与数字年龄

地质年代表(GTS)是解读和理解我们的行星地球长期而复杂演化历史的一个基本框架。正如地质年代表之父Arthur Holmes(1965)所说:“把地球历史所有零散的碎片按照年代顺序放到适当的位置决非是简单的任务。”自地球形成以来，整理其零散和破碎的记录片段，并理解其经历的物理、化学和生物的演变过程，需要一个精准的时间标尺，该标尺是地质行业必不可少的工具。所有的地质科学家应该了解地质年代表的更新是如何构建的以及相关的海量的具体和抽象的数据是如何校准的，而非仅仅方便地使用已经完成的地质年代表挂图或卡片(Gradstein et al．，2012)。

7.3.1　全球和中国年代地层(地质年代)表研究回顾

20世纪初，21岁的Holmes A(1911)首次提出用矿物中的铀铅同位素比值来测定地层年龄的思想，1937年他发表了具有数字年龄的地质年表。伦敦地质学会的Snelling(1964)对Holmes(1937，1947，1959)以及Kulp(1961)的年表作了总结，提出了“显生宙地质年表”(Phanerozoic Time Scale，简称PTS年表)。Afanas’yev G D和Zykov S I(1975)发表了苏联的显生宙具数字年龄的地质年表。Amstrong R L(1978)对PTS以及苏联地质年表进行了厘定，首次以数字年龄数据库形式建立了数字地质年表。1976年，第25届国际地质大会推荐用衰变常数定年，加速了地质年表的发展。国内外在20世纪80年代以来，编制出了如下有影响的地质年表。

(1)NDS(Numerical Dating in Stratigraphy)地质年表:两卷1040页的国际性专著《地层数字年龄测定》(NDS，1982)认为PTS年表(1964)的数据过时，必须更新。该专著上卷含34个章节，对地层数字年龄测定方法进行了系统论述，并对若干地质年龄进行了校正;下卷以论文摘要形式提供了显生宙71条界线的实测年龄，实际资料十分珍贵，至今仍有重要使用价值。NDS的下述观点值得重视:①以浮游生物为例，研究了化石的FAD(First Appearrance Datum，首现面;英文词Datum译为“基准面”，指某个标准化石延续时限的底或顶面，可供大区域内对比)和LAD(Last Appearance Datum，最后消失面)的地层对比意义;把地层沉积间断对种群垂向分布资料的歪曲进行了模式化解释;强调了那些分布与丰度不受纬度影响或受影响较小的化石，才真正具有全球对比意义。②对化学地层在地层划分对比中的作用进行了有益的探讨。③编制了NDS极性年表;对国际地质科学联合会所推荐的衰变常数作了补充;提出以磷灰石为测定对象的Pb－Pb法，引起世界各国的关注。

(2)COSUNA地质年表:第25届国际地质大会后，美国石油地质学家协会制订了一个建立北美地层表的庞大计划，称为“北美地层对比”计划(简称COSUNA)，Amos Salvador任该计划的技术委员会主席，先后有450人参加了这个大课题，1985年正式发表了具有详细数字年龄的COSUNA年表，该表由古生代、中生代和新生代3个分表组成。在古生代分表中，保留了全部北美区域地层名称，在与全球标准地层的精确对比未实现前，保留区域性地层名称而不是勉强套用欧洲阶名，是一种实事求是的方法。在中生代分表中，用全球性的菊石带作为对比依据，故采用了与欧洲完全一致的阶名。新生代分表与欧洲地层表存在诸多差异。

(3)CGR(The Chronology of the Geological Records)地质年表:由于NDS和GTS两个年表在一些数字年龄上分歧明显，当时的国际地层委员会地质年代学主席Snelling N J组织编写了《地质记录的年代学》(缩写为CGR)一书，于1985年出版。该书认为数字年龄之后的±X年往往带有分析者的主观色彩，因此，在CGR年表中，取消了误差范围。CGR年表较其他地质年表而言，对前寒武系的划分与命名提出了一个更为系统而实用的方案。

(4)GTS(Geologic Time Scale)地质年表:由Harland等5人团队于1989年完成了GTS 89(Geologic Time Scale 1989，地质年代表1989)。GTS 89是在PTS年表的基础上，利用Amstrong(1978)的资料编制的，GTS表以标准的天文时间“年”记时，后者以传统的地质年代单位代、纪、世等计时，两者结合就组成了一张具数字年龄的地质年表。GTS共使用了403个基点的资料，但涉及到的地质界线仅18条，对显生宙其他的59条界线上的年龄都是用内插和外推方法来计算的，数字年龄的推算多于实测是GTS表的一大缺陷。GTS表肯定了岩石磁学在新生代地层中的划分对比精度可达0．02Ma的事实。值得一提的是，地质数字年龄的距今用BP(Before Present)而不用BC(Before Christ)来表示。Present代表公元1950年［开始用碳同位素14(14 C)测定较新的地质年代］，而不是公元1年(Christ降生年)，在地质文献中，BP常被省略。地质年代单位常用Ma(Mega annual的缩写，Mega为“百万”，annual为“年”，即Ma意为“百万年”)，M大写时表示106，小写的m表示103，书写时需仔细。

Harland et al．完成GTS 89之后，由Gradstein＆Ogg主编，组织了39位地质科学家对GTS 89进行了系统更新，完成了GTS 2004(地质年代表2004)。GTS 2004不仅构建了一个更为标准的国际地质年代表，而且对前寒武纪和显生宙的每个纪按综合研究成果形成章节进行了详细综述。

(5)中国同位素地质年表:中国同位素地质年表工作组在总结国外年表研究经验，立足于本国地层界线同位素测年基点的选取与测试，获得了一批颇具价值的地层界线测年值，形成了中国同位素地质年表(中国同位素地质年表工作组，1987)。由于当时引进了国际先进质谱仪(如MAT－261)，又采用了当时国际通用的常数，故该年表的同位素年龄数据质量较高。中国同位素地质年表(1987)研制过程中遵循的如下一些原则借鉴意义较大:①基点应该在最靠近地层界线的层型剖面上或可以与层型准确对比的剖面上;②基点所在地或附近具有适合于测龄的矿物和岩石;③如果基点是侵入岩，其侵位时间应该被上覆或下伏地层限制得很严;④早前寒武纪岩层的基点可以在区域不整合面上下的变质岩或侵入不整合面的岩体中选择;⑤每一个年龄界线在有条件的情况下至少应该选两个基点。

(6)《地质时代表1989》:该表是英国剑桥大学Harland W B等对1982年GTS表的新版，文献中常称之为“Harland地质年表”。统观Harland表，其划分细致前所未有，具如下特色:①对前寒武纪进行了8个“代”的细分，将中国的“震旦代”(800－570Ma)列为前寒武纪最年轻的代，但前寒武纪未分太古宙和元古宙，直接划分到代，甚至有的代划分到纪或“世”，其中文德纪进一步细分为2世4期;②显生宙划分为3代、12纪、41世(含6个未命名世)、122期(含8个未命名期)，晚二叠世采用了中国的龙潭期和长兴期;③所有地质界线均标有数字年龄值(共141个)(王鸿祯等，1990)。

(7)《国际地质科学联合会(Inernational Union of Geological Sciences，简称IUGS)1989全球地层表》(简称IUGS 1989全球地层表):该表是国际地层委员会为第28届国际地质大会准备的《IUGS全球地层表》第一版(Cowie＆Basset，1989)，是当时出任国际地层委员会主席Cowie JW等根据国际地层委员会各分会、各界线工作组、各有关委员会等资料汇编而成。统观该表具如下特色:①前寒武纪划分采用了全新方案，分为太古宙和元古宙;元古宙分古、中和新元古3个代和10个纪;需注意的是，“冥古宙”(Hadean)(即相当于地球历史的最早又没有化石记录的阶段)在本表中未被接受;前寒武纪的划分是以最明显的地质事件为依据，采用反映该事件概念的希腊字根来命名，如成铁纪(Siderian)、盖层纪(Calymmian)等;前寒武纪的代和纪界线以绝对年龄标定，不具层型概念，为此，《国际地层委员会准则》(修订版)(Remane et al．，1996)引入“全球标准地层年龄”的概念。②显生宇划分为3界、12系、35统、148阶，晚二叠世采用了中国的长兴阶。

(8)《中国地层时代表1990》:该表由我国著名地学家王鸿祯教授等人，借鉴当时国际地层研究现状，根据全国地层委员会有关文件，结合中国地层研究新进展编制的(王鸿祯等，1990)。表中前寒武纪分冥古宙、太古宙、元古宙(王鸿祯，1986);元古宙根据中国地层分古、中、新3代，10“纪”。古生界我国研究较详，全部采用中国的阶，古生界共划分为6系17统44个阶(含2个未命名阶);中生界全部沿用Harland等人的《地质时代表1989》;新生界划分较粗，仅划分到统(7个统)。第四纪下限采用西欧海相标准(1．64Ma)和中国陆相标准(2．48Ma)并列。《中国地层时代表1990》连同《IUGS 1989全球地层表》和《地质时代表1989》一起由我国地质出版社出版发行，在全国科研院所、大专院校和生产单位广泛流传，影响颇大。

(9)《IUGS 1998全球地层表》:该表由时任国际地层委员会主席Remane J主编，与《IUGS 1989全球地层表》相比大同小异，与下文将要介绍的《IUGS 2000国际地层表》十分相近。该表列入了由国际地层委员会投票通过，国际地质科学联合会批准，正式产生的显生宙27个“GSSP”(全球界线层型剖面及点)点位和前寒武的10个“GSSA”(全球标准地层年龄)点位，这无疑强调了GSSP和GSSA在全球标准地层表构建中的重要性和权威性。

(10)《中国侏罗纪前地层划分、阶的时限与国际对比表》:该表(本书将其简称为“SSLC年表”)是在《中国地层时代表1990》(王鸿祯等，1990)的基础上，由王鸿祯教授任首席科学家于1993－1996年主持完成的我国“八五”国家基础性研究重大项目“中国古大陆及其边缘层序地层和海平面变化研究(SSLC)”的重要成果之一，“SSLC年表”2000年出版时(王鸿祯等，2000)在很大程度上借鉴了下文将要介绍的《IUGS 2000国际地层表》中的划分方案。值得注意的是，在SSLC年表中认为，从20世纪70年代以来，国际地层委员会提出的界定年代地层基本“阶”的底界的概念和方法，即“全球界线层型剖面及点(GSSP)”的研究方法，在实际操作中遇到一些困难，原因是用GSSP方法建立的界线必须位于海相连续沉积的序列之内，其界面在野外难以识别与追踪;因此，SSLC年表的作者们提出要用层序地层学方法和地球史的演化阶段或地球演化节律来优化年代地层界线的思想。

(11)《IUGS 2000国际地层表》:2000年由国际地质科学联合会公布的全球标准年代地层(地质年代)表，由当时的国际地层委员会主席Remane J主编(瑞曼等编著，金玉玕等译，2000)。本表使用的划分方案均以有关分会的提案为依据。然而为了保持必要的一致性，对石炭系和奥陶系的次级划分作了简化。有些已经过时的传统名称已被删除，如新生界的第三系，侏罗系的里阿斯统(Lias)、道格统(Dogger)、玛姆统(Malm)。“第三系”可以作为与“二叠系(Permotrias)”类同的非正式名称来使用。显生宙年代地层界线的数值年龄由国际地层委员会的地质年代学分会主席Odin G提供，分会采用的不同年龄于另一行列出。本表上二叠统采用了中国的统名——乐平统，内分2阶，亦采用中国阶名，即吴家坪阶和长兴阶。

(12)《中国区域年代地层(地质年表)表2001》(全国地层委员会，2001，2002):本表是在《IUGS 1998全球地层表》的基本框架内，为适应和满足国内各部门广大地质工作者的应用需要，由全国200多位专家多次讨论、修改产生的。表中的分统、建阶方案在1999年12月第二届全国地层委员会召开的断代工作组会议期间，由各断代工作组分别提出，经全国地层委员会汇编完成，并在2000年5月召开的第三届全国地层会议期间，经与会代表讨论通过并报国土资源部批准后正式出版发行。

《中国区域年代地层(地质年表)表2001》被分解成两个表:“中国海相地层区的年代地层系统”和“中国陆相地层区的年代地层系统”(周志炎等，2000;杨遵仪等，2000;郝诒纯等，2000;郑家坚等，2000;周慕林等，2000)。表中各级年代地层(地质年代)单位的命名，宇(宙)、界(代)两级和显生宙时期系(纪)一级的单位名称，均采用国际通用的名称，但元古宙时期各系(纪)一级名称一律采用我国自己的专名;统(世)一级，除新生代时期各统沿用国际通用的专名外，其他各地质时代的统(世)一级单位均不用专名;阶(期)一级，全部用我国自己的专名(除中奥陶统上部的达瑞威尔阶外)。

7.3.2　当代全球标准年代地层(地质年代)表简介

GTS 2004问世以来，随着国际数字定年技术和沉积旋回校准方法和步骤的进一步发展，以及相对年代阶的更精准的确定，促进了对地质年代表进行更综合的复查的需要。Gradstein、Ogg JG、Schmitz和Ogg GM四人主编，由69名国际著名地质学家组成的团队完成了GTS 2012(地质年代表2012)第一卷(Gradstein et al．，2012)。GTS 2012的构建是基于对新观点、新方法和新数据的高度综合应用，与GTS 2004相比，GTS 2012在数据、分辨率和准确度上都有了较大幅度的提高，并在GTS 2012第一卷中以32个章和3个附录详细展开叙述。以下将GTS 2012有关要点简介如下。

7．3．2．1　地质年代表(GTS)构建的基本思路

为便于清晰和准确地进行国际交流，地球历史的岩石记录被划分为标准的全球地层单元的地质年代地层系列，比如泥盆系、中新统、Zigzagiceras zigzag菊石带、C25r反磁极带等。与连续精密的计时时钟不同，年代地层表是基于相对的年代单元，这些单元由界线层型的全球参考点限定，形成规范化的主要年代单元的时限，比如二叠纪。年代地层表是一个公约，但对其时间的校准需不断评估与探索(图7－2)。在GTS 2012中认为，对记录在地球的岩石中自然演替的重大事件时间顺序的校准是建立全球地质年代表(GTS)的关键，有3种方式:①对全球岩石记录进行国际的地层划分和对比;②对岩石记录的时间序列或消逝的持续阶段进行测试与解释;③把地层和时间两个体系结合起来的方法。

7．3．2．2　GTS 2012第一卷内容简介与主要新进展

图7－2　地质年代表(GTS)的构建
是由绝对时间(测量的年龄值和天文旋回)和年代地层表(岩石地层、生物地层、磁极性分带和其他划分方法)联合校准而形成的(据Gradstein et al．，2012)

(1)GTS 2012第一卷共分32章和3个附录，共计1144页。第1～14章全面阐述了形成GTS的技术方法及其分支学科，依次是导论、年代地层格架、生物地层学、旋回地层与天文地层学、地磁极性时间格架、放射性同位素地质年代学、锶同位素地层学、锇同位素地层学、硫同位素地层学、氧同位素地层学、碳同位素地层学、地球植物界演化简史、层序地层学、定量统计方法(定量地层学)。本书第12章(地球植物界演化简史)致力于以植物界随时间的演化作为划分方案的重要依据。由于地质学和天文学相互依赖，如地球轨道的米兰科维奇旋回影响地球气候变化，小行星撞击造成了地球生物数次重大灾难。因此，为了从行星演化重大事件视角划分地球地质年代，本书首次开辟了一章“第15章行星年代格架”，专用于介绍月球和我们的近邻金星和火星的地质年代格架。本书第16～30章按纪、系、统介绍了前寒武纪－第四纪各个纪内的地质年代格架与研究最新进展。在GTS 2012中提出了一个更切合实际的前寒武纪年代表(第16章)，将前寒武纪重大地质事件，如第一个大陆红层、第一个超级大陆拼合、水生单细胞生命的出现和发展等作为划分的重要依据。第31章是“人类史前年代格架”，主要介绍如何按人亚科(类人的)系统发生建立年代表。第32章是“人类纪(Anthropocene)”，旨在表达由人类活动主导的地球表层的地质演化过程。

(2)经过国际地层委员会的定义和批准建立了新元古代—新生代地层时间表的细分方案。过去10年来，年代地层学作为地质年代表建立的中坚力量，在不断优化国际地层标准方面进展显著。年代地层单位(阶、系等)的位置和对应的估算年龄构成了GTS 2012的主体。在GTS 2012中的第17～32章中综述了100多个地质时间节点。一些传统的欧洲地质阶被新的方案替代，进而提高了全球对比精度。同时，新增成冰系和埃迪卡拉系。通过与英国、美国、中国、俄罗斯和澳大利亚等区域的地层对比，新构建的寒武系和奥陶系年代地层表更利于全球对比。侏罗系由奥地利的Kuhjoch剖面正式限定了其底界，结束了之前作为显生宙唯一一个长期没有正式底界的系的状况。3个古新统的阶(达宁阶、塞兰特阶、赞尼特阶)、2个始新统的阶(伊普尔阶、卢台特阶)和1个渐新统的阶(鲁培勒阶)有了明确的界定。最新的研究把格拉斯阶从上新世移到第四系(见第29章)，第四系的底界被下移置于2．588Ma。第三系被废弃。

(3)综合运用古生物、物理和化学研究成果校准GTS。GTS 2012综合运用古生物、物理和化学大量研究信息，将它们融合到一起，基于定量的和半定量的估算和内插法，建立了地球从老到新的地质演化历史的框架。具体表现在:①把前寒武纪细分为纪、世和期，反映行星演化的自然阶段，而非主观的对绝对年龄的划分(GTS 2012第15～18章);②详细叙述了前寒武纪晚期和显生宙以来的主要生物地层带和每一个地质时代的测年数据;③将显生宙期间的地磁倒转模型(GTS 2012第5章)作为国际地质对比的一个关键方法;④利用海水中锶、锇、硫、氧和碳等同位素揭示主要地球化学变化趋势，为约束阶的持续时间和地质对比提供数据(GTS 2012第7～11章);⑤重视可全球对比的地质事件(包括冰期、有机碳峰值、大火成岩省、天体撞击等);⑥从沉积记录中的物理和化学所反映的高分辨率的气候变化和海洋地质变化的旋回(如米兰科维奇旋回)，建立在天文学上具有协调一致的线性演化时间序列(GTS 2012第4章、第23章和第26～30章)，如新近系和渐新统的部分阶用2万年轨道周期的天文旋回进行了校准，部分古近系、白垩系、侏罗系和三叠系的划分用40．5万年轨道周期进行了调谐。

最新国际地层表International Chronostratigraphic Chart(2015)(国际地层委员会，2013) (附图1－1)为GTS 2012的浓缩版。

7.3.3　当代中国区域年代地层(地质年代)表简介

在全球地质发展历程中，中国处于重要、关键的位置。中国地域辽阔，各种类型的地层发育连续齐全，而且中国某些断代地层及其所含生物化石的系统性、完整性和多样性，在世界范围内是罕见的。截至2013年，在全球已建立的65个全球界线层型及点(GSSP，简称“金钉子”)(表7－2)，其中有10个(表7－3)落户中国(彭善池，2013，2014)，中国已成为全球“金钉子”最多的国家。中国在国际年代地层研究所取得的卓越成果极大地推动了中国地层学研究。近十几年来，中国的地层学家不仅致力于全球界线层型及点的研究，而且还致力于中国区域年代地层表的建立与完善。建立中国自己的一套区域性年代地层划分对比标准不仅可能而且很有必要，这与国际上建立全球标准年代地层并不矛盾。正如《国际地层指南》(Salvador A，2000)指出的:“全球标准年代地层(地质年代)表中的单位，只有当它们以完整的、详细的地方或区域地层学为依据时，才是有效的。因此，借助地方或区域地层表是达到统一的全球单位的途径，对于阶和统尤其如此。而且这个级别的区域单位可能一直是需要的，无论它们是否与全球标准单位严格相符。”中国全国地层委员会在2001年提出《中国区域年代地层(地质年表)表2001》(见前文)之后，历时12年，于2013年全面总结了中国在地层学领域研究最新成果，新发布了《中国地层表(2013)》(全国地层委员会，2013)。本书附图1是新版《中国地层表(2013)》与新版《国际地层表2013》的对比图。

表7－2　全球界线层型剖面及点(GSSP，“金钉子”)分布(截至2013年)(据彭善池，2014)

表7－3　已建立在中国的全球界线层型剖面及点(GSSP，“金钉子”)(据彭善池，2013)

*维宪阶、大坪阶、古丈阶同时于2008年3月在摩洛哥召开的国际地科联第58届执委会上获得批准，建立顺序不分先后;＊＊提案。

《中国地层表(2013)》与《中国区域年代地层(地质年表)表2001》相比，主要表达内容与进展是:①《中国地层表(2013)》是一祯以中国区域年代地层系统为基本框架，涵盖岩石地层、生物地层、磁性地层、事件地层及海平面变化特征的综合地层表。②表达了国际年代地层单位“阶”与中国年代地层单位“阶”之间的对应关系。③全面表达了中国对全球界线层型剖面及点的研究成果。④分别按中国北方、中国南方和青藏高原系统表达了三大区的岩石地层和生物地层(化石带见本书的附录2)序列，及其与年代地层“阶”和“统”的对应关系。⑤磁性地层柱单列一栏，地磁正反极性资料较好的磁性柱涵盖的年代地层单位为新元古界、寒武系晋宁阶－南皋阶、上石炭统、二叠系、上白垩统、新生界。⑥事件地层单列一栏表达的主要内容是:中太古界－新元古界青白口系主要表达了岩浆事件;新元古界南华系和震旦系强调了3期寒冷(冰期)事件;古生界－新生界主要表达了不同类群生物群首现、生物群辐射与绝灭事件以及缺氧、火山和气候事件、构造事件等。⑦海平面升降单列一栏，涵盖新元古代－新生代。⑧表中列出了多数年代地层界线处的地质年龄，其中6条界线的年龄值(表中显示有正负误差的年龄值)是我国自测年龄。