综述：通过生物地层学和化学地层学在南中国建立了一个精细的密西西比纪中晚期年代地层框架：这对重新定义谢尔普霍夫阶（Serpukhovian Stage）的底界具有重要意义

《Earth-Science Reviews》：A refined middle-late Mississippian chronostratigraphic framework established through biostratigraphy and chemostratigraphy in South China: Implications for redefining the base of the Serpukhovian Stage

南中国 Youjiang 盆地整合有孔虫、牙形石生物地层与 δ13C 地球化学地层学研究，揭示维西阶-塞鲁克霍夫阶界线附近两个关键生物事件（洛赫里埃娅 泽格勒氏种首次出现）与 δ13C 异常（Vp3 正异常最低点）的时空对应关系，为重定义塞鲁克霍夫阶底界提供新依据。

　　

赵 Liu | Pedro Cózar | Ismael Coronado | 杜远生 | Axel Munnecke | 李欣 | 胡霞 | 李萌 | 刘伟青 | 王平

河南理工大学资源与环境学院，焦作 454003，中国

摘要

中晚密西西比期全球古地理、气候、海洋环境和生态系统经历了重大变化。要理清这些事件之间的因果关系，需要建立一个适用于不同地区和沉积环境的统一年代地层框架，但这仍然是一个尚未完全解决的问题。在这项研究中，我们首次将中国南方右江盆地的晚维塞安期至塞尔普霍夫期的有孔虫和锥形牙生物地层与δ¹³C地层进行了综合分析，并将其与其他古特提斯洋地区的相应数据进行了比较。该研究详细而精确地对比了中国南方有孔虫、锥形牙和δ¹³C地层之间的关系。此外，对古特提斯洋地区δ¹³C剖面和生物地层记录的综合分析证实，在传统的维塞安期-塞尔普霍夫期边界附近存在两个关键生物事件：首先是Janischewskina delicata和‘Millerella’ tortula的首次出现，随后是Lochriea ziegleri的首次出现。我们认为后者是重新定义塞尔普霍夫期底部的合适标志，因为这一层与显著的δ¹³C正偏移（标记为Vp3）的最低点非常吻合。相比之下，J. delicata和‘M.’ tortula的稍早首次出现与δ¹³C负偏移（Vn1）之后的上升阶段相吻合，尽管它们在局部的首次出现不如L. ziegleri那么一致。由于中国剖面中传统塔鲁西亚期标志物的稀缺，维塞安期-塞尔普霍夫期边界尚未通过生物地层学得到正式定义。然而，基于西班牙北部坎塔布连山脉Vegas de Sotres剖面的有孔虫生物地层和δ¹³C化学地层记录，可以初步确定塔鲁西亚期的底部位于另一个显著δ¹³C正偏移（Sp1）的最低点之下。

引言

从维塞安期到塞尔普霍夫期的过渡标志着晚古生代冰期的开始，伴随着大气中pCO₂水平的下降以及连接古特提斯洋和泛大洋的赤道瑞克海道的关闭（Monta?ez, 2022及参考文献；Jurikova等, 2025）。此外，这一时期热带海洋的物理化学条件和生态系统也发生了显著变化（例如，Sandberg, 1983; Hardie, 1996; Wright和Vanstone, 2001; Bishop等, 2009; Barham等, 2012; Chen等, 2016a; Chen等, 2018, Chen等, 2019; Yao等, 2020, Yao等, 2022; Ahern和Fielding, 2021; Shi等, 2021; Cózar等, 2022, Cózar等, 2023a）。要理清这些事件之间的因果关系，需要来自低古纬度地区的沉积学、生物学和地球化学记录之间的强相关性，并且这些记录的年龄必须准确限定（Monta?ez和Poulsen, 2013）。然而，由于不同地区和沉积环境缺乏统一的年代地层框架，实现这一目标仍然具有挑战性（Monta?ez, 2022）。这一障碍也阻碍了全球地层段和点（GSSP）的建立，以确定塞尔普霍夫期的底部（图1B；Sevastopulo和Barham, 2014; Cózar等, 2019b; Nikolaeva等, 2020; Lucas, 2021; Liu等, 2023a）。

塞尔普霍夫期由Nikitin（1890）在莫斯科盆地首次提出，由于维塞安期-塞尔普霍夫期边界（即塔鲁西亚期-塔鲁西亚亚阶段边界）处存在广泛的不整合，因此无法与莫斯科盆地以外的同期地层进行精确对比（图1C；Kabanov, 2003; Gibshman等, 2009; Kabanov等, 2016）。因此，国际石炭纪地层委员会决定在这一传统边界附近寻找一个层位来重新定义塞尔普霍夫期的底部（Richards和Task Group, 2003）。此后，通过利用特定分类单元来完善不同地区的地层对比，全球范围内维塞安期-塞尔普霍夫期过渡区间的年代地层分辨率得到了显著提高（例如，Groves等, 2012; Cózar等, 2014, Cózar等, 2019b; Qi等, 2014b; Shen和Wang, 2015a; Demirel和Alt?ner, 2016; Kabanov等, 2016; Vachard等, 2016; Richards等, 2017; Sheng等, 2018; Q. Wang等, 2018a, Wang等, 2018b; Kulagina等, 2019; Nikolaeva等, 2020; Cózar和Somerville, 2021a, Cózar和Somerville, 2021b, Cózar和Somerville, 2021c; Alekseev等, 2022; X. Wang等, 2022; Liu等, 2023a, Liu等, 2023b, Liu等, 2023c）。尽管由于板块构造和冰川海平面下降可能导致生物物种的局部特有性（Korn等, 2012; Qiao和Shen, 2014），但中晚密西西比期的锥形牙和有孔虫在古特提斯洋范围内总体上表现出全球分布（Barrick等, 2022; Vachard和Le Coze, 2022）。然而，由于这些化石群的相依赖性很强，它们很少在同一环境中共存（例如，Somerville, 2008; Groves等, 2012; Cózar等, 2014），因此基于锥形牙的深水区和基于有孔虫的浅水区的划分方案仍然有限，目前主要依赖于少数剖面的零星数据，如西班牙北部的Vegas de Sotres剖面（Cózar等, 2016）、爱尔兰北部的Fermanagh县（Barham等, 2015; Cózar和Somerville, 2021c）、英格兰北部的Pennines（例如，Skompski等, 1995; Sevastopulo和Barham, 2014）、莫斯科盆地南部的Zaborie和Novogurovsky剖面（Gibshman, 2003; Gibshman等, 2009; Kabanov等, 2016; Kaida, 2024），以及中国南部的Danlu、Naqing、Narao和Dianzishang剖面（Sheng, 2016; Sheng等, 2021, Sheng等, 2025; Liu等, 2023a）。此外，一些传统上用于标记塞尔普霍夫期的化石在其维塞安期-塞尔普霍夫期边界附近的局部首次出现时间存在明显差异（例如，Lochriea ziegleri Nemirovskaya, Perret-Mirouse和Meischner, Neoarchaediscus postrugosus（Reitlinger），Janischewskina delicata（Malakhova），‘Millerella’ tortula Zeller, Eolasiodiscus donbassicus Reitlinger, 和 Howchinia subplana（Brazhnikova和Yartseva）（= Monotaxinoides auct.）。这种传统塞尔普霍夫期标志物的不均匀分布进一步复杂化了建立统一年代地层框架的努力。

稳定碳同位素比值（δ¹³C）用于地层连续的海洋碳酸盐中，这些碳酸盐经历了最小的成岩变化，至今已被广泛用于对比沉积记录（Cramer和Jarvis, 2020）。这种应用基于这样一个事实：地质时间上的δ¹³C变化主要由沉积物中有机碳和碳酸碳的相对埋藏速率决定，假设这些比值反映了与大气处于平衡状态的混合良好的海洋中的溶解无机碳（Kump和Arthur, 1999; Saltzman和Thomas, 2012）。尽管浅水碳酸盐的δ¹³C变化通常比其同期深水碳酸盐更大，但它们的δ¹³C剖面的主要趋势仍然大体一致（例如，Zeebe和Wolf-Gladrow, 2001; Wendler, 2013; Galbraith等, 2015）。因此，δ¹³C地层作为区域和全球尺度对比的可靠工具，特别是在整合到严格限定的生物地层框架中时（例如，Voigt等, 2012; Wendler, 2013; Zhang等, 2019; El Kabouri等, 2025）。

中国南方的右江盆地（也称为南盘江盆地，例如，Lehrmann等, 2015）暴露了一系列保存了中晚密西西比期碳酸盐平台系统的平台-斜坡剖面（图2A；Feng等, 1998；Liu等, 2015；Chen等, 2016b）。此前在该盆地的生物地层学研究中，通过检查平台环境中的有孔虫（Hance等, 2011；Groves等, 2012；Liu等, 2015, Liu等, 2023b, Liu等, 2023c；Shen等, 2020；Sheng等, 2021, Sheng等, 2025）和碳酸盐斜坡相中的锥形牙（Z. Wang和Qi, 2003；Qi等, 2014a, Qi等, 2014b, Qi等, 2018；Q. Wang等, 2014；Liu等, 2023a）建立了不同的分区方案。此外，尽管分辨率有所不同，但多个地层中也记录了δ¹³C地层（Buggisch等, 2011；Qie等, 2011；Liu等, 2015, Liu等, 2026；Chen等, 2016b；Yao等, 2022）。右江盆地的有利暴露条件，加上其中晚密西西比期的可靠生物年代学约束（图2），促使我们通过额外的生物地层数据和新配对的δ¹³C剖面建立了锥形牙和有孔虫分区方案之间的精确对比。这项工作首次将中晚密西西比期的生物地层与δ¹³C地层进行了综合分析，旨在建立中国南方的统一年代地层框架。此外，本研究利用了两种不同的标志物，即生物事件和δ¹³C特征，基于全球生物和化学地层记录之间的相关性来识别目前有效和提出的维塞安期和塞尔普霍夫期之间的边界。

地质背景

中晚密西西比期期间，中国南方位于古特提斯洋的赤道区域（图1A；Scotese, 2021）。中国西南部的右江盆地传统上被认为由三个主要断层系统界定：Shizong-Mile断层、Ziyun-Danchi断层和Pingxiang-Nanning断层，以及Babu缝合带（例如，Zeng等, 1995；Cai和Zhang, 2009；Yang等, 2012）。然而，这种传统的划分

右江盆地的研究剖面

研究了广西西北部的四个剖面的生物地层和/或碳同位素地层（图3，图4，图5）。Gongchuan、Kacai和Shuidong剖面沉积在Bama平台的内部和边缘，这是右江盆地的一个典型孤立平台（图2；Liu等, 2015, Liu等, 2023b）。相比之下，Danlu剖面位于平台-斜坡位置（图2；Liu等, 2023a）。

中国南方生物地层与δ¹³C化学地层的整合

之前报道的Gongchuan（图3；Liu等, 2026）和Danlu（图5；Liu等, 2023a）剖面的有孔虫出现数据证实了最近在Shuidong和Kacai建立的生物分区（Liu等, 2023b）。碳和氧同位素组成记录在补充表S1和图S1中。考虑到：（1）所有研究剖面的样本都由纯碳酸盐组成，几乎不含有机物质，因此不太可能

维塞安期-塞尔普霍夫期边界附近的关键信号

特定分类单元的首次出现数据（FAD）在定义显生代GSSP时起到了关键作用。为了提高GSSP的精度，必须确保整个盆地的FOD尽可能与其各自的FAD对齐，这需要整合次要的生物和非生物约束（Walsh等, 2004；Lucas, 2018；Waters等, 2018）。在中国南方，目前有效的维塞安期-塞尔普霍夫期边界（即塔鲁西亚亚阶段的底部）尚未

结论与意义

• (1)
  在中国南方右江盆地，将有孔虫和锥形牙生物地层与δ¹³C地层相结合，构建了一个精细的中晚密西西比期年代地层框架，该框架可以在不同地区进行对比。它清楚地定义了研究区间内每个有孔虫生物区和亚阶段边界的诊断特征，并建立了有孔虫和锥形牙区之间的精确对比。

未引用的参考文献

Nemyrovska, 2017

Ogar, 2012

Shen和Wang, 2015b

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢两位匿名审稿人的许多有益评论和建议，这些评论和建议显著提高了本文的质量。这项工作得到了国家自然科学基金（资助编号42172120、42572135和41902102）、河南省自然科学基金（资助编号252300421201）以及河南省高校基本科研业务费的财政支持。