天文轨道周期驱动下任楼煤矿二叠系石盒子组含煤岩系旋回性沉积的机制与地质意义

为解决华北板块晚古生代含煤岩系高精度年代框架及沉积旋回驱动机制问题，研究人员基于米兰科维奇(Milankovitch)理论，利用ACycle软件对任楼煤矿S1-S4钻孔GR测井数据进行旋回地层学分析。研究识别出405 ka长偏心率、95-125 ka短偏心率及17.5-42.9 ka斜率周期信号，建立以293 Ma为锚点的浮动天文年代标尺，证实石盒子组含煤岩系受天文轨道周期控制，为煤矿地质灾害防治提供理论依据。

　　

在地球漫长的地质历史中，含煤岩系的形成往往与周期性气候变化密切相关。华北板块晚古生代发育大规模海陆过渡相含煤沉积，其中任楼煤矿所在的淮北煤田石盒子组蕴含丰富煤炭资源，但长期以来缺乏高精度年代约束。更棘手的是，该矿区巷道顶板稳定性差，沉积环境的周期性变化如何影响岩层力学性质，成为煤矿安全开采亟待解决的科学问题。传统地层划分方法难以揭示毫米级沉积旋回背后的驱动机制，而米兰科维奇(Milankovitch)理论为破解这一难题提供了新思路——地球轨道参数（偏心率eccentricity、斜率obliquity、岁差precession）的周期性变化可能通过调控古气候影响沉积过程。

安徽理工大学的研究团队在《Solid Earth Sciences》发表论文，创新性地将旋回地层学方法应用于煤矿地质研究。通过分析四个钻孔（S1-S4）的GR（伽马射线）测井曲线，结合Laskar和Waltham的天文轨道参数算法，首次建立了任楼煤矿石盒子组含煤岩系的浮动天文年代标尺。研究发现该地层沉积旋回与405 ka长偏心率、95-125 ka短偏心率及17.5-42.9 ka斜率周期高度吻合，证实天文轨道力是控制含煤岩系旋回性的关键驱动力。

关键技术方法包括：1）采用ACycle2.8软件对GR测井数据进行去趋势处理和MTM（多锥度法）频谱分析；2）通过COCO（相关系数法）估算最优沉积速率（9.35-10.32 cm/ka）；3）基于405 ka长偏心率周期进行天文调谐，建立以S1钻孔1007.93 m处（293 Ma）为锚点的浮动年代标尺；4）利用高斯带通滤波提取不同轨道周期信号。

区域地质背景
任楼煤矿位于华北板块南缘，受徐宿弧形推覆构造影响，发育NE向主导的断裂系统。石盒子组沉积时期（290-293 Ma）为三角洲平原环境，发育分流河道、泥炭沼泽等微相，形成砂泥岩互层的旋回性沉积。

天文周期解算
基于Berger和Waltham理论，计算出早二叠世轨道周期比值为22.88-23.14（405 ka长偏心率）:6.95-7.03（123/95 ka短偏心率）:5.37-5.43（斜率）。频谱分析显示S1钻孔旋回厚度比（37.9 m:13.0 m:3.9 m:1.9 m）与理论比值高度一致。

高精度地层格架
识别出7个405 ka长偏心率旋回，将下石盒子组底界（293 Ma）至上石盒子组下部顶界（289.76 Ma）划分为3.24 Ma的沉积序列。每个长偏心率旋回控制35.9-43.3 m地层厚度，对应四级层序（0.2-0.5 Ma）。

这项研究开创性地将天文年代学引入煤矿工程地质领域，证实含煤岩系旋回性与地球轨道参数存在耦合关系。建立的浮动天文标尺为华北板块晚古生代地层对比提供高精度时间锚点，同时揭示沉积旋回对岩层力学各向异性的潜在影响，对煤矿顶板稳定性预测和地质灾害防治具有重要指导价值。未来可结合岩石力学参数，进一步探索天文轨道周期-沉积旋回-岩体力学性质的跨尺度关联机制。