波罗的海地区桑德比阶-下凯迪阶牙形石生物地层的重新定义：对奥陶纪地层对比的革新

《Geological Magazine》：Redefinition of the Sandbian–lower Katian conodont biozonation of Baltoscandia

【编辑推荐】本文针对波罗的海地区传统上桑德比阶牙形石生物地层与同名物种实际分布不匹配的问题，研究人员通过重新研究立陶宛、乌克兰等多地剖面，修订了桑德比阶至下凯迪阶的牙形石生物地层划分方案，废弃了不适用的Amorphognathus inaequalis带，新建A. viirae带，并重新定义了多个生物带。这项研究提高了地层对比的精度和可靠性，并为全球奥陶纪地层对比提供了重要依据。

　　

在古老的地质历史中，奥陶纪是生命演化的重要时期，而精确的地层对比是重建这一时期古环境和生命演化历史的关键。波罗的海地区是研究奥陶纪地层的经典区域，其传统的上奥陶统牙形石生物地层方案由Bergstr?m于1971年建立，后经Dzik（1978）和Bergstr?m（1983）修订，并沿用了数十年。然而，近年来新的研究发现，传统的生物地层方案与关键牙形石物种的真实分布范围存在显著的不匹配，这给该地区的地层划分与对比带来了巨大的挑战。

问题的核心在于，作为关键带化石的长身物种Amorphognathus tvaerensis，其形态在其分布区间内发生了显著变化，较老和较年轻的代表分子差异很大，后者近期被描述为新种A. viirae。同时，之前在北波罗的海区域被归入A. inaequalis的标本，实际上与A. tvaerensis是同种的，而真正的A. inaequalis在该区域是缺失的。这使得传统的A. inaequalis牙形石亚带在该区域的应用失去了基础，亟需对现有的生物地层方案进行修订。

为了解决这些问题，由T. Paiste领衔的研究团队对波罗的海地区及乌克兰的多个关键钻孔剖面（如立陶宛的Bliudziai-150和乌克兰的Kovel-1）的牙形石组合进行了重新研究，并对比了爱沙尼亚和瑞典的已有资料。他们的研究成果《Redefinition of the Sandbian-lower Katian conodont biozonation of Baltoscandia》发表在《Geological Magazine》上，正式提出了一个修订后的桑德比阶至下凯迪阶牙形石生物地层方案。

这项研究主要依赖于牙形石生物地层学分析这一关键技术方法。研究人员系统复查了来自波罗的海地区多个典型剖面（包括爱沙尼亚的Kerguta-565、Mehikoorma-421、Ruhnu-500等钻孔，瑞典的Fj?cka主剖面，立陶宛的Bliudziai-150钻孔以及乌克兰的Kovel-1钻孔）的牙形石标本收藏。通过对关键牙形石物种（如Baltoniodus, Amorphognathus属的物种）的首次出现层位（FAD）进行精确鉴定，并结合碳同位素（δ¹³C_carb）化学地层数据，重新定义了生物地层的界线。

修订后的桑德比阶牙形石生物地层

修订后的地层方案包含了从老到新的以下几个牙形石带：

1. 1.
   Baltoniodus variabilis 带：以B. variabilis的首次出现（FAD）为底界。它代表了达瑞威尔阶最上部至桑德比阶最下部，对应于斯堪的纳维亚地区的Segerstadian区域阶上部以及东波罗的海地区的上Uhaku阶和下Kukruse阶。
2. 2.
   Amorphognathus tvaerensis 带：以A. tvaerensis的FAD为底界。该带对应于桑德比阶下部，斯堪的纳维亚的Dalbyan区域阶最下部，以及东波罗的海的Kukruse阶中部。
3. 3.
   Baltoniodus gerdae 带：以B. gerdae的FAD为底界。它代表了桑德比阶中部，斯堪的纳维亚的Segerstadian阶下部，以及东波罗的海的Kukruse阶上部和Haljala阶下部。
4. 4.
   Amorphognathus viirae 带：以新种A. viirae的FAD为底界。该带对应于桑德比阶上部，斯堪的纳维亚的Dalbyan阶中部，以及东波罗的海的Haljala阶上部。
5. 5.
   Baltoniodus alobatus 带：以B. alobatus的FAD为底界。它代表了桑德比阶上部和凯迪阶最下部，斯堪的纳维亚的Dalbyan阶上部，以及东波罗的海的Haljala阶上部和Keila阶最下部。
6. 6.
   Amorphognathus superbus 带：以A. superbus的FAD为底界，标志着凯迪阶的正式开始。它对应于凯迪阶下部，斯堪的纳维亚的Dalbyan阶上部和Moldaan阶下部，以及东波罗的海的Keila阶上部至Nabala阶下部。

关键物种的分布与对比意义

重新研究发现，A. inaequalis在波罗的海地区乃至乌克兰西部均缺失，因此在该区域使用同名的牙形石带是错误的，应予以废弃。修订后的地层方案统一以各带化石的FAD作为生物带的底界，均为间隔带（Interval Zone），这提高了牙形石地层划分的清晰度和在未来研究中的应用一致性。

研究还确认了A. viirae在所有研究的波罗的海剖面中均有出现，是一个可靠的区域性对比标志。通过对凯迪阶底界层型剖面中牙形石标本的再研究，提出凯迪阶的底界对应于A. viirae分布范围的上部，而非之前认为的A. superbus带底界。桑德比阶内部两次显著的碳同位素漂移——桑德比阶下部负碳同位素漂移（LSNICE）和Guttenberg碳同位素漂移（GICE），与新的牙形石带具有很好的对应关系：LSNICE的低值出现在A. tvaerensis带内，而A. superbus带的底界位于GICE区间内，接近其峰值位置。

研究结论与重要意义

本研究的主要结论是：首先，A. inaequalis在波罗的海-斯堪的纳维亚地区缺失，其同名生物带不应再使用。其次，桑德比阶的底界位于B. variabilis带内部，但B. variabilis与其前驱B. alatus之间的过渡关系仍需进一步分类学研究以明确其FAD的精确位置。第三，新种A. viirae的分布被确认，且凯迪阶的底界应位于A. viirae分布范围的上部，早于A. superbus的出现。基于此，研究正式重新定义了波罗的海地区的桑德比阶牙形石生物地层序列，建立了从下到上的B. variabilis带、A. tvaerensis带、B. gerdae带、A. viirae带和B. alobatus带。所有生物带的底界均以带化石的FAD定义，这大大提升了地层划分的清晰度和未来应用的可靠性。此外，碳同位素地层（LSNICE和GICE）与新建牙形石带具有良好的对应关系，为综合地层对比提供了有力支持。

这项研究的重要意义在于，它解决了长期困扰波罗的海地区奥陶纪地层对比的关键问题，提出了一个更精确、更可靠的牙形石生物地层框架。这一修订不仅提高了区域地层对比的精度，也使得波罗的海地区的牙形石序列能够更好地与全球标准（如笔石序列和全球层型）进行对比，对理解奥陶纪古环境变化和生物演化事件（如GICE事件）的时空分布具有重要价值。修订后的方案为未来该地区及全球范围内的奥陶纪地层学研究奠定了更坚实可靠的基础。