石炭纪（Carboniferous ），显生宙古生代第五个纪，晚古生代第二纪，以牙形刺Siphonodella sulcata(槽管刺)首次出现作为开始标志，其时间划分为358.9±0.4Ma~298.9 ±0.15Ma，历时约6000万年，设立两亚系七阶，应建立7枚“金钉子”，目前已建立3枚。石炭纪底界划分来自于同位素测年为358.9±0.4Ma的石炭纪底界——杜内阶底界“金钉子”；顶界划分来自于同位素测年为298.9 ±0.15Ma的二叠纪底界——阿瑟尔阶底界“金钉子”。
定名
编辑石炭纪英文（Carboniferous ）来源于拉丁语“carbo”（木炭）和“ferronus”（铁），或意大利语“Carbonarium”（木炭生产者）。1807年、1811年英国地质学家John Farey Sr（老约翰·法雷）首次提出“煤韵律层”一词，1822年，英国地质学家William Daniel Conybeare（威廉·科尼比尔）和William Phillips（威廉·菲利普斯）发布了《英格兰和威尔士的地质报告》一书，该书中首次将石炭纪称为Carboniferous。
时期划分
编辑国际地层年代表
2003年国际地质大会最终投票确立石炭系两亚系六统七阶的划分方案，两亚系自下而上分别为密西西比亚系、宾夕法尼亚亚系，其中的统并没有采用特定名称，其地层系统自下而上为密西西比亚系（下统杜内阶、中统维宪阶、上统谢尔普霍夫阶）、宾夕法尼亚亚系（下统巴什基尔阶、中统莫斯科阶、上统卡西莫夫阶、上统格舍尔阶）。截止至2023年4月，石炭纪已设立3枚金钉子。
亚系 | 统（世） | 阶（期） | GSSP批准时间 | 底界值（Ma） | 顶界值（Ma） | GSSP 位置 | 开始标志 |
宾夕法尼亚亚系（Pennsylvanian） | 上 | 格舍尔阶（Gzhelian） | —— | 303.7±0.1 | 298.9 ±0.15 | 未设立 | 牙形石Idiognathodus simulator (s.str.)首次出现 |
卡西莫夫阶（Kasimovian） | —— | 307.0±0.1 | 303.7±0.1 | 未设立 | 䗴（Protriticites）或近菊石类（Eothalossoceras）首次出现 | ||
中 | 莫斯科阶（Moscovian） | —— | 315.2±0.2 | 307.0±0.1 | 未设立 | 牙形石（Idiognathoides postsulcatus）或（Declinognathodus donetzianus）首次出现 | |
下 | 巴什基尔阶（Bashkirian） | 1996 | 323.2±0.4 | 315.2±0.2 | 美国内华达州拉斯维加斯市东北约75千米的箭头峡谷（Arrow Canyon）剖面 | 牙形刺（Declinognathodus noduliferus）—具节斜颚齿刺首次出现 | |
密西西比亚系（Mississippian） | 上 | 谢尔普霍夫阶（Serpukhovian） | —— | 330.9±0.2 | 323.2±0.4 | 未设立 | 牙形石（Lochriea ziegleri）首次出现 |
中 | 维宪阶（Visean） | 2008 | 346.7±0.4 | 330.9±0.2 | 中国广西壮族自治区柳州市的碰冲剖面 | 有孔虫(Eoparastaffella simplex)首次出现 | |
下 | 杜内阶（Tournaisian） | 1990 | 358.9 ±0.4 | 346.7±0.4 | 法国黑山地区的La Serre E′剖面 | 牙形刺（Siphonodella sulcata ）首次出现 | |
参考资料： | |||||||
中国地层表
中国地质调查局和全国地层委员会组织实施下，经原国土资源部批准（国土资[2014]374号）出版发行了《中国地层表(2014)》，《中国地层表》《中国地层指南及中国地层指南说明书》是中国地质行业标准规范重要内容之一，在参考国际地层学研究的基础上编制了中国地区的地层年代表，该地层表将石炭纪地层系统设立为两统七阶。
统（世） | 阶（期） | 中国年代表 | 底界值（Ma） | 顶界值（Ma） | 命名 | 命名点位 | 开始标志 |
上石炭统 | 格舍尔阶 | 逍遥阶 | —— | 299 | 丁蕴杰 1992年命名 | 中国陕西省镇安县西口区石门垭 | 牙形石（Streptognathodus）首现 |
卡西莫夫阶 | |||||||
莫斯科阶 | 达拉阶 | —— | —— | 侯鸿飞 1985年命名 | 中国贵州省盘县城东约30千米处达拉寨 | 尚待确定 | |
巴什基尔阶 | 滑石板阶 | —— | —— | 侯鸿飞 1985年命名 | 中国贵州省盘县城东约30千米处滑石板寨西侧 | 牙形石（Idiognathodus sculcatus parvus）带和䗴类（Pseudostaffella）带 | |
罗苏阶 | 318.1±1.3 | —— | 芮林、王志浩、张遴信1987年命名 | 中国贵州省罗甸县城以南约30千米的罗苏村 | 牙形石（Declinognathodus noduliferus ）和䗴类（Millerella marblensis）首现 | ||
下石炭统 | 谢尔普霍夫阶 | 德坞阶 | —— | 318.1±1.3 | 侯鸿飞1979年命名 | 中国贵州省贵定县城以南43千米的摆佐村 | 尚待确定 |
维宪阶 | 维宪阶 | —— | —— | —— | 中国广西壮族自治区柳州市的碰冲剖面 | 有孔虫(Eoparastaffella simplex)首次出现 | |
杜内阶 | 杜内阶 | 359.58 | —— | 曾命名为岩关阶，后未定义 | 贵州省独山县城以南14千米处的岩关群 | 牙形石（Siphonodella sulcata ）首次出现 | |
参考资料： | |||||||
地史特征
编辑全球构造
石炭纪的全球构造是泥盆纪的继续和发展，同时石炭纪又是一个全球板块构造活动强烈的阶段，海西构造运动（Hercynian orogeny）将南方的冈瓦纳大陆与北方的劳俄大陆靠拢并发生碰撞，在西欧和北美交接地段形成了莱茵-海西期地体和阿巴拉契亚山脉，原本位于冈瓦纳大陆和劳俄大陆中间的连接泛大洋和古特提斯洋的瑞克洋（Rheic Ocean）消失成为陆地。随着地势抬升，陆地面积增加，许多原本在泥盆纪时期为海洋环境的地区变成了动荡的浅海和过渡相环境。由土耳其、伊朗、阿富汗、西藏、印度和马来西亚组成的微大陆 西梅里亚（ Cimmeria）与华北板块、华南板块继续远离冈瓦纳大陆向北移动与西伯利亚板块靠近，最终在三叠纪晚期与西伯利亚板块碰撞。
晚石炭纪全球构造
地层及地理特征
石炭纪地层显示出明显的双分性，下部地层主要以海相沉积为主，代表着石炭纪早期的广泛海侵，上部地层以海陆交互相沉积为主，含丰富的煤层，以俄罗斯地台、南乌拉尔、西班牙北部、华南地区的地层发育完整，是全球石炭纪年代地层研究的理想区域。生物地层方面，石炭纪的生物快速发展，以牙形刺、有孔虫、菊石、四射珊瑚、腕足动物、苔藓虫、棘皮动物、放射虫为主的海洋生物繁盛，其有孔虫与牙形刺的演化成为地层划分和对比的重要标志化石，由于石炭纪地理分区特点的显著性，造成生物地层的全球对比相对滞后，“金钉子”系统并不完善。
石炭纪全球板块地层及构造
板块名称 | 包含 | 地层及构造特点 |
欧洲地区 | 西欧莱茵地区 | 早石炭世海侵活动广泛，一直向西至英国加里东褶皱带均受海侵活动影响，莱茵地区地槽主体下降，形成以页岩、砂岩、硅质岩和灰岩为主的碎屑岩层。早石炭世末期该地区发生了强烈的造山运动（苏台德运动，Sudetaian），海西带的主体部分褶皱上升为山区。晚石炭世时，形成海陆交互相含梅沉积，中欧大洋主体萎缩至末期称阿思杜造山运动(Asturian)，海侵结束，海水退却，形成莱茵海西褶皱山系 |
东欧及其邻区 | 俄罗斯地台：石炭世海侵活动广泛，地层发育较好，下层杜内期为浅海相灰岩。杜内期末发生海退，形成滨海沼泽含煤沉积，维宪期海侵扩大，形成生物灰岩沉积，上层为海相灰岩，生物化石丰富 乌拉尔地槽：位于古赤道附近，早石炭世以碳酸盐沉积为主。杜内期末乌拉尔东坡发生海退形成滨海沼泽沉积。早期火山活动微弱，后期地壳运动乌拉尔主体整体抬升，使欧洲地台和西伯利亚地台碰撞形成造山运动，结束地槽历史。地层中以富含䗴类、腕足类化石的灰岩为主，东坡以碎屑岩为主 | |
西伯利亚及其相邻地区 | 西伯利亚 | 地台区：大部分地区未受海侵影响，多为陆相沉积，仅在西北少部分地区受海侵影响，盛产坊锤贝，晚期全部地区抬升为陆地。地层发育多以陆相红层及火山岩为主，富含植物化石（安加拉叶、匙羊齿等），形成典型的安加拉植物群。晚期形成陆相含煤碎屑地层的通古斯群。 地槽区：西伯利亚地台南部，早期为海相沉积，以海相灰岩为主夹碎屑岩，下层盛产石燕贝类化石，上层多为䗴类、腕足类化石。晚期整体抬升为陆地，西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块相撞发生褶皱 |
北美地区 | 加拿大、美国 | 北美地台四周被地槽区包围，东部有阿帕拉契亚地槽，西部为科迪勒拉地槽，南部为奥契塔(Ouachita)地槽，地槽区地壳运动剧烈，不稳定性增加，曾发生过强烈的升降。受海侵活动的广泛影响，除加拿大地台为陆地外，大部分地区均为浅海相灰岩沉积，动物化石以海百合、菊石和腕足类为主，下石炭统发育良好。早石炭世末，受地壳活动影响东部阿帕拉契亚地槽抬升为陆地，石炭系上、下统地层呈不整合接触。上石炭统以陆相为主，仅剩少量海相地层，富含植物化石 |
冈瓦纳大陆 | 冈瓦纳大陆主体为陆地，仅在边缘少数地区有少量早石炭世海相碳酸盐沉积，珠穆朗玛峰北麓位于冈瓦纳板块北侧陆缘带，石炭系地层较为完整，以浅海碎屑岩为主。晚石炭世受海西运动形响，海水全部退出。冈瓦纳大陆主体形成巨厚陆相碎屑岩夹冰碛层沉积及同时存在舌羊齿植物群和冷水型动物群，意味着此时的冈瓦纳大陆发生过冰期事件，从冰碛物的广泛分布来看应为大陆冰盖 | |
中国 | 华北地区 | 华北地台早石炭世上升为陆地，受风化剥蚀影响普遍缺失下石炭统，晚石炭世初期，地壳开始下降，海水人侵，形成海陆交互相含煤沉积，直接覆盖于奥陶系地层之上 |
华南地区 | 华南地区石炭系地层发育完整、出露良好、化石丰富、岩相分异显著。早石炭世初期受海侵影响，形成泥盆系与石炭系之间的沉积间断，受活跃的板块活动影响，海水时进时退，下石炭统多为海陆交互相沉积。晚石炭世海侵范围扩大，普遍发育碳酸盐沉积 | |
参考资料 | ||
矿产资源
石炭纪的矿产以沉积型矿产为主，以煤、铁、石油、铝土矿为主，石膏、盐类也是石炭纪的常见矿产种类。
煤
石炭纪、二叠纪是世界上最重要的成煤时期，热带潮湿的气候形成大量的森林地区，它们分布的地方往往形成大型煤田，石炭纪形成的煤炭储量约占世界总储量的二分之一以上，其煤层特点有着煤层厚、质量好、规模大的特点。目前世界各国开采的主要煤田都属于石炭纪时期产生的，分布广，如西欧的鲁尔煤田、萨尔煤田、苏联的顿巴斯煤田、美国阿帕拉契亚近海煤田、中国山西省煤矿、中国贵州省六盘水煤矿、中国陕西省渭北煤矿等。
铁矿
海侵超覆及其对古风化壳改造有关的沉积矿产，主要以赤铁矿和菱铁矿为主，如中国的山西式铁矿。
锰矿
沉积型矿产，一般呈层状、脉状分布，菱锰矿、锰方解石为主，中国广西壮族自治区的锰矿大多形成于下石炭统。
锰矿
铝土矿
海侵超覆及其对古风化壳改造有关的沉积矿产， 广泛分布于世界各地的煤系中，多形成于海侵时期超覆在陆地地层的剥蚀面上，沿海岸线分布，中国黔中—渝南一线的铝土矿大多形成于石炭纪。
铝土矿
石膏及盐类
蒸发岩类矿产，产出时代以早石炭世为主，受海侵活动影响形成泻湖、闭盆、海湾环境，如中国湖南省双峰县梓门桥石膏矿床形成于早石炭世。
气候环境
石炭纪的气候是一个逐渐变冷的时期，早期的气候较为湿润，仅南方大陆的阿根廷、玻利维亚等地有冰川活动，气候分带不明显。随着陆地系统的扩大，陆生植物大量发展，森林系统的建立通过光合作用消耗了大量的二氧化碳，使得大气中的含氧量急剧上升，接近地质历史的峰值。石炭纪晚期，随着冰室效应的增加，气候急剧变冷，气候开始从湿润气候向干旱气候转换，雨林系统崩溃，活跃的构造运动形成了许多高大山系，阻断了全球的环流系统，导致气候分带日益明显。根据古地磁资料显示，石炭纪的南极位于冈瓦纳大陆南极洲地台上，北极地区位于西伯利亚，古赤道穿过北美洲中部、西北欧、华北地台、华南地台。在南方冈瓦纳大陆南部地区发育了大规模的冰川覆盖，北方高纬度地区以滨海环境为主，并未发现大规模的冰川覆盖。从地层分布特点看，随着气候和地势差异的不断扩大，石炭世晚期形成了寒带、热带—亚热带、温带三种气候类型和相应的植物、动物地理分区。
生命发展
无脊椎动物
石炭纪的海生无脊椎动物与泥盆纪相比显著不同，主要是䗴类的兴起和牙形刺的辐射发展，成为地层划分和对比的依据。石炭纪时期以珊瑚、腕足类生物为主，三叶虫衰退剩少数几属，笔石灭绝。海生无脊椎动物以冷、暖水型动物群种划分为3个生物地理区，分别是欧亚区、北美区和东澳大利亚区，分别对应着热带、亚热带和温带的气候特征。
石炭纪主要无脊椎动物种类及变化
名称 | 所属科目 | 出现时期 | 灭绝时期 | 石炭纪变化 | 特征标志及常见物种 | 参考资料 |
䗴类 | 有孔虫界有孔虫门 | 石炭纪 | 二叠纪 | 繁盛阶段、快速演化 | 早石炭世晚期的䗴类多为单层式旋壁的原始䗴类，壳体小，结构简单，如始史塔夫䗴（Eostaffella）等；晚石炭世的䗴类大量出现，旋壁为三层式或四层式，旋璧具透明层，壳体呈纺锤形，旋脊发育，个体逐渐增大，如纺锤䗴（Fusulina）等 | |
珊瑚类 （Coral） | 未灭绝 | 繁盛 | 石炭纪珊瑚辐射演化为各种复杂类型，主要有双带型珊瑚、三带型单体和复体珊瑚、横板珊瑚，晚石炭纪时期珊瑚种类有所减少 | |||
腕足类（Brachiopoda） | 腕足动物门 | 寒武纪早期 | 未灭绝 | 繁盛阶段 | 较泥盆纪时期略有减少，约有300属，长身贝目大量兴起、石燕贝目继续发展，无洞贝目及扭月贝目于早石炭世后完全灭绝。 早石炭世以始分喙石燕（Eochoristitcs）、大长身贝和甘肃贝)（Kansuella）为代表；晚石炭世以分喙石燕（Choristitos）和太原府古长身贝（Antiquatonia taiyanfwensis）为代表 | |
头足类（Cephalopoda） | 软体动物门 | 寒武纪 | 未灭绝 | 繁盛阶段 | 石炭纪分带建阶的重要化石。主要代表有加登道夫菊石（Gattendorifica）、真形菊石（Eumorphoceras）、腹棱 菊石（Gastrioceras）、叶形石菊石（Schistoceras） |
脊椎动物
石炭纪—二叠纪是两栖类发展的时代，石炭纪形成数量众多的森林沼泽为两栖类的发展提供了良好的环境，陆地的不断抬升，气候的变化使得石炭纪晚期出现了原始的爬行类（林蜥），动物界进一步摆脱了对水体的依赖。
石炭纪脊椎动物主要物种及变化特点
名称 | 发展阶段 | 特征标志及常见物种 | 参考资料 |
鱼类 | 化石种类较少，研究薄弱 | 石炭纪时期的鱼类化石较少，泥盆纪时期的无颌类鱼和盾皮鱼类绝迹。以少量棘鱼类、辐鳍鱼类和软骨鱼类稍有发展，软骨硬鳞鱼类是当时重要的硬骨鱼，以古鳕鱼(Palaeoniscus)为代表 | |
两栖类 | 蓬勃发展 | 多生活于河湖、沼泽近水地带，主要由迷齿类(或坚头类)组成，以鱼石螈类的早期后商的石炭蜥类(Anthracosaurs)为代表 | |
爬行类 | 始现 | 脊椎动物史上的一大飞跃，脱离水体限制，出现于石炭纪晚期，以北美宾夕法尼亚纪早期地层中的林蜥(Hylonomus)为代表 | |
昆虫类 | 大量出现 | 石炭纪的昆虫有古翅式和新翅式多种类目，其物种多为翅膀只能上下运动，不能折叠在身上的古翅类昆虫，后期演化为体型小巧、翅膀可以上下前后灵活运动，并可以向后折叠贴于腹部的新翅类昆虫，如巨型古蜻蜓，有些蜻蜓个体巨大，两翅张开时大者可达70cm；除巨型蜻蜓外，石炭纪的巨虫还有蜘蛛、千足虫(又称马陆)等许多巨虫，石炭纪也因此被称为“巨虫时代” |
植物类
石炭纪的植物以石松类、有节类、真蕨类、种子蕨类和科达类为主。早石炭世的植物群与泥盆世植物群比较接近，以一些原始的蕨类为主，如古芦木（Archaeocalamites）、针羊齿（Rhodea）等，只能适应单一的滨海低地环境，植物形态和结构无明显差异，地理分区不明显。中、晚石炭世植物开始繁荣，盛产高大的石松类植物，有节类、真蕨类和种子蕨类得到迅速发展，常见的品种有鳞木（Lepidodendron）、轮叶（Annularia）、芦木（Calamiies）、脉羊齿（Neuropleris）、网羊齿（Linopleris）、科达树（Cordaites）。受古地理和古气候分异的影响，出现了明显的植物地理分区，以古赤道为界，将植物群划分为南方植物群和北方植物群。位于冈瓦纳大陆上的植物群被称为南方植物群，也叫作冈瓦纳植物群，南方植物群位于热带植物区以南的广大地区，包括南非、南美、澳洲和印度等地，以灌木、草本植物为主。以舌羊齿分布最广，又称为舌羊齿植物群，属种单调，反映了南方大陆温凉的气候特点。位于劳俄大陆上的植物群被称为北方植物群，根据其地理位置特点又可将其分为3个植物区，分别是安加拉温带植物区(又称通古斯植物群)、欧美热带植物区、华夏热带植物区。
北方植物群分区及分类
名称 | 所含地区 | 气候特点 | 主要植物种类 | 参考资料 |
安加拉温带植物区 | 西伯利亚、哈萨克斯坦、中国新疆天山-内蒙古阴山以北、北欧 | 温带偏凉 | 以草本的真蕨和种子蕨为主，木本植物年轮显著。代表属有匙叶（Neoggerathiopsis）、安加拉羊齿（Angaropteridium）等 | |
欧美热带植物区 | 西欧、北非和北美东部一带 | 热带、亚热带 | 以高大的石松类、有节类和科达树为主，真蕨种子蕨也较多，树高林密，枝叶繁茂，形成热带森林景观 | |
华夏热带植物区 | 热带湿润气候 | 形成于晚石炭世晚期，与大量欧美型植物混生，也有自己独特的品种，以大羽羊齿（Gigamtopteris）为主要代表，又称为大羽羊齿植物群 |
注释
编辑展开[a]
Ma:地质年代单位，百万年
参考资料
编辑展开[1]詹仁斌 , 张元动. 地层“金钉子”. 第1版. 南京: 江苏凤凰科学技术出版社, 202201: 224-228. ISBN 978-7-5713-2431-5..
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