梅冥相. (2010)长周期层序形成机制的探索:层序地层学进展之二* [J]. 古地理学报, 12(6): 711-728
Mei Mingxiang. (2010)Research on forming mechanism of long-term sequences: The second advance in sequence stratigraphy[J]. Journal Of Palaeogeography, 12(6): 711-728. DOI:  
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长周期层序形成机制的探索:层序地层学进展之二*
梅冥相
中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083

作者简介:梅冥相,男,1965年生,教授,博士生导师,从事沉积学和地层学研究工作;E-mail: meimingxiang@263.net.

收稿日期:2010-06-23
基金:*国家自然科学基金项目(编号:40472065)和中国石油化工股份有限公司海相前瞻性项目(编号:C0800-07-ZS-164)联合资助
摘要

将不整合面所限定的地层单位定义为层序,赋予这种层序以"构造旋回"的概念;将"不整合面及其可以对比的整合面"所限定的地层单位定义为"沉积层序",简称为"层序",并将沉积层序的形成过程解释为海平面变化过程.如果将前者作为"构造层序",则这种层序代表了二级层序,新定义的"沉积层序"则属于三级层序.概念的调整和变化意味着层序存在一个级别或序次问题.地质学家长期研究的结果表明,海平面变化主要存在两种基本的驱动机制,一种是由于构造运动所造成的"洋盆体积"的变化,另一种是气候变化所造成的地球极地冰盖消长而最终产生的海水体积的变化;前者所造成的变化以周期长,速度慢为特征,被简称为"构造型海平面变化",后者所产生的变化则以高频率和高速率为特征,被简称为"冰川型海平面变化".根据上述概念,显生宙可识别出两个一级旋回,并可以进一步划分为 6个二级层序( Sloss模型)或 13个二级层序( Vail模型),显生宙二级层序划分的差别反映了长周期层序形成机制研究的一些重要变化和进展.对长周期层序形成机制的研究,除了考虑地球本身的构造活动所造成的洋盆体积的变化以外,地质学家们还将一级旋回与银河年旋回对应,二级旋回与银道面旋回对应,三级旋回与奥尔特星系旋回对应起来进行更大范围的思考和探索,也为研究长周期层序形成的最终驱动机制提供了一个重要的思考途径.如果把对 Exxon层序地层模式概念体系不协调的研究而产生的各种层序地层模式作为层序地层学的第 1个进展,长周期层序形成机制的研究则可以作为层序地层学的第 2个进展.包括:( 1)把来自于显生宙的一些重要模型和概念应用到前寒武纪,由此在更长的时间框架内探索一级旋回与超大陆旋回的成因联系;( 2)二级旋回与地球水圈和大气圈演变的成因关联;( 3)进一步总结三级旋回的形成机制.追索这方面的进展,可以更加深入地理解当年 Exxon科学家们将层序形成机制归因于海平面变化的初衷以及所包含的科学意义,从而有利于今后的深入研究.

关键词: 层序级别; 形成机制; 层序地层学进展
中图分类号:P534 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2010)06-0711-18
Research on forming mechanism of long-term sequences: The second advance in sequence stratigraphy
Mei Mingxiang
State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083
Abstract

Stratigraphic units that are only bounded by unconformities are defined as sequences,which are endowed with the meaning of tectonic cycles.Those stratigraphic successions bounded by unconformities and the correlative conformities are also defined as sequences that belong to depositional sequences in sequence stratigraphy,and these sequences are interred as the products of global sea-level changes.If the former can be called as tectonic sequences,they are actually the second-order sequences;further,the latter belongs to the third-order sequences.Thus,change and modification on the concept of sequences represent a problem of sequence hierarchy.There are two fundamental driven mechanisms for sea-level changes,the first mechanism refers to the change resulted from the volume change of the oceanic basin that is caused by tectonic action,which is marked by long period and slow changing rate and is grouped into tectonic eustasy;and the second refers to the glacial eustasy resulted from the volume change of sea water caused by the increasing and decreasing of icecap in polar regions of the earth due to palaeoclimate change,which is marked by short period and rapid changing rate and is grouped into glacial eustasy.The two fundamental mechanisms become a common cognition through long-term researches by geologists.On the basis of the above concepts,two first-order cycles can be discerned in the Phanerozoic and can further be subdivided into 6 second-order sequences(the Sloss’s model)or 13 second-order sequences(the Vail’s model),and the difference on the division of second-order sequences in the Phanerozoic demonstrates some changes and progresses on studies of forming mechanisms of long-term sequences.In addition to the study of volume change of oceanic basin caused by tectonic action that is thought as a main mechanism for long-term sequence,many geologists think that there is a general relationship between the forming period of long-term sequences and the time duration period of different astroal cycles,such as the relationship between galactic year and the first-order cycle,the second-order cycle that is generally related to galactic-plane cycle and response of the third cycle to the Oort cycle,all of which provide an important thinking approach for further research.Importantly,if studies on inconsistence of conceptual system of the Exxon model of sequence stratigraphy that result in many sequence-stratigraphic models can be thought as the first advance in sequence stratigraphy,studies on forming mechanisms of long-term sequences can be thought as the second advance,which contains the followings: (1) the study on the genetic relationship between the first-order sequence and the supercontinental cycle through using of the concept and model in the Phanerozoic to the Precambrian; (2) research on the forming mechanism of the second-order sequence that is genetically related to the evolutionary features of hydrosphere and atmosphere; (3) further summarization for the forming mechanism of the third-order sequence.Therefore,tracing these progresses is very helpful to further understand the initial intension of the Exxon school in sequence stratigraphy,that is,the forming process of sequences can be attributed to sea-level change,and is helpful for further researches in the future.

Key words: sequence hierarchies; forming mechanism; advance in sequence stratigraphy
1 概述

符合Steno叠覆律(Law of Superposition)的成层岩石所组成的地层记录(Hedberg, 1959; Salvador, 1994; NACSN, 2005; 张守信, 2006), 多年来对其研究的积累表明其具有4大特性:复杂性, 不完整性, 非渐变性和旋回性(梅冥相, 1996; 梅冥相和高金汉, 2005), 旋回性的研究是从复杂而不完整的地层记录中寻找出更多规律性的有效途径之一.

层序地层学以不整合面为主要地层面对地层记录的旋回性进行研究, 早期具有"构造旋回"涵义的, 由不整合面所限定的"层序"(Barrell, 1917; Wheeler, 1948, 1958; Sloss et al., 1949; Sloss, 1963), 随着地震地层学资料的支持而演变为"由不整合面及其可以对比的整合面所限定的地层单位----沉积层序"(也简称为层序; Vail et al., 1977; Posamentier et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988), 而且将沉积层序大胆解释为海平面变化旋回的产物, 从而将层序地层学带进了地层学实践的主流.一个基于地震地层学资料支持的, 具有较为完整的概念体系和工作方法体系的层序地层学分支的出现, 还被誉为是一个在沉积地质学的宽广领域中翻新了地层分析方法学的最晚的一次概念革命(Miall, 1995).

层序是受海平面变化的影响(就像Exxon层序地层学学派所倡导的那样; Vail et al., 1977; Posamentier et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988), 还是受构造影响(Sloss, 1963, 1989)的争论一直在持续着(Miall and Miall, 2001).随着将层序地层学运用到地层时间分辨率较低的前寒武纪(梅冥相和杨欣德, 2000; 徐道一, 2005; Catuneanu et al., 2005; Eriksson et al., 2005; 徐道一等, 2006), 以及地质学家们从更广阔的角度去思考地层记录的旋回性(Vail et al., 1991; Einsele et al., 1993; 王鸿祯, 1997; 王鸿祯和史晓颖, 1998; 梅冥相和高金汉, 2005; Eriksson et al., 2005), 如一级旋回与超大陆旋回的关系(Wang et al., 1997; 王鸿祯和史晓颖, 1998; Eriksson et al., 2005), 一级旋回与银河年旋回的成因联系(梅冥相, 1999; 梅冥相和高金汉, 2005), 二级旋回与银道面旋回的成因联系(史晓颖, 1996; 王鸿祯和史晓颖, 1998; 梅冥相和高金汉, 2005), 三级旋回与奥尔特旋回的成因关联(孟祥化和葛铭, 2004)等, 长周期层序形成机制的大范围和广角度的探索和研究已经成为1988年以后层序地层学的研究进展之一.

通过对Exxon层序地层模式概念体系不协调性(Vail et al., 1977, 1991; Posamentier et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988; Mitchum and Van Wagoner, 1991; Posamentier and Allen, 1999)的研究而产生了各种层序地层模式(Hunt and Tucker, 1992; Posamentier and Allen, 1999; 梅冥相和杨欣德, 2000; Embry, 2001, 2002; Catuneanu et al., 2005, 2009; Helland-Hansen and Hampsonw, 2009; 吴因业等, 2010), 作为层序地层学的第1个进展(梅冥相, 2010), 把来自于显生宙的一些重要模型和概念应用到前寒武纪, 由此在更长的时间框架内探索一级旋回与超大陆旋回的成因联系, 二级旋回与地球水圈和大气圈演变的成因关联, 并进一步探讨三级旋回的形成机制, 成为现今层序地层学的第2个重要进展.

2 层序级别

更多产生于早期Sloss(1963)的"层序"理念(运用印地安古部落名称如"Sauk"等加以命名; 图1-A), 其层序地层学的概念体系由以Vail为首的"Exxon学派(Exxon school)"结合地震地层学概念而加以精炼(图 1-B; Vail et al., 1977), 最终出版在Payton(1977)所编辑的著名的地震地层学专辑之中(详见Miall, 1997), 并在另一个分水岭式的出版物----《SEPM Special Publication 42》(Wilgus et al., 1988)中得到了进一步完善.在这两个著名的出版物中, 由许多学者在不同地区和不同地质时代所识别出的各种序次的沉积旋回, 被该学派归结为受到相对于一个拉张大陆边缘且相对连续构造沉降的一个背景下海平面变化所支配(Miall, 1997; Miall and Miall, 2001, 2002).

图1 显生宙长周期一级和二级层序(A--Sloss(1963)所划分的北美显生宙6个层序, 分别以印地安古部落的名称命名; B--Vail等(1977)的显生宙一级和二级全球海平面相对变化周期, 表明显生宙可以划分为2个一级层序, 13个二级层序)Fig.1 Diagram showing the first and second-order sequences of the Phannerozoic

层序序次的概念是指基于地层学意义的, 不同级别旋回性的定义, 序次的级别反映了沉积趋势在观察尺度内的旋回性变化, 实际上层序序次的概念就是层序的级别划分问题.Vail等(1977)对层序形成的海平面变化旋回假设了一个前提, 即海平面变化存在3个特征不同的级别, 发生在2~3亿年时限周期的为第一级, 发生在每10~80 Ma的为第二级, 较小的级别发生在每1~10 Ma(第三级), 更小的级别归为第四级和第五级; 这个模式后来又被精炼(Vail et al., 1991), 在对一些级别的时限进行修改之后定义成6个级别:第一级, 周期为50, Ma; 第二级, 周期为3~50, Ma; 第三级, 周期为0.5~3, Ma; 第四级, 周期为0.08~0.5, Ma; 第五级, 周期为0.03~0.08, Ma; 第六级, 周期为0.01~0.03, Ma.这个级别划分方案似乎将1977年的第一级至第三级周期的时限变短了, 而且还假定第三级属于冰川型海平面变化, 这种修改又显得不太合理(Eriksson et al., 2005); 将原来的第四级和第五级进一步划分, 似乎是更多地考虑到冰川型高频率海平面变化旋回.

层序级别以及对应的海平面变化旋回周期的划分, 历来分歧很大, 在Brett等(1990)和Cooper(1990)7个级别的沉积层序划分方案的基础上, 王鸿祯和史晓颖(1998)考虑了天文旋回的因素, 将长周期旋回分别冠以明确的含义, 称为:巨层序(Gigasequence; 两倍银河年旋回, 周期为500~600, Ma), 一级大层序(Megasequence; 克拉通热旋回, 周期为60~120, Ma), 二级中层序(Mesosequence; 穿越银道面旋回, 周期为4~40, Ma), 三级正层序(Orthosequence; 奥尔特旋回, 周期为2~5, Ma).还划分出归属为二级中层序的一个正层序组(周期为9~12, Ma).小级别的层序包括四级亚层序(Subsequence), 解释为长周期米兰科维奇旋回, 周期为0.1~0.4, Ma; 五级小层序(Microsequence), 解释为短周期米兰科维奇旋回, 周期为0.02~0.04 Ma.其中一级大层序类似于Sloss(1963)的"层序", 巨层序还与超大陆旋回相对应.将层序级别的划分与天文旋回相对应(任振球, 1990; 王鸿祯和史晓颖, 1998; 孟祥化和葛铭, 2004; 徐道一, 2005, 2006), 从更大尺度上探索地层记录旋回性的异成因机制, 为今后的深入研究提供了一个重要的思考途径.但是, 在漫长的地球演变过程中, 许多地质作用过程是不可逆的复杂过程:(1)一个怎样从整体浑沌的地幔对流到成层的地幔, 乃至随着板块构造作用场的开始而形成的最早的大陆地壳的产生所代表的精确转变过程, 地质学家对此还不太清楚; (2)地球早期较高的被彗星撞击的频率; (3)地球自转速度的变慢; (4)地球早期的地表环境明显不同于今天等等.再者, 许多天文参数在漫长的地质历史中也是变化的, 所以, 将地质过程与天文因素对等起来还存在较大的风险, 即对长周期旋回过程的沉积学响应所形成的地层记录的剖析应是一个极为复杂的科学问题, 地层记录的不完整性加剧了这一问题的复杂性.根据上述认识和概念, 一般把一级到三级层序统称为长周期层序.

3 一级旋回性

一级旋回在Vail 等(1977)的模式中为300~225 Ma, 总体上为500~200 Ma的持续时限, 被许多学者归结为起因于板块构造或超大陆旋回所产生的洋盆体积的变化(Dewey and Burke, 1974; Pitman, 1978; Worsley et al., 1984, 1986; Nance et al., 1986; Gurnis, 1988).主要基于对显生宙两个超大陆事件的了解, 支持超大陆旋回形成一级沉积旋回(或一级层序)的证据已经较为充分(Worsley et al., 1984, 1986).

超大陆旋回与一级层序之间的复杂成因联系至少可以追索到2.7 Ga前; 全球前寒武纪地质演化的综合分析已经识别出许多重要的地质事件, 这些事件形成在不同时代而且性质各异, 成因复杂(Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).在这个框架内, Eriksson 等(2004, 2005a, 2005b)定义了3个"超事件"的事件群:第1个发生在大约2.7 Ga, 第2个发生在2.2~1.8 Ga, 第3个发生在元古代晚期; 而且这些事件反映了地球历史的巨大变化(图 2).Eriksson 等(2004, 2005a, 2005b)对超大陆旋回与一级沉积旋回(或一级层序)之间成因关联的复杂过程与机制进行了高度概括和总结, 大致反映了该方面的研究现状和激烈争论.

图2 前寒武纪地壳演化图(修改自Eriksson等, 2004, 2005a, 2005b)( 在一个大陆地壳逐渐增大的过程之中, 大致可以归为3个超事件(或事件群):(1)2.7 Ga左右的超事件; (2)2.2至1.8 Ga的超事件; (3) 0.8至0.6 Ga的超事件; TTG--英云闪长岩--奥长花岗岩--花岗闪长岩)Fig.2 Diagram showing crust evolution in the Precambrian(modified from Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b)

3.1 2.7 Ga左右的超事件

尽管关于大陆地壳生长速率还存在巨大分歧, 从强调幕式的各种不同模型(Taylor and McLennan, 1985; McLennan and Taylor, 1991; Condie, 1998), 到通过再循环而进入地幔之后的早期形成作用(Armstrong, 1991), 但是, 在2.7Ga左右地壳形成作用似乎存在一个峰值期已经取得了共识, 这也由在该时间的每一个大陆上所存在的巨大体积的初生地壳和热叠覆过程所证实(Arndt, 2004).

至少从新太古代以来, 板块构造和热事件过程的相互作用(例如地幔(超)柱及其产物, 大型火成岩省, 或"LIP")是地球演化的第一级控制(Eriksson and Catuneanu, 2004; Eriksson, et al.2004, 2005a, 2005b).超地幔柱被定义为与形成深度和成因无关的(Ernst et al., 2004), 起因于深地幔的(Condie, 2004)悬浮性地幔物质; 超地幔这一术语是指1500~3000, km直径的地幔头, 伴随着的喷发岩浆体积大于0.5× 106 km3(Condie, 2001)."超地幔柱事件"(SPE)是一个全球级别而且具有年代限制的超地幔柱组合(Condie, 2004).所推测的第一个灾变性的2.7 Ga左右的板状雪崩事件(图 1), 或者与地球上板块构造作用已经占主导地位有关, 或者是与聚集在660, km地幔不连续面的板块的一个可能临界质量有关, 可能触发了在该时间的第一个SPE(Peltier et al., 1997; Condie, 1998).

在此之前, 从约2.8 Ga至2.7 Ga, 大型火成岩省发生的频率增加(Condie, 2001; Ernst and Buchan, 2002).大约2.7 Ga, 灾变性的地幔倒转成为全球性事件而且成为向一个完全的板块构造地球的转变, 是以形成在2760~2620, Ma的Yilgarn和Superior克拉通上体积巨大的花岗岩--绿岩地壳为特征, 包括一个大规模的可能是全球级别的2705, Ma科马提岩喷出事件(Nelson, 1998, 2004).

最早的超大陆, 即"Kenorland"的形成也被假定在2.7 Ga左右(Aspler and Chiarenzelli, 1998), 该超大陆发育大洋高原亲和性新太古代绿岩带, 该绿岩带成为伴随有早期地壳碎片和可能的洋弧体系的主成分(Condie, 1994, 2004; Eriksson and Catuneanu, 2004).

2.7 Ga前后板块构造占优势的情况得到了Limpopo活动带的支持, 大致在这个时期(尽管大约在2.0 Ga形成也是可能的), 在该活动带中找到可能的蛇绿岩(Bumby and Van der Merwe, 2004).虽然对这种早期蛇绿岩的识别还存在争议, 但是, 还是可能存在一个2.7~2.5 Ga的蛇绿岩复合群(图 2; Moores, 2002; Chiarenzelli and Moores, 2004).一个具有Kenorland超大陆热阶段的SPE组合可能已经与海平面和生物地球化学变化联系起来:伴随着叠层石多样性和产出的峰值期, 全球性上升的海平面已经达到, 而且已经存在了海洋化学的重大变化(Condie, 2004; Ohmoto, 2004).

对第一个出现在约2.7 Ga的超大陆----"Kenorland"的研究(Aspler and Chiarenzelli, 1998; Condie, 2004), 表明"超大陆裂解--大洋生长--汇聚"的Wilson旋回的时限似乎要比显生宙等同物长(Aspler and Chiarenzelli, 1998; Aspler et al., 2001).但是, 这个概念正好与已经被广泛接受的前寒武纪早期更加快速的板块运动速率(Hargraves, 1986)的概念相反, 导致了一些学者强调变化过程而不是强调前寒武纪早期普遍更快速的板块运动(Catuneanu, 2001; Eriksson and Catuneanu, 2004).在新太古代至早元古代, 这些一级旋回的时限已经达到大约300~650 Ma(Aspler and Chiarenzelli, 1998; Catuneanu and Eriksson, 1999), 要比在显生宙岩石记录中所发现的时限范围长得多(Miall, 1997).另外一些学者(Worsley et al., 1984; Krapez, 1996)更喜欢一个基本均一的超大陆旋回时限范围, 大致为330~440 Ma.所以说, 给出一个基于实际资料的准确的超大陆旋回的最佳时限范围将是一件很困难的事情.

有关前寒武纪早期板块构造及其性质的整体问题还存在激烈的争论(Eriksson and Catuneanu, 2004), 但是, Trendall(2002)的"塞孔(plughole)模型"提供了一个手段和思考的途径, 即提供了一个转变模型, 从一个整体地幔对流的冥古代地球转变为一个成层的"地幔--板块"新太古代地球.后一个模型包含了一种逐渐过渡, 即地幔主导的早期地壳演化到一个完全的板块构造, 而且该模式解释了在前寒武纪早期克拉通之下深部大陆根的形成.

更为重要的是, 大约在3.0 Ga以前, 形成大陆地壳的若干作用和过程, 诸如大洋平原及大洋内的增生复合作用, 地幔柱活动, 甚至在最早期为Trendall(2002)的塞孔模型所包含的过程, 已经使大陆地壳达到了现代大陆体积的20%, 而且覆盖了地球表面约7%的面积; 在太古代末期, 大陆地壳的体积大约是现今的80%而且覆盖了全球表面约27%的面积, 大致相当于今天大陆面积的41%(图 2; Cogley, 1984; Taylor and McLennan, 1985).在考虑超大陆旋回的同时, 还要注意地球早期大陆地壳生长的这种不可逆过程.所以, 在一个本质上还是大洋以及深海沉积作用域的早期阶段之后, 大致在3.7~3.6 Ga之间的某一个时期, 地球已经发育成较小的大陆面积与占优势的大洋背景的联合; 这一阶段, 可以设想为以绿岩型沉积作用样式为特征, 直到2.7 Ga左右, 在地球的演化历史进程之中发生了深远的变化为止(Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).

3.2 2.2~1.8 Ga左右的超事件

第2个假定的全球性超事件发生在2.2~1.8, Ga, 包含了一个绿岩带火山活动的峰值期, 可能的两个超大陆(后来的研究表明为一个超大陆, 即在1.9 Ga形成的哥伦比亚超大陆(Rogers and Santosh, 2002)), 第二次SPE, 一个蛇绿岩复合体群以及局部的大陆地壳生长的峰值期(如北美和南美, 澳大利亚, 非洲西部; Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b; 图2).伴随着上述地球历史中的这些重要变化, 还发生了大气圈和水圈内的生物化学事件(Ohmoto, 2004; Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).从2.7 Ga的"超事件"到2.2~1.8 Ga的"超事件", 为全球沉积作用样式提供了一个骨架, 即伴随着大致在2.7 Ga地壳生长峰值期之后的海平面上升, 以及一个大尺度的全球构造宁静期内的调整和适应.另外, 横跨2.45~2.1 Ga 时期的Kenorland超大陆的衰减和最终裂解(Aspler et al., 2001), 将维持全球性的高海平面.但是, 伴随着超大陆裂解, 裂隙作用和离散作用也将会很普遍, 与其伴生的是裂谷型盆地的陆相和海相沉积作用域(Windley, 1995).这些变化的结果是, 从2.6~2.4 Ga, 在许多Kenorland的子系克拉通(daughter cratons)上大型陆表海占据了被动边缘, 它们在两次超事件之间的间隔期经历了衰减作用和离散作用(Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).第一个巨大的碳酸盐台地发育在非洲的Kaapvaal和Pilbara克拉通上, 而且在这些和许多其他陆表海盆地中铁建造(IF)形成的重要单元中, 还具有在2.5 Ga左右一个条带状铁建造(BIF)的全球发育峰值期(Trendall and Blockley, 2004).在该次超事件中, 还发生了以下一些引人注目的变化和事件.

IF实际上是一个前寒武纪沉积岩类型:最古老的IF出现在大约3.8 Ga, 随后发育较差的新太古代产出的可能与绿岩带火山作用有关; 继之以2.5 Ga左右IF的峰值期之后, 是1.8 Ga左右大量的粒状铁建造(GIF), 以及在新元古代局部发育的IF之前一个长时间的间断期(Trendall and Blockley, 2004).

地球上第一次大规模的全球性冰川事件发生在大约2.4~2.2 Ga(Young, 1991, 2002, 2004)所以称为古元古代冰川沉积, 古元古代冰川沉积大规模形成在被动边缘(例如陆表海)以及前陆盆地中(Young, 2004).就像Williams(2004a, 2004b)和Young(2004)所坚信的那样, 与新元古代冰川沉积不同, 较古老的冰川沉积似乎与BIF或帽碳酸盐岩之间不存在时间和成因上的联系, 因此它们不支持"雪球地球"的假说(Kirschvink, 1992; Hoffman et al., 1998).Eyles和Januszczak(2004)通过对新元古代冰川作用的地层学和沉积学证据的详细检测, 提出了一个与Rodinia 超大陆初始裂解相关的"构造地层旋回/序列"模式:底部的块体流混杂陆源沉积岩和砾岩为非冰川的同裂谷期地层, 而且具有准确的冰川成因印记且能够反应冰川的区域发育乃至半球中心的冰川沉积, 则与裂谷肩部抬升的成因关联, 并与大型地幔柱影响相关(Eyles and Januszczak, 2004).

全球碳氧同位素曲线, 在前寒武纪的大部分时期处于平稳期, 在2.3~2.2 Ga和0.65 Ga表现为重要的振荡异常(Lindsay and Brasier, 2004), 这些变化主要归因于超大陆旋回而不是由古大气圈形成的主要变化(Brasier et al., 2002; Lindsay and Brasier, 2002).

超大陆的聚合作用先于古元古代和新元古代冰川事件, 所伴生的大陆超高增强了风化作用的强度, 从而降低了温室效应气体CO2的含量, 这些因素的共同作用促进了全球范围变冷, 这种解释得到了加拿大Superior 省Huronian超群中沉积序列实际分析资料的支持(Young, 2002, 2004).

2.3 Ga左右的"巨大氧化事件"(Karhu and Holland, 1996)总体上被归为有机碳的有效埋藏及随后大气圈二氧化碳含量的增加, 该事件常常与全球性BIF沉积作用峰值期, 全球性2.3~2.2 Ga碳同位素异常以及古元古代冰川作用相联系(Lindsay and Brasier, 2004).但是, 基于相同的资料, 即:前寒武纪化石记录, 现代河流背景中常常存在不稳定的矿物, 陆上和海洋环境中Fe的行为, 硫和碳的旋回, 利用硫细菌的演化(Ohmoto, 2004), 关于地球大气圈的演化则得出了两个相互排斥的模型.在一个模型中, "微弱的年轻太阳"认为生物成因的甲烷作为主要的温室效应气体的补偿, 而且早期还原大气圈大约在3.0~2.8 Ga经历了少量氧气的增加并在2.0 Ga左右大规模增加; 缺氧的海洋(排除透光带)一直持续到0.6 Ga为止, 并且存在一个推测在2.2 Ga左右发生, 0.8, Ga左右再次发生的硫酸根离子的阶梯式增加(Cloud, 1968; Walker, 1977; Holland, 2002; Kasting and Siefert, 2002; Lyons et al., 2004).另外一个模型, 设想在大洋和大陆地壳于4.0 Ga左右的分异作用之后不久发生氧化光合作用, 而且之后不久大气圈中的氧气具有单一式的增加; 另外, 认为从大约4.0 Ga以来硫酸根离子含量不变的氧化海洋一直持续, 而且二氧化碳是主要的温室效应气体(Dimroth and Kimberley, 1976; Lasaga and Ohmoto, 2002; Ohmoto, 2004).

关于两次大型的古元古代和新元古代冰川作用的复杂成因, 以及古大气圈的演化还存在不确定性.所假定的大致在2.2~1.8 Ga和0.8~0.6 Ga的两次"超事件"赋予地球演化明显的阶段性或周期性, 包括了古气候, 生物地球化学和生物演化事件, 而且这两个超事件直接与超大陆汇聚存在关联(Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).

假定的中元古代超大陆, 即Rogers(1996)提出的"Atlantica"和"Nena"超大陆, 以及后来提出的形成于19 Ga左右的"Columbia"超大陆(Rogers and Santosh, 2002), 就像古元古代和新元古代冰川事件那样应该发育在与超大陆汇聚过程中相关的全球性冰川作用时期, 但是, 与"Columbia"超大陆相关的冰川作用的缺乏可能又反映了另一种状况, 即增强的非造山岩浆活动产生了更多的二氧化碳, 这要比由风化作用形成的二氧化碳多得多(Young, 1991, 1995).但是, 这些解释似乎又与Williams(2005)关于澳大利亚1.8 Ga冰川沉积的描述相矛盾, 争论的焦点则是1.8 Ga的冰川作用是否具有全球性.

虽然从富钙海水之中进行直接的方解石无机沉淀作用可能发生在太古代海底(Sumner and Grotzinger, 1996), 但是, 中元古代之前的方解石直接沉淀作用还是很罕见(Altermann, 2004b).与这些变化同步的是, 伴随着水体化学条件的可能变化存在大致在1.8 Ga发生的一个从富钠的(碳酸盐)海洋到氯化钠(石盐)海洋的变化, 而且叠层石的多样性和丰度发生了衰减(Grotzinger, 1994; Altermann, 2004a, 2004b).

3.3 0.8~0.6 Ga左右的超事件

在新元古代, 3个假定的超事件中最后一个"超事件", 为前寒武纪沉积作用样式提供了一个格架.在0.8~0.6 Ga这些事件群主要包括:大气圈中氧气的增加, 形成于1.2 Ga左右Rodinia超大陆的汇聚和裂解(图 2), 3次全球性冰川作用(Dehler et al., 2001; Fedo and Cooper, 2001; Martins-Neto et al., 2001; Frimmel, 2004a, 2004b; Meert and Tamrat, 2004; Williams, 2004a).归因于双侧向动物保存较好的生物潜穴被发现在在新元古代晚期的Nama群中(Jensen et al., 2000), 而且与著名的伊迪卡拉动物群一致(Altermann, 2004a).

澳大利亚南部的潮汐韵律资料分别表明了在600, Ma左右和750, Ma左右1d的长度(LOD)分别是每天21.9 h和21.4 h(Williams, 2004b).在整个前寒武纪, 由于潮汐摩擦导致的地球自转速率减小将导致月亮和太阳扭矩的相互结合而产生强迫性章动(周期性的翻转); 这些变化还将遭受地球核心的自由章动的共振作用(Toomre, 1974; Hinderer and Legros, 1988; Williams, 2004b).与这些章动有关的地核和地幔边界的不稳定性提供了一个在天体动力学和地幔柱活动发生时间之间的成因关系(Williams, 2004b; Condie, 2004); 反过来, 这些因素与板块构造发动机一起相互作用将驱动上地幔和地壳演化, 最终对前寒武纪沉积作用样式形成一级控制.而古气候, 海平面变化, 古海洋和古大气圈演化及生物地质学的协同作用将形成二级控制(Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).

来自于显生宙的资料(如图1所示), 尽管得出了一级层序或一级海平面变化旋回与银河年旋回存在较好的对应关系(任振球, 1990; 王鸿祯和史晓颖, 1998; 梅冥相, 1999; 孟祥化和葛铭, 2004); 但是, 海平面变化过程与银河年旋回, 乃至双银河年旋回与超大陆旋回之间的确切响应机制和响应过程特别复杂, 至今还难以得出确切的原理.

4 二级旋回性

大致在10~100 Ma时限的二级旋回, 其成因总体上归结为以下几种: (1)"动力地形", 是指大陆范围的热隆升, 归因于在大型克拉通之下捕获地幔热的热隔离效应, 或者形成于地幔柱(大规模的)或地幔的非均质性(较小规模的, 次大陆范围的), 这些变化过程所产生的沉积旋回在克拉通内盆地充填序列中比较容易识别; (2)在洋中脊的扩张速率以及体积变化所产生的全球性海平面变化, 这种较大级别的海平面变化在拉张性克拉通边缘背景(即被动大陆边缘)形成了较为明显的旋回性地层和沉积记录; (3)起因于张性构造活动和/或地壳加载(比如起因于沉积作用)的克拉通边缘的下翘作用(Miall, 1997).虽然第2种机制将产生穿越几个大陆可以进行对比的二级层序(图1; Sloss, 1963; Vail et al., 1977; Soares et al., 1978), 另外两种则似乎是区域性的, 尤其是第3种机制更可能是区域性的.

就像上文所指出的那样, 地幔柱以及大型火成岩省具有一个要比二级旋回时限长的较弱的旋回, 根据Ernst等(2004)的研究成果, 这种较弱的旋回的周期分别是170 Ma± , 330 Ma± 以及600~730 Ma.因此, 它们是一级旋回可能的贡献者, 换句话说它们将增强或减弱一级超大陆旋回, 地幔柱与这样的旋回具有明显的联系(Condie, 1998, 2001).大型火成岩省与二级层序之间可能的成因关系, 可以形成大陆的幕式造陆作用, 而不是产生单个大陆或克拉通的等高线式曲线的旋回性变化.尽管存在一个克拉通内部的造陆作用, 但是, 这种造陆作用实际上反映了一个板块边缘的远端场效应长时间持续的作用域; Gurnis和其他人的研究已经清楚地证明, 地幔中大型和小型对流体将产生诸如隆升, 沉降, 克拉通倾斜以及克拉通内盆地的形成等旋回性变化(Bond, 1978; Gurnis, 1988, 1990, 1992; Burgess and Gurnis, 1995); 要注意的是, 这些旋回在级别上是变化的, 从与超大陆裂解造成的高于大地水准面的高水位以及超大陆汇聚造成的低于大地水准面的低水位长周期变化相关的大规模事件(Condie, 2004), 到次克拉通级别体系的旋回性变化.尽管对二级旋回的成因机制已经得出了一些与天文因素存在成因联系的结论(任振球, 1990; 史晓颖, 1996; Wang, 1997; 王鸿祯和史晓颖, 1998; 孟祥化和葛铭, 2004; 梅冥相和高金汉, 2005), 而且将二级旋回解释为与银道面旋回存在关联, 但是, 地球内部的活动机制与银道面旋回(周期为33 Ma± )的响应过程尚有许多问题不清楚.许多来自于前寒武纪研究的资料表明这种准周期性的确定还存在较多的争论, Eriksson等(1999)关于新太古代至早元古代长周期层序的研究则是反映这些争论的具有代表性的成果.

从组成非洲, 印度和澳大利亚大陆的新太古代至早元古代板块中, Eriksson等(1999)曾经努力去对比长时限的沉积旋回, 并且认为大致在2.6~2.4 Ga发生了全球性增强的海平面变化, 具有一个类似于二级的从大于2.2 Ga到小于2.15, Ga的事件.Eriksson等(1999)将第1个大致在2.6~2.4 Ga的旋回解释为"南方"超大陆裂解或灾变性的全球地幔翻转事件(Nelson, 1998, 2004)的响应, 这与下列变化存在成因关联, 即从一个整体的地幔对流到成层性的地幔对流, 以及约在2.7 Ga发生的现代类型板块构造的开始.较年轻的约在2.2 Ga的旋回被推测为与综合作用有关, 即与古大气圈变化伴随的冰川作用后的海平面上升和所伴随的全球风化作用状态变化的综合作用.这说明了所有序列的层序地层解释中所固有的一个复杂问题, 尤其是在前寒武纪早期:即层序级别难以确定, 从而导致了旋回级别不同解释的不一致性.这个问题反而被几乎不一致的, 而且极差的大多数前寒武纪序列的年代地层控制所恶化.例如, 在南非Kaapvaal克拉通的Transvaal超群内, 对于Catuneanu和Eriksson(1999)所划分的第3个二级旋回(带状碳酸盐岩铁建造为主要特征的Ghaap-Chuniespoort群), Altermann和Nelson(1998)及Nelson等(1999)在这个碳酸盐台地序列中则划分了4个二级旋回(时限为10~50 Ma), 他们采用了Cheney(1996)的理念, 努力将这些旋回与Pilbara克拉通的类似旋回进行对比, 而且进一步将这些海退--海侵旋回解释为起因于沉积物和火山岩堆积作用的克拉通边缘的下翘和加载过程的反应, 这种解释也是基于Miall(1997)关于二级旋回形成机制的理念.Catuneanu和Eriksson(1999)也将Transvaal二级旋回归因于克拉通边缘下翘/加载过程和克拉通内部造陆作用的综合作用, 而且认为这种下翘过程可能是下伏较厚的Fortescue和Ventersdorp火山序列的快速堆积作用滞后的结果, 所以将Altermann和Nelson(1998)及Nelson等(1999)所划分的二级旋回看成是三级旋回.

在Baltic地盾, 大致在2.45~1.9 Ga的Karelian超群, Ojakangas等(2001)的研究也算是一个较好的实例, 定义了5个二级旋回, 其时限在30 Ma至150 Ma之间, 平均时限为100 Ma.他们将这种旋回性归因于洋中脊体积的变化所造成的洋盆体积的变化, 这种变化导致了海平面升降.

Miall(1997)所总结的二级旋回的3个主要成因应该是正确的, 就像在一级旋回中所发现的那样, 新太古代--早元古代盆地序列中二级旋回的时限也要长于显生宙的等同物; 再者, 这可以当作总体上反映了一个弱演化的全球板块构造状况, 板块构造的这种状况将造成更加坚固的大陆板块行为, 从而阻止了更加快速的克拉通内部的造陆作用, 或者加剧了克拉通边缘更加快速的沉降过程.地球内部这些复杂的活动机制, 表明要获取一个最佳周期, 如与银道面旋回的33 Ma相应的周期时限制还存在许多困难.就像图1所示的那样, Sloss(1963)所划分的只是由不整合面所限定的6个"层序"与Vail等(1977)的显生宙13个二级旋回明显存在差异; Vail等(1977)还划分出显生宙的两个一级旋回, 而且二级旋回的周期随着地质时代的变老而变长, 这种现象是代表了地层年代分辨率变差而得出的错误概念, 还是代表了二级海平面变化所固有的属性, 还难以确定.

5 三级旋回性

这些旋回趋向于支持Vail等(1977)关于海平面升降是旋回性变化的主要控制因素的假说, 而且三级层序的厚度与地震和测井中的发现得到了良好的匹配.因此, 在多个方法之中, 这个级别的旋回最接近Exxon学派关于沉积旋回及其主要控制因素是海平面变化的观点.就像上文所提及的那样, Vail等(1991)将三级旋回时限修改为0.5~3, Ma, 而且归为冰川型海平面变化的结果, 但这种修改似乎又与许多实际资料相悖(Eriksson et al., 2004, 2005a, 2005b).前人所推断的随着地质时代越老地球自转速率变快的研究结论, 即更快的地球自转速率在新太古代至早元古代期间的古气候效应, Vail等(1991)的冰川型海平面变化模式总体上不能作为三级沉积旋回的合理解释.最有可能的机制是板内应力的调整和变化(Cloetingh et al., 1985, 1988a, 1988b; Cloetingh, 1986), 或地球大地水准面的变形作用(Mö rner, 1976, 1994).在产生三级旋回的作用中, 相对的(即局部的)以及全球性的海平面变化还是很重要的异成因机制.当应用这些概念到经典的板块构造背景时, Exxon型的海平面变化曲线在张性大陆边缘以及弧后盆地背景应用得较好, 但是, 在弧间盆地, 岩浆房的收缩作用和填充过程又成为另一个重要因素; 在前陆盆地内, 挠曲的加载作用将在104~107a的时间范围内产生相对海平面变化(Miall, 1997).而且这些复杂的地球内部活动机制又造成了将三级旋回简单地归为奥尔特天文周期(1~5, Ma)的困难.

将显生宙的层序地层模式应用到前寒武纪, 一个主要的变化是地球自转速度的长时间变化, 精确的数据可以追索到新太古代或更老的地质时代, 即一天的长度为18.2~20.9 h(Williams, 1993; Sonett et al., 1996); 从古老的地质时代到今天, 起球自转速度在变慢的认识, 由Rautenbach(2001)应用了超级计算机模型来进行检测, 得出了相同的结果.潮汐韵律层的研究, 也得到了类似的结论, Coughenour等(2009)对这方面的研究进行了系统的回顾和总结.

一个更加快速的自转速率将在地球上产生数量比今天大的子午圈大气循环单元(即Hadley单元), 而且具有在大气圈中减弱的水平风和增强的垂直风活动状况(Hunt, 1976; Rautenbach, 2001).这些变化和差异总体将导致从温暖的赤道地区到极地地区热的较低效率输送过程(Hunt, 1979; Rautenbach, 2001).另外, 随着地球自转速率增加, 全球气候将具有一个更强的静态和动态稳定性(Stone, 1973; Williams, 2004a, 2004b).根据许多学者对地球在前寒武纪早期的古气候研究, 认为温暖的全球温室效应(Ohmoto, 2004)只是持续发生在中低纬度地区, 极地地区曾经具有适当的冰川发育.与其更强烈的纬度稳定性密切相关的新太古代--早元古代更加剧烈的古气候均分性则更有可能使"雪球地球"(总体冻结的地球)模型(Hoffman et al., 1998)变得真实(Molnar and Gutowski, 1995), 从而支持Vail等(1991)用冰川型海平面升降变化来解释三级沉积旋回.但是, 否定雪球地球模型更加可信的地质数据和资料, 以及Young(2004)和Williams(2004a, 2004b, 2005)的讨论又使一个冰冷的地球变得似乎不可能, 从而否定了Vail等(1991)的假设.

更多的实际研究结果表明, Vail等(1977)将三级旋回归为1~10, Ma的宽缓周期要合理一些, 这可能更加符合三级旋回最有可能的机制:(1)板内应力的调整和变化(Cloetingh, 1985, 1988a, 1988b; Cloetingh et al., 1986); (2)地球大地水准面的变形作用(Mö rner, 1976, 1994).这两种机制均能够形成厚度为数十米至数百米, 时限为百万年至千万年级别的三级层序所代表的旋回性地层记录.将不整合面作为一个主要的地层面, 至少是当作一个时间屏障而定义为典型的层序界面, 而且将不整合面及其可以对比的整合面所限定的地层单位定义为层序, 将这种层序解释为全球海平面变化旋回的产物, 在Vail等(1991)的冰川型海平面变化受到否定的同时, 这两种机制清楚地表明了区域构造运动对三级层序的形成具有明显的影响, 这就为来自于区域性的实际研究提炼出全球海平面变化曲线带来若干困难, 从而造成了即使是得到较高的年代地层分辨率支持的显生宙各个地质时代海平面变化曲线也总是或多或少地包含着一些"失真的信息".由于三级旋回所形成的层序是层序地层学的初始单位, 对三级海平面变化的全球性又似乎得不到这两种机制的实际支持, 虽然已经提出了三级旋回与奥尔特旋回周期(1~5, Ma)的概念, 而且在"国际地质年代表(2008)"中还标出了显生宙各地质时代概略性的三级海平面变化曲线(章森桂等, 2009).如果说早期将三级层序的驱动机制归因于全球海平面变化(Vail et al., 1977)是一个大胆的解释的话, 今天将三级层序归因于奥尔特星系旋回(王鸿祯和史晓颖, 1998; 孟祥化和葛铭, 2004)则是一个更大胆的解释, 这些设想还需要更细致的研究来加以验证.

从早期只是由不整合面所限定的层序概念, 到后来将层序定义为不整合面及其可以对比的整合面所限定的地层序列的变化, 实际上就意味着除了代表地层明显间断的平行不连续面以及代表地层明显不协调接触关系的角度不整合面(张守信, 2006)是典型的层序界面之外, 传统上被认为是整合序列的地层之中进一步的层序划分和识别是上述概念变化的实际表现.层序地层学发展到今天, 似乎对角度不整合面, 平行不连续面和沉积间断面的3个层次的地层不连续和不协调关系还重视不够, 不胜枚举的研究实例所表现出的层序划分实际上是那些沉积间断面来作为层序界面的划分, 也就是说在传统的整合地层序列之中根据沉积趋势的变化来进行层序划分(图 3); 而这种沉积趋势的研究, 就涉及到沉积岩石学和沉积学的各个方面, 就像冯增昭等(1994)所编著的《中国沉积学》中汇聚了若干学者的研究成果而展示的各种沉积学现象那样, 只不过今天的层序地层学是将各种沉积学特征置于地层学框架内来加以考虑, 即在地层框架内划分和对比沉积岩.将不整合面作为主要线索和重要的地层面来划分和对比沉积岩, 就像尹赞勋等(1978)和张守信(2006)所强调的那样, 不整合面存在不同的层次(角度不整合, 平行不连续和沉积小间断), 而且不整合面是典型的层序界面, 但是, 将层序界面理解为等时面, 甚至将最大海泛面理解为等时面均是不可取的而且是违背层序地层学基本原理的, 遗憾的是在追逐层序地层标准化时Catuneanu等(2009)对这些方面还是强调得不够.

图3 河北省井陉县古元古界赵家庄组和常州沟组的层序地层划分(一套潮坪相碎屑岩地层组成4个层序(DS1至DS4), 与上覆寒武系之间为间断超过1000, Ma的平行不连续面(照片A, 箭头所指), 与下伏古元古界滹沱群之间为角度不整合面接触(照片C, 箭头所指), 照片B所示三级层序DS2的顶界面实际上代表了一个传统意义上的整合面, 那些内部的层序界面(SB)则为传统地层学意义上的整合面)Fig.3 Sequence-stratigraphic divisions of the Zhaojiazhuang and Changzhougou Formations of Paleoproterozoic in Jingxing County of Hebei Province

如图3所示, 华北克拉通中部河北省井陉县测鱼镇古元古界赵家庄组和常州沟组(或者相当于河南省的北大尖组; 陈晋镳和武铁山, 1997), 构成了该地区最古老的沉积盖层.与下伏古元古界滹沱群浅变质岩系之间为一个典型的角度不整合面, 曾经被厘定为吕梁运动第二幕不整合面(图 3-C), 滹沱群的底界为2400 Ma± 至2500 Ma± , 其顶界年龄为1900 Ma± , 赵家庄组时代为1800 Ma± , 因此该角度不整合面代表的地层间断时限小于100, Ma± .与上覆寒武系毛庄组之间为一个不太明显的平行不连续面(图 3-A所示), 毛庄组属于下寒武统(时限小于510 Ma± ), 而常州沟组的顶界则大于1700 Ma± , 所以说该平行不连续面代表了大于1200 Ma± 的地层间断(陈晋镳和武铁山, 1997).根据岩相和沉积相序列, 大致把赵家庄组归为一个三级层序, 常州沟组划分为3个三级层序, 这些三级层序界面均为图3-B所示的代表大套岩系发生突然相变的沉积间断面, 也就是说沉积趋势存在下伏地层向上变浅, 上覆地层向上加深的转换面, 传统的地层学意义上讲(尹赞勋等, 1978; 张守信, 2006), 这些内部的层序界面实际上为地层间断时限难以确定的整合面.这是一个典型的地层间断远远大于堆积时间的实例, 一个不太引人注目的平行不连续面(图 3-A所示)代表了超过1000, Ma的地层间断, 从而表明将层序界面作为等时面之类的做法极端危险, 对构成层序界面的不整合面特别需要张守信(2006)所划分的层次概念即角度不整合面, 平行不连续面和那些只能作为沉积间断的传统地层学意义上的沉积间断面; 同时也说明, 在进行层序划分时重要的是研究其内部的沉积趋势变化, 而不是机械地进行层序界面识别和体系域划分, 更不能带着一种模式去解释地层记录, 就像图3所示的4个层序不能简单地认为它们就是与奥尔特星系旋回有关的层序或者划分出4个奥尔特星系周期等等, 因为这些解释均是假说性的.我们只能从图3所示的地层之中解读出:(1)图3-C所示的角度不整合面表明, 华北克拉通在1800~1900, Ma已经完全完成了一个克拉通化过程; (2)图3-A所示的长时间的层间断面表明华北克拉通的核心地带曾经长时间露出水面而成为一个典型的大陆超高的典型地表(Eriksson, 1999); (3)如果说1800~1900, Ma是哥伦比亚超大陆汇聚的时代(Rogers and Santosh, 2002), 图3所示的地层将为研究该超大陆在华北地台的沉积学响应提供重要线索, 因为图3-C 所示的角度不整合面是华北克拉通从古生代到元古代最年轻的角度不整合面, 其地质意义还需要进一步解剖; (4)该剖面是豫西海槽向北超覆的边缘相地层, 与相邻地区的地层对比需要进一步研究才能得出一个早元古代晚期的实际地层层序格架; (5)即使在年代地层分辨率很低的前寒武纪, 根据沉积趋势进行层序地层划分也是可行的.

6 结语

层序地层学的概念体系和方法学已经较好地应用到年代地层分辨率很低的前寒武纪, 形成长周期层序(一级至三级)的机制总体上被归为构造运动产生的洋盆体积的变化以及由此而产生的长周期海平面变化, 这已成为共识.超大陆旋回为层序的形成提供了一级控制, 已经得到了较多实际资料的支持, 为今后的进一步研究奠定了良好的基础.许多重要的概念和设想, 如将与超大陆旋回相关的一级层序理解为巨层序, 并与"双银河年旋回"对应起来, 将二级层序与银道面旋回对应, 将三级层序与奥尔特星系旋回对应, 从更广阔的角度去思考天文旋回对产生洋盆体积变化, 以及该变化产生的长周期海平面旋回的最终驱动机制, 这些大胆的设想为今后更深入的研究提供了重要的思考途径, 从而代表了后Exxon时代层序地层学研究的第2个(方面)进展.这些大胆的概念性框架的提出表明, 以海平面变化为主要研究线索和研究内容的层序地层学, 为研究漫长的地质历史演变提供了重要的概念体系和方法体系.而且对这些概念性框架本身的争论, 又表明在详尽的实际研究过程之中将遇到各种各样的困难, 造成这些困难是因为地层记录的不完整性和复杂性, 这些困难最为明显的是表现在区域构造运动对全球海平面变化所造成的许多"噪声"性的信息, 以及在建立全球海平面变化曲线过程中如何排除这种"噪声"性的信号或信息等等; 因此, 尽管"国际地质年代表(2008)"标出了显生宙各地质时代海平面变化曲线, 对这种曲线的真实程度还难以作出一个准确的评价.地层学家运用古生物学资料和地层学方法与手段去建立显生宙的"层型", 以及运用"层型"概念去建立全球地质年代表的概念体系, 方法学和极为艰辛的努力, 为今后建立具有"层型"涵义的全球海平面变化曲线提供了一个良好的参照模型.沉积地层记录表现出的旋回性是一系列作用在不同时间范围的, 相互依赖的构造作用和气候变化等控制因素的相互作用的函数, 这些具有一定旋回性的变化过程还包含着若干不可逆的演变过程如大陆增生过程等等; 另外, 每一个对(相对)海平面变化的控制, 例如一个大陆裂隙过程的旋回, 在一个演变的地球历史进程中可能记录了穿越时间的, 在时限和过程的速率方面的变化.因此, 根据一个时间框架进行旋回分类的努力被证明是不完全的, 还可能导致被迫去符合以前设想的分类体系而进行序次和级别的人为性的解释.与时间范围无关的, 那些导致产生层序界面的复杂过程的复杂地质属性性质, 以及这些指数在每一个盆地内的相对重要性, 可能会为序次分类提供一个更实际的基础.所以, 从前寒武纪到显生宙, 海平面变化控制因素更加广泛, 以及它们随着时间变化而变化的速率和周期性, 支持了这样一个结论:即每一个级别的旋回均是相对的而且需要在单个研究实例的地层学范畴内来加以定义.

致谢:沉积学家冯增昭教授在成文和资料整理方面给予了悉心指导, 地层学家陈旭院士为论文的撰写提供了许多指导性意见并给予大力帮助; 在成文过程之中作者参考了Ashton Embry, Erik Johannessen, Donald Owen, Benoit Beauchamp, Piero Gianolla所著的"Sequence Stratigraphy as a 'Concept’ Stratigraphic Discipline Report of the ISSC Task Group on Sequence Stratigraphy"; 论文得到了胡宗全博士, 朱筱敏教授和邵龙义教授的仔细审阅, 并提出了许多建设性的修改意见, 在此一并致以衷心的感谢!

作者声明没有竞争性利益冲突.

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