高抒

南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210023

0 引言

古生代結(jié)束之時(shí)，環(huán)境巨變導(dǎo)致了生物大滅絕事件，此后的三疊紀(jì)表現(xiàn)出獨(dú)特的沉積特征，與石炭紀(jì)—二疊紀(jì)差異很大，卻與早古生代的特征接近[1-3]。在南京地區(qū)，石炭紀(jì)—二疊紀(jì)石灰?guī)r總厚度約為300 m，前人研究極為詳盡，劃分出金陵灰?guī)r、黃龍灰?guī)r、船山灰?guī)r、棲霞灰?guī)r等四個(gè)種類。三疊紀(jì)早期，這里堆積了更厚的石灰?guī)r（總厚度約為440 m），并命名為“青龍灰?guī)r”。然而當(dāng)時(shí)的學(xué)者對其感到困惑，它沒有繼承二疊紀(jì)的環(huán)境特征，青龍灰?guī)r為薄層灰?guī)r，含雜質(zhì)較多，層理常有撓曲，化石甚少[4]。

數(shù)十年來，研究者們試圖重建生物大滅絕事件、解釋三疊紀(jì)沉積特征、提取環(huán)境恢復(fù)過程的信息[5-7]。在我國，自20世紀(jì)80年代以來，浙江長興、安徽巢湖和南京地區(qū)的早、中三疊世碳酸鹽沉積被廣泛關(guān)注[8-11]。

根據(jù)筆者對南京地區(qū)的野外考察，該區(qū)域多個(gè)地點(diǎn)有出露良好的三疊紀(jì)碳酸鹽沉積剖面，其中一處連續(xù)出露的地層厚度約為200 m。除生物地層、巖性分析、環(huán)境指標(biāo)重建等，用沉積動(dòng)力學(xué)方法獲取沉積環(huán)境信息，有助于沉積記錄的解釋。但傳統(tǒng)上沉積動(dòng)力學(xué)是針對現(xiàn)代過程的，應(yīng)用于地質(zhì)時(shí)期的地層，其主要困難是現(xiàn)場觀測不可實(shí)施、系統(tǒng)的初始和邊界條件為未知、沉積物來源和去向的信息缺失。新的思路之一是根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)理論改進(jìn)分析方法，如勘察式模擬技術(shù)（Exploratory Modelling）[12]。

在此次所關(guān)注的剖面中，有一段碳酸鹽巖和泥巖交替沉積的地層特別引人注目：該層序含有24 個(gè)周期的沉積記錄，它代表什么周期、物源來自何處、與區(qū)域環(huán)境—?dú)夂蜃兓年P(guān)系如何？研究的目的是采用基于系統(tǒng)狀態(tài)變量時(shí)間變率定義沉積動(dòng)力學(xué)方法來探討該周期性沉積的形成機(jī)制，根據(jù)剖面沉積特征及物性和沉積構(gòu)造參數(shù)，獲得其時(shí)間尺度、沉積速率、沉降通量、水層懸沙濃度、碳酸鹽物質(zhì)產(chǎn)出、生物生產(chǎn)等各項(xiàng)環(huán)境信息。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)與現(xiàn)場觀測

三疊紀(jì)開始的時(shí)候，研究地點(diǎn)所處的海洋稱為古特提斯洋；南京地區(qū)位于其東北部的巨大邊緣海，屬于陸架、陸坡環(huán)境，陸地位于本區(qū)域的北側(cè)和東側(cè)，兩大陸塊之間有通向泛大洋的水域[13]。陸源物質(zhì)供給主要來自北方，東側(cè)陸地則要到較晚的時(shí)候才影響本區(qū)域[8]。

南京地區(qū)的海洋沉積主要形成于早三疊世[8]。地層自下而上分為殷坑階（殷坑組）、巢湖階（和龍山組、滄波門組）、關(guān)刀階（周沖村組）。到了中三疊世時(shí)期，海洋環(huán)境又延續(xù)了一段時(shí)間，以新鋪階的黃馬青組下部海相地層為標(biāo)志，此后逐漸脫離海洋環(huán)境，在空間上沉積分異特征顯著，指示地形多變的沉積環(huán)境。

由于當(dāng)?shù)夭傻V和筑路作業(yè)，南京地區(qū)多處出露海相三疊紀(jì)地層。2022 年1 月19 日，在南京大學(xué)仙林校區(qū)附近發(fā)現(xiàn)一處特征性的剖面，并選為研究對象，其地理位置為118.953 7° E，32.098 7° N（圖1a）。該層序呈現(xiàn)周期性堆積特征，泥質(zhì)沉積和碳酸鹽沉積交替出現(xiàn)（圖1b）；產(chǎn)狀測量顯示，地層走向?yàn)?2°～252°，傾向NNW，傾角為40°，剖面幾乎與地層走向垂直，因而地層形態(tài)展示清晰。該層序下伏的剖面展示雜色鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r（圖1c），剖面的最下部出現(xiàn)厚層灰?guī)r上的次生巖溶現(xiàn)象，而上覆地層為厚層和薄層深色灰?guī)r、薄層淺色瘤狀灰?guī)r（圖1d）。根據(jù)區(qū)域性地層特征[8,14]對比，目標(biāo)剖面的地層屬于和龍山組；具體層位可與附近區(qū)域（江蘇省句容市）的剖面[11]相對照。

圖1 研究地點(diǎn)早三疊世碳酸鹽沉積（a）地理位置（底圖為衛(wèi)星影像地圖）；（b）工作剖面特征（對角線距離12 m），顯示泥質(zhì)沉積和碳酸鹽沉積的周期性堆積特征；（c）工作剖面的下伏層序特征（對角線距離5 m），巖性為雜色鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r；（d）工作剖面的上覆地層特征（對角線距離20 m），巖性為深色灰?guī)r、薄層淺色瘤狀灰?guī)rFig.1 The profiles of Early Triassic carbonate deposits at the study site

2022 年1 月起對目標(biāo)剖面多次開展野外工作。首先，對本區(qū)出露的相近產(chǎn)狀地層進(jìn)行了踏勘，記錄總厚度約為200 m的層序特征，以便確定目標(biāo)剖面在地層構(gòu)架中的位置。其次，將現(xiàn)場觀測集中于目標(biāo)剖面，測量沉積層厚度、記錄巖性和沉積構(gòu)造特征、拍攝現(xiàn)場照片。最后，在現(xiàn)場觀測工作中穿插進(jìn)行樣品和標(biāo)本采集，因作業(yè)條件欠佳，操作難度大，此項(xiàng)工作目前尚未完成。

1.2 周期性沉積的時(shí)間尺度和沉積速率估算

殷坑組、和龍山組、滄波門組屬于早三疊世[8]，在研究地點(diǎn)的厚度約為200 m，經(jīng)歷約6 Ma，因此，作為一級近似，若假設(shè)地層中泥質(zhì)物質(zhì)含量為10%、20%、30%或40%，則對應(yīng)的沉積速率分別為0.33×10-5m/a、0.67×10-5m/a、1.0×10-5m/a、1.3×10-5m/a。這與現(xiàn)今海洋中遠(yuǎn)海沉積的數(shù)值相似，代表低懸沙濃度的海洋環(huán)境[15]。

根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，可針對目標(biāo)剖面作進(jìn)一步計(jì)算。假設(shè)地層形成的時(shí)間長度與地層厚度成正比，則有：

式中：T為目標(biāo)剖面沉積層形成的時(shí)間長度（a），H為沉積層厚度（m）。式（1）還間接給出了該沉積層的沉積速率（=H/T）。此外，目標(biāo)剖面含泥質(zhì)層和碳酸鹽層，因而可分別測量其總厚度。碳酸鹽物質(zhì)堆積發(fā)生時(shí)也伴隨著泥質(zhì)物質(zhì)的堆積，各自所占的百分比取決于兩者沉積速率的對比[15-17]。因此，考慮泥質(zhì)物質(zhì)總量后的沉積速率為：

式中：Dm為泥質(zhì)物質(zhì)的沉積速率（m/a），Hm為目標(biāo)剖面中泥質(zhì)層總厚度（m），P為碳酸鹽沉積層中的雜質(zhì)含量（%）。對于任何一個(gè)周期的沉積，有：

式中：H1為周期內(nèi)泥質(zhì)物質(zhì)厚度（m），H2為碳酸鹽物質(zhì)厚度（m），T’為與周期沉積形成的時(shí)間長度（a）。顯然，若Dm為已知，則周期沉積形成所需的時(shí)間長度可從式（3）獲得，并間接推算碳酸鹽沉積速率（詳見下文“結(jié)果”部分）。

1.3 物源供給的動(dòng)力過程分析方法

沉積體系的特征可由特定的變量組合來表征，可將其中的一些關(guān)鍵變量看成為狀態(tài)變量，其余為自變量。按照復(fù)雜系統(tǒng)的觀點(diǎn)，刻畫狀態(tài)變量需要定義其隨時(shí)間的變率[18]。對于要研究的周期性沉積而言，狀態(tài)變量有兩個(gè)，即泥質(zhì)層物質(zhì)量Mm和碳酸鹽沉積層物質(zhì)量Mc。根據(jù)沉積層的巖性和沉積構(gòu)造，懸沙沉降是主要的堆積形式，包括從水層中、深海環(huán)流水體中沉降的物質(zhì)，濁流和推移質(zhì)輸運(yùn)的堆積形態(tài)缺失，因而Mm的時(shí)間變率可表示為：

式中：Mm為泥質(zhì)沉積總量（kg），γ為泥質(zhì)沉積物容重（kg/m3），Dm為沉積速率（由式（2）定義），A為堆積區(qū)面積（m2）。泥質(zhì)物質(zhì)的沉積速率與沉降過程相聯(lián)系：

式中：C為懸沙濃度（kg/m3），ws為顆粒沉降速率（m/s）。式（5）表示，若沉積速率為已知，則可以反演懸沙濃度的值。

另一個(gè)狀態(tài)變量碳酸鹽沉積層物質(zhì)量的時(shí)間變率為：

式中：Mc為碳酸鹽沉積層物質(zhì)量，它是泥質(zhì)物質(zhì)、碳酸鹽顆粒、顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)等沉降物質(zhì)的總和，F(xiàn)I為碳酸鹽顆粒垂向通量，F(xiàn)O為水層顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)垂向通量。式（6）表示，碳酸鹽沉積是含有雜質(zhì)的，來源于水層中的泥質(zhì)物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。作為一種生物成因的沉積，三疊紀(jì)碳酸鹽沉積來源于能夠產(chǎn)生鈣質(zhì)物質(zhì)和顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)的生物過程，前者可進(jìn)一步區(qū)分遠(yuǎn)距離搬運(yùn)的物質(zhì)、鈣藻等生物顆粒，以及細(xì)菌等微生物分泌的物質(zhì)，而后者來自水層初級生產(chǎn)所固定的碳。與泥質(zhì)物質(zhì)沉積速率相類似，這兩類物質(zhì)的垂向通量為：

式中：CI和CO分別為碳酸鹽顆粒、有機(jī)質(zhì)顆粒的濃度（kg/m3），wI和wO分別為其沉降速率（m/s），γI和γO分別為其容重。若碳酸鹽沉積的物質(zhì)組成為已知，則式（7）、（8）定義了水層中的生物生產(chǎn)大小。應(yīng)注意的是，沉積物中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過成巖作用等的改造，可能偏離當(dāng)初的特征，此時(shí)需要調(diào)整有機(jī)質(zhì)沉積速率、有機(jī)質(zhì)垂向通量、生物生產(chǎn)之間的相關(guān)關(guān)系。

研究的計(jì)算流程如下：根據(jù)研究地點(diǎn)的泥質(zhì)沉積、碳酸鹽沉積厚度測量數(shù)據(jù)，以式（1）估算沉積層形成的時(shí)間尺度；碳酸鹽沉積層中雜質(zhì)含量的大小由式（2）估算泥質(zhì)物質(zhì)沉積速率以及周期性沉積的時(shí)間尺度；以泥質(zhì)沉積為約束，以式（3）估算碳酸鹽沉積速率；最后以式（4）、（6）估算泥質(zhì)沉積和碳酸鹽沉積的物質(zhì)量變率，并由此反演物質(zhì)來源狀況，其中FI根據(jù)物質(zhì)組成而推算（詳見“結(jié)果”部分）；由于碳酸鹽沉積中有機(jī)質(zhì)含量相對較小，此處暫時(shí)將FO忽略不計(jì)。

2 結(jié)果

2.1 觀測剖面的沉積特征

目標(biāo)剖面含交替出現(xiàn)的泥質(zhì)和碳酸鹽沉積，共48 層，構(gòu)成24 個(gè)周期（圖2）。各層泥質(zhì)沉積特征相似，為淺褐色或土黃色薄層泥巖、頁巖，層理厚度為毫米級，而碳酸鹽沉積有不同的特征，顯示出多樣性。

圖2 研究地點(diǎn)碳酸鹽沉積的剖面特征左側(cè)數(shù)字為垂向距離，層序頂部為0 cm，右側(cè)數(shù)字為層序中的沉積層編號，詳見正文沉積特征的描述Fig.2 Profile characteristics of carbonate deposits at the study sitevertical distance is represented by numbers on the left,0 cm being at the top of the sequence,and sedimentary layer numbers in the sequence are indicated by numbers on the right

每個(gè)周期的沉積特征簡述如下（按自上而下的順序，Hc表示碳酸鹽沉積厚度，Hm表示泥質(zhì)沉積）。

周期24：Hc=40 cm，Hm=28 cm。周期性沉積的頂部，碳酸鹽沉積層為扭曲層理薄層灰?guī)r（圖3a），下層為層理厚度不同的泥巖和鈣質(zhì)泥巖夾層，最大層理厚度1 cm。

圖3 研究地點(diǎn)碳酸鹽巖的典型特征（a）褐色層面扭曲層理薄層灰?guī)r（第44層，灰?guī)r層標(biāo)本垂向尺度40 cm）；（b）具模糊李澤岡環(huán)的泥質(zhì)灰?guī)r（第24層，標(biāo)本垂向尺度22 cm）；（c）紅色斷裂面蠕蟲狀灰?guī)r（第18層，標(biāo)本垂向尺度50 cm）；（d）含“扁平礫石”的泥質(zhì)灰?guī)r（第16層，對角線為所在層的底部）（e）扁平礫石形態(tài)；（f）扭曲層理薄層灰?guī)r（第10層，灰?guī)r層標(biāo)本垂向尺度30 cm）Fig.3 Typical characteristics of carbonate rocks at the study site

周期23：Hc=4 cm，Hm=24 cm。淺色含泥質(zhì)灰?guī)r，可見模糊紋層，下部泥巖、鈣質(zhì)泥巖，最大層理厚度1 cm。

周期22：Hc=60 cm，Hm=21 cm。淺色灰?guī)r、亮晶薄層灰?guī)r，斷口處棱角明顯，向下過渡為黃色泥巖頁巖。

周期21：Hc=25 cm，Hm=12 cm。深灰色、灰色塊狀灰?guī)r，斷口尖銳，可劃分為0.5～2 cm 的多層，其中含更小的紋層，下層面波狀起伏，與淺褐色泥接觸。

周期20：Hc=20 cm，Hm=0.5 cm。灰色紋層灰?guī)r，斷口尖銳，下部為黃色泥巖。

周期19：Hc=11.5 cm，Hm=0.5 cm。深灰色紋層灰?guī)r，具蠕蟲狀灰?guī)r形態(tài)

周期18：Hc=19 cm，Hm=2 cm。深灰色紋層灰?guī)r，下部黃色泥巖、鈣質(zhì)泥巖，最大層厚厘米級。

周期17：Hc=21 cm，Hm=6 cm?；?guī)r和泥灰?guī)r，具紋層，下部為薄層泥巖夾層

周期16：Hc=27 cm，Hm=0.5 cm。的泥質(zhì)灰?guī)r，具模糊的李澤岡環(huán)形態(tài)，下部為薄層泥巖夾層

周期15：Hc=27 cm，Hm=0.5 cm。蠕蟲狀灰?guī)r，底部黃色頁巖夾層。

周期14：Hc=21 cm，Hm=7.5 cm。淺灰色紋層灰?guī)r，底部為含鈣泥質(zhì)沉積。

周期13：Hc=20 cm，Hm=5.5 cm?；?guī)r、泥灰?guī)r，底部為薄層泥巖。

周期12：Hc=22 cm，Hm=2 cm。棕灰色致密灰?guī)r，具模糊的李澤岡環(huán)形態(tài)，底部為黃色薄層泥巖（圖3b）。

周期11：Hc=50 cm，Hm=1 cm。淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r，含光滑而波狀起伏的上層面。

周期10：Hc=11 cm，Hm=2 cm。薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r，底部為黃色薄層泥巖。

周期9：Hc=52 cm，Hm=6 cm。致密蠕蟲狀灰?guī)r（圖3c），底部為黃色泥巖夾層。

周期8：Hc=23 cm，Hm=5 cm?；疑?guī)r，下部為大粒徑的扁平石灰?guī)r礫石，礫石的磨圓度好，粒徑為7～15 cm，礫石所在層向兩端延伸，范圍大于10 m（圖3d，e）；礫石蓋在下伏泥巖之上，使得泥巖的上層面不平整，底部礫石相對脫離，向上與周邊灰?guī)r緊密結(jié)合。

周期7：Hc=12 cm，Hm=4 cm?；疑踊?guī)r，向下過渡為黃色泥巖。

周期6：Hc=12 cm，Hm=6 cm。灰色灰?guī)r、泥灰?guī)r，底部為黃褐色泥巖。

周期5：Hc=33 cm，Hm=2 cm。深灰色致密中薄層灰?guī)r（圖3f），扭曲層面，底部為泥灰?guī)r和黃色泥巖。

周期4：Hc=23 cm，Hm=43 cm。深灰色灰?guī)r，薄層到中等厚度層理，下部為土黃色泥巖。

周期3：Hc=35 cm，Hm=4 cm。致密灰?guī)r，下部為泥巖。

周期2：Hc=70 cm，Hm=15 cm。致密狀石灰?guī)r，有紅色風(fēng)化面，下部的泥巖厚度變幅較大，在可見范圍內(nèi)為5～20 cm。

周期1：Hc=70 cm，Hm=28 cm。上部淺色灰?guī)r，內(nèi)部可再分為多層，層厚5～10 cm，下部為黃色薄層泥巖。

在目標(biāo)剖面的層序中，泥質(zhì)沉積的層理厚度總體上小于2 mm，也有一些較厚的，最大可達(dá)1 cm，但其物質(zhì)近似于泥質(zhì)灰?guī)r，不像毫米級泥巖那樣易于風(fēng)化成粉末狀。碳酸鹽沉積部分，通?？煞譃?～5 cm 厚度的次級沉積層，并可進(jìn)一步細(xì)分出紋層和蠕蟲狀層理。有些層位宏觀上表現(xiàn)為塊狀，分層不明顯，但在風(fēng)化程度較高的界面上更細(xì)的層理清晰可見。典型的紋層層理特征舉例如下：第34 層的樣品顯示細(xì)小紋層特征，最密集處層厚小于0.3 mm（圖4a）；層厚為毫米尺度的紋層最常見，如第40 層（圖4b）和第22 層（圖4c）的紋層。另外，在24 個(gè)周期的碳酸鹽沉積中，至少有3個(gè)周期的沉積具有蠕蟲狀構(gòu)造。其層理特征明顯地不同于紋層，微層的厚度沿層面變化，常出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，層面相應(yīng)地表現(xiàn)為有起伏的“粗糙層面”形態(tài)。蠕蟲狀層理的厚度大于前述的紋層，如第38 層的蠕蟲狀層理厚1.5～2.0 mm（圖4d），第30 層（圖4e）和第18 層（圖4f）的平均層厚均不小于2.5 mm。

圖4 研究地點(diǎn)碳酸鹽巖沉積的紋層和蠕蟲狀層理特征（a）細(xì)小紋層（第34層，圖幅垂向尺度3.8 cm）；（b）層厚為毫米尺度的紋層（第40層，垂向尺度4.5 cm）；（c）風(fēng)化面上顯示的層厚為毫米尺度的紋層（第22層，垂向尺度10.0 cm）；（d）蠕蟲狀層理（第38層，垂向尺度5.0 cm）；（e）蠕蟲狀層理（第30層，垂向尺度6.5 cm）；（f）蠕蟲狀層理（第18層，垂向尺度10.3 cm）Fig.4 The laminae and vermicular bedding in the carbonate deposits studied

2.2 泥質(zhì)和碳酸鹽物質(zhì)的沉積速率和周期性沉積時(shí)間尺度

目標(biāo)剖面的總厚度為9.40 m，根據(jù)式（1），沉積層形成的時(shí)間長度為0.28 Ma，平均沉積速率為3.3×10-5m/a。剖面中泥質(zhì)層厚度總計(jì)為2.44 m，占26%；假設(shè)泥質(zhì)層中碳酸鹽含量可忽略，而碳酸鹽層含有10%、20%、30%的泥，則泥的總厚度分別為3.13 m、3.83 m、4.52 m；根據(jù)式（2），泥的沉積速率分別為1.1×10-5m/a、1.4×10-5m/a、1.6×10-5m/a。

具體到每個(gè)周期，將泥質(zhì)沉積層厚度除以沉積速率可得到泥質(zhì)沉積層形成的時(shí)間長度；根據(jù)式（3）獲得整個(gè)周期的時(shí)間長度，以其減去泥質(zhì)層時(shí)間長度后得到碳酸鹽層時(shí)間長度。圖5 顯示了目標(biāo)剖面周期性沉積的時(shí)間尺度。在整個(gè)層序的兩端，有7個(gè)周期的時(shí)長介于10～40 ka，明顯長于層序中部的各個(gè)周期（大多為5～10 ka）。一個(gè)突出的特征是，雖然泥質(zhì)層厚度只占總厚度的26%，但堆積的時(shí)長為0.20 Ma，占總時(shí)長的73%，也就是說，該區(qū)域在這一時(shí)期內(nèi)的大部分時(shí)間不利于碳酸鹽沉積。

圖5 目標(biāo)剖面周期性沉積的時(shí)間尺度（棕黃色為泥質(zhì)層的時(shí)間長度，綠色為碳酸鹽層的時(shí)間長度）Fig.5 The time scale of periodic deposition of the studied profile (brown color for the muddy layers,and green color for the carbonate layers)

2.3 物源供給特征

按照一級近似預(yù)估的泥質(zhì)物質(zhì)沉積速率1.1×10-5m/a，與現(xiàn)今深海環(huán)境的堆積速率[15]相當(dāng)，若顆粒沉降速率定為10-5m/s，且考慮孔隙率因素的沉積物容重值設(shè)為1 600 kg/m3，則式（5）給出的懸沙濃度為0.056×10-3g/m3。

根據(jù)前述的剖面觀測和計(jì)算結(jié)果，碳酸鹽沉積層的總厚度為6.96 m，其堆積發(fā)生于0.08 Ma的時(shí)間內(nèi)，因此其平均沉積速率為0.087 m/ka。由于在一級近似的假設(shè)中泥質(zhì)和碳酸鹽物質(zhì)各占10%和90%，因此根據(jù)式（6）碳酸鹽物質(zhì)的沉降通量為0.21 kg/a。與現(xiàn)代生物礁（以珊瑚礁為代表）的沉降通量（1～60 kg/a）[19]相比，當(dāng)時(shí)的碳酸鹽物質(zhì)生產(chǎn)量是較低的，為現(xiàn)今數(shù)值的0.35%～20%。若顆粒沉降速率定為10-5m/s，碳酸鹽沉積物容重值取為2 600 kg/m3，則式（7）給出的碳酸鹽懸浮物濃度為6.5×10-3g/m3?，F(xiàn)今海洋的珊瑚礁是高生產(chǎn)力區(qū)，若生物生產(chǎn)以400 g C m-2a-1計(jì)，則當(dāng)時(shí)的水層生物生產(chǎn)可能為1～10 g C m-2a-1量級。

3 討論

波浪基面以下的海洋沉積常有100～102cm 尺度的周期性，人們認(rèn)為與米蘭科維奇周期相關(guān)，氣候變化使沉積物供給狀況發(fā)生變化[15]。南京地區(qū)早三疊世的周期性沉積涉及5～40 ka的尺度，似乎與此主張一致。此次研究的目標(biāo)剖面，泥質(zhì)沉積的厚度占比較大，時(shí)間占比更大，這可解釋為本區(qū)域所處氣候帶的特征。研究區(qū)地處古特提斯洋的東北部，與古生代時(shí)期不同，其時(shí)本區(qū)域已離開典型的熱帶海洋，只是由于順時(shí)針的洋盆環(huán)流，才使得熱帶海洋環(huán)境周期性地控制該區(qū)域（圖6）。此外，研究區(qū)與當(dāng)時(shí)的泛大洋有一條通道相連，這里暫稱之為“華東海峽”。雖然東面的華夏地塊難以給本區(qū)提供陸源物質(zhì)[8]，但古特提斯洋洋盆環(huán)流和往返于華東海峽的海流持續(xù)帶來懸浮沉積物，可在當(dāng)時(shí)南京地區(qū)的邊緣海發(fā)生堆積。在大部分時(shí)間里，研究區(qū)不具備大量產(chǎn)生碳酸鹽沉積物的條件，但在氣候暖期，仍然可被熱帶海洋所控制，形成沉積速率相對較高的碳酸鹽堆積體。

圖6 南京地區(qū)三疊紀(jì)碳酸鹽巖形成時(shí)的沉積環(huán)境和洋流特征（底圖據(jù)文獻(xiàn)[13]修改）Fig.6 Paleogeographic conditions during the formation of Triassic carbonate strata in the Nanjing area (the ancient environmental setting based on the reference [13])

盡管如此，此次研究的初步結(jié)果依賴于泥質(zhì)物質(zhì)沉積速率和碳酸鹽沉積中泥質(zhì)物質(zhì)含量的預(yù)估值。在兩者均為常數(shù)的假設(shè)條件下，可根據(jù)式（1）～（7）計(jì)算中期行沉積的相關(guān)參數(shù)。但在古特提斯洋演化的后期階段，環(huán)境逐漸發(fā)生變化，陸源物質(zhì)的源地可能發(fā)生變化。在不同的氣候變化周期里，碳酸鹽沉積和泥質(zhì)物質(zhì)在地層中占比也有不同，證據(jù)是此次探討的24 個(gè)周期中碳酸鹽沉積特征有較大變化，一些層位含泥量較高，形成有李澤岡環(huán)的泥灰?guī)r，而另一些層位含泥量較低，形成質(zhì)地致密的灰?guī)r或蠕蟲狀灰?guī)r（圖3）。如果將每個(gè)周期分別處理，則碳酸鹽沉積中的雜質(zhì)含量P可對式（3）起到約束作用。

但是，由于在新的假設(shè)條件下式（3）有兩個(gè)未知量，即Dm和T’，因此還需要增加一個(gè)約束變量。目標(biāo)剖面的沉積以紋層或蠕蟲狀構(gòu)造為特征（圖4），其中蠕蟲狀構(gòu)造的時(shí)間尺度不確定性較高，而細(xì)小的紋層很可能與尺度為a 的沉積相關(guān)聯(lián)[12]，在陸架、陸坡、邊緣海等環(huán)境，物質(zhì)來源和生物生產(chǎn)決定了沉積速率。如果此時(shí)間尺度的紋層能夠被識別，則有：

式中：H2為周期內(nèi)碳酸鹽沉積厚度（m），DL為用紋層厚度推算的沉積速率（m/s）。應(yīng)注意的是，由于沉積層保存潛力的因素，紋層在同一點(diǎn)上難以完整保存，因而式（9）中要加入校正系數(shù)k加以調(diào)整。系數(shù)k的確定需根據(jù)堆積、沖刷周期過程來確定[20-21]。此時(shí)，將式（9）、式（3）并列，可解出Dm和T’的值。此外，如果以生物生產(chǎn)作為參照，也能根據(jù)式（8）用有機(jī)質(zhì)顆粒的垂向通量來估算T’值?？傮w上，碳酸鹽沉積的雜質(zhì)含量、紋層厚度、沉積物和有機(jī)質(zhì)來源信息均有助于約束條件的形成，但這些方面還需進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

（1）南京地區(qū)早三疊世碳酸鹽地層中發(fā)現(xiàn)的一段周期性沉積具有100～102cm垂向尺度，碳酸鹽層與泥質(zhì)層交替出現(xiàn)，在24 個(gè)周期中碳酸鹽沉積厚度占74%，并顯示巖性的多樣性，如扭曲層理薄層灰?guī)r、具有李澤岡環(huán)的含泥灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r，沉積構(gòu)造則表現(xiàn)為層理級別的多樣性，紋層是各個(gè)周期中存在的普遍特征。

（2）沉積動(dòng)力學(xué)計(jì)算顯示，泥質(zhì)層的沉積速率為10-5m/a 量級，據(jù)此推斷周期性沉積的時(shí)間尺度為5～40 ka，與米蘭科維奇周期一致。雖然泥質(zhì)層厚度只占總厚度的26%，但卻占總時(shí)長的73%。

（3）計(jì)算所獲的環(huán)境參數(shù)，如泥質(zhì)和碳酸鹽物質(zhì)沉積速率、沉降通量、水層懸沙濃度、碳酸鹽物質(zhì)產(chǎn)出、生物生產(chǎn)等，與現(xiàn)今深海碳酸鹽沉積環(huán)境的參數(shù)值相當(dāng)。

（4）研究區(qū)的周期性沉積可與區(qū)域性的古海洋環(huán)境和氣候變化特征相對照。但為了進(jìn)一步提高計(jì)算精度，需明確所在層位的碳酸鹽沉積的雜質(zhì)含量、紋層厚度和保存潛力、沉積物和有機(jī)質(zhì)來源等約束條件。

致謝 南京大學(xué)張紅霞參與現(xiàn)場觀察和測量工作，華東師范大學(xué)劉楨嶠在圖件繪制上提供了幫助。本文曾在華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)報(bào)告會上宣讀，感謝賈建軍、趙寧研究員的邀請。感謝審稿專家提出中肯的修改建議。