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殷鸿福与三叠系、二叠—三叠系界线研究

时间:2010-09-18  归属:当代科技精华地学卷

殷鸿福,中国科学院院士,现任中国地质大学(武汉)教授。浙江定海人,1935年3月生。1956年毕业于北京地质学院,1961年于同校获硕士学位,1980至1982年到美国自然博物馆作高级访问学者。他从60年代以来,长期从事古生物学、古生态学、岩相古地理学、事件地层学、生态地层学、层序地层学、生物成矿及板块构造学等众多方面的研究。由他主持或作为主要组织者之一完成的成果五项获地质矿产部科技成果二等奖,一项获国家教委科技进步二等奖,另外还获得部三等奖,湖北省科协二等、三等奖多项。

    地球已经有46亿年历史,已测得的地壳上最古老的岩石年龄达38亿年。早在35亿年前地球上就出现了原始的生物,科学家们在澳大利亚西部35亿年前的古老岩层中找到了丝状和链状细胞。人类的历史只有二三百万年。人们如何能够了解漫长的史前生物史呢?这就靠地质古生物学家们来回答,古生物学研究的内容就是保存在地质历史中所形成的沉积地层中的生物的遗体和遗迹——化石。古生物学家们的任务不仅要依靠地层中的化石记录来研究生命的演化历史和模式,而且要根据地层中所含化石群的特征来划分、对比地层,建立正确的地层系统,而这既对探索地球的演化、海陆变迁具有理论意义,同时对于在地层中蕴藏的矿产资源的寻找、开发和利用又具有重要的实际价值。

    三叠纪是指距今2.08~2.50亿年前这段时间,其命名来自德国南部,由于该地区三叠纪地层(又称三叠系)的岩性三分性特点非常明显,阿尔伯特(F.V.Alberti)于1834年将这段地层称之为三叠系。三叠系在中国广泛分布,并且是金、石油、天然气、石膏、岩盐和煤的重要产出层位,对三叠系的研究具有深远的意义。

    殷鸿福从50年代末开始,就在贵州省研究三叠纪地层和古生物。通过大量的古生物双壳类、腹足类研究工作,他建立了贵州省三叠系生物地层系统,将原定为中三叠统拉丁期的雷口坡(巴东)组的时代修改为安尼期,并把嘉陵江组的时代定为早三叠世(1962,1964),他在该区建立的三叠纪地层系统迄今仍被地矿生产单位广泛运用,经受住了时间的考验。

    过去人们普遍认为华北地区从早二叠世以后就不再有海水侵入,但殷鸿福及其同事,通过在陕西渭北地区三叠系的研究工作,在该区下三叠统中发现了典型的海相双壳类——正海扇(Eumorphotis)等,因此他首先提出了华北地区存在着三叠纪海侵的观点(1979a,b)。

    70年代,殷鸿福和其所在科研集体的成员,进行了祁连山区的三叠系研究,在丰富的野外第一手资料基础上,建立了西北区第一个海相中生界地层系统——祁连山区海相三叠纪地层系统(杨遵仪、殷鸿福等,1983)。

    在80年代初,殷鸿福经过多年来对三叠系的研究,总结提出了中国及东亚地区拉丁期发生过大海退(1982),得到了普遍承认。

    从80年代中期至今,殷鸿福又率队开赴条件艰苦、交通不便的秦岭山脉及其相邻的四川松潘地区进行三叠系研究。经过近十年的工作,系统重建了秦岭及松潘地区三叠纪地层系统,并在秦岭地区发现了海相拉丁阶及上三叠统,重建了秦岭晚古生代裂陷史和印支期运动中,这些成果对于正确认识秦岭山系的演化和三叠系中金矿勘查具有重要的理论和实际价值(1992)。

    几十年的奋斗,殷鸿福在三叠纪双壳类和腹足类等方面作了大量的系统分类和属种鉴定工作,累计发表描述300多个化石属种,图片80多幅,并在三叠纪地层学方面取得丰硕成果,这为他研究二叠—三叠系界线以及其它新的领域奠定了扎实的基础。

    对于距今2.5亿年前的二叠—三叠系界线的研究,目前集中在界线层型和界线地质事件两个方面,这两方面的内容是当前国际地质界研究的热点和前沿课题之一。

    如果我们把地球上不同时代形成而叠复在一起的地层比作一本完整的历史书。那么,由于后期构造运动的作用,这本书已被撕得支离破碎,这样就给全球的地层对比带来了困难。为了达到全球的一致性,以便于学术交流,地质学家们就在全球范围内寻找发育齐全、研究详细、界线清楚的典型界线剖面作为全球对比的标准,这种标准界线剖面就是全球界线层型剖面。很自然,全球界线层型剖面代表高水平的研究,被视为是一个国家地层科研水平的反映,世界上许多地层古生物学家们都以争取在其本国国土上建立界线层型为一种荣誉。约6亿年前的震旦纪与寒武纪之间的界线层型,我国云南梅树村剖面极有竞争力,经过许多地层古生物学家的努力,使它成为一个重要的候选界线层型剖面,但在最终投票选举时,因为某些人为因素使界线层型剖面确定在加拿大,这使我国地质工作者深感遗憾。

    我国华南地区具有迄今已知世界上最广布的二叠—三叠纪海相连续地层和最完整的化石带。从70年代开始,中国地质大学、科学院南京地质古生物所以及中国地质科学院等单位许多学者就开始利用我国独特的地质条件,对华南地区二叠—三叠系界线及动物群开始了系统的研究,同时还围绕这一界线作了大量的同位素地层学、古地磁学、岩石学、岩相学、事件地层学工作,取得了大量成果,并且使浙江长兴煤山剖面和四川广元上寺剖面成为国际上二叠—三叠系候选界线层型剖面。

    殷鸿福从70年代开始,就在华南广大地区开展了二叠—三叠界线的研究。国内二叠—三叠系界线,直至80年代初一直置于王氏克氏蛤—蛇菊石带之底,他根据华南十几个点的资料,明确提出二叠系与三叠系之间存在过渡层(1985a,b),在过渡层中混生有二叠纪以及三叠纪的分子,他将过渡层对比为早三叠世的早格里斯巴赫期,而不包括晚格里斯巴赫期的王氏克氏蛤—蛇菊石化石带,这一定义在国内被广泛接受。

    原来,国际二叠—三叠系界线的划分,普遍接受的是前国际二叠—三叠系界线工作委员会主席Tozer提出的以伍氏耳菊石出现作为三叠纪的开始的观点。但是,由于生物地理区系不同,耳菊石主要分布于北极海区和喜马拉雅山脉一带,那里的二叠系上部发育不全,不适于作为全球界线层型剖面,而在二叠—三叠系发育完整的地区,如中国华南,耳菊石甚为少见。作为重要候选界线层型剖面的浙江长兴剖面仅发现少量保存不好(印模)的耳菊石标本,而四川广元上寺剖面至今未发现该化石。殷鸿福于1985年最早提出(1985;1988):以欧亚地区(特提斯区)常见的微体化石——微小欣德齿刺的出现作为二叠—三叠系界线的标志,并在1986年于意大利召开的国际二叠—三叠系界线会议上作了进一步论证,这一观点已获得了国际上广泛响应,也使我国争取二叠—三叠系界线层型呈现了大好前景。

    在地质演化史上,生物界经历了多次大规模的绝灭事件,二叠—三叠纪之交的生物绝灭是其中最大的一次大规模绝灭。据统计,二叠—三叠纪之交生物分类单位纲一级绝灭目6个,亚纲一级2个,目一级10个,科一级减少52%,种数减少90%以上。研究地史时期大规模绝灭不仅有益于研究生物演化的模式,同样对研究现代生物绝灭具有启示作用,因此,二叠—三叠系界线附近的生物以及造成生物绝灭的地质事件的研究成为国际地质界的热点。

    对于二叠—三叠纪之交如此大规模的绝灭,人们如何来解释?过去曾有过火山喷发事件、古地磁极反向、构造运动、海平面升降、古气候的变化以及生态环境的变化等多种解释。随着美国科学家Alvarez等人(1979,1980)在西班牙等地白垩—第三系(6千5百万年前)界线粘土层中发现铱异常,提出外星体撞击地球造成以恐龙为代表的生物大绝灭的假说之后,许多科学家又在世界上许多地方的白垩—第三系“界线粘土层”中发现同样的事实而加以证实。从而使地质事件以及事件地层学的研究达到了高潮。

    华南地区二叠—三叠系界线普遍存在“界线粘土层”,受Alvarez等人的假说的影响,人们在研究二叠—三叠系生物绝灭时,开始在界线粘土层中寻找外星体撞击的证据,并在四川广元剖面、浙江长兴剖面的粘土层中相继发现铱异常,从此,用外星体撞击来解释二叠—三叠纪之交的生物绝灭的假说开始盛行。殷鸿福和课题组成员,根据多年来在华南地区收集的丰富的第一手资料,最早提出了华南二叠—三叠系界线粘土岩火山成因说(1983,1989,1992),其理由是:①经研究,许多界线粘土岩为蒙脱石化的凝灰岩(火山岩),粘土岩中有火山岩特有的变余凝灰结构、构造和火山岩特有的矿物如高温β石英、沸石,以及火山玻屑和晶屑;②界线粘土岩及其邻层中有大量微球粒,其大部分为石铁质或铁质,具有撞击坑,融结集合体,收凝滴状形态,喷发孔及微气泡,收缩泥皱状及旋纹状等表面特征,说明它们一度处于熔融状态,在大气中旋转下降时互相碰撞,然后快速冷凝。这些构造可解释为球外星体撞击或爆炸产物,亦可解释为火山喷发产物;③铱异常具有多解性,并不一定是外星撞击的结果,火山喷发可以造成铱异常,在沉积速率很低的还原环境可以造成铱元素的富集;粘土可吸附铱及铂族元素;生物富集作用及有机碳吸附作用可使某些黑色页岩及碳酸盐岩产生铱异常。因此,殷鸿福和他的同事们主张二叠—三叠纪之交的生物绝灭主要是海水进退,火山事件,地球化学异常所形成的灾变环境与生物内在演替规律互相作用所造成。1987年,在“地史中稀有事件”国际讨论会上,殷鸿福根据华南十余条剖面资料,提出了古、中生代界线粘土岩为火山事件所造成,受到了许多与会者的疑难,但他所列举的事实,经过几年的检验,终于获得多数人的赞同,并赢得了广泛的国际响应。鉴于殷鸿福多年来在三叠系和二叠—三叠系界线研究方面的卓有成效的工作,他赢得了国际、国内同行的信赖和尊重。在1992年于日本东京召开的29届国际地质大会上,殷鸿福应邀担任“环太平洋晚古生代、早中生代事件研讨会”及“生物古地理与板块活动研讨会”的执行主席,现在他担任着国际地质对比规划359页——“环太平洋、特提斯及冈瓦纳边缘二叠、三叠系”项目主席,并于1993年以全票当选为国际二叠—三叠系界线工作委员会主席。

    目前,殷鸿福正联合中外学者在华南地区对二叠—三叠系界线进行深入研究,争取将国际二叠—三叠系界线层型的“金钉子”钉在中国的国土上,为国争光。

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