旋回年代学及其应用意义--华北地台中寒武世碳酸盐岩鲕滩高频旋回的年代学研究

华北地台中寒武世鲕滩碳酸盐岩沉积序列中发育大量分属4～7级的高频层序,依据旋回平均厚度的频率分布、不同级别旋回叠加样式和比率、沉积发育样式和跨越整个地台的可对比等特征认为,它们受控于地球轨道参数变动,是典型的米兰柯维奇旋回,其中Ⅳ、Ⅵ级分别对应于长、短偏心率旋回,时限分别为0.4Ma和0.1Ma.应用轨道旋回规则的周期间隔给出了中寒武世各级层序、地层阶和相应界面的年龄值.     

华北地台中寒武世鲕滩碳酸盐旋回沉积、古海平面变动控制及旋回年代学研究

 华北地台中寒武世鲕滩碳酸盐沉积序列中具有特征的低频(级)和高频(级-级)旋回层序叠加样式和规律。旋回层序内部的沉积构成、微相组构、成岩特点以及高频旋回的复合、叠加严格受复合海平面变动的控制。巨厚鲕滩形成于低频海平面变化的回落时期,但复合叠加于低频海平面变化中的级海平面变化更直接地控制着鲕滩建造的时空发育、进积迁移。鲕滩微相中鲕粒组构特征则主要与高频海平面变化相关。鲕滩高频海平面变化旋回层序的厚度频率分布、不同级次旋回叠加比率和样式以及大范围空间上的连续可比性规律可能说明它们受地球轨道参数周期性变动的控制。轨道旋回层序具有的特定变化时间周期和频率使得旋回地层学具有了年代学意义,可以对重要地层段、事件层及生物带高精度测年。应用旋回地层学的研究得到了中寒武世毛庄\徐庄\张夏期的界线(面)年龄,即毛庄(期)\徐庄(期)为530.50Ma、徐庄(期)\张夏(期)为526.90Ma,与前人应用生物年代地层学等方法得到的年龄值极为一致。     

华北地台中寒武世鲕滩碳酸盐旋回沉积、古海平面变动控制及旋回年代学研究

华北地台中寒武世鲕滩碳酸盐沉积序列中具有特征的低频(级)和高频(级-级)旋回层序叠加样式和规律。旋回层序内部的沉积构成、微相组构、成岩特点以及高频旋回的复合、叠加严格受复合海平面变动的控制。巨厚鲕滩形成于低频海平面变化的回落时期,但复合叠加于低频海平面变化中的级海平面变化更直接地控制着鲕滩建造的时空发育、进积迁移。鲕滩微相中鲕粒组构特征则主要与高频海平面变化相关。鲕滩高频海平面变化旋回层序的厚度频率分布、不同级次旋回叠加比率和样式以及大范围空间上的连续可比性规律可能说明它们受地球轨道参数周期性变动的控制。轨道旋回层序具有的特定变化时间周期和频率使得旋回地层学具有了年代学意义,可以对重要地层段、事件层及生物带高精度测年。应用旋回地层学的研究得到了中寒武世毛庄\徐庄\张夏期的界线(面)年龄,即毛庄(期)\徐庄(期)为530.50Ma、徐庄(期)\张夏(期)为526.90Ma,与前人应用生物年代地层学等方法得到的年龄值极为一致。     

贺兰山中段早古生代地层旋回层序研究

研究区位于鄂尔多斯西缘凹陷带的贺兰山中段地区,寒武—奥陶系地层出露齐全。作者在综合了野外特征和室内分析的基础上,将该区沉积地层划分为三大沉积体系和十四种沉积相类型,并分述了每一沉积相类型的岩性组合及其古生物化石、沉积构造和沉积相序特征,进而对区内早古生代地层的旋回层序进行了分析,认为从早寒武世开始至早奥陶世结束为一个Ⅱ级旋回层序,其中包括四个Ⅲ级海平面变化周期;从中奥陶世开始至其结束。代表另一个独立的受古构造因素控制的Ⅱ级旋回层序,其中每一内源重力流单元与陆源重力流单元的规则变化则相当于一个Ⅲ级旋回层序。     

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。     

Fischer图解及其在旋回层序研究中的应用──以北京西山张夏组为例

Ｆｉｓｃｈｅｒ图解（又称为容纳空间图解）为人们研究沉积旋回在空间上的叠置规律、相对海平面变化、层序级次的划分以及地层层序对比等提供了一种客观实用的方法。本文较详细地讨论了该图解的绘制方法及应注意的问题。运用该图解，将北京西山下苇甸剖面张夏组划分为１个大的三级旋回层序和４个四级旋回层序，根据图解反映的相对海平面变化讨论了旋回层序与构造运动间的关系，提出华北板块晚寒武世之前的＂翘翘板运动＂应始于中寒武世张夏期之早期到中期。     

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。     

淹没不整合型碳酸盐三级旋回层序——兼论碳酸盐台地的“凝缩作用”

与层序地层学定义的类型Ⅰ层序（ＬＳＴ＋ＴＳＴ＋ＣＳ＋ＨＳＴ）及类型Ⅱ层序（ＳＭＴ＋ＴＳＴ＋ＣＳ＋ＨＳＴ）不同，淹没不整合型碳酸盐三级旋回层序以凝缩段直接覆盖在层序界面之上形成的，“ＣＳ＋ＨＳＴ”序列为特征，而且其底界面为一淹没不整合面或加深饥饿间断面。该类型三级旋回层序是碳酸盐台地淹没事件产生的凝缩作用过程的产物，它以总体向上变浅的非对称相序为特征。华北北部晚寒武世地层中发育的四个淹没不整合型三级旋回层序的相序特征表明，台地淹没事件及其相关的凝缩作用，只要沉积背景适合，并非三级旋回层序所独有，高频率海平面变化也常产生“瞬时淹没”，因而凝缩段并非都发育在最大海侵期，并且凝缩段也存在级别归属问题。     

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。     

华北北部晚寒武世沉积旋回分析

华北北部晚寒武世沉积一大旋回碳酸盐岩建造，在稳定的构造背景和无陆源物质在量供给条件下，这些旋回主要受海平面变化和气候影响控制。由于控制因素在全区一致，因此反映这种变化和影响的沉积旋回是可比的，相对应的沉积旋回具有等时性意义。利用这些等时性关系，编制出一系列高精度岩相古地理图。     

影响沉积盆地相对海平面变化的多重因素和旋回层序响应

沉积盆地内相对海平面变化及沉积层序形成不仅受全球海平面变化旋回控制，而且沉积盆地所处的构造背景和相关因素，如：沉积物供给、盆底沉降和自然地理条件也对沉积层序及其内部组成——体系域具有极大的影响。对应于海平面变化发育的容纳空间旋回层序，沉积供给也可以形成特征的、可以鉴别的供给旋回层序。具有过渡性界线的三级或高频旋回层序受相对海平面变化和沉积供给双重因素控制。不同构造背景沉积盆地边缘发育不同的盆底沉降速率，相对海平面变化响应于盆缘沉降具有明显的构造－海平面分带，岸线在构造－海平面带中的地理位置决定了层序界面和层序堆叠样式，也同样影响着低位体系域的构成。深水盆地环境古地形特点及沉积物供给制约着深水沉积序列。构造运动显著地影响着沉积层序发育。碳酸盐缓坡和平顶镶边陆架的层序格架及体系域发育受其坡度、盆地深度及下降幅度的因素的作用。台地边缘和大陆边缘盆地浊积岩层序的发育和体系域组成受控于差异的沉积物源（平顶碳酸盐台地、镶边台地和陆源碎屑岩陆架）、古地理及构造活动性     

沉积层序及海平面旋回的分类级别———旋回周期的成因讨论

摘　要　沉积层序可区分为巨层序、大层序、中层序、正层序、亚层序和小层序6 个级别的 单位, 其时间延续大致分别为500 ～ 600 Ma , 60 ～ 120 Ma, 30 ～ 40 Ma , 2 ～ 5 Ma , 0.1 ～ 0.4 Ma 和0.02～ 0.04 Ma 。沉积层序虽不同程度地受区域性构造运动和其他因素的影响, 但 具有明显的全球性和周期性。除大层序可能是由克拉通规模的热旋回引起的海平面相对变化 所造成的外, 其他级别的层序可能主要由全球海平面变化旋回所控制, 并与天文周期有关。 地球做为银河系和太阳系的一个行星, 其地质演化不可避免地受到其他星系及其内部星体运 行规律的影响, 沉积层序可能是地球水圈响应于天体运动周期的沉积记录。     

泥盆系弗拉阶／法门阶之交米兰柯维奇旋回及高分辨率地层对比

在广西泥盆系弗拉阶－法门阶（F－F）之交盆地相－斜坡相碳酸盐地层（桂林杨堤剖面，阳朔龙门剖面，德保都安剖面和横县六景剖面）中识别出超层序组、层序组、层序和纹层4级旋回层，它们在牙形石带内的级序结构、数量关系和排列顺序在时间上持续、稳定，在空间上可进行跨相、跨盆地的远距离对比。我们的资料表明，超层序组、层序组、层序和纹层旋回分别相当于长偏心率、偏心率、斜度或岁差和亚米兰柯维奇旋回。泥盆纪时它们的周期值分别为400，000年100，000年、33，333年或16，667年和8，000－17，000年。长偏心率与偏心率、偏心率与斜度、偏心率与岁差的比例关系分别为1：4、1：3和1：6。与第四纪相比，泥盆纪时斜度和岁差周期变短，偏心率周期基本保持恒定，表明地球自转至少自泥盆纪以来变慢。在研究剖面上，F－F事件前后超层序组与层序组间的级序结构存在明显的差别，即F－F事件前为1：4，F－F事件后为1：3。造成这种变化的原因可能与F－F事件期间多次陨击事件对地球长偏心率周期的影响有关。利用米兰柯维奇旋回的研究结果可使弗拉阶－法门阶之交年代地层的划分对比达到十万年级和万年级的分辨率，并可对上泥盆统国际通用的标准牙形石带进行数字标定，即上rhenana带、linguiformis带、下、中、上triangularis带的时间延续分别为0．6Ma、0．8Ma、0．3Ma、0．3Ma和0．3Ma。在十万年级和万年级分辨率基础上弗拉期－法门期之交的海平面变化不具一致性和同步性。     

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。     

四川盆地中二叠统茅口组米兰科维奇旋回及高频层序

四川盆地中二叠统茅口组形成于中二叠世中晚期。通过分析四川盆地中二叠统茅口组露头剖面岩性特征、对比广元上寺长江沟露头剖面碳氧同位素变化趋势与沉积层序发育特征,将茅口组划分为2个可全盆地追踪的Ⅱ型三级层序,并分析了茅口组三级层序的主控因素。在此基础上,对钻穿中二叠统茅口组典型井的自然伽马能谱测井曲线开展频谱分析,识别出多种具有米兰科维奇旋回特征的高频旋回,并计算出茅口组沉积的平均速率及沉积时限等相关参数。最后,采用数字滤波消除掉其他次要旋回因素的影响而仅保留与主控因素相关的旋回信息,建立茅口组的高频层序划分方案。结果表明,茅口组三级层序在形成过程中主要受控于构造升降及全球海平面变化;茅口组米兰科维奇旋回特征明显,其中长偏心率旋回(413.0 ka)和短偏心率旋回(123.0 ka)分别是形成四级层序(准层序组)和五级层序(准层序)的主控因素,与之对应的平均旋回厚度在龙17井区分别为13.44m和4.31m,在安平1井区分别为16.03m和4.68m;茅口组大约发育15个四级层序,其发育时限大约为6.11Ma;根据构造背景曲线和长偏心率旋回曲线的叠加曲线划分高频层序,其高频层序界面更加接近实际地层的发育情况。     

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.     

山东沂水地区早中寒武世露头层序地层及地层格架

山东沂水地区早中寒武世地层属陆表海沉积。岩性组合，沉积旋回，岩相，相序以及地层结构，层序界面标志等特征，将区内中下寒武统划分９个层序和识别出１０个层序界面。Ⅰ型和Ⅱ型层序上海侵体系域和高水位体系域组成，凝缩段不甚发育。     

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。     

高分辨率层序地层学基准面旋回识别

基准面周期性的变化是高分辨率层序地层学研究的基础。基准面周期性旋回的级次不同，形成的旋回不同，旋回界面也有差异。岩心、露头对沉积相识别的分辨率最高，可进行短周期基准面旋回的识别；中周期基准面旋回由短周期旋回叠加而成，通过短周期旋回的叠加样式可识别中周期基准面的变化；应用测井曲线标定，在地震剖面上可识别长周期基准面旋回。     

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。