PAGEPAGE1摘要米蘭科維奇旋回，作為一種日照準(zhǔn)周期性波動(dòng)的現(xiàn)象，其根源在于地球天文參數(shù)的變化。這種波動(dòng)不僅觸發(fā)了氣候的變遷，還深刻影響了沉積過(guò)程和旋回地層的形成。因此需對(duì)地層中的米蘭科維奇旋回進(jìn)行細(xì)致的識(shí)別、描述與對(duì)比，并深入探討其成因。將其應(yīng)用于地質(zhì)年代學(xué)，從而能夠顯著提升年代地層格架的精確性和分辨率，從而實(shí)現(xiàn)地層的高精度劃分與對(duì)比。借助旋回地層學(xué)的方法可以在沉積地層中準(zhǔn)確識(shí)別米蘭科維奇旋回，進(jìn)而建立起連續(xù)且高精度的時(shí)間標(biāo)尺。這一標(biāo)尺可以為理解重大地質(zhì)事件提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，基于米蘭科維奇旋回建立的高精度天文年代標(biāo)尺已成為新生代和中生代地質(zhì)時(shí)間標(biāo)志的重要參考，然而，對(duì)于古生代的天文年代標(biāo)尺的構(gòu)建，還需進(jìn)一步努力和完善。寒武系地層是記錄地球上重大地質(zhì)和生物事件演化過(guò)程的重要載體。然而，當(dāng)前寒武紀(jì)地層缺乏一個(gè)高精度的地質(zhì)年代框架，這極大地限制了我們對(duì)這些深遠(yuǎn)事件的理解。因此，建立一個(gè)高精度的寒武紀(jì)地質(zhì)年代框架，對(duì)于深化對(duì)地球歷史和生命演化的認(rèn)識(shí)至關(guān)重要。郭家壩組位于寒武系第二統(tǒng)第三階，地層中缺少放射性同位素定年，目前僅依靠生物地層對(duì)其沉積年代進(jìn)行約束，其分辨率的誤差在百萬(wàn)年左右。因此本研究對(duì)郭家壩組進(jìn)行旋回地層學(xué)的分析，欲探究寒武紀(jì)時(shí)期地球軌道參數(shù)并建立郭家壩組浮動(dòng)年代標(biāo)尺，得出郭家壩組藻紋層段整個(gè)序列持續(xù)了1.42m.y.。沉積速率約為5.7cm/k.y.。為寒武紀(jì)時(shí)期是否存在穩(wěn)定的米蘭科維奇旋回提供有力佐證。關(guān)鍵詞：旋回地層學(xué)；天文年代學(xué)；地質(zhì)年代標(biāo)尺；郭家壩組；AbstractTheMilankovitchCyclone,asaphenomenonofquasi-periodicfluctuationsininsolation,isrootedinthevariationsoftheEarth'sastronomicalparameters.Suchfluctuationsnotonlytriggerclimatevariability,butalsoprofoundlyinfluencesedimentaryprocessesandtheformationofcyclostratigraphy.Therefore,theMilankovitchgyresinthestratigraphyneedtobecarefullyidentified,describedandcompared,andtheircausesneedtobedeeplyexplored.Byapplyingthismethodtogeochronology,theaccuracyandresolutionofthechronostratigraphicgridcanbesignificantlyimproved,andthestratigraphycanbedelineatedandcomparedwithahighdegreeofprecision.Withthehelpofcyclostratigraphy,theMilankovitchCyclothemcanbeaccuratelyidentifiedinthesedimentarystratigraphy,andacontinuousandhigh-precisiontimescalecanbeestablished.Thisscalecanprovideasolidfoundationforunderstandingmajorgeologicalevents.Atpresent,thehigh-precisionastronomicaltimescaleestablishedbasedontheMilankovitchgyrehasbecomeanimportantreferenceforthegeologicaltimemarkersoftheCenozoicandMesozoic,however,theconstructionoftheastronomicaltimescaleforthePaleozoicneedsfurthereffortsandimprovement.CambrianstratigraphyisanimportantcarrierforrecordingtheevolutionofmajorgeologicalandbiologicaleventsonEarth.However,thecurrentCambrianstratigraphylacksahigh-precisiongeochronologicalframework,whichgreatlylimitsourunderstandingoftheseprofoundevents.Therefore,theestablishmentofahigh-precisionCambriangeochronologicalframeworkiscrucialfordeepeningourunderstandingofEarth'shistoryandtheevolutionoflife.TheGuojiabaFormationislocatedinthethirdorderoftheSecondCambrianSystem,andlacksradioisotopedatinginthestratigraphy.Currently,weonlyrelyonthebiostratigraphytoconstrainitssedimentaryage,andtheerrorofitsresolutionisaroundonemillionyears.Therefore,inthisstudy,weanalyzedthecyclostratigraphyoftheGuojiabaFormationtoinvestigatetheEarth'sorbitalparametersduringtheCambrianperiodandtoestablishafloatingchronostratigraphicscalefortheGuojiabaFormation,andconcludedthattheentiresequenceofthealgalsectionoftheGuojiabaFormationlastedfor1.42m.y..Thesedimentationratewasabout5.7cm/k.y..ItprovidesstrongevidencefortheexistenceofastableMilankovitchcycloneduringtheCambrianperiod.Keywords：Cyclostratigraphy;Astronomicalchronology;Geologicalagescale;GuojiabaFormation;目錄1緒論………………71.1選題背景及意義……………71.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及存在的問(wèn)題……………81.2.1郭家壩組國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展……………81.2.2旋回地層學(xué)研究現(xiàn)狀………………81.2.3目前研究中存在的主要問(wèn)題………91.3研究目標(biāo)及主要內(nèi)容……………………91.3.1研究目標(biāo)……………91.3.2研究?jī)?nèi)容……………91.3.3擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題…………………101.4論文完成的工作量………102區(qū)域地質(zhì)背景………………112.1研究區(qū)概況………………112.2區(qū)域綜合年代地層框架…………………112.3研究剖面與樣品選擇……………………123研究方法與材料…………133.1天文旋回理論……………133.2研究方法與數(shù)據(jù)采集……………………143.3古氣候替代指標(biāo)的選取及指示意義……164郭家壩組頂部藻紋層天文地質(zhì)年代標(biāo)尺的建立……184.1數(shù)據(jù)采集……………………184.2旋回地層分析方法…………194.3郭家壩組藻紋層段旋回分析結(jié)果…………195結(jié)論與工作展望…………235.1主要結(jié)論……………………235.2不足之處和未來(lái)工作展望…………………23參考文獻(xiàn)…………231緒論1.1選題背景及意義寒武紀(jì)，作為地球歷史中的一個(gè)標(biāo)志性地質(zhì)時(shí)代，以其獨(dú)特的特征在古生物演化史上占據(jù)著重要地位。這一時(shí)期最引人注目的特征是地球上首次出現(xiàn)了肉眼可見的復(fù)雜生命形式，主要表現(xiàn)為動(dòng)物的迅速涌現(xiàn)和爆發(fā)式演化。這不僅標(biāo)志著地球生命系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，更是一次革命性的生態(tài)變革。在此之前，地球上的生態(tài)系統(tǒng)主要以微生物為主導(dǎo)，而寒武紀(jì)的到來(lái)，則開啟了以后生動(dòng)物為特征的古生代生態(tài)系統(tǒng)的序幕。其刻影響了地球生命的演化歷程，為后續(xù)的生命發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)是環(huán)境變遷突破限制后，后生動(dòng)物主導(dǎo)的海洋生態(tài)系統(tǒng)首次建立的重要事件，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程得益于“生態(tài)雪球”效應(yīng)所引發(fā)的連鎖反應(yīng)[1]。在中國(guó)云南東部發(fā)現(xiàn)的澄江動(dòng)物群，以及寒武紀(jì)地層中埋藏的豐富動(dòng)物化石，連同全球各地三葉蟲地層中的多門類骨骼和外殼化石，共同揭示了寒武紀(jì)的多樣性，使得“三葉蟲時(shí)代”的稱呼已不足以概括[2]。隨著寒武紀(jì)生命大爆發(fā)研究的深化，地球生命在寒武紀(jì)的演化歷程愈發(fā)清晰。這一時(shí)期不僅見證了生物多樣性的驟然增加，還發(fā)生了多次生物大滅絕事件。此外，寒武紀(jì)還是地球上磷形成的關(guān)鍵時(shí)期，同時(shí)，大氣與海洋中的氧氣含量也迅速提升，這些變化可能與深時(shí)巖石圈的演化緊密相連。因此，寒武紀(jì)研究始終是地球科學(xué)領(lǐng)域的重要議題，引領(lǐng)著科學(xué)前沿的探索。圖1.1國(guó)際寒武紀(jì)年代地層、時(shí)間框架和生物事件[3]寒武系，作為古生界最早的一套沉積記錄，承載著地球早期歷史的重要信息。其地層被精細(xì)劃分為四個(gè)統(tǒng)：紐芬蘭統(tǒng)、第二統(tǒng)、苗嶺統(tǒng)和芙蓉統(tǒng)。這些地層中詳細(xì)記錄了地球上重大的地質(zhì)和生物事件的演化過(guò)程，為我們揭示了地球早期的環(huán)境面貌[3]（圖1-1）。目前，寒武紀(jì)地層缺乏一個(gè)高精度的地質(zhì)年代框架，這嚴(yán)重制約了對(duì)該時(shí)期重大地質(zhì)和生物事件演化過(guò)程的理解。米蘭科維奇旋回，即由地球軌道參數(shù)的周期性變化引起的地球表層系統(tǒng)的周期性變化，從而在沉積地層中形成獨(dú)特的記錄。因此，開展米蘭科維奇循環(huán)的識(shí)別、描述、對(duì)比與成因解析，并將其用于年代學(xué)研究，是進(jìn)一步提升寒武紀(jì)時(shí)代地層框架的準(zhǔn)確性和分辨率的重要手段。通過(guò)這種方法，可以實(shí)現(xiàn)地層的高精度劃分和對(duì)比，從而更準(zhǔn)確地揭示寒武紀(jì)地球演化的歷史[4]。通過(guò)旋回地層學(xué)方法在沉積地層中識(shí)別米蘭科維奇旋回可以建立連續(xù)的高精度時(shí)間標(biāo)尺，為理解重大地質(zhì)事件提供基礎(chǔ)。郭家壩組位于寒武系第二統(tǒng)第三階，地層中缺少放射性同位素定年，目前僅依靠生物地層對(duì)其沉積年代進(jìn)行約束，其分辨率的誤差在百萬(wàn)年左右。因此本研究對(duì)郭家壩組進(jìn)行旋回地層學(xué)的分析，欲探究寒武紀(jì)時(shí)期地球軌道參數(shù)并建立郭家壩組浮動(dòng)年代標(biāo)尺，約束郭家壩組底界年齡，從而對(duì)寒武紀(jì)早期的年代框架給與約束。圖1.1國(guó)際寒武紀(jì)年代地層、時(shí)間框架和生物事件[3]1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及存在的問(wèn)題1.2.1郭家壩組國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展郭家壩組作為寒武系第二統(tǒng)第三階的一部分，與下伏的燈影組楊家溝段形成了平行不整合接觸，這反映了兩者在沉積過(guò)程中可能經(jīng)歷了不同的地質(zhì)作用或沉積環(huán)境變遷。而與上覆的仙女洞組則呈現(xiàn)整合接觸，表明兩者在地質(zhì)歷史中具有較為連續(xù)的沉積記錄。郭家壩組可分為上下兩段，每段都具有獨(dú)特的沉積特征和巖性組合。下段主要為深海陸棚環(huán)境的頁(yè)巖沉積，其厚度達(dá)到了約270米。顏色呈黃、黃綠兩色，局部亦夾有粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r塊狀。上部地層轉(zhuǎn)變?yōu)橐惶诇\海大陸陸棚型粉砂層，厚度在150m左右。巖性包括黃灰色鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和生物碎屑鈣質(zhì)粉砂巖，其中以泥質(zhì)粉砂巖為主；這些巖石中富含三葉蟲擬小阿貝德蟲和高肌蟲等化石[5]。陜西西鄉(xiāng)縣張家溝剖面郭家壩組巖性主要為褐黑色炭質(zhì)頁(yè)巖,含鈣質(zhì)結(jié)核,結(jié)核顏色為灰黑色。頁(yè)巖呈Al相對(duì)富集、Mg相對(duì)虧損的特征,表明具有親陸性。微量元素Hf、Th元素相對(duì)富集,Ba、Sr元素相對(duì)虧損,指示相對(duì)潮濕氣候。稀土元素富集Eu和Gd正異常,輕稀土和重稀土含量較為相似,表明郭家壩組頁(yè)巖為陸源碎屑巖，總體表現(xiàn)為水動(dòng)力條件較弱的還原環(huán)境[6]。圖1.3陜西西鄉(xiāng)張家溝剖面郭家壩組野外巖性圖圖1.3陜西西鄉(xiāng)張家溝剖面郭家壩組野外巖性圖圖1.2大南溝剖面寒武系地層柱狀圖圖1.2大南溝剖面寒武系地層柱狀圖1.2.2旋回地層學(xué)研究現(xiàn)狀1895年，旋回地層學(xué)首先被應(yīng)用于美國(guó)科羅拉多州白堊紀(jì)灰?guī)r/頁(yè)巖地層，并將其與天文驅(qū)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)[7]。1941年，米蘭科維奇通過(guò)天文學(xué)計(jì)算將阿爾卑斯山第四紀(jì)晚期冰期沉積物與日照最小值進(jìn)行定量相關(guān)性計(jì)算，并在晚期第四紀(jì)深海沉積記錄進(jìn)行研究后，將其證實(shí)[8]。深海鉆探與露頭研究揭示了海洋氣候指標(biāo)中的米蘭科維奇旋回，從近新生代起幾乎是連續(xù)的。白堊紀(jì)與古近紀(jì)的邊界成為天文與地質(zhì)年代學(xué)相互校準(zhǔn)的重要對(duì)象。不僅如此，三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)百萬(wàn)年的旋回地層序列已被用作天文年代標(biāo)尺，并納入GTS2012中[9]。北美東部三疊世巨厚的陸相湖泊沉積記錄了幾乎完整的偏心率信號(hào)。這一信號(hào)對(duì)米蘭科維奇旋回的存在提供了有利證據(jù)，并對(duì)其在歲差尺度上的干、濕氣候循環(huán)相序進(jìn)行了有效的調(diào)整。此外，多種中生代地質(zhì)記錄也展示了連續(xù)的天文信號(hào)，這些記錄持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2000萬(wàn)年或更久[10]。古生代地層顯示了天文驅(qū)動(dòng)的明確證據(jù)，但沒有一個(gè)被整合到GTS2012中。地層學(xué)家曾試圖為奧陶紀(jì)建立綜合地層學(xué)和一些天文年表[11][12]，盡管在深海鉆探和露頭研究中發(fā)現(xiàn)了米蘭科維奇旋回的連續(xù)證據(jù)，但在寒武系——奧陶系碳酸鹽巖中的高頻旋回序列起源仍不明確。這可能是由于地質(zhì)記錄的不完整、沉積過(guò)程的復(fù)雜以及對(duì)古代氣候系統(tǒng)理解的局限[13]。寒武紀(jì)旋回地層學(xué)的研究經(jīng)過(guò)數(shù)十年的探索，盡管取得了一定進(jìn)展，但確實(shí)尚未得出完全令人滿意的結(jié)果。這主要是因?yàn)楹浼o(jì)地層的復(fù)雜性和多樣性，以及缺乏足夠的高精度年齡錨點(diǎn)，導(dǎo)致難以構(gòu)建穩(wěn)定的天文年代標(biāo)尺。在最新的國(guó)際年代表GTS2012中，新生代已完全得到天文年代校正[14]，大部分中生代時(shí)段也通過(guò)偏心率完成了天文年代校正[15]，但仍有少部分空缺。相較之下，古生代的情況較為嚴(yán)峻，由于缺乏可靠的天文參數(shù)模型、高精度同位素測(cè)年結(jié)果以及連續(xù)出露的古生代地層[16]，其年代校正工作面臨諸多挑戰(zhàn)。然而，國(guó)內(nèi)外學(xué)者并未因此氣餒，他們積極投入旋回地層學(xué)在古生代的研究，目前已成功建立起多個(gè)天文年代標(biāo)尺[17][18][19][20][21][22]，這些成果有效地提高了古生代年代框架的精度和分辨率，為深入理解地質(zhì)事件提供了更為準(zhǔn)確的時(shí)間線索。1.2.3目前研究中存在的主要問(wèn)題古生代作為顯生宙的開篇，其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2.89億年，從寒武紀(jì)的生命大爆發(fā)到最大規(guī)模的生物大滅絕事件，每一個(gè)階段都充滿了重要的地質(zhì)和生物事件。因此，構(gòu)建高精度的年代框架對(duì)于理解這些事件至關(guān)重要。然而，古生代旋回地層學(xué)的研究尚處于初級(jí)階段，主要是由于缺乏可靠的天文參數(shù)模型。天文軌道周期與地球表面氣候變化的聯(lián)系十分復(fù)雜，由于區(qū)域、沉積環(huán)境等因素的影響，軌道周期的變化也會(huì)有很大的差別，這就使得地球表面的沉降過(guò)程并非始終與天文軌道周期相對(duì)應(yīng)。另外，由于不同替代指標(biāo)對(duì)地球軌道周期變化的敏感性差異，選擇適宜的氣候替代指標(biāo)也是一個(gè)難題。與此同時(shí)，地史上的偏心率、斜率和歲差周期分別有多種類型，其在地史上的顯微性也會(huì)有所區(qū)別，并且其周期性也會(huì)隨地球演化史的變遷而發(fā)生改變。所以，對(duì)這幾個(gè)階段的辨識(shí)與分析，必須結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行具體分析。另外，在觀測(cè)過(guò)程中，也有可能含有噪聲或者其他不屬于天文軌道的信號(hào)。因此，要對(duì)其進(jìn)行有效的識(shí)別，必須綜合運(yùn)用各種手段和手段。1.3研究目標(biāo)及主要內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)1揭示多種巖石地球化學(xué)元素組成和磁化率等古氣候替代指標(biāo)的環(huán)境指示意義；2辨識(shí)與分析郭家壩組天文軌道周期信號(hào)，為郭家壩組提供高精度浮動(dòng)天文地質(zhì)年齡標(biāo)尺；3以郭家壩群為研究對(duì)象，探索其形成的重要地質(zhì)或生物事件的天文驅(qū)動(dòng)因子，檢驗(yàn)450kyr長(zhǎng)偏心率周期在深時(shí)是否仍然保持著穩(wěn)定存在；1.3.2研究?jī)?nèi)容本論文基于系統(tǒng)學(xué)習(xí)天文軌道周期理論和分析方法，并廣泛閱讀國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)郭家壩組開展旋回地層學(xué)研究。研究工作主要圍繞以下方面展開：1廣泛搜集并整理了國(guó)內(nèi)外關(guān)于郭家壩組和旋回地層學(xué)的文獻(xiàn)資料及研究成果，以確保研究的全面性和前沿性。2以郭家壩組的藻紋層段為研究對(duì)象，采用XRF分析儀對(duì)巖心開展連續(xù)采集，并結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)分析，研究其對(duì)不同巖石地球化學(xué)元素（如K,Si,Fe,Ti,Zr,Rb/Sr）作為氣候替代指標(biāo)的可行性與指示意義。這些元素含量的變化能夠反映古氣候的變遷，為理解郭家壩組的沉積環(huán)境提供了關(guān)鍵信息。3結(jié)合天文軌道理論，對(duì)這些化學(xué)元素含量在深度域上進(jìn)行旋回地層學(xué)分析。通過(guò)識(shí)別沉積地層中可能存在的偏心率周期（405kyr、100kyr）、斜率周期及歲差周期信號(hào)，從而能夠揭示郭家壩組沉積過(guò)程中的天文驅(qū)動(dòng)因素。4采用405kr較穩(wěn)定的長(zhǎng)偏心率周期，通過(guò)天文調(diào)諧，建立深度和時(shí)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這一步驟至關(guān)重要，可以精確地將郭家壩組的沉積記錄與天文周期相對(duì)應(yīng)，從而建立高精度的天文浮動(dòng)地質(zhì)年代標(biāo)尺。通過(guò)這一系列的研究工作，不僅能夠深入了解郭家壩組的沉積環(huán)境和古氣候變遷，還能為未來(lái)的地質(zhì)研究和古氣候研究提供重要的參考依據(jù)。1.3.3擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本研究旨在解決以下兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：1在天文軌道周期理論的指導(dǎo)下，利用旋回地層學(xué)的分析手段，對(duì)沉積地層中的天文軌道周期信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)。最終構(gòu)建郭家壩組連續(xù)、高精度的天文年代標(biāo)尺。這一標(biāo)尺的建立對(duì)于準(zhǔn)確理解郭家壩組的沉積歷史、地層演化以及與其他地質(zhì)時(shí)代的對(duì)比具有重要意義，將提供更為準(zhǔn)確的地質(zhì)時(shí)間框架。2以高精度的天文地質(zhì)年齡標(biāo)尺為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用生物地層和同位素地層學(xué)等手段，對(duì)郭家壩組中的重要地質(zhì)與生物事件進(jìn)行系統(tǒng)的研究。通過(guò)以上研究，希望能更好地認(rèn)識(shí)上述現(xiàn)象背后的天文驅(qū)動(dòng)因子，并檢驗(yàn)405kyr在深時(shí)間序列中的穩(wěn)定性。這一問(wèn)題的解答對(duì)于理解地球歷史中氣候、環(huán)境以及生物演化的相互作用至關(guān)重要，也將為未來(lái)的地質(zhì)研究和古氣候研究提供新的視角和思路。1.4論文完成的工作量項(xiàng)目?jī)?nèi)容時(shí)間選題準(zhǔn)備在進(jìn)行本課題的研究時(shí)，深入調(diào)研了相關(guān)文獻(xiàn)30余篇，全面了解了郭家壩組的地質(zhì)背景及其重要地質(zhì)、生物事件。同時(shí)，學(xué)習(xí)旋回地層學(xué)的研究技術(shù)和流程，明確了研究目標(biāo)，并確定了需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。2023.01—2023.06樣品采集及測(cè)試?yán)檬殖质絏RF儀器測(cè)試超過(guò)1300組數(shù)據(jù)；利用手持式磁化率儀器測(cè)試超過(guò)1000組數(shù)據(jù)2022.10—2023.06結(jié)果與分析使用Acycle與Origin軟件對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，利用Acycle軟件進(jìn)行旋回分析。2024.12—2024.03撰寫學(xué)位論文整理分析結(jié)果及研究?jī)?nèi)容，完成畢業(yè)論文。2024.01—2024.052區(qū)域地質(zhì)背景2.1研究區(qū)概況揚(yáng)子板塊北緣上層新元古代、下層古生代地層發(fā)育良好。研究區(qū)出露的陡山沱組地層和燈影組地層和是研究埃迪卡拉紀(jì)地層與古生物的典型剖面。然而，寒武系出露的地層并不完整，且沉積相性變化很大。寒武紀(jì)第二統(tǒng)被分為楊家溝段、郭家壩組、仙女洞組和閻王碥組4個(gè)巖性單元。而在揚(yáng)子北緣沒有沉積苗嶺統(tǒng)和芙蓉統(tǒng)的地層。本研究巖心采于陜西漢中元壩區(qū)域（圖三），只有楊家溝段和郭家壩組。楊家溝段為白云巖角礫巖，組成豐富的磷化小殼化石（SSFs），覆在燈影組上，下覆郭家壩組。郭家壩組存在兩種不同微生物席，表現(xiàn)為兩個(gè)以生物粒巖為主的鈣質(zhì)粉砂巖，并且郭家壩組在這里含有霍氏三葉蟲，其被認(rèn)為是中國(guó)最早的三葉蟲[23]，巖性為層狀砂巖、粉砂巖、泥巖。位于郭家壩組上部有大量的化石（如三葉蟲、腕足類、化石等）。巖心柱巖性由頂?shù)降追謩e為0-5m風(fēng)化殼，5-43m深灰色粉砂巖，43-130m生物碎屑鈣質(zhì)粉砂巖（微生物席藻紋層），130-186m含鈣質(zhì)結(jié)核棱鏡體粉砂巖，186-192m生物碎屑鈣質(zhì)結(jié)核粉砂巖，192-210m含鈣質(zhì)結(jié)核棱鏡體粉砂巖，210-274m含層理平行的方解石脈鈣質(zhì)砂巖，274-285m含生物擾動(dòng)的鈣質(zhì)砂巖，285-320m硅質(zhì)頁(yè)巖與含鈣質(zhì)結(jié)核石灰?guī)r，320-348.7m含黃鐵礦結(jié)核的鈣質(zhì)頁(yè)巖，348.7-349.2m含磷酸鹽的白云質(zhì)角礫巖，349.2-350.6m白云石[24]。圖2.1圖2.1研究區(qū)域的地質(zhì)背景圖2.2區(qū)域綜合年代地層框架1992年，加拿大紐芬蘭島的“幸運(yùn)角”剖面被確定為界線層型剖面，該剖面中發(fā)現(xiàn)了Treptichnuspedum遺跡化石，作為判斷寒武系底界的一個(gè)重要標(biāo)志。2004年，彭善池在韓國(guó)召開的寒武紀(jì)再劃分國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)上，以其最新建立的華南寒武紀(jì)年代學(xué)框架為基礎(chǔ)，對(duì)世界寒武紀(jì)進(jìn)行了4統(tǒng)10階的劃分。這一方案是對(duì)傳統(tǒng)上沿用了近170年的上、中、下3統(tǒng)劃分方法的重大改進(jìn)經(jīng)過(guò)寒武系分會(huì)的表決，這一方案在2004年底得到了通過(guò)[25][26]。隨后，在2005年發(fā)布的國(guó)際地層表中，這一方案被正式采納，成為新的全球寒武系劃分標(biāo)準(zhǔn)（ISC2005）。郭家壩組位于寒武紀(jì)第二統(tǒng)的第三階。然而，寒武系第三階的底界，即寒武系第二統(tǒng)的底界，目前尚未明確劃定。科學(xué)家期望通過(guò)一次重要的、被普遍接受的生物學(xué)事件作為標(biāo)志來(lái)確定這個(gè)界限。這種選取目的是盡可能平均地劃分寒武系的第二統(tǒng)部分，使得每一階都能反映特定時(shí)期的生物演化和環(huán)境變遷。盡管在最終決定中，可能會(huì)選擇某一SSF（SmallSubfossil）的首現(xiàn)作為界線最主要的標(biāo)志，三葉蟲的首現(xiàn)也很可能會(huì)成為定義界線位置的重要參考。圖2.2國(guó)際寒武紀(jì)年代地層和時(shí)間框架歷史圖2.2國(guó)際寒武紀(jì)年代地層和時(shí)間框架歷史陜西省漢中地區(qū)擁有眾多典型的寒武系第二統(tǒng)剖面（541～477Ma），這些剖面地層出露清晰，連續(xù)性良好，其底部和頂部界線明確，其中，大南溝剖面和元壩剖面在寒武紀(jì)時(shí)期均發(fā)育了豐富的海相砂頁(yè)巖地層，它們既是古氣候變遷的重要窗口，還記錄了古海洋環(huán)境的氧化還原反應(yīng)交替、海水中化學(xué)同位素的頻繁擾動(dòng)以及生物群的演化軌跡。本項(xiàng)目擬以元壩剖面巖心的高精度旋回地層學(xué)為主要研究對(duì)象，結(jié)合大南溝剖面野外研究，構(gòu)建高精度的天文年代標(biāo)尺。本文采取研究的郭家壩組藻紋層段代表了寒武紀(jì)大爆發(fā)頂峰時(shí)期的層狀微生物生態(tài)系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)以淺色層和暗色層的交替為特征形成了一套微生物席。微生物席的地球化學(xué)組成代表了由海洋微生物在相對(duì)半封閉到封閉的沉積環(huán)境中形成的相對(duì)均質(zhì)來(lái)源，郭家壩組藻紋層段的沉積環(huán)境為一個(gè)位于瀉湖環(huán)境中的復(fù)雜底棲微生物生態(tài)系統(tǒng)[24]。在此穩(wěn)定的沉積環(huán)境下，地層會(huì)相對(duì)較好保存中的地球軌道周期信號(hào)，從而能更好的結(jié)合巖相及沉積環(huán)境分析，建立浮動(dòng)的天文年代標(biāo)尺。3研究方法與材料3.1天文旋回理論旋回地層學(xué)在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，它能夠?yàn)榈刭|(zhì)時(shí)期中的重大地質(zhì)事件提供精確的時(shí)間和空間框架。尤其是對(duì)于那些缺乏火山灰絕對(duì)測(cè)年約束的地層，建立連續(xù)的高分辨率地層年代格架并獲取高精度的地質(zhì)年代標(biāo)尺。在這一背景下，天文軌道旋回理論提供了有力的工具。通過(guò)利用高分辨率的旋回地層記錄，能夠識(shí)別并解析沉積物中保存的地球軌道周期信號(hào)。這些信號(hào)包括偏心率周期、斜率周期以及歲差周期等，它們揭示了地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及這些運(yùn)動(dòng)如何影響地表的沉積過(guò)程。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)這些軌道周期信號(hào)進(jìn)行天文調(diào)諧，就可以建立起浮動(dòng)的天文年代標(biāo)尺（ATS）。這一標(biāo)尺不僅具有高精度，而且能夠反映地質(zhì)時(shí)期的真實(shí)時(shí)間框架[15]?？梢詫?duì)沉積地層記錄的地球軌道周期性變化進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別、分析和對(duì)比，進(jìn)而進(jìn)行深入的地質(zhì)解釋[27]。這一研究過(guò)程不僅有助于理解地球軌道運(yùn)動(dòng)與沉積過(guò)程之間的相互作用，還能為建立高分辨率和高精度的年代地層學(xué)格架提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。天文旋回，即軌道旋回，是指地球在月球、太陽(yáng)等行星的引力影響下，產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)和圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)，導(dǎo)致地球軌道參數(shù)的周期性變化。這種變化進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)了地表氣候的周期性波動(dòng)，具體表現(xiàn)為地球軌道的三個(gè)主要參數(shù)偏心率、斜率和歲差的周期性變化[15][28]。如圖3.1所示，這三種參數(shù)共同協(xié)調(diào)控制地層的沉積記錄。偏心率，是由地球與太陽(yáng)之間的相對(duì)位置決定的。在偏心率越大的情況下，不同季節(jié)的地面氣候變化差異越大；反之，季節(jié)的變化則比較小。在地質(zhì)記錄中，曾觀察到短偏心率周期約為100kyr，包括131、124、99以及95-kyr等周期；而長(zhǎng)偏心率周期約為405-kyr，這是其受短偏心率周期調(diào)制的結(jié)果。并且405-kyr的長(zhǎng)偏心率周期在地層沉積記錄中被認(rèn)為是最為穩(wěn)定的地球軌道周期[15][29]。斜率，亦稱地球傾角，由黃道平面和赤道平面的角度決定。目前已發(fā)現(xiàn)的主要周期是41-kyr，此外還有54kyr，39kyr，29kyr等小周期，以及一個(gè)約為1.2Myr的極長(zhǎng)斜周期。歲差，就是指地球的自轉(zhuǎn)軸線繞著黃道軸轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的一種進(jìn)動(dòng)。當(dāng)前的主要為23、21以及19kyr。這些歲差是由偏心率和約2.4Myr的超長(zhǎng)偏心率周期所調(diào)節(jié)的。因此，四季更替發(fā)生的具體時(shí)間主要受到歲差周期的控制[30]。對(duì)于地質(zhì)學(xué)家和古氣候?qū)W家來(lái)說(shuō)，了解這些天文旋回的變化規(guī)律至關(guān)重要。它們不僅幫助理解地球過(guò)去的氣候變化，還為預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化提供了重要的參考依據(jù)。圖3.1圖3.1由天文軌道因素引起的地球上大氣圈、水圈、巖石圈以及生物圈的變化過(guò)程示意圖自中生代與新生代以來(lái)，旋回地層學(xué)在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界得到了廣泛而深入的研究，成果頗豐。然而，相較于較年輕的地層，寒武紀(jì)深時(shí)地層中保存的旋回周期記錄研究工作仍顯匱乏。盡管我們渴望通過(guò)精確的天文軌道周期計(jì)算模型來(lái)驗(yàn)證這些天文旋回周期的存在，但目前還沒有直接精確的模型可供直接參照。在揚(yáng)子北緣地區(qū)，寒武紀(jì)的古環(huán)境和古生物研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，一系列重要成果揭示了這一時(shí)期寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的諸多秘密。然而，至今還沒有人對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行精細(xì)的年代地層格架系統(tǒng)研究，這無(wú)疑是一個(gè)巨大的研究空白，同時(shí)也是提供了一個(gè)難得的研究機(jī)遇。因此，本文旨在利用天文旋回理論，對(duì)揚(yáng)子北緣的郭家壩組藻紋層段進(jìn)行深入的旋回地層學(xué)研究。希望通過(guò)這一研究，能夠建立高分辨率的天文年代標(biāo)尺，并構(gòu)建出精確的地層年代格架。這不僅有助于我們更深入理解寒武紀(jì)時(shí)期的地球環(huán)境和生物演化，還將為地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)以及地球科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究提供重要的參考和依據(jù)。3.2研究方法與數(shù)據(jù)采集圖3.2天文旋回地層學(xué)研究的主要工作流程簡(jiǎn)圖在本研究中擬通過(guò)對(duì)郭家壩地層中的地球軌道周期的辨識(shí)，并將其與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，來(lái)驗(yàn)證兩者是否符合。同時(shí)，通過(guò)與前人學(xué)者研究的古生代地層對(duì)比，驗(yàn)證本研究成果的正確性與可靠性。旋回地層學(xué)的一個(gè)重要目的就是要從沉積地層中提取出具有周期性的地球軌道周期信號(hào)。在研究區(qū)地層剖面上，通過(guò)對(duì)對(duì)應(yīng)地質(zhì)歷史階段的地球軌道參數(shù)進(jìn)行厘定，確定其形成時(shí)代。在上述研究的基礎(chǔ)上，開展連續(xù)的古氣候替代指標(biāo)的定量化研究。這一分析過(guò)程涉及了多個(gè)數(shù)學(xué)方法，可以從數(shù)據(jù)中提取出有用的信息，并轉(zhuǎn)化為對(duì)的時(shí)間序列。通過(guò)這些工作，不僅能夠揭示出沉積地層中隱藏的地球軌道旋回周期，還能夠?qū)ρ芯繀^(qū)的古氣候和古環(huán)境變化進(jìn)行更為深入的探討。圖3.2天文旋回地層學(xué)研究的主要工作流程簡(jiǎn)圖1地質(zhì)剖面的選取本研究在大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取來(lái)自于放射性同位素絕對(duì)測(cè)年、古地磁研究以及生物化石記錄等多種方法約束的有較高定年精度的沉積地層，開展旋回分析。這樣的篩選過(guò)程確保了研究具有可靠的地質(zhì)年代框架，為后續(xù)的分析提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨后，進(jìn)行地質(zhì)剖面的實(shí)地考察。在考察過(guò)程中，特別關(guān)注那些地層沉積連續(xù)、出露較為完整且韻律性較好的剖面。這樣的剖面不僅能夠提供豐富的地質(zhì)信息，還有助于識(shí)別出更為準(zhǔn)確的旋回周期信號(hào)。在確定了研究剖面后，進(jìn)一步選擇地史時(shí)期出現(xiàn)的關(guān)鍵層位進(jìn)行研究。這些關(guān)鍵層位通常與沉積環(huán)境演變、碳氧同位素的擾動(dòng)、生物的出現(xiàn)/滅絕以及極端氣候事件等地質(zhì)現(xiàn)象密切相關(guān)。通過(guò)研究這些層位，可以更深入地了解地球軌道參數(shù)變化對(duì)古氣候和古環(huán)境的影響，以及這些影響如何在地層記錄中留下印記。2樣品的采集與測(cè)試在進(jìn)行樣品采集之前，估算研究地層的平均沉積速率是至關(guān)重要的，這有助于確定合適的采樣間距。Weedon等[31]的研究指出，為了準(zhǔn)確識(shí)別旋回周期，每個(gè)周期至少需要包含4個(gè)等間距的連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這意味著采樣分辨率越高，能夠識(shí)別出的旋回周期就越精確。然而，在追求高分辨率的同時(shí)，也需要考慮實(shí)際操作的可行性和工作效率。綜合這些因素，我們決定將采樣間距設(shè)定為5cm。這樣的間距既保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性，又兼顧了野外工作的效率。在野外樣品采集與測(cè)試過(guò)程中，主要使用了兩種儀器：手持式XRF熒光分析儀和磁化率儀。這兩種儀器的采樣間距均為5cm，確保了數(shù)據(jù)的一致性。對(duì)于XRF熒光分析儀，，選用“地球化學(xué)”測(cè)試方式，其是用一個(gè)發(fā)光二極管（50KV和10KV）來(lái)分析的。每一樣品點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間不得多于60秒鐘，其計(jì)量單位是以CNts表示的元素總量，或者是以Cps表示的百分?jǐn)?shù)。3數(shù)據(jù)的預(yù)處理在開展頻譜分析前，必須先對(duì)已有獲得的地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)及磁化率（MS）數(shù)據(jù)序列進(jìn)行預(yù)處理。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于頻譜分析要求數(shù)據(jù)序列是等間距采樣的，并且需要去除長(zhǎng)趨勢(shì)，通常很難全部滿足這些條件。為此，必須對(duì)一系列的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。首先，使用等間距插值法對(duì)原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行重新采樣[32]，以確保數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的間隔是均勻的。這有助于消除由于采樣不均勻而引起的誤差，并提高頻譜分析的準(zhǔn)確性。其次，為了消除極端值對(duì)數(shù)據(jù)序列的影響，需要進(jìn)行極值剔除操作。這可以通過(guò)設(shè)定一定的閾值，將超過(guò)該閾值的數(shù)據(jù)點(diǎn)視為異常值并予以剔除。這樣可以減少異常值對(duì)頻譜分析結(jié)果的干擾。此外，去除數(shù)據(jù)序列的背景值即去趨勢(shì)也是預(yù)處理過(guò)程中的重要步驟。由于沉積地層中可能存在的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，這些趨勢(shì)可能會(huì)掩蓋地球軌道周期信號(hào)。因此，需要通過(guò)合適的方法去除這些趨勢(shì)，以便更好地提取出地球軌道周期信號(hào)。通過(guò)選擇合適的去趨勢(shì)方法，我們可以有效地消除數(shù)據(jù)序列中的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)[33]，從而更準(zhǔn)確地識(shí)別出地球軌道周期信號(hào)。經(jīng)過(guò)上述預(yù)處理步驟后，我們將獲得一個(gè)經(jīng)過(guò)等間距采樣、去除極值和趨勢(shì)的數(shù)據(jù)序列。這個(gè)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)序列將更適合進(jìn)行頻譜分析，以揭示其中蘊(yùn)含的地球軌道周期信號(hào)[34]。4頻譜分析我們利用Acycle2.0.8軟件系統(tǒng)[35]，成功將深度域上連續(xù)的數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)化為頻率域數(shù)據(jù)，從而能夠清晰地識(shí)別出與635-551Ma時(shí)期地球軌道參數(shù)相匹配的峰值。這些峰值分別與米蘭科維奇周期的長(zhǎng)短偏心率、短偏心率、斜率和歲差周期等頻率相對(duì)應(yīng)，為研究該時(shí)期的沉積記錄中潛在的米蘭科維奇周期信號(hào)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)沉積速率平均值的分析，辨識(shí)出可能存在的旋回周期性信號(hào)。比如，在測(cè)定長(zhǎng)偏心率周期信號(hào)時(shí)，推算405-kyr周期所對(duì)應(yīng)的沉積地層厚度在20.2m左右。利用頻譜分析方法，在此區(qū)域范圍內(nèi)搜尋具有高能量的信號(hào)，并將其鑒別為長(zhǎng)偏心率的周期信號(hào)，對(duì)短偏心率的周期信號(hào)也用同樣的方法進(jìn)行估計(jì)。然后，我們將研究不同周期信號(hào)與地球軌道參量之比（20:5:2:1)，即：即長(zhǎng)偏心率周期（約405kyr）、短偏心率周期（約100kyr）、斜率周期（36-26kyr）以及歲差周期（20-16kyr）之間的比例關(guān)系。這一比例關(guān)系可作為判定米蘭科維奇周期信號(hào)的一個(gè)重要參考。在本研究中，我們采用了多窗口分析方法2πMTM進(jìn)行頻譜分析[36][37]，這種方法具有較高的分辨率和準(zhǔn)確性，能夠幫助我們更精確地識(shí)別出頻譜中的峰值。同時(shí)，我們也確保了目標(biāo)峰值的置信度均超過(guò)95%，從而提高了分析結(jié)果的可靠性。此外，為了更全面地了解目標(biāo)層位的頻譜特征、沉積速率變化以及是否存在明顯的沉積間斷，還需要對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行了演化圖譜的分析[38]。主要采用快速傅里葉變換法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通過(guò)這種方法，能夠更直觀地觀察到數(shù)據(jù)序列在頻率域上的變化特征，進(jìn)一步支持了對(duì)米蘭科維奇旋回周期信號(hào)的判斷。5濾波分析[39]利用頻譜分析方法，提取出了該地層所保留的沉積旋回頻率，也就是地球軌道周期信號(hào)。為了進(jìn)一步突出和分析這些具有特定頻率，利用帶通濾波器對(duì)不同頻段（沉積循環(huán)周期）進(jìn)行了深入研究。該方法可以準(zhǔn)確提取與地球軌道周期相一致的濾波頻率信號(hào)，從而對(duì)其特征及變化規(guī)律進(jìn)行更深入的研究。對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理后，將其與原深度（時(shí)域）數(shù)據(jù)序列疊加。通過(guò)這一步驟，可以清晰地觀察到目標(biāo)周期信號(hào)（如偏心率、斜率、歲差）在深度域（時(shí)間域）上的變化特征，以及這些信號(hào)之間的相位和振幅變化關(guān)系。這些信息對(duì)于我們理解沉積地層的形成過(guò)程和地球軌道參數(shù)變化對(duì)沉積記錄的影響至關(guān)重要。由于405kyr長(zhǎng)偏心率周期是地球軌道周期中最為穩(wěn)定的組成部分，因此，本項(xiàng)目擬選取這一周期調(diào)諧深度域的數(shù)據(jù)序列。通過(guò)調(diào)諧，能夠?qū)崿F(xiàn)深度到時(shí)間的轉(zhuǎn)換，可以得到時(shí)域上的數(shù)據(jù)序列。這一步驟不僅提高了數(shù)據(jù)序列的準(zhǔn)確性和可比性，還為后續(xù)建立浮動(dòng)的天文地質(zhì)年代標(biāo)尺奠定了基礎(chǔ)。最終，基于調(diào)諧后的時(shí)間域數(shù)據(jù)序列，我們將能夠建立一個(gè)浮動(dòng)的天文地質(zhì)年代標(biāo)尺。這一標(biāo)尺將能夠更準(zhǔn)確地反映地層沉積的時(shí)間框架，為我們進(jìn)一步揭示地球軌道參數(shù)變化與沉積記錄之間的關(guān)系提供有力的工具。6天文調(diào)諧天文調(diào)諧是地質(zhì)年代學(xué)研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它通過(guò)將時(shí)間域上的數(shù)據(jù)序列與理論上的天文目標(biāo)曲線進(jìn)行對(duì)比，從而建立起精確的天文年代標(biāo)尺（ATS：AstronomicalTimeScale）[15]。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)不僅依賴于沉積記錄中蘊(yùn)含的地球軌道周期信息，還需要借助絕對(duì)年齡數(shù)據(jù)作為“錨點(diǎn)”來(lái)約束地質(zhì)年代的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行天文調(diào)諧時(shí)，首先要確保所使用的古氣候替代指標(biāo)與地球軌道周期之間存在明確的相互關(guān)系。這樣，就可以通過(guò)識(shí)別和分析沉積記錄中的米蘭科維奇旋回周期信號(hào)，來(lái)推斷出地層沉積的時(shí)間框架。同時(shí)，結(jié)合絕對(duì)年齡數(shù)據(jù)（如放射性同位素測(cè)年數(shù)據(jù)、古地磁數(shù)據(jù)、生物化石記錄等），可以進(jìn)一步約束和校準(zhǔn)這個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)序列，從而提高天文年代標(biāo)尺的精確性。對(duì)于那些絕對(duì)年齡數(shù)據(jù)控制較為缺乏的地層，仍然可以通過(guò)計(jì)算不同米蘭科維奇旋回周期的個(gè)數(shù)來(lái)建立“浮動(dòng)”的天文年代標(biāo)尺。這種方法雖然相對(duì)于使用絕對(duì)年齡數(shù)據(jù)的方法在精度上有所降低，但它仍然能夠?yàn)槲覀兲峁┮粋€(gè)大致的時(shí)間框架，有助于了解地層的沉積歷史和地質(zhì)演化過(guò)程[15][32]。在建立高精度的天文年代標(biāo)尺之后，就可以重建過(guò)去時(shí)期內(nèi)重要的地質(zhì)事件的起始/終止時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，并對(duì)這一時(shí)段的沉積速率變化進(jìn)行估算。這些信息對(duì)于理解地球演化歷史中的關(guān)鍵時(shí)期具有重要意義，它們不僅能夠幫助揭示地球氣候和環(huán)境的演變規(guī)律，還能夠?yàn)檠芯康厍騼?nèi)部動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供重要的線索和依據(jù)。天文調(diào)諧和天文年代標(biāo)尺的建立是地質(zhì)年代學(xué)研究中的重要環(huán)節(jié)，它們?yōu)槲覀兲峁┝艘粋€(gè)精確的時(shí)間框架，使得我們能夠更加深入地探索地球的演化歷史和未來(lái)變化趨勢(shì)。鑒于Laskar等[28]僅提供了250Ma至250Ma時(shí)期內(nèi)的天文理論曲線，對(duì)于寒武紀(jì)地層，我們沒有可靠的天文理論曲線來(lái)參照[28][29]，只能依靠相對(duì)穩(wěn)定的405kyr長(zhǎng)偏心率周期進(jìn)行天文調(diào)諧，通過(guò)旋回地層學(xué)分析方法，建立高精度的連續(xù)的天文地質(zhì)年代標(biāo)尺，進(jìn)而推算出郭家壩組藻紋層巖性段的精確界線年齡，為寒武紀(jì)提供部分高分辨率的年代地層框架。3.3古氣候替代指標(biāo)的選取及指示意義由于沉積環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化極為敏感，因此，這些環(huán)境中蘊(yùn)含了大量的古氣候變化信息。因此，選取合適的古氣候替代指標(biāo)在沉積地層中識(shí)別地球軌道周期信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行旋回分析并建立精確連續(xù)的天文地質(zhì)年代標(biāo)尺，是地質(zhì)年代學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)[15][32]。在選擇古氣候替代指標(biāo)時(shí)，需要充分考慮指標(biāo)對(duì)氣候變化的響應(yīng)敏感度、在地層中的保存狀況以及測(cè)試的可行性等因素。目前常用的古氣候替代指標(biāo)包括巖性組合變化、碳氧同位素（δ13C，δ18O）、生物化石記錄、伽馬測(cè)井（GR）、磁化率（MS）、碳酸鈣含量（CaCO3）及氧化鋁含量（Al2O3）、地球化學(xué)元素含量、顏色發(fā)射率以及有機(jī)碳含量（TOC）等[27][40]。這些指標(biāo)各具特點(diǎn)，能夠在不同程度上反映古氣候的變化。例如，巖性組合變化可以直觀地反映沉積環(huán)境的變化，從而推斷氣候的演變；碳氧同位素則能夠揭示古海洋或古大氣中碳循環(huán)的變化，進(jìn)而反映氣候的波動(dòng)；生物化石記錄則提供了生物對(duì)氣候變化的直接響應(yīng)，是重建古氣候的重要依據(jù)；而地球化學(xué)元素含量和磁化率等指標(biāo)則可以從更深層次上揭示沉積物形成時(shí)的地球化學(xué)環(huán)境和磁場(chǎng)變化，從而間接反映古氣候的變化。圖3.3郭家壩組藻紋層段掃描電鏡下賦存于鋁硅酸鹽表面的絲帶狀黃鐵礦體[41]圖3.3郭家壩組藻紋層段掃描電鏡下賦存于鋁硅酸鹽表面的絲帶狀黃鐵礦體[41]在本研究中，我們采用便攜式XRF熒光光譜儀儀成功地獲取了一系列地球化學(xué)元素含量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)提供了關(guān)于沉積地層中元素組成的重要信息。利用XRF熒光分析儀進(jìn)行測(cè)試，獲取了巖心中主要元素（K、Ca、Fe等）的含量，對(duì)探討沉積物源區(qū)及環(huán)境有重要的指示作用。同時(shí)，還獲得了Ti元素、Mn元素、Rb元素、Sr元素、Zr元素等微量元素的含量數(shù)據(jù)。Fe元素、Ti元素可以用來(lái)指示風(fēng)塵物質(zhì)的輸入量[41]。Fe在地殼中的含量位列第4，是地球上最為豐富的元素之一，海洋中的Fe元素主要以溶解度較低的三價(jià)態(tài)(Fe3+)形式存在而更容易沉降，因而沉積物中的Fe可以記錄地質(zhì)歷史時(shí)期大氣、海洋和陸地的古氣候狀態(tài)及演化過(guò)程。前人將Fe元素作為指示陸源輸入的古氣候替代性指標(biāo)，應(yīng)用至海相碳酸鹽巖旋回地層學(xué)分析中。Ti在沉積環(huán)境中不易與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其遷移方式主要為機(jī)械遷移，以濱淺海沉積為主，是典型的親陸性元素，遷移性較差，常作為指示物源區(qū)遠(yuǎn)近的指標(biāo)。基于以上所述的古氣候替代指標(biāo)的含義，結(jié)合郭家壩組的野外露頭觀察和數(shù)據(jù)測(cè)試工作，郭家壩組處于寒武紀(jì)第二統(tǒng)華北板塊海侵末期，其主要巖性沉積相為陸源碎屑巖。在郭家壩組藻紋層段取樣進(jìn)行掃描電鏡地球化學(xué)分析顯示細(xì)粒鋁硅酸鹽沉積物（Al、Si）表面存在大量有機(jī)殘留碳和保存完好的黃鐵礦體（Fe、S）[24]。我們選取能對(duì)古氣候變化反應(yīng)靈敏的地球化學(xué)元素（比值）作為替代指標(biāo)，指示陸源沉積物質(zhì)輸入的Fe/Ti元素作為古氣候替代指標(biāo)進(jìn)行天文旋回分析。4郭家壩組頂部地層天文地質(zhì)年代標(biāo)尺的建立4.1數(shù)據(jù)采集圖4-2每隔五厘米對(duì)郭家壩組藻紋層段巖心進(jìn)行采樣，得到厘米級(jí)巖石元素含量數(shù)據(jù)圖4.1采樣間距過(guò)大導(dǎo)致信號(hào)丟失示意圖在本研究中，我們對(duì)郭家壩組上部130m的地層進(jìn)行了深入的旋回地層分析。從而推算出了這一關(guān)鍵層位的持續(xù)時(shí)間和沉積速率的演變規(guī)律。在進(jìn)行旋回地層學(xué)研究時(shí)，采樣間距的確定是一個(gè)至關(guān)重要的步驟。采樣間距過(guò)大會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)丟失，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。如圖4-1所示，當(dāng)將采樣間距從0.09m增加到0.36m時(shí)，真實(shí)信號(hào)出現(xiàn)了明顯的丟失，同時(shí)還出現(xiàn)了假的長(zhǎng)周期信號(hào)。這充分說(shuō)明了合理選擇采樣間距的重要性。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和研究，我們發(fā)現(xiàn)旋回分析中每個(gè)旋回至少需要4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)約束[30]。這一結(jié)論為確定采樣間距提供了重要的依據(jù)。然而，采樣間距并非越小越好。采樣過(guò)密不僅會(huì)增加研究工作的復(fù)雜性和成本。因此，在采樣間距的選擇上，我們需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、適用和高效的原則?；谝陨峡紤]，本研究主要選擇了XRF數(shù)據(jù)作為古氣候替代性指標(biāo)，對(duì)郭家壩組藻紋層段巖芯進(jìn)行每隔5cm采樣測(cè)量（圖4-2）圖4-2每隔五厘米對(duì)郭家壩組藻紋層段巖心進(jìn)行采樣，得到厘米級(jí)巖石元素含量數(shù)據(jù)圖4.1采樣間距過(guò)大導(dǎo)致信號(hào)丟失示意圖4.2旋回地層分析方法為了深入探究郭家壩組藻紋層段巖性和地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)序列波動(dòng)與地球軌道因素驅(qū)動(dòng)之間的潛在關(guān)系，本研究采用了一系列時(shí)間序列分析方法對(duì)Fe/Ti元素?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行詳細(xì)的旋回分析。這一分析過(guò)程旨在揭示沉積地層中保存的天文軌道周期信號(hào)，并建立精確的天文地質(zhì)年代標(biāo)尺。首先，利用Acycle軟件中的Detrending函數(shù)，對(duì)Fe/Ti一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，去掉了10%的加權(quán)平均，從而剔除了其長(zhǎng)期趨勢(shì)。這可以有效地去除地層沉積中普遍存在的紅噪音，提高天文軌道周期信號(hào)的精度。接著，利用SpectralAnalysis方法對(duì)Fe/Ti數(shù)據(jù)序列進(jìn)行滑動(dòng)窗口演化圖譜分析（快速傅里葉變換，F(xiàn)FT）[42]。通過(guò)這一分析，即可以估算出郭家壩組上部地層的沉積速率變化規(guī)律，為后續(xù)的旋回分析提供重要依據(jù)。基于演化圖譜所指示的主要周期波長(zhǎng)，進(jìn)一步識(shí)別出潛在的天文軌道周期信號(hào)。隨后，采用多窗口頻譜分析（MTM）和高斯帶通濾波方法[42]，對(duì)Fe/Ti元素?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行精細(xì)處理，以判斷沉積地層中保存的潛在天文軌道周期信號(hào)。然后，利用穩(wěn)定的405-kyr長(zhǎng)偏心率周期將深度域的Fe/Ti數(shù)據(jù)序列進(jìn)行天文調(diào)諧[28]，從而獲得相對(duì)應(yīng)時(shí)間域的Fe/Ti數(shù)據(jù)序列。這是建立精確天文地質(zhì)年代標(biāo)尺的關(guān)鍵步驟，它有助于將地層記錄中的沉積旋回與理論上的天文周期相對(duì)應(yīng)。接下來(lái)，本研究利用多窗口頻譜分析技術(shù)（MTM），從時(shí)間域角度解析Fe/Ti數(shù)據(jù)序列組成的時(shí)序，確定其在沉積地層中的天文軌道周期。本研究所辨識(shí)的主要周期（包括長(zhǎng)短偏心率，斜周期，歲差周期）均在95%-99%的置信水平及以上。最后，結(jié)合郭家壩組地層的野外露頭顯示的沉積旋回、巖性的顯著變化、可能存在的沉積間斷以及沉積速率出現(xiàn)突變的層位進(jìn)行查驗(yàn)。通過(guò)反復(fù)調(diào)試和迭代過(guò)程，不斷修正Fe/Ti數(shù)據(jù)，直至其旋回性與演化圖譜、多窗口頻譜分析以及濾波曲線相符合，可以顯示出一系列穩(wěn)定且連續(xù)的地球軌道周期。這一步驟確保了分析結(jié)果與地質(zhì)實(shí)際相符合，提高了年代標(biāo)尺的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)調(diào)諧405kyr的長(zhǎng)偏心率周期來(lái)構(gòu)建的天文地質(zhì)年齡標(biāo)尺，在天文地質(zhì)年代標(biāo)尺方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。該方法可以有效地避免在一定范圍內(nèi)因地層的缺失而造成的地球軌道周期的畸變。因此，405kyr的長(zhǎng)偏心率周期被認(rèn)為是地質(zhì)歷史上最穩(wěn)定的地球軌道周期之一[15][29]，為建立精確的天文地質(zhì)年代標(biāo)尺提供了有力支持。4.3郭家壩組藻紋層旋回結(jié)果Fe/Ti元素的數(shù)值具有明顯的周期性，且總體上呈逐步增加的趨勢(shì)，這將對(duì)旋回分析有重要的影響。在頻譜分析中，這一傾向可以引起極低頻譜峰的產(chǎn)生，其能量很大。在此情況下，目標(biāo)米蘭科維奇旋回的譜峰有可能被低頻譜所掩蓋，進(jìn)而對(duì)分析結(jié)果的精度和可信度產(chǎn)生很大的影響。因此，采用去趨勢(shì)化的方法，可以消除這種長(zhǎng)趨勢(shì)對(duì)旋回分析的不利影響。在這里，選擇使用“moving”方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢(shì)化。這種方法能夠有效地去除數(shù)據(jù)中的大趨勢(shì)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)的原始形態(tài)不變。如圖4-2所示，通過(guò)去趨勢(shì)化處理，我們可以清晰地看到數(shù)據(jù)中的周期性變化被凸顯出來(lái)，而長(zhǎng)趨勢(shì)則被有效地去除。經(jīng)過(guò)去趨勢(shì)化處理后，可以利用處理后的Fe/Ti數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)旋回分析。對(duì)預(yù)處理過(guò)后的郭家壩組藻紋層段Fe/Ti序列進(jìn)行2πMTM頻譜分析和滑動(dòng)窗口頻譜分析結(jié)果顯示在周期長(zhǎng)度超過(guò)99%置信水平的周期有43.48m、23.89m、13.33m、9.32m、7.19m、3.08m、1.72m、0.27m、0.191m等。根據(jù)前人研究，在寒武紀(jì)500Ma時(shí)長(zhǎng)短偏心率軌道參數(shù)的比例是23.89:7.37。郭家壩組藻紋層段的Fe/Ti元素序列經(jīng)過(guò)2πMTM頻譜分析和滑動(dòng)窗口頻譜分析后，展現(xiàn)出了清晰的周期特征。其中，明顯的周期長(zhǎng)度分別為23.89m和7.19m，且這兩個(gè)周期都超過(guò)了99%的置信線，顯示出了它們?cè)跀?shù)據(jù)中的穩(wěn)定性和顯著性（圖4-3）。進(jìn)一步地，我們通過(guò)與理論數(shù)據(jù)模型的比較，試圖將該周期的23.89m周期理解為405kyr的長(zhǎng)偏心率旋回。再通過(guò)相應(yīng)頻率對(duì)Fe/Ti序列進(jìn)行深度域?yàn)V波后，得到了研究層段的3個(gè)完整的長(zhǎng)偏心率周期旋回?；谶@些旋回周期的深度信息，我們可以估算出郭家壩組藻紋層段的沉積速率約為5.7cm/ky。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行演化能譜分析，設(shè)定滑動(dòng)窗的滑動(dòng)窗為40m，將最大工作頻率設(shè)為0.7，以凸顯低頻信號(hào)的能量。對(duì)各窗口進(jìn)行規(guī)范化處理，使得各窗口能譜峰為1。在43.48m、23.89m、13.33m、9.32m、7.19m、3.08m對(duì)應(yīng)的能量譜上顯示明顯的能量信號(hào)（圖4-3）。綜上所述，通過(guò)對(duì)郭家壩組藻紋層段Fe/Ti元素序列的頻譜分析和濾波處理，成功地識(shí)別出了與天文軌道周期相對(duì)應(yīng)的沉積旋回，并估算出了沉積速率。圖4.2ARM序列采用圖4.2ARM序列采用LOESES去趨勢(shì)化方法結(jié)果圖4-3Fe/Ti數(shù)據(jù)在深度域中的2圖4-3Fe/Ti數(shù)據(jù)在深度域中的2πMTM頻譜圖4-4圖4-4郭家壩組藻紋層段時(shí)間域Fe/Ti元素相對(duì)含量及其濾波曲線，紅色曲線為Fe/Ti元素濾波曲線(濾波頻率為0.043479±0.0087cycle/ka)，黑色曲線為Fe/Ti元素相對(duì)含量曲線;橫坐標(biāo)為深度單元（m），縱坐標(biāo)為Fe/Ti相對(duì)含量；圖4-5郭家壩組藻紋層段時(shí)間數(shù)據(jù)序列黑色曲線為原始數(shù)據(jù)，紅色線為使用頻率為圖4-5郭家壩組藻紋層段時(shí)間數(shù)據(jù)序列黑色曲線為原始數(shù)據(jù)，紅色線為使用頻率為0.043479±0.0087cycle/ka高斯帶通濾波器從磁化率數(shù)據(jù)中提取解釋的405k.y.長(zhǎng)偏心周期（E），以獲得深度為23.89m沉積周期。5結(jié)論與工作展望5.1主要結(jié)論本研究針對(duì)寒武系元壩剖面開展系統(tǒng)而深入的旋回地層學(xué)研究研究。利用高精度的元素參數(shù)測(cè)定和厘米級(jí)的巖石特征描述，開展高分辨率的米蘭科維奇旋回研究。經(jīng)過(guò)一系列的分析和對(duì)比，得出了以下重要結(jié)論：以郭家壩組藻紋層段為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其沉積地層中的Fe、Zr、Ti、K、Ca、Mn、Rb/Sr及MS數(shù)據(jù)的對(duì)比研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e,Zr,Ti三者之間具有很高的相關(guān)關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)表明，這三種元素可能共同受到某種地質(zhì)過(guò)程或氣候因素的影響，從而呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。結(jié)合地質(zhì)背景和前人研究，認(rèn)為Fe、Zr、Ti的高相關(guān)性可能反映了陸源碎屑的輸入變化。郭家壩組巖心中表現(xiàn)出良好的旋回性信號(hào)，且有明顯的清晰的長(zhǎng)短偏心率信號(hào)，為寒武紀(jì)時(shí)期是否存在穩(wěn)定的米蘭科維奇旋回提供有力佐證。對(duì)郭家壩組藻紋層段寒武紀(jì)地層高分辨率Fe/Ti巖石地球化數(shù)據(jù)進(jìn)行旋回分析，通過(guò)MTM頻譜分析和滑動(dòng)窗口頻譜分析，在深度域上顯示研究層段記錄良好的米蘭科維奇旋回，并通過(guò)天文測(cè)試手段ASM對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。在對(duì)郭家壩組的藻紋層進(jìn)行了405kyr的修正后，得到“浮動(dòng)”的天文年齡標(biāo)尺，得出整個(gè)序列時(shí)間跨度為1.42m.y.。沉積速率約為5.7cm/k.y.。5.2不足之處及未來(lái)展望Laskar等[29]提出的天文軌道周期計(jì)算方案La2010雖然為中生代及以后的米蘭科維奇旋回研究提供了精確的目標(biāo)理論曲線，但其時(shí)間范圍的限制僅覆蓋過(guò)去和未來(lái)各250Ma。對(duì)于寒武紀(jì)早期這樣的地質(zhì)歷史時(shí)期，缺乏精確且可靠的天文理論曲線作為參考，確實(shí)增加了研究的復(fù)雜性和不確定性。在這種情況下，研究者必須更加依賴實(shí)地剖面地層的巖石特征參數(shù)序列。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的深入分析和解讀，嘗試解譯出天文軌道周期的信息。同時(shí)，為了盡可能降低人為因素導(dǎo)致的旋回分析結(jié)果和解釋差異性，必須加強(qiáng)數(shù)據(jù)的采集和整理工作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。其次，在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，采用多種方法和手段進(jìn)行交叉驗(yàn)證，以提高分析結(jié)果的可靠性。盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但通過(guò)對(duì)研究剖面地層中巖石特征參數(shù)序列的深入分析，仍然有望揭示出寒武紀(jì)早期等更古老時(shí)期的天文軌道周期信息。這將有助于我們更深入地理解地球歷史和氣候變化規(guī)律，為地質(zhì)學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域的研究提供新的視角和思路。目前的研究主要以穩(wěn)定的長(zhǎng)偏心率周期作為標(biāo)定基準(zhǔn)，而相對(duì)于短偏心率旋回，歲差和斜率的高頻旋回對(duì)氣候變化的影響可能更加明顯。在識(shí)別出可靠的長(zhǎng)偏心率旋回的基礎(chǔ)上，再結(jié)合更多高分辨率放射性年齡作為絕對(duì)年齡的錨點(diǎn)，從而建立完整的天文年代標(biāo)尺。而郭家壩組缺少指示絕對(duì)年齡的高精度放射性年齡錨點(diǎn)與相對(duì)年齡的化石組合，這需要更多寒武紀(jì)第二統(tǒng)第三階完整連續(xù)的地層或巖心進(jìn)行旋回性地層分析。參考文獻(xiàn)[1]ShuDG.Cambrianexplosion:Birthofanimaltree[J].GondwanaRes,2008,14:219–240.[2]ErwinDH,LaflammeM,TweedtSM,etal.TheCambrianconundrum:Earlydivergenceandlaterecologicalsuccessintheearlyhistoryofanimals[J]Science,2001,334:1901–1907.[3]朱茂炎,楊愛華,袁金良,等.中國(guó)寒武紀(jì)綜合地層和時(shí)間框架[J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2019,49(01):26-65.[4]WuHC,ZhangSH,HinnovLA,etal.Time–calibratedMilankovitchcyclesforthelatePermian[J].NatureCommunications,2013,4:2452.[5]LowerCambrianvertebratesfromSouthChina[J]Nature,1995,402(6757):42-46.[6]劉陽(yáng).陜南西鄉(xiāng)寒武紀(jì)梅樹村期微古生物群產(chǎn)出層位的地球化學(xué)特征及其古環(huán)境意義[D].長(zhǎng)安大學(xué),2023.[7]GilbertGK.SedimentarymeasurementofCretaceoustime[J].JournalofGeology,1895,3(2):121~127.EmilianiC.Pleistocenetemperatures[J].JournalofGeology,1955,63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