四川盆地西部汉曾段（Carnian期，属于上三叠统早期）的锥形牙生物地层学特征及碳同位素记录

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Carnian (lower Upper Triassic) conodont biostratigraphy and carbon isotope records of the Hanzeng section, western Sichuan Basin, South China

本研究基于牙形石生物地层学和碳同位素地层学数据，对四川盆地西部汉滩剖面的卡尼阶地层进行重构，划分出三个牙形石带并揭示四个负碳同位素异常和三个正异常，其中上天景山组 bentonite 底部的负异常可作为拉蒂尼-卡尼阶界线的潜在生物地层标志。分析表明，汉滩剖面的卡尼阶记录不完整可能由古喀斯特不整合导致，并指出牙形石多样性损失需考虑岩性保存和采样偏差的影响，同时描述了两个新物种。

　　

陈汉|吴顺玲|刘正毅|梅秋怡|赵来石

中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉430074，中国

摘要

卡尼期降雨事件（CPE）是晚三叠世期间一个重要的气候和环境剧变时期，然而其在华南地区的地层关联性和生物影响仍不完全清楚。本研究利用来自中国西南部汉曾剖面的综合牙形石生物地层学和碳酸盐碳同位素（δ¹³C）数据，来完善卡尼期的地层框架并评估环境变化。本研究确定了三个牙形石带：Quadralella polygnathiformis、Q. praelindae和Q. oertlii带，其年代范围从朱利安亚期到图瓦利亚亚期。δ¹³C曲线显示了四次负碳同位素异常（NCIEs）和三次正碳同位素异常（PCIEs）。在天景山组上部的膨润土层上方出现的一个显著负偏移为该地区拉迪尼亚期-卡尼期边界的确定提供了潜在的化学地层标志。此外，特征为两次负偏移的显著NCIE 3与CPE的开始时间相关。古喀斯特作用可能导致了朱利安亚期部分地层的缺失，从而使得汉曾剖面的CPE记录不完整。牙形石分布模式的分析表明，之前推断的CPE期间牙形石多样性丧失的程度可能受到岩相保存和采样偏差的影响。本文还描述了两个新的牙形石物种：Quadralella globosa n. sp.和Q. praedeflecta n. sp>。总体而言，本研究提高了华南地区卡尼期的区域生物和化学地层学关联度，并强调了在解释CPE期间的地层边界和生物响应时需要谨慎。

引言

卡尼期降雨事件（CPE）发生在大约2.34–2.32亿年前的中卡尼期（晚三叠世），是中生代最显著的气候和环境扰动之一。这一时期也被称为卡尼湿润事件、Reingraben事件、Raibl事件或卡尼湿润间歇期，由于其在全球范围内的发生及其深远的环境影响，在过去十年中受到了越来越多的关注（Dal Corso等人，2012, 2015, 2018, 2020, 2021, 2024；Ogg，2015；Mueller等人，2016a, 2016b；Sun等人，2016a, 2019；Miller等人，2017；Zhang等人，2017, 2018a, 2018b, 2021, 2022, 2024a, 2025；Fu等人，2020；Jin等人，2020, 2022, 2023；Li等人，2020；Lu等人，2021；Tomimatsu等人，2021, 2022, 2023；Zhao等人，2022；Zhang和Sun，2023）。大量研究表明，CPE期间气候转为温暖湿润，同时全球碳循环发生重大扰动，广泛出现缺氧现象，硅质沉积增加，海洋生物灭绝率升高（Hornung等人，2007a, 2007b, 2007c；Sun等人，2016a；Dal Corso等人，2018, 2020；Zhang等人，2018b, 2022；Tomimatsu等人，2023）。这些环境和生物变化通常与大规模火山活动有关，特别是泛大洋中的Wrangellia大火山省的喷发，以及同期特提斯海的火山活动，这些活动可能引发了大量的温室气体排放和气候扰动（Maury等人，2008；Greene等人，2010；Sun等人，2016a, 2019；Zhao等人，2022；Jin等人，2023）。

尽管越来越多的证据表明CPE具有全球重要性，但其确切的时间、持续时间和生物影响在许多地区仍不十分清楚（Sun等人，2016a；Shi等人，2017；Dal Corso等人，2018；Jin等人，2022；Zhang等人，2022）。因此，一个稳健且分辨率高的地层框架对于准确关联环境信号、评估不同盆地之间的同步性以及评估生物对气候变化的响应至关重要。在这方面，生物地层学在将化学地层记录置于可靠的时间框架中起着关键作用。然而，与相对成熟的菊石带划分相比，卡尼期的牙形石生物地层学仍不够明确，地区间关联性和边界定义存在显著不确定性（Chen等人，2016；Rigo等人，2018；Zhang和Sun，2023）。

卡尼期的牙形石带在不同地区存在明显差异。在西部特提斯海，朱利安亚期通常以Quadralellapolygnathiformis、Mazzaellacarnica和Q. praelindae（或Mosherellabudaensis）带为特征（Rigo等人，2018），而北美的地层则通常分为Q. intermedia和Q. tadpole带（Orchard，2007）。在日本，朱利安期的牙形石组合被归类为Ma. carnica、Q. praelindae和Mo. budaensis带（Tomimatsu等人，2021）。在中国南部，贵州和云南的最新研究提出了更详细的带划分，包括Q. polygnathiformis、Q. tadpole、Q. praelindae、Q. auriformis和Q. robusta带（Zhang等人，2017, 2018a；Zhang和Sun，2023）。然而，这些带之间的关联仍然存在问题，特别是在上部朱利安亚期（朱利安2），一个统一且广泛适用的牙形石带划分仍然缺失。这些不一致性使得区域和全球关联变得复杂，限制了如CPE这样的环境事件的时间定位精度。

在图瓦利亚亚期，不确定性更加明显，牙形石带在不同地区之间存在显著差异。西部特提斯海的图瓦利亚亚期地层包括Q. tuvalica、Q. praecommunisti、Neocavitella cavitata、Primatellaorchardi、Epigondolella vialovi和Metapolygnathus communisti等带（Rigo等人，2018），而北美的带划分基于Carnepigondolella samueli和Pr. primitia带及其多个亚带（Orchard，2014）。这些差异可能反映了晚三叠世期间特有性的增强和分类概念的差异，包括不同属分类方案的应用（Orchard，2019；Du等人，2024）。在中国南部，图瓦利亚亚期的牙形石记录较少（Sun等人，2016a；Jin等人，2018），其地层分布也不明确，部分原因是硅质沉积岩相不利于牙形石的保存。这种缺乏详细记录的图瓦利亚亚期牙形石地层不仅阻碍了稳健年代学的建立，也限制了CPE期间牙形石多样性的评估。

碳同位素（δ¹³C）化学地层学为卡尼期的地层关联提供了额外的有用工具。早期低分辨率的研究发现卡尼期整体上δ¹³C呈正趋势，但在朱利安亚期出现了一次短暂的负偏移（例如，Korte等人，2005）。后续的高分辨率研究表明，这次负偏移标志着CPE的开始，随后在西欧和西部特提斯海地区出现了多次δ¹³C偏移（Dal Corso等人，2012, 2015, 2018；Muttoni等人，2014；Mueller等人，2016a；Miller等人，2017；Alverà等人，2026）。这些偶发的碳同位素异常已在多种环境中得到确认，包括羌塘盆地（Fu等人，2020；Zhang等人，2024a）、中国南部（Sun等人，2016a, 2019；Zhang等人，2022；Jia等人，2025）、中国北部（Lu等人，2021；Zhang等人，2024b, 2025）、阿曼（Sun等人，2019）和泛大洋地层（Tomimatsu等人，2021）。虽然全球范围内卡尼期碳同位素异常的可重复性现已得到证实，但其与生物带的精确关联仍需要通过综合地层学方法进行仔细评估。此外，拉迪尼亚期-卡尼期边界的δ¹³C变化虽然具有改善地区间关联的潜力，但尚未得到足够关注（Richoz等人，2007）。

中国西南部的西部四川盆地是一个关键但尚未充分探索的地区，可用于解决这些问题（Shi等人，2017, 2019；Jin等人，2018, 2019, 2022）。汉曾剖面暴露了上拉迪尼亚期至卡尼期的地层，此前已显示出明显的碳同位素变化和与喀斯特作用相关的地层不连续性（Jin等人，2022）。然而，该剖面的牙形石数据有限，特别是在朱利安亚期-图瓦利亚亚期过渡期间的关键地层边界存在争议。这些特征使得汉曾剖面非常适合基于综合牙形石生物地层学和高分辨率碳同位素化学地层学进行重新评估。

在本研究中，我们提供了来自汉曾剖面的新的牙形石生物地层学和碳酸盐δ¹³C数据。共记录了29种牙形石，并将其划分为三个生物带，同时记录了多次碳同位素异常的δ¹³C曲线。通过整合这些数据集，我们旨在（1）改进华南地区卡尼期的地层关联；（2）评估汉曾剖面中CPE及其相关间断期的地层完整性；（3）在更精确的时间框架内重新评估这一关键气候期间的牙形石分布和多样性模式。

地质背景

西部四川盆地位于中国南方地块的西部（图1A, B）。从元古代到中三叠世，它是一个被动大陆边缘盆地，随后在晚三叠世印度-辛诺尼亚造山运动的影响下演变为前陆盆地（Li等人，2014）。中三叠世的天景山组主要由潮坪相的浅灰色白云岩和叠层石灰岩组成，沉积在有限的碳酸盐环境中

材料与方法

从汉曾的天景山组和马安塘组共采集了141个岩石样本，每个样本重约3公斤，平均采样间隔约为0.67米。所有样本均进行了牙形石提取和碳酸盐碳同位素分析。

为了提取牙形石，将岩石样本粉碎成约3厘米大小的颗粒，然后溶解在10%的稀醋酸中。未溶解的残留物通过30目和180目的筛子过滤，然后在电

牙形石生物地层学

从汉曾剖面识别出三个牙形石带，按从下到上的顺序分别为Quadralella polygnathiformis、Q. praelindae和Q. oertlii带。

拉迪尼亚期-卡尼期边界

拉迪尼亚期-卡尼期边界（LCB）正式由菊石Daxatina canadensis在意大利东北部Prati di Stuores/Stuores Wiesen GSSP的首次出现数据（FAD）定义（Mietto等人，2012）。这一生物标志已在包括北美（Orchard，2007）、西部特提斯海（Broglio Loriga等人，1999）和特提斯喜马拉雅（Krystyn等人，2004）在内的多个地区得到验证。然而，在中国南部，上三叠统的菊石特别稀少，这阻碍了

系统古生物学

Quadralella globosa n. 新种 陈汉和赵来石

图6.10–24。

2018a Quadralella wanlanensis 张、孙和赖 — 张等人，图5Y–AA, AE–AJ。

词源。拉丁语globosum，意为球形，指其诊断性的圆形后平台。

正模标本。标本HZM121014（图6.16–18）。

副模标本。标本HZM87004（图6.10–12），HZM99003（图6.13–15），HZM98002（图6.19–21），HZM790003（图6.22–24）。

模式产地和层位。汉曾剖面马安塘组的岩石样本22HZM-121

结论

来自中国西部四川盆地汉曾剖面的综合牙形石生物地层学和碳同位素地层学为华南地区的卡尼期地层提供了新的约束。研究的地层包括Quadralella polygnathiformis、Q. praelindae和Q. oertlii牙形石带，大致对应于朱利安亚期到图瓦利亚亚期。碳同位素记录显示了多次异常，包括在

CRediT作者贡献声明

陈汉：研究、正式分析、撰写——初稿。吴顺玲：方法学、正式分析、撰写——审阅与编辑。刘正毅：项目管理、概念化、撰写——审阅与编辑。梅秋怡：研究、撰写——审阅与编辑。赵来石：监督、资金获取、撰写——审阅与编辑。

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竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢向东东和王茵娜在野外工作和牙形石处理方面的协助。特别感谢严龙陈和一位匿名审稿人的建设性意见，这些意见大大提高了本文的质量。本研究得到了国家自然科学基金（编号：42530205、42477215、42372037）、湖北省自然科学基金（编号：2024AFB100）以及地质过程与矿产资源国家重点实验室专项基金的支持