北京大学能源研究院金之钧院士团队最新成果，通过建立鄂尔多斯盆地中生代沉积速率时间序列来揭示陆相盆地沉积记录隐藏的长期旋回，提出太阳系轨道力与构造运动的耦合效应可能调控盆地波动过程，该研究为解读地球节律的天文起源提供了新视角。该项研究成果发表在《中国科学：地球科学》2023年第2期。
地球系统多圈层的演化具有周期节律。沉积过程的旋回性变化体现在不同级次的时间尺度上，目前在地球轨道尺度(米兰科维奇周期)的研究取得了巨大成功。为了在更长的时间尺度(百万年至亿年)探索沉积旋回，需要关注太阳系在银河系内运行的周期及复杂天文环境对地球系统的影响。
沉积盆地中发育的地层序列记录了地球的长期节律和潜在的天文控制因素。然而, 由于缺乏较长时间跨度的地质记录、地质测年误差等因素，很难从盆地沉积记录中直接观察到周期变化模式。金之钧院士团队多年来对我国渤海湾盆地、塔里木盆地、四川盆地和柴达木盆地等含油气盆地开展了盆地长期旋回的探索，建立了沉积盆地波动过程分析特色方法，创新发展了叠合盆地油气成藏理论。鄂尔多斯盆地是中国的大型含油气盆地之一，在最新发表的这项研究中，团队基于精确的地质年代学约束，使用多种时间序列分析方法解译了中生代鄂尔多斯盆地记录的长期旋回(图1)。中生代期间，鄂尔多斯盆地被古特提斯、古亚洲洋和古太平洋三大构造域所夹持, 历经印支期与燕山期两大构造旋回，具有多幕次沉积-剥蚀过程。区域不整合主要发生在晚三叠世-早侏罗世期间、中侏罗世期间、晚侏罗世-早白垩世期间以及晚白垩世期间。研究团队通过选取钻井的自然伽马(GR)和岩芯磁化率(MS)数据开展旋回地层学分析，依次为刘家沟组、和尚沟组、纸坊组、延长组、延安组、直罗组、安定组、洛河组等地层序列建立天文年代标尺，并估算了不整合幕的持续时间。这是对鄂尔多斯盆地中生代地层框架最新的校正，具有重要的年龄参考价值。该研究以天文地质年表为基准进一步刻画了鄂尔多斯盆地中生界沉积速率曲线，分辨率达到40万年长偏心率级别。对沉积速率数据进一步开展时间序列分析揭示了93、33、9、3~5和2.4Myr显著周期。研究认为，太阳系绕银河系中心的径向运动和板块构造旋回协同作用下，控制秦岭造山带的岩浆节律和中生代鄂尔多斯盆地93Myr沉积旋回。中生代33Myr旋回是对太阳系绕银盘面垂向振荡半周期的沉积响应。太阳系的垂向振荡可能影响地幔对流，导致软流圈周期性上涌，最终控制鄂尔多斯盆地地壳有节律地垂直隆升与沉降。中生代9、3~5、和2.4Myr沉积旋回可能是对地球轨道超长偏心率周期的沉积响应，影响鄂尔多斯盆地沉积环境演化。多尺度地质节律和太阳系轨道模型相似的谐波层次表明，对太阳系长期旋回的响应普遍存在于地球系统的多个圈层，也在盆地沉积记录中留下印记。当然，我们不能忽视在这些时间尺度上通过威尔逊旋回产生的构造驱动机制。宏观天文周期与构造运动的耦合效应可能对盆地波动过程起到关键调控作用。我们需要对太阳系长期旋回在沉积盆地中的记录进行持续研究，以更好地解读地球节律的神秘图景。在地球系统多圈层相互作用思想的引领下，沉积盆地长期旋回(盆地波动过程)研究有望迎来一个新的发展机遇期。论文第一作者为北京大学博士后张瑞，通讯作者为金之钧院士和刘全有教授。该研究得到国家自然科学基金项目(42102166、42090025、41625009)资助。
了解研究详情，请登录期刊官网阅读原文 [点击下方链接或阅读原文]
中文版: 张瑞, 金之钧, Gillman M, 刘全有, 魏韧,李鹏, 张之辉. 2023. 太阳系长期旋回在中生代沉积盆地中的记录. 中国科学: 地球科学, 53(2): 345~362
英文版: Zhang R, Jin Z, Gillman M, Liu Q, Wei R, Li P, Zhang Z. 2023. Long-term cycles of the Solar System concealed in the Mesozoic sedimentary basin record. Science China Earth Sciences, 66(2): 358-376, https://doi.org/10.1007/s11430-021-9994-y