龐軍剛 (西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710065)
云正文 (中石油長(zhǎng)慶油田分公司油藏評(píng)價(jià)處,陜西 西安710021)
古地理分析中,古氣候分析也是很重要的方面,因?yàn)闅夂驐l件影響到各種地質(zhì)作用、沉積物和沉積礦產(chǎn)的形成。發(fā)現(xiàn)及評(píng)價(jià)鐵、錳、鋁土礦、煤、油氣等均和古氣候關(guān)系密切。古氣候研究主要包括古溫度、濕度、古風(fēng)力及古風(fēng)向。古水體溫度影響水體中古生物種類及沉積介質(zhì)特征。古風(fēng)力及古風(fēng)向影響沉積水動(dòng)力條件。目前,判斷古氣候主要根據(jù)礦物巖石學(xué)、古生物、地球化學(xué)、古地磁、地球物理等方法。
1)礦物巖石學(xué)方法 特殊巖石類型,如冰磧巖是寒冷氣候的標(biāo)志,蒸發(fā)巖是干旱氣候的標(biāo)志,煤系層是溫暖潮濕氣候的標(biāo)志,海相的碳酸鹽巖是溫暖炎熱氣候的標(biāo)志。風(fēng)化作用的產(chǎn)物是古氣候的指示物之一。潮濕炎熱的氣候條件形成紅土堆積、鋁土礦,潮濕氣候條件下往往沉淀鐵和錳。在古氣候分析中,常采用綜合的巖性標(biāo)志劃分氣候類型 (見表1)。
沉積構(gòu)造也可指示古氣候。如氣候的變化可形成韻律的水平層理。季節(jié)紋層可作為周期性氣候變化的良好標(biāo)志,冬季表現(xiàn)為灰色,夏季表現(xiàn)為褐色或紅色。石鹽假晶、干裂等構(gòu)造指示干燥氣候;風(fēng)棱石、沙漠漆、霜面等是沙漠干燥氣候的標(biāo)志。
表1 巖性標(biāo)志與古氣候類型
2)古生物方法 古生物對(duì)氣候的反映表現(xiàn)在生物的分帶性、群種的多樣性、生物個(gè)體的大小、殼的厚薄及外部形態(tài),可以根據(jù)硅化木、樹木年輪判斷古氣候。
植物受氣候的影響顯著,陽光、熱量和水對(duì)植物的生存有著重要的生態(tài)意義。植物對(duì)氣候的依賴關(guān)系在古氣候中也顯示出來了,所以利用古植物群的類型及植物的生態(tài)特征,可作為古氣候的極好標(biāo)志。
目前,利用孢粉百分含量可定量恢復(fù)古氣候。剖面中旱生植物和喜濕植物各類孢粉百分含量的變化,可較好的反映古氣候演化的規(guī)律。平面上由盆地邊緣至內(nèi)部,喜干植物的孢粉減少,水生喜濕的孢粉增加,圍繞盆地呈環(huán)狀分布。如在蒙、甘、青地區(qū)侏羅紀(jì)孢粉組合序列及古氣候研究中,綜合利用孢粉植物群、孢粉親緣植物古生態(tài)、沉積組合特征等,建立了該區(qū)侏羅紀(jì)7個(gè)孢粉組合,探討了侏羅紀(jì)古氣候格局及演化規(guī)律,指出早中侏羅世古氣候總體溫暖濕潤(rùn),晚期發(fā)生一次干熱化事件,中侏羅世晚期氣候較炎熱干旱,到晚侏羅世干熱化程度進(jìn)一步加劇,全區(qū)處于炎熱干旱氣候環(huán)境[1]。孢粉組合分析鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7沉積期古氣候?qū)佥^溫暖潮濕氣候[2]。
第四紀(jì)氣候變化常采用“草原指數(shù)”(SI)這一概念:
草本主要是寒帶草原植物,冰期沉積時(shí)含量可達(dá)90%~100%,間冰期則含量很少,以溫帶木本植物孢粉為主。并根據(jù)SI曲線恢復(fù)出了第四紀(jì)的氣候變化、冰期和間冰期的次數(shù)。
孢粉分析是迄今較為有效的古氣候與古環(huán)境恢復(fù)方法之一。據(jù)吉利明等[3]對(duì)隴東地區(qū)長(zhǎng)7段-長(zhǎng)8段植物群特征與孢粉化石研究認(rèn)為,盆地長(zhǎng)7段-長(zhǎng)8段沉積期為持續(xù)溫暖潮濕的適宜期,與湖泊發(fā)展的長(zhǎng)7期最大湖泛和長(zhǎng)8期大規(guī)模湖進(jìn)相一致。
3)同位素地球化學(xué)方法 主要利用C、O、H同位素含量變化判斷古溫度。其中,利用碳酸鹽中O同位素測(cè)定絕對(duì)古溫度應(yīng)用比較廣泛。此外,還可根據(jù)氨基酸外消旋法、惰性氣體溶解度法來判斷古溫度。淡水中δ18O/δ16O值低于海水,而且氣溫越低該比值越低。溫帶地區(qū)淡水中δ18O/δ16O值較海水平均值的低7%,高緯度區(qū)或高海拔區(qū)淡水中比值低30%,多用有孔蟲的氧同位素組成研究受冰川控制的海水同位素成分變化和海水溫度的變化。如可利用湖相疊層石紋層的碳氧同位素特征及其生長(zhǎng)節(jié)律推斷古氣候、古環(huán)境的特征及變化[4]。
4)古地磁方法 古地磁方法適合大尺度的氣候研究,原理是通過古地磁確定古緯度,根據(jù)古緯度查明古氣候。根據(jù)古地磁計(jì)算出的古緯度對(duì)于解決古氣候分帶具有重要的意義。古地磁方法是根據(jù)某些含磁性礦物,如磁鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦等火山巖及沉積巖的剩余磁化強(qiáng)度計(jì)算古緯度位置的方法。假定地球的磁場(chǎng)既是偶極的,又是軸向的,那么某個(gè)時(shí)期的古地磁極也就是該時(shí)期的平均古地理極。因?yàn)榈厍蚪邮艿膸缀跞磕芰渴莵碜蕴枺源_定古氣候的因素最重要的因素就是古緯度了。但也應(yīng)注意地史時(shí)期中板塊運(yùn)動(dòng)及磁極本身的遷移導(dǎo)致的頻繁反磁現(xiàn)象。吳漢寧等[5]的古地磁分析數(shù)據(jù)表明,晚三疊世時(shí),鄂爾多斯古湖盆古緯度為北緯31.03°,比現(xiàn)在所處的緯度35.10°偏南4°多,相當(dāng)于現(xiàn)在的長(zhǎng)江沿線一帶的位置,溫度與濕度相對(duì)較高,推測(cè)晚三疊世時(shí)鄂爾多斯湖盆氣候溫暖潮濕,生物繁盛,能夠形成有機(jī)質(zhì)豐富的烴源巖。
5)地球物理方法 應(yīng)用自然伽馬(GR)測(cè)井曲線反演古氣候和古環(huán)境的方法在國(guó)際上逐漸得到重視并取得了進(jìn)展,柴達(dá)木盆地第四紀(jì)應(yīng)用其反演2.85Ma BP(Before Present)來的古氣候變化也取得了成功。DSDP(深海鉆探)、ODP(大洋鉆探)對(duì)測(cè)井地質(zhì)有了極大的推動(dòng),尤其是根據(jù)測(cè)井曲線研究古環(huán)境、古氣候方面取得了進(jìn)展。國(guó)外一些學(xué)者在不同剖面的GR曲線相同時(shí)段特征的可比性研究[6]和GR曲線在5.4Ma以來與δ18O和CaCO3的古氣候波動(dòng)變化一致性方面[7]已取得了可喜成果。但這些研究均出自上新世以來的海相地層,在中生界陸相地層中應(yīng)用GR曲線反演古氣候至今仍是一嶄新的課題。柴達(dá)木盆地中新生界陸相沉積發(fā)育,對(duì)第四系GR曲線反演古氣候變化取得的成功[8-9]說明GR曲線是較好的古氣候研究代用指標(biāo)。
楊平等[10]利用GR曲線,以柴達(dá)木盆地侏羅系冷科1井和魚33井自然伽馬曲線并結(jié)合孢粉等地質(zhì)資料進(jìn)行了古氣候與沉積環(huán)境分析,證明GR曲線是有價(jià)值的古氣候研究參數(shù)。GR值的大小及古氣候的干濕變化和沉積水體的深淺變化均有內(nèi)在聯(lián)系,GR曲線振幅與頻率的變化快慢反映出沉積環(huán)境動(dòng)蕩與穩(wěn)定的相對(duì)特征,據(jù)此對(duì)2口井的沉積環(huán)境演變作了具體分析。結(jié)合古氣候與沉積環(huán)境綜合分析,GR曲線的異常波動(dòng)還具有特殊的指相意義。GR值增大-古氣候加濕-沉積水體加深的同步表現(xiàn)特征是一般性規(guī)律,構(gòu)造-古地理背景的變動(dòng)可改變這一對(duì)應(yīng)關(guān)系,因而提供了研究古地理演變的信息,進(jìn)一步豐富了GR曲線研究的地質(zhì)涵義。
(1)定性研究較多,定量研究較少。定量研究方法單一,缺少多種方法研究相互印證?,F(xiàn)有古生物孢粉含量法多用于第四紀(jì)氣候研究,而氧同位素法也多用于恢復(fù)150Ma以來的古氣候。
(2)古氣候影響湖相泥頁巖紋層的形成,對(duì)于高級(jí)次沉積旋回具有指示意義。未來要完善古氣候與米蘭科維奇旋回關(guān)系的研究。
(3)認(rèn)識(shí)生物地球化學(xué)過程,加強(qiáng)碳循環(huán)研究,將不同緯度對(duì)地球軌道驅(qū)動(dòng)全球氣候的影響區(qū)分開來,才可能更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來氣候演變方向。
(4)完善全球古氣候模擬,加強(qiáng)氣候演化驅(qū)動(dòng)力研究,認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)CO2等大氣成分對(duì)氣候變化的影響,為全球氣候變化研究提供科學(xué)依據(jù)。
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