对上侏罗纪金梅里奇黏土（Kimmeridge Clay）中沉积物噪声建模的评估：其对含水层水位变化（aquifer-eustasy）的影响

《Proceedings of the Geologists' Association》：An assessment of sediment noise modelling on the Upper Jurassic Kimmeridge Clay: Implications for aquifer-eustasy

本研究通过分析英国南部上侏罗统 Kimmeridge Clay Formation 的沉积数据，验证了 DYNOT 和 ρ1 技术在获取相对海平面变化中的应用。结果显示，该方法推导的水深记录与石英砂浓度等独立指标相关性较低，质疑了其在不同沉积环境中直接作为海平面变化代理的可靠性，强调需进一步通过多类型独立数据验证。

　　

安德鲁·戴维斯 | 迈克尔·D·西蒙斯

哈里伯顿公司，97 Jubilee Avenue，Milton Park，Abingdon，英国

摘要

通过对地层记录的分析获得的相对海平面曲线为理解地球系统的各个方面提供了关键见解。近年来，多项研究采用了沉积物噪声建模（DYNOT）和滞后1自相关系数方法，对天文调谐后的记录进行处理，以获取水深和相对海平面变化的信息。这些研究中的许多通过展示相对湖面高度（来自沉积物噪声建模）与已发布的海平面曲线之间的相位关系，支持了含水层均衡作用的存在。然而，很少有研究使用独立的水深指标来验证基于沉积物噪声建模得出的海平面/湖面高度曲线。本文使用英国南部上侏罗纪Kimmeridge黏土层的数据，对沉积物噪声建模方法进行了批判性评估，该地区之前已经证实存在天文强迫作用。将沉积物噪声建模得到的水深记录与碎屑石英-粉砂浓度进行比较，后者已被证明是通过与同期近缘地层的相关性来反映相对海平面变化的优秀代理指标。结果显示，沉积物噪声建模结果与独立的石英-粉砂记录之间的相关性非常低。因此，需要更多的研究来证明沉积物噪声建模作为沉积地层中水深变化代理指标的有效性。这项工作表明，应重新评估沉积物噪声建模研究对含水层均衡作用作为短期、中等幅度海平面变化主要驱动力的支持。

引言

了解地质历史中的相对海平面和绝对海平面变化对于理解地球系统的多个方面至关重要，包括绝对海平面变化的潜在驱动力（例如，Davies和Simmons，2024年）以及构造过程的时空变化，包括动态地形（例如，Conrad和Husson，2009年）。相对海平面曲线还有助于地层序列的解释，并有助于表征地下情况，这是当前能源转型中的一个关键挑战（例如，Simmons等人，2023年）。然而，从地层记录中获取可靠的海平面曲线可能是一项具有挑战性的任务（Simmons等人，2020年）。

为了解决这个问题，许多近期研究利用了轨道调谐后的动态噪声（DYNOT）和滞后1自相关系数（ρ1）技术（Li等人，2018年），直接从地球物理测井数据（如伽马射线）或其他代理指标（例如δ¹⁸O）时间序列数据中获取相对海平面或湖面高度曲线。这些研究中的许多指出湖面高度与已发布的海平面曲线之间存在相位差异，并认为与海洋和大陆含水层之间的水交换相关的含水层均衡作用是过去海平面变化的关键驱动力。这些“沉积物噪声”建模技术背后的假设是，保存在沉积地层中的纯天文信号受到了波浪、风暴和潮汐等过程的影响而产生了噪声（图1，以及Li等人，2018年的图1）。由于这些过程在较浅的水域中影响更大，因此推断在相对海平面或湖面高度较低的时期，沉积地层中的噪声也更为显著（Li等人，2018年）。然而，许多与相对海平面无关的过程，如生物扰动、沉积速率和自循环过程，也会产生沉积物噪声（Burgess，2006年；Burgess等人，2019年；Li等人，2018年；Xu等人，2021年）。关于哪些环境最有利于沉积物噪声建模的研究很少，而且很少有沉积物噪声建模研究尝试使用独立的水深指标来验证所得的海平面/湖面高度曲线（Wang等人，2020年；Liu等人，2021年；Zhang等人，2023年；Guo等人，2025年；Read等人，2025年）。本文使用威塞克斯-威尔德盆地晚侏罗纪的地层序列，这些地层具有可靠的生物地层年龄控制，并且通过沉积学和古生物学数据获得了对相对海平面变化的明确了解，对沉积物噪声建模和含水层均衡作用的影响进行了评估。

研究区域

为了批判性地评估DYNOT和ρ1技术，需要一个具有良好年龄控制、无明显时间间隔、天文周期表达清晰的地层序列，并且能够准确估计古水深变化的地层。此外，还需要一个对与水深相关的噪声敏感的代理指标，而且该地层必须形成于噪声源可能产生可测量影响的环境中。Li等人（2018年）认为，这样的环境存在于

天文调谐

总共使用了28个基准点来调整生物地层时间序列（图5）。假设菊石带边界之间呈线性插值，调整后的平均差异为108.9千年，最大差异为400千年（图5，图6）。调整后的GR序列的功率谱显示了La2004（Laskar等人，2004年）天文解中的所有预期天文参数（图5）。存在超过99%置信度的峰值

DYNOT和ρ1的可靠性

在Li等人（2018年）介绍这些技术之后，发表了大量利用DYNOT和ρ1技术的研究。这些研究旨在理解各种沉积环境和年龄下的水深变化。然而，很少有研究尝试使用独立的水深指标来交叉验证沉积物噪声建模的结果。Zhang等人（2023年）将沉积物噪声建模结果与纳米化石进行了比较

结论

近年来，许多研究采用了沉积物噪声建模（DYNOT/ρ1方法）来获取地质历史中的水深和相对海平面变化记录。然而，很少有研究尝试将沉积物噪声建模结果与独立的水深变化指标进行验证。为此，在英格兰南部的威塞克斯盆地的Kimmeridge黏土层上进行了沉积物噪声建模，该地层具有已知的天文周期。

CRediT作者贡献声明

安德鲁·戴维斯：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念构建。迈克尔·D·西蒙斯：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、方法论、概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢哈里伯顿公司允许发表本文，感谢自然环境研究委员会提供Kimmeridge黏土层的钻孔数据（https://doi.org/10.5285/a8e86b5e-f341-419e-be98-0463efe3201f），以及感谢英国地质调查局提供的英国地质地图。