第四章 古地理、古气候、古水深

[收稿日期]2009-09-09　[作者简介]刘振东(1968-),男,1990年大学毕业,高级工程师,博士生,现主要从事地震资料处理解释和综合研究方面的研究工作。

白音查干凹陷巴彦花群沉积期岩相古地理 刘振东,孙宜朴　中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074中石化石油勘探开发研究院,北京100083[摘要]对于一个处于勘探初期的沉积凹陷,岩相古地理的恢复无论是对于油气储层的预测还是对于油气资源潜力的评价,都具有十分重要的意义。

研究在古生物化石特征分析和沉积地球化学特征分析的基础上,利用介形类与孢粉组合、痕迹化石特征、沉积岩颜色、干酪根类型、微量元素分布等多种信息来综合推断白音查干凹陷下白垩统巴彦花群沉积期的古气候、古水深、水介质特征,建立了该时期沉积体系,指出了勘探的主力生油层和储集层,为下一步油气勘探提供了地质依据。

[关键词]岩相古地理;沉积环境;化石;沉积地球化学;白音查干凹陷[中图分类号]TE12113[文献标识码]A [文章编号]1000-9752(2010)02-0161-05目前,通过地质方法恢复岩相古地理、古环境的的方法主要包括地质分析法和地球化学方法两大类,前者主要是通过盆地构造发育史及岩石学特征来分析沉积环境,利用微体化石及孢粉组合法确定古地貌及古水深等特征[1～3],而后者主要是利用沉积地球化学指标来推断沉积时的古气候、古环境特征[4,5]。

该研究旨在综合利用地质与地球化学信息,通过介形类与孢粉组合、痕迹化石特征、沉积岩颜色、干酪根类型、微量元素分布等多种信息来综合推断白音查干凹陷下白垩统巴彦花群沉积期的古气候、古水深、水介质特征,为下一步油气勘探提供地质依据。

1　地质概况白音查干凹陷位于内蒙古自治区巴颜淖尔盟乌拉特中旗北部。

构造上位于二连盆地西端,是二连盆地川井坳陷的一个次级单元,是在海西褶皱基底之上发育起来的、受边界正断层控制、北断南超的中生代箕状凹陷(图1)。

塔里木盆地塔河油田碳酸盐岩储层研究一、本文概述本文旨在全面而深入地研究塔里木盆地塔河油田的碳酸盐岩储层。

塔里木盆地作为中国西部重要的含油气盆地，其油气资源潜力巨大，而塔河油田作为其中的关键区块，其碳酸盐岩储层特性对于油气勘探与开发具有重要意义。

碳酸盐岩储层因其复杂的成岩过程、多样的储集空间类型以及多变的物性特征，一直是油气勘探领域的难点和热点。

因此，本文的研究不仅对塔河油田的进一步开发具有直接指导意义，而且对于丰富和完善碳酸盐岩储层理论体系也具有重要的学术价值。

本文首先将对塔里木盆地及塔河油田的区域地质背景进行简要介绍，为后续研究提供基础资料。

随后，将重点分析碳酸盐岩储层的岩石学特征、成岩作用及孔隙演化过程，揭示储层的物性变化规律及其主控因素。

在此基础上，运用多种地球物理和地球化学方法，对储层的含油气性进行评价，识别有利勘探区带。

结合前人研究成果和实际勘探开发经验，提出针对性的储层预测和油气勘探建议，以期为塔河油田的持续发展提供科学依据。

本文的研究方法和手段包括岩石薄片观察、扫描电镜分析、衍射分析、压汞实验、核磁共振实验等多种现代分析测试技术，以及地震资料解释、测井资料处理与解释等地球物理方法。

通过这些综合手段的应用，以期能够全面揭示塔河油田碳酸盐岩储层的特征和油气成藏规律，为油气勘探开发提供决策支持。

二、碳酸盐岩储层基础理论研究碳酸盐岩储层作为塔里木盆地塔河油田的主要储油层，其基础理论研究对于提高油田开发效率和产能至关重要。

本节将深入探讨碳酸盐岩储层的成因类型、储集空间类型、储层非均质性以及储层评价等方面的基础理论。

碳酸盐岩储层的成因类型多种多样，主要包括生物礁、滩、潮坪、台地边缘、碳酸盐斜坡和盆地相碳酸盐岩等。

这些成因类型直接影响了储层的物性特征和油气聚集规律。

因此，深入研究不同成因类型的碳酸盐岩储层，对于理解油气运聚规律和制定开发策略具有重要意义。

碳酸盐岩储层的储集空间类型复杂多变，包括溶蚀孔洞、裂缝和晶间孔等。

古水深地球化学指标
古水深地球化学指标是指在古生物学中，通过对化石和岩石中元素和同位素的分析，可以重建某个区域水深的历史变化。

常用的指标包括：
1. 氧同位素比值：在深海沉积物中，氧同位素比值与水深呈反比关系。

2. 类铝质元素：在洋盆沉积物中，由于铝和铁等元素在水中主要以颗粒物的形式存在，而颗粒物浓度与深度呈正相关关系，因此这些元素的含量可以反映沉积物的深度。

3. 有机碳同位素比值：在海洋生态系统中，有机质碎屑在降解过程中产生的二氧化碳与周围海水中的二氧化碳同位素比值变化，可以反映水深变化。

4. 硅同位素比值：海洋中的硅酸盐与硅藻有关，硅藻在水深较浅的海区更易生长，因此通过硅同位素比值可以推测海水中硅藻的生长环境。

这些指标的分析可用于判断海洋沉积物的成因和发育环境，为古生态学、古海洋学和古气候学等领域的研究提供重要依据。

元素地球化学分析法在沉积环境判别中的应用——以冷湖地区上干柴沟组为例陈波;程鑫;谈笑哲;马立辉;周超;李国福【摘要】综合运用对沉积环境反映敏感的镁(Mg)、钙(Ca)等主量元素,锶(Sr)、钡(Ba)、铜(Cu)、铷(Rb)、钒(V)、铬(Cr)、镍(Ni)、钴(Co)等微量元素,结合δ13 C VPDB、δ18 O VPDB数据及沉积学特征,对柴达木盆地北缘冷湖地区新近系上干柴沟组的古气候、古盐度、古水深、氧化还原环境等古环境参数进行了综合研究,结果表明:主、微量元素含量频繁波动,反映上干柴沟沉积期古环境的不稳定性,w(Sr)/w(Cu)、w(Sr)/w(Ba)、w(V)/(w(V)+w(Ni))、w(V)/w(Cr)、w(Ni)/w(Co)等值反映上干柴沟沉积期气候从干旱逐渐趋于温暖湿润、水体逐渐变深、沉积水体为分层不强的氧化-弱还原过渡的陆相淡水沉积环境.沉积学证据表明:研究区从反映还原环境的灰色含砾砂岩到反映氧化环境的棕红色砂岩、棕灰色粉砂岩及棕红色泥岩均有出现且呈互层发育,干旱湿润气候呈交替频繁变化,造成了湖平面升降频繁,湖盆表现为高频振荡性特征,水动力条件及水体深度变化较大,砂泥岩多呈互层状分布,为有利储盖组合的发育创造了条件.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(034)002【总页数】8页(P31-38)【关键词】元素地球化学;沉积环境;上干柴沟组;冷湖地区【作者】陈波;程鑫;谈笑哲;马立辉;周超;李国福【作者单位】广西高校北部湾石油天然气资源有效利用重点实验室北部湾大学,广西钦州 535000;中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202;中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202;中国石油华北油田公司二连分公司,内蒙古锡林浩特 026000;中国石油集团测井有限公司生产测井中心,陕西西安 710077;中国石油青海油田采气一厂,青海格尔木 816000【正文语种】中文【中图分类】TE122引言不同元素的物理化学性质不同，在风化、搬运、沉积过程中受到气候、生物活动、酸碱度、区域沉积构造背景等外部沉积环境的影响，会发生有规律的迁移、聚集，并在不同沉积环境中形成新的沉积物[1-2]。

收稿日期：２０１０－１２－０５；改回日期：２０１１－０５－２３基金项目：受国家重点基础研究发展计划项目（２００７ＣＢ４１１４０８）和矿床地球化学国家重点实验室专项经费ＫＣＺＸ２０１０资助。

第一作者简介：熊小辉（１９８７—），男，硕士研究生，研究方向为沉积地球化学。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｏｎｇｘｉａｏｈｕｉ１９８７＠１６３．ｃｏｍ．＊通讯作者：肖加飞，男，研究员，主要从事沉积地质和地球化学研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｊｉａｆｅｉ５＠１６３．ｃｏｍ．沉积环境的地球化学示踪熊小辉１，２，肖加飞１＊（１．中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳５５０００２；２．中国科学院研究生院北京１０００４９）摘　要：运用地球化学的方法，通过研究沉积岩或沉积物中各常量、微量元素及各种同位素特征，来示踪古沉积环境，以了解当时的沉积特征。

通过Ｓｒ／Ｂａ法、硼元素法、碳氧同位素法等地球化学指标判定海相沉积还是陆相沉积及了解古盐度信息；不同气候条件下特定元素（如Ｐ、Ｓｒ等）含量及元素比值（如Ｓｒ／Ｃｕ、Ｍｇ／Ｃａ）可指示特定的古气候条件；沉积水体的氧化还原状态可通过氧化还原敏感元素（如Ｍｏ、Ｕ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｅｕ等）的分析得到较好的恢复；古水深以及海平面的相对变化则利用了元素迁移能力的差异，通过查明不同深度带沉积的元素组合（Ｆｅ族、Ｍｎ族）、比值（Ｓｒ／Ｂａ、Ｓｒ／Ｃａ）及同位素（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ比值）的不同加以判定。

沉积环境的地球化学特征同样可以用来判定沉积物源、物源岩性和构造背景及热水沉积。

关键词：沉积古环境；地球化学；元素；示踪中图分类号：Ｐ５９５；Ｘ１４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－９２５０（２０１１）０３－０４０５－１０ 沉积环境，作为沉积学研究的主要内容，早期人们主要通过对沉积岩中保留的原生沉积结构、构造及所含的古生物化石的分析等手段去认识。

随着沉积地球化学学科的发展，作为对沉积环境研究手段的补充与完善，利用沉积岩或沉积物在沉积－成岩过程中所含元素及同位素迁移、聚集与分布规律来判定和恢复沉积环境越来越成为沉积学研究的重要手段。

古水深的地球化学恢复方法及在层序地层划分中的应用古水深的地球化学恢复方法是用来恢复古代空间和时间的水体深度的一种方法。

其方法包括：根据地层岩石、化学指示物和古气候数据，恢复不同时期的地球化学深度，恢复古水深、水体类型和水体深度分布；恢复古代水文参数（如垂直流速、水力导率和溶质沉降率）；采用地球化学模型恢复不同时期的地球化学组成；以及使用地球物理技术在古代水深的基础上恢复地壳结构（如深度谱）。

使用古水深的地球化学恢复方法可以对层序地层划分有很大的帮助。

层序地层划分是地质学中用来表示岩石层序关系、时间变化和空间分布的叙述性层状地层划分。

古水深的地球化学恢复方法可以通过恢复并重建层序地层的古水深变化，来推测层序地层的构造演化过程，从而更准确地划分不同的地层层序单元，同时可以更加有效地进行后续的层序地层划分工作。

古水深的地球化学恢复方法及在层序地层划分中的应用地球化学恢复方法是一种通过研究地球上已经存在的岩石、沉积物和地球化学特征等资料，来推测古环境、古地理和古水深的科学手段。

它可以通过研究元素、同位素比值、有机质组成等地球化学指标，来分析和判断不同时期、不同地点的水体性质，了解古地理环境的演化过程。

在层序地层划分中，地球化学方法可以提供重要的证据和支持，并有效地辅助地质学者进行古水深的恢复和流域演化研究。

研究古水深的地球化学方法主要有以下几种：1.元素地球化学方法：通过研究元素的地球化学特征，可以推测古水体的成分和类型。

比如，镁含量可以用来判断水的盐度和水体的咸淡程度，铝、钛和铁的含量可以用来推测陆源物质的输入强度，硅、钠和钙的含量可以用来判断水的碱性。

2.同位素地球化学方法：同位素地球化学方法是一种通过研究同位素的比例来推测古水体的演化和起源的方法。

比如，氧同位素（δ18O）可以通过研究沉积物中的碳酸盐矿物来推测古水体的温度和盐度，碳同位素（δ13C）可以用来判断水体的有机碳源，硫同位素（δ34S）可以用来推测水体的还原环境。

3.有机质地球化学方法：有机质地球化学方法是一种通过研究有机质的组成、类型和化学特征等来推测古水体的方法。

比如，藻类植物生物标志物可以用来推测古水体的营养状况，脂类生物标志物可以用来推测古水体的氧化还原条件，双酮类和醇类生物标志物可以用来判断水体中有机质的溶解程度。

在层序地层划分中，地球化学方法可以为古水深的恢复提供支持和证据，为层序地层划分提供定量的依据。

通过研究沉积物中的同位素组成、元素分布、有机质组织、生物标志物等地球化学指标的变化，可以划分出不同的层序地层单元。

例如，在海洋中，通过研究沉积物中的碳酸盐矿物的氧同位素组成可以判断出不同时期水体的温度和盐度变化，从而可以划分出不同的沉积体系和层序地层。

通过研究沉积物中有机质的组成和类型，可以推测出水体中有机质的源和环境条件，并划分出不同的古水体。

235志留纪早期全球气候变化显著的一个时期，发生了气候变暖，冰川融化、海平面上升、火山活动等一系列密切相关的气候事件，其古气候和古环境研究对于理解全球气候、环境演化具有重要意义。

随着上扬子地区早志留世龙马溪组油气勘探取得重大突破，众多学者对扬子地区这一时期的古气候、古环境如何促进有机质富集展开了详细的研究，获得了大量龙马溪组时期的古气候、古环境信息，极大的推动了这一领域的发展，真实的还原了当时的古气候和古环境条件。

目前存在多种衡量古气候、古环境的指标，大致可以划分为古生物学、沉积学、矿物学、地球化学等四类。

古生物往往生长于特定的环境中，利用古生物可以还原同期的环境，吉中地区晚志留世-早泥盆世广泛发育名为Retziella的暖水动物群，分布于热带、亚热带。

早二叠世开始发育凉水动物群，古生物群落的转变明显是受卡鲁冰期的控制作用[1]。

上扬子黔北和渝南一带的珊瑚礁反映了当时温暖的气候[2]。

根据风暴沉积特征，扬子地区当时处于赤道附近，温度的上升导致温差变大，促进风暴的形成并留下沉积记录[3-4]。

在矿物学方面，石英和黏土矿物相对含量真实的反映了风化程度，一定程度上反映了气候的条件，温暖湿润的气候有助于风化作用[5]。

研究最为详尽的当属地球化学指标，得益于科学技术的迅速发展，高精度的地球化学分析手段广泛应用于地质研究中，多种指标的运用已经十分成熟，形成严格精确的体系，基于地球化学的指标可以恢复古温度、古盐度、古水深、氧化还原条件、干湿条件等多个维度的气候与环境信息。

扬子地区早志留世的古气候与古环境研究已经取得了显著的进展，考虑到可对比性和资料的丰富程度，本文收集了研究区过去一段时间内的地球化学数据，旨在综合对比早志留世的气候环境记录，重建扬子地区早志留古气候、古环境，更全面地认识地球演化过程。

1 地质概况扬子地区分为上、中、下三个部分，包括四川盆地、秭归盆地、苏北-南黄海盆地及其周缘地区。

志留纪时期在加里东运动的影响下，扬子陆块与华夏陆块发生碰撞，扬子地区普遍抬升，沉积环境改变，造成了上志留统地层的大面积缺失[6]。

古水深恢复方法综述摘要：古水深的分析对古环境的重建和盆地构造具有重要的意义。

目前，古水深的恢复通常有多种方法，包括古生物法、沉积学法、地球物理法、地球化学法等，然而古水深恢复诸多方法对样品可靠性要求较高，易受到资料条件限制。

因此在进行古水深分析时，建议综合考虑地质背景、环境演化等多种因素，运用多种方法相互制约，以更准确分析古水深变化规律。

关键词：古水深；地球物理法；地球化学法；古生物法；沉积学法一、研究目的古环境的重建一直是国内外学者研究的重要内容，其中古水深恢复作为盆地分析、层序地层学、古地貌恢复以及古地理分析的重要基础内容之一，对重建古环境具有重要意义。

前人为确定古水深做了诸多研究，常见方法包括古生物方法，沉积学方法，地球物理方法，如前人利用自然伽马能谱曲线及地震资料恢复水深变化情况等；地球化学方法，如、碳氧同位素法等。

然而许多方法可能受到具体资料的限制，或对样品有效性要求高，从而限制了对古水深恢复的研究。

本文通过查阅前人对古水深的研究文献，简单阐述恢复古水深的方法，为古水深恢复提供借鉴。

二、古水深恢复方法1、古生物标志法(1)有孔虫底栖有孔虫的变化一般是从海岸到陆架边缘逐渐增加的，而后又随着水体变深减小。

浮游有孔虫远离岸边，随着水深的增加，数量也越来越多。

在整个有孔虫动物群中，浮游有孔虫或浮游有孔虫与底栖有孔虫的比率随水深而显着变化。

因此，浮游有孔虫的含量是研究古水深较理想的指标，可以较好地反映水深情况。

(2)遗迹化石由于生物的活动在很大程度上取决于食物和氧气的供应，因此遗迹化石通常被用作水深的标志，尤其是在化石稀少的砂岩和页岩交互的岩层中，这些化石通常是较为丰富的。

通过对不同深度遗迹化石的组成与分布特征、生物扰动的程度、遗迹潜穴间距等分析，可判断出生物在不同深度数量种类的变化。

例如赵澂林等在东濮凹陷西部下三系的研究中发现了多种类型的遗迹化石。

按生态习性可将其划分为居住迹、觅食迹、停迹、爬迹、逃逸迹和牧食迹，并将其细分为13个属。

稀土元素在沉积学中的应用摘要：稀土元素之间化学性质极其相似、溶解度普遍较低及在风化、剥蚀、搬运、再沉积和成岩作用过程中元素分馏作用极为复杂等性质对沉积方向诸多问题的研究具有重要意义。

本文则主要通过概括和实例来介绍稀土元素在地质方面的应用，特别是在沉积学领域判断岩石成因、构造背景、物源、环境的酸碱性、白云岩成因、古气候分析及古水深分析等方面的具体应用。

关键字:稀土元素沉积学应用物源古气候古水深构造背景岩石成因1.引言：由于近年来国家对稀土元素的重视，导致了大家对稀土元素的研究更加深入，研究表明稀土元素在工业、军事、农业、地质等领域都能得到广泛应用。

而对沉积环境中REE（稀土元素）的最早研究工作是Minami（1935）对古生代欧洲和日本“页岩”的分析。

直到六十年代，才进行了一些其他方面的研究（Haskin 和Gehl，1962;Balashov等，1964；Wildeman和Haskin,1965；Haskin等，1966）,在这之前，这些方面几乎是空白。

而随着稀土元素在国内地位的提升，学者们对它的研究也在不断进步，目前国内学者把沉积岩的稀土元素地球化学特征主要应用于研究不同地区和时代的地层的稀稀土元素地球化学的差异及其与地质事件、界线剖而、地壳演化的关系[1]。

本文主要介绍稀土元素在沉积学中的应用，不仅利用稀土元素对沉积环境的判断，还对在判断岩石成因、构造背景、物源、白云岩成因、古气候分析及古水深分析等方法进行了详细的介绍。

2.判别岩石成因岩石、矿石与矿物中的REE组成特征可用于探讨其成因。

不仅对火成岩，而且对沉积岩与变质岩也适用。

就火成岩而言，通过REE定量模式的计算可以确定其由部分熔融或者分离结晶作用所形成；根据REE球粒陨石标准化分布型式的异同可为岩石的成因与分类提供证据。

比如，根据湖南香花岭43l岩墙与癞子岭花岗岩REE分布型式及REE参数的相似性，论证了黄玉霏细斑岩为地壳重熔型花岗岩浆的晚期分异产物[2]。

1、简述无机成因和有机成因假说的观点和证据？答：1）无机成油学说基本观点：认为石油是在地壳深处形成的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部；或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时以“烃雨”的形式降落下来，后聚集成油气藏。

即石油是在高温、高压条件下形成的，为非生物成因产物。

主要证据：①在实验室，用无机C、H 元素合成了烃类；②在岩浆岩内曾发现过石油、沥青；③在宇宙其它星球大气层中也发现有碳氢化合物存在；④在陨石中发现有碳氢化合物及氨基酸等多达100 多种；⑤认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿（如加拿大的阿萨巴斯卡沥青矿，储量达856 亿吨以上）不能作出令人满意的解释。

2）有机成油学说基本观点：石油、天然气由地质时期中生物遗体在适宜条件下生成的。

主要证据：①环境：世界已发现的油气田99.9%都在沉积岩中，只有极少数分布在岩浆岩和变质岩中，且这少数石油也被证明是从沉积岩中运移而来的，而与沉积岩无关的地盾和巨大结晶岩突起发育区，至今未找到油气聚集。

②分布：石油在地层时代的分布上与煤、油页岩及有机质的分布状况相吻合的，表明它们在成因上是有联系的。

③组成：虽然世界上的石油没有成份完全相同的，但所有石油的元素组成和化合物组成是相近的或相似的，说明它们的成因可能大致相同。

④条件：大量油田测试结果可知，油层温度很少超过100℃，有些深部油层温度可以高达141℃，而当T 超过250℃时，烃类就会发生急剧而彻底的裂解，生成石墨及H2，说明石油不可能在高温下形成。

⑤时间：从目前发现的油气藏分析看，石油生成、聚集成藏不需很长的时间，大约需不到一百万年。

⑥标志：石油中含的卟啉化合物，异戊间二烯型化合物，甾醇类，石油的旋光性都证明石油是在低温下，由生物有机质生成的。

⑦实验：石油地质工作者对近代沉积的研究成果表明，在近代沉积中确实存在着油气生成过程，且至今还在进行着，生成的数量也很可观。

并且，在实验条件下，用有机质进行地下条件模拟，转化出了烃类，这为有机成因学说提供了有力的科学依据。