筆石：在岩石中書寫的痕迹

編者按：1917年9月30日，中科院院士、地層古生物學家穆恩之生於江蘇。他系統研究了我國大量的筆石動物群，並建立了新的分類體系和生態分異模式，其中他建立的中國筆石科和嬌筆石科在筆石動物的演化研究方面具有重要地位。在穆恩之院士誕辰100周年之際，我們特邀請中科院南京古生物所研究人員詳細介紹筆石的結構、分類，以及應用前景等。

筆石是筆石動物的化石。筆石動物是一類從共通莖管系統連續規則出芽的海生群體動物，多為浮游生活，部分固著于海底，於寒武紀出現，於石炭紀已絕滅。

筆石動物群體很可能是通過有性、無性的先後兩種生殖方式產生的。這個結論是這麼推出的：波蘭古生物學家 Koz?owski 曾在個別筆石化石的胞管中發現卵狀的囊狀體，懷疑是筆石的蟲卵，並據此推測，受精的蟲卵發育成幼蟲，離開母體，在水中浮游；而筆石動物幼蟲，先分泌原胎管，繼而分泌亞胎管，無性芽生第一個胞管，再芽生第二個胞管，如此連續出芽，形成筆石枝。

筆石最早是由分類學家林奈於1735年創立的類化石屬 「Graptolithus」 演變而來，意為「筆在岩石中書寫的痕迹」。常見的筆石化石實為筆石動物建造的居室，其軟體部分已在漫長的地質歷史中分解殆盡。

起初，由於古生物學家對筆石的結構認識不足，其常被誤描述成植物化石、痕迹化石、頭盤蟲、珊瑚、水螅以及苔蘚蟲等。

筆石化石一般大小為幾厘米，已知報道的最大筆石體長達1.45米。這些筆石通常保存於黑色頁岩中，在砂岩、灰岩中偶有保存。筆石化石的常見保存方式有3種，即碳質薄膜壓扁保存、黃鐵礦化半立體保存、三維立體孤立保存。

圖1 筆石化石的3種保存方式：A，從碳酸鹽岩酸泡出來的三維立體孤立標本；B，黃鐵礦化的半立體標本；C，碳質薄膜壓扁標本。

圖2 筆石動物可能的生殖過程。虛線為推測內容，無可靠的化石證據。

迄今為止，筆石的研究歷史已逾300年，從最初的一科幾屬發展至現今的600餘屬。

我國對筆石化石及生物地層的研究起步較晚。1924年，我國古生物學家孫雲鑄描述了山東上寒武統的一種樹形筆石，就此揭開中國筆石的研究序幕；而中國筆石的系統研究工作則始於1931年孫雲鑄的《中國含筆石地層》；兩年後，他的《中國奧陶紀及志留紀筆石》問世，這是我國首部筆石專著；翌年，古生物學家許傑的《長江下游之筆石化石》出版，對中國筆石的研究起了奠基作用。

一代筆石巨擘穆恩之先生全面推動了我國筆石的系統性研究工作 ，並在國際筆石研究工作中奪得一席之地。

穆恩之（1917-1987），著名古生物學家，國際筆石研究權威，地層學家，地質學家。1980年當選為中國科學院學部委員（院士）和地學部常務委員。曾任中國科學院南京地質古生物研究所副所長，中國古生物學會副理事長，國際筆石工作組主席，聯合國教科文組織國際地質對比委員會委員，國際志留系分會選舉委員等職。其畢生致力於古生物學和地層學研究。

圖3 穆恩之先生（1917年9月30日-1987年4月8日）

由於筆石很多屬種演化速度快，地層延限短，且全球廣布，因此，常用於早古生代地層的劃分和對比。

在野外工作中，筆石工作者僅需通過一個10倍的放大鏡，即可進行快速現場鑒定，準確判斷地層年代，框定地層框架，進而為各生產部門提供寶貴的指導意見。

圖4 尋找奧陶紀-志留紀之交關鍵頁岩氣層位的「黃金卡尺」--筆石

在過去幾年，中國的頁岩氣勘探與開發獲得了一系列重要突破。

開採頁岩氣，不但需要高端的鑽井技術，更需要精準的黑色頁岩地層層位標定，其中生物地層標定是鑽井現場最快速、精準的方法，可以直接指導打鑽至精準的頁岩氣層位。

而筆石化石在中石油、中海油等生產部門的非常規油氣勘探工作中，起著不可替代的黃金卡尺作用。

未來，我國科學家將繼續利用所掌握的科學技能，致力於支持非常規油氣勘探中的頁岩氣項目，使看似非常基礎的古生物門類研究，在國家能源資源勘探中大顯身手。

圖5 著名筆石專家陳旭院士深入一線現場鑒定鑽井岩芯中的筆石化石

作者：張元動 馬譞

來源：中國科學院南京地質古生物研究所

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