“互惠生物扰动”：一种高频、低阶的序列地层学概念，适用于中新世混合硅质碎屑岩-碳酸盐岩系统中的盆地边缘环境

《Sedimentary Geology》：‘Reciprocal bioturbation’: A high-frequency low-order sequence-stratigraphic concept over the basin-margin settings within a Miocene mixed-siliciclastic?carbonate system

本研究通过整合岩相与遗迹化石分析，提出“递归生物扰动”概念，揭示混合沉积体系中高分辨率层序地层（4-5级）的沉积与侵蚀动态，为盆地边缘低级层序模型构建提供新证据。

　　这项研究围绕一个混合沉积体系——即同时包含硅质碎屑和碳酸盐沉积的盆地边缘环境，探讨了高频率的沉积序列如何通过“互为反向沉积”（reciprocal sedimentation）的概念被解析。这一概念提供了一种新的视角，使研究者能够识别出低阶序列（如4阶及以下）中的沉积变化，并通过生物扰动（bioturbation）模式来反映这些变化。研究团队通过整合岩相学和遗迹相学的分析，提出了一种更精细的沉积序列划分方法，从而更准确地识别和理解盆地边缘的沉积过程及其环境响应。

在盆地边缘的混合沉积系统中，高频率的基准面变化（base-level changes）通常表现为碳酸盐沉积的高水位体系域（HST）和低位体系域（LST）交替出现，而硅质碎屑沉积则主要出现在过渡体系域（TST）和快速退积体系域（FSST）。传统的低分辨率沉积序列通常难以捕捉这些细微的变化，而高分辨率序列则强调这些短时间尺度的沉积过程，如水体能量的变化、沉积速率的波动以及生物活动的影响。这种高分辨率的沉积序列划分方法，使得研究者能够更细致地理解沉积环境的演变，以及生物活动如何与这些变化相互作用。

“互为反向沉积”这一概念的核心在于，沉积体系的边界变化（如基准面变化）不仅影响沉积物的物理特征，还对生物活动的空间分布和类型产生显著影响。在这些变化中，生物扰动模式呈现出明显的“互为反向生物扰动”（reciprocal bioturbation）特征。这意味着在基准面上升（transgression）和下降（regression）的时期，生物活动的类型和强度会发生显著的转变，从而形成与沉积体系相匹配的生物遗迹组合。例如，在基准面上升期间，浅海环境中的生物活动可能表现为明显的浅海遗迹相（如Skolithos遗迹相），而在基准面下降期间，大陆环境中的生物活动则可能表现为另一种不同的遗迹相（如Termitichnus遗迹相）。这种互为反向的生物扰动模式，不仅反映了沉积环境的变化，还为识别和划分高频率的沉积序列提供了关键证据。

在研究中，团队特别关注了盆地边缘的近岸区和远岸区之间的差异。近岸区由于基准面变化的影响，生物扰动模式呈现出显著的交替特征，即在基准面上升和下降的阶段，分别记录了浅海和大陆环境下的生物遗迹相。而远岸区则表现出更为渐进和微妙的生物扰动模式，尽管如此，仍可以观察到正常的海洋遗迹相与咸水环境遗迹相之间的趋同现象。这种趋同反映了在远岸区，生物活动的响应更加缓和，可能与沉积速率和水体能量的变化有关。因此，通过识别“互为反向生物扰动”模式，研究者能够更精确地划分沉积序列的各个阶段，尤其是在传统岩相学分析不足以提供足够信息的情况下。

研究团队采用了一种综合的方法，结合了岩相学、遗迹相学以及沉积序列分析。通过对研究区域——印度古吉拉特邦的Kutch盆地的详细实地调查，他们收集了大量地质数据，并利用这些数据建立了沉积序列的高分辨率模型。该盆地是典型的混合沉积系统，其沉积环境受到硅质碎屑输入和碳酸盐生成的共同影响。通过分析沉积岩的粒度、砂与泥的比例、沉积构造、岩性接触以及生物遗迹的特征，研究者能够识别出七个不同的沉积相，并进一步将它们归类为三个重复出现的前积相组合（FA1、FA2、FA3）。这些相组合的识别为理解沉积环境的演变提供了基础。

在遗迹相学分析方面，研究团队识别了四种主要的遗迹相：Glossifungites、Teichichnus、Skolithos和Termitichnus。这些遗迹相分别代表了不同的生物活动模式和沉积环境。例如，Skolithos遗迹相通常出现在浅海环境，如潮间带和潮上带，其特征是垂直排列的生物扰动结构，如柱状或线状的生物痕迹。而Termitichnus遗迹相则与大陆环境相关，如湖泊或河流三角洲，其生物痕迹可能包括更复杂的生物扰动结构，如虫洞或生物钻孔。Teichichnus遗迹相则与正常的海洋环境相关，可能出现在较深的海相沉积中，其生物痕迹反映了较强的水体能量和生物活动的多样性。Glossifungites遗迹相则通常与低能环境相关，如潮汐坪或浅海沉积，其生物痕迹可能表现为较为简单的垂直结构。

通过将这些遗迹相与沉积相组合进行对比分析，研究者发现生物扰动模式在不同沉积相之间呈现出显著的互为反向特征。例如，在基准面上升的阶段，Skolithos遗迹相在浅海沉积中占据主导地位，而在基准面下降的阶段，Termitichnus遗迹相则在大陆沉积中更为常见。这种互为反向的生物扰动模式不仅揭示了沉积环境的变化，还为识别沉积序列的各个阶段提供了重要的线索。此外，研究还发现，在远岸区，生物扰动模式的变化更为缓和，这可能与沉积速率和水体能量的相对稳定有关。因此，研究者认为，识别“互为反向生物扰动”模式对于理解高频率的基准面变化及其对沉积环境的影响具有重要意义。

这项研究还强调了高分辨率沉积序列分析在识别和理解盆地边缘沉积系统中的价值。传统的沉积序列模型通常基于大尺度的基准面变化，而高分辨率模型则能够捕捉到更细微的沉积过程，如沉积速率的变化、水体能量的波动以及生物活动的响应。这些高分辨率序列的识别不仅有助于更好地理解沉积环境的演变，还为油气勘探、古环境重建以及地质灾害评估提供了重要的基础。此外，研究团队还指出，生物扰动模式的分析可以作为补充工具，帮助识别沉积序列的各个阶段，尤其是在岩相学分析难以提供足够信息的情况下。

在研究方法上，团队采用了多种数据来源，包括地层剖面、地质剖面以及地球物理数据。通过对Kutch盆地早期中新世地层的详细调查，他们建立了高分辨率的沉积序列模型，并识别出多个基准面上升和下降的周期。这些周期的划分基于生物遗迹的分布特征、沉积构造的变化以及岩性接触的分析。此外，研究还涉及了沉积序列的内部结构，如系统域的划分和相互关系，这些结构的识别对于理解沉积环境的动态变化至关重要。

研究团队特别指出，生物扰动模式的分析不仅能够反映沉积环境的变化，还能够揭示生物活动对环境变化的响应机制。例如，在基准面上升的阶段，浅海环境中的生物活动可能更为活跃，而随着水体能量的降低，生物活动可能逐渐向大陆环境迁移。这种迁移过程不仅影响了生物遗迹的分布，还可能对沉积物的保存和分布产生影响。因此，通过分析生物扰动模式，研究者能够更全面地理解沉积环境的演变过程，并为沉积序列的划分提供更精确的依据。

此外，研究还强调了生物扰动模式在不同沉积环境中的独特性。例如，在潮间带和潮上带环境中，生物活动可能受到较强的水体能量和盐度变化的影响，从而形成特定的生物遗迹组合。而在湖泊或河流三角洲等低能环境中，生物活动可能更多地受到沉积速率和水体条件的影响，形成另一种类型的生物遗迹组合。这些生物遗迹组合的识别不仅有助于理解沉积环境的特征，还能够为古环境重建提供重要的证据。

研究团队认为，通过整合岩相学和遗迹相学的分析，可以更全面地理解沉积序列的演化过程，并为沉积学研究提供新的思路和方法。这种综合分析方法不仅适用于Kutch盆地，还可能推广到其他类似的混合沉积系统中。此外，研究还指出，生物扰动模式的分析可以作为识别沉积序列的重要工具，尤其是在缺乏足够岩相学数据的情况下，生物遗迹的分布特征可以提供重要的补充信息。

总的来说，这项研究通过提出“互为反向生物扰动”这一新概念，为高分辨率沉积序列分析提供了一种新的视角。该概念不仅能够帮助识别沉积序列的各个阶段，还能够揭示生物活动与沉积环境之间的相互作用。通过结合岩相学和遗迹相学的分析，研究者能够更精确地划分沉积序列，并理解其在不同沉积环境中的演化过程。这种综合方法为沉积学研究提供了重要的工具，同时也为古环境重建和资源勘探提供了新的思路。