王训练 张世红 薛啸峰
（中国地质大学，北京 100083）
摘要 按地层单元界线穿时与否可将地层学的分支学科大致分为两类。一类是生物地层学，以生物进化的不可逆性为基础，其地层单元具有不可重复的性质，在建立地层序列和确定地层时代方面具有相对的独立性，是地层学的基础之一。生物地层单元的不足之处在于其界线在多数情况下都有一定程度的穿时性，不易进行精确对比。另一类包括事件地层学、层序地层学、生态地层学、磁性地层学，还有稳定同位素地层学和地震地层学。这一类分支学科都具有事件地层学的性质，以突发性的瞬时事件作为地层划分对比的依据，建立的地层单元界面在理论上都是严格等时的，可用于精确标定地层界线并进行跨相区大范围甚至全球性高精度地层对比。这就弥补了生物地层学由于化石带穿时和生存环境对生物分布的控制所造成的地层难以进行精确对比的不足。然而这些地层单元在地史时期可重复出现，又缺乏独立的标志，自身无法确定时代和发生的先后顺序。其时代和序列的确定只能依赖于生物地层学和同位素年代学。任何一种地层学方法的分辨率都是有限的。综合地层学充分利用地层中的各种物理、化学和古生物特征划分对比地层，特别强调多种地层学方法的综合研究，在生物地层学建立的地层格架内利用事件地层和其它严格等时的地层界面详细划分精确对比地层，为高精度、高分辨率地层划分对比提供了一个有效的途径。本文从综合地层学的观点讨论华南浅海相区泥盆系－石炭系界限。生物地层学、事件地层学、层序地层学和生态地层学综合研究表明，华南浅海相区与牙形石Siphonodella praesulcata带和S.sulcata带之间界线相当的泥盆系－石炭系界线不仅高于珊瑚Cystophrentis延限带顶界，而且还应高于引起Cystophrentis绝灭的海退事件层的顶界。建议在华南浅海相区以珊瑚Cystophrentis\Pseudouralinia间隔带中最明显的一个海进面作为泥盆系－石炭系界线。这条界线是一个三级层序陆架边缘体系域的底界，与泥盆纪－石炭纪之交海退事件层的顶界正好一致，大致相当于Pseudouralinia组合带底界。从旋回地层学的观点来看，这条界线正好是一个旋回层的底界。在这条界线上下，浅海相区底栖化石群落和斜坡及盆地相区牙形石生物相的分布发生了重要变化，灰岩的磁化率和稳定同位素特征也突然发生了明显变化。显然这条界线是一条理想的泥盆系－石炭系自然界线。
关键词 综合地层学 高分辨地层学 泥盆系 石炭系 华南 界线
1 生物地层学面临的挑战和综合地层学的崛起
高分辨率全球和地区性地层系统的建立和高精度地层对比是地层学长期的主要任务。至今全球显生宙以来界线层型剖面和点位都是以生物地层学为主要依据确定的。生物地层方法的有效分辨率在界线层型划分上已达到了顶峰，但有些重要地层划分对比问题依然没有解决。这主要是由于单一生物地层学方法的局限性造成的。首先仅仅用生物地层学不易、甚至不可能客观地确定一个化石带的底界。生物地层学很难证明在一个化石带的延限范围内，其底界在何处。其次，生物地层单位在大多数情况下具有一定的穿时性，不易进行精确对比。长期以来习惯于用生物地层这种穿时单位来标志等时面，实际上这种对比的误差有时可以达到近乎一个生物带。只有在伴随区域或全球性集群绝灭而出现的广泛、突然的生境破坏的情况下，生物带的顶界才趋于等时。第三，没有一种生物能适应全球各种生态环境。沉积环境的分异使不同相区地层几乎无法直接进行精确的生物地层对比。第四，化石在保存过程中由于各种各样自然作用的影响，会使化石带合并、混淆，有时甚至颠倒，也造成生物地层对比的困难。在化石贫乏的地层中生物地层学的分辨率是极其有限的。长期以来地层对比争论不休，一个重要的原因就是用生物地层单位这种穿时的界线作为地层对比的等时标志。
综合地层学最大限度地利用地层中的各种物理、化学和古生物特征划分对比地层，特别强调多种地层学方法的综合研究。除了传统的生物地层学、岩石地层学和年代地层学外，还出现了概念理论比较完整、研究方法比较成熟、在实践中取得巨大成功的一些分支学科，如事件地层学、层序地层学、生态地层学、稳定同位素地层学、地震地层学、磁性地层学等。这些研究领域相互交叉，相互补充验证，为高精度、高分辨率地层划分对比提供了一个有效的途径。
在地层学的各个分支学科中，按地层单元的穿时性与否可将其分为两类。一类包括事件地层学、层序地层学、生态地层学、磁性地层学，还有稳定同位素地层学和地震地层学。这一类都具有事件地层学的性质，以突发性的瞬时事件作为地层划分对比的依据。理论上，这些分支学科建立的地层单元界面是严格等时的，可用于精确标定地层界线并进行跨相区大范围高精度地层对比。但是这些地层单元在地史时期可重复出现，又缺乏独立的标志，自身无法确定时代和发生的先后顺序。其时代和序列只能依赖于生物地层学和同位素年代学。另一类是生物地层学，以生物进化不可逆性为基础，其地层单元具有不可重复的性质。因此生物地层学是地层学的基础。尽管生物地层单元界线大多具有一定的穿时性，但其在建立地层时空格架方面具有相对的独立性，在标定地质事件、沉积层序及其内体系域界面的排序方面具有不可替代的作用。一般来说，只有在生物地层确定的地层序列框架内，才能有效运用多学科研究方法进行高分辨、高精度地层划分对比。
华南上泥盆统和下石炭统分布广泛。在浮游相区，包括桂林南边村剖面、贵州睦化剖面和大坡上剖面（图1），已经发现了牙形石Siphonodella praesulcata到S.sulcata连续的演化序列。石炭系的下界以S.praesulcata到S.sulcata演化序列中牙形石S.sulcata的首次出现为标志，可与国际上确定的界线直接对比。然而在分布广泛的浅海相区，包括湘中、黔南等地，泥盆系－石炭系界线分歧很大。目前主要有四种意见：①Cystophrentis延限带底部，即邵东组顶部；②Cystophrentis延限带顶部，以Cystophrentis绝灭为特征；③邵东组底部；④Pseudouralinia组合带底部。争论的主要原因有两个：一是浅海相区地层不能直接与浮游相区地层进行对比，全球泥盆系－石炭系界线层型全选在较深水或深水相区；二是各门类生物演化的速率不同，根据不同门类生物演化的阶段性所确定的界线各异。显然，仅仅根据生物地层学难于解决不同相区地层对比。本文从综合地层学的观点讨论华南浅海相区泥盆系－石炭系界线。
图1 研究剖面位置图
1—马栏边（湘中）；2—白虎坡（黔南独山）；3—麒麟寨（黔南独山）；4—南边村（广西桂林）；5—大坡上（贵州长顺）；6—睦化（贵州长顺）
2 华南泥盆系－石炭系界线层主要门类生物地层学
牙形石
地层学
上述牙形石带主要发育于浮游相区，如桂林南边村剖面[1]（图1）、贵州睦化剖面[2]和大坡上剖面[3]。其中有些分子偶见于浅水相区，和有孔虫共生，如广西峡口剖面[4]。
四射珊瑚
地层学
四射珊瑚仅见于湘中、湘南、粤北、黔南、桂北等浅水相区的地层中（图1、图2），它们目前还难以和浮游相区的牙形石带直接进行对比。
图2 华南泥盆系－石炭系界线对比
L.pr.—下praesulcata带；M.pr—中praesulcata带；U.pr.—上praesulcata带；su.—sulcata带；L.du.—下duplicata带；U.du.—上duplicata带；sa.—sandbergi带；L.cr.—下crenulata带；Qu.—Quasiendothyra konensis-Qu.kobeitusana组合带；Cher.—Chernyshinella组合带；S.-S.—Septabrunsiina krainica-Septatournayella segmentata组合带；Cysto.—Cystophrentis延限带；Pseudo.—Pseudouralina组合带。SQ0—层序0；SQ1—层序1；SQ2—层序2。T.Fm—田心乡组
有孔虫
地层学
Quasiendothyra属演化迅速，分布广泛，对泥盆系－石炭系界线的划分具有重要意义。目前中外学者多以Quasiendothyra绝灭（相当于Q.konensis-Q.kobeitusana组合带顶界）作为浅海相区泥盆系－石炭系分界的标志。这条界线在峡口剖面[4]上略低于sulcata带底界（图2），在桂林额头村剖面[5]上稍高于Cystophrentis延限带顶界；在贵州独山[6]、湖南苏家坪[7]，这条界线高于Cystophrentis延限带顶界，但低于Pseudouralinia组合带底界（图2）。从上述生物地层对比来看，在华南浅海相区，泥盆系－石炭系界线显然从Cystophrentis延限带和Pseudouralinia组合带之间，即Cystophrentis\Pseudouralinia间隔带中穿过。泥盆系－石炭系界线在这个间隔带中更精确的位置在目前生物地层学分辨率的前提下是难以确定的。
3 泥盆纪－石炭纪之交海退事件及其在中国的表现
早在1976年，吴祥和就提出在黔南Cystophrentis延限带和Pseudouralinia组合带之间存在较大的沉积间断，其上下沉积物和生物群之间都有较明显的差别，认为这个间断面就是泥盆系和石炭系的自然界线。Sandberg等1983年指出在泥盆纪－石炭纪交替时期，有一次全球性短暂的脉动式海平面下降，因而可能存在沉积不连续及海水变浅事件。他把这个事件确定为泥盆系－石炭系事件界线。这个事件在北美[8,9]和法比盆地[10]也得到证实。
泥盆纪－石炭纪之交全球海平面下降事件在华南有明显表现。在睦化剖面Ⅱ[2]上这个海退事件层位于中praesulcata带顶部（22-1层）（图2）；在大坡上剖面（E层）[3]和南边村剖面Ⅱ（51～53层）[1]上海退事件层则位于上praesulcata带之底。在国外，泥盆系－石炭系界线附近的海退事件层也位于中praesulcata带顶部或上praesulcata带底部。总而言之，在深水相区这个事件层的顶界都低于sulcata带底界的层位，位于S.praesulcata带中。
这一海退事件在华南浅海相区发生在Cystophrentis\Pseudouralinia间隔带，直接导致了珊瑚Cystophrentis，腕足Cyrtospirifer、Tenticospirifer的绝灭。在黔南以汤耙沟组底部的暗色瘤状灰岩为代表（9层）[6]；在湘中以由砂岩和页岩组成的田心乡组为代表（36层）[7]。
综上所述，泥盆系－石炭系界线附近海退事件层低于S.praesulcata\S.sulcata带之间的界线，而高于Cystophrentis延限带的顶界。也就是说，在浅海相区与S.praesulcata\S.sulca-ta带之间界线相当的泥盆系－石炭系界线至少要高于Cystophrentis延限带的顶界。
4 华南上泥盆统和下石炭统层序地层学
理论上，层序的界面和体系域的界面都具有等时意义。因此层序地层学研究为不同沉积相区地层对比提供了一种很好的手段。王训练等[11]曾把华南上泥盆统上部和杜内阶分为4个三级层序，自下而上依次命名为SQ0、SQ1、SQ2和SQ3（表1）。其中SQ0的时限为晚泥盆世最晚期，相当于斯图年期，SQ1、SQ2和SQ3的时限为杜内期（表1）。
表1 华南上泥盆统和下石炭统层序地层、岩石地层、年代地层和生物地层对比表
泥盆系－石炭系界线穿过了层序SQ1。层序地层学研究表明，不论是在浅海相区还是在深水相区，SQ1的底界都与泥盆纪－石炭纪之交的海退事件层底界一致，海退事件层是SQ1的陆架边缘体系域[11]。在深水盆地相区和大陆斜坡相区，海退事件层的顶界，即SQ1的陆架边缘体系域的顶界都略低于S.praesulcata带和S.sulcata带之间的界线。因此，在中国广大的浅海相区与S.praesulcata带和S.sulcata带之间界线相当的泥盆系－石炭系界线不仅高于珊瑚Cystophrentis延限带顶界，而且要高于泥盆系－石炭系界线附近海退事件层的顶界。
5 泥盆系－石炭系界线层附近生态地层学
生态地层学研究为不同沉积相区地层对比提供了一种很好的手段。泥盆纪－石炭纪之交的海平面下降事件不仅使浅海相区的生态系统遭到破坏，而且也影响到远洋地区的生物序列。随着海平面的下降，生物群落和牙形石生物相朝海洋方向移动（图3）。湘中地区孟公坳组上部以腕足动物、四射珊瑚和有孔虫等海相化石为主体的Crurithyris-Qusiendothyra群落为田心乡组仅由孢子和植物碎片组成的Verrucosisporites-Vallatisporites-Retispora群落取代；黔南革老河组上部由丰富的珊瑚、腕足和有孔虫等组成的Cystophrentis-Yanguania-Qusiendothyra群落被汤耙沟组底部以单壳室有孔虫为主的Vicinesphaera-Bisphaera群落取代[12]。这个群落中有孔虫总的特征是壳体小、构造简单、地质历程长，几乎在所有灰岩层中均可见及，特别是在外界环境对生物生存极为不利的条件下，它几乎可以成为有孔虫动物群的唯一代表。这次海退事件，使浅水相区曾繁盛一时的Cystophrentis、Cyrtospirifer和Tenticospirifer绝灭。在深水相区远洋生物序列中也普遍出现较为近岸的生物相。在桂林南边村剖面、贵州睦化剖面和大坡上剖面上，深水牙形石Palmatolepis生物相为浅水牙形石Protognathodus生物相所取代（图3）[2，3，13]。泥盆纪－石炭纪之交海退事件结束后随着海平面开始上升，生物群落和牙形石生物相朝陆地方向移动（图3），在各种沉积相区又出现了新的群落和生物相。湘中仅由孢子和植物碎片组成的Verrucosisporites-Vallatisporites-Retispora群落被海生生物组成的Vicinesphaera-Bisphaera-Syringopora群落所取代；黔南以单壳室有孔虫为主的Vicinesphaera-Bisphaera群落为生活于宁静水体低能环境中的Retichonetes-Ptychomaloechia群落所取代。在桂林南边村剖面、贵州睦化剖面和大坡上剖面上，深水牙形石Siphonodella-Polygnathus生物相取代了浅水牙形石Protognathodus生物相（图3）。这次明显的生物群落和生物相的取代位置在大坡上剖面和南边村剖面上都从上praesulcata带中部通过，在睦化剖面上，与上praesulcata带底界一致。因此，华南浅海相区泥盆系－石炭系界线至少要高于引起Cystophrentis绝灭的海退事件层的顶界，大致相当于Pseudouralinia组合带底部。
图3 华南泥盆系－石炭系界线附近生物群落和生物相的分布及其与沉积层序和海退事件之间的关系
V.-B.-S.Co.—Vicinesphaera-Bisphaera-Syringopora群落；V.-V.-R.Co.—Verrucosisporites-Vallatisporites-Retispora群落；C.-Q.Co.—Crurithyris-Quasiendothyra群落；R.-P.—Retichonetes-Ptychomaloechia群落；V.-B.Co.—Vicinesphaera-Bisphaera群落；C.-Y.-Q.Co.—Cystophrentis-YanguaniaQuasiendothyra群落；S.-P.Biof.—siphonodella-Polygnathus生物相；Pro.Biof.—Protognathodus生物相；Pal.Biof，—Palmatolepis生物相
6 华南泥盆系－石炭系界线附近灰岩磁化率和稳定同位素的变化
灰岩磁化率和δ13C稳定同位素特征在华南泥盆系－石炭系界线上也发生了显著变化。在黔南麒麟寨剖面上，灰岩磁化率在泥盆系顶部海退事件层上达到最低点，而且一直维持在较低水平上。随着石炭纪海进的开始，灰岩磁化率突然增加（图4a）。相同的现象也见于贵州睦化剖面。在黔南麒麟寨剖面上，泥盆系顶部海退事件层灰岩的δ13C稳定同位素值相对较高，在海退事件层之上，随着石炭纪海进的开始，灰岩的δ13C稳定同位素值明显降低（图4b）。
图4 黔南独山麒麟寨剖面泥盆系－石炭系界线附近灰岩磁化率（a）和δ13C同位素（b）特征
7 结论和问题讨论
生物地层学、事件地层学、层序地层学和生态地层学综合研究表明，华南浅海相区与Siphonodella praesulcata带和S.sulcata带之间界线相当的泥盆系－石炭系界线不仅高于Cystophrentis延限带顶界，而且还应高于引起Cystophrentis绝灭的海退事件层的顶界。与以S.praesulcata到S.sulcata演化序列中牙形石S.sulcata的首次出现标定的泥盆系－石炭系界线最为接近的物理界面是界线附近海退事件层顶部的海进面。因此我们建议在华南浅海相区以Cystophrentis\Psendourelina间隔带中最明显的一个海进面作为泥盆系－石炭系界线。这条界线是一个三级层序陆架边缘体系域的底界，与泥盆纪－石炭纪之交海退事件层的顶界正好一致，大致相当于Pseudouralinia组合带底部。从旋回地层学的观点来看，这条界线正好是一个旋回层的底界。在这条界线上下，浅海相区底栖化石群落和斜坡及盆地相区牙形石生物相的分布发生了重要变化，灰岩的磁化率和稳定同位素特征也突然发生了明显变化。这条界线显然是一条理想的泥盆系－石炭系自然界线，它不仅适用于海海相区，而且适用于浮游相区，在野外容易识别。在贵州独山位于汤耙沟组底部瘤状灰岩之顶，在湘中位于马栏边组底部，在峡口剖面上[4]位于微晶灰岩突然取代亮晶灰岩处，相当于40层和41层之间的界线，在额头村剖面上[5]位于81层和82层之间。
应当指出，本文提出的泥盆系－石炭系界线与生物带并不完全一致。如前所述，在深水相区和斜坡相区，这条界线位于上praesulcata带或者与上praesulcata带的底界一致。在浅海相区，这条界线十分接近Quasiendothyra konensis-Qu.kobeitusana组合带的顶界。在黔南和湘中地区，这条界线略高于Quasiendothyra konensis-Qu.kobeitusana组合带的顶界，在峡口剖面和桂林额头村剖面上则略低于Quasiendothyra konensis-Qu.kobeitusana组合带顶部。考虑到微体化石的再沉积、沉积相对化石分布的控制作用和生物地层单位的穿时性及系间界线的易识别性，相信根据综合地层学方法所确定的浅海相泥盆系－石炭系界线可能优于单纯根据化石确定的界线。即使在含S.praesulcata到S.sulcata演化系列的斜坡相和深水盆地相地层中，本文提出的事件地层和层序地层界线也可作为泥盆系－石炭系界线的标志。运用综合地层学方法确定的地层界线——标志明显、野外易于识别和追索、方便地质填图，不仅可以解决不同相区地层对比问题，而且还能大大提高地层的对比精度。
致谢 本文是国家科委和地质矿产部联合资助的重大基础关键项目“SSLC”的成果之一，是在王鸿祯教授的热情关怀和精心指导下完成的。在此作者表示衷心的感谢！
参考文献
[1]Li Zhengliang，Lu Hongjin and Yu Changmin.Description of Devonian-Carboniferous boundary sections.In:Devonian-Carboniferous Boundary in Nanbiancun，Guilin，China——Aspects and Records.Yu Changmin（Ed.）.SciencePress.Beijing，1988，19～36.
[2]侯鸿飞，季强，吴祥和，熊剑飞，王士涛，高联达，盛怀斌，魏家庸，苏珊·特纳贵州睦化泥盆—石炭系界线.北京：地质出版社，1985.
[3]Ji Qiang.Wei Jiayong，Wang Zengji，Wang Shitao，Sheng Huaibin，Wang Hongdi，Hou Jingpeng，Xiang Liwen，Feng Rulin and Fu Guomin.The Dapoushang Section，An excellent section for the Devonian-Carboniferous boundary stratotype in China.Science Press，Beijing，1989.
[4]王成源，殷保安.广西宜山浅水相区的一个泥盆系—石炭系界线层型剖面.微体古生物学报，1985，2（1），28～48.
[5]Li Zhengliang.Guo Shuying，He Guiying and Yu Changmin.Regional stratigraphy.In:Devonian-Carboniferous Boundary in Nanbiancun，Guilin，China——Aspects and Records.Yu Chiangmin（Ed.）.Science Press，Beijing，1988，9～18.
[6]王增吉等.中国地层，8.中国的石炭系.北京：地质出版社，1990.
[7]湖南省地质矿产局区域地质调查队.湖南晚泥盆世和早石炭世地层及古生物.北京：地质出版社，1987.
[8]C.A.Sandberg，R.C.Gutschick，J.G.Johnson，F.G.Poole and W.J.Sando.Middle Devonian to Late Mississipian event stratigraphy of overthrust belt region，western United States.Annales de la Societe Geologique de Belgique，1986，109，205～207.
[9]W.Ziegler and C.A.Sandberg.Important candidate sections for the stratotype of conodont based Devonian—Carboniferous boundary.Cour.Forsch-Inst.Senckenberg，1984，67，231～239.
[10]M.V.Steenwinkel.The Devonian-Carboniferous Boundary in the Vicinity of Dinant，Belgium.Cour.Forsch.-Inst.Senckenberg，1984，67，57～69.
[11]Wang Xunlian，Li Shilong and Wang Yue.Upper Devonian and Lower Carboniferous sequence stratigraphy of South China.Journal of China University of Geosciences，1996，7（1），87～94.
[12]王克良.从有孔虫动物群论华南泥盆—石炭系之分界.微体古生物学报，1987，4（2），161～173.
[13]Wang Chengyuan and Yin Baoan.Conodonts.In:Devonian-Carboniferous Boundary in Nanbiancun，Guilin，China——Aspects and Records.Yu Changmin（Ed.）.Science Press，Beijing，1988，105～148.