大洋铁锰结壳年代框架模型的天文调谐校正:方法与应用

海山铁锰结壳是记录古海洋环境演化的重要载体,建立可靠且高分辨率的年代框架是解译其中信息的关键。结壳定年有多种方法,但是在定年范围、定年精度及准确性等方面仍各具局限性。地球轨道印记法及天文调谐校正技术是建立结壳高分辨率年龄框架的有效途径,为利用结壳研究万年尺度的古气候与古海洋环境演化提供了可能。首先对结壳的现有定年方法进行了简要回顾和总结,重点综述了地球轨道印记法及天文调谐校正技术,并分析了各种天文检验与调谐方法在结壳中的适用性与可靠性。认为探究结壳记录中天文信号的影响因素、选择合适的环境替代指标并高分辨率提取其空间序列等,是应用地球轨道周期印记法为海山结壳建立可靠年代框架亟待努力的方向。

西沙群岛琛科2井珊瑚礁钻孔天文年代标尺的建立及天文周期记录

珊瑚礁能够灵敏地记录过去气候变化过程,对于长尺度气候记录而言,高精度的地层年代框架能为区域和全球事件对比提供精确的年代约束。文章以南海西沙群岛琛科2井的珊瑚礁钻孔为研究材料,选取对沉积旋回反应灵敏的非磁滞剩磁(ARM)作为气候替代指标进行旋回分析。ARM分段深度域频谱分析结果显示其存在稳定的代表斜率调制周期约1.2 Ma和长偏心率周期约405 ka的沉积旋回。基于以上识别出的沉积旋回,分别利用轨道参数理论滤波曲线对0~878.21 m的深度域ARM数据序列进行分段天文调谐。最终将珊瑚礁起始发育的天文年代厘定为约19.2 Ma,分辨率可以达到十万年的轨道尺度,可以与Sr同位素年代相互校准。时间域的ARM频谱分析发现,整个中新世以来约1.2 Ma的斜率调制周期在南海珊瑚礁沉积地层中最明显,约405 ka和约95 ka的偏心率周期及约173 ka的斜率调制短周期均不连续。这表明斜率调控的百万年尺度的轨道周期可能对南海珊瑚礁的演化起着主要的调控作用,而珊瑚礁沉积记录的主控周期的改变可能是其对南北半球冰川作用气候效应的及时响应。

涠西南凹陷流沙港组一段天文旋回识别及高频层序划分

依据GR测井曲线和岩性变化,使用R软件"astrochron"程序,利用频谱分析、天文调谐等方法对北部湾盆地涠西南凹陷流沙港组一段沉积地层进行了天文旋回识别和高频层序划分。频谱分析结果显示,在频率0～0.1、0.2左右以及0.3～0.4范围能够追踪到405ka长偏心率(E)、123ka短偏心率(e_1)、40ka斜率(O)、23ka(P_1)和19ka(P_2)岁差,表明沉积地层受到天文参数的控制;新生代405ka长偏心率较稳定,以Laskar(2011)长偏心率405ka作为标准,以流一段底部U-Pb锆石年龄作为标准进行天文调谐,并建立了天文年代标尺,结果显示流一段持续时间约为4.8～5.0 Ma;以405ka长偏心率带通滤波曲线与Laskar方案中的405ka偏心率进行比对,分别在Wei-1井和Wei-2井流一段识别出13个完整的中期旋回,由此划分出了13个五级层序。本文研究可为地层高频层序划分及油气勘探精度提高提供思路。

天文地层学研究程序及其在渤海湾盆地东营凹陷的应用实例分析

天文地层学是基于米兰科维奇旋回理论,研究受地球轨道周期性变化控制形成的沉积地层序列的一门新兴的地层学分支学科。其应用广泛,自问世以来得到了迅速发展,但沉积地层序列替代参数的优选及数据处理方法的运用一直是旋回地层学研究的重点和难点。基于对渤海湾盆地东营凹陷沙河街组三段和四段天文地层旋回划分的研究及对国内外研究成果的调研可知,目前天文地层学研究的沉积地层序列替代参数包括古生物参数、地球物理参数及地球化学参数等;天文旋回识别方法主要有岩性直观识别法和时间序列分析法;轨道周期比值法、天文调谐法和假设检验法是旋回结果检验和调谐的方法。现阶段天文旋回地层研究需要关注的问题主要包括:沉积地层序列替代参数的优选及综合运用、多种时频分析方法的优选、旋回划分结果的校准及天文年代标尺的建立。提出了一套较为系统的从沉积地层序列替代参数选取到时间序列分析方法优选再到旋回结果检验的天文旋回研究流程,为将地层划分精细到千年-万年级别的亚米兰科维奇旋回提供一种可以推广的研究手段和方法,也为其他从事天文旋回的研究者们提供参考和借鉴,共同促进天文地层学的向前发展。

青藏高原东北缘尖扎盆地晚中新世地层绝对天文年代标尺的建立

位于青藏高原东北缘的尖扎盆地沉积了巨厚的新生代风成沉积物,夹杂有河湖相沉积层段,已进行了高分辨率磁性地层学和环境磁学研究,是旋回地层学研究的良好剖面。以尖扎盆地加让剖面3~361 m晚中新世沉积地层为研究对象,通过系统的旋回地层学研究,旨在建立加让剖面的绝对天文年代标尺,提取尖扎盆地中蕴含影响古气候演化的地球轨道参数的主导周期,为进一步进行海陆对比和深入研究古气候环境演化提供基础数据。加让剖面古气候替代性指标频率磁化率(χ fd)数据序列深度域频谱分析表明:3~361 m层段存在稳定的代表长偏心率周期的26 m沉积旋回,代表其他地球轨道参数周期的沉积旋回也有所体现,但并不稳定。基于识别出的沉积旋回,利用稳定的405 ka长偏心率周期对3~361 m深度域频率磁化率数据序列进行天文调谐,结合加让剖面磁性地层年代框架,建立了11.758~5.890 Ma的绝对天文年代标尺。经过天文调谐的频率磁化率数据序列时间域与古地磁年代结果吻合较好,表明建立的天文年代标尺是可靠的。加让剖面频率磁化率与深海氧同位素记录频谱分析显示,在约7.2 Ma存在明显的周期转变。这一记录表明,东亚夏季风在7.2 Ma之前由41 ka的斜率周期主导,在7.2 Ma之后受控于100 ka的短偏心率周期。

云南鹤庆钻孔揭示的西南季风轨道尺度演化

文章在运用自动轨道调谐方法确定鹤庆钻孔时间标尺的基础上,首先分阶段探讨鹤庆钻孔碳酸盐指标的演化特点,然后采用频谱分析和滤波分析方法,通过对鹤庆钻孔碳酸盐沉积记录的分析,探索西南季风轨道尺度的演化规律。综合分析结果显示:天文因素是影响西南季风演化的重要因素,但并非惟一因素,西南季风的演化中存在着中更新世转型和1.55M aB.P.附近的转型,后者推测与青藏高原隆升及全球冰体积变化有关;在西南季风演化的不同阶段出现100ka,73ka,66ka,54ka,41ka,30ka,23ka,19ka,15ka和10.7ka等周期。

米兰科维奇旋回时间序列分析法研究进展

时间序列分析法是米兰科维奇旋回(米氏旋回)研究的主要方法。它利用数学变换对地层数据序列进行定量分析,从而识别地质记录中天文驱动形成的旋回信号,为年代校准、地层划分和古气候研究等提供重要依据。针对米氏旋回研究中时间序列分析法的主要步骤,分别从地层序列的数据类型、天文检验及天文调谐等三方面,阐述了现有方法的基本原理,并总结了其优势和局限性。在基于时间序列分析的米氏旋回研究中,不同地层序列数据对天文轨道驱动和非天文噪声的响应具有差异性,综合利用多种数据指标中蕴含的地质信息有助于减小旋回分析中的不确定性;近年来涌现的新型天文检验和调谐方法促进了米氏旋回分析向定量化方向发展,但这些新方法仍需要进一步验证及改进。未来的工作中,地层数据序列的定量评价、多数据类型的信息优化等方面仍值得深入研究;面对多种时间序列分析方法,有效整合现有方法的同时,也需要引入新方法和新思路。

白垩纪大洋缺氧事件2(OAE2)的天文年代学对比研究

白垩纪中期大洋缺氧事件2(OAE 2)是地史时期一次全球性重大古海洋和古气候事件,记录了地球温室期全球碳循环扰动和地球系统反馈过程的重要信息。由于全球不同剖面OAE 2年代学约束仍存在争议,制约了对这一全球性事件成因机制的认识。针对上述问题,本研究选取了全球不同纬度带的8个剖面,通过对碳同位素和硬等温剩余磁化率数据进行旋回地层分析,开展了OAE 2天文年代学研究。结果显示,研究剖面的OAE 2发生时间被约束在94.55~93.98 Ma,结束时间被约束在93.80~93.17 Ma,持续时间为430~910 ka,不同剖面的OAE 2起止时间和持续时间存在差异。火山活动为海洋环境提供了营养物质,暂时性的全球海洋连通性影响了火山喷发物质搬运,季风强弱影响了陆源物质风化速率和火山喷发物、陆源剥蚀物的搬运,故剖面地理位置及其与火山活动区域的距离、海洋连通性和季风活动共同影响OAE 2的起止时间和持续时间。OAE 2的发生阶段大致与短偏心率调制周期极大值时期(即约2.4 Ma超长偏心率周期)或从较大值向极大值过渡时期对应,且天文理论曲线La2010d中约2.4 Ma超长偏心率周期也为极大值时期或从较大值向极大值过渡时期。在此天文轨道配置下,气候季节对比性明显增加,增强的季风降水导致陆地向海洋输送的营养物质增加,海洋初级生产力提高,造成海水缺氧,随后大量有机质的分解进一步导致了O2消耗,这些因素的共同作用可能促进了大洋缺氧事件的形成。相反,OAE 2的结束阶段与超长偏心率周期较小值时期对应,此时气候以低季节性对比为特征,季风降水减弱,水柱混合良好,从而提高海洋中间和底部水域O2浓度,这些因素的共同作用可能导致大洋缺氧事件的结束。在OAE 2期间,天文轨道周期驱动的季风强度的变化,通过影响陆源物质的剥蚀以及陆源和火山喷发物质的搬运、海洋水体分层状况等,在OAE 2演化中扮演着重要角色。