从哥伦比亚超大陆裂解事件论古/中元古代的界限

国际前寒武纪地层表中始终把古/中元古代的界线置于1. 6Ga,我国则一直将这一界线置于1. 8Ga。存在认识分歧的根本原因是对1. 8Ga前后时期地质事件及其性质的理解与认识的差异或偏颇。本文通过阐述1. 8～1. 6Ga期间地质事件及其性质,重点分析和讨论古/中元古代(界)界限的划分及相关地质事件的标志与意义。大量的地质资料显示,超大陆从1. 8～1. 75Ga开始裂解,形成一系列的陆内盆地,如北美(劳伦古陆)的Thelon盆地、澳大利亚北部的Leichhardt超级盆地、南美巴西圣弗兰西斯科盆地、华北南缘的熊耳裂谷盆地以及扬子地块西南缘的东川盆地等。在这些盆地形成的早期沉积了冲积扇相、河流相的碎屑岩,之后伴有较广泛的火山岩喷发,中晚期从河流相、湖相碎屑岩沉积过渡到浅海碳酸盐台地沉积,反映一个拉伸裂解的过程。在复原的哥伦比亚超大陆内,广泛分布有1. 78～1. 72Ga的非造山花岗岩,包括AMCG组合(斜长岩、纹长二长岩、紫苏花岗岩和花岗岩)、环斑花岗岩、A型花岗岩等,以及广泛分布的基性岩墙群。这些岩浆岩都反映了拉伸裂解的地球动力学背景。在1. 8～1. 6Ga,不论是沉积事件还是岩浆事件,绝大部分与超大陆的拉伸裂解有关,并未显示造山作用、大陆固结和克拉通化的特点,用固结纪来概括这一阶段地质事件的性质并不合适。哥伦比亚超大陆上的许多盆地在1. 6Ga左右经历了一次广泛的抬升,使沉积作用短时间间断,之后原有盆地继续发展,接受了更广泛的沉积,这种沉积作用可以一直延续到1. 4～1. 3Ga左右。与裂解有关的岩浆事件也以幕式方式从1. 78Ga一直断续持续到1. 4～1. 32Ga左右。从1. 8Ga(或1. 78Ga)到1. 4～1. 3Ga,不论是盆地的沉积事件还是与裂解有关的岩浆事件,基本是连续的。以1. 6Ga作为年代界线划分古/中元古代,人为地隔断了连续的沉积事件和岩浆事件,显然与"尽可能少地截断沉积作用、火成侵位或造山运动的主要序列"的前寒武纪地层划分原则相悖。连续的裂谷盆地沉积事件和非造山岩浆事件可以追溯到1. 8Ga(或1. 78Ga)。因此,我们建议将古/中元古代的界线置于1. 8Ga或1. 78Ga。考虑到裂谷作用的本质是在已有超大陆或克拉通的基础上盖层的发育过程,因此我们建议将～1. 8Ga或1. 78～1. 4Ga都归入盖层系。     

古/中元古代界线:1.8Ga

年代地层表是我们描述地球历史演化的时间框架,也隐含着我们对地球演化过程的基本认识,承载着一系列核心科学问题。现有的国际前寒武纪地质年表存在不少问题,还没有被普遍接受的新方案。在现行国际地层年表(IUGS 1989—2004)中,20～18亿年被称为造山纪,18～16亿年被称为固结纪,16～14亿年被称为盖层纪,也即:造山运动结束到盖层发育之间的过渡时期为固结纪,而将盖层的广泛发育作为中元古代的开始。在我国,由于"吕梁运动"是华北克拉通结晶基底最终形成的标志性构造-热事件,此后发育以长城系-蓟县系-青白口系为代表的地台型沉积盖层,因此我国地质界一直以长城系的底界代表中元古代的开始,并根据"吕梁运动"结束时间,将古/中元古代的时间界线置于18亿年。2012年国际地层委员会提出了一份全新的全球前寒武纪地质年代表划分建议方案,其中2060～1780Ma阶段被称为古元古代哥伦比亚纪,主要以Columbia超大陆的聚合为特征;而之后17. 8～8. 5亿年的近10亿年间,则被定义为罗迪尼亚纪,代表了从Columbia超大陆裂解到Rodinia超大陆聚合的漫长阶段。即这一新建议方案的古/中元古代界线为17. 8亿年,与我国学者长期以来所坚持的古/中元古代分界是基本一致的。在华北克拉通,"吕梁运动"的结束时间在～18亿年,此后整体处于多期裂解的陆内伸展环境,长城系-蓟县系基本上属于连续的陆表海沉积。近年来的研究表明,燕山地区长城系的底界年龄约为17亿年,长城系与蓟县系的分界则为16亿年。如果一味按照现行国际地层划分方案,其古/中元古代的界线(16亿年)将对应于长城系-蓟县系的分界,华北克拉通这套盖层型沉积将被人为分割为两部分,这显然是很不合理的。值得注意的是,在华北克拉通中部吕梁地区发育的小两岭组火山岩和在其南部地区发育的、也是世界范围内同时期最大规模的火山活动——熊耳群火山-沉积岩系,是华北克拉通结晶基底之上最早发育的盖层沉积,其起始形成时间约为18亿年。这与新建议的古/中元古代分界非常接近。从全球地质演化来看,从18到16亿年,造山作用结束,Columbia超大陆开始裂解,岩浆作用方式和岩浆岩组合类型及其地球化学特征发生明显改变,如斜长岩、环斑花岗岩在世界主要克拉通均有发育。与此同时,稳定沉积盖层开始广泛发育,条带状铁建造(BIF)消失,代之以鲕状或粒状矿物集合体组成的浅海富铁沉积,另外海相硫化物沉积、有核原生生物等也首次出现。所有这些都标志着,在此前后,地球岩石圈、水圈和大气圈均发生了重大转折,生物圈也进入新的演化阶段,标志着地球进入"中年期"演化阶段。虽然地球演化发生重要转折的根本原因和细节还有待进一步深入探讨,但这一转变的起点或最重要的时间点,无疑就在18亿年前后,因此,本文认为,应将其作为全球古/中元古代的时间界线。     

中东地区阿普特阶Shuaiba组碳酸盐岩沉积体系特征及模式探究

中东地区主力产油层系Shuaiba组的勘探及研究逐渐以地层岩性圈闭为主,笔者通过总结Bab盆地阿普特阶Shuaiba组沉积相类型,多油田地层格架及空间展布特征的对比,为系统恢复Shuaiba组沉积演化过程及模式提供地质依据。研究表明,阿普特阶Shuaiba组共发育开阔台地、台地边缘、台缘斜坡及盆地相4种沉积相单元和6种亚相类型,各相带单元受控于四个三级层序且沿Bab盆地周缘呈带状展布。开阔台地一侧,主要沉积了第二个三级层序对应的Lower Shuaiba地层;台地边缘往Bab台内盆地区域,则以第三和第四个三级层序对应的Upper Shuaiba地层为主。Shuaiba组生物礁、滩建造集中发育在第二个三级层序的高位域阶段,滩间海、缓坡及盆地相受控于海进和低位体系域。阿普特阶Shuaiba台地边缘生物建隆、台内浅滩在空间上相互叠置并成带展布,符合弱镶边型缓坡台地沉积模式,该类型台地具备深水陆棚性质的非常宽缓的斜坡,且缓坡往盆地一侧发育一个镶边台地边缘。     

鄂尔多斯盆地南缘上二叠统——中下三叠统地球化学特征及其古气候、古环境指示意义

为探索陆相湖泊环境记录中二叠纪—三叠纪之交古气候演化的信息,以鄂尔多斯盆地南缘陕西铜川石川河剖面上二叠统石千峰组(P3s)和三叠系的刘家沟组(T1l)、和尚沟组(T1h)、纸坊组(T2z)为研究对象,对界面上下地层开展了系统的矿物学、岩石学和地球化学研究。通过主量和微量元素、碳氧同位素以及TOC测试对古盐度、古氧化还原环境和古气候演化规律进行分析。测试结果显示在二叠系—三叠系(P/T)界线附近主、微量元素和碳、氧同位素发生较明显的变化,气候环境代用化学指标的波动指示了从晚二叠世至早中三叠世鄂尔多斯盆地的古气候、古环境的变化。研究结果表明上二叠统石千峰组形成于河流-三角洲沉积环境,氧化程度相对低,古气候相对温暖湿润;下三叠统刘家沟组与和尚沟组的紫红色砂泥岩代表水体较浅的河流-三角洲相,强氧化环境,气候干旱炎热;而到中三叠统纸坊组沉积期,湖平面上升,元素的迁移作用加强,氧化程度变弱,气温降低,气候转为半干旱半湿润气候。碳同位素分析结果显示,鄂尔多斯盆地陆相P/T界线上δ^13CPDB存在显著负偏,与全球范围内的海相P/T界线具有一致性,说明在华北地台陆相P/T界线上同样存在气候突变和生物灭绝等重大地质事件的沉积记录,与海相地层可对比。     

中国陆相下中新统山旺阶下界层型的选择

山旺期是中国陆相新近纪地质年代中的一个时段,代表了古老哺乳动物类群式微、现代化的哺乳动物类群滥觞的全新时期。山旺期大体与全球海相的布尔迪加尔期(Burdigalian)对应,开始的时代大约在20 Ma (百万年)左右。但长期以来,中国代表山旺期开始时段的地层中,很少有哺乳动物化石发现,因而学术界对这一重要时期的哺乳动物演化面貌知之甚少。这也使得相对应的陆相年代地层单位山旺阶的下界迟迟难以确定。近年来对内蒙中部生物地层学的研究,在苏尼特左旗敖尔班地区发现了含有谢家—山旺时期丰富哺乳动物化石的连续剖面(敖尔班组),为以上困难的解决提供了一切有利条件。敖尔班组的沉积连续,从下往上哺乳动物群经历了明显的变化,下部的下敖尔班动物群中含有双柱鼠类(distylomyids)、拟速掘鼠(Tachyoryctoides)、中华鼠兔(Sinolagomys)、基干有角类(basalpecoran)等原始类群;而上部的上敖尔班动物群中,上述类群已完全绝灭,出现了巨尖古仓鼠(Megacricetodon)、古仓鼠(Cricetodon)、跳兔(Alloptox)等新类群,鹿科(Cervidae)开始适应辐射,并出现了从非洲迁移而来的嵌齿象类(gomphotheres)和从美洲迁移来的安琪马(Anchitherium)。动物群的特征反映出下敖尔班动物群很可能还处于谢家期的末尾而上敖尔班动物群已进入了山旺期。古地磁数据显示敖尔班组的时代大约在21～17.5 Ma之间,可以包含海相布尔迪加尔期开始的时间点。本文推荐以最原始的冠群鹿科双叉鹿亚科(Dicrocerinae)在敖尔班剖面上的首现作为山旺阶下界的标志,该层位恰位于古地磁极性带C6n的底界,时间为19.722Ma。在中国地区,其它包含山旺阶下界的剖面还包括甘肃兰州盆地的对亭沟剖面、青海西宁盆地的谢家剖面、新疆准噶尔盆地的铁尔斯哈巴合剖面等,与上述剖面相比,敖尔班剖面在20～18 Ma之间的哺乳动物群最为丰富,因此是建立山旺阶下界层型的最佳地点。     

基于正演模拟的复合曲流带砂体内部构型解剖研究及应用

Q油田是渤海大型河流相沉积的稠油油田,其北区NmⅣ1主力含油砂体为复合曲流带沉积,经过16年的注水开发,油水关系复杂,平面注水受效不均的问题日益严重,如何优化注釆结构来改善开发效果已成为急需解决的问题。优化现有注釆井网的关键是认识复合曲流带砂体内部不同单河道砂体的切叠关系及展布特征,即对目标砂体开展内部不同单河道的构型单元分布特征研究。首先,依据岩电标定的测井曲线特征、局部发育的薄夹层以及曲流河纵向下切模式,对复合砂体内部不同单河道砂进行划分与对比;然后基于单井沉积微相划分结果,开展井间剖面相对比分析,表明复合砂体内部存在5种不同单河道砂体切叠模式;建立5种正演概念模型,利用地震正演模拟合成地震记录,总结了不同单河道砂体间顶面高程差异、点坝边界、废弃河道等曲流河砂体构型边界的波形特征;利用地震属性提取及多种地质构型方法,综合分析,最终实现了海上大井距条件下复合曲流带砂体内部不同单一曲流河砂体构型边界的精细识别;最后由注采动态资料的响应关系评估不同的切叠模式对注水效果的侧向遮挡程度,并以此为依据,优化现有的注釆井网并取得了非常好的生产效果。     

四川盆地普光气田上二叠统长兴组表生岩溶特征及意义*

四川盆地二叠系和三叠系的接触关系以及长兴组岩溶成因的认识,地质界一直存在较大分歧。通过野外露头、钻井、岩心、成像测井、C-O同位素等资料研究发现,普光气田长兴组发育大规模溶沟、溶洞、囊状溶洞、岩溶角砾岩;P/T界线附近长兴组溶蚀灰岩碳同位素发生严重负偏移;长兴组顶见不整合面,成像测井岩溶相带划分明显;长兴组顶部存在地层缺失。综合分析认为,普光气田长兴组发生过表生岩溶作用,长兴阶晚期重大海退事件是引起表生岩溶的主要因素。长兴组长期接受表生岩溶作用的改造,除形成台地边缘礁滩相储集层外,在礁滩欠发育的台地内部和台地前缘上斜坡等区带,是寻找不整合岩溶储集层的有利地区。     

准噶尔盆地南缘东段构造解析和构造解释模型建立

准噶尔盆地南缘山前带油气地质条件良好,但构造变形强烈、地震资料品质差且构造解释多解性强。通过南缘东段野外露头典型构造解析、“地质戴帽”、室内构造物理模拟实验、电法勘探中建场测深线的深度—电阻率反演剖面和地震资料解释,结合钻探结果,构建了南缘东段山前复杂带的构造—地层格架和叠瓦状冲断、多层次逆冲推覆的构造模型,探讨了山前复杂构造区低成像品质地震资料的构造解释模型建立的方法;明确逆冲断裂下盘的掩伏构造是下步勘探首选的目标类型。为南缘山前复杂构造带构造解释提供构造样式和断裂类型的参考,进一步为盆地南缘山前带的油气勘探和井位部署提供依据。该构造模型建立的方法在南缘西段山前复杂构造区的勘探目标评价中取得了良好的应用效果。     

高效优化非分裂PML边界二阶标量波方程数值模拟方法

卷积完全匹配层（convolution perfectly matched layer,CPML）吸收边界是一种高效处理波动方程数值模拟中人工边界反射波的方法。本文基于传统的一阶系统CPML吸收边界条件推广并推导了新的二阶系统CPML边界条件（NCPML）。与常规二阶系统CPML边界条件不同,新边界条件推导的核心思想是在复数-频率域中忽略部分衰减因子空间变化特性,避免其在时间域产生复杂卷积算子,然后反变换至时间域得到基于CPML吸收条件的二阶标量波方程,并应用于二阶标量波方程数值模拟。均匀介质模型测试验证了NCPML吸收条件在内存使用上相对于常规二阶系统CPML与SPML（split PML）吸收条件更少。在对人工边界反射的吸收效果上,NCPML稍逊色于常规二阶系统CPML,但二者均相对于SPML优势明显。最后通过层状模型和Marmousi模型测试验证了NCPML的稳定性及其在效率上的优势。     

煤层定向水平分支井预测方法研究

借鉴石油系统地质导向工作方法,提出煤层中水平段钻进确定煤层倾角的三维空间计算方法,以及如何指导进入着陆点后调整孔斜角的原则。根据不同地层产状下钻头钻进和钻出煤层的姿态,总结出在钻进过程中因煤层产状变化引起的8种不同脱靶(入靶)模式,并推导出三维空间内8种模式下真实煤层视倾角的计算方法。采用半定量的方法给出脱靶后调整钻孔轨迹的方法以及孔斜调整区间。通过钻探实例验证该预测算法能够指导减少脱靶,提高煤层钻遇率和钻井效率。