.A.Becker，G.H.Curtis，W.D.Sharp and A.R.Jaouni.Intercalibration of astronomical and radioisotopic time.Geology，1994，22，783.
[32]G.J.Retallack，P.R.Renne and D.L.Kimbrough.New radiometric ages for Triassic floras of Southeast Gondwana.In:S.G.Lucas and M.Morales，eds..The Nonmarine Triassic.New Mexico Museum of Natural History＆ Science Bulletin 3，1993，415～418.
[33]J.Roberts，J.Claoue-Long and P.J.Jones.Australian Early Carboniferous Time.In:Berggren et al.，eds..Geochronology，Time Scales and Global Stratigraphic Correlation；Tulsa，SEPM Special Publication 54，1995，24～40.
[34]R.D.Tucker and W.S.McKerrow.Early Paleozoic chronology:A review in light of new U-Pb zircon ages from Newfoundland and Britain.Canadian Journal of Earth Sci.，1995，32，368～379.
[35]P.van Veen.Time calibration of Triassic/Jurassic microfloral turnover，eastern North America-Comment.Tectonophysics，1995，245，93～95.
