天津蓟县中元古界雾迷山组复合海平面变化旋回层序的初步研究

天津蓟县中元古界雾迷山组为一套厚３０００ 余米的碳酸盐岩地层,叠层石生物层和凝块石生物丘特别发育。它们与潮坪相泥晶白云岩和泥质白云岩构成具对称相序组构的环潮坪型碳酸盐米级旋回层序。米级旋回层序之顶覆以厚度不等的澲湖相白云质泥页岩。常常３ ～５ 个米级旋回层序呈有序叠加构成五级准层序组,少数米级旋回层序还可识别出５ 个七级韵律层而呈现出１∶５ 的叠加关系。因此,七级韵律层、米级旋回层和五级准层序组分别与岁差旋回、短偏心率旋回、长偏心率旋回间存在有成因联系。根据米级旋回层序在长周期层序中的有序垂直叠加形式,在雾迷山组中可识别出２６ 个三级层序,进一步归为６ 个二级层序。     

从准层序到米级旋回——层序地层学与旋回地层学相互交融的纽带

层序地层学的基本单位是层序。准层序和准层序组构成了层序的基本结构单元,它们在层序内有规律的空间叠置样式是识别体系域的客观标准。准层序被定义为以海泛面为界的向上变浅序列,但是准层序是一个比较松散的概念,存在问题是对其成因机制研究不足。米级旋回作为旋回地层学的基本单位,定义为数厘米至数米厚的向上变浅的岩相序列,是高频率海平面升降变化的产物,其形成时限为相应的米兰柯维奇天文旋回周期。作为旋回地层学的基本单位,米级旋回以其明确的沉积学涵义和有规律的天文成因机制,是对层序地层学概念体系中的"准层序"的良好补充,对其进行深入研究具有重要的理论意义和应用价值。从准层序到米级旋回这一概念体系的演变,代表了层序地层学与旋回地层学相互交融的纽带。最后介绍旋回地层学的最新进展亚米兰柯维奇旋回,它对精确数字定年具有重大意义。     

天津蓟县雾迷山组高频旋回沉积特征

天津蓟县剖面的中元古界雾迷山组是一套厚达3 300 m的碳酸盐岩地层,其中广泛发育具有近似对称相序组构的雾迷山旋回层,属于特殊的环潮坪型碳酸盐米级旋回层序。在对旋回层内部岩石成因单元的类型及组合分析的基础上,建立了雾迷山旋回层的基本模式和沉积环境模式,并对成因单元的岩石磁化率特征及其对高频旋回的反映进行了探索。认为雾迷山旋回层为沉积环境的水深由较浅—较深—较浅—暴露条件下的沉积,可能代表真正的沉积旋回;其成因单元之间具有明显的有序叠置形态,表明它有可能是与米兰柯维奇旋回具有成因关联的高频率海平面变化所控制的自旋回沉积作用的产物。     

天津蓟县雾迷山旋回层基本模式及其马尔柯夫链分析

津蓟县的中元古界雾迷山组,是一套碳酸盐岩地层,具近似对称相序组构的环潮坪型碳酸盐米级旋回层序特别以育。其近似对称的相序组构及普遍的1：4叠加形态,表明它们与短偏心率旋回具有成因关联,被命名为雾迷山旋回层来代表真正的碳酸盐沉积旋回。雾迷山旋回层是与高频率产面变化相关的环境加深及环境变浅过程的产物。马尔柯夫链分析的结果表明了雾迷山旋回层的基本相序模式是客观存在的,由于它们以瞬时暴露间断面为界,因而与Vail等（1977）的层序地层概念体系中所定义的“准层序”存在明显的差异。尽管难以断定前寒武纪地球轨道效应旋回的周期安全与显生宙一致,但是,七级韵律层、六级旋回层及五级准层序组之间的垂直叠置形态,以及由它们所指示的周期时限,与显生宙温室效应时期的轨道效应旋回周期是大体一致的。     

华北地台中寒武世米级旋回层序与复合海平面变化

笔者在对华北地区中寒武统鲱滩碳酸盐建造露头层序地层学研究工作中首次识别出层序中最基本的地层单元－米级旋回层序，它是露头层序分析最基本的工作单元。本文总结概括出不同体系域内米级旋回层类型和特征。这些米级旋回层序在垂向上叠加构成高级旋回层序时表现出时期性和规律性。这种不同级次的旋回层序的形成受不同动力成因引起折具不同周期和复合海平面变化的控制。     

碳酸盐岩米级旋回层序的成因类型及形成机制

在前人研究及自己野外观察的基础上,本文把碳酸盐岩米级旋回层序归为四大类:深水非对称米级旋回层序、L-M米级旋回层序、潮下碳酸盐米级旋回层序、潮坪碳酸盐米级旋回层序。米级旋回层序的形成机制是与米兰柯维奇旋回有关的高频率海平面振荡变化旋回所形成的间断-加积旋回沉积作用,它们的识别标志主要是岩石类型、界面特征、产出环境等。碳酸盐岩米级旋回层序的规则的垂直叠加形式是识别三级旋回层序的基础。     

雾迷山旋回层的费希尔图解及其在定义前寒武纪三级海平面变化中的应用

天津蓟县剖面的中元古界雾迷山组是一套厚 3 3 0 0m的碳酸盐岩地层 ,其中广泛发育叠层石生物层及凝块石生物丘。这些生物层及生物丘与潮坪相白云岩和砂泥质白云岩一起构成具有近似对称相序组构的环潮坪型碳酸盐米级旋回层序 ,将其命名为“雾迷山旋回层”。这些旋回层常由泻湖相白云质泥页岩覆盖 ,在其顶常发育古土壤层 ,由此而表明雾迷山旋回层的界面多为瞬时暴露间断面。根据雾迷山旋回层在长周期三级层序中的有序叠加形式 ,可在雾迷山组中识别出 2 6个Ⅲ级层序 ,它们还可进一步归为 6个Ⅱ级层序。为了进一步研究三级海平面的变化幅度和Ⅲ级层序的大致形成时限 ,在露头发育良好的雾迷山组中上部共识别出 62 6个旋回层 ;考虑到雾迷山组的总体厚度 ( 3 3 0 0m)及其大致的总体形成时限 ( 10 3± 2 0Ma左右 ) ,可假定雾迷山组沉积期的总体地壳沉降速率为 2～ 4m/ 10万a。在上述假定的基础上 ,运用费希尔图解来估算三级海平面的变化幅度。     

米级旋回层序的成因类型及其相序组构特征

与米兰柯维奇旋回存在成因联系的幕式地层堆积作用的结果 ,是在地层记录中形成各种类型的米级旋回层序。在不同的古地理背景中 ,受物质来源及沉积动力学背景的控制 ,故发育具有不同相序组构的不同类型的米级旋回层序。因此 ,相序组构特征就成为米级旋回层序类型划分的基本准则。地层记录中米级旋回层序的广泛发育 ,以及它们在长周期层序中的有序垂直叠加形式和地史演化特征 ,由不同相序组构所反映的成因类型以及由不同类型所指示的沉积动力背景等等 ,不但表明了米级旋回层序是描述地层结构的基本工作单元 ,而且是对“准层序”的延展和补充。在海相地层中 ,不管是碳酸盐岩还是陆源碎屑岩地层 ,这种厚几厘米至几米的米级旋回层序 ,大致都可以划分为正粒序和反粒序两种相序组构 ,正粒序组构主要是潮汐作用的结果 ,而反粒序主要是以波浪作用为主的浅海环境的产物 ;不管是正粒序还是反粒序序列 ,均构成总体向上变浅序列。由此 ,碳酸盐岩米级旋回层序可划分为L—M型、深水非对称型、潮下型及环潮坪型 ;碎屑岩米级旋回层序可划分为潮汐动力型及波浪动力型。米级旋回层序的界面是由高频率海平面变化所产生的非沉积作用面 ,包括瞬时暴露间断面和瞬时加深淹没间断面乃至它们的相关面 ,这些在区域上延伸较远 ,甚至     

米级旋回层序的成因类型及其相序组构特征

与米兰柯维奇旋回存在成因联系的幕式地层堆积作用的结果,是在地层记录中形成各种类型的米级旋回层序。在不同的古地理背景中,受物质来源及沉积动力学背景的控制,故发育具有不同相序组构的不同类型的米级旋回层序。因此,相序组构特征就成为米级旋回层序类型划分的基本准则。地层记录中米级旋回层序的广泛发育,以及它们在长周期层序中的有序垂直叠加形式和地史演化特征,由不同相序组构所反映的成因类型以及由不同类型所指示的沉积动力背景等等,不但表明了米级旋回层序是描述地层结构的基本工作单元,而且是对“准层序”的延展和补充。在海相地层中,不管是碳酸盐岩还是陆源碎屑岩地层,这种厚几厘米至几米的米级旋回层序,大致都可以划分为正粒序和反粒序两种相序组构,正粒序组构主要是潮汐作用的结果,而反粒序主要是以波浪作用为主的浅海环境的产物 不管是正粒序还是反粒序序列,均构成总体向上变浅序列。由此,碳酸盐岩米级旋回层序可划分为L-M型、深水非对称型、潮下型及环潮坪型 碎屑岩米级旋回层序可划分为潮汐动力型及波浪动力型。米级旋回层序的界面是由高频率海平面变化所产生的非沉积作用面,包括瞬时暴露间断面和瞬时加深淹没间断面乃至它们的相关面,这些在区域上延伸较远,甚至。     

华北中寒武世张夏组复合海平面变化旋回层序

华北中寒武世张夏组,以发育较多的鲕粒灰岩著称。其中发育的五十至六十余个潮下型碳酸盐米级旋回层序形成有规律的垂直叠加形式,构成十余个五级旋回层序,三个四级旋回层序及一个三级旋回层序,最终形成一个典型的复合海平面变化旋回层序。这些潮下型碳酸盐米级旋回层序,常呈１∶４的叠加关系,反映了地层记录中的米兰柯维奇性质,即单个米级旋回层序与短偏心率旋回（周期为１０万年）有关。     

从旋回的有序叠加形式到层序的识别和划分：层序地层学进展之三

在Exxon层序地层学概念体系中,由不整合面及其可以对比的整合面所限定的地层单位被定义为 层序,即三级沉积层序;构成三级层序的单元为体系域,体系域由若干准层序和准层序组所组成。基于海岸沉 积的层序地层模式,准层序被定义为“由海泛面所限定的层或层组组成的一个相对整合的序列”;作为准层序界 面的海泛面被进一步定义为：一个将老地层与新地层分开的面,穿过该面存在一个突然的“水深加深”。因此, 从海泛面到准层序,其定义由于不具有普遍性而表现出欠完整性。虽然类似级别的地层单元后来又被Exxon的 科学家修改为“高频层序”,但是,准层序这个欠完整的概念一直被广泛使用着。与层序地层学的Exxon时代大 致同步,或者在更早的时期,地质学家就已经注意到那些由岩层所构成的沉积旋回,以“洛非尔旋回层” 为典 型代表;这种类似的旋回性沉积记录,后来被进一步定义为“米级旋回”,而且将米级旋回进一步解释为异成因 机制控制下的自旋回沉积过程（间断-加积-旋回机制;PAC机制） 的产物,这种异成因机制是与米兰柯维奇 旋回相关的极地冰盖的消长所造成的海水体积变化,以及由这种数万年至数十万年级别的海水体积变化所产生 的高频海平面变化旋回。这些厚度为数厘米至数米的沉积旋回,在长周期三级层序中常常构成有序的叠加形式, 这种叠加形式成为研究三级层序内沉积趋势变化的主要标志。再者,对与米兰柯维奇旋回存在成因关联的沉积 旋回的研究,成为另一个地层学分支---旋回地层学的主要内容。如果说对Exxon层序地层学概念体系不协调 的研究是第1个进展、对长周期层序的形成机制的探索为层序地层学的第２个进展,那么,从旋回的有序叠加 形式到层序的识别与划分,不但表现出了旋回地层学和层序地层学的交融,而且也代表了层序地层学的第3个 重要进展。     

雾迷山旋回层的相序组构特征及其在长周期层序中的有序叠加形式——来自前寒武纪的米兰柯维奇旋回证据

发育于燕山地区的中元古界雾迷山组,厚１５００～３０００ｍ,形成时限１００Ｍａ左右。在这套巨厚的碳酸盐岩地层中,广泛发育碳酸盐米级旋回层序。这些米级旋回层序由以下岩相单元组成：（１）潮下高能叠层石生物层及凝块石生物丘;（２）潮间坪硅化藻席白云岩;（３）...     

单岩性米级旋回在旋回地层划分中识别——以北京西山张夏组为例

通过对传统米级旋回成因的讨论,提出了在传统的四种米级旋回之间存在米级旋回的过渡类型,即单岩性米级旋回的观点,并从米级旋回的成因及层序—岩相古地理方面对单岩性米级旋回的形成模式进行了分析,在野外露头对北京西山张夏组碳酸盐岩进行了旋回地层划分,就沉积间断面不易识别的旋回地层进行了讨论,并识别出了单岩性米级旋回。层序—岩相古地理背景下的米级旋回模式,可对米级旋回的平面展布进行预测;单岩性米级旋回的发现,有利于提高三级旋回层序识别及划分的精度。     

湖南桃源瓦尔岗剖面层序地层框架下的寒武系第10阶旋回地层学研究

很多地层学与沉积学特征,如显生宙较高的海平面位置以及最高的大气圈二氧化碳含量、全球性温暖的气候(温室效应条件)、后生动物骨骼生物礁的贫乏、三叶虫的主导性、典型的方解石海、SPICE碳同位素事件所代表的大洋缺氧事件和大气圈增氧事件,将寒武纪芙蓉世特征化。经过多年的努力,一个全新的芙蓉统年代地层格架已经得到了系统的确立,芙蓉统可以进一步划分为排碧阶、江山阶和没有得到最后定义的第10阶。湖南桃源县瓦尔岗剖面,以丰富的斜坡相三叶虫的发育著称,是全球寒武系芙蓉统第10阶底界GSSP的候选剖面。为了配合第10阶层型剖面的年代地层学研究,在层序地层学框架内,对该剖面第10期地层为主的地层序列进行了较为系统的旋回地层学研究。基于基本的岩相和沉积相的观察与研究,将该剖面沈家湾组中主要归为第10期的大部分地层归为一个三级沉积层序,并进一步划分为两个四级海平面变化层序;该三级沉积层序大致包含48个准层序级别的六级米级旋回,这些米级旋回常常4个一组构成五级旋回(准层序组)而表现出明显的沉积旋回的1∶4的叠加样式,成为较为典型的米兰柯维奇旋回属性而可以作为代表性的"定时器"。结果表明,第10期地层的形成时限大致为4.80Myr(百万年),稍大于地球化学测年得出的4.10Myr(~495.0-489.5Ma);而且层序界面代表的沉积环境变化要超前于阶的界面代表的生物变化。因此,层序地层学框架内的旋回地层学研究,丰富了瓦尔岗剖面的地层学内容。     

旋回地层学研究现状和新进展

旋回地层学作为一门独立的地层分支学科诞生于20世纪80年代,它以米兰科维奇天文轨道旋回为理论基础,以露头剖面、岩心等为研究对象,应用地球化学、光谱分析和时间序列分析等方法,研究天文轨道参数周期性变化在地层记录中的沉积响应.旋回地层学的基本地层单位米级旋回,相当于层序地层概念体系中的准层序,二者相互联系又存在差异."天文地质年代表"的提出和"国际地质年表"把天文轨道因素作为确定地质年代的一种重要方法,突出显示旋回地层学在定量确定地质年代方面的优势.近年来在地层记录中识别出时间分辨率更高的亚米兰科维奇旋回信号不仅是该学科最新进展,也是沉积学和地层学新的生长点.     

塔中地区奥陶系米级旋回层序分析

塔中地区奥陶系米级旋回层序非常发育且典型多样,孕含着丰富的构造、海平面变化及沉积物堆积作用等方面的信息。在认真总结前人研究成果的基础上,结合区域地质资料及详细的岩芯观察和描述,将本区奥陶系米级旋回层序分为四大类:远洋-半远洋L-M型米级旋回层序、下斜坡-深水盆地非对称型米级旋回层序、潮下型米级旋回层序及环潮坪型米级旋回层序。在相序组构特征上,都表现为发育在瞬时淹没间断面之上以反粒序序列为特征的米级旋回层序和发育在瞬时暴露间断面之上以反粒序或正粒序序列为特征的米级旋回层序,并且在长周期三级层序中表现为有序的垂直叠加形式。这些米级旋回层序的沉积速率及形成周期与米兰柯维奇(Milankovitch)天文旋回轨道及周期变化具有明显的相关性。因此,塔中地区奥陶系米级旋回层序的发育主要受高频率海平面变化的控制,而这种高频率海平面升降则是由米兰柯维奇天文旋回轨道及周期变化所造成全球气候变化及大陆冰川的消长所控制。     

雾迷山旋回层的基本相序模式—兼论其马尔柯夫链分析及在长周期三级层序中的有序叠加形式

天津蓟县剖面的中元古界雾迷山组是一套厚达3300m、形成时限近亿年(1310±20Ma,?1207±10Ma)的碳酸盐岩地层。在该套地层中,具近似对称相序组构的环潮坪型碳酸盐米级旋回层序特别发育。其近似对称的相序组构,以及普遍的1:4叠加形态,表明它们与短偏心率旋回具有成因关联,被形象地命名为雾迷山旋回层,用来代表真正的碳酸盐沉积旋回。总的来讲,构成叠层石生物层及凝块石生物丘的厚层块状灰质白云岩及白云质灰岩组成旋回层之中部,其上和下则为潮坪相白云岩及砂泥质白云岩,旋回层之顶为具古土壤层帽的泻湖相白云质泥页岩,最终形成一个类似于生物礁相序的近对称     

沉积旋回、复合海平面变化、旋回叠加型式及地层力等级

海平面升降、台地沉降和沉积物的聚集是确定千米级(沉积层序级)和米级(沉积旋回级)地层组合的主要因素。本项研究中特别注意了具有不同频率(定为级)和不同振幅并相互叠加的海平面波动及其在联系旋回地层和层序地层时所起的作用。借助计算机模拟,对阿尔卑斯三叠纪台地碳酸盐地层进行了详细分析,即对低频的第三级(1—10Ma)沉积旋回和组成其中的高频第四级(0.1—1Ma)和第五级(0.01—0.1Ma)旋回之间的关系进行了探讨。在此基础上,发现存在着一个由复合海平面升降所驱动的地层力等级,它导致形成有序的叠加型式。这一型式由典型的高频第四级、第五级浅水碳酸盐旋回组成并受低频的第三级海平面相对变化的影响。层序叠加型式在垂向上的规则变化是由于第三级海平面相对升降阶段可容空间的规律性变化造成的,而且这些规律性变化的存在不受产生高频旋回机制的控制。这一方法对于联系米级旋回地层和地震级层序地层具有重要意义。本文介绍了阿尔卑斯山区三叠纪沉积建造的两个实例,即拉丁期Latemar建造和诺利期的Dolomia Principale单元。它们的规律性的高频旋回叠加存在于第三级层序之中,反映了与地层力驱动等级一致的短期高频海平面升降和长期低频海平面升降之间的相互作用。这一结论通过计算机模拟得到了充分证实。此外还介绍了另一个阿尔卑斯三叠纪实例,即诺利期Lofer旋回层,尽管它存在有复合高频海平面升降变化,但是既没有发现高频旋回叠加型式的规则层序,也没有发现具有复合韵律的地层记录。从上述实例中,笔者认为(1)局部的构造力可以使台地沉积出现短期偏差;(2)不同级次的高频海平面振荡在振幅上的巨大差异是复合韵律缺失的主要原因;(3)对复合海平面相对变化以及地层驱动力等级潜在意义的理解将旋回地层学和层序地层学联系起来了。     

雾迷山旋回层的基本相序模式--兼论其马尔柯夫链分析及在长周期三级层序中的有序叠加形式

天津蓟县剖面的中元古界雾迷山组,是一套厚达3300m、形成时限近亿年(1310士20Ma～1207士10Ma)的碳酸盐岩地层.在该套地层中,具近似对称相序组构的环潮坪型碳酸盐岩米级旋回层序特别发育.其近似对称的相序组构,以及普遍的1:4叠加形态,表明它们与短偏心率旋回具有成因关联,被形象地命名为雾迷山旋回层,用来代表真正的碳酸盐沉积旋回.总的来讲,构成叠层石生物层及凝块石生物丘的厚层块状灰质白云岩及白云质灰岩组成旋回层之中部,其上和下则为潮坪相白云岩及砂泥质白云岩,旋回层之顶为具古土壤层帽的泻湖相白云质泥页岩,最终形成一个类似于生物礁相序的近对称相序组构.明显的加深和变浅单元,以及旋回层顶部的各种淡水成岩作用标志,表明雾迷山旋回层是与高频率海平面变化相关的环境加深及环境变浅过程的产物.马尔柯夫链分析的结果表明了雾迷山旋回层的基本相序模式的客观存在,由于它们以瞬时暴露间断面为界,因而与Vail等(1977)的层序地层概念体系中所定义的"准层序"存在明显的差异.尽管难以断定前寒武纪地球轨道效应旋回的周期完全与显生宙一致,但是,七级韵律层、六级旋回层及五级准层序组之间的垂直叠置形态,以及由它们所指示的周期时限,与显生宙温室效应时期的轨道效应旋回周期是大体一致的.     

华北地台中寒武世米级旋四层序与复合海平面变化

笔者在对华北地区中寒武统颐滩碳酸盐建造露头层序地层学研究工作中首次识别出层序中最基本的地层单元──米级旋回层序，它是露头层序分析最基本的工作单元。本文总结概括出不同体系域内米级旋回层序类型和特征。这些米级旋四层序在塞向上叠加构成高级（五级、四级、三级）旋回层序时表现出周期性和规律性。这种不同级次的旋回层序的形成受不同动力成因引起的具不同周期和频率复合海平面变化的控制。米级旋回层序的识别与复合海平面变化的研究得出中寒武世鲕滩层序的形成经历了若干次周期性的淹没－间断－均衡堆积－加积进积事件，这为盆地充填史的恢复提供了新途径。