旋回地层学

地层学术语

旋回地层学（cyclostratigraphy）：旋回地层学是对地层沉积记录的（准）周期性旋回变化进行识别、描述、对比和成因解释，并将其应用于地质年代学提高年代地层框架的精度和分辨率，实现地层高精度划分与对比的地层学分支学科

发展简史

旋回地层学发展于前人对第四纪冰期旋回驱动机制的探索。最早核心的理论大多来自于 Milankovitch (1941) 对地球轨道参数（偏心率、斜率、岁差）的定量计算，提出天文轨道因素驱动第四纪冰期的理论假说。Milankovitch (1941)认为，北纬65°附近夏季的日照量的周期性变化，导致气候系统的周期性波动。Hays等（1976）将两个南印度洋钻孔的氧同位素、夏季海水表层温度和放射虫相对丰度数据作为古气候替代指标进行分析,表明4500万年来它们均受到短偏心率、斜率及岁差的影响，进而证实了Milankovitch旋回理论，被称作是旋回地层学发展过程中的里程碑。

理论研究

Berger（1977）计算出地球轨道参数的不同周期结果，并首次提出2305 kyr、413 kyr、54 kyr、23 kyr、19 kyr及13 kyr的新周期，研究表明在不同地质时期偏心率周期较为稳定，而斜率和岁差则变化较大。Laskar（2004）综合考虑到太阳系九大行星及地球-月球运动导致的潮汐摩擦影响，提出La2004理论模型（Laskar et al.,2004），计算出来过去250Ma地球轨道参数的变化，并认为地球受到金星和木星引力的周期性作用，导致～405-kyr的长偏心率周期是最稳定的周期存在。

理论基础

旋回地层学的研究旨在确定记录在沉积地层中由地球轨道力驱动的米兰科维奇旋回。太阳系中地球与太阳、月球和其他行星之间的万有引力作用导致地球公转和自转发生周期性变化，表现为地球轨道参数偏心率（Eccentricity）、斜率（Obliquity）以及岁差（Precession）的周期性变化，引起地球表面日照量的周期性变化，进而导致全球气候的周期性变化，并记录在对气候变化响应敏感的沉积地层中。通过识别地层记录中的古气候替代性指标，建立随时间变化的时间序列并数据分析，建立精度高达 0.02 Ma 的天文年代标尺，使沉积速率的精确反演与地层高分辨划分、高精度对比成为可能（Astronomical time scale, ATS）（Hinnovand Ogg, 2007）。以下介绍地球轨道参数：偏心率、斜率和岁差的概念及其对气候变化的影响。偏心率（Eccentricity）：指地球绕太阳公转时椭圆轨道的椭率，是半焦距与椭圆长半轴的比值，主要分为长偏心率(E)和短偏心率(e)，其数值的变化代表了地日之间的距离变化。而在(Laskar et al.,2004)的天文轨道模型中，40 Ma以来偏心率的数值较为稳定，变化范围仅为0.00021318～0.0669575。其主要含有95 kyr，99 kyr，124 kyr，131 kyr和405 kyr 的周期，其中405 kyr 和100 kyr 的周期较为常见。405 kyr偏心率长周期是天文上最为稳定的地球轨道参数是地质计时的“节拍器”。偏心率对地球气候的影响主要体日照量和调制岁差周期的幅度上，主要表现为偏心率值越小，地球季节性越弱，反之，季节性越明显。斜率（Obliquity）：地球围绕太阳公转轨道平面与赤道面的夹角，其角度的变化范围为 22. 5°～24. 5 °，所含周期包括 41 kyr、39 kyr、54kyr 和 29 kyr，其中主要周期为 41 kyr。斜率对地球气候的影响主要体现在高纬度地区，其数值的变化会导致高纬度地区在不同季节所接受到的日照量发生变化。比如，如果斜率为零，太阳将一直直射赤道，地球上不存在季节变化；斜率增加，季节性增强。岁差（Precession）：为地球自转轴绕公转面垂直轴的旋转，主要周期23 kyr、19 kyr 。并且岁差周期受到了偏心率周期的调制作用。岁差周期的变化可以通过改变地球季节性差异来影响地球气候，如：当北半球夏天处于远日点的时候，而与此相反的是南半球就会有个长且热的夏天和短且冷的冬天。对比斜率，岁差周期的变化对低纬度地区影响更明显。

研究进展

旋回地层学在地质年代校准方面的突破性进展，推动了时间序列分析和新建模统计技术的发展，使得旋回地层学被认为是地层学解读时间的第三里程碑。利用天文旋回理论进行地质定年成为现代地质学研究的一个新亮点。特别是将基于古气候学研究的天文旋回理论应用于天文地质年代表的校正及地层的对比工作。Wu et al.（2013）利用中国东北松辽盆地 SK1 钻孔获取的晚白垩世连续湖相沉积记录的旋回地层学分析结果，估算出的康尼亚克阶和圣通阶的持续时间，这一结果与Locklair和 Sageman（2008）在美国西 Interior 盆地半海相沉积地层获得的持续时间基本一致，实现了不同沉积相之间的比对。另一方面，天文旋回在太阳系历史行星轨道运动的研究中得到应用，以及为地-月演化史提供了重要依据。研究者们在石炭纪、三叠纪至侏罗纪和白垩纪地层记录中均发现了太阳系的混沌行为。

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