天文旋回約束下東營(yíng)凹陷中始新統(tǒng)含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖成因分析

摘 要 【目的】通過(guò)對(duì)中國(guó)東部渤海灣盆地東營(yíng)凹陷發(fā)育的大套具有韻律特征的富含碳酸鹽物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的湖相細(xì)粒沉積巖進(jìn)行深入研究，以期探究其成因機(jī)制以及古氣候、古環(huán)境的變化特征。【方法】基于巖心和薄片觀察，依據(jù)沉積構(gòu)造特征和礦物組分含量進(jìn)行巖相劃分。結(jié)合沉積環(huán)境和沉積速率的差異，將目標(biāo)層段劃分為四個(gè)單元，采取Multi-Taper Method（MTM）方法對(duì)樊頁(yè)1井（FY1）沙四上（Esu4）到沙三下（Esl3）亞段的自然伽馬（GR）測(cè)井曲線進(jìn)行分段頻譜分析。【結(jié)果】通過(guò)宏觀和微觀沉積觀察，將東營(yíng)凹陷地區(qū)發(fā)育的細(xì)粒巖劃分為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰質(zhì)泥巖、弱紋層狀灰質(zhì)泥巖、透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r和塊狀泥巖五種巖相。頻譜分析結(jié)果顯示，四個(gè)單元均記錄了米蘭科維奇旋回信號(hào)，包括125 kyr、38.7 kyr和18.7 kyr的周期。基于火山灰測(cè)年數(shù)據(jù)，我們建立了精度為38.7 kyr的“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺，并確定東營(yíng)凹陷沙四上到沙三下細(xì)粒巖沉積的總持續(xù)時(shí)間為5.3 Myr。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，18.7 kyr歲差旋回與碳酸鹽巖含量變化之間存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明地球軌道參數(shù)對(duì)含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖的沉積作用具有顯著影響。【結(jié)論】本研究利用旋回地層學(xué)理論，從天文周期控制沉積作用的角度，揭示了湖泊沉積的古氣候、古環(huán)境變化特征。通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)地球軌道參數(shù)（特別是18.7 kyr歲差旋回和125 kyr偏心率旋回）共同驅(qū)動(dòng)了氣候的變化，進(jìn)而控制了含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖的沉積作用。具體表現(xiàn)為，在歲差極大值點(diǎn)或偏心率極小值處，日照量增多，湖盆水體溫度升高，有利于方解石結(jié)晶和灰?guī)r沉積；而在歲差極小值或偏心率極大值處，日照量減少，湖盆水體溫度降低，細(xì)粒物質(zhì)主要來(lái)自陸源輸入，以泥巖沉積為主。這一研究成果對(duì)于非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)具有重要的科學(xué)和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 旋回地層學(xué)；東營(yíng)凹陷；“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺；含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖

第一作者簡(jiǎn)介 欒旭偉，男，1998年出生，碩士研究生，石油地質(zhì)學(xué)，E-mail： duoduoluan@163.com

通信作者 孔祥鑫，男，講師，細(xì)粒沉積學(xué)與非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)，E-mail： kongxx@cugb.edu.cn

中圖分類號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

細(xì)粒沉積巖是指粒徑小于62.5 μm的顆粒組成的巖石，其主要成分包括黏土礦物、粉砂、碳酸鹽、有機(jī)質(zhì)等。其中，含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖是指碳酸鹽物質(zhì)的含量占總成分的20%～25% 以上的細(xì)粒沉積巖[1?3]，是古氣候信息的記錄者[4]。隨著頁(yè)巖油氣勘探的興起，對(duì)細(xì)粒沉積巖的物質(zhì)來(lái)源和成因研究成為了熱點(diǎn)[5]。我國(guó)陸相盆地細(xì)粒沉積巖多以發(fā)育碳酸鹽礦物為特征，近年來(lái)先后在濟(jì)陽(yáng)坳陷、泌陽(yáng)凹陷、束鹿凹陷、滄東凹陷和潛江凹陷等區(qū)域開(kāi)展陸相頁(yè)巖油研究，這些盆地均以含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖作為頁(yè)巖油賦存載體[6?7]。湖相碳酸鹽的形成與水介質(zhì)環(huán)境、氣候和物源變化關(guān)系密切[8]，因而細(xì)粒巖中碳酸鹽物質(zhì)的聚集特征變化較多[3]，需要對(duì)其成因和演化規(guī)律開(kāi)展研究。

1941年，塞爾維亞學(xué)者米蘭科維奇提出，在其他天體影響下，地球在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)過(guò)程中，軌道參數(shù)會(huì)發(fā)生（準(zhǔn)）周期性變化，從而驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輻射在不同緯度和季節(jié)的變化，稱為米蘭科維奇理論[9?11]。Hays etal.[12]研究了45萬(wàn)年以來(lái)南半球深海沉積物，采用沉積物中的氧同位素（δ18O）作為替代指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析，從中獲得了23 kyr歲差周期、42 kyr傾角周期和100 kyr偏心率周期這三個(gè)與氣候變化緊密相關(guān)的信號(hào)，揭示了地球軌道周期性變化是導(dǎo)致冰期—間冰期交替出現(xiàn)的原因，驗(yàn)證了沉積地層可以響應(yīng)地球軌道周期的變化。近年來(lái)，米蘭科維奇理論在對(duì)地質(zhì)歷史時(shí)期沉積記錄的研究中得到了普遍的認(rèn)可和廣泛的應(yīng)用，人們從石筍[13]、細(xì)粒沉積巖[14]、冰芯[15]等地球物質(zhì)中都提取出了米蘭科維奇旋回信號(hào)，其中細(xì)粒沉積巖是較為理想的一類研究對(duì)象。研究表明地球軌道參數(shù)（偏心率、傾角和歲差）可以表達(dá)地球氣候在局部和全球尺度上萬(wàn)年到百萬(wàn)年的變化。

地球軌道周期變化對(duì)沉積記錄影響是因?yàn)檎{(diào)控了太陽(yáng)的輻射變化，從而影響了地球的氣候周期性變化[16]。地球軌道參數(shù)偏心率的變化導(dǎo)致地球公轉(zhuǎn)軌道面在近圓形和橢圓形之間變化，偏心率越小，氣候變化越不明顯，反之，偏心率越大則氣候變化越明顯。地球從近日點(diǎn)公轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)的過(guò)程中，歲差周期性的變化控制地表氣候的變化[11，17?18]。Eldrett etal.[19]在美國(guó)西部?jī)?nèi)陸海道白堊紀(jì)沉積的研究中發(fā)現(xiàn)，歲差周期內(nèi)日照量最小時(shí)沉積泥巖，日照量最大時(shí)沉積灰?guī)r。Locklair et al.[20]、Ma et al.[21]對(duì)美國(guó)西部?jī)?nèi)陸盆地白堊系Niobrara組泥灰?guī)r地層的研究發(fā)現(xiàn)，整個(gè)Niobrara組表現(xiàn)出從上Turonian到下Campanian的沉積韻律，并記錄了與偏心率、傾角和歲差相關(guān)的軌道驅(qū)動(dòng)力，且電阻率被認(rèn)為與天文軌道驅(qū)動(dòng)作用下的碳酸鹽礦物含量相關(guān)，較高的電阻率值對(duì)應(yīng)富碳酸鹽層段。Noorbergen et al.[22]研究發(fā)現(xiàn)美國(guó)蒙大拿州東北部下古新統(tǒng)河流系統(tǒng)中主要煤層的泥炭形成是由100 kyr偏心率相關(guān)的氣候旋回所驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)季節(jié)變化增強(qiáng)時(shí)，主要泥炭形成階段結(jié)束，并在此研究基礎(chǔ)上建立了100 kyr偏心率和20 kyr歲差旋回共同驅(qū)動(dòng)泥炭層沉積的兩種概念模型。

東營(yíng)凹陷發(fā)育大套連續(xù)的湖相細(xì)粒沉積巖，受地質(zhì)構(gòu)造作用影響小，對(duì)氣候變化更為敏感，適合開(kāi)展天文旋回信號(hào)的提取和識(shí)別工作。前人在該區(qū)的天文旋回信號(hào)的識(shí)別研究工作中取得了有益進(jìn)展。姚益民等[23?24]的研究表明，渤海灣盆地油氣區(qū)沙河街組三段和四段的火山巖同位素絕對(duì)年齡是42.4 Ma。金忠慧等[14]以東營(yíng)凹陷FY1 井自然伽馬（GR）測(cè)井曲線作為天文旋回地層學(xué)分析的替代指標(biāo)，揭示了沙四上純上亞段巖性及巖性組合的變化與38 kyr的天文旋回有較好的對(duì)應(yīng)。Jin et al.[25]采用Average Spectral Misfit（ASM）和相關(guān)系數(shù)（COCO）等統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)將觀測(cè)到的沉積旋回?cái)M合到天文周期，以確定最佳沉積速率，并以100 kyr的軌道調(diào)諧為基礎(chǔ)的沉積噪音模型DYNOT和ρ1曲線重建了東營(yíng)凹陷沙四上純上亞段到沙三下亞段沉積時(shí)期相對(duì)湖平面變化曲線。孫善勇等[26]識(shí)別出東營(yíng)凹陷牛頁(yè)1井沙四上亞段地層中記錄的米蘭科維奇旋回，發(fā)現(xiàn)巖相旋回變化主要受控于偏心率和歲差參數(shù)，405kyr長(zhǎng)偏心率旋回分為干冷和暖濕兩個(gè)半旋回。同時(shí)，歲差對(duì)地球氣候產(chǎn)生的影響受到偏心率的調(diào)控。然而，前人對(duì)該區(qū)域富集含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖的原因及其分布規(guī)律尚不明確，對(duì)細(xì)粒碳酸鹽的形成與天文旋回之間的關(guān)系研究不足，還需進(jìn)一步探討。

本文以東營(yíng)凹陷FY1井沙四上亞段到沙三下亞段的地層為研究對(duì)象，利用旋回分析的方法，識(shí)別出穩(wěn)定可靠的米蘭科維奇旋回信號(hào)，明確米蘭柯維奇旋回信號(hào)與細(xì)粒沉積巖中碳酸鹽物質(zhì)的響應(yīng)特征，探究該研究區(qū)碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖的形成原因。

1 地質(zhì)概況

渤海灣盆地包括北京、天津兩市和河北、山東、河南、遼寧四省的一部分及渤海海域。濟(jì)陽(yáng)坳陷為渤海灣盆地的一級(jí)構(gòu)造單元，位于盆地東南部（圖1a），是一個(gè)充滿湖相序列的次盆地，坳陷面積29 000 km2，東臨墾東—青坨子凸起，東南臨魯西隆起，西北臨城寧隆起。東營(yíng)凹陷位于濟(jì)陽(yáng)坳陷南部，凹陷東西向?qū)?0 km，南北向?qū)?5 km，面積約5 700 km2[27?29]。梁家樓現(xiàn)河構(gòu)造帶、石村斷裂帶、陳官莊王家溝斷裂帶、勝北、永北斷裂帶將東營(yíng)凹陷劃分為利津洼陷、民豐洼陷、牛莊洼陷、博興洼陷四個(gè)亞凹陷（圖1b）。

渤海灣盆地是我國(guó)東部最大的新生代斷陷湖盆，古近系地層剖面完整，分布連續(xù)，厚度可觀。沙河街組是一套深湖至半深湖相深灰色泥巖夾層砂巖。沙河街組厚度在2 000 m以上，可劃分為四段，其中沙四段和沙三段是目前主要的油氣源巖。FY1井位于東營(yíng)凹陷博興洼陷（圖1b），該井具有相對(duì)完整的沙四上亞段和沙三下亞段地層。前人通過(guò)火山灰定年[23?24]，地磁測(cè)年[30]等方法校正了濟(jì)陽(yáng)坳陷地區(qū)地層年代（圖1c）。

2 材料與方法

2.1 自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理

自然伽馬測(cè)井曲線（GR）與黏土和有機(jī)質(zhì)的含量有很好的對(duì)應(yīng)，而黏土和有機(jī)質(zhì)的含量又與氣候變化引起的海或湖水位的波動(dòng)和陸源碎屑的輸入有關(guān)[31]。GR高值指示高含量的黏土和有機(jī)質(zhì)，對(duì)應(yīng)溫暖的氣候[32]。因此，自然伽馬測(cè)井曲線可以作為古氣候指示物，建立天文時(shí)間尺度。自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)由勝利油田測(cè)井公司采集，所有巖石樣品的分析測(cè)試由勝利油田勘探開(kāi)發(fā)研究院完成。

2.2 時(shí)間序列方法

陸相地層具有非均質(zhì)性強(qiáng)，沉積速率不穩(wěn)定等特點(diǎn)，排除地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)或不穩(wěn)定事件造成的干擾信號(hào)，對(duì)于識(shí)別出真正的米蘭科維奇旋回信號(hào)尤為重要。常通過(guò)去極值，去趨勢(shì)等數(shù)據(jù)預(yù)處理方式，將地質(zhì)記錄中的噪音信號(hào)去除。通過(guò)分段頻譜分析的方式，進(jìn)行沉積速率匹配，提高米蘭科維奇旋回信號(hào)識(shí)別的準(zhǔn)確性。具體處理方式如下。

（1） 去極值，剔除一組數(shù)據(jù)的奇異點(diǎn)。

（2） 插值。剔除奇異點(diǎn)后，對(duì)GR測(cè)井序列進(jìn)行線性插值，均勻采樣率為0.125 m。

（3） 去除趨勢(shì)。為了減少趨勢(shì)的干擾，對(duì)GR測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了35%加權(quán)平均操作[33]。

采用MTM方法對(duì)GR測(cè)井系列進(jìn)行頻譜分析[34]。此外，對(duì)GR測(cè)井序列進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）譜圖[35]，跟蹤不同沉積堆積速率下的旋回頻率變化，采用旋回長(zhǎng)度比法確定了沉積旋回與地球軌道參數(shù)的關(guān)系。利用高斯帶通濾波器提取38.7 kyr傾角周期，然后作為節(jié)拍器建立天文時(shí)間標(biāo)尺。以上數(shù)據(jù)處理和計(jì)算方法基于AcycleV2.4軟件完成[36]。

3 研究結(jié)果

3.1 沉積作用的劃分

細(xì)粒沉積巖的沉積作用的實(shí)質(zhì)是反映細(xì)顆粒物的來(lái)源與沉積形式，包括物理作用、生物作用和生物化學(xué)作用等[7]。物理作用是細(xì)粒巖沉積構(gòu)造的重要形成原因，紋層狀構(gòu)造、弱紋層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、透鏡狀構(gòu)造，對(duì)應(yīng)物理作用由弱變強(qiáng)，水動(dòng)力由小增大，沉積時(shí)期水體由穩(wěn)定到不穩(wěn)定[6，37]。生物作用指生物體本身以骨骼堆積的方式形成細(xì)粒沉積巖。而生物化學(xué)作用是指生物通過(guò)新陳代謝的方式影響水體中的化學(xué)物質(zhì)的變化，在盆地內(nèi)形成自生礦物并堆積[38]。在溫暖濕潤(rùn)的氣候背景下，光合作用增強(qiáng)，浮游藻類和光合細(xì)菌生長(zhǎng)繁茂，在短期內(nèi)可勃發(fā)，這些浮游藻類和細(xì)菌不斷從水中萃取CO2來(lái)進(jìn)行新陳代謝，化學(xué)平衡從HCO-3 向CO23 -的方向移動(dòng)，形成利于方解石結(jié)晶的微環(huán)境[6，39]。

3.2 巖相類型及特征

近年來(lái)，許多學(xué)者將無(wú)機(jī)物質(zhì)含量、TOC含量、沉積構(gòu)造特征等用作細(xì)粒巖巖相劃分的依據(jù)[3，40]。綜合含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖發(fā)育的沉積構(gòu)造和礦物組分，將東營(yíng)凹陷含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖分為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰質(zhì)泥巖、弱紋層狀灰質(zhì)泥巖和塊狀泥巖。

紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r巖心以灰色為主色調(diào)，其紋層特征明顯，具有明顯亮暗相間的特征（圖2a）。鏡下可以觀察到方解石紋層（圖2e），包括微亮晶方解石和泥晶方解石（31%～88%，平均為53.5%）。透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r在巖心上同樣呈現(xiàn)紋層狀，需要在顯微鏡下才能加以區(qū)分。鏡下，灰白色碳酸鹽透鏡體與黑色泥質(zhì)層垂向疊置，水平延伸。這些孤立的碳酸鹽透鏡體的主要組成物質(zhì)是泥晶和微亮晶方解石（29%～52%，平均為40.5%），泥質(zhì)層中的主要物質(zhì)組分是黏土、石英、白云石（圖2f，g）。紋層狀灰質(zhì)泥巖巖心以深灰色為主色調(diào)，其紋層特征明顯，具有明顯亮暗相間的特征（圖2b）。鏡下可以觀察到方解石紋層，主要為微晶方解石和泥晶方解石。淺色的方解石紋層和深色的富有機(jī)質(zhì)黏土紋層相間，在垂向上高頻互層，紋層較為平直（圖2h）。弱紋層狀灰質(zhì)泥巖巖心呈深灰色，紋層特征不明顯（圖2c）。鏡下，主要發(fā)育均質(zhì)紋層和水平紋層，其主要成分為黏土（21.0%～62.0%，平均為37.6%）、方解石（5%～44%，平均為31.5%）和長(zhǎng)石（1%～13%，平均為3.7%），由于紋層間的物質(zhì)組分較為接近，因此，其紋層特征不明顯（圖2i）。塊狀泥巖在巖心上呈灰色，無(wú)紋層（圖2d）。鏡下碳酸鹽礦物、黏土礦物、陸源碎屑礦物均勻混合，其中黏土含量較高，雜亂堆積無(wú)定向，層理不發(fā)育（圖2j）。

研究區(qū)沙四上純上亞段以富碳酸鹽礦物灰?guī)r相和富陸源碎屑礦物泥巖相交替發(fā)育，經(jīng)歷了塊狀—透鏡狀—弱紋層狀—紋層狀的沉積構(gòu)造縱向演化過(guò)程，有機(jī)質(zhì)豐度由低變高又降低，反映了水體由淺變深又變淺的過(guò)程。沙三下亞段同樣以富碳酸鹽礦物灰?guī)r相和富陸源碎屑礦物泥巖相交替發(fā)育，經(jīng)歷塊狀—弱紋層狀—紋層狀的沉積構(gòu)造縱向演化過(guò)程，有機(jī)質(zhì)豐度由低變高又降低，反映了水體由淺變深又變淺的過(guò)程。但相較于沙四上純上亞段，富碳酸鹽礦物的泥質(zhì)灰?guī)r含量減少，富黏土礦物的灰質(zhì)泥巖含量有所增加。反映整體水深增大，物源供給速度加快。

3.3 頻譜分析

根據(jù)Laskar的解決方案，計(jì)算出45～40 Ma北緯37°，東經(jīng)119°（東營(yíng)凹陷沙河街組形成時(shí)期經(jīng)緯度）夏季平均日照量曲線，采樣間隔1 kyr，并對(duì)所得曲線進(jìn)行頻譜分析，得到頻譜圖（圖3a）：東營(yíng)凹陷45～40 Ma期間的主要天文周期為405 kyr、125 kyr、96.9 kyr、51.7 kyr、40.1 kyr、38.7 kyr、23.2 kyr、22.0 kyr、18.7 kyr。其中405 kyr（E1）、125 kyr（E2）和96.9 kyr（E3）屬于偏心率周期，51.7 kyr（O1）、40.1 kyr（O2）和38.7 kyr（O3）屬于傾角周期，23.2 kyr（P1）、22.0 kyr（P2）和18.7 kyr（P3）屬于歲差周期。分別對(duì)研究區(qū)整段地層的GR測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析和快速傅里葉轉(zhuǎn)換，得到頻譜圖（圖3b）和FFT譜圖（圖3c）。

由于研究區(qū)不同層位的沉積環(huán)境不同，為減少不同沉積環(huán)境中因沉積速率不同所帶來(lái)的影響而引起分析結(jié)果的不準(zhǔn)確，故結(jié)合GR測(cè)井曲線的變化和巖性變化將FY1井沙三下亞段到沙四上亞段地層分為四段（3 050～3 160 m、3 160～3 300 m、3 300～3 440 m、3 440～3 595 m）。對(duì)以上四個(gè)地層進(jìn)行頻譜分析（圖3d）。在第一段地層中（3 050～3 160 m），11.5 m、8.8 m、4.7 m、3.6 m、2.1～2.0 m、1.7 m的波長(zhǎng)約為：125∶94.5∶51.6∶39.6∶23.1～22.0∶18.7，分別為E2、E3、O1、O3、P1-P2 和P3 的天文周期。在第二段地層中（3 160～3 300 m），10.3 m、7.9 m、4.2 m、3.2 m、1.9～1.8 m、1.5 m的波長(zhǎng)約為126.4∶96.9∶51.5∶39.3∶23.3～22.1∶18.4，分別為E2、E3、O1、O3、P1-P2和P3的天文周期。在第三段地層中（3 300～3 440 m），12.5 m、9.5 m、5.1 m、3.8 m、2.3 m、1.8 m 的波長(zhǎng)約為127.2∶96.6∶51.9∶38.7∶23.4∶18.3，分別為E2、E3、O1、O3、P1和P3的天文周期。在第四段地層中（3 440～3 595 m），20 m、15 m、8.1 m、6.3～6.1 m、3.7～3.5 m、2.9 m的波長(zhǎng)約為126.9∶95.2∶51.4∶40～38.7∶23.5～22.2∶18.4，分別為E2、E3、O1、O2-O3、P1-P2和P3的天文周期。據(jù)此計(jì)算出第一段地層的沉積速率為9.1 cm/kyr（11.5 m/125 kyr），第二到第四段地層的沉積速率分別為8.15 cm/kyr，9.83 cm/kyr，15.76 cm/kyr。不同地層沉積速率的變化與FFT譜圖（圖3c）的結(jié)果一致。對(duì)比四段地層的頻譜分析圖所識(shí)別出的米蘭科維奇旋回信號(hào)（圖3d），分別提取出每段地層中周期為38.7 kyr的天文旋回曲線（圖4）。

3.4 時(shí)深轉(zhuǎn)化

時(shí)深轉(zhuǎn)換是旋回地層學(xué)中建立天文年代標(biāo)尺的關(guān)鍵。通過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換建立高精度的和連續(xù)的天文地質(zhì)年代，是地質(zhì)定年的新途徑。地球的軌道受金星和木星的軌道的近日點(diǎn)影響，產(chǎn)生了占主導(dǎo)地位的高振幅405 kyr偏心率長(zhǎng)周期。由于木星質(zhì)量非常大，保證了405 kyr偏心率長(zhǎng)周期在過(guò)去幾億年的穩(wěn)定性[41]。以沙三下和沙四上亞段火山測(cè)定年齡42.4 Ma為基準(zhǔn)[23?24]，通過(guò)計(jì)數(shù)的方式確定38.7 kyr的GR濾波曲線的頂?shù)啄挲g是40.1 Ma和45.4 Ma，最終將38.7 kyr的GR濾波曲線調(diào)諧到405 kyr理論曲線上，實(shí)現(xiàn)濾波曲線由深度域向時(shí)間域的轉(zhuǎn)化，并建立東營(yíng)凹陷沙四上亞段到沙三下亞段的“浮動(dòng)”天文年代標(biāo)尺（圖4）。通過(guò)上述識(shí)別出的天文旋回，發(fā)現(xiàn)東營(yíng)凹陷沙四上亞段到沙三下亞段共存在137個(gè)38.7 kyr的傾角天文旋回，共持續(xù)5.3 Myr，其中沙三下亞段存在59.25個(gè)38.7 kyr的傾角天文旋回，持續(xù)2.29 Myr；沙四上亞段存在77.75個(gè)38.7 kyr的傾角天文旋回，持續(xù)3.01 Myr（圖4）。與Shi et al.[30]利用磁化率曲線作為天文旋回分析的替代指標(biāo)所測(cè)出的沙三下亞段沉積持續(xù)時(shí)間為1.97±0.2 Myr，與金忠慧等[14]利用GR測(cè)井曲線作為天文旋回分析的替代指標(biāo)所測(cè)得的沙四上亞段沉積持續(xù)時(shí)間為3 Myr是相吻合的。

4 討論

4.1 天文旋回對(duì)沉積的控制作用

地球化學(xué)元素分析是深時(shí)古氣候，古環(huán)境恢復(fù)的重要判別標(biāo)準(zhǔn)。其中，Sr/Ba值可以反映古鹽度，值越大，水體鹽度越大，水越淺[42]。碳酸鹽中的Sr/Ba之所以能反應(yīng)氣候變化，是因?yàn)楹粗蠸r的碳酸鹽溶解度比Ba2+的碳酸鹽溶解度大，在湖水蒸發(fā)濃縮的過(guò)程中，Ba2+往往先沉淀，Sr后析出，故Sr/Ba上升指示湖泊鹽度增加，氣候干旱；下降指示湖泊鹽度降低，氣候濕潤(rùn)[43]。

以FY1井3 229～3 278.5 m為例，該段地層TOC含量介于2%～4%，富有機(jī)質(zhì)，碳酸鹽含量增多（圖5）。天文旋回通過(guò)影響氣候變化控制了湖相泥頁(yè)巖的沉積，探究東營(yíng)凹陷古近系始新統(tǒng)沙河街組泥頁(yè)巖中所記錄的天文旋回與沉積之間的關(guān)系。結(jié)合18.7 kyr歲差、125 kyr短偏心率天文周期曲線與細(xì)粒巖中碳酸鹽礦物進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)18.7 kyr歲差旋回與細(xì)粒巖中碳酸鹽礦物變化擺動(dòng)趨勢(shì)一致，推測(cè)地球軌道參數(shù)歲差旋回驅(qū)動(dòng)氣候的變化控制了泥頁(yè)巖的沉積作用。

地球軌道參數(shù)通過(guò)影響氣候進(jìn)而改變沉積環(huán)境[16，44]，偏心率的變化指示了地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面的變化，進(jìn)而影響日照量的變化。偏心率變大，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道由近圓形向橢圓形變換，偏心率變小，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道由橢圓形向近圓形變換，但偏心率周期對(duì)日照量的直接影響較小，通常小于1%[11，17]。偏心率的變化也會(huì)影響季風(fēng)周期的調(diào)節(jié)，偏心率通過(guò)調(diào)控氣候歲差的變幅造成季風(fēng)的周期性變化[45?46]。石巨業(yè)[47]在對(duì)東營(yíng)凹陷地區(qū)古氣候的研究中，通過(guò)古氣候指數(shù)C、Fe/Mn和礦物含量等指標(biāo)與偏心率軌道參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)偏心率到達(dá)極大值點(diǎn)處時(shí)，氣候整體較為暖濕；偏心率到達(dá)極小值點(diǎn)處時(shí)，氣候整體較為干冷。研究的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)GR極大值與短偏心率的極大值相對(duì)應(yīng)，同時(shí)對(duì)應(yīng)低Sr/Ba（圖5），GR高值對(duì)應(yīng)高含量的黏土和有機(jī)質(zhì)，Sr/Ba低值對(duì)應(yīng)低鹽度，指示了水體深的沉積環(huán)境。再次驗(yàn)證了該研究區(qū)目標(biāo)層段短偏心率極大值點(diǎn)處于氣候溫暖濕潤(rùn)時(shí)期。相反，短偏心率極小值點(diǎn)處，GR低值對(duì)應(yīng)低含量的有機(jī)質(zhì)，同時(shí)對(duì)應(yīng)高Sr/Ba，指示水體淺的沉積環(huán)境（圖5）。歲差周期引起的日照量變化在南北半球剛好相反[10，19，22]，根據(jù)歲差與碳酸鹽礦物含量的變化（圖5），得到東營(yíng)凹陷中始新統(tǒng)時(shí)期歲差與日照量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即在北半球，當(dāng)氣候歲差的極小值對(duì)應(yīng)冬至點(diǎn)處于遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)期，此時(shí)日照量較小；當(dāng)氣候歲差的極大值對(duì)應(yīng)夏至點(diǎn)處于遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)期，此時(shí)日照量較大。

4.2 天文旋回約束下含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖沉積模式

綜上認(rèn)為125 kyr短偏心率周期對(duì)日照量有影響但不顯著，但對(duì)季風(fēng)有明顯的調(diào)控作用，進(jìn)而影響降水。降水減少時(shí)，湖盆水體下降，物理沉積作用加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)塊狀、透鏡狀、弱紋層狀沉積構(gòu)造；降水增多時(shí)，湖盆水體上升，物理沉積作用減弱，對(duì)應(yīng)紋層狀沉積構(gòu)造。18.7 kyr歲差周期對(duì)日照量影響顯著，進(jìn)而影響浮游藻類和光合細(xì)菌的生命活動(dòng)。日照量增多時(shí)，浮游藻類和光合細(xì)菌的數(shù)量增多；日照量減少時(shí)，浮游藻類和光合細(xì)菌的數(shù)量減少。結(jié)合研究區(qū)含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖巖石學(xué)特征，根據(jù)上述125 kyr偏心率、18.7 kyr歲差周期地質(zhì)響應(yīng)特征，建立如下天文周期約束下含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖沉積演化模式（圖6）。

第一階段，短偏心率和歲差都處在極小值點(diǎn)處時(shí)，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面為近似圓形（圖6a），地球到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)處時(shí)距離太陽(yáng)最近，此時(shí)太陽(yáng)直射地球南半球，地球北半球接收到的日照量少于南半球，受季風(fēng)氣候的影響小，降水減少，地球北半球氣候表現(xiàn)為寒冷干燥。降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量，湖盆水體下降，沿岸的陸源碎屑物質(zhì)沿著坡面滑落到水體中，為沉積提供物質(zhì)保障。此階段中湖盆內(nèi)水體較淺，水體環(huán)境動(dòng)蕩。因此，該階段主要沉積塊狀泥巖相（表1）。

第二階段，短偏心率略微增加，但仍處在極小值點(diǎn)處附近，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面為近圓形，相較第一階段更扁（圖6b），由于歲差增大，太陽(yáng)此時(shí)直射地球北半球，北半球接收到的日照量增大，因此，第二階段與第一階段相比，地球北半球溫度升高，第二階段的降水仍然較少，氣候表現(xiàn)為炎熱干燥。湖盆水體溫度升高，浮游藻類和光合細(xì)菌逐漸復(fù)蘇，形成利于方解石結(jié)晶的微環(huán)境[6，39]，在這一階段，湖盆內(nèi)水體較淺，水體環(huán)境依舊較為動(dòng)蕩，沉積構(gòu)造以透鏡狀為主，該階段主要沉積透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r相（表1）。

第三階段，短偏心率繼續(xù)增大，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面進(jìn)一步向橢圓形變換（圖6c），地球到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)處時(shí)離太陽(yáng)的距離進(jìn)一步增大。歲差減小，太陽(yáng)直射點(diǎn)由北半球移動(dòng)到南半球。在這一階段中，地球北半球接收到的日照量相較于第二階段減少，湖盆水體溫度降低，浮游藻類和光合細(xì)菌的生長(zhǎng)受到抑制，生物化學(xué)作用減弱，季風(fēng)氣候的影響進(jìn)一步增加，降水也隨之增多，湖盆水體開(kāi)始上升，該階段以弱紋層狀灰質(zhì)泥巖（靠近短偏心率極小值）與紋層狀灰質(zhì)泥巖（靠近短偏心率極大值）組合為主（表1）。

第四階段，短偏心率繼續(xù)增大，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面變?yōu)榻鼨E圓形（圖6d），地球到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)處時(shí)距離太陽(yáng)越來(lái)越遠(yuǎn)。歲差增大，太陽(yáng)直射點(diǎn)由南半球移動(dòng)到北半球，因此，地球北半球的日照量增加，湖盆水體溫度也升高，季風(fēng)氣候作用進(jìn)一步增強(qiáng)，受季風(fēng)氣候所帶來(lái)的降水增多，氣候表現(xiàn)為溫暖濕潤(rùn)。此階段處于淺湖向深湖環(huán)境的過(guò)渡中，水動(dòng)力環(huán)境減弱導(dǎo)致沉積構(gòu)造以紋層狀為主。由于水體溫度的升高，生物化學(xué)作用增強(qiáng)，浮游藻類和細(xì)菌逐漸復(fù)蘇，其新陳代謝作用再次形成有利于方解石結(jié)晶的微環(huán)境。該階段的主要沉積巖相為透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r（靠近短偏心率極小值）與紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r兩種巖相（靠近短偏心率極大值）（表1）。

第五階段，短偏心率增大到極大值點(diǎn)處附近，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面由近圓形逐漸變?yōu)闄E圓形（圖6e），地球到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)處時(shí)距離太陽(yáng)更遠(yuǎn)。歲差位于極大值點(diǎn)處，太陽(yáng)直射地球北半球，地球北半球溫度升高，受季風(fēng)氣候影響大，降水增多，氣候表現(xiàn)為溫暖濕潤(rùn)。降水量遠(yuǎn)大于蒸發(fā)量，湖盆水體快速上升。湖水溫度升高，浮游藻類和光合細(xì)菌快速生長(zhǎng)繁殖，光合作用增強(qiáng)，生物化學(xué)作用增強(qiáng)，該階段處于深水環(huán)境，水動(dòng)力弱，巖相類型表現(xiàn)為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r（表1）。

第六階段，短偏心率增大到極大值點(diǎn)處，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道面為橢圓形（圖6f），但由于歲差減小，太陽(yáng)直射點(diǎn)由北半球移動(dòng)到南半球，導(dǎo)致北半球日照量減少。此階段氣候特點(diǎn)為冷濕，湖盆水體溫度降低，浮游藻類和光合細(xì)菌的生長(zhǎng)受到抑制，生物化學(xué)作用減弱，該階段仍處于深水環(huán)境，水動(dòng)力弱，主要沉積巖相為紋層狀灰質(zhì)泥巖（表1）。

5 結(jié)論

（1） 基于礦物組成、沉積構(gòu)造等特征將東營(yíng)凹陷湖相細(xì)粒沉積巖劃分為五種巖相，分別為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、透鏡狀泥質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰質(zhì)泥巖、弱紋層狀灰質(zhì)泥巖以及塊狀泥巖。

（2） 東營(yíng)凹陷沙四上亞段到沙三下亞段共存在137個(gè)38.7 kyr的傾角天文旋回，共持續(xù)5.3 Myr，其中沙三下亞段存在59.25個(gè)38.7 kyr的傾角天文旋回，持續(xù)2.29 Myr；沙四上亞段存在77.75個(gè)38.7 kyr的傾角天文旋回，持續(xù)3.01 Myr。

（3） 從天文因素的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)18.7 kyr歲差旋回與細(xì)粒巖中碳酸鹽礦物變化擺動(dòng)趨勢(shì)一致，歲差控制日照量的變化，同時(shí)又受偏心率的調(diào)控。地球軌道參數(shù)歲差旋回和偏心率旋回共同驅(qū)動(dòng)氣候的變化控制了含碳酸鹽細(xì)粒沉積巖的沉積作用，在歲差極大值點(diǎn)處或偏心率極小值處，以灰?guī)r沉積為主；反之，則以泥巖沉積為主。

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