中、新元古代沉积层序级别和形成机制讨论

2025-03-24 17:02:26

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回答1：

层序地层单元的形成是由构造运动、全球海平面升降、沉积作用和气候等因素互相作用的结果。构造运动和全球海平面变化过程共同影响着相对海平面变化，而相对海平面变化又控制着沉积物所能堆积的空间（可容纳空间）。构造运动和气候则控制着沉积物类型和沉积物供给量它们所产生的沉积物补给，决定了可容纳空间能够有多少被冲填。河流和海洋环境中的沉积作用，以及由地形和深度相互作用的水流动态，又决定了冲填到该空间中的沉积相类型。这就是层序地层形成的基本控制因素及其相互关系。

（一）显生宙层序级别和形成机制

构造活动、全球海平面变化以后沉积作用对地层记录产生的一影响，常常表现为具不同时间跨度和空间分布范围的旋回特点。地层记录中通常可以识别出五个级别的沉积旋回以及相应沉积层序。不同级别选回的划分，通常是根据每一旋回的时间周期或一次事件延续的时间范围，而不是沉积厚度或其他参数。

一级旋回也称泛大陆旋回，其地层标志是巨层序（megasequence），它们是全球性的，其中包含若干个二级旋回。地球历史中已经识别出的巨旋回在显生宙中至少有2次，第一次是从新元古代（震旦纪）开始到二叠纪末，寒武纪代表广泛的海侵，奥陶纪为全球高海平面时期，从志留纪到二叠纪为全球海退时期；第二次巨旋回从三叠纪开始，侏罗纪-早白垩世为大规模海泛到最大海泛期，晚白垩世到现代为海退期。一级旋回延续时间范围大约为400—500Ma，它的形成被认为是和全球板块活动所造成的大陆拼合和解体有关。即全球海平面下降与大陆拼合的时期相吻合，全球低海平面与超级大陆的存在时期相对应，而高海平面时期则与最大规模的大陆破裂时期相一致（图5—12）。

二级旋回由若干以较大海平面下降为边界的三级旋回构成，也是全球性的。对应层序单元为超层序（supersequence），其边界以特大的海平面下降（＞50m）为特征，因此常和区域性的构造阶段相对应。显生宙以来的二级旋回，有的划分为6次（Closs,1972, 1993），也有人划分出14个旋回（Vail,1977）（图5—13），其延续时间为10—100Ma(Vail,1977）或3—50Ma(Vail,1991）。二级旋回的形成，被认为与大洋中脊扩张有关，即高海平面出现于洋中脊体积迅速增生时期。

三级旋回即层序旋回，多数人认为是全球性的。它所形成的地层记录为层序，延续时间为1—10Ma(Vail,1977）或0.3—50Ma(Vail,1991）。层序形成原因主要包括冰川的形成与消融、洋中脊的体积变化以及构造成因等。Mail等（1991）认为，大多数三级旋回是由构造因素（全球性、区域性或局部性）造成，因此是否存在全球统一海平面变化并进行对比，许多人持不同意见。

四级、五级或更高级别旋回，统称为高频旋回。与之对应的地层记录为准层序、准层序组或体系域，它们的延续时间范围也有不同标准。准层序可以是幕式的也可以是周期性的。幕式旋回通常是由沉积作用引起的，如三角洲叶状体的迁移、潮坪旋回的形成等，因此，它们在空间分布上常常是局限的，持续时间比较短（＜1万年）。

周期性的准层序以具较大范围的区域连续性，具有在一个地层段内、高频旋回之间发生厚度系统变化为特征。周期性准层序形成，被认为是与米兰科维奇级别的地球轨道旋回相伴生的气候波动所引起。轨道旋回包括偏心率旋回（周期100—413ka）、斜率旋回（周期41ka）和岁差旋回（周期19—43ka）。它们的周期变化影响到地球表面所能吸收的太阳能的能量，并导致气候变化，气候变化又诱发了大陆冰盖体积的变化，从而导致全球海平面变化和较小的相对海平面变化，并在沉积层中留下记录。

图5—12　显生宙一级海平面升降旋回与板块活动的对应关系（Vail,1991）

图5—13　显生宙一、二级旋回（据Vail,1977b）

（二）中、新元古代沉积层序及形成机制

在研究不同级别旋回及其地层记录时，为进行远距离对比，根据层序结构特点采用统一的时间标准，而不是以岩性或厚度标准来划分不同级别的旋回，这是完全正确和必要的。但是，现在存在两种划分标准的差异，对于三级旋回（层序）来说，目前的趋势愈分愈多，越划越小。因此，能否用统一的标准对所有时代地层进行划分，或者说对于不同时代是否存在不同的标准是一个尚待探讨的问题。

层序地层学研究起源于中新生代，该时代形成的盆地构造变动较小，从陆架到洋底扇的连续剖面发育，地层保存较好，地震剖面分辨率及地震资料解释水平均较高，因此随着研究工作的深入，沉积层序划分可以越分越细。

对于前中生代地层来说，由于洋底板块的扩张，洋盆消减，会造成该时期大陆边缘受到破坏，沉积盆地构造变动复杂、成岩作用和其它地质因素影响，可能使许多成因标志被掩盖、消失，同时由于地史时期地球自转速度或其它因素的变化，也会影响到海平面升降的频率和周期，因此，对于古老地层与新生代一样采用同一划分标准，未必恰当。目前，国外已经有人根据统计资料注意到中生代地层层序的时间间隔有变长的趋势。国内许多人也注意到这一问题的重要性，因此，在实际工作中，必须根据事实而不是简单地套用标准，以利建立更合乎客观存在的划分标准。

华北中、新元古代可以识别出5个大层序，它们的周期分别为：大层序Ⅰ（常州沟-团山子组）150Ma；大层序Ⅱ（大红峪-高于庄组）200Ma；大层序Ⅲ（杨庄-雾迷山组）280Ma；大层序Ⅳ（洪水庄-铁岭组）220Ma；大层序Ⅴ（下马岭-景儿峪组）200Ma。笔者经过详细的岩性、岩相分析和区域地质调查，识别出19个层序，它们均具有海进体系域和高水位体系域，部分具有低水位体系域或陆架边缘体系域。时间跨度为37.5—110Ma，显然，无论是大层序还是层序，它们的周期均远远超出其原始划分方案（Vail, 1977,1991；王鸿祯，1996），其中原因有中、新元古代地质时间不准确性造成的，但更深刻的原因是：（1）中、新元古代地层中普遍存在着沉积间断和地层缺失，野外观测可以见到准层序之间普遍存在有间断面，一般表现为硅结壳、钙结壳或海侵侵蚀面，造成地层记录不完整和层序的缺失；（2）隐生宙控制各级沉积层序形成机制可能与显生宙有所差异，如太阳绕过银河行星的周期（控制中层序形成）、太阳接近小行星的周期（控制层序形成）以及长周期和短周期米兰科维奇旋回周期（控制准层序组和准层序形成），使隐生宙沉积层序的周期普遍长于显生宙。对于推测（1）可用实验测试方法做以定量验证。

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