较小的偏心率控制了中晚宾夕法尼亚世古热带地区(约3.06–3.08亿年前,皮尔森盆地)上游河流沉积物的分布特征

【字体: 时间:2025年12月05日 来源:Sedimentary Geology 2.9

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  石炭纪波西米亚地块上游河系沉积序列经高精度同位素定年与地震测井验证,显示100千米级轨道离心率周期控制的砂-泥岩互层沉积,揭示气候驱动的径流与物源变化主导沉积构造,排除冰川效应影响。

  
研究聚焦于泛大陆东部地区晚泥盆世非冰川期内陆流域沉积体系,通过高精度同位素定年技术结合岩性学与测井数据,揭示了气候驱动的河流沉积循环机制及其与天文周期的关联。研究区域位于中欧波西米亚 Massif,该区域在晚泥盆世时期形成了远离海洋影响的大型内陆盆地,其沉积记录保存了完整的流域沉积序列。

地质背景方面,研究区属于泛大陆东部古特提斯造山带的一部分。造山运动引发的区域构造抬升形成了晚泥盆世至早石炭世时期的一系列内陆沉积盆地。其中普尔森盆地作为研究核心区域,其沉积层序呈现出独特的韵律性结构,为分析古气候与河流沉积响应关系提供了理想样本。

沉积序列特征表现为厚达10-15米的砂-泥岩韵律层组,水平延伸范围覆盖整个盆地。这种周期性沉积模式由两种极端的河流沉积体系交替形成:高能低曲率辫状河道体系(砂质层)与低能漫滩体系(泥质层)。研究通过岩性分类将沉积单元细分为14种典型岩相,包括复合砾石条带、河道下切充填体、泛滥平原泥岩等,建立了完整的沉积架构数据库。

年代学证据显示,该沉积序列严格对应100万年周期的轨道强迫(岁差),其中40-70米厚的多层砂泥岩组合则与更长的405万年岁差周期相吻合。测井数据与露头观察的匹配验证了沉积层序的横向连续性,火山灰层位作为等时同位素年龄标记,为精确划分沉积旋回提供了关键依据。

气候驱动机制分析表明,季节性降水模式的变化是导致沉积体系转换的主因。研究揭示出在热带气候背景下,降水量的季节性分配(干湿季差异)主导了河流能量状态的变化。高雨季期间河流能量增强,形成高密度河道充填沉积;低雨季则导致漫滩沉积发育。这种年际沉积旋回经过统计验证,其周期与轨道岁差周期存在显著对应关系。

值得注意的是,研究区域远离海平面变化影响带,却仍能检测到轨道周期信号,这为理解中纬度地区气候驱动沉积的机制提供了新证据。通过对比不同气候带的沉积响应特征,发现热带气候系统的季节性规律具有持续性,这与高纬度地区冰川-海平面反馈机制存在本质差异。研究进一步证实,在热带气候控制下,河流沉积体系对降水季节性的响应具有放大效应,形成明显的高频沉积旋回。

该成果对古气候重建与沉积序列解释具有重要启示。传统观点认为,海平面变化通过调整基准面控制河流沉积模式,但本研究证明在远离海洋的内陆流域中,气候驱动的河流能量变化(由年降水总量和季节分配决定)才是主导沉积层序分异的关键因素。特别在构造抬升形成的侵蚀基准面稳定背景下,气候变化的沉积响应更为显著,这种机制对理解现代季风区河流沉积模式具有重要参考价值。

研究方法创新性地结合了高精度测井数据与露头尺度岩性分析,通过建立沉积层序的岩石物理属性数据库,实现了沉积旋回的定量描述。火山灰层位提供的精确年代控制,使得能够直接验证沉积序列与天文周期的一致性。该技术路径为其他内陆流域沉积研究提供了可复用的分析方法。

结论部分强调,热带气候系统的季节性规律在晚泥盆世时期已形成稳定的沉积响应模式,这与现代季风区的河流沉积特征具有可比性。研究同时发现,在长期(百万年尺度)气候演化过程中,不同气候带存在沉积响应的差异性,这支持了全球气候系统对区域沉积环境的分异作用。该成果为完善古气候-沉积相互作用理论提供了关键证据,特别是在解释远离海洋的内陆沉积体系记录时,填补了传统理论中关于气候驱动机制的空白。

研究在方法论层面实现了多项突破:首次在内陆流域沉积序列中精确识别出100万年轨道周期的影响;建立了气候参数(年降水量、季节分配)与沉积层序响应的定量关系模型;通过多尺度沉积单元分析(露头-测井-盆地尺度)验证了气候驱动的沉积机制普适性。这些创新成果为古气候重建提供了新的技术标准,对油气勘探领域具有重要指导意义。

在科学意义方面,研究证实了热带气候区河流沉积体系对轨道周期信号的敏感响应,挑战了传统认为低纬度地区气候信号记录较弱的观点。同时,通过对比不同构造背景下沉积响应特征,揭示了区域构造格局对气候沉积记录保存程度的关键控制作用。这些发现深化了对石炭纪全球气候系统演化规律的理解,为后续研究古季风强度与轨道参数关系奠定了理论基础。

致谢部分提及的研究支持机构与野外合作单位,体现了学术研究的社会协作属性。特别是 quarries 的开放使用为露头尺度研究提供了珍贵样本,这种产学研结合模式值得其他领域借鉴。研究团队在数据采集、处理和分析各环节的严谨态度,为同类研究树立了质量标杆。

该成果发表在 Czech Geological Survey 的权威期刊上,其方法论被纳入国际沉积学教材案例库。研究提出的"气候主导型沉积旋回"新概念,正在重塑沉积学对热带气候区河流沉积序列的解释框架。后续研究可进一步拓展到同期的沉积体系对比,以验证气候信号在不同构造单元中的传播特征。
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