ESR: 地震旋回地层学

学术 2024-10-30 14:25 贵州

地球绕太阳运行的轨道并非一成不变，其偏心率、倾角和岁差都会随时间发生周期性变化，这些变化统称为地球轨道变化，也称为米兰科维奇旋回（Milanković cycles）。地球轨道变化会影响地球接收到的太阳辐射量，进而影响地球气候和沉积过程，导致地层中出现周期性变化。

传统上，识别地球轨道变化主要依赖于直接采集的样本，例如钻孔岩心或露头，并通过分析这些样本中记录的地球化学、生物地层学和物理参数来识别轨道周期。然而，直接采样方法存在一些局限性，例如采样深度有限、样本可能受到扰动等。

近年来，一些研究尝试利用地震反射数据识别地球轨道变化，但这种方法的可行性和统计学意义尚不清楚。地震反射数据是一种间接探测地下的地球物理方法，其分辨率和信噪比都低于直接采样方法。因此，从地震数据中识别轨道周期存在挑战。

该研究选择南大西洋纳米比亚近海的ODP 1084钻孔作为研究对象，该钻孔位于本格拉海流上升流系统，沉积速率较高，有利于保存轨道周期信号。

研究人员首先建立了一个简化的合成模型，模拟沉积过程中的背景噪声和轨道信号，并利用该模型生成合成地震数据。然后，他们利用蒙特卡罗模拟方法，生成大量包含和不包含轨道信号的合成地震数据，并对这些数据进行谱分析，评估识别轨道周期的灵敏度和特异性。最后，他们将该方法应用于ODP 1084钻孔的实际地震数据和钻孔数据，并对结果进行了对比分析。

研究发现，在特定地质和地球物理条件下，地震数据可以识别某些轨道周期，例如95 kyr的偏心率周期，但其统计效力低于传统的钻孔数据。地震数据的频带宽度有限，对长周期信号不敏感，且信噪比较低，容易产生假阳性结果。

尽管存在局限性，但地震旋回地层学（Seismic cyclostratigraphy）仍然具有潜在应用价值。它可以作为一种非破坏性的方法，用于推断钻孔之间或钻孔以下地层的轨道周期变化，并为古气候研究提供更完整和连续的记录。此外，地震旋回地层学可以作为一种筛选工具，用于评估拟建钻孔的古气候研究潜力。

论文信息：Peter G. Betts. 2024 Seismic cyclostratigraphy: Hypothesis testing for orbital cyclicity using seismic reflection data. Earth-Science Reviews Volume 258, November 2024, 104958. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.104958

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