陈代钊等：华南不同沉积背景上泥盆统弗拉阶—法门阶界线层系与对比——多重地层学方法

晚泥盆世弗拉—法门（F-F）转折期见证了显生宙“五大”生物绝灭事件之一，经此事件约80%的海洋动物消失，其中热带浅水底栖（特别是礁）生态系统遭受最致命打击。该事件并非单一事件，而是幕式发生的，主要由下、上Kellwasser事件（LKW与UKW）组成。泥盆系（包括其他中上古生界）地层序列主要是基于演化快速、分布广泛的深水型牙形刺演化序列进行定义、建立的，其中，F-F界线则以Palmatolepis triangularis的首现进行确定和定义。由于这些标准带化石具有一定的深度偏好性，随着水深变浅，它们出现的层位可能会发生穿时，甚至进入浅水台地区后完全消失，导致基于深水型牙形刺带化石建立的标准地层序列与同期浅水（台地）地层难以直接对比；而处于浅水底栖（特别是礁）生态区往往受危机影响最甚，这种割裂状况对准确、完整认识F-F危机期间环境-生物过程、时序与驱动机制造成了很大障碍和制约。

图1 (A) 晚泥盆世全球古地理图（改编自Kiessling等，2002；Cooper，2002b；Golonka，2020）；(B) 华南晚泥盆世岩相古地理图。FF界线剖面点位：LF-罗富、MA-马鞍山、LM-龙门、FH-付合、DC-垌村、 DS-东村(神仙湾) 、XB-象鼻山、YQ-杨桥、XK-锡矿山；(C) 晚泥盆纪桂林台地东部的局部放大图

针对上述地层对比难题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室陈代钊研究员与合作者，对晚泥盆世华南不同沉积相区的经典剖面（图1：盆地-下斜坡：付合剖面和罗富剖面；中-上斜坡：马鞍山、垌村以及龙门等剖面；台地内：东村剖面；碎屑-碳酸盐混合陆棚：锡矿山和佘田桥剖面）开展综合地层研究与梳理，通过整合生物地层（特别是牙形刺地层）、层序-旋回地层和碳同位素地层多重地层方法，以华南F-F转折期下斜坡-深水盆地多重地层匹配样式为基准模版，建立了F-F界线层系综合地层框架，基于后两重地层样式的稳定性，进一步应用到较浅水地层和台地内F-F界线地层序列中，实现了跨越不同环境之间同期地层的有效对比，明确了环境-生物（包括绝灭）共演化过程的可靠时空关系，为进一步认识该生态危机中多圈层耦合过程和驱动机制提供了可靠的时间框架和标尺。通过研究，团队获得了如下主要认识：

（1）基于最深沉积背景F-F界线剖面牙形刺地层（带）校正的层序/旋回地层、碳同位素地层匹配样式为跨沉积背景的区域、全球地层准确对比提供了基准模板：从盆地—斜坡—台地沉积的F-F界线层系均可识别出Sfr0、Sfr和Sfa三个三级层序。其中，Sfr发育完整，典型情况下包含9个向上变浅旋回（准层序）组，前、后者仅分布包括上、下部（图2，图3）。其次，在连续的F-F剖面中普遍存在两次主要的双碳（δ13Ccarb - δ13Corg）同位素正漂移。但由于第一次同位素漂移发育于层序Sfr0顶界面（SB1）之下，在斜坡环境中易受重力流的侵蚀/截切，在台内则因暴露易受大气淡水成岩改造，都可能造成原始信号丢失，而后一次碳循环异常主体发育在层序界面（SB2）之上，所以广泛发育（图2）。基于牙形刺Pa. triangularis首现确定的深水地层F-F界线，但随着沉积水深变浅，出现可能穿时，并在台地上完全消失，Pa. linguiformis出现穿时性更明显。所以，下斜坡-盆地F-F剖面中牙形刺带校正的层序/旋回地层和碳同位素地层匹配样式可作为基准模板进行跨环境的区域、甚至全球准确对比（图3）。基于新的时间地层框架和关键时间界面，相应地对不同背景F-F界线层系中F-F界线位置进行了调整和完善。在深水剖面，将F-F界线从五指山组底部向下移动至谷闭组（或相当地层）最上部旋回组（Ca1）中上部；在台地相，F-F界线上移至东村组下部（一般距底15-20 m）底栖生物最后绝杀线（E2），在混合陆棚相，F-F界线将上移至老江冲组（或传统佘田桥组）顶部或近顶部（图3）。

图2 华南不同沉积环境中F-F界线层系牙形刺带、层序地层和碳同位素地层学相互校正的综合地层框架。灰色阴影区间指示上下Kellwasser层（LKW，UKW），E1, E2指示两幕主要绝灭（斩杀）线

（2）第一幕生物危机与第一次碳循环异常起点耦合，造礁底栖生物遭受致命打击：在付合和罗富等深水剖面中，Sfr0最上部两个旋回组记录了第一次碳同位素正漂移的上升段，其峰值接近Sfr0顶部的SB1。该层段位于Upperrhenana带的最上部。第一幕生物绝灭（斩杀）线E1与第一次碳同位素正漂移的起点耦合，代表了F-F危机的第一波严重打击，即LKW事件（图4）。此次事件影响最大的是浅水台地中的造礁底栖生物群落，与桂林组-东村组界线耦合，层孔虫、珊瑚等造礁底栖生物在桂林组顶部消失殆尽，取而代之的是东村组底部广泛分布的窗孔微生物岩。

图3 华南多重地层方法约束的不同沉积背景F-F界线层系简化对比框图。不同岩石地层“组”以不同颜色区分

（3）第二幕生物危机（UKW）止于第二幕碳同位素正漂起点并与F-F界线耦合，由两个次幕构成，见证了远洋游泳和浅水底栖生物的最终绝灭：在第一幕危机后的短暂复苏后，在Sfr晚高位（LHST）层段（Cr7-9），碳循环开始小幅扰动，生态系统再次恶化，造礁底栖生物再遭打击（E2-），而微生物（特别是表附菌-肾形菌）礁系统则顺势崛起（图4）。随后，在SB2界面之上，造礁底栖生物（如层孔虫、珊瑚）曾短暂回光返照，但至Sfa底部旋回组（Ca1）中上部位最终快速绝灭，该位置正好处于δ13C值谷底，与F-F界线耦合，同时见证了远洋游泳生物（如竹节石）的最终消亡，因此，F-F界线见证了第二幕远洋生物和浅水底栖生物的最终绝灭（斩杀）（E2），此后进入短暂的生物残存期，并开启第二次δ13C显著正漂移（图4）。

（4）两幕生物危机间隔时长表征了两次相对独立的环境-生物危机事件。从第一次绝灭（E1）到最终绝灭（E2），共跨越11个偏心率驱动旋回组（图3，图4）。按照地球轨道旋回浮动标尺估算，两次生物危机及其对应的碳循环异常二者相隔约1.1 Ma，与地球长斜率轨道周期时限相当。因此，从间隔时长来看，两幕生态危机相当于两个相对独立的生物—环境事件，而不是一次短时间内连续发生的灭绝脉冲。另外，第一次灭绝开始于海平面下降阶段；第二次危机的早期冲击同样始于海平面下降，而最终灭绝则发生在整体海平面上升、同时叠加短周期下降的背景之下，显示了与海平面变化的复杂关系（图4）。

图4 华南地区F-F界线层系综合地层框架与生物演化的示意图。注意：两次生物危机事件（LKW、UKW）（灰色阴影区间）与牙形刺带、层序地层（Sfr0、Sfr和Sfa）以及碳同位素地层框架的时间关系。E1、E2指示了LKW和UKW事件的绝灭线，其上方为残存区（淡蓝色）。UKW事件包含两个次幕：早期（浅灰色阴影区）见证了海平面的大幅下降，同时伴随造礁底栖生物的显著减少和底栖微生物的爆发（虚线箭头；E2-）；后期（深灰色阴影区）则见证了海平面上升的开始，与造礁底栖生物的回光返照及其最终绝灭（E2）。两次绝灭（E1、E2）与两次显著的碳同位素正漂移（CIEs）的起始时间耦合，之间相隔11个偏心率驱动的向上变浅旋回组，持续时间约为1.1 Ma。相对于保存在层序界面SB2之上的第二幕 CIE，第一幕 CIE 保存在 SB1 之下，保存条件较差，海平面下降导致斜坡侵蚀以和台地暴露的大气淡水成岩改造都可能导致原始海水信号丢失。LST——低位体系域，TST——海侵体系域，EHST——早期高位体系域，LHST——晚期高位体系域

研究成果发表于国际学术期刊ESR（Daizhao Chen（陈代钊），Zhenghui Guo（郭增辉），Liyu Zhang（张力钰），Hairuo Qing（卿海若），Lei Liang（梁蕾），Huihong Liao（廖慧鸿），Mu Liu（刘牧），Maurice E. Tucker. Frasnian-Famennian boundary successions (Upper Devonian) of different depositional settings and correlation in South China: Multiple stratigraphic approaches[J].Earth-Science Reviews, 2026: 105627. DOI:10.1016/j.earscirev.2026.105627.）。研究获得国家自然科学基金项目（NSFC 项目编号：42330203, 41072079, 40673013）资助。