随着沉积地层学研究的不断深入，人们发现沉积地层不仅具有叠覆性，而且具有周期性，这就是所谓地层的旋回性。旋回地层学的概念最早由A.G. Fischer和I.Premoli-Silva于1988年意大利国际会议上正式提出，之后旋回地层学迅速成为地质学领域的一门极具潜力的新兴学科。后来，塞尔维亚学者米兰柯维奇提出的Milankovitch理论，为旋回地层学研究奠定了理论基础。该理论认为地球轨道运行中三个重要参数(地球轨道的偏心率、斜率和岁差)的变化影响了地球表面接收的日照量的变化，进而影响了气候系统的变化。气候演化影响着沉积环境的变化。沉积地层的物理、化学性质及物性结构就记录了气候的变化和Milankovitch旋回周期。这些天文周期信息可以用于沉积地层地质年代学研究。研究获得的数字年龄值，将地层研究的分辨率提高到万年级，并且可将地层特征、成因和年龄值融为一体，全面提高地层学的整体研究水平，为建立较高精度的天文年代表补充重要资料。　　 近年来，旋回地层学的研究范围也已由第四纪扩展到第三纪、中生代、古生代甚至前寒武纪。古生代—中生代之交是地质历史时期的一个重大转折期，生物界经历了一次重大的变革，发生了地史时期最大规模的生物绝灭事件和其它重大地质事件。在过去的几十年里，人们对世界各地该时期的剖面进行了大量详细的研究，尤其对海相地层层序、生物群的变化及地质事件的研究非常深入，并在中国浙江省长兴县煤山建立了全球海相二叠系—三叠系界线层型剖面与点，为二叠系—三叠系界线的全球海相地层的对比确立了标准。前人对古—中生代之交的旋回地层研究工作主要集中在滨浅海碳酸盐沉积相区。在气候替代指标的选取上较为单一，以磁化率、伽马曲线等地球物理参数为主。然而，深水或深海相生物与环境事件的研究对全面认识该地史转折期生物—地质事件是一个非常重要的环节，并且在深水相沉积地层中保留较陆相和浅海相区不同的地质信息。因此在深水相区二叠系—三叠系界线剖面开展地层学、岩石磁学及地球化学等方面的系统研究，对探讨该时期古气候变化及其与生物灭绝的关系具有重要意义。针对以上问题，本文研究选择发育较好、具有代表性的广西东攀二叠系—三叠系界线深水相剖面，采取多种气候替代指标定性分析与定量计算相结合的研究思路，开展了系统的旋回地层学研究。取得了如下进展和认识：　　 1.旋回地层研究的可行性分析　　 对广西东攀二叠系—三叠系界线地层剖面进行野外研究中发现，从宏观岩性组合上看旋回性清楚。该剖面下部2～5层，岩性上表现为泥岩与硅质岩、含泥硅质岩韵律旋回，单层泥岩及硅质岩中发育有明暗相间的纹层，代表了沉积物的周期性变化；剖面上部6～14层为稳定的泥岩沉积(夹火山事件层)，在岩性的变化上并没有明显的旋回；往上，岩性逐渐过渡到罗楼组典型的瓦片状泥岩与泥灰岩韵律性互层，这种泥岩/灰岩层束在下扬子地区下三叠统具有均一性、周期性和多级次的特点，可追索对比，适合旋回地层学研究。为了明确判定该地层旋回性沉积的特征，我们进行了详细的野外岩性逐层记述和统计，并在界线附近以1.5cm间隔密度连续采集样品。　　 以野外剖面岩性变化观察为基础，对厚度统计资料辅以Welch方法功率谱分析，结合Hamming窗与Blackman窗两种窗函数分析结果比较，得出了36.6和11.8两个级别的旋回数，表现出了一定的旋回特征，值得从多指标研究判定各旋回事件的性质，为进一步研究提供高分辨率研究提供背景材料。　　 2.沉积地球化学特征分析及其对轨道驱动的响应　　 本文采用地质统计学方法中的因子分析方法和元素比值分析方法对剖面开展了细致的地球化学研究。应用该方法研究剖面沉积物化学成分的含量变化规律和相互关系，以了解剖面沉积物及其化学成分的影响因素和剖面地层的古环境演化。研究结果表明研究区沉积盆地属于大陆边缘海，沉积物来源于单一的物源区。剖面沉积物及其化学组分含量主要受陆源物质影响，生物源物质的影响、成岩作用及火山源物质也发挥了一定的作用。　　 由于地球化学数据对古气候变化有着良好的记录，是反映气候与环境变化的良好代用指标，本文尝试利用地球化学资料对广西东攀二叠系—三叠系界线剖面大隆组、罗楼组进行快速傅立叶变换法(FFT)频谱分析。针对研究区地层特点，结合国内外研究经验，选择了9组与气候关系密切的元素比值建立地化数据向地质目标的映射关系，寻找其沉积旋回的主要周期特征，进而讨论地层高频层序周期与Milankovitch旋回之间的联系。经典谱分析结果显示出三个较稳定的峰值频率之比：P/Al：5∶2∶1；Mn/Al5∶1.955∶1；Fe/Al：5.2∶1.8∶1；Ti/Al：5∶1.955∶1；Ce/La：5∶2∶1。这些比值与Berger的计算结果非常相似。说明东攀剖面中的沉积旋回与米兰柯维奇旋回间有很好的对应关系。且Ce/La比值的频谱图出现明显峰值的频率点刚好与多个地化指标频谱图中反复出现的频率点(215，86，43)吻合，代表了沉积旋回的周期比恰好近似为5∶2∶1，很好的体现了天文轨道控制的沉积旋回现象。Ce/La曲线较其他地化指标更好地反映由气候变化引起的地层旋回。此外，经典谱分析结果还显示代表岁差周期因素的频率值出现得最为频繁，短偏心率周期因素次之。　　 3.岩石磁学特征分析及其对轨道驱动的响应　　 由于研究剖面地质记录完整，未经重大区域构造活动和变质，风化作用较弱，也适合利用磁化率等岩石磁学研究。利用功率谱、交叉谱以及小波多尺度分解分析方法对磁化率、饱和等温剩磁等多种参数进一步展开旋回地层研究，尝试反映天文轨道周期对磁学参数指标的响应情况。研究表明，不同参数或参数组合、不同算法相结合进行谱估计体现了研究剖面地层旋回的一致性，分析结果普遍存在三个相同的频率特征值，其峰值比值为4.5∶1.9∶1，分别与古—中生代之交天文旋回的偏心率、斜率、岁差周期比值相当，表明东攀剖面的不同磁学参数替代指标也验证了该沉积地层中保存了较好的米兰柯维奇旋回特征。　　 4.相关数学分析方法的深入研究及适当改进　　 数学分析方法在旋回地层学的研究中显得越来越重要，应用也越来越广泛。结合古老地层特点，为了提高旋回研究结果的精度，对相关数学分析方法进行了深入分析研究及适当改进，并将实际地质时间序列代入对比验证，显示出了很好的效果。主要工作涉及:在Matlab7.0中采用小波多尺度分解的分析思想，编写了信号的去噪程序，将信号分解为高频部分和低频部分；以旋回地层学研究中常用到的Hamming窗、Hanning窗、Gauss窗、Nuttall窗等为例，对与沉积速率计算密切相关的窗函数的选择从窗长和类型两方面进行了较深入的分析研究。窗长方面，STFT分频显示结果表明：对高频信号进行谱分析宜选择长度较小的窗函数；对低频信号进行谱分析宜选择长度较长的窗函数；实际应用中，为了最佳呈现信号的整体频谱特征，窗长可选为信号长度的1/4～1/3。实际旋回地层研究中可结合所要探讨的M周期值选择。窗函数类型方面：重点分析低频信号，宜选择主瓣较宽，面积较大的窗函数，如Hamming窗和Hanning窗等；重点分析高频信号，宜选择主瓣较窄，面积较小的窗函数，如Gauss窗和Nuttall窗等。　　 5.东攀剖面较优气候替代指标连续小波分析及其意义　　 进一步选取Morlet小波基函数对东攀剖面Ce/La记录和磁化率记录进行连续小波分析及相关数字滤波分析。目的将地层特征信号与深度的关系转换为与深度和尺度域的变化关系，展示两列时间序列天文周期的时空变化规律，挖掘出更深入的研究意义。　　 (1)小波色谱结果图显示，两种不同的气候替代指标具有的周期模数均大部分集中于三个米兰柯维奇周期(或周期范围)上。总体来说，Ce/La曲线记录较磁化率曲线旋回信号更连续，且能量更强。　　 (2)根据划分的短偏心率周期旋回，计算出东攀剖面第2层至第15层的时间跨度约为1.2～1.4Ma，对应的地层平均沉积速率(成岩压实后)约为0.857～0.975 cm/ka。　　 (3)课题组根据多门类古生物的深入研究，将生物多样性演化历程划分为三个阶段：辐射期(2～5层)、绝灭期(6～9层)和残存期(9层以上)。根据本文研究，灭绝期(6～9层)持续的地质年限值约为10万年。　　 (4)根据Schwarzacher(2000)的沉积物累积曲线模型，将旋回数按地层厚度累积成图，近线性直线的图形表明，当时研究区沉积环境较为稳定，十分有利于旋回地层及其它地质研究。　　 (5)两种替代指标轨道周期数字滤波结果均显示：短偏心率周期的滤波曲线波动最为稳定且具有更显著的振幅，短偏心率周期可能是研究剖面的古气候变化的主要影响因素；东攀剖面在第4～5层存在一次较明显的气候转型事件；在第3层、第7～10层季节性反差较强，且在第8～9层季节性反差最强。　　 (6)Ce/La曲线的短偏心率数字滤波曲线与多门类生物分异度曲线具有很好的耦合关系，很好的指示了环境的变化。　　 综上所述，本文系统的研究不仅能将旋回地层学在古老地层的应用不断推向深入，更能为解决二叠系—三叠系界线地层的实际问题提供一条新的途径。相信旋回地层学的研究方法将与较成熟的岩石磁学、地球化学和生物地层学等方法相结合，在地层精细划分与对比、沉积物年龄估算和古气候变化等诸研究方向上，开辟一条新的道路。