周楊，金思丁，劉巖，劉四兵，張全林

1.成都理工大學能源學院，成都 610059

2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國重點實驗室（成都理工大學），成都 610059

3.中石化西南油氣分公司，成都 610041

0 引言

四川盆地筇竹寺組是寒武系頁巖氣的重要勘探目的層[1-2]，是繼志留系龍馬溪組之后的又一頁巖氣勘探開發(fā)的熱點層段，具有較好的勘探前景[3-4]。前人針對該層段沉積、層序地層方面做過諸多工作[5-8]，但由于寒武系地層時代老，取心長度有限，區(qū)域上也缺乏可靠的古生物地層或年代地層等資料的約束，筇竹寺組地層的沉積旋回與充填過程至今尚不十分明朗，很大程度上制約了該層系頁巖氣的勘探進程。大量學者嘗試對四川盆地及周緣地區(qū)的寒武紀地層進行了層序地層劃分[9-11]。大多數(shù)劃分方案都以典型露頭剖面實測為基礎(chǔ)，結(jié)合巖石薄片、鉆測井、古生物、地球化學和地球物理等資料，通過對層序界面特征和層序內(nèi)部充填樣式的識別，建立年代地層、巖石地層與層序地層之間的聯(lián)系。然而不同學者的層序劃分方案和標準并未達成一致，尤其是沒有利用統(tǒng)一的時間區(qū)間對層序進行分級。三級層序海平面升降的起源是過去30 年懸而未決的問題之一，目前被廣泛接受的一種級別劃分方式是將三級層序的形成歸因為冰川型海平面變化的結(jié)果，并將三級層序的持續(xù)時限與海平面變化的周期相對應(yīng)[12-13]。因沉積相類型多且變化快，無法通過某一個或幾個剖面去追蹤區(qū)內(nèi)所有三級層序界面，前人對下寒武統(tǒng)泥頁巖沉積地層的三級層序的劃分存在一定不合理性。近年來，基于米蘭科維奇理論的高頻層序識別與劃分已成為研究的熱點和前沿領(lǐng)域[14-15]，不僅成功應(yīng)用于厘定地層沉積持續(xù)時間及判別重要地質(zhì)事件的天文影響因素[16-19]，并且通過提取天文周期曲線為參考曲線的方式，實現(xiàn)了深水頁巖沉積的高頻層序定量劃分[20-22]，該理論方法可以從成因上解決高頻沉積層序單元的劃分問題[23]。在解決頁巖地層精細劃分和對比的問題基礎(chǔ)之上，可進一步實現(xiàn)頁巖油氣勘探有利層段的預(yù)測，對頁巖油氣勘探也具有重要意義。

國內(nèi)在20 世紀90 年代初就開始利用測井資料進行旋回地層學研究[24]，目前常規(guī)測井曲線（自然伽馬、電阻率、密度、聲波時差等）是最常使用的測井資料[25-27]。其中，自然伽馬測井綜合反映了沉積地層中放射性元素（釷、鈾、鉀）的含量，能夠較好地反映巖性變化，尤其是地層中黏土礦物和有機質(zhì)含量的變化，常被用作古氣候替代指標[20,26,28]；電阻率若僅受黏土礦物含量或有機質(zhì)含量其中之一的單因素調(diào)控，亦能成為有效的古氣候替代指標[29]，例如：美國西部內(nèi)陸盆地白堊紀Niobrara 組地層電阻率被認為與天文軌道驅(qū)動作用下的碳酸鹽巖含量相關(guān)[30]；位于佛羅里達海峽附近的鉆探（航次166，站位1006）的聲波曲線記錄了1.4 m的天文強迫周期[31]。天文軌道周期驅(qū)動作用下的氣候變化能對不同沉積組分產(chǎn)生相應(yīng)的影響，且不同測井參數(shù)對古氣候的響應(yīng)方式不同[29,32]，單一測井替代指標及劃分標準不能同時適用于所有地層。

本次研究擬對四川盆地井研—犍為地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積地層開展旋回地層學研究。在考慮測井響應(yīng)主控地質(zhì)因素的前提下，以常規(guī)測井數(shù)據(jù)作為替代指標，并對測井數(shù)據(jù)進行多窗口頻譜分析和相關(guān)系數(shù)分析，從地層中識別出可靠的米蘭科維奇信號。通過長偏心率濾波和天文校準，建立金頁1井的“浮動”天文年代標尺。根據(jù)沉積噪音模型DYNOT 曲線，從相對海平面變化周期的角度探討筇竹寺組三級層序的劃分方案，并根據(jù)已建立的天文標尺，估算各個三級層序的持續(xù)時間。最后，嘗試以鄰區(qū)梅樹村剖面石巖頭組底部CA-ID-TIMS U-Pb 定年結(jié)果（526.86±0.16 Ma）為年齡控制點，估算金頁1井時間序列關(guān)鍵界面的年齡，并與2020 年國際地質(zhì)年代表進行對比，驗證本次旋回地層研究的準確性。

1 地質(zhì)概況

1.1 古地理背景

四川盆地位于上揚子板塊，是一個四面被造山帶環(huán)繞的菱形疊合盆地，總面積為18×104km2（圖1a）。震旦紀燈影階至早寒武世麥地坪階，上揚子地區(qū)發(fā)生了三幕桐灣運動[33]，區(qū)域性隆升和間斷性剝蝕作用使得巖相古地理極其復(fù)雜，由北西向南東的沉積環(huán)境展布為：古陸—濱海相—淺水陸棚相—深水陸棚相[34-35]。查明不同地區(qū)富有機質(zhì)頁巖段的等時對比關(guān)系是制約四川盆地頁巖氣勘探選區(qū)的關(guān)鍵地質(zhì)問題，劉忠寶等[9]將上揚子下寒武統(tǒng)整體劃分為8 個三級層序，其中筇竹寺階發(fā)育4 個三級層序（圖1b）。大量研究表明，四川盆地綿陽—長寧拉張裂陷槽在早寒武世充填了巨厚的深水陸棚相泥頁巖[36]，受裂陷槽影響，筇竹寺組泥頁巖在資陽—宜賓一帶地層橫向發(fā)育穩(wěn)定，無沉積間斷且厚度大，較裂陷槽外部淺水陸棚及臺地區(qū)更適宜開展旋回地層學工作。

圖1 （a）四川盆地及周緣地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組巖相古地理平面圖；（b）四川盆地下寒武統(tǒng)層序地層對比圖Fig.1 (a) Lithofacies paleogeography of Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in Sichuan Basin and the adjacent areas;(b) sequence stratigraphic correlation map of Lower Cambrian in Sichuan Basin

1.2 地層劃分與年代地層

與全球寒武紀年代地層劃分方案相對比，國內(nèi)傳統(tǒng)劃分的下寒武統(tǒng)下部相當于紐芬蘭統(tǒng)和第二統(tǒng)[37]。四川盆地及其周緣地區(qū)下寒武統(tǒng)自下而上劃分為梅樹村階、筇竹寺階、滄浪鋪階與龍王廟階，其中四川盆地麥地坪組（下寒武統(tǒng)底部）大致對應(yīng)的國際年代地層單位為紐芬蘭統(tǒng)幸運階與第二階，筇竹寺組大致對應(yīng)第二階與第三階[38-39]。四川盆地內(nèi)該套沉積地層具有同時異相性，地層序列的時空變化極為復(fù)雜，巖石地層名稱復(fù)雜且不統(tǒng)一[40]（表1）。金頁1 井在寒武系筇竹寺組沉積期時處于裂陷槽沉積中心附近，已經(jīng)有許多學者對金頁1井進行了較為豐富的層序、沉積研究[4-6,44-45]，為我們的研究提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。通過前人對四川盆地下寒武地層的時間框架的搭建，可以初步判定金頁1井筇竹寺組沉積于～529 Ma 至～521 Ma 之間（表1）。同時可將該鉆井與東北部發(fā)表了豐富同位素和生物地層的肖灘剖面進行橫向?qū)Ρ萚41-43]（圖2a，b）。肖灘剖面石巖頭組下段存在的一段黑色巖性標志層，在整個華南板塊內(nèi)部臺地區(qū)域可以進行對比，金頁1井筇竹寺組下段同樣也發(fā)育這樣一套黑色頁巖（圖2c），表明筇竹寺組底部與石巖頭組底部位于同一沉積時期；金頁1井麥地坪組白云巖和磷塊巖可與肖灘剖面朱家箐組中誼村段的特征巖性進行對比，麥地坪組與筇竹寺組不整合接觸，四川盆地麥地坪組與肖灘剖面寒武系早期朱家箐組處于同一沉積時期[52]。

表1 四川盆地及周緣地區(qū)下寒武統(tǒng)地層與時間框架[40-43]Table 1 Stratigraphy and geological time scale of the Lower Cambrian in Sichuan Basin and the adjacent areas[40-43]

圖2 金頁1 井與肖灘剖面巖石地層、古生物地層和年代地層對比[46-51]（a）肖灘剖面地層劃分方案及年代地層學；（b）金頁1井地層劃分方案；（c～e）金頁1井典型巖心照片及古生物照片；（f）鉆井及剖面位置Fig.2 Correlated lithostratigraphy,biostratigraphy and chronostratigraphy between well Jinye-1 and Xiaotan section[46-51](a) stratigraphic and chronostratigraphic division of Xiaotan section;(b) stratigraphic division of well Jinye-1;(c-e) photographs of typical cores and paleontological specimens of well Jinye-1;(f) location of well Jinye-1 and Xiaotan section

2 數(shù)據(jù)與方法

本文的研究數(shù)據(jù)主要為金頁1 井的常規(guī)測井和自然伽馬能譜測井，除此之外，還包括TOC含量和黏土礦物含量的實測數(shù)據(jù)及測井曲線擬合數(shù)據(jù)。該鉆井以寒武系筇竹寺組頁巖層系為目的層，鉆至下伏燈影組，本文研究主要選取3 184～3 655 m，采樣間隔為0.1 m 的測井數(shù)據(jù)進行旋回地層學分析。在進行天文旋回分析之前，對各類測井數(shù)據(jù)采用滑動窗口相關(guān)分析（evolutionary correlation analysis），可根據(jù)其所顯示的平面二維熱力圖，對測井曲線數(shù)值的相關(guān)程度以不同深度及不同地層厚度變化的角度進行了解[29]，并通過測井響應(yīng)特征分析，選取最佳測井序列作為旋回地層學的替代指標。

旋回地層學分析方法主要是時間序列分析方法，包括Multitaper method（MTM）頻譜分析[53]、Fast Fourier transform（LAH）滑動窗口頻譜分析[54-55]、濾波分析、相關(guān)系數(shù)分析（correlation coefficient 及evolutionary correlation coefficient）、沉積噪音模型（sedimentary noise model）分析等[56]。由于曲線包含各類地質(zhì)因素引起的周期性變化，除了一些與地質(zhì)因素無關(guān)的干擾信號之外，還包括一些長周期引起的高頻信號，在進行頻譜分析之前，要將這種信號通過去趨勢化的方法去除[57]，去趨勢化（detrended）的測井序列中受天文周期影響的信號將更突出。本次研究的所有計算使用的軟件包為基于Matlab平臺下的AcycleV2.4[58]。

3 測井響應(yīng)特征分析

測井響應(yīng)特征分析是利用測井資料進行地質(zhì)分析的基礎(chǔ)。古環(huán)境、古氣候的變化對不同測井數(shù)據(jù)影響的差異，決定了不同測井資料是否能夠解決相關(guān)古氣候古環(huán)境問題。自然伽馬（GR）測井的數(shù)值主要取決于地層中自然伽馬輻射的強度，主要受地層中Th、U、K元素的分布與聚集的影響。K和Th的含量與黏土礦物含量關(guān)系密切，在風化和黏土礦物形成過程中，Th 元素具有有限的流動性，比K 更不容易溶解，完全存在于碎屑組分內(nèi)。前人研究表明，Th 和K 的比值可以較好地反映碎屑顆粒的粒度大小，從而指示當時水體環(huán)境的能量大小[59]。Th 和U 的比值能夠反映沉積水體的氧化還原條件[60]，隨著水體還原程度的逐漸增加，Th/U 值逐漸減小。一般而言，Th/U 小于4為強還原環(huán)境，大于4且小于10指示還原環(huán)境，大于10 指示氧化環(huán)境[61]。在具有很高的U 值，而Th、K 數(shù)值較低的層段，隨U 值增高，Th、K 數(shù)值并未相應(yīng)增大，可能是流體濾液十分活躍所離析的鈾礦物附著于裂縫中所引起的。另外，U含量與氧化還原條件密切相關(guān)，還原環(huán)境下，有機質(zhì)含量高，對應(yīng)的U含量高。

金頁1井筇竹寺組（3 184～3 566 m）的GR、U元素測井曲線具有相似的變化特征，而Th 元素和K 元素測井曲線變化趨勢則與GR、U元素曲線明顯不同（圖3），推測U元素主要形成于后生成巖作用，自生鈾在還原條件下的富集作用引起部分層位出現(xiàn)的高U值。與此同時，滑動窗口相關(guān)分析圖顯示（圖4），GR曲線與Th、K元素含量的相關(guān)性整體上是正相關(guān)，但在較大部分的深度段相關(guān)系數(shù)都低于0.5，如3 303 m，3 384 m，3 496 m 深度附近，滑動窗口大小20 m 左右的熱力圖中相關(guān)系數(shù)的讀數(shù)約為0.2，不具有相關(guān)性。而GR 曲線與U 元素含量整體上不具有明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在熱力圖中的讀數(shù)為0.2 左右，但在3 303 m，3 402 m，3 566 m深度附近，相關(guān)系數(shù)數(shù)值接近1.0，顯示出強烈的正相關(guān)，推測是地層中放射性元素的非氣候成因富集導(dǎo)致的異常高GR和高U值。因此，GR 和U曲線并不能很好地反映同沉積時期的沉積環(huán)境，不是天文旋回研究的有效古氣候替代指標。由于Th 和K 元素都和碎屑黏土密切相關(guān)，所以黏土礦物含量與Th、K元素含量顯示出明顯的正相關(guān)性，從另一個角度證明自然伽馬能譜測井曲線中的Th、K元素含量能夠很好地反映古氣候、古環(huán)境變化，可以作為金頁1 井沉積地層的天文旋回研究的良好替代指標。Th/K與黏土礦物含量的相關(guān)性，不如Th、K元素與黏土礦物含量的相關(guān)性顯著（圖4），部分層段表現(xiàn)為負相關(guān)（3 303 m，3 566 m），這可能是由于K元素含量對黏土礦物含量的影響要高于Th元素。

圖3 金頁1 井筇竹寺組（3 184～3 566 m）測井曲線特征Fig.3 Logging characteristic of well Jinye-1,Qiongzhusi Formation (3 184-3 566 m)

圖4 金頁1 井筇竹寺組伽馬能譜測井相關(guān)分析Fig.4 Correlation analysis of natural gamma spectrometric logs in well Jinye-1,Qiongzhusi Formation

由于Th 元素和K 元素對古氣候的響應(yīng)機理類似，在偏心率較大的地質(zhì)歷史時期，相對溫暖濕潤的氣候條件增加降水、化學風化強度等，導(dǎo)致沉積顆粒粒徑減小，黏土礦物沉積量增加；升高的黏土礦物含量通常對應(yīng)于的高Th和高K值，高Th和K值被認為與高偏心率的地質(zhì)歷史時期對應(yīng)，本文采用K 元素含量作為旋回地層學的替代指標。在3 303 m，3 384 m，3 496 m等深度段測井數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了較為明顯的變化（圖3，4）。為了分析不同沉積環(huán)境的測井響應(yīng)特征，分別對這四個深度段進行測井值統(tǒng)計分析（圖5）。可以看出在筇竹寺組的四段地層中，各類測井曲線的均值和方差都發(fā)生了明顯的變化，指示出筇竹寺組頁巖沉積環(huán)境及沉積速率在這四段沉積地層中發(fā)生了明顯變化。

圖5 金頁1 井筇竹寺組不同層段伽馬能譜測井響應(yīng)特征統(tǒng)計Fig.5 Density plots of different layers natural gamma spectrometric logging in well Jinye-1,Qiongzhusi Formation

4 旋回地層學分析

4.1 寒武紀早期的天文軌道周期

由于太陽系內(nèi)的行星混沌作用貫穿始終，50 Ma以前的地層并沒有高精度的天文年代學校正[62]。寒武紀早期的天文軌道周期不同于運用在比較新的地層中20∶5∶2∶1的周期比值，斜率和歲差會更接近，部分疊置難以識別；且短偏心率周期與斜率周期也可呈4∶1的比值關(guān)系，與長偏心率與短偏心率4∶1的比值相同，而造成多解性。目前有三種軌道周期方案試圖通過建立相對準確的地月系統(tǒng)演化模型來確定較老的地層的天文周期信號[63-64]。本次研究采用Waltham[65]解決方案，認為405 kyr長偏心率周期在地質(zhì)歷史時期內(nèi)保持穩(wěn)定不變，以同時代古潮汐韻律計地球自轉(zhuǎn)速度建立月球撤退模型計算出520 Ma 左右的天文軌道周期為405 kyr，131 kyr，95 kyr，36.4 kyr，28.2 kyr，20.4 kyr，19.4 kyr，16.8 kyr。

4.2 深度域頻譜分析

未做處理的K元素測井曲線存在隨深度增大先減小，隨后又增加的趨勢（圖3），這可能是長周期的構(gòu)造演化所產(chǎn)生的信號，也有可能是測井曲線在原位地層中受地層溫度、壓力的影響所導(dǎo)致的與天文周期無關(guān)的旋回信號。前人研究表明，該沉積地層的沉積速率在2～5 cm/kyr[66]，長偏心率周期（405 kyr）控制的沉積旋回厚度為8～20 m，因此本次研究中去趨勢化處理采用的窗口大小為30 m，用于保留天文軌道長偏心率周期。

對趨勢化后的K元素測井數(shù)據(jù)進行滑動窗口頻譜分析（圖6a），滑動窗口步長為0.7 m，窗口長度為30 m。圖譜中峰值所對應(yīng)的深度（頻率的倒數(shù)）表明各個深度段均保存了長偏心率、短偏心率及斜率的信號，歲差信號不明顯。然而，譜圖中峰值所對應(yīng)的頻率在3 303 m，3 384 m 和3 496 m 處同樣出現(xiàn)了明顯的峰值信號不連續(xù)現(xiàn)象（圖6a），是由于某些深度段的測井序列中包含更多的噪聲，高頻信號被具有更高功率的噪聲所抑制[67]，也可能是由于沉積速率的變化導(dǎo)致沉積周期發(fā)生了變化[68]。綜合考慮滑動頻譜圖譜上出現(xiàn)信號不連續(xù)的深度（圖6a），及測井響應(yīng)特征（圖4，5）發(fā)生變化的深度，將整個筇竹寺組（3 184～3 566 m）劃分為四個層段，從下到上依次為：一段（3 496～3 566 m），二段（3 384～3 496 m），三段（3 303～3 384 m）和四段（3 184～3 303 m）（圖6b～e），并分別進行頻譜分析。在筇竹寺組一段地層中（圖6b），高于90%置信度的6 個頻率譜峰對應(yīng)的厚度周期為10.44，3.68，2.53，1.34，1.08 和1.01 m；筇竹寺組二段地層（圖6c），高于90%置信度的6 個頻率譜峰對應(yīng)的厚度周期為18.86，6.25，4.52，2.43，1.70 和1.70 m；筇竹寺組三段地層（圖6d），高于90%置信度的7個頻率譜峰對應(yīng)的厚度周期為11.76，5.71，3.41，2.34，1.21和0.87 m；筇竹寺組四段地層（圖6e），高于90%置信度的7 個頻率譜峰對應(yīng)的厚度周期為13.33，4.64，3.21，2.51，1.40和1.01 m。筇竹寺組內(nèi)劃分的四個層段識別的部分顯著周期均和405∶131∶95∶36.4∶28.2的比值相接近，證明筇竹寺組四段地層沉積時期均受到米蘭科維奇旋回的影響。由于沉積環(huán)境在不同層段發(fā)生了改變，沉積速率發(fā)生了微小變化，此處通過長偏心率周期（405 kyr）對應(yīng)的沉積厚度，對每段沉積速率進行一個初步估計：一段沉積速率約為2.46 cm/kyr，二段沉積速率約為4.65 cm/kyr，三段沉積速率約為2.90 cm/kyr，四段沉積速率約為3.28 cm/kyr。金頁1 井筇竹寺組的沉積速率呈現(xiàn)先增大后減小，隨后又增大的趨勢。

圖6 金頁1 井筇竹寺組（3 184～3 566 m）K 元素曲線頻譜分析圖（a）3 184～3 566 m滑動窗口頻譜分析；（b）3 184～3 303 m 頻譜分析；（c）3 303～3 384 m頻譜分析；（d）3 384～3 496 m頻譜分析；（e）3 496～3 566 m頻譜分析Fig.6 Spectral analyses of K logging series in the Qiongzhusi Formation (3 184-3 566 m) in well Jinye-1(a) evolutionary spectral analysis of 3 184-3 566 m;(b) spectral analysis of 3 184-3 303 m;(c) spectral analysis of 3 303-3 384 m;(d) spectral analysis of 3 384-3 496 m;(e) spectral analysis of 3 496-3 566 m

4.3 最優(yōu)沉積速率的估算

通過頻譜分析，在90%的置信度之上檢測到了周期性變化的功率，但所選取的K 元素測井曲線的數(shù)據(jù)是以深度為單位，在對應(yīng)的沉積時間范圍內(nèi)并沒有進行頻率計算。因此，本文通過“COCO（correlation coefficient）”和“eCOCO（evolution correlation coeffi cient）”[57]兩種方法分析，將深度序列的替代指標轉(zhuǎn)換成時間序列，然后計算該時間序列的功率譜與天文解決方案功率譜之間的相關(guān)系數(shù)，從而提高旋回識別的準確性（圖7）。本次研究的“COCO”計算得出金頁1 井筇竹寺組的平均沉積速率在2.5，2.9，3.4 和4.8 cm/kyr 處的H0顯著水平（被錯誤拒絕的零假設(shè)，即非天文軌道驅(qū)動信號）都低于0.001，且參與計算的天文軌道參數(shù)分量多于6個。本次研究的eCOCO分析選取1～6 cm/kyr 的沉積速率區(qū)間，滑動步長為0.5 m，滑動窗口為30 m，蒙特卡洛模擬2 000次，得到圖7所示結(jié)果，其中紅色（極值）決定了特定深度的最優(yōu)沉積速率。

圖7 金頁1 井筇竹寺組深度序列（3 184～3 566 m）的COCO 分析和eCOCO 分析結(jié)果Fig.7 “COCO”and“eCOCO”analyses of the Qiongzhusi Formation depth-rank series in well Jinye-1 (3 184-3 566 m)

根據(jù)頻譜分析，用比值法對不同深度段的平均沉積速率的初步估算（2.46 cm/kyr，4.65 cm/kyr，2.90 cm/kyr 和3.28 cm/kyr），與用檢驗法（eCOCO）對最優(yōu)沉積速率的評價的結(jié)果相一致，再次證明本次研究選取的功率譜頻段組合是滿足天文軌道驅(qū)動條件的。

4.4 濾波和調(diào)諧

基于頻譜分析及COCO、eCOCO 分析的結(jié)果，將代表長偏心率（E，405 kyr）的沉積旋回通過高斯帶通濾波提取出來。其中，筇竹寺組一段的濾波頻率為0.10±0.02 cycles/m，二段的濾波頻率為0.053±0.009 cycles/m，三段的濾波頻率為0.085±0.015cycles/m，四段的濾波頻率為0.075±0.001 cycles/m（圖8）。濾波結(jié)果顯示金頁1井筇竹寺組總共記錄了29個長偏心率周期，其中：一段（3 496～3 566 m）記錄了約7 個長偏心率旋回；二段（3 384～3 496 m）記錄了6 個長偏心率旋回；三段（3 303～3 384 m）記錄了7 個長偏心率旋回；四段（3 184～3 303 m）記錄了9 個長偏心率旋回（圖8c）。本次研究選取代表長偏心率的濾波曲線建立深度—時間模型，從而得到時間域數(shù)據(jù)序列，并結(jié)合對應(yīng)的深度域序列獲得金頁1 井筇竹寺組連續(xù)變化的沉積速率曲線（圖8d）。在3 303 m，3 384 m 和3 496 m 處沉積速率出現(xiàn)了明顯的變化，整個筇竹寺組沉積時期，由下到上呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

圖8 金頁1 井筇竹寺組K 元素曲線濾波、調(diào)諧、時間域滑動窗口頻譜分析和浮動天文年代標尺（a）巖性剖面；（b）去趨勢化的K元素測井曲線（深度域）；（c）K元素405-kyr濾波曲線（一段頻率：0.10±0.02 cycles/m，二段頻率為0.053±0.009 cycles/m，三段頻率為0.085±0.015 cycles/m，四段頻率為0.075±0.001 cycles/m）；（d）沉積速率變化曲線（深度域）；（e）調(diào)諧后的K元素測井曲線（時間域）；（f）時間域K元素測井曲線405-kyr濾波曲線；（g）時間域K元素測井曲線滑動窗口頻譜分析；（h）浮動天文年代標尺Fig.8 Filtering,tuning,evolutionary spectra analysis and floating astronomical time scale of K logging series in well Jinye-1(a) lithological profile;(b) de-trended K series in depth domain;(c) 405-kyr filtered K series in depth domain (bandpasses of the four sections: 0.10±0.02,0.053±0.009,0.085±0.015 and 0.075±0.001 cycles/m respectively upwards from bottom);(d) sedimentation rate in depth domain;(e) 405-kyr tuned K series in time domain;(f) 405-kyr filtering curve in time domain;(g) evolutional spectra analysis of tuned K series;(h) floating astronomical time scale

4.5 “浮動”天文年代標尺的建立

以筇竹寺組底部年齡526.86±0.16 Ma 作為天文年代調(diào)諧的初始錨點，界定本次研究的時間范圍，建立“浮動天文年代標尺”（圖8h）。為了驗證濾波和調(diào)諧結(jié)果的準確性，對用天文校準后轉(zhuǎn)化成時間域的數(shù)據(jù)序列再次進行滑動窗口頻譜分析（圖8g），結(jié)果顯示識別的頻率有0.002 5，0.007 6，0.010 5，0.027 8，0.038 5 cycles/kyr，在405 kyr（長偏心率期），131 kyr（短偏心率周期），95 kyr（短偏心率周期），36 kyr（斜率周期），28 kyr（斜率周期）的位置上有較強的功率譜，驗證了天文調(diào)諧的結(jié)果是可靠的。在歲差頻率上由于沉積速率較低和數(shù)據(jù)分辨率不夠等問題，沒有獲得較明顯的天文信號。

5 基于米蘭科維奇理論的層序地層劃分

傳統(tǒng)的層序地層學研究多應(yīng)用于盆地邊緣的沉積序列中，基于等時的角度研究地層疊加樣式及其變化[69]，層序地層學的發(fā)展極大地完善了與海平面變化相關(guān)的沉積物堆砌樣式的解釋，并通過建立等時地層格架，來重建地質(zhì)歷史時期的海平面變化[70-71]。然而，對于盆地中心的深水沉積物，某些“不整合面”可能是非常細微尺度的，甚至是“整合的”，很難通過傳統(tǒng)的層序地層學研究方法進行識別。基于米蘭科維奇理論的旋回地層學，以地球軌道周期為“成因”控制，對細粒沉積地層進行定量分析，可以利用天文周期的時間屬性約束不同級次的海平面變化旋回，從而進行高頻率層序地層劃分。

5.1 沉積噪音模型

Liet al.[56]開發(fā)的沉積噪音模型（DYNOT和ρ1）是一種基于軌道調(diào)諧后的動態(tài)沉積噪音模型，也被證明是一種有效的海平面變化重建方法[56,72-73]。沉積巖中不同氣候替代指標保存的信息包括“信號”（即軌道周期作用下的產(chǎn)物和“噪聲”和無軌道控制作用的影響因素），如定年誤差、差異壓實、不穩(wěn)定沉積和成巖作用等，在固定位置與水深有關(guān)的噪聲的變化可能與海平面的變化有關(guān)。當海平面相對較高時，與水深相關(guān)的噪聲相對較低，反之亦然。選取DYNOT模型中功率譜中非軌道方差的比值，用于度量氣候和海平面替代指標中的噪聲；如果與替代指標相關(guān)的噪聲比較小，噪聲的方差可以作為海平面相對變化的指標，在滑動時間窗口中計算出非軌道信號方差和總方差的比值，即DYNOT 值；當相對海平面較高的時候，DYNOT 較低，反之亦然[56]。DYNOT 模型之外的補充模型——獨立的lag-1 自相關(guān)系數(shù)模型，即ρ1 模型，作為相對海平面變化的第二個獨立噪聲指標進行檢驗，噪聲的增加會導(dǎo)致ρ1 值的降低，反之亦然[56]?；诔练e噪音模型的假設(shè)和計算，本文通過對K 元素時間序列進行沉積噪聲曲線重建，獲得兩條能夠替代同沉積時期相對海平面變化的曲線：DYNOT 和ρ1 曲線（圖9f，g）。金頁1 井筇竹寺組沉積時DYNOT 和ρ1 曲線呈現(xiàn)相似的模擬結(jié)果，整個沉積時期有9 處（圖9 藍色條形填充）顯著增強的噪聲（低信噪比）均出現(xiàn)在eCOCO 圖譜中相關(guān)系數(shù)的低值區(qū)，即相對淺水、不穩(wěn)定的沉積環(huán)境導(dǎo)致了噪聲的增加，亦從另一個角度反映了相對海平面處于下降階段。

圖9 金頁1 井筇竹寺組沉積噪音模型與相對海平面變化解釋[51,74]（a）巖性剖面；（b）去趨勢化的K元素測井曲線（深度域）；（c）深度域ρ1曲線；（d）eCOCO滑動窗口相關(guān)系數(shù)分析（深度域）；（e）調(diào)諧后的K元素測井曲線和405 kyr濾波曲線（時間域）；（f）DYNOT模型及DYNOT中值曲線的2.4 Myr濾波曲線（時間域）；（g）ρ1模型（時間域）；（h）全球海平面變化（GTS2020）；（i）碳同位素變化曲線；（j）層序地層劃分Fig.9 Sedimentary noise model and interpretation relative sea-level changes in well Jinye-1[51,74](a) lithological profile;(b) de-trended K series in depth domain;(c) ρ1 curve in depth domain;(d) eCOCO and sedimentation rate in depth domain;(e) 405 kyr tuned K series(black line) and 405 kyr filtering curve (red line) in time domain;(f) DYNOT model in time domain;(g) ρ1 model in time domain;(h) global sea-level change in GTS2020;(i) δ13C curve;(j) sequence stratigraphic division

5.2 層序地層劃分

三級層序海平面波動的驅(qū)動機制長期以來備受爭議，但越來越多的地質(zhì)證據(jù)表明天文軌道周期通過調(diào)制氣候波動來控制海平面的變化[75-78]，長斜率周期（1.2 Myr）和長偏心率周期（405 kyr）控制著三級層序海平面波動及四級層序海平面波動。對旋回地層學與經(jīng)典層序地層學的研究，在受海平面變化控制的成因和機理上有相似之處，天文旋回的時間內(nèi)涵可以標定地質(zhì)年代，可以作為層序劃分的時間標尺。

前人針對頁巖的層序地層研究，主要運用T-R旋回理論基礎(chǔ)作為層序發(fā)育的主控因素，即海退旋回（R）和海進旋回（T）[79-80]。本次研究利用沉積噪音模型的計算，根據(jù)DYNOT和ρ1模型所指示的相對海平面變化特征，將筇竹寺組劃分為4個三級層序和4個T-R旋回（圖9j）。值得指出的是，本文通過對K元素深度域測井序列進行滑動窗口頻譜分析（圖6），及eCOCO進行最優(yōu)沉積速率估算的同時（圖7），通過找出的功率圖譜上出現(xiàn)變化的深度值，將整個數(shù)據(jù)區(qū)間劃分為四個段分別進行濾波，最后調(diào)諧得出的時間域曲線在這四段內(nèi)具有明顯不同的沉積速率，故此時的4 個三級層序與前文所劃分的4 段地層是一一對應(yīng)的。其中，4 個層序界面均發(fā)育于DYNOT 模型中值曲線的高值區(qū)，及對應(yīng)ρ1模型中值曲線的低值區(qū)，代表相對海平面下降到最低點，發(fā)育層序邊界，沉積速率發(fā)生改變；4個最大海泛面位于海進旋回T和海退旋回R之間，和DYNOT模型中值曲線的低值區(qū)及ρ1模型中值曲線的高值區(qū)相對應(yīng)，代表了相對海平面升高至最大值。結(jié)合“浮動”天文年代標尺，SQ1三級層序?qū)?yīng)地質(zhì)年代處于526.86～523.68 Ma，SQ2 對應(yīng)523.68～521.65 Ma，SQ3 對應(yīng)521.65～518.68 Ma，SQ4對應(yīng)518.68～515.05 Ma，得出每個三級層序的沉積時限分別為3.18，2.03，2.97 和3.63 Ma，分別包含8 個，5 個，7 個和9 個長偏心率（405 kyr）周期。405 kyr 的長偏心率旋回的變化常常與四級層序存在成因聯(lián)系[81]，2.4 Myr 周期通過地球和火星的天文共振而形成，也是三級海平面變化旋回的共有周期。圖9f顯示的DYNOT中值曲線的2.4 Myr濾波曲線呈現(xiàn)出4.5個2.4 Myr 變化周期，同時證明相對海平面變化受到2.4 Myr的三級海平面變化旋回的調(diào)控作用。

5.3 碳同位素漂移

寒武紀發(fā)生了多次碳同位素漂移事件，碳同位素異常事件在寒武系等的劃分和對比中有著廣泛的應(yīng)用[26]。根據(jù)所建立的天文年代標尺，將全球無機碳同位素曲線[51]與相對海平面變化曲線[82]進行對比（圖9i）。發(fā)現(xiàn)ZHUCE 正異常對應(yīng)著相對海平面的高值區(qū)，SHICE 負異常對應(yīng)著相對海平面的低值區(qū)，SHICE 之上的兩次明顯正異常均對應(yīng)著相對海平面的極高值。推測可能是因為隨著海平面下降，大量有機質(zhì)被氧化，向海水中釋放碳同位素偏輕的無機碳，造成海水中的δ13C 變輕[83]。Cremoneseet al.[51]在對肖灘剖面的有機碳同位素（δ13Corg）研究中識別了SHICE碳同位素漂移事件（圖2），δ13Corg組成的影響因素眾多，不同剖面相同層位之間δ13Corg曲線變化巨大，時常出現(xiàn)δ13Ccarb組成與δ13Corg組成不同步變化的情況，在肖灘剖面的δ13Corg曲線中未能識別其他碳同位素異常事件。

6 結(jié)論

（1）對四川盆地金頁1 井筇竹寺組地層進行了測井曲線的響應(yīng)特征分析，選取K 元素序列為相對最合適的替代指標，并按測井曲線的不同特征筇竹寺組地層分為四段進行頻譜分析和濾波分析。發(fā)現(xiàn)目標層段記錄的天文軌道控制作用下的沉積周期分別為405 kyr，131 kyr，95 kyr，36 kyr，28 kyr；根據(jù)長偏心率周期的天文校準建立了連續(xù)約11.8 Myr 的 “浮動”天文年代標尺。

（2）通過軌道調(diào)諧后的沉積噪音模型，恢復(fù)了沉積時期的相對海平面變化。根據(jù)DYNOT和ρ1曲線，將筇竹寺組劃分為4個三級層序，識別了對應(yīng)的4個層序界面和4 個最大海泛面，證明了405 kyr 的長偏心率旋回與四級層序存在成因上的聯(lián)系。

（3）通過相對海平面變化曲線與全球性碳同位素漂移曲線的對比，發(fā)現(xiàn)海平面下降往往對應(yīng)著碳同位素的負異常，推測是由于海水下降導(dǎo)致的有機質(zhì)氧化，從而輕碳富集。