早石炭亚纪是地球发展历史中古地理、古气候和古海洋发生重要变化的一个的转折期.该期陆上维管植物大量繁盛,有机碳储库增加;冈瓦纳大陆漂移,北非与劳伦大陆在赤道附近拼合,全球的洋流循环系统和热传输系统发生重大改变,致使大气圈pCO2降低、全球气候变冷、冰川活动加强,最终导致全球从泥盆纪的“温室地球”进入了石炭纪-早二叠世的“冰室地球”。由于冰成岩地层通常缺乏精细的年龄对比依据,早期先形成的冰川沉积物可能被后期冰川所侵蚀,同时广布的大陆冰盖仅能保存为少量的陆相沉积记录,因此研究古生代冰期最好的方法是分析当时低纬度地区地层中冰川性海平面变化和稳定碳氧同位素记录。　　 早石炭亚纪黔桂地区地处上扬子被动大陆边缘,继承了晚泥盆世台盆相间的古地理格局,沉积相和沉积体系类型十分丰富,地层连续;发育较弱的裂谷作用,总体上构造相对稳定;并且当时位于赤道附近,发育了祥摆组和寺门组2套煤系地层,主要为温暖湿润的气候条件,是研究当时海平面变化和碳氧同位记录最好的研究区域之一。　　 本文旨在较精细的生物地层格架下,以黔桂地区下石炭亚系不同沉积相区沉积物的沉积相特征和碳同位素记录为主要研究内容,通过研究不同沉积相区的沉积体系垂向上的演化特征,分析当时的全球海平面变化,并且结合碳同位素演化规律,来反映早石炭亚纪冰期-间冰期旋回。　　 基于对黔桂地区重点剖面和一般剖面的详细研究,结合前人大量的研究资料,依据研究区域的沉积大地构造背景,岩相类型和生物地层资料重新清理了黔桂地区的下石炭亚系地层系统,将黔桂地区下石炭亚系划分为四个地层分区:Ⅰ,贵州威宁-广西桂林分区,包括岩石地层单位汤粑沟组(C1t)、簸箕湾组(C1bj)、祥摆组(C1x)、旧司组(C1j)、上司组(C1s)、大埔组(C1-2d)、尧云岭组(C1y)、英塘组(C1yt)、黄金组(C1h)、寺门组(C1sm)和罗城组(C1l)、五指山组(D3-C1wz)、王佑组(C1w)、睦化组(C1m)、打屋坝组(Cldw)、鹿寨组(C1lz);Ⅱ,贵州普安-广西来宾分区,包括岩石地层单位五指山组(D3-C1wz)、鹿寨组(C1lz)、巴平组(C1bp)、南丹组(C1-P1nd)、下如牙组(C1xr)、上如牙组(C1sr)、隆安组(C1la)、都安组(C1d)和大埔组(C1-2d);Ⅲ,广西隆林-靖西分区,包括岩石地层单位“鹿寨组”(“C1lz”)、“巴平组”(“C1bp”)、隆安组(C1la)、都安组(C1d)和大埔组(C1-2d);Ⅳ,钦防地层分区,岩石地层单位仅有石夹组(C1sj)。　　 对4条重点剖面(贵州独山剖面、贵州惠水王佑剖面、广西巴平剖面和广西隆安剖面)进行了牙形石生物地层研究,研究发现:独山剖面属于浅水沉积型,牙形石含量很低,仅在汤耙沟组12层-16层发现少量牙形石分子,主要为Siphonodellapraesulcata、Si.levis和Cl.cavusformis。据此,在汤耙沟组下部建立了Si.levis带;王佑剖面汤耙沟阶29件样品中产牙形石2000余枚,鉴定计有13个属43个种。本次研究中,在王佑地区首次识别出U.Si.Crenulata-Si.isosticha带,此带的底界以Gnathodusdelicatus的首次出现为标志,位于睦化组中第5层,距离睦化组底界275cm处。王佑剖面汤粑沟阶自下而上,可以识别出M.Si.Praesulcata带、U.Si.praesulcata带、Si.sulcata带、L.Si.dupHcata带、U.Si.duplicata带、Si.sandibergi带、L.Si.crenulata带和U.Si.crenulata-Si.isosticha带8个牙形石带:巴平剖面共鉴定出牙形石台形分子9属19种,自下而上分别识别出M.Si.praesulcata带、G.Bilineatusbilineatus带、Lochrieaziegleri带、G.bilineatusbollandensis带、Declinognathodusnodulifeursnoduliferus带和ldiognathoidessulcatus带6个牙形石带;隆安剖面汤粑沟阶地层中发现11个属50个种,其中包含2个新种和2个新亚种。自下而上识别出Polygnathusspicatus带、Siphonodellahomosimplex带、Si.sinensis带、Si.dasaibaensis带、Polygnathuscommuniscarina顶峰带、Gnathoduscuneiformis带和Po.communislonganensissp.nov.带等7个汤耙沟阶牙形石带;牙形石Po.spicatus分子可广泛可见于美国Missouri、Oklahoma、Iowa、Montana、欧洲英格兰、波兰、澳大利亚BonaparteGulfBasin、中国四川龙门山和广西隆安剖面浅水相区。该分子的首次出现可以作为浅水相区泥盆系与石炭系界线的标志。　　 重点剖面的岩石类型、微相特征、沉积构造和生物特征显示,在浅水陆棚相区独山剖面中包括滨岸沼泽相、临滨相、内陆棚相、混积陆棚相、开阔台地相、局限台地相、台内浅滩相和点礁相等8个沉积相类型;台间盆地边缘相区王佑剖面中包含台间盆地相、斜坡相、深水陆棚相、内陆棚相、台地边缘浅滩相、开阔台地相和局限台地相7个沉积相类型;台间盆地相区巴平剖面中划分出深水陆棚相、台间盆地相和斜坡相3个沉积相类型;孤立台地相区隆安剖面可以划分出、开阔台地相、深水开阔台地相、局限台地、台地浅滩相、潮坪相5个沉积相类型。结合前人在区域上的研究资料,黔桂地区早石炭亚纪划分出海岸、陆源碎屑陆架、混积陆架、碳酸盐台地、斜坡、台盆和深水盆地等7个沉积体系。　　 碳酸盐岩、腕足壳的碳同位素分析,以及腕足壳和牙形石氧同位素分析已经被广泛用来重建石炭纪-早二叠世的碳循环、古海洋温度和冰川作用。晚古生代的3次冰期以及晚奥陶世、新生代冰期与碳同位素的正向偏移均有很好的相关性。δ13C的正向偏移已经成为指示石炭纪冰期的有效标志之一。黔桂地区下石炭亚系巴平和隆安剖面的δ13C值基本上未受大气淡水成岩作用和后期成岩蚀变作用,记录了原始的碳同位素组成;独山剖面中的大部分样品保存了原始的同位素组成,然而部分样品(N=18)主要形成于混积陆棚,经历了强烈的大气淡水成岩作用或后期的成岩蚀变作用,不能反映正常海水的同位素组成。下石炭亚系旧司阶-德坞阶,独山剖面微晶方解石δ13C分布于-0.6～4.05‰之间,平均值为2.12‰;隆安剖面碳酸盐岩δ13C分布于0.37～3.32‰之间,平均值为2.01‰;巴平剖面碳酸盐岩δ13C分布于1.29-3.08‰之间,平均值为2.28‰,表明δ13C的背景值受沉积环境控制。独山剖面和隆安剖面浅水碳酸盐岩的δ13C易受有机质氧化作用影响,背景值较低;巴平剖面深水陆棚相碳酸盐岩δ13C基本上不受大气淡水成岩蚀变作用影响,反映了正常海水原始的碳同位素组成,背景值较高。黔桂地区下石炭亚系共识别出了5个δ13C明显的正向偏移:　　 δ13C值第1次明显的正向偏移发生在汤耙沟阶中部。隆安剖面Si.dasaibaensis带中部(大致相当于S.inosticha-.U.S.crenulata带)δ13C从-0.61%逐渐升至3.58‰,偏移量为4.19‰;独山剖面汤耙沟阶中部(G.typicus带?)δ13C从-0.27‰上升至4.89‰,偏移量可达5.16‰;汤耙沟阶中部(G.tyNcus带?),黔桂地区腕足壳方解石δ13C从-0.3‰上升至6.5‰,偏移量可达6.8‰。　　 δ13C值第2次明显的正向偏移发生在隆安剖面汤耙沟阶/旧司阶界线之下,对应于隆安组/都安组岩石地层界线,δ13C从-1.42‰速升至3.32‰,偏移量可达4.65‰。　　 δ13C值第3次明显的正向偏移发生在旧司期晚期,独山剖面微晶方解石δ13C正向偏移,由-0.61‰上升至4.05‰;巴平剖面在旧司阶与上司阶界线附近可见一个小幅度的正向偏移,从2.05‰上升到2.89‰,偏移量为0.94‰;黔桂地区旧司期中期正常海洋环境中腕足壳方解石δ13C值为0.7‰,到旧司期晚期,δ13C逐渐上升至5.6‰;　　 δ13C值第4次明显的正向偏移发生在上司期晚期,独山剖面上司阶上部,δ13C开始发生正向偏移,从下部的-0.66‰上升至3.00‰;隆安剖面δ13C从037‰升至2.47‰;黔桂地区上司期中期正常海洋环境中腕足壳方解石δ13C值为1.6‰,至上司期末期逐渐升至6.6‰。　　 δ13C值第5次明显的正向偏移发生在德坞期晚期,隆安剖面德坞阶中部,δ13C从0.569‰上升至2.24‰,偏移量为1.68‰。穿过下石炭亚系/上石炭亚系界线,δ13C继续上升,可达3.18‰;巴平剖面自德坞阶Lo.ziegteri带上部开始,δ13C值从2.22‰快速上升至3.4‰,偏移量为1.23‰;独山剖面δ13C从0.90‰开始上升,在德坞阶上部达到3.34‰:黔桂地区腕足壳方解石δ13C从2.4‰上升至5.4‰。　　 黔桂地区下石炭亚系δ13C值5次明显的正向偏移与沉积体系或者沉积体系内部沉积相的转变所反映的海平面下降一致,并且分别对应于当时低纬度地区北美和欧洲等地的海平面下降、旋回地层形成、碳氧同位素的正向偏移和高纬度地区冈瓦纳大陆广布的冰川,反映了全球海平面的下降和早石炭亚纪成冰期。