河南理工大学科研团队构建早石炭世中晚期全球统一年代地层标尺

2026-07-23 09:43:45 来源：中国焦点日报网

近日，河南理工大学刘超教授牵头，联合西班牙、德国学者完成的综合地层学研究成果正式刊发于国际顶级综述期刊《Earth-Science Reviews》。该工作系统整合有孔虫、牙形石生物地层与碳酸盐碳同位素化学地层数据，依托华南右江盆地连续碳酸盐沉积序列，搭建了可跨古特提斯域对比的早石炭世中晚期（维宪期—谢普霍夫期）精细年代地层格架，提出谢尔普霍夫阶底界双指标划分方案，破解长期阻碍全球古气候、古海洋、古生态协同研究的地层对比难题。

早石炭世中晚期是地球表层系统发生重大转型的关键阶段。北方欧美古陆与南方冈瓦纳古陆于早石炭世开始碰撞，在赤道附近形成中央造山带。伴随造山带的隆升、风化剥蚀和维管植物的扩张，中高纬冈瓦纳古陆上发育了大规模的冰川运动，地球随即进入冰室气候(即晚古生代大冰期)。该气候事件还伴随海洋物理化学条件及生物面貌的巨大变革。想要厘清这些重大地质事件的发生时序及内在耦合关系，建立全球统一的高精度年代地层标尺是前提。但长期以来，国际地层学界面临多重难以突破的瓶颈：谢普霍夫阶经典层型剖面位于莫斯科盆地，但受区域不整合面影响，维宪阶与谢普霍夫阶界线（以下简称VSB）附近地层大量缺失、连续性差，难以与西欧、北非、华南等地沉积序列进行精准对比；受沉积相分异控制，浅水台地以底栖有孔虫为主要化石记录，深水斜坡则保存牙形石，两类关键微体化石极少共存于同一套地层，造成两套生物分带体系长期割裂，依靠单一化石开展跨区域地层对比普遍存在明显的穿时偏差；全球缺乏早石炭世中晚期标准化碳同位素演化数据库，各区域同位素偏移信号难以互校，古气候事件年代标定不确定性高，阻碍了深时全球变化研究。

华南右江盆地为解决上述科学难题提供了理想地质载体。该区域在晚古生代发育大量孤立碳酸盐台地与深水斜坡沉积体系，完整保存了维宪期—谢普霍夫期连续的碳酸盐岩沉积序列，地层成岩改造程度低，原始碳同位素信号保存较好，同时产出浅水有孔虫与深水牙形石两类微体化石组合，是全球罕见的跨相生物-沉积记录。研究选取贡川、卡才、水峒、丹炉四条主干剖面，辅以雅水、纳庆两条区域参考剖面，并引入西班牙北部 Vegas de Sotres 剖面开展跨区域对比验证。研究团队累计采集 506 件碳酸盐岩样品，完成无机碳同位素（δ13C）测试，磨制超过300张生物薄片开展系统微体化石鉴定，通过高密度采样建立连续、完整的区域δ13C演化曲线，系统识别并划分多期全球可对比的碳同位素正、负漂移事件。

该项研究取得多项原创性地层学突破。研究首次完整建立华南右江盆地浅水有孔虫带与深水牙形石带一一对应关系，系统厘清从Pojarkovella带到Plectostaffella带共9个有孔虫带对应的δ13C同位素演化规律；修正国际学界长期存在的Gnathodus bilineatus牙形石带时代误判，明确该化石带仅限于晚维宪期；搭建起华南早石炭世中晚期统一的高分辨率综合地层格架（图1）。在此基础上，团队系统整合英国、法国、西班牙、摩洛哥、俄罗斯及华南等古特提斯域地层数据，聚焦维宪阶顶部Venevian亚阶内部关键生物事件开展全球对比。

图1 华南早石炭世中晚期生物地层系统及其跨区域年代地层对比

多区域剖面联合验证显示（图2），Janischewskina delicata和‘Millerella’ tortula两类有孔虫首现层位存在明显区域时差，仅适用于局部地层识别；而牙形石Lochriea ziegleri的首现面在古特提斯域近乎等时，且精准对应一幕明显的碳同位素正偏极值，形成“标准化石首现+碳同位素峰值”双重界线约束标准。该方案对比精度、全球适配性大幅提升，为谢普霍夫阶全球界线层型剖面（GSSP，“金钉子”）的选址与正式界定提供了科学可行的划分依据。

该项研究具备重要全球基础地学理论价值。第一，打破浅水台地与深水斜坡地层对比壁垒，填补古特提斯域早石炭世中晚期统一年代地层框架空白；第二，构建早石炭世中晚期高精度时间标尺，能实现不同地质事件发生时序的精确厘定，为探究地球不同圈层-系统相互作用机理及过程提供关键约束；第三，为国际石炭纪地层委员会划分谢普霍夫阶全球统一界线提供扎实的数据支撑，推动全球石炭纪年代地层标准规范化、统一化。