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一、概述

在石炭纪（约.9-.9Ma），大部分以前独立的大陆合并形成了唯一的显生宙超大陆——泛大陆（Pangea）。按照国际年代地层表，石炭纪是显生宙中唯一被划分为两个子系统的地层系统，一是密西西比亚系（早石炭世），包括杜内期、维宪期和谢尔普霍夫期；另一个是宾夕法尼亚系（晚石炭世），包括巴什基里期、莫斯科期、卡西莫夫期和格舍尔期。

二、构造和火成活动

1.泛大陆聚合（PangeaAssembly）

在石炭纪，冈瓦纳和劳伦西亚大陆（Laurussia）不再是独立的超地体，在Ma左右合并形成泛大陆。美国南部早石炭世沃希托（Ouichita）盆地的下挠作用（down-warping）是此次碰撞的前兆，该地区随后的沃希托造山运动直接反映在俄克拉何马州中石炭世首次出现的挤压变形中。

造山活动在晚石炭世达到高峰，两大陆合并的最后阶段在早二叠世完成。沃希托山脉及附近走滑断层的大量证据表明这两个巨大的大陆是斜向相撞。在此期间，劳伦西亚大陆通过侧向走滑断裂移动了约km的距离，并发生了相当大的旋转。可能是由于劳伦西亚的庞大构造以及走滑断层作用，冈瓦纳-劳伦西亚联合大陆对沃希托造山带以北区域没有造成太大的构造活动，对南美和北非古老冈瓦纳克拉通内侧也没有造成较大的构造影响。

2.大洋变化

在这一时期，泛大洋（PanthalassicOcean）仍然占主导地位(DomeierandTorsvik,)。晚泥盆世时，在海西期造山运动中，位于冈瓦纳和劳伦西亚之间的Rheic洋在西北端关闭，但在早石炭纪时南部部分仍保留着。尽管到石炭纪中期，它已经演化为泛海的众多板块之一。蒙古-鄂霍次克海海洋之间逐步关闭，从西到东，西伯利亚和蒙古鄂霍次克海、阿穆尔大陆（Amuria）沿着缝合线拼合，在石炭纪就关闭了。位于西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木和阿穆里亚一角之间的突厥斯坦洋，逐渐变小。

在华北大陆、阿穆尔大陆和华南大陆之间有古亚洲洋，一般指代劳伦西亚和西伯利亚之间的海洋区域。古特提斯洋仍然是除了泛大洋之外最大的海洋，并且始终保持着巨大的规模。

石炭纪古板块位置图：（a）Ma（杜内期），（b）Ma（谢尔普霍夫期），（c）Ma（莫斯科期）

A,安娜米亚；K,哈萨克斯坦；Mo,蒙古-鄂霍次克洋；NC,华北；PGZ,地幔柱生成带(plumegenerationzone)；Q,南秦岭；Pa,古亚洲洋；Sa,斯来得山-安格亚乌查姆洋（SlideMountain–AngayuchamOcean）；SC,华南；SP,南巴塔哥尼亚；T,塔里木；Tg,塔吉尔岛弧；Tu,突厥斯坦洋。

Ma（维宪期）冈瓦纳和邻区古地理

NZ,新西兰;T,土耳其;TI,南极瑟斯顿岛

3.华力西造山运动（VariscanOrogeny）

复杂的华力西造山运动影响了旧波罗的海克拉通西南部的欧洲大部分地区，在志留纪末期开始，并在晚泥盆世和早石炭纪继续达到其最大活动。加利西亚-莫尔达努比海在早石炭纪变窄并封闭。在Ma维宪阶结束时，大部分原始华力西运动已完成，尽管该区域仍有许多火成活动。然而，华力西期随后继续进入另一个阶段，该地区整合形成盘古大陆的一部分以及岩基侵入。

虽然劳伦西亚和冈瓦纳大陆之间形成泛大陆的主要碰撞不在中欧地区，但在碰撞之前，两个主要大陆之间发生了非常大的走滑运动，这进一步使情况复杂化，这可以通过比较冈瓦纳大陆的不同部分看出。例如，在今天的伊比利亚半岛上看到的通常被认为是华力西期内的双斜，大约形成于石炭纪-二叠纪边界时间，似乎代表了冈瓦纳大陆边缘公里长的部分，由于冈瓦纳-劳伦西亚大陆碰撞的缓慢结果而完全扭曲。在伊比利亚碰撞之前，两侧的盆地加深，盆地两侧充满了浊积岩，其对侧具有不同的锆石，表明伊比利亚中部的奥萨-莫雷纳带起源于Rheic洋的冈瓦纳大陆边缘。在今天的大西洋边缘，向东延伸到埃及，华力西造山运动达到了顶峰（比较我们最新的泥盆纪和石炭纪地图），包括Rheic海洋的关闭和欧洲的湍流事件。早石炭世伸展构造导致地堑，如苏格兰的米德兰河谷和德国的莱茵地堑。华力西期在北美洲东部阿巴拉契亚地区有代表性，在那里被称为阿勒格汉造山运动，它涉及许多地壳缩短和其他复杂的构造活动，向北延伸到新英格兰。

4.西冈瓦纳大陆

在欧洲南部和非洲北部，劳伦西亚-冈瓦纳大陆碰撞,是导致华力西期造山运动实质性和长期性的若干因素之一。但是，几乎所有南欧国家早在石炭纪之前就已经离开了冈瓦纳大陆，因此，只有在非洲西北部，冈瓦纳大陆本身才有这种影响：在摩洛哥，随着晚泥盆世到早石炭纪的转换张性沉积盆地的发展。摩洛哥梅塞塔东部和西部边界地区的维宪阶也有一个较小的构造阶段，晚石炭世有一个更重要的事件，区域缩短影响了整个梅塞塔和安蒂阿特拉斯山脉，都在古特提斯洋以南。在南美洲西南部，早石炭世花岗岩侵入阿根廷的Precordillera地体西部，从Ma到Ma，峰值约为Ma，以及该地区最大岩基的侵入，锡耶拉斯潘皮纳斯Ma处的Achala花岗岩，被解释为被动冈瓦纳大陆边缘内侧的碰撞后/板块破裂型花岗岩。晚石炭世，阿根廷门多萨附近的冈瓦纳大陆西部边缘带存在弧后火山作用，该火山作用在陆上相和海底相上均被挤压。

5.东冈瓦纳大陆

与西冈瓦纳相比，冈瓦纳大陆中南部和东部地区受其劳俄大陆（Laurussia）的联合影响较小，因为非洲东北部的北缘和亚洲的中东和远东地区基本上是被动的。然而，澳大利亚板块的东部边缘继续活跃。在澳大利亚东部，雅勒尔造山带和新英格兰造山带有进一步的弧增生和地壳扩大，包括晚泥盆世到石炭纪的变形。晚石炭世，澳大利亚Ma的金伯利岩产于Tuzo地幔柱生长带。尽管西藏的拉萨岩层被描绘成离开维宪期前的喜马拉雅山脉,没有证据表明，断裂和随后的海底扩张发生在这段时间里,从而得出该地区新特提斯洋二叠纪早期才打开。

虽然大部分冈瓦那大陆的北部边缘是被动的，相比之下，今天大陆的南部和西南部边缘，造山运动造成非常广泛的俯冲带活动，称为Gondwanides造山运动。例如，在东南极洲，泥盆纪石炭纪海西花岗岩受到侵入，陆上加里波利火山岩被挤出，两者都跨越冈瓦纳克拉通和罗伯逊湾、鲍尔斯和威尔逊地体之间的边界，都在北维多利亚地的罗斯造山带内。

冈瓦纳大陆及邻区石炭纪莫斯科阶（Ma）古地理

MBL,MarieByrdLand；MT,Mixteca–Oaxaquia和SierraMadre的墨西哥地体；NZ,新西兰；TI,南极洲瑟斯顿岛。

6.东亚地区

华南-安纳米亚北部以及冈瓦纳大陆南部之间的古特提斯洋在整个时期内继续扩大。在安纳米亚，中石炭世下方有区域不整合面，已被确定为代表相对局部印支造山运动的第一阶段。中—晚石炭世，中国北方天山—北山地区中部向北疆地区增生，表明哈萨克斯坦大陆向西伯利亚周缘的初始增生。南天山地区南部发生了大量俯冲和逆冲断裂作用，特别是在-Ma之间的早石炭世，引起了大量变质作用，并在晚石炭世或早二叠世以南天山和塔里木的碰撞为高峰。古尔班赛汗地体中有岛弧火山活动，其北侧Ma（谢尔普霍夫阶）的西伯利亚周边南缘（戈壁-阿尔泰地区）有高度喷发的高原火山，为蒙古东南部地区盘古大陆内的增生和大陆拼合提供了时限。

西伯利亚及周缘板块晚石炭世（Ma）古地理

7.中亚地区

哈萨克地体区域的一些石炭纪增生发生在哈萨克斯坦大陆已经变得实质性之后，这一点由不整合地覆盖在Kokchetav–Ishim区下古生界（Ma）的大陆中石炭统岩石证实。在Atashu–Zhamshi（Ma）东北部，存在约Ma的晚石炭世蛇绿岩，以及晚石炭世至早二叠世火山岩和磨拉石。在Karatau–Naryn（单元），存在中泥盆世至中石炭世被动边缘，以及位于早石炭世至二叠纪大陆边缘的活动火山弧，火山岩与海相碳酸盐岩互层。在该单元的东南部，早石炭世时，岛弧岩石向南冲断碳酸盐台地，然后在大约-Ma时，巴什基尔阶和莫斯科阶早期出现红土和铝土矿沉积，然后在南部出现逆掩和复理石沉积，在大约Ma的莫斯科晚期，以橄榄岩和进一步的推覆体结束。

在今天哈萨克斯坦和中国的边界附近，塔里木附近和准噶尔地体之间的洋底逐渐俯冲在准噶尔（包括天山中部和北部）之下，主要是在大约Ma，这两个地区在最新的石炭纪结合在一起。对于准噶尔-塔里木微大陆是否也与前柴达木-祁连地体和阿拉善地体相结合，存在不同的看法。中石炭世至早二叠世，在塔里木和南天山之间发育了一系列推覆体，最终在两个地区之间的土耳其斯坦洋关闭后合并。下推覆体原是塔里木北缘被动俯冲的一部分。在中、晚石炭世，南北天山逐渐合并在同一个区域，随后是最新的石炭纪磨拉石矿床和缝合的早二叠世A型花岗岩。

三、沉积岩相带、植物区带和动物群特征

1.晚古生代冰期

泥盆纪末期，随着全球环境从温暖到凉爽的变化，石炭纪的大部分时间以及早二叠纪从到Ma，出现漫长而间歇性的冰期系列。除Parnaíba、Solim?es和Parecis盆地的晚泥盆世冰期岩外，该地区石炭纪第一阶段冰晶岩的年龄也从杜内期到晚维宪期(约-Ma)。然而，直到大约Ma的石炭纪，在谢尔普霍夫阶底部，冰原岩石沉积在冈瓦纳大陆和更远的更广泛的地区，与更温和的气候和大量的煤炭沉积有关。这标志着主要冰川作用的开始，整个晚石炭纪都非常重要，但在早二叠世达到顶峰，并扩展到许多古纬度。其影响远远超出了冰川地区；例如，在北美大陆中部，在莫斯科-格日勒期岩石中保存着大量的环点，直接反映了冈瓦南冰期的远场效应，其中含磷的黑色页岩反映了间冰期海平面上升导致的最大洪水事件，海退向上的互层海相灰岩和偶有古土壤反映了冰川高峰。

2.植物区带（FloralProvinces）

虽然在志留纪后期已经有了一些植物区系的描述，而且在泥盆纪，它们变得相当多样化，但直到石炭纪才能够有效地区分植物区系。蕨类植物第一次出现，与许多现代植物不同，古生代植物群主要通过风的作用传粉，而不是通过节肢动物等动物。DiMicheleetal.()回顾了至少在中石炭世，可以识别出四个区带，其中最著名的是冈瓦南省(以前称为舌蕨省)，它本质上是盘古大陆冈瓦南地区高纬度地区的特征。安加拉区(在北部高纬度地区集中在西伯利亚)，赤道附近，华夏，这是最好的在中国北部和南部的二叠纪，但是元素是来自中国和邻近地区晚石炭世冈瓦纳的，以及遍布欧洲和北美赤道地区的欧亚省，也延伸到冈瓦纳的温带边缘地区。这些植物区系在东亚的分布。

东亚地区石炭纪维宪期（Ma）古地理图

3.海洋底栖生物群

石炭纪时期，底栖无脊椎动物群从世界性的整体转变为地方性的，特别是在物种层面上。然而，就植物区系而言，这些区系差异只是部分由于地形的物理分离，但更重要的是由于纬度上的差异，而纬度上的差异又与当地温度有关，当地温度波动很大，特别是在冰盖较大的时期。因此，冈瓦纳的盘古大陆西部边缘有中大陆安第斯省和东部边缘特提斯乌拉利亚Franklinian省，主要为fusuline有孔虫。从二叠纪早期开始，这些动物群的进一步进化分离导致了生物地理分类从省份到领域的升级。石炭-二叠纪介形类在全球的分布表明东亚的介形类与泛古陆北美部分的分布有很大的不同，表明当时盛行的洋流可能是由西向东流动的。

腕足类动物，虽然在一般数量上具有多样性，但比预期的更具有世界性。然而，腕足类动物的露头比较有限，冈瓦纳很少发现；例如，在中石炭纪的大部分时期，澳大利亚没有发现任何腕足动物。在杜内期和维宪期地区，只有高纬度的冈瓦纳大陆具有Chilenochonetes和Septosyringothyris等特有属。基于智利和阿根廷相对较少的地点，才能与世界其他地区的古赤道地区区分开来。然而，由于大陆间的海道封闭形成了盘古大陆，到了谢尔普霍夫时代，在大约Ma，古赤道地区被划分为西伯利亚动物群的北部地区、盘古大陆以西的北美地区和盘古大陆以东的古特提斯地区，后者包括华北、华南和塔里木，各有特征性的特有属，尽管那里大约一半的腕足动物更具世界性。

4.陆栖动物群

石炭纪无脊椎动物区系以节肢动物为主，但其他门，如蠕虫和线虫，很少作为化石保存，可能也有数量。广翅目和蝎子是最大的节肢动物，有时近一米长，尽管有些生活在湖泊中，也有许多蜘蛛、千足虫和多足类。最早的昆虫出现在泥盆纪的Rhynie燧石中，但它们不会飞，昆虫飞行的发展发生在中石炭世的古网孔珊瑚属中，这个群体在二叠纪灭绝，但并非没有在石炭纪及其后产生相对爆炸性辐射，从而产生至今仍存在的许多目。在泥盆纪，脊椎动物已经进入陆地，但在早石炭纪，这些两栖动物的发育相对缓慢，它们的长度大多不到一米。然而，到石炭纪末，有40多个不同的科，包括最早的羊膜动物，包括爬行动物、鸟类和哺乳动物。

西伯利亚及周缘板块石炭纪维宪期（Ma）古地理图

文章出处：TorsvikTH,CocksLR.，EarthHistoryandPalaeogeography.CambridgeUniversityPress[M].Cambridge.-.doi:10./3