湖盆古水深恢復研究現(xiàn)狀綜述

龐軍剛，楊友運，郝 磊 (西安石油大學油氣資源學院，陜西 西安 710065)

湖盆古水深恢復研究現(xiàn)狀綜述

龐軍剛，楊友運，郝 磊 (西安石油大學油氣資源學院，陜西 西安 710065)

湖盆古水深的恢復是古湖盆的重要研究內(nèi)容,對恢復湖盆古水深的沉積學方法、地球化學方法(Th/U比值法)、古生物方法及定性的相對古水深曲線方法等進行了闡述。目前古水深研究多以定性為主，運用古生物資料根據(jù)古生物分異度與水深的關(guān)系定量恢復古水深，以及根據(jù)沉積微相的橫向和縱向的相序關(guān)系來計算古水深是今后研究的重點。

古水深；沉積學；地球化學；古生物

古湖盆水深的恢復對于研究古沉積盆地的沉積歷史、確定沉積體系類型、評價生、儲、蓋層的條件等都有重要的意義[1]。不同水體深度水動力能量不同，具有不同氧化還原條件。因此，生成不同的自生礦物和不同粒度的巖石類型，具有不同的沉積構(gòu)造和不同的沉積相分布[2]。盆地的古水深可根據(jù)沉積物的分布規(guī)律、沉積構(gòu)造、古生物類型及古生態(tài)等多方面的標志來確定。下面，筆者對湖盆古水深恢復研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 沉積學方法

對于古水深的判別，多采用“將今論古”方法,根據(jù)沉積物的分布規(guī)律、沉積構(gòu)造、古生物類型、古生態(tài)及自生礦物等多方面的沉積學標志來確定[3]。

1.1沉積物分布

沉積物分布具有如下規(guī)律：暗色泥巖、油頁巖多形成于深水還原環(huán)境;濁積巖主要形成于風暴浪底之下；具有強烈生物擾動的紅色、綠色及雜色泥巖，具有各種交錯層理的砂巖，主要賦存于風暴浪底之上的濱淺湖及河流等環(huán)境中；白云質(zhì)泥巖主要發(fā)育于濱淺湖環(huán)境。湖相暗色泥巖中有機碳的豐度變化與水深呈正相關(guān)關(guān)系,隨著水深加大,有機碳的含量明顯增加。淺湖區(qū)暗色泥巖有機碳含量為1.16%～2.0%,氯仿瀝青“A”含量為0.04%～0.16%;深湖區(qū)暗色泥巖有機碳含量為2.44%～5.28%，氯仿瀝青“A”含量為0.251%～0.667%。同時，巖心中采集到的魚、魚鱗、介形蟲及瓣鰓類主要分布在淺湖-半深湖沉積區(qū)。在深湖區(qū)底棲生物化石缺乏，水平層理發(fā)育，富含豐富的黃鐵礦顆粒，陸源碎屑物質(zhì)缺少，有機碳含量高[4]。

1.2沉積構(gòu)造

湖泊沉積中各種類型沉積構(gòu)造皆可發(fā)育，其類型變化取決于水體深淺和水動力條件變化。概括起來，盆地的深水、較深水區(qū)(>20m)主要形成微細水平層理、連續(xù)韻律層理；深湖濁積巖具復理石構(gòu)造，槽模、溝模是其特征的沉積標志；淺水地區(qū)(1～20m)層理類型多樣，間斷韻律發(fā)育，波痕、沖刷侵蝕構(gòu)造較發(fā)育；干裂、雨痕等層面構(gòu)造都是反映沉積物出露水面的標志(<1m)。不同沉積構(gòu)造與水深關(guān)系復雜，也與湖面開闊程度有關(guān)[5]。

1.3自生礦物和微量元素

自生礦物如鋁、鐵、錳結(jié)核等，均按照各自的化學規(guī)律形成，其形成過程除與特定環(huán)境有關(guān)外，還與水深有間接關(guān)系。常用的標志礦物是含鐵自生礦物，其氧化環(huán)境到還原環(huán)境依次為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦，對應水深依次為0～1m、1～3m、3～15m、大于15m。含鐵礦物的差異主要顯現(xiàn)在巖石顏色上，尤以粘土巖的顏色判斷水深最為直接。根據(jù)上述特點，郭彥如[6]對查參1井下白堊統(tǒng)進行了古水深確定，發(fā)現(xiàn)古水深的旋回性變化很明顯，古水深的突變處與鉆/測井解釋的三級層序界面相符合，進一步證實了層序地層劃分的正確性。同時，三級層序內(nèi)部的古水深微小變化反映了準層序的疊置關(guān)系。

1.4地質(zhì)和地震資料

在進積型三角洲沉積體中，前積體的底積層和頂積層之間的垂直厚度(原始厚度)可以代表當時的古水深。李守軍等[7]選取了東營凹陷沙三中亞段沉積時期東營三角洲進行解剖。三角洲的多次進積疊加在高分辨率三維地震剖面上可以很好地識別。沙三中亞段沉積時期的三角洲在一個同相軸上一般可以分辨出3次進積的疊加。經(jīng)壓實校正后得到牛16井原始沉積厚度為107.6m,即當時的水深。

2 地球化學標志方法(Th/U比值法)

表1 Th/U比值與古水深的關(guān)系

不同水深具有不同的元素組成和同位素含量分布特征。因此，根據(jù)元素富集特點即可定性地描述水體深淺[8-9]。研究表明，Th(釷)/U(鈾)比值的大小與古水深具有密切關(guān)系,即Th/U比值小趨向于還原環(huán)境,沉積時期水體相對較深；Th/U比值大則趨向于氧化環(huán)境,沉積時期水體相對較淺。因此，利用自然伽馬能譜曲線獲得的Th、U曲線,根據(jù)Th/U比值與氧化-還原條件的關(guān)系、氧化-還原條件與水深的關(guān)系，可間接獲得古水深范圍(見表1)。Th/U比值曲線可以近似地看作是古水深相對變化曲線，能夠反映出古水深相對變化的旋回性。在鄂爾多斯盆地孟壩地區(qū)延長組地層中的應用顯示,古水深由數(shù)個旋回性變化組成[10]。

3 古生物類型及古生態(tài)方法

在缺少遺體化石的湖拍沉積環(huán)境中，可以采用遺跡化石，如潛穴、足跡、爬痕以及其他生物擾動構(gòu)造來確定相對古水深[11-12]。在湖濱近陸一側(cè)的外濱湖區(qū)，潛水面變動較大，生物潛穴也隨之發(fā)生變化。當潛水面下降時，生物潛穴形態(tài)由近水平狀變化為深的垂向穴。因此，古生物是確定古水深的可靠標志。

3.1底棲藻法

表2 不同生物相帶分異度與古水深關(guān)系

優(yōu)勢度是指同一樣品中占優(yōu)勢的物種的數(shù)量占所有種類生物的數(shù)量的百分比。優(yōu)勢度越高,生物種類越單調(diào)。從介形類分異度數(shù)據(jù)表(見表2)可以看出，東濮凹陷沙三段介形類的優(yōu)勢度[13]在不同的沉積相帶中呈現(xiàn)一定規(guī)律：研究區(qū)沙三段濱湖-三角洲平原生物相的優(yōu)勢度大于45.0%，淺湖-三角洲前緣生物相的優(yōu)勢度介于30%～45.0%,較深湖-前三角洲生物相的優(yōu)勢度介于25.0%～35.0%。

3.2遺跡化石

趙澄林等[15]把東濮凹陷西部下第三系地層中發(fā)育的遺跡化石生態(tài)習性分為居住跡、覓食跡、停跡、爬跡、逃逸跡和牧食跡，并建立了遺跡化石與相(亞相)的關(guān)系模式，即石針跡相(對于濱湖)、卷跡相(淺湖上部)、伸展跡相(淺湖下部)、始網(wǎng)跡相(半深湖)和古網(wǎng)跡相(深湖)。

4 定性的相對古水深曲線方法

表3 沉積相與古水深的關(guān)系

根據(jù)中國中新生代陸相湖盆的研究實踐，認為不同的沉積相類型也可對應一定的古水深(見表3)[16]。

利用巖心相分析、測井巖相分析結(jié)果，結(jié)合盆地古地形、古水介質(zhì)等古地理背景分析,建立盆地沉積相古水深-巖相-沉積相模式圖(見圖1)，這樣對于每一種巖相類型均可同一定的沉積環(huán)境對應，而每一種沉積環(huán)境又具有特定的水深范圍，由此可以完成測井巖相-古水深刻度過程，進而確定出各種巖相相對古水深范圍。

5 利用鈷元素定量研究古水深方法

吳智平等[17]提出了一種運用沉積巖中鈷(Co)含量推算古水深的新方法，公式如下：

Vs=Vo×NCo/(SCo-t×TCo)

(1)

(2)

式中，Vs為某樣品沉積時的沉積速率,mm/a；Vo為當時正常湖泊中泥巖的沉積速率，mm/a；NCo為正常湖泊沉積物中鈷的豐度,%；SCo為樣品中鈷的豐度,%；t為樣品中鑭的含量/陸源碎屑巖中鑭平均豐度,%；TCo為陸源碎屑巖中鈷的豐度,%；h為古水深度，m。

張才利等[18]通過上述方法計算出鄂爾多斯盆地延長組長7段古水深范圍為45.39～128.38m。

6 結(jié) 論

1)古水深研究多以定性為主，有些研究參數(shù)局限于“將今論古”，在實驗室內(nèi)也無法模擬古水體環(huán)境，因而計算精度有限。

2)不同的古水深對應不同的水動力條件，因而在空間上會形成不同的沉積相帶，據(jù)此可根據(jù)橫向和縱向的相序關(guān)系來計算古水深。

3)利用古生物資料根據(jù)古生物分異度與水深的關(guān)系定量恢復古水深時，需要大量的系統(tǒng)取樣并充分利用古生物資料，而有些研究區(qū)缺乏古生物資料。因此，今后應更多地利用地球化學元素方面的資料進行研究。

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10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.015

P618.13

A

1673-1409(2012)09-N042-04

2012-06-14

國家科技重大專項(2011ZX05044);西安石油大學博士科研啟動基金(YS29031212)。

龐軍剛(1978-)，男，2002年大學畢業(yè)，博士，講師，現(xiàn)主要從事沉積學及層序地層方面的教學與研究工作。

[編輯] 李啟棟