自然伽马曲线应用于古气候、古环境研究——以柴达木盆地七个泉地区古近-新近纪地层为例

关于全球气候变化过程的研究一直是国内外关注的焦点,而将GR曲线应用于重建古环境、古气候方面的工作目前还处于尝试性阶段。本文在研究七23井GR曲线的基础上,利用水体盐度、古生物化石资料加以验证,发现GR曲线可以敏感地反映古气候、沉积环境的变迁。并据此完整恢复了研究区干旱气候→暖湿气候→干旱气候的4次波动,扇三角洲相与滨浅湖相的交替沉积,水体在湖盆扩张与收缩过程中浅→深→浅的变化。且在GR值下降→气候变干→水体变浅的普遍规律下,总结出波频高低和波幅大小的一系列组合可以较为详尽的反映沉积环境信息。同时GR曲线的突变有记录短时间内沉积环境及气候突变事件的能力,由此可提取出研究区与青藏高原隆升有关的古地理信息。故GR曲线能够成为恢复古环境、古气候的有用参考指标。     

柴达木盆地自然伽玛曲线与古里雅冰芯记录的末次间冰期以来气候环境变化过程的对比

采用柴达木盆地达参1井自然伽玛(GR)曲线进行古气候反演,分析了GR曲线记录的末次间冰期以来的环境变迁过程. 表明GR曲线忠实地记录了构造运动及气候变化的影响,与古里雅冰芯、格陵兰冰芯所记录的气候事件均能较好对应. 表明柴达木盆地同时包含了高原隆升和全球性气候变化的信息,是反映古气候变化良好的信息载体之一, 是反映内陆干旱盆地环境与气候变化良好的代用指标.     

柴达木盆地第四纪古气候变化在物理测井自然伽玛曲线上的记录

利用物理测井曲线分析古气候变化，是近年发展起来的新领域。本文在对取芯井涩中6井多种气候指标分析的基础上，建立了涩中6井GR曲线古气候反演模式，将该模式引进到盆地东部唯一贯穿第四纪的钻孔---达参1井，利用该井高分辨率自然伽玛曲线建立了盆地东部地区2.85Ma以来的时间标尺，据此讨论盆地东部地区2.85Ma以来的古气候变化，表明盆地气候变化在大阶段上明显受到天文轨道周期的控制，但也具有明显的区域性特征。此外还与盆地西部大浪滩ZK-336孔进行了对比。表明柴达木盆地同时包含了高原隆升与全球性气候变化的信息，是古环境变迁的良好的信息载体。也证明了自然伽玛曲线是反映内陆干旱盆地气候与环境变化良好的代用指标。     

测井曲线分析宝秀盆地晚新生代古气候与沉积环境

宝秀盆地晚新生代赋存了大量泥炭和褐煤,为了分析宝秀盆地泥炭和褐煤形成的古气候与沉积环境,利用自然伽马测井曲线的波形特征,并结合孢粉、岩性等地质资料,分析可知,泥炭主要形成于晚更新世和全新世,褐煤主要发育于新近纪,盆地晚新生代古气候经历了温热—温暖—温凉的凉暖气候交替的过程,沉积环境为湖泊和沼泽沉积。结果表明,自然伽马曲线频率与振幅的变化反映沉积环境稳定或动荡,自然伽马曲线值的高低对应了气候的温湿或干冷,因而可以利用自然伽马测井曲线分析古气候及沉积环境。     

松辽盆地晚白垩世古气候变化的测井替代指标

寻求指示古气候变化的测井替代指标是近年来古气候研究的重要途径和方向。测井曲线是地层岩 石学、岩石物理学、岩石地球化学特征的综合反映,具有连续性好、纵向分辨率高的特点,为反演古气候变化 提供了新的手段。松科１井作为专门为研究松辽盆地晚白垩世重大地质事件与古气候变化而部署的一口科学探 索井,具有系统的岩心资料和较完整的测井系列资料。文中在对松科１井南孔自然伽马能谱测井资料进行统计 的基础上,结合放射性元素地球化学分析结果,论证了钍／钾比（Th/K） 可以作为指示气候变化良好替代指标 的可行性,并据此对松辽盆地青山口组-嫩江组沉积时期的气候干湿变化进行了反演。结果表明：松辽盆地从 泉头组３段-嫩江组２段沉积时期气候总体表现为从潮湿向半干旱转化的趋势,垂向上可划分为３个完整的干 湿变化旋回。这一研究结论与前人在松辽盆地南部采用古生物学以及元素地球化学分析得出的结论相吻合,表 明根据自然伽马能谱资料统计得出的Yh/K值可以作为反演古气候变化的替代指标。     

鄂尔多斯盆地纸坊组微量元素地球化学特征及沉积环境指示意义

沉积岩中的微量元素对沉积环境的水介质变化有着较高的敏感度,是研究沉积物沉积时的古气候、古环境的有效手段。鄂尔多斯盆地纸坊组是三叠系具有油气显示的新层系,其古气候及古水体环境对于恢复该时期盆地沉积格局、重建古地理及成藏研究具有重要意义。采用ICP-MS对鄂尔多斯盆地纸坊组剖面及岩芯21件泥岩及粉砂岩样品进行了微量元素测试,选择对沉积环境介质较为敏感的锶（Sr）、钡（Ba）、钍（Th）、铀（U）、钒（V）、镍（Ni）、钴（Co）等元素作为判别指标,并结合沉积学标志及孢粉分析,对鄂尔多斯盆地纸坊组沉积环境及古气候特征进行研究。结果表明:通过Li、Sr、Ni、Ga含量及Sr/Ba值判别研究区为淡水-微咸水沉积环境;U/Th值分布在0.09~0.38,δU值分布在0.43~1.07,V/（V+Ni）值分布在0.69~0.89,V/Cr值分布在0.87~5.57、Ni/Co值分布在1.21~2.93,指示水体分层不强的氧化-弱还原过渡环境;纸坊组水体深度平均深度小于30 m,大型"汇水"湖泊尚未形成;Sr/Cu比值在0.85~16.7之间,大部分小于10,仅个别值大于10,表明纸坊组古气候已由和尚沟组干热气候趋于温暖气候。     

全球旋回地层学

全球旋回地层学是指在对全球沉积岩进行综合系统研究之基础上，通过估算沉积盆地中源于物源区的沉积物类型和沉积环境条件变化，来预测地层学特征的一种过程一结果模型。其研究内容包括对全球地质演化时期全球海平面变化、全球气候条件、全球构造运动、全球古地理背景、全球沉积环境特征、全球古生物事件及全球矿产形成过程进行动态模拟，强调古气候在地质记录中的意义，注重沉积记录的全球同时性研究；强调各种事件在沉积作用中的意     

内蒙古东部索伦地区中二叠世哲斯组古环境与海平面相对升降的地球化学记录

根据研究区哲斯组的岩性特征、沉积构造特征,结合泥岩微量元素和饱和烃有机地球化学等地球化学参数,综合研究索伦地区哲斯组的沉积环境,进而解释海平面的相对升降,为研究区哲斯组油气地质条件评价提供依据。结果表明研究区哲斯组沉积环境的水体为半咸水,古盐度范围为18.55‰~28.72‰,古气候以温湿为主。B(硼元素)和微量元素比值Sr/Ba、B/Ga等可以反映的古盐度与古水深的变化,两者受海平面升降变化影响;利用定量计算的古盐度和反映古盐度的Sr/Ba值、B/Ga值和Rb/K值等编制了海平面相对变化曲线,显示研究区哲斯组剖面发生了2次海侵、海退沉积旋回,海侵发生在哲斯组底部和中部。据沉积相分析,结合地球化学指标V/(V+Ni)值、稀土元素Ce异常值饱和烃气相色谱,表明研究区哲斯组主要为缺氧、还原的浅海陆棚沉积环境,该环境有利于有机质保存和烃源岩发育。     

柴达木盆地自然伽玛曲线记录的古气候变化对太阳辐射响应关系的对比研究

采用柴达木盆地达参1井自然伽玛(GR)曲线,建立了2 85MaBP以来的轨道调谐时标.对GR曲线、深海记录和黄土记录与太阳辐射曲线时频域的多维谱分析及奇异谱分析结果表明:达参1井GR曲线相对于太阳辐射的滞后时间短于深海及黄土记录3～4ka,GR曲线记录的岁差周期成分更为显著,且与太阳辐射在岁差周期上显示了更强的相关性.表明盆地古气候演化受到太阳辐射岁差周期强烈影响,具有低纬陆地记录的特征,而与深海记录和黄土记录受轨道倾斜周期和全球冰量变化的重要影响有别.     

豫西宜阳地区晚二叠世晚期—早三叠世沉积记录及其对古气候变化的响应

晚二叠世-早三叠世宜阳地区位于东特提斯低纬度地区的华北板块南缘,发育一套连续且沉积特征显著的陆相碎屑 岩相沉积,是研究陆相晚二叠世-早三叠世古环境与古气候变化的理想地层。本文在前人研究与野外实测的基础上,采用 岩石学、沉积学、古生物学方法综合分析研究区的沉积记录,识别出宜阳地区在该时期由陆源近海的滨湖沉积环境向河流 沉积环境过渡的古环境,重建了晚二叠世晚期-早三叠世宜阳地区的古地理面貌。沉积特征显示,此期整体气候条件为炎 热-半干旱,并且在长兴期末期与奥伦尼克期早期出现了极端干旱气候,可能是受到当时全球性巨型季风环流的影响。这 一时期的古气候与古环境的变化可能对二叠纪末陆地大灭绝事件起到了推动作用,并抑制了早三叠世生物复苏的进展。     

地球化学记录揭示的柴达木盆地北缘地区中—晚侏罗世古环境与古气候*

沉积岩的地球化学特征是古环境变化良好的示踪剂,柴达木盆地北缘地区侏罗系记录了中国西北地区古环境、古气候演化的重要信息。本研究通过对柴达木盆地北缘地区大煤沟侏罗系标准剖面沉积岩的元素地球化学分析,尝试恢复了研究区中—晚侏罗世的古环境特征。结果显示:(1)研究区中—晚侏罗世以富氧的浅水环境为主,仅在短期内出现较深湖相沉积;整体上侏罗纪湖盆水体盐度较低,而部分层段沉积物盐度增大系降雨量相对减小导致。(2)基于多元地球化学参数建立的古气候演化曲线表明,中—晚侏罗世柴达木盆地北缘地区古气温、古湿度均在一定幅度内频繁变化;自中侏罗世晚期开始,研究区古气候开始由温暖潮湿向炎热干旱转变,至晚侏罗世进入了干热环境主导的阶段。多元地球化学参数剖面的建立为中国西北地区中—晚侏罗世“干热化事件”和区域古气候的研究对比提供了新的证据和材料。     

柴北缘冷湖构造带古近系沉积体系及演化特征

通过对柴达木盆地北缘西段重点探井的岩心观测、重矿物分析、测井数据及地震资料的分析,研究了冷湖构造带古近系沉积体系及演化特征和不同时期沉积微相及砂体的展布规律.结果认为,冷湖构造带古近系主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系,物源来自北东方向的小赛什腾山和赛什腾山附近.古近系路乐河组（E₁₊₂）沉积期,主要发育辫状河以及辫状河三角洲平原沉积,仅在靠近山前发育少量冲积扇沉积;至下干柴沟组（E₃）沉积时期,主要发育辫状河、辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘及滨-浅湖沉积.古近纪时期冷湖构造带表现为一次较大规模的水进过程,纵向沉积继承性明显,很好地记录了这一沉积演化过程.这一沉积体系及演化过程有利于粗碎屑和细碎屑交互沉积,形成较好的储盖组合,为柴达木盆地冷湖构造带下一步的油气勘探提供了可靠的地质依据.     

柴北缘冷湖构造带古近系沉积体系及演化特征

通过对柴达木盆地北缘西段重点探井的岩心观测、重矿物分析、测井数据及地震资料的分析，研究了冷湖构造带古近系沉积体系及演化特征和不同时期沉积微相及砂体的展布规律.结果认为，冷湖构造带古近系主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系，物源来自北东方向的小赛什腾山和赛什腾山附近.古近系路乐河组（E₁₊₂）沉积期，主要发育辫状河以及辫状河三角洲平原沉积，仅在靠近山前发育少量冲积扇沉积；至下干柴沟组（E₃）沉积时期，主要发育辫状河、辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘及滨-浅湖沉积.古近纪时期冷湖构造带表现为一次较大规模的水进过程，纵向沉积继承性明显，很好地记录了这一沉积演化过程.这一沉积体系及演化过程有利于粗碎屑和细碎屑交互沉积，形成较好的储盖组合，为柴达木盆地冷湖构造带下一步的油气勘探提供了可靠的地质依据.     

沉积旋回叠置形式的波形分析及旋回层序划分方法

在陆源碎屑岩地层的沉积记录中,测井曲线上一个砂泥岩旋回可以采用正弦波进行描述,测井曲线幅度的高低反映旋回粒度大小的变化,旋回波长则是度量旋回厚度的标尺。本研究表明,测井曲线变化幅度与其平均值之差计算的累积残差曲线,是识别沉积体系、判别旋回层序界面的一个有效图解方法。根据数值模拟实验,证实对于任意一个级次的旋回复合波系,累积残差曲线的正半波和负半波曲线分别对应低频旋回的向上变细和向上变粗的沉积序列,正半波和负半波曲线的转换点位置对应旋回层序界面的深度。同时,引进测井曲线的频谱分析和滤波方法,可以划分沉积旋回的级别,进而研究沉积旋回变化形式的驱动机制。文中以柴达木盆地东部地区仙3井为例,根据测井数据计算的累积残差曲线,说明了划分低频和高频旋回层序的方法和流程,讨论了旋回幅度、波长变化与沉积环境和沉积速率的关系。     

德国北部盆地晚侏罗世沉积环境及古气候分析*

德国北部盆地上侏罗统广泛发育,但野外露头地层普遍出露不全。Hildesheimer Wald地区Wendhausen 6井和Süntel山地区Eulenflucht 1井完整钻遇了上侏罗统牛津阶和启莫里阶地层,为分析该区晚侏罗世沉积演化过程及其所反映的古环境变化规律提供了丰富的资料。通过岩心描述和岩石薄片镜下观察,根据不同层段的颗粒成分、生物组合特征、沉积结构和构造等特征,在2口井的岩心中共划分出14个岩石类型,分别形成于碳酸盐岩斜坡和三角洲环境。建立了该区牛津阶和启莫里阶垂向沉积演化序列,垂向上由Heersum组到Süntel组,沉积环境逐步由外陆棚、内陆棚、临滨过渡到了开阔台地、潮坪环境,表现出了相对海平面降低的进积过程。同时对不同沉积相中保存较好的以低镁方解石为主要成分的牡蛎壳进行原位Mg/Ca值(古温度指标)测试,得出该区牛津期至启莫里期总体表现出了古气候变暖的趋势,且共有3次气候变暖过程。这一古气候变化与由沉积相分析得出的古气候变化一致,且同苏格兰、俄罗斯台地古温度变化趋势有很好的对应关系,表明古气候是控制该区沉积演化的一个重要因素,且牡蛎壳Mg/Ca值可以做为一个古气候指示指标应用于其他地区的古气候分析中。     

测井资料在第四纪地层结构研究中的应用——以天津市宝坻南部为例

自然电位、电阻率、自然伽马等测井曲线的形态和特征与沉积相带及砂体展布关系密切,它们对不同岩性地层特征响应十分敏感。通过对天津市宝坻南部两个第四系取芯孔岩芯编录、沉积相分析和测井曲线特征分析,总结了不同地质历史时期沉积亚相及微相的测井响应特征,建立了该区域测井沉积相模式。结合研究区大量水文钻探电测资料,简要讨论了电测资料在该区域第四系地质结构研究应用中取得的良好效果,为平原区进一步开展第四系地层结构研究工作提供了新的方法。     

矿产沉积学:一个新的交叉学科方向*

矿产沉积学是一个沉积学与矿床学交叉而形成的新的学科方向。矿产沉积学属于应用基础学科,主要任务是应用沉积学(沉积动力学、流体动力学、物理化学、微生物沉积学等)的基本原理,探讨成矿元素的迁移—聚集机理和成矿颗粒的风化—搬运—沉积过程,从而恢复沉积矿产的古环境(沉积环境、古盐度、古碱度、古氧化还原条件)和形成背景(沉积盆地、古地理、古气候等),最终目的是确定矿床成因、成矿规律,建立成矿模式和找矿模型,进行成矿预测,为沉积矿产的找矿勘探提供科学依据。同时将成矿事件与重大地质事件相结合,揭示重大地质事件与成矿事件的耦合关系。     

Ore sedimentology: A developing interdisciplinary research direction of sedimentology

Ore sedimentology is a new interdisciplinary research direction based on the combination of sedimentology and ore deposit geology. Ore sedimentology belongs to applied fundamental research and its main task is to apply the basic principles of applied sedimentology(sedimentation dynamics,fluid dynamics,physics,chemistry,and microbial sedimentology)to explore the transfer and accumulation of ore-forming elements and the weathering-transportation-deposition process of ore-forming particles. After obtaining above-mentioned information,we can reconstruct the palaeoenvironment factors of sedimentary ore deposits(e.g.,sedimentary environment,palaeosalinity,palaeo-alkalinity,palaeo-redox)and their forming background(e.g.,sedimentary basin,palaeogeography,palaeoclimate). This research aims at providing scientific basis for prospecting of sedimentary ore deposits. To achieve this goal,we need to constrain the origin of ore deposits,summarize the ore-forming rules,build the ore depositional and the prospecting model. Our study cases indicate that there were couplings between the sedimentary ore-forming events and important key geological events.     

柴达木盆地东段中、新生代沉积迁移规律及原型盆地性质研究

为明确柴达木盆地东段中、新生代沉积迁移变化及原型盆地性质,通过对柴达木盆地东段红山、霍布逊凹陷中、新生界野外地质露头追踪、钻井（孔）资料分析、岩性岩相分析、二维地震剖面解释、地层划分对比及平衡地质剖面恢复的研究,认为中、新生代沉积迁移呈现出形象的“跷跷板”移动现象,这种现象与凹陷所处的大地构造位置、盆地性质及板块运动的远程效应有关。下侏罗统局限于红山小型断陷盆地,中侏罗统范围向南扩大到霍布逊凹陷,与羌塘板块、拉萨地块与亚欧板块两次俯冲挤压碰撞之间的应力松弛作用有关,此作用在早侏罗世导致北部红山地区的板缘裂陷,在中侏罗世扩展到南部的霍布逊地区;晚侏罗世和早白垩世沉积中心位于红山挤压型盆地,这与拉萨地块与欧亚板块碰撞的远程效应导致柴北缘地区构造反转有关;古近系在北部红山凹陷的发育而在南部霍布逊凹陷的缺失,与新特提斯洋东部闭合首先导致霍布逊地区隆升有关;新近系及第四系主要分布在南部霍布逊凹陷,与此时柴北缘及周缘山系全面隆升导致沉积中心南移有关。     

测井曲线频谱分析在含煤地层沉积旋回研究中的应用

利用频谱分析法,以鄂尔多斯盆地陇东地区延安组延二段为例,对发育泥炭沼泽河流体系的自然伽马测井曲线进行分析,得出地层中保存着厚度稳定的地层旋回,其厚度比值与米兰科维奇旋回比值之间有很好的一致性。因此,可以认为:米兰科维奇旋回是影响本区地层沉积旋回发育的主要因素;古气候周期性变迁决定着大面积沼泽化的曲流河—网状河流体系中高频沉积旋回的发生、发展和定格。其中偏心率周期引起的地层旋回厚度变化范围为8 72~11 2 9m;地轴倾角周期和岁差周期引起的地层旋回厚度变化范围分别为2 5 4~4 3m和1 2 3~1 91m。本区含煤层和碳质泥岩地层旋回厚度约10m,其发育受控于时间为12 3ka的偏心率周期。自然伽马曲线包含丰富的地质信息,很好地反映了由气候变化引起的地层旋回。