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。     

柴达木盆地侏罗纪古气候演变过程: 来自化学风化特征的证据

柴达木盆地侏罗系陆相地层记录了该时期一系列重大的构造-气候-环境耦合演化事件,然而针对该套地层的古气 候、古风化作用等方面研究还很薄弱。为了恢复柴达木盆地侏罗纪时期的古气候和古环境特征,文章研究对柴北缘大煤沟侏 罗系标准剖面的沉积岩样品开展了全岩主、微量元素测试,综合采用多种化学风化指数判定柴达木盆地侏罗纪古气候条件及 演变过程。元素比值(Rb/Sr、K/Na、Na/Al 和Na/Ti)和化学风化指数(CIA、CIW、PIA 和ICV)均显示,柴达木盆地侏罗纪化学风 化过程和古气候演化过程可划分为4 个阶段：早侏罗世早-中期和中侏罗世中期,化学风化作用强烈,古气候处于温带-亚热 带温暖、潮湿气候条件;早侏罗世晚期和中侏罗世晚期-晚侏罗世,受到区域降水减少影响,盆地化学风化作用显著减弱,整体 处于干旱、半干旱环境。以上结果与前人基于沉积物和植物群面貌研究得出的古气候变化过程相吻合,为盆地及区域陆相侏 罗纪古气候研究提供了相对完整而连续的地球化学证据和参考。     

柴北缘大煤沟侏罗系泥质岩有机元素及碳同位素特征与古气候环境分析

柴北缘大煤沟地区侏罗系记录了西北地区古环境演化的重要信息。文章通过对大煤沟剖面进行有机地球化学分析,尝试恢复大煤沟地区侏罗系的环境演化。分析认为,H/C比与C/N比、δ ¹³Ｃ呈现良好的负相关性。早侏罗世：C/N比和δ ¹³Ｃ整体逐渐减小,H/C比逐渐变大;中侏罗世：C/N比和δ ¹³Ｃ在前期保持稳定,后期急剧负偏,而H/C比则反之;晚侏罗世：C/N比和δ ¹³Ｃ基本保持低值不变,H/C比稳定在高值区间。早—中侏罗世有机元素C/N比多大于15,表明有机质来源主要以 陆生高等植物为主。大煤沟剖面古气候表现为两个旋回,在早侏罗世小煤沟组时期古气候特征为温湿—干热,自中侏罗世晚期古气候开始从温湿向干热演化。     

柴达木盆地侏罗纪古气候演变过程：来自化学风化特征的证据

柴达木盆地侏罗系陆相地层记录了该时期一系列重大的构造—气候—环境耦合演化事件，然而针对该套地层的古气 候、古风化作用等方面研究还很薄弱。为了恢复柴达木盆地侏罗纪时期的古气候和古环境特征，文章研究对柴北缘大煤沟侏 罗系标准剖面的沉积岩样品开展了全岩主、微量元素测试，综合采用多种化学风化指数判定柴达木盆地侏罗纪古气候条件及 演变过程。元素比值(Rb/Sr、K/Na、Na/Al 和Na/Ti)和化学风化指数(CIA、CIW、PIA 和ICV)均显示，柴达木盆地侏罗纪化学风 化过程和古气候演化过程可划分为4 个阶段：早侏罗世早—中期和中侏罗世中期，化学风化作用强烈，古气候处于温带—亚热 带温暖、潮湿气候条件；早侏罗世晚期和中侏罗世晚期—晚侏罗世，受到区域降水减少影响，盆地化学风化作用显著减弱，整体 处于干旱、半干旱环境。以上结果与前人基于沉积物和植物群面貌研究得出的古气候变化过程相吻合，为盆地及区域陆相侏 罗纪古气候研究提供了相对完整而连续的地球化学证据和参考。     

柴达木盆地北缘东部侏罗系发育特征

侏罗系是柴达木盆地主力生油层,主要分布于盆地北缘。通过对柴北缘侏罗系标志层、岩性特征和沉积体系的综合研究,明确了主要露头剖面侏罗纪不同时期的沉积相类型。本区侏罗系主要发育 5 种类型沉积相,包括冲积扇、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊,相带的展布和古地理演化均与区域构造运动密切相关。根据侏罗系内部及其与上下地层的接触关系和沉积旋回演化,柴达木盆地北缘东部经历了早--中侏罗世断陷湖盆沉积到晚侏罗世挤压坳陷沉积两大沉积演化阶段。     

柴达木盆地北缘侏罗系沉积相

柴达木盆地北缘结绿素—红山地区侏罗系广泛分布,出露良好。在各露头剖面、钻井剖面地层学和岩石学研究所取得的各种定性及定量资料的基础上,采用冯增昭教授倡导的单因素分析多因素综合作图法,编制出了柴达木盆地北缘结绿素—红山地区下、中、上侏罗统的各类单因素图件和沉积相图。前人在柴达木盆地沉积相研究方面做了许多工作,但都是定性的,其沉积相的确定缺乏定量依据。本次编制的沉积相图是定量化的,即每个沉积相带的划分都有其确切的单因素数据,这种定量的沉积相研究方法在柴达木盆地尚属首次应用。结绿素—红山地区侏罗系主要发育有4种类型的沉积相,包括辫状河、干湖、辫状河三角洲及湖泊,其中辫状河可进一步划分出辫状河上游和辫状河下游。研究结果表明早、中侏罗世发育辫状河三角洲—湖泊沉积体系,晚侏罗世发育辫状河—干湖沉积体系。柴达木盆地北缘经历了早、中侏罗世的湖泊沉积到晚侏罗世的湖泊消失,代之以辫状河沉积的两大沉积演化阶段。     

十万大山盆地东部侏罗纪古气候与铀成矿关系

古气候控制着砂岩型铀矿含矿建造的形成,对厘定找矿目的层有重要的指导意义。沉积岩中元素地球化学研究是研究沉积时古气候的有效手段。在总结古气候指示元素含量变化特征基础上,结合十万大山盆地区域构造演化、宏观沉积特征推算了古盐度变化特征,重建了侏罗纪古气候演化。研究表明:沉积旋回转换时往往伴随古气候变化,微量元素含量及比值变化具有旋回性。侏罗纪古水体整体为淡水-微咸水,古气候演化为早侏罗世为潮湿气候,到中侏罗世气候逐渐变为半干旱半潮湿频繁波动,晚侏罗世气候逐渐变为干旱。中侏罗统那荡组发育杂色碎屑岩建造,可作为砂岩型铀矿找矿目的层。     

准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示

准噶尔盆地西南缘四棵树凹陷下组合油气勘探程度较低,并在侏罗纪—早白垩世沉积古环境演化的认识上还存在分歧,影响了对层序和沉积演化的理解,制约了勘探进程。利用便携式XRF元素仪大量、快速、无损地测试了北天山山前塞力克提沟和扎伊尔山前吐孜阿克内沟侏罗系—下白垩统野外露头细粒沉积物的元素地球化学数据,结合钻井岩心的重矿物分析,重建了凹陷侏罗纪—早白垩世的古气候、古盐度、古氧化—还原条件和古物源的演化历史。研究结果表明:从J₁b至K₁q时期,古气候表现为从温湿向干热变化的趋势,早侏罗世温度相对偏高、湿度偏低,中—晚侏罗世温度下降至最低、湿度增至最大,而K₁q时期以干热气候为主。沉积水体总体为淡水,盐度受古气候的影响较大,早侏罗世相对偏高,中—晚侏罗世相对最低,K₁q时期沉积水体盐度达到弱咸化程度。J₁s古水体相对最深、还原性最强,J₁b平均古水深相对较浅,处于弱氧化—弱还原状态,中侏罗世至K₁q时期平均古水深逐渐减小,从弱还原向氧化环境递变。凹陷在侏罗纪主要受南部北天山物源区的影响,K₁q时期北部的扎伊尔山物源区供源作用逐渐变强;J/K之交,北天山物源区母岩混入部分凝灰岩,而扎伊尔山物源区变质岩类型母岩组分升高较明显。     

中、新生代柴达木北缘的盆地类型与构造演化

柴达木盆地是中国西部一个大型中新生代沉积盆地，柴北缘是侏罗系主要分布地区。中新生代柴达木盆地是在一个古老的稳定地块基础上形成发展的，根据中新生代西北地区周缘板块活动和构造演化特点，提出柴北缘中新生代经历了两个由伸展到挤压的构造运动旋回：从早中侏罗世到晚侏罗世是第一个旋回；从早白垩世到晚白垩世-第三纪和第四纪为第二个旋回。早中侏罗世是一种稳定大陆内弱伸展坳陷盆地，不具有典型的裂陷盆地特征。从渐新世开始，柴达木盆地才进入强烈挤压的山间盆地阶段，并决定了柴北缘现今的构造格局。中、新生代构造运动影响着柴北缘油气的生成和分布。     

柴达木盆地北缘东段石炭纪至白垩纪构造演化 模式及地层缺失原因探讨

为了明确柴达木盆地北缘东段石炭纪至白垩纪盆地演化历史,分析石炭系—侏罗系缺失的原因,本文重新确定了石炭系和侏罗系残余地层分布范围,并根据平衡剖面恢复和断裂落差计算,分析了主要断裂的活动特征,提出了柴北缘东段石炭纪至白垩纪的构造演化模式。应用有限单元法模拟了柴北缘东段印支期(三叠纪)、燕山早期(早—中侏罗世)、燕山晚期(晚侏罗世—白垩纪)的应力场,对构造演化模式加以验证。研究结果表明:柴北缘东段自石炭纪至白垩纪经历了石炭纪—二叠纪伸展、三叠纪挤压褶皱、早—中侏罗世断陷、晚侏罗世—白垩纪早期挤压坳陷和白垩纪末挤压反转五个构造演化阶段。三叠纪,柴北缘东段在印支期发育两排近东西走向的背斜凸起,造成石炭系—二叠系在各地区遭受不同程度的剥蚀;侏罗纪—白垩纪早期,欧南地区为继承性隆起区,未完全接受沉积;白垩纪末,受燕山晚期旋回影响,构造反转,逆冲断裂复活,绿梁山、锡铁山、埃姆尼克山、欧隆布鲁克山等主要山体隆升,遭受剥蚀。     

秭归盆地峡口剖面中侏罗统千佛崖组古气候演化的地球化学记录

通过对秭归盆地峡口剖面千佛崖组细碎屑岩样品的元素地球化学分析,恢复了区域内中侏罗世早期古气候的演化历程。结果显示:样品的化学风化指数(CIA)校正值的变化可分为2个阶段,在千佛崖组底部和中上部其平均值分别为82和64,微量元素风化指标Rb/Sr和古气候指标Sr/Cu(2.3,7.9)和C值(1.13,0.52)也有相同的反映,这指示了沉积物源区发生过由古气候转变导致的化学风化强度的减弱。利用P元素含量与Fe/Mn的变化特征,重建了区域古温度和古湿度的演化趋势。多元地球化学指标综合指示了研究区在中侏罗世早期为温暖、潮湿气候类型,而在中侏罗世中晚期区域内的干热化事件,使得气候转变为温暖、干旱的半潮湿气候类型,随着干热化趋势的不断加剧,最终气候过渡为干旱、炎热的半干旱气候类型,这与前人基于古植物研究得出的古气候变化过程相吻合,为盆地内中侏罗世早期古气候演化的进一步研究提供了地球化学方面的证据和参考。     

新疆吐哈盆地侏罗纪古植被与古气候及古环境的探讨

通过对新疆吐哈盆地侏罗系孢粉植物群、特殊岩性、泥质岩中的元素和粘土矿物分布规律的研究 ,探讨了古植被、古气候及古环境的纵向演化特点 ,认为研究区内侏罗纪古气候特点是早侏罗世至中侏罗世早期为温暖潮湿的亚热带 ,局部有干旱趋势 ;中侏罗世中晚期为半潮湿、半干旱的温带—亚热带气候 ;从中侏罗世末期开始转为炎热干旱的亚热带气候。     

柴北缘东段及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应

为研究柴北缘东部及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应,笔者等基于柴北缘东段红山、霍布逊及德令哈凹陷侏罗系野外地质调查,通过地层接触关系追踪、二维地震资料解释以及岩性岩相突变特征分析,同时与中国西北地区其他典型的盆地侏罗系发育特征进行对比分析,研究表明,在中国西北多个板块的相互作用的构造背景之下,柴北缘东段燕山期构造运动Ⅰ幕发生在早—中侏罗世,以古地理与古构造环境较为均一、发育粗碎屑凹陷、每个凹陷内具有幕式沉积充填特征,与中国西北其他盆地对比,此幕构造运动波及面大,但强度较弱,推测与中国西北周边各板块碰撞造山之后的伸展作用相关;燕山期构造运动Ⅱ幕发生在晚侏罗世—早白垩世,此幕构造运动导致古地理与古构造环境向新的环境转变,以中—上侏罗统之间的角度不整合、白垩系及晚侏罗统的残缺不全为特征,推测与拉萨地块与欧亚板块碰撞以及蒙古—鄂霍茨克洋的关闭及Kolyma—Omolon地块的碰撞有关。     

柴北缘东段及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应

为研究柴北缘东部及周缘侏罗系发育特征及其对构造活动的响应,笔者等基于柴北缘东段红山、霍布逊及德令哈凹陷侏罗系野外地质调查,通过地层接触关系追踪、二维地震资料解释以及岩性岩相突变特征分析,同时与中国西北地区其他典型的盆地侏罗系发育特征进行对比分析,研究表明,在中国西北多个板块的相互作用的构造背景之下,柴北缘东段燕山期构造运动Ⅰ幕发生在早—中侏罗世,以古地理与古构造环境较为均一、发育粗碎屑凹陷、每个凹陷内具有幕式沉积充填特征,与中国西北其他盆地对比,此幕构造运动波及面大,但强度较弱,推测与中国西北周边各板块碰撞造山之后的伸展作用相关;燕山期构造运动Ⅱ幕发生在晚侏罗世—早白垩世,此幕构造运动导致古地理与古构造环境向新的环境转变,以中—上侏罗统之间的角度不整合、白垩系及晚侏罗统的残缺不全为特征,推测与拉萨地块与欧亚板块碰撞以及蒙古—鄂霍茨克洋的关闭及Kolyma—Omolon地块的碰撞有关。     

苏干湖地区与柴北缘侏罗系原始沉积关系探讨

苏干湖地区位于柴达木盆地西北端,二者之间以大、小赛什腾山相隔。钻井及露头资料证实,苏干湖地区和柴北缘新生界之下均有较大范围的侏罗系分布,但围绕两地侏罗系之间的沉积关系探讨较少。本文通过地层与沉积学对比、后期改造分析、物源分析等综合研究认为,苏干湖—柴北缘地区侏罗系经历了白垩纪晚期、新生代末等多期改造作用,现今残留地层分布为后期改造的结果。早侏罗世沉积较局限,柴北缘与苏干湖地区应为相互分隔的沉积区,且以断陷沉积为主。中侏罗世时期,苏干湖地区与柴北缘呈连通状态,赛什腾山地区主体接受沉积,研究区为一个较现今侏罗系残留范围更为广阔的坳陷型沉积盆地。研究结果对于加深理解青藏高原北缘中—新生代构造演化和该地区油气资源评价、勘探部署具较为重要的意义。     

柴达木盆地北缘侏罗系页岩气地质特征及控制因素

柴达木盆地侏罗系赋存着丰富的煤炭和油气资源,已有钻井和近年施工的页岩气参数井多次证实有页岩气存在。文中在柴达木盆地北缘侏罗系共识别出9个富有机质泥页岩段,对这些泥页岩的岩性、厚度、分布、有机质组成和热演化程度等特征进行研究,分析了柴北缘侏罗系页岩气地质特征。富有机质泥页岩层发育5种岩相类型,包括油页岩、黑色页岩、碳质泥岩、灰黑色泥岩和黑灰色粉砂岩,主要形成于冲积扇辫状河、辫状河三角洲泥炭沼泽、扇三角洲和湖泊沉积体系,而最有利的富有机质泥页岩成因环境是湖泊、辫状河三角洲泥炭沼泽。柴北缘侏罗系富有机质泥页岩层厚度大(平均累计厚度10～916 m);TOC含量为1.24％～8.6％,总体大于4％;有机质类型较好（H1-H4段和H6-H8段为Ⅱ2 Ⅲ型,H5和H9段为Ⅰ Ⅱ1型）,热演化程度整体处于未成熟成熟阶段。从古气候、盆地构造演化和沉积古环境3个方面探讨了柴北缘侏罗系页岩气层的控制作用。研究表明,富有机质泥页岩主体形成于古气候潮湿温暖的早、中侏罗世,早侏罗世末和晚侏罗世气候干热化阻断富有机质泥页岩的发育;侏罗纪5个阶段的断陷盆地演化控制着泥页岩层的形成发育,湖西山组沉积期为形成于潜西-冷湖-南八仙地区的快速断陷盆地,沉积了H1-H3富有机质泥页岩段,有机质丰度高,厚度大,结构稳定性较好;小煤沟组沉积期主要为局限发育在潜西和大煤沟地区的断陷速率快慢周期变化盆地,形成了局限分布的H4-H6泥页岩;大煤沟组沉积期为以鱼卡和大煤沟地区为沉积中心的缓慢断陷盆地,形成了与煤层共生的H7泥页岩,有机碳含量高,厚度大,分布稳定;石门沟组沉积期为向东不断迁移的缓慢快速断陷盆地,沉积了分布不稳定厚度中等的H8泥岩和厚度大,有机质丰度高,区域连续分布的H9泥页岩;采石岭组和红水沟组沉积期为干旱气候条件下的前陆挠曲盆地,没有富有机质泥页岩形成。因此,下侏罗统H1-H3泥页岩,中侏罗统H7、H9泥页岩是柴达木盆地北缘侏罗系页岩气勘探开发的重点层位。     

米仓山隆升时代的沉积学制约

米仓山地区位处上扬子北缘,既是四川盆地的北部边界,又是龙门山、秦岭造山带与四川盆地三者之间的盆山转换地带,是探讨秦岭造山带—上扬子北缘中生代构造演化的重要地区,其隆升时代关系到四川盆地的时空边界与区域构造演化格局。通过米仓山南、北两侧侏罗纪地层沉积层序的详细对比,可以确定米仓山侏罗纪古地理地貌与隆起特点。本研究在米仓山南侧分别选取旺苍白水镇、南江赶场镇2条侏罗系剖面进行实测和研究,并实测米仓山北侧西乡堰口侏罗系剖面。通过3条侏罗系剖面的沉积建造、层序地层特点对比分析表明,米仓山南北两侧侏罗系总体具有一定的可对比性,尤其是南北两侧下侏罗—中侏罗统下段沉积层序基本相同。这种沉积建造的可对比性表明,米仓山隆升时代至少始于中侏罗世晚期。     

柴达木盆地北缘侏罗纪古生态特征及其古地理意义

根据多门类化石古生态和岩相、沉积构造等资料,分析了柴达木盆地北缘侏罗纪的古气候和沉积环境。介形类、轮藻、叶肢介、双壳类和植物等化石在地层中的产出特征反映了当时以湖沼及滨浅湖为主的沉积环境,广泛分布的植物及孢粉化石组合面貌的变化揭示出盆地北缘早、中侏罗世为热带－亚热带温湿气候,早侏罗世晚期和中侏罗世晚期古气候两度明显干热化。陆生植物与湖沼相动物化石的交替出现,反映了盆地北缘侏罗纪湖泊、沼泽与低山相间分布的古地理面貌。早侏罗世湖泊多期发育但规模较小,中侏罗世中晚期湖泊规模最大。     

塔里木盆地喀什凹陷侏罗纪古环境

通过对野外露头剖面的勘察采样和研究，从岩石的颜色、岩性、沉积构造、古生物化石以及地球化学等多项指标分析了喀什凹陷侏罗纪的古环境特征和演化。研究表明：早株罗纪莎里塔什组属干燥氧化环境下的冲积扇沉积，到康苏组时演化为潮湿气候条件下的河流沉积，中侏罗世盆地南北出现差异，北部以淡水为主，而南部出现半咸水-咸水环境，古气候向半潮湿-半干燥演变；沉积相由三角洲前缘向深-半深湖再到滨浅湖沉积演化；晚侏罗世盆地又深化为干燥-半干燥环境下的河流与冲积扇沉积。整个侏罗纪代表了一个水体由浅-深-浅、古气候由干燥-湿热-干燥的演化过程。古水介质盐度基本上保持了陆相淡水湖体系，仅中侏罗世时期在南部表现为咸水环境。     

柴达木盆地北缘中生代盆地性质研究——对大柴旦凹陷的解剖

柴达木盆地北部地区的中生代地层是柴达木盆地油气勘探的重点层系之一.利用地震剖面解释成果和野外地质资料绘制了侏罗纪与白垩纪的地层残余分布图和断裂分布图;利用平衡剖面对地震剖面进行了平衡恢复.恢复了侏罗纪与自垩纪的原始与剥蚀后形态.通过对中生代各期(主要是侏罗纪和白垩纪)残余地层、断裂的分布和地震剖面构造演化的综合分析,认为柴达木盆地北部地区中生代经历了三个不同性质的盆地演化阶段:早侏罗世为伸展环境下的(箕状)断陷盆地,主要表现为一系列小型断陷盆地群;中侏罗世-早自垩世为伸展型坳陷盆地;晚白垩世末盆地受挤压整体隆升,形成古隆起.