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“震旦系”概念的確立

2022-06-27 13:00:11陶媛媛
科學文化評論 2022年1期
關鍵詞:研究

摘 要 20世紀20年代初,在華工作的德裔美籍地質學家葛利普根據地質觀察正式提出中國地質學上“震旦系”的概念,但是其內涵還不夠準確。抗戰期間,北京大學、清華大學和南開大學遷址云南組建西南聯合大學,整合后的地質地理氣象學系,成為當時國內重要的地學教學和研究機構,形成了西南聯大地學家群體的學術譜系。該譜系內眾多學者從葛利普提出的概念出發,對“震旦系”年代地層系統展開研究,通過分析以晉寧運動還是冰川作用作為確立震旦系下界的標準,不斷推動我國震旦系范圍的細化和確立。回顧“震旦系”概念確立的過程,認為包括米士、馬杏垣、王鴻禎、黃汲清、劉鴻允等人在內的西南聯大地學家群體,其研究成果被學界采納并確立為學術傳統,為推動“震旦系”概念被廣泛認同發揮了重要作用。

關鍵詞 西南聯大 震旦系 晉寧運動 冰川作用 地學家群體

收稿日期:2020-03-10

作者簡介:陶媛媛,1994年生,內蒙古赤峰人,中國科學院大學人文學院碩士研究生。Email∶taoyuanyuan17@mails.ucas.ac.cn。

一 “震旦系”概念的提出

“震旦”一詞根據梵文Cīna-sthāna翻譯而來,在佛經中泛指中國。該詞用于中國地質學領域已有一百多年的歷史。1862—1865年間,美國地學家、探險者奔卑來(Raphael Pumpelly,1837—1923)曾在中國北方進行地質調查。后來他在報告《1862—1865年在中國、蒙古、日本的地質調查》(Geological Researches in China, Mongolia, and Japan, during 1862—1865)中首次提出,東亞尤其是中國境內東部沿海地區的山脈構造線方向多為北東—南西,并稱之為震旦方向(Sinian Direction)。

其后不久,德國地質學家、探險家李希霍芬(Ferdinand von Richthofen,1833—1905)在對五臺山地區的地層研究中也使用了“震旦”的概念。為總結自己在華地質考察工作,李希霍芬于1882年出版了《中國——親身旅行和據此所做的研究》(China: Ergebnisse eigener Reisen und darauf geründete Studien),書中將“震旦”概念引入了地層系統,作為地層的專有名詞使用。他提出的震旦系主要是指山東、山西等地的未整合在基底變質巖上的較老變質巖層。由于李希霍芬對山東、山西地區的研究主要是為了考察煤炭資源,對山東、山西地區的地層結構并沒有進行更為深入的研究,因此他并未將震旦系作為一個獨立的系一級年代地層單位分離出來。1907年,維理士(Bailey Willis,1857—1949)發表了《在中國的研究》(Research in China),在第三卷中描寫考察山西東北部五臺山地區,根據變質程度和不整合情況建立滹沱系、泰山系和五臺系,籠統的將原震旦系分為兩個部分:下震旦系—寒武系、上震旦系—奧陶系,將下震旦系與寒武系分離,但這種劃分存在寒武系和奧陶系的界線不明確的問題。

在明確地層規范的基礎上,在華工作的德裔美籍地質學家、古生物學家葛利普教授(Amadeus William Grabau,1870—1946)正式提出將震旦系作為系一級的年代地層單位。結合了當時地質調查所學者的意見,葛利普在1922年出版的《震旦系》(The Sinian System)中,根據山西的“滹沱”和北京的“南口灰巖”,明確了震旦系的含義為“代表中國變質雜巖和含有化石的寒武系之下,變質的較老巖系之上的一般不變質或輕微變質的沉積巖系”[1],認為震旦系是古生界的第一個系,并指出了國內外可能屬于震旦系地層的實際例子,我國比較具有代表性的例子為長江轄區的南沱冰磧層、河北省北部的南口灰巖和上部的下馬嶺頁巖。以上幾位外國地質學家關于震旦系劃分的對比見表1。

盡管葛利普校正了維理士關于震旦系的用法并附之確切的范圍,但是他缺乏野外實際考察工作,導致震旦系作為一個原始定義,仍不精確葛利普觀點的不精確在于,最初確立的相鄰的兩個系的界線有缺失或重疊,又體現在缺乏被各學科接受的關于系一級單位的概念和確定界線的方法。尤其是對南方地區,難以尋找五臺紀這一地層,曾一度出現將寒武紀以下的那些變質或者不變質的巖層都籠統的叫做震旦紀的現象,使得震旦系的范圍無限向下移。。這種情況不僅不利于我國形成統一的地質名詞,也影響到地質工作者的實際工作。國際地質時代表中系一級的名稱都是來自于歐洲,如在國際上確立以中國層型為標準的震旦系,對我國的地質學研究具有很大意義。因此,中國早期的地學家們紛紛投入到震旦紀地層的研究工作之中,目的即為確立震旦系的明確范圍,其中李四光(1889—1971)、章鴻釗(1877—1951)、高振西(1907—1991)、王曰倫(1903—1981)、馬杏垣(1919—2001)、王鴻禎(1916—2010)等人均做出了貢獻。

1924年,李四光通過對長江三峽東部沿江一帶不整合覆于變質的崆嶺群上、整合于廣義石碑頁巖之下的不變質地層確立了該地的震旦系,成為我國南方震旦系劃分對比的依據。1934年,高振西通過描述河北薊縣發現的厚度較好、層次露出最全的地層,建立我國北方地區的震旦系的標準剖面,總結了震旦系相關的研究成果[2]。李四光與高振西的研究相對較詳細、地層劃分比較明確的剖面幫助了解我國南方和北方地區的沉積發展過程,吸引了一批地質學者對我國南、北震旦系的分類、對比、時代隸屬等問題進行研究。1936年,章鴻釗沿用奔卑來的震旦方向創立了震旦運動,認為中生代晚期至始新世后,中國東部地殼運動可以分為五期,震旦運動的構造大體上是震旦方向。

抗戰全面爆發之后,北京大學、清華大學和南開大學遷址云南,成立西南聯合大學。在北京大學和清華大學地質地理系的師生的基礎上,西南聯合大學設置了地質地理氣象系。關于“震旦系”概念的研究,在西南聯大的地學家群體中得以延續。

二 西南聯大地學家群體及對震旦系的研究

1. 西南聯大地學家群體的形成

20世紀前期是中國現代地學的探索和建立基礎的階段。中國地學家群體經歷了一個較為緩慢的發展過程,以章鴻釗、丁文江(1887—1936)、翁文灝(1889—1971)、李四光等人為開端,他們曾出國留學,較為系統地接受到西方的地學教育,學成歸國后承擔了中國的地學調查、教育和早期的研究工作。以他們為中心,逐漸發展出包括我國地質調查機構、高等院校聘請的外國學者在內的我國第一代地學家群體。

抗戰爆發之前,國內專門從事地學教育、調查與研究的專業人員仍然非常有限。西南聯大的組成部分中的北京大學和清華大學,均有地學學科設置,因此其地學相關的師生群體,成為我國第二代地學家群體中的一個重要代表。但由于西南聯大的特殊性,這個群體是一個比較寬泛的概念。學者謝泳認為,西南聯大知識分子群應該由在西南聯大工作過的教授群體和學生群體兩部分適當拓寬。在戰爭環境之下,不宜單純以辦學時長來界定這個群體,而應該適當擴展到和西南聯大發生過聯系的知識分子[5],因此本文在回顧西南聯大地學家群體對“震旦系”概念的界定相關研究的時候,也將群體范圍從單純的西南聯大地質地理氣象系有所拓展,涵蓋到與該系發生過學術聯系的群體。

率先提出將“震旦系”作為年代地層的葛利普教授,1920年來華之后一直擔任北京大學地質系教授,地質地理氣象系的教授和學生有一半以上都是來自北大,且接受過葛利普的指導和教育,尤其是王鴻禎、高振西和馬杏垣等人,他們在西南聯大完成大學學習后留校任助教,此時與葛利普既是師生關系又是同事關系,后者在師承關系基礎上遵循他們所依存的學術傳統,在群體內部獲得優勢累積,進而引導了學科的發展,不斷擴大該領域的知識。

地質地理氣象系師生在西南聯大期間參與的研究工作范圍較為廣泛。除致力于滿足經濟建設所需要的地質工作以外,他們也著手建立中國的地學體系。根據中國實際地域性的特征,在引入國際地學方法和技術指導下發展地學,“震旦系”是一個既具有我國區域地理代表性的又具有可研究性的選題,因此在葛利普建立了系一級的年代地層概念之后,西南聯大地質地理氣象系的部分師生根據自身所接受的專業知識教育背景和個人興趣等原因,繼續對“震旦系”及其相關內容進行研究,其中包括“震旦系”的具體內涵、“震旦系”的年代范疇劃分、下界線的判定,以及與寒武系的界線等內容。

在這個群體中,做出具有影響成果的包括米士(Peter Hans Misch,1909—1987)、高振西、馬杏垣、王鴻禎、黃汲清、劉鴻允等人。盡管他們處于同一個學術群體之中,有著較為一致的學術理念,但在“震旦系”的問題上,他們的學術觀點并非完全一致,比如關于“震旦系”下界的確定,便是存在的一個實際分歧。這一點至關重要,因為“震旦系”在地質歷史發展過程中占定時的地位,那么作為一個年代地層單位的確定,需要通過其下界的界線所在層型的確定來實現。只有一個確信無疑的界線層型確立之后,才可以為下面更老的地層單位確立頂界標準。因此,西南聯大地學家群體對“震旦系”的研究在一定程度上便是圍繞這個問題而展開。

2. 對震旦系的研究

對“震旦系”的研究,西南聯大地學家群體乃至整個中國地學界長期關注。自這一概念提出直至20世紀末,他們都在不斷進行地質調查并圍繞最新調查結果進行討論,不停嚴肅而認真地根據最新認識提出修改意見,讓“震旦系”的概念逐漸精確。在這個長期的過程中,西南聯大地學家群體做出了最為突出的貢獻。

米士與助教郭文魁在云南野外考察時,發現了澂江(澄江)地區的冰磧層巖石,于是將“震旦系”概念引用到我國西南地區。1939年,米士在中國地質學會昆明分會上報告了在澄江發現的震旦紀冰磧層,而后在晉寧—玉溪地區發現南華系澄江砂巖與昆陽群之間的明顯角度不整合。三年后,米士根據對晉寧地區“澄江砂巖”不整合在“昆陽變質巖系”現象的研究,把該地殼構造沉積運動稱為晉寧運動[6]。米士將云南東部震旦系分為上中下三部,認為中部和下部的澄江砂巖和下部昆陽群的不整合接觸是由于晉寧運動產生的。

晉寧運動是震旦系之前發生的一次范圍較廣的強烈地殼運動,反映了揚子古陸塊與東南古陸塊拼合的重大造山運動,該運動形成了一個統一的前震旦系大陸基底,使得震旦系的產生和形成得以實現,因此,晉寧運動作為確定前寒武系的第一個系即震旦系范圍的重要地質構造運動,在對震旦系的研究中獲得廣泛認同。

國際歷史地質學者普遍承認的一個傳統,是認為周期性的造山運動是地球歷史自然的分界線,因此選擇普遍的造山運動的分期是具有普適性的。地質學者通過同位素年齡測定,證實晉寧運動屬于中元古代末期的旋回造山運動,可以作為年代地層的界線,所以以晉寧運動作為劃分震旦系下界的標準,逐漸被地學界所接受,在較長時期內也被我國地質工作者所采用。

以地殼構造運動產生的地層面即晉寧運動導致的不整合面作為“震旦系”下界的標準,以馬杏垣和王鴻禎為典型代表的支持這一劃分標準得到以馬杏垣、王鴻禎等為代表的學者們的支持。但也有為數不多的學者,如黃汲清、劉鴻允、王曰倫等人,認為應該由冰川作用所形成的冰磧層底部所在地層作為“震旦系”下界。

馬杏垣通過對五臺區地質資料的分析,證明葛利普關于滹沱系及震旦系兩個不同名詞代表同樣巖系的說法存在錯誤。他認為滹沱系實際上是震旦系蓋層所在陸臺的基底巖系,經過一系列復雜的褶皺、變質和花崗巖化作用,與蓋層震旦系形成的不整合接面。他將震旦系上下界面所代表的時限作為獨立的構造旋回,提出了震旦旋回、震旦褶皺、震旦褶皺帶等概念[7]。

王鴻禎基本認同葛利普、黃汲清等人觀點,認為應該把震旦系作為下古生代的第一個系,其下分別是滹沱系、五臺系。他在《從中國東部前寒武紀巖系發育論中國東部大地構造分區》一文中討論震旦系的下界與上界的問題時,指出震旦系與前震旦系之間的不整合隨處可見,并列舉了一些地質發現。基于這些事實,他在日后出版的書中,結合同位素年齡高峰值對晉寧運動進行了分期[8]。

關于前寒武劃分的原則和命名,一直以來存在著分歧。王鴻禎指出分歧存在的實質是“如何認識地質時代和年代地層劃分的普遍性和前寒武紀存在的特殊性”[9],并對試圖通過800Ma、600Ma、400Ma、200Ma形式的等量時間來劃分前寒武紀的觀點持否定的態度。他認為,用這種劃分方法而產生的前寒武系上、中、下的劃分不適合中國,中國必須在使用的時候采用明確的“紀”“系”的單位。

黃汲清則認為,滹沱系應該屬于前震旦系地層,應該將它獨立出來,不宜放在震旦系范圍之內。但他提出了不同于米士的劃分意見,他認為,如果采用米士的劃分方式,震旦系就失去了意義,因此冰磧層以上屬于震旦紀,并劃歸為古生界,冰磧層以下的澄江砂巖歸于上元古界[10]。他在領導編制的地圖中,將滹沱系列入元古界,區別于震旦系。

1951年,王曰倫領導五臺隊在五臺山區開展地質測量。他們在這次測量中有了關鍵性的發現,糾正了維理士在地層劃分上的錯誤,弄清了五臺山地區的各層單位之間的順序和接觸關系,即弄清了滹沱系與震旦系的時代關系,認為滹沱系就是震旦系,滹沱系變質巖層是冰磧層,從而作出了合理的劃分。

劉鴻允從西南聯大畢業之后,進入地質調查所,跟隨黃汲清工作,因此學術觀點頗受黃的影響。他在完成古地理圖的編制工作并將研究方向轉為震旦系之后,再次到李四光建立南方震旦系剖面的峽東地區進行考察,對剖面內部劃分提出了修訂意見,其后又對云南中東部震旦地層進行了專題研究。1973年,劉鴻允從同位素年代學角度,對蓮沱組不整合面下伏的黃陵花崗巖同位素年齡得出1040Ma和850Ma兩個數值,綜合考慮后對震旦系的下限年齡取其接近結束的值900Ma[11]。并形成了以冰川作用作為劃分標準的觀點,認為應將陡山沱組作為震旦系的下界起點[12]。具體觀點對比見表2。

以上學者們的研究,為震旦系的劃分和下界線的確立提供了基礎和主要依據。

三 震旦系下界的最終確立

以黃汲清、劉鴻允、王曰倫為代表的學者提出以冰川作用所形成的冰磧層底部為震旦系下界。在全球范圍內,冰磧層廣泛存在,在距今8億至6億年間地球存在一次大冰期,這個時間范疇下的地層為震旦紀。在我國范圍則存在三個冰磧層,分別是長安冰期、南沱冰期和羅圈冰期,冰磧層標準可以在全球范圍內適用。而晉寧運動所在地層在強烈的地殼運動下使地層沉積間斷出現了地層缺失,從全球范圍來看,存在并不廣泛,因此晉寧運動標準不利于在全球范圍內適用。

但是,至于冰磧層是否能夠作為層界來使用,王鴻禎認為有人可能提出有關前寒武紀冰磧層時代的問題。但應指出寒武紀以前,完全可以有兩個以上的大冰期,在中國南部和西伯利亞以及歐洲西北部,冰磧層與寒武系是緊密聯系的。但是在北美則顯然有兩個不同時代的冰磧層,且不能對比[13]。因此以冰磧層為界限不利于在世界范圍內得到認可。我國學者提倡創立有我國特色的體系,但為了國際交流的共同學術語言,也必須尊重國際慣例[4]。前寒武紀地質時代表尚未完全建立,地層較為混亂,難以尋找規律,所以研究任務并非通過同位素年齡值去標定已有的時代界限,而是通過確立地質事件的界限年齡值。

20世紀七八十年代,劉鴻允的觀點得到較多認可。但由于此時中國學者正在向國際地層委員會推薦中國震旦系,經我國學者對震旦系的研究發現,中國震旦系可與各大洲的有關地層進行對比,表明中國震旦系這一段地層的確立具有全球性意義。因此,在相當長一段時期內,中國地學學者的重要任務,就是將震旦系從前寒武地質歷史發展階段中劃分出來,作為前寒武系的一個紀(系)列入地質年代表。為在一定階段內達到穩定,以便為在國際上建系提供基礎,1982年,全國地層委員會召開晚前寒武紀地層分類命名會議,會上廢除了“震旦亞界”1975年全國底層委員會議將我國南方“震旦系”保存,北方的“震旦系”自上而下劃分為青白口系、薊縣系和長城系,總稱“震旦亞界”。,并將震旦系這一概念限定用于長江三峽東剖面為代表的地層結構。在這之后一段時間內,以晉寧運動作為劃分標準被我國廣大地質工作者所接受和廣泛應用。雖然地層委員會確定了標準震旦系的固定內涵,但劉鴻允對這一劃分仍持不贊同態度。但盡管他未完全放棄以冰磧層作為震旦系下界的標準,他在1982年地層會議后的一段時間的研究中涉及劃分問題的,還是都采用了地層委員所確立的標準。

1991年,劉鴻允出版了《中國震旦系》,把對震旦系的研究具體到世,通過古生物學、巖石學、古地磁學等多種研究方法拓展,具體考慮到巖性、巖相,結合同位素和微古植物學等多重因素,論證了我國震旦系的上下界的標志[14]。在書中第三章,作者將燈影組上部重新劃分到下寒武統中,并改稱漁戶村組,認為燈影組下部分可以分出陡山沱組,且燈影組上部分存在假整合的現象,把澄江運動作為劃分上下統的界面,采用這樣的劃分方式不僅支持晉寧運動作為震旦系的下界,同時認同了晚前寒武紀地層分類命名會議上給中國震旦系的具體含義,但在該書中,劉鴻允同時認為應該予以冰磧層作為底界考慮。

《中國震旦系》出版之后,劉鴻允對雪峰—武陵山區的巖石地層單位進行了研究,認為該巖石層與之前確立的峽東地區經典剖面不存在上下關系,而是晉寧運動后的冰川事件所形成的,是南華冰期的沉積產物。這一發現再次吸引學者們重新審視震旦系的范圍。

1999年底,全國地層委員會晚前寒武系工作組重新定義了1982年確立的震旦系概念,新的震旦系的范圍排除了蓮沱組和南沱組,將它們并入新命名的南華系中。南華系的系名來源于劉鴻允在1992年研究中命名的“南華大冰期”[15],2001年出版的《中國地層指南及中國地層指南說明書》所附的《中國區域年代地層(地質年代)表》開始使用。

之后,我國對震旦系進行了修訂,正式將原震旦系解體,以冰磧層之上為重新定義的震旦系。新的震旦系是原震旦系的上統陡山沱組和燈影組,底界置于南沱組冰積巖上,陡山沱組最底部的蓋帽碳酸鹽巖的底界。以發育冰川事件為特征的原震旦系下統另建新系“南華系”。

雖然2004年國際地層委員會通過了全球末元古系正式采用埃迪卡拉(Ediacaran)系名稱,埃迪卡拉系底界的層型剖面為依諾拉馬溝剖面(Enorama Creek section),中國震旦系沒有在全球范圍內確立為標準地層,但是取消使用震旦系未被學者們所接受,埃迪卡拉系對應的地層單位是我國2004年修訂的新震旦系,因此在中國范圍內仍使用震旦系這一名詞,通過中國震旦系加以限定。

從對“震旦系”的研究歷程來看,無論是晉寧運動還是冰川作用形成的冰磧層,都可以成為推翻舊的震旦系范圍建立新的范圍依據,既存的對震旦系范圍的界定,是每一個階段基于當時的認知水平和可勘察的地層狀況所決定的。在“震旦系”概念不斷發展的過程中,西南聯大地學家群體做出了最為突出的貢獻。

四 結語

震旦系作為我國唯一創建的年代地層單位,自概念建立以來,關于其具體的劃分和位置觀點層出不窮,涵義不斷修訂。對震旦系(紀)地層的研究由包含巖石地層學、生物地層學和年代地層學的傳統地層學逐步發展,引入新的技術和方法形成的新的研究領域如生態地層學、構造地層學和時間地層學,如此廣泛的研究下,盡管最終沒有被確立為國際地層標準,但蘇聯和日本學者都曾使用該名詞。王曰倫稱我國的震旦系研究是我國古元界的一個區域性偉大名詞[17],它的確立和使用建立了中國的區域年代地層系統,作為區域地質歷史時期的概述和特征描述的重要內容,詮釋了我國的前寒武系研究的發展歷史,推動了我國開展區域地理的研究,它曾經有望在國際范圍內樹立一個良好的標準。震旦系從建立開始就凝聚我國眾多地學家的心血,在長期應用和研究之后,我國也很難將震旦系概念完全拋棄,因而中國學者大多仍使用中國震旦系這一等同于埃迪卡拉層型的概念。

震旦系的概念從提出到確立,直至該概念被廣泛采納,其間經過了80余年,在此過程中,我們可以清晰地看到葛利普、高振西、米士、王鴻禎、劉鴻允等西南聯大地學家譜系中學者的努力,他們在開展震旦系的研究、確定其內涵并推動被廣泛認可的過程中,完善了該理論體系,他們的工作具有極其重要的實踐意義——根據不同構造發展階段及不同階段所出現的不同大地構造單位,探尋成礦規律,預測遠景地區,確定震旦系的找礦方向。雖然在確立過程中存在觀點上的分歧,但不同觀點的存在,以及與之相關的各項研究,不僅推動了中國震旦系的研究,也體現了中國學者嘗試在國際范圍樹立地層標準的雄心。

參考文獻

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The Establishment of the Concept of “Sinian System”

The promoting role of the geographical scholar group of the National Southwest Associated University

TAO Yuanyuan

Abstract: In the early 1920s, German American geologist Amadeus William Grabau who worked in China formally introduce the concept of “Sinian system” in Chinese geology, whose connotation is not accurate enough. During the War of Resistance Against Japan, Peking University and Tsinghua University moved to Yunnan and established the department of geology, geography and meteorology of the National Southwest Associated University, which became an important teaching and research institution of geology at that time And formed the academic pedigree of the group of geoscientists in southwest Associated University. Many geoscientists in this department started from the concept put forward by Amadeus William Grabau to study the sinian chronostratigraphic system, and continuously promoted the refinement and establishment of the Sinian system range in China by taking the Tsinning movement and glaciation as the criteria for establishing the lower sinian boundary. This paper reviews the process of the establishment of the concept of “Sinian system”, and holds that the research results of the geoscientist group of Southwest Associated University, including Mishi, Ma Xingyuan, Wang Hongzhen, Huang Jiqing and Liu Hongyun, have been adopted and established as an academic tradition, and have played an important role in promoting the wide recognition of the concept of “Sinian system”.

Keywords:the National Southwest Associated University,Sinian system,Tsinning movement,Glaciation,geoscientist group

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