基于天文周期等时格架预测细粒沉积岩相展布——以鄂尔多斯盆地富县地区三叠系长7段为例

预测陆相不同类型岩相厚度分布是陆相页岩油富集区带优选评价的基础工作,以此开展的不同类型岩相含油条件、储集条件以及可动条件的研究,对靶区优选和水平井段方向部署有着重要的作用。以岩心观察与测井判识为基础,开展测井资料的频谱分析,引入稳定的天文轨道时间周期,进行时空调谐,建立钻井对比的高频层序等时格架,定量计算每个层序旋回内不同类型岩相厚度的平面变化趋势,认识岩相展布规律。针对鄂尔多斯盆地南部富县地区三叠系延长组7段的研究表明,自然伽马测井曲线包括了若干组天文周期信息,其中可以识别出6个完整的稳定405 kyr长偏心率天文周期旋回,以R203井长7段全岩心段观察和测井相特征分析为基础,合理建立高频等时格架进行井间对比。结果表明,泥页岩和纹层页岩主要发育长7_(3)亚段到长7_(2)亚段的底部旋回地层,细砂岩、粉砂岩在长7_(2)亚段中上部到长7_(1)亚段底部的Ⅳ—Ⅴ旋回地层中最为发育;井间横向对比表明,早期旋回的泥页岩和纹层页岩岩相广泛分布,旋回Ⅰ时期主要分布在研究区西南部,旋回Ⅱ时期分布在西部和东—东北部,中部地区局部较厚,而Ⅳ—Ⅴ旋回地层的细砂岩厚度分布由北东—南西的沉积体系控制,平面上呈北—北东往南—南西展布,往西南延伸到ZF27—ZF32井一线,形成了长7段3种源储组合类型。其中纹层页岩与细砂岩岩相配置组合为长7_(3)亚段中上部与长7_(2)亚段中上部—长7_(1)亚段下部层系组合,平面上主要分布在富县地区的中部—北、北东部;页岩岩相厚度发育较好的为长7_(3)亚段,平面上主要分布在富县地区的北东—东部、西南部区域。

渤海湾盆地沾化凹陷古近系沙三下亚段旋回地层学分析及地层划分

湖相细粒沉积多具有连续性,能记录和保存显著的天文旋回信号,是进行天文旋回分析的理想地层。通过对渤海湾盆地沾化凹陷重点井沙三下亚段自然伽马数据进行MTM频谱分析和FFT进化谐波分析,建立了“浮动”天文年代标尺,并在单井上进行了天文旋回地层划分及连井地层对比,为全区搭建了地层格架。研究结果表明:(1)渤海湾盆地沾化凹陷沙三下亚段记录了显著的天文旋回信号,匹配出最优沉积速率为9.0×103cm/Ma;由长偏心率、短偏心率、斜率和岁差周期产生的旋回地层厚度分别为42.3 m,9.0 m,2.4~4.7 m和1.3~1.9 m;(2)沙三下亚段比较稳定的记录了6个长偏心率旋回、25个短偏心率旋回,可将短偏心率曲线作为地层划分依据来进行高精度地层对比。(3)运用天文旋回理论进行岩相发育规律、岩相空间配置关系的预测,可为湖盆沉积中心页岩油气地质“甜点”的精细勘探提供依据。

地质计时的天文“钟摆”

地球系统科学的发展,对于地质过程的时间度量提出了新要求。迄今为止,地球轨道参数的变化是地质尺度上惟一可以精确定量计算的周期现象,可以用作地质计时的标尺。40万年的偏心率长周期,是地质历史上最为稳定的轨道参数,至少在新生代以来通过低纬过程驱动着大洋碳储库的周期变化,是普遍出现而且容易辨认的轨道周期,可望作为地球历史的天文“钟摆”用于地质计时。

地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录(II):气候变化的热带驱动与碳循环

地球轨道变化驱动冰期旋回的理论是气候演变研究在20世纪的最大突破。然而以65°N太阳辐射量为准的传统轨道理论，忽视了低纬区和碳循环的作用。本项目以“西太平洋暖池”为重点，通过地质资料和气候数值模拟的结合，揭示了“西太平洋暖池”和东亚季风发育的阶段性，发现了暖池海区冰消期表层水升温超前于北半球冰盖的融化。在南沙海区发现了碳同位素有40—50万年长周期，经过全球对比和对意大利上新世地层的实测与分析，证明这是世界大洋碳储库对于地球运行轨道偏心率长周期的响应，并推测是通过浮游植物群改变有机碳在海洋碳沉积中的比例所致。研究表明热带驱动和碳循环在气候演变中重要性，其正确认识是预测气候长期演变趋势的前提。是“深海973”项目总结报道之后的续篇，对上述成果作专题讨论。

旋回地层学和天文年代学及其在中生代的研究现状

地质年代的精确确定是我们认识地球演化历史和过程的关键,而如何提高地质年代的精度却一直是个尚待解决的科学难题。最近30年多年来,基于古气候学研究的天文旋回理论获得了普遍认可和广泛应用,尤其是成功应用于天文地质年代校准中。这种数字定年方法是通过天文调谐获得连续的高分辨率的地质年代,是对传统地质定年方法如古生物、古地磁以及放射性同位素测年方法的一次革新。最新的国际地质年表The Geologic Time Scale 2012(简称GTS2012)中经过天文校准的地质年代已近100%覆盖了新生代,而中生代的天文年代校准还存在着很大挑战。目前应用稳定的405ka的偏心率长周期对中生代地层进行天文地质年代校准,是国际地质年表从GTS2004到GTS2012的一个最大改进。文中将主要介绍天文旋回的基础理论和其在中生代的应用及其研究现状。

编制地球的“万年历”

几百年来,人类在时间的概念和计时的方法上都取得了极大的进步,成功地将天文计时和物理计时结合起来使用;然而,在地质的时间尺度上,至今缺乏统一的天文计时标准。为研究地球系统的历史变迁,迫切需要在日、月、年之上,在地球运行轨道的参数中,寻找更长时间的天文周期,为编制地质年代的“万年历”使用。研究的进展表明,近几百万年内可以用二万年的岁差周期,而整个地质历史可以用40万年的偏心率长周期作为地质计时的“钟摆”。本文回顾历史,展望未来,对地质尺度的时间问题进行综述。

从南海看第四纪大洋碳储库的长周期循环

近年来,长尺度、高分辨率的深海和冰芯记录为第四纪研究提供了新机遇.古气候研究不再局限于单个的冰期旋回,而是延伸到跨越多个冰期的长时间过程（≥10^5年）.1999年大洋钻探184航次在南海所得保存良好的沉积层中,发现更新世稳定碳同位素（δ13C）有3个105年尺度的长周期,属于全球大洋的普遍现象.随后的研究还证实水循环（冰盖变化）和碳循环（生物地球化学变化）中都有这种为期105年的长期过程,进而提出了这两种过程是否相关的问题.研究表明,δ13C和其他生物地球化学地质记录中普遍存在长偏心率周期.第四纪之前海洋δ13C序列中的40万年旋回,可以用＂溶解有机碳假说＂来解释：季风控制的营养物质输送,改变着海水中颗粒有机碳和溶解有机碳的比例（POC/DOC）,进而引起δ13C的40万年周期变化.然而,1.6Ma前的大洋改组将南大洋深水层隔离开来,使得海洋δ13C的40万年长偏心率信号变得模糊.近百万年来,地球气候系统经历了两次大改组,一次是大约90万年前的＂中更新世革命＂（MPT）,一次是约40万年前的＂中布容事件＂（MBE）.而在MPT和MBE事件之前都发生过碳同位素的重值事件（δ13Cmax）,分别为约100万年前的δ13Cmax-Ⅲ和50万年前的δ13Cmax-Ⅱ.如果将相应冰期旋回上类似的水文气候现象联系起来考虑,可以看出无论水文还是生物地球化学的事件,在很大程度上都是由南大洋的海洋变化所驱动的.因此我们认为,起源于南大洋的生物地球化学长周期过程,在第四纪冰盖的消长变化中起着关键作用.

琼东南盆地深水重力流沉积旋回

通过3D地震资料,在琼东南盆地西部陆坡（15°30′00″～16°30′00″N）、早更新世至今的沉积地层中,自下而上依次识别了3套重力流沉积旋回,每套重力流沉积旋回由下部的块体搬运沉积体系和上部的水道-堤岸沉积体系构成.块体搬运沉积体系整体呈现为杂乱、半透明状的地震反射特征,底界面发育侵蚀沟谷,内部发育逆冲断层;水道-堤岸沉积体系整体表现为平行、连续同向轴的地震反射特征,局部半透明,发育弯曲水道、海鸥翼状堤岸、越岸沉积、决口扇和滑塌体.依据海底地形、重力流流动方向和中南半岛的山间河流分布推断越南中部山区是研究区的重力流物源,山间河流是主要的输送途径,指出陆架-陆坡的快速沉积物堆积是形成重力流沉积旋回的基本条件,探讨了海平面变化过程中的孔隙流体压力变化与重力流沉积体系类型之间的对应关系,并在理论上推测重力流旋回周期与更新世偏心率长周期（400～500 ka）的海平面变化一致.

更新世冰盖与大洋碳储库相互作用的箱式模型模拟

全球大洋深海有孔虫碳同位素(δ13C)记录中广泛发现40万年周期,这一周期可能与偏心率长周期的轨道驱动有关.1.6 Ma以来,δ13C的这一长周期拉长到50万年,且重值期不再与偏心率低值对应.目前对δ13C 40万年周期的成因及其周期拉长的机制还不明确.这里使用了包含9个箱体的箱式模型,用于研究热带过程与冰盖相互作用及其对大洋碳循环的影响.模拟结果显示当北半球高纬海区海冰迅速增大时冰盖迅速融化,进入冰消期,而当海冰快速消失后,冰盖则重新缓慢增长.冰盖变化具有冰期长,间冰期短的非对称形态.在季节性太阳辐射量的驱动下冰盖变化具有10万年冰期-间冰期旋回.当冰盖融化速率受北半球高纬夏季太阳辐射量控制时,冰盖变化的岁差周期明显加强,相位与地质记录一致,说明轨道驱动可以通过非线性相位锁定机制使冰盖变化与其在相位上保持一致.海冰的阻隔效应使大气中CO2在冰消期时增多.冰期时大洋环流减弱使大气中CO2逐渐减少.当模型只有ETP驱动的风化作用而不考虑冰盖变化时,模拟的δ13C记录显示极强的40万年周期,体现了大洋碳储库对热带风化过程的响应.当同时考虑冰盖变化和风化作用时,模拟的δ13C结果中40万年周期减弱而10万年周期加强,并且40万年周期上碳储库与偏心率的相位与不考虑冰盖变化时的相位也存在差异,反映了冰盖变化引起的洋流改组压制了大洋碳循环对热带过程的响应.