石炭-二叠纪是晚古生代的重要阶段,地质与生物事件频繁发生,全球的古地理、古气候、古海洋、古生态均发生了显著变化。本文聚焦塔里木西北缘石炭-二叠纪古气候演化这一科学问题,选择塔里木西北缘柯坪断隆中北部色帕巴衣地区典型剖面进行系统研究。在岩石地层和生物地层的研究基础之上,对石炭-二叠纪剖面中的碳酸盐岩开展碳氧同位素地层学研究工作,并与相对海平面变化相结合,进行全球对比,探讨古气候变化。根据岩石组合、沉积构造、生物化石组合等绘制出色帕巴衣地区相对海平面变化曲线,并确立四次大的相对海平面变化事件。其中,莫斯科期-卡西莫夫期的海退-海进事件和中二叠世的海退事件源于天山运动,为区域构造活动触发。泥盆纪晚期-谢尔普霍夫期的海退-海进事件和萨克马尔期的长期海进事件可在我国华南、俄罗斯乌拉尔、美国Arrow Canyon、挪威巴伦支海、加拿大北极等地区横向对比,为全球性海平面变化事件。同位素信号在这两次事件中也有响应,色帕巴衣剖面在谢尔普霍夫阶中上部碳同位素负偏移量约为5‰,达到-2.8‰^-1.6‰,在谢尔普霍夫阶与巴什基尔阶界线处,δ¹³C急剧正偏,达到+2.4‰⁺2.9‰。我国华南、俄罗斯地台、美国Arrow Canyon等地区同时代剖面也有相似变化,表明本次海退-海进事件可能与冈瓦纳第二次冰期事件有关。这次冰期事件结束使全球降雨量增大,导致塔里木西北缘地区谢尔普霍夫阶大规模冲积扇的形成、随后的海进、海洋生命的恢复和δ¹³C、δ¹⁸O的漂移。同时,谢尔普霍夫阶的同位素和地层旋回暗示冈瓦纳第二次冰期可能存在多脉冲消融现象。研究剖面在阿瑟尔阶和萨克马尔阶边界附近表现出约2‰的δ¹³C值减小现象,乌拉尔南部地区的碳同位素曲线具有相似的变化。与δ¹³C曲线相比,δ¹⁸O数据显示出更多类似的趋势。在本区、俄罗斯、美国等地δ¹⁸O都表现出格舍尔-阿瑟尔阶增大、阿瑟尔阶-萨克马尔阶减小的现象,可能与冈瓦纳冰川第三次冰期有关。这次冰期的形成导致本区阿瑟尔阶-萨克马尔阶界线附近海退出现砂岩透镜体,其消融形成了昆克拉契组数十公里长、数百米厚的巨大马蹄形礁灰岩。