晚密西西比亚纪谢尔普霍夫阶GSSP及全球变冷事件综合研究

Global tectonics combined with Gondwanan glaciation since Late Mississippian confounds the subdivision of Mississippian and Pennsylvanian of Carboniferous and also complicates global correlations. Four Carboniferous stages, including the Serpukhovian of Mississippian, the Moscovian, Kasimovian and the Gzhelian of Pennsylvanian still do not have Global Stratotype Sections and Points (GSSPs). Although great progress on the study of conodonts from the Visean-Serpukhovian boundary interval have been made by some task group members in recent years, the precise correlations of conodonts with foraminifers, ammonoids, corals and brachiopods, isotopic geochemical markers and zircon U-Pb age dating of volcanic ash layers are not clear yet. Therefore, this project will focus on the establishment of a GSSP for the base of the global Serpukhovian Stage in South China based on the multidisciplinary study on poly-phylum biostratigraphy and evolutionary palaeontology, sedimentology, sedimentary petrology, isotope geochemistry, zircon dating and the global cooling event in Late Mississippian. This project will also provide an accurate biostratigraphic and choronostratigraphic framework for the global cooling event, and try to better understand the trigger, generation mechnism and initiation timing of the Late Paleozoic Ice Age (LPIA).

晚密西西比亚纪开始的全球大规模构造运动和冈瓦纳大陆冰川的发育，导致了石炭纪地层划分与对比的困难。目前石炭系内部仍有Serpukhovian等4个阶的GSSPs没有确立。尽管Visean/Serpukhovian（V/S）界线层的牙形刺研究等近年来已取得不少进展，但牙形刺与有孔虫、菊石等的精确对比、地化指标、锆石定年等问题仍然没有解决。本项目旨在通过对华南和德国多条不同相型的V/S界线剖面开展多门类生物地层与演化、沉积学、沉积岩石学、碳、氧、锶、氮等同位素地球化学、锆石定年和气候变冷（即冰期）事件等的综合研究，找到全球V/S界线层的生物、沉积、地化、年龄和其他事件对比标志，争取最终在我国确立V/S界线的GSSP（“金钉子”），同时为晚密西西比亚纪全球气候变冷事件提供精确的生物地层和年代地层框架，并力争在晚古生代大冰期（LPIA）的触发原因、产生机制和开始时间等重大科学问题研究方面有新的突破。

全球标准层型剖面和点位（简称GSSPs）的确立，仍是国际地层委员会及其下属分会目前的核心工作内容。石炭系GSSPs的研究相对滞后，目前仍有4个阶的GSSPs没有确立。华南发育连续的石炭纪碳酸盐沉积剖面，是石炭系GSSPs研究的理想地区之一。本项目设计目标是通过对华南多条不同沉积相型的维宪阶-谢尔普霍夫阶（V/S）界线剖面和德国数条V/S界线剖面开展多门类生物地层学、演化古生物学、沉积学、同位素地球化学、事件地层学等的综合研究，确立全球V/S界线的多重地层划分对比标志，并力争最终获取这枚“金钉子”，同时对石炭纪气候变冷事件的触发原因、产生机制和开始时间等重大科学问题进行探索。2017-2021年项目执行期，研究团队对华南、德国等地的多条V/S界线剖面采集了大量的古生物化石、岩石学和同位素地球化学样品，深入开展了多学科综合研究，阶段性成果累计发表论文30余篇，获得的具体成果包括：1）建立了纳庆剖面V/S界线层牙形刺Lochriea属的完整演化谱系，对潜在界线标志种L. ziegleri的首现点位进行了精确厘定。2）建立了纳庆剖面和纳饶剖面V/S界线层L. ziegleri和有孔虫Janishewskina delicata的精确对比关系，从而为深水相剖面与浅水相剖面的对比提供了可靠依据。3）对德国Wenne River剖面牙形刺和菊石的详细研究，建立了L. ziegleri与Neoglyphioceras suerlandense菊石带的精确对比关系。4）研究发现在华南V/S界线层存在多个大于1‰的碳同位素负漂移，这些负漂移与维宪末期的全球性海退相一致，可能是由于冈瓦纳大陆的冰川开始发育所致。5）全球生物礁组成和复苏演化模式研究揭示了维宪末期之后珊瑚礁的崩溃与发生在这一时期的全球性气候变冷事件导致全球性海退和碳酸盐沉积的急剧减少有关；这与腕足壳氧同位素、牙形刺锶同位素及沉积学研究结论相吻合。6）尽管V/S界线GSSP仍未到最后表决阶段，但华南格舍尔阶底界GSSP研究已取得重大突破，相关成果均标注本项目资助。7）项目执行期之后，与V/S界线GSSP相关的研究成果仍将作为本项目成果对待。8）人才培养：博士生和硕士生各一名，从事石炭纪牙形刺和菊石研究。