石炭纪是地质历史中重要的转折时期，冈瓦纳大陆冰川逐渐达到顶峰，温室气体含量大幅波动，生物面貌发生重要更替等。高精度的年代地层格架是深刻理解石炭纪重大地质事件的基础。作为全球年代地层划分与对比的标准，《国际地质年代表》中石炭纪年代地层格架的建立主要基于泛欧美大陆上“旋回层”记录的生物化石带和40.5万年长偏心率旋回天文年代校正的研究（图1），但急需进一步优化和完善，主要原因包括：1）由于石炭纪生物区分异显著，已有的石炭系年代地层格架难以在泛欧美大陆以外的地区应用；2）广布于泛欧美大陆的“旋回层”是否受偏心率旋回控制仍需其它大陆的记录进行对比和验证；3）部分石炭系地层“阶”的界线及其持续时间需进一步确定。
针对上述科学问题，我校“深时生命与环境演化”求真研究群体吴怀春教授及其合作者选择古东特提斯区华南纳庆剖面最经典的海相沉积序列作为研究对象(图2)，以高分辨率环境磁学参数为古气候替代指标，结合剖面完整的牙形类生物地层的约束，进行了旋回地层学和天文年代学相关分析，研究取得的创新性成果和认识如下：
1、确定了古东特提斯区石炭纪的气候和环境变化受地球轨道力影响，且发现由于潮汐耗散作用导致地球自转速度逐渐减慢，地轴斜率旋回周期从维宪期晚期的3.07万年增长至格舍尔期的3.14万年（图3）。
2、建立了古东特提斯区石炭系维宪阶上部—格舍尔阶顶部受40.5万年长偏心率旋回校准的、持续时间为3390万年的天文年代地层格架，标定出谢尔普霍夫阶、巴什基尔阶、莫斯科阶、卡西莫夫阶和格舍尔阶的持续时间分别为760万年、810万年、850万年、287万年和483万年，提出了东特提斯区与泛欧美大陆石炭系高分辨率对比的方案（图4）。
3、偏心率振幅变化的周期在维宪期晚期至谢尔普霍夫期晚期为240万年，其后至莫斯科早期逐渐转变为160万年，并在卡西莫夫期和格舍尔期转变为120万年。斜率振幅变化的周期在石炭纪表现为稳定的120万年。
该研究的科学意义在于：证实了用以定义石炭系地层“阶”的牙形类种在古东特提斯区和盘基亚欧美大陆上的首次出现几乎是等时的；对石炭系各个地层“阶”持续时间的天文年代约束对未来国际地质年代表的进一步完善和全球范围的高分辨率地层对比有着重要意义； 为建立古生代地球轨道天文解决方案提供了关键的地质证据。

图1：石炭纪全球古地理图、华南石炭纪黔桂沉积盆地古地理图和纳庆剖面长偏心率旋回

图2：研究剖面地层阶界线附近的岩性旋回组合特征

图3：研究剖面天文校准前后磁化率数据的能量谱分析结果

图4：古东特提斯区石炭系天文年代地层格架与国际地质年代表年代地层格架高分辨率对比
上述研究成果发表在地质学国际权威刊物《Geology》上：Huaichun Wu*, Qiang Fang, Xiangdong Wang, Linda A. Hinnov, Yuping Qi, Shu-zhong Shen, Tianshui Yang, Haiyan Li, Jitao Chen, and Shihong Zhang. An ~34 m.y. astronomical time scale for the uppermost Mississippian through Pennsylvanian of the Carboniferous System of the Paleo-Tethyan realm. Geology, 2019, 47(1): 83-86. [IF2017=5.073]
全文链接：https://doi.org/10.1130/G45461.1