張浩東 , 鄒長(zhǎng)春 *, 彭 誠(chéng) , 楊玉卿

1)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地下信息探測(cè)技術(shù)與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083;2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院, 北京 100083;3)中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部, 河北廊坊 065201

沉積記錄是揭示白堊紀(jì)地層結(jié)構(gòu)與氣候變化的基礎(chǔ), 目前利用海相沉積記錄開展研究的成果豐富, 例如碳與氧同位素作為古氣候替代指標(biāo)揭示中新世氣候規(guī)律(Holbourn et al., 2005), 但陸相沉積記錄較少。而松遼盆地科學(xué)鉆探工程松科二井鉆孔鉆穿了整個(gè)白堊紀(jì)地層, 獲取了連續(xù)、完整的白堊紀(jì)陸相沉積記錄, 為本次研究提供了豐富的數(shù)據(jù)。

沉積速率的變化可作為地質(zhì)活動(dòng)的間接證據(jù),是研究沉積環(huán)境演化的重要參數(shù)(鄭綿平等, 2013;丁瑩瑩等, 2018)。沉積速率的計(jì)算普遍采用古生物、古地磁和同位素測(cè)年資料(劉廣山等, 2008; 王華等,2008; 張會(huì)領(lǐng)和蒲曉強(qiáng), 2011), 但這些資料都存在成本高、鑒定周期長(zhǎng)、縱向不連續(xù)等缺點(diǎn)(張占松等,1999)。近些年旋回地層學(xué)研究的不斷發(fā)展, 認(rèn)識(shí)到沉積地層中普遍記錄著具有天文周期信號(hào)的地層旋回, 這為我們提供一種新的思路來(lái)計(jì)算沉積速率(吳懷春等, 2011; 鄧勝徽等, 2015)。測(cè)井曲線能完整地記錄地層中巖性、地球物理、地球化學(xué)等參數(shù)的旋回性信號(hào), 具有連續(xù)、縱向分辨率高、成本低的特點(diǎn), 為基于天文旋回方法進(jìn)行沉積速率的研究提供了重要數(shù)據(jù)(Peng et al., 2020)。前人研究表明湖泊、海洋和河流相環(huán)境中的地層可能記錄了米蘭科維奇旋回信息(Zhang et al., 2019)。松遼盆地登婁庫(kù)組主要發(fā)育河流、湖泊與三角洲相(Li et al., 2015),登婁庫(kù)組四段孢粉化石與氧同位素證據(jù)指示該時(shí)期發(fā)生了降溫事件(黃清華等, 1999; Wang et al.,2013)。但是目前登婁庫(kù)組地層沉積速率的研究較少。針對(duì)早白堊世登婁庫(kù)組地層, 松科二井采集了豐富的測(cè)井資料, 但僅獲得了少量巖心。因此, 對(duì)測(cè)井資料的分析尤為重要。

本文采用松科二井自然伽馬能譜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析, 識(shí)別地層存在的米蘭科維奇旋回信號(hào),優(yōu)選對(duì)天文旋回較為敏感的測(cè)井曲線并計(jì)算出地層沉積速率。希望從沉積速率的角度尋找松遼盆地白堊紀(jì)時(shí)期發(fā)生地質(zhì)活動(dòng)事件的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地位于中國(guó)東北遼寧、吉林與黑龍江境內(nèi)(圖 1), 處于蒙古—華北板塊東北部邊緣帶上(王璞珺等, 2015)。登婁庫(kù)時(shí)期由于深部斷陷活動(dòng)逐漸減弱以及上地幔熱流衰減, 盆地處于斷坳轉(zhuǎn)化的構(gòu)造格局(劉招君等, 1992)。松遼盆地東南隆起區(qū)登婁庫(kù)組的物源由四周向中心匯聚, 從盆地邊緣到中心依次發(fā)育沖積體系、三角洲體系、濱淺湖體系、深湖體系(李占東等, 2014)。

圖1 井位分布及松遼盆地一級(jí)構(gòu)造單元圖(改自張淑霞等, 2018)Fig.1 Distribution of well location and first-order tectonic units in the Songliao Basin(modified from ZHANG et al., 2018)

松科二井位于松遼盆地徐家圍子斷陷帶(鄒長(zhǎng)春等, 2016), 該井鉆穿整個(gè)白堊紀(jì)地層, 深度達(dá)到7018 m。同時(shí)松遼盆地科學(xué)鉆探工程使用先進(jìn)的測(cè)井設(shè)備獲取了豐富的地球物理參數(shù)(鄒長(zhǎng)春等,2018), 其中登婁庫(kù)組地層的深度段為 2533—2966 m, 地層缺失登一段, 從下往上分為登二段至登四段, 登婁庫(kù)組地層與營(yíng)城組地層呈不整合接觸,巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖(王璞珺等, 2017)。松科二井登婁庫(kù)組發(fā)育辮狀河相、河流相、三角洲相與湖泊相共四種沉積相, 并發(fā)育水平、槽狀交錯(cuò)、板狀交錯(cuò)層理, 在登婁庫(kù)組二段通過(guò)同位素測(cè)年法確定巖石年齡為(102±4) Ma(劉碩等, 2019)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)

自然伽馬能譜測(cè)井記錄了放射性元素U、Th、K衰變的強(qiáng)度, 放射性元素一般容易被黏土礦物吸附。在沉積巖中一般富集U、Th、K。Th常見(jiàn)于含黏土、長(zhǎng)石、云母的沉積物中, Th的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,Th/K通常是作為反映古氣候變化的替代指標(biāo)(Schnyder et al., 2006)。而U受次生還原作用與氧化還原條件的影響, 不適合用來(lái)識(shí)別天文旋回信號(hào)。故本文選取松科二井登婁庫(kù)組對(duì)天文旋回較為敏感的GR、Th、K、Th/K測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)開展沉積速率研究。

2.2 沉積速率重建方法

本文利用松科二井連續(xù)、多參數(shù)的自然伽馬能譜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù), 針對(duì)登婁庫(kù)組地層進(jìn)行頻譜分析, 建立地層沉積速率剖面。步驟與方法在Acycle v2.2軟件上實(shí)現(xiàn)(Li et al., 2019)。具體流程如下:

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理。測(cè)井曲線受地層壓力的影響,隨深度增加曲線整體呈現(xiàn)增加或降低的趨勢(shì)。去趨勢(shì)化處理是頻譜分析前的關(guān)鍵步驟, 可通過(guò)LOWESS濾波器實(shí)現(xiàn), 設(shè)置窗長(zhǎng)參數(shù)為35%總數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

(2)頻譜分析。若頻譜圖中識(shí)別的譜峰周期比與地球軌道參數(shù)的長(zhǎng)、短偏心率、斜率和歲差之比(約20:5:2:1)近似, 則認(rèn)為地層中存在米蘭科維奇旋回信息。本文采用 Multitaper Method of Spectral Analysis(MTM)與Evolutive Harmonic Analysis(EHA)這兩種頻譜分析方法來(lái)識(shí)別天文旋回信息。MTM方法使用多個(gè)正交錐形窗的方式, 獲得整個(gè)地層深度內(nèi)的平均譜結(jié)構(gòu), 具有估計(jì)方差較低的特點(diǎn)(Thomson, 1982); EHA方法則是采取滑動(dòng)窗口的方式進(jìn)行傅里葉分析, 最終形成二維頻率譜。該方法常用來(lái)識(shí)別旋回地層中主頻率隨深度的變化信息,有利于識(shí)別可能存在的沉積間斷事件(Molinie and Ogg, 1990; Meyers et al., 2001)。

(3)計(jì)算沉積速率。核心思路是通過(guò)頻譜分析識(shí)別出米蘭科維奇旋回厚度信息, 再結(jié)合理論天文周期中的時(shí)間信息, 獲取地層沉積速率。本文選用了相關(guān)系數(shù)法(COCO)與進(jìn)化相關(guān)系數(shù)法(eCOCO)來(lái)計(jì)算登婁庫(kù)組地層沉積速率。COCO方法可以評(píng)估整個(gè)地層的沉積速率; eCOCO方法則是以滑動(dòng)窗口的方式來(lái)計(jì)算不同深度下沉積速率(Li et al., 2018)。這些方法通過(guò)使用 Pearson乘積矩相關(guān)系數(shù)來(lái)反映實(shí)際數(shù)據(jù)記錄下的功率譜與給定沉積速率下的理論天文周期功率譜之間的相關(guān)性, 同時(shí)用蒙特卡羅方法來(lái)檢驗(yàn)沒(méi)有天文頻率信號(hào)的零假設(shè), 使用102 Ma下的Laskar04年目標(biāo)天文參數(shù)(Laskar et al., 2004),來(lái)測(cè)試登婁庫(kù)組地層的沉積速率。相關(guān)系數(shù)越高、零假設(shè)檢驗(yàn)顯著性水平越小、且使用天文周期參數(shù)數(shù)量多的位置代表最優(yōu)地層沉積速率。Pearson乘積矩相關(guān)系數(shù)的公式如下:

X為實(shí)際數(shù)據(jù)的功率譜;與sX分別為實(shí)際數(shù)據(jù)的均值與標(biāo)準(zhǔn)差;Y為給定沉積速率下理論天文周期的功率譜;與sY分別為理論天文周期序列的均值與標(biāo)準(zhǔn)差;

(4)濾波。采取高斯帶通濾波器提取出 405 ka長(zhǎng)偏心率周期信號(hào)(Hinnov and Hilgen, 2012), 來(lái)顯示信號(hào)在深度域的變化情況。

3 結(jié)果

3.1 測(cè)井響應(yīng)與頻譜特征

由于測(cè)井曲線的分辨率較高, 能夠識(shí)別出分米級(jí)尺度的巖性。因此, 測(cè)井資料可為識(shí)別地層旋回性提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。松科二井登婁庫(kù)組地層巖性以砂泥巖為主, 結(jié)合錄井資料, 同時(shí)依據(jù)不同巖性在測(cè)井曲線上有不同的響應(yīng)值, 可細(xì)分為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粗砂巖與粗砂巖(表1)。不同巖性GR、Th、K測(cè)井曲線響應(yīng)差異性明顯, 同一種巖性整體上具有一致性(圖2)。GR、Th、K測(cè)井響應(yīng)值隨著黏土礦物含量的增加而增加, 泥巖的GR、Th、K測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)響應(yīng)高值, 砂巖的GR、Th、K測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)響應(yīng)低值。這些測(cè)井曲線能較好地反映巖性變化, 可用來(lái)識(shí)別地層的沉積旋回。

圖2 松科二井登婁庫(kù)組自然伽馬能譜測(cè)井曲線圖Fig.2 Natural gamma-ray spectral logs of Denglouku Formation from CCSD SK-2

表1 登婁庫(kù)組地層不同巖性的測(cè)井響應(yīng)值Table 1 Log response values of different lithologies in the Denglouku Formation

對(duì) GR、Th、K、Th/K測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采用 MTM與EHA方法進(jìn)行頻譜分析。圖中頻率的倒數(shù)表示為地層識(shí)別的旋回厚度, 根據(jù)天文循環(huán)比率法, 識(shí)別的旋回厚度比滿足約 20:5:2:1, 與登婁庫(kù)時(shí)期的主要的長(zhǎng)偏心率周期(405 ka)、短偏心率周期(95 ka)、斜率周期(37.6 ka)、歲差周期(22.5 ka)(Laskar et al.,2004)之比相似, 表明登婁庫(kù)組地層記錄著米蘭科維奇旋回信號(hào)(圖3)。其中EHA分析結(jié)果顯示上部譜峰發(fā)生明顯右移, 表明地層沉積速率發(fā)生變化。在登婁庫(kù)組上下層段沉積速率變化大的情況下, 可采用MTM方法在2643 m處分上下段進(jìn)行頻譜分析。

對(duì)原始Th數(shù)據(jù)進(jìn)行去長(zhǎng)趨勢(shì)化處理后(去長(zhǎng)趨勢(shì)化Th數(shù)據(jù))的EHA頻譜圖顯示在約2643 m深度以上長(zhǎng)偏心率譜峰發(fā)生明顯右移。上部地層 MTM頻譜圖上識(shí)別出23.9 m與7.1 m的旋回厚度分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)偏心率(405 ka), 短偏心率(125 ka), 并且置信水平在 99%以上, 而斜率、歲差信號(hào)較弱未能明顯識(shí)別; 下部地層 MTM 功率譜識(shí)別出 57.7 m、15.8 m、5.3 m、3.4 m旋回厚度, 分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率(95 ka)、斜率(37.6 ka)、歲差(22.5 ka) (圖 3a)。

去長(zhǎng)趨勢(shì)化GR數(shù)據(jù)的EHA頻譜圖顯示上部地層長(zhǎng)偏心率譜峰發(fā)生明顯右移。上部MTM頻譜圖上識(shí)別19.2 m、8.1 m的旋回厚度被解釋為長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率周期(125 ka); 下部MTM頻譜圖上識(shí)別57.8 m、21.5 m、13.9 m、5.0 m、3.7 m旋回厚度被解釋為長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率(125 ka)、短偏心率(95 ka)、斜率(37.6 ka)、歲差(22.5 ka)(圖 3b)。

去長(zhǎng)趨勢(shì)化K數(shù)據(jù)的EHA頻譜圖表明偏心率信號(hào)能量發(fā)生變化, 在2850 m以下, 長(zhǎng)偏心率信號(hào)能量變?nèi)酢Ｉ喜?MTM 功率譜圖識(shí)別出 19.1 m、7.5 m旋回厚度分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率(125 ka); 下部 MTM 頻譜圖識(shí)別出 55.7 m、22.1 m、14.0 m、5.0 m、3.7 m旋回厚度分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率(125 ka)、短偏心率(95 ka)、斜率(37.6 ka)、歲差(22.5 ka)(圖 3c)。

去長(zhǎng)趨勢(shì)化Th/K數(shù)據(jù)的EHA頻譜圖顯示頻譜形態(tài)發(fā)生偏移, 在2850 m以下, 斜率、歲差信號(hào)能量較弱。上部MTM功率譜圖識(shí)別出23.0 m、8.7 m旋回厚度被解釋為長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率周期(125 ka); 下部MTM頻譜圖識(shí)別出57.7 m、15.8 m、8.3 m、5.7 m、3.4 m旋回厚度被解釋為長(zhǎng)偏心率(405 ka)、短偏心率(125 ka)、短偏心率(95 ka)、斜率(37.6 ka)、歲差(22.5 ka)(圖 3d)。

圖3 登婁庫(kù)組地層測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的頻譜分析結(jié)果Fig.3 Spectrum analysis results of logging data in Denglouku Formation

3.2 沉積速率特征

Th數(shù)據(jù)的COCO測(cè)試結(jié)果顯示在3.8 cm/ka、5.9 cm/ka、14.5 cm/ka、15.6 cm/ka處存在多個(gè)高相關(guān)系數(shù)的峰, 同時(shí)這些譜峰位置的零假設(shè)檢驗(yàn)顯著性水平都小于 0.1%(天文信號(hào)存在的概率大于99.9%), 受7個(gè)天文周期參數(shù)約束(圖4a); GR數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示在4.0 cm/ka、5.8 cm/ka、14.6 cm/ka、17.0 cm/ka處存在高相關(guān)系數(shù)的峰, 同時(shí)滿足零假設(shè)檢驗(yàn)顯著性水平都小于1%, 受7個(gè)天文周期參數(shù)約束(圖 4b); K數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果表明在 4.0 cm/ka、5.8 cm/ka、16.9 cm/ka處存在高相關(guān)系數(shù)的峰, 且滿足零假設(shè)檢驗(yàn)顯著性水平都小于1%, 受7個(gè)天文周期參數(shù)約束(圖 4c); Th/K數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示在4.0 cm/ka、5.6 cm/ka、16.5 cm/ka處存在高相關(guān)系數(shù)的峰, 同時(shí)滿足零假設(shè)檢驗(yàn)顯著性水平都小于1%, 受7個(gè)天文周期參數(shù)約束(圖4d)。這些測(cè)試結(jié)果表明登婁庫(kù)組地層沉積速率大致在4～17 cm/ka范圍內(nèi)變化。

圖4 登婁庫(kù)組地層測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的COCO分析結(jié)果Fig.4 COCO analysis results of logging data of Denglouku Formation

對(duì)登婁庫(kù)組Th測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行eCOCO分析, 可以反映出地層沉積速率隨深度的變化情況(圖5)。提取圖中滿足高相關(guān)系數(shù)、零假設(shè)檢驗(yàn)顯著性水平低于1%且使用7個(gè)天文周期參數(shù)的位置為最優(yōu)地層沉積速率, 結(jié)果表明登婁庫(kù)組地層的沉積速率從下往上整體呈現(xiàn)為由高到低的趨勢(shì)。該方法的測(cè)試結(jié)果與COCO分析整個(gè)登婁庫(kù)組地層內(nèi)存在5.9 cm/ka、14.5 cm/ka、15.6 cm/ka的沉積速率基本符合。

圖5 登婁庫(kù)組去長(zhǎng)趨勢(shì)化Th數(shù)據(jù)的eCOCO分析結(jié)果Fig.5 eCOCO analysis results of detrended Th data in the Denglouku Formation

在登四段地層, EHA分析結(jié)果顯示出長(zhǎng)偏心率發(fā)生明顯右移, 且 eCOCO分析方法計(jì)算出沉積速率為低值, 故分兩段并采用不同的高斯帶通濾波器來(lái)提取地層的長(zhǎng)偏心率信號(hào)。結(jié)果顯示登婁庫(kù)組共約有 10個(gè)長(zhǎng)偏心率周期(圖 6), 從而估算登婁庫(kù)組沉積持續(xù)時(shí)間約為 4050 ka, 同時(shí)結(jié)合登婁庫(kù)組地層厚度為 433 m, 可大致計(jì)算登婁庫(kù)組平均沉積速率約為 10.7 cm/ka。在 2533—2643 m 內(nèi)識(shí)別4.5個(gè)長(zhǎng)偏心率周期, 大致計(jì)算該段地層平均沉積速率為6.0 cm/ka; 在2643—2966 m內(nèi)識(shí)別5.5個(gè)長(zhǎng)偏心率周期, 大致計(jì)算該層段平均沉積速率為14.5 cm/ka。這與 COCO 方法識(shí)別地層存在5.9 cm/ka、14.5 cm/ka沉積速率峰的結(jié)果一致。

圖6 登婁庫(kù)組地層長(zhǎng)偏心率信號(hào)提取結(jié)果Fig.6 Extraction results for the long eccentricity signal in Denglouku Formation

4 討論

4.1 自然伽馬能譜測(cè)井資料中的米蘭科維奇周期識(shí)別

地球軌道參數(shù)周期性變化改變地球表面接受的日照量, 導(dǎo)致氣候的周期性變化, 最終在地層記錄中表現(xiàn)出旋回性。利用自然伽馬能譜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析能識(shí)別出米蘭科維奇周期的信號(hào), 頻譜圖上識(shí)別出存在類似米蘭科維奇周期比(約 20:5:2:1)的旋回厚度的信息, 表明登婁庫(kù)組地層沉積過(guò)程受到天文軌道驅(qū)動(dòng)力的影響, 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)記錄著米蘭科維奇周期的信息。GR、Th、K、Th/K數(shù)據(jù)的MTM頻譜圖上識(shí)別的天文旋回厚度信息基本相近, Th數(shù)據(jù)的 EHA分析結(jié)果顯示, 在登婁庫(kù)組四段深度約2643 m以上譜峰整體發(fā)生右移, 但仍然滿足約20:5:2:1, 代表旋回厚度變小, 反映出沉積速率變小。登婁庫(kù)組地層沉積過(guò)程受天文軌道驅(qū)動(dòng)力影響, 地層記錄中存在地球軌道參數(shù)的信息, 這些具有天文周期的地層旋回, 為計(jì)算地層沉積速率提供了機(jī)會(huì)。

4.2 替代指標(biāo)選擇對(duì)沉積速率重建精度的影響

從米蘭科維奇旋回的角度上, 松科二井登婁庫(kù)組地層 GR、Th、K、Th/K測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的頻譜分析結(jié)果存在異同性(圖3)。相同之處, 多種數(shù)據(jù)的頻譜結(jié)果顯示都存在類似于米蘭科維奇周期比例的沉積旋回厚度信息, 表明登婁庫(kù)組地層記錄著米蘭科維奇旋回周期的信號(hào)。而不同之處, 第一, 不同測(cè)井?dāng)?shù)據(jù) MTM 分析結(jié)果中譜峰形態(tài)存在差異, 其中

GR數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果中的譜峰數(shù)量最多, 反映出記錄的信息多, 但同時(shí)容易導(dǎo)致天文信號(hào)受噪音的干擾,而K數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果包含的譜峰數(shù)量最少, 反映出記錄的天文旋回信息較少。第二, 在 2850 m以下,K數(shù)據(jù)測(cè)試的長(zhǎng)偏心率信號(hào)能量較弱, Th/K測(cè)試的長(zhǎng)偏心率信號(hào)能量較強(qiáng)但斜率與歲差信號(hào)弱, 表明記錄的天文旋回信號(hào)不明顯, 而GR與Th數(shù)據(jù)在該深度下都能較為完整地識(shí)別反映米蘭科維奇旋回周期信息的譜峰。Th數(shù)據(jù)測(cè)試效果能較好的突出記錄長(zhǎng)、短偏心率、斜率和歲差的譜峰, 尤其長(zhǎng)偏心率信號(hào)較為明顯。結(jié)合上述分析, 登婁庫(kù)組Th數(shù)據(jù)對(duì)天文旋回信息比較敏感。

從礦物元素的角度上, 由于 GR記錄了包含放射性元素U、Th、K衰變的強(qiáng)度, 巖石中的U很容易受到次生還原作用與有機(jī)質(zhì)吸附的影響。K由于成巖作用會(huì)導(dǎo)致黏土礦物的轉(zhuǎn)化, 導(dǎo)致在不同礦物中相差極大。這些因素在頻譜分析中容易產(chǎn)生噪音的干擾。而Th的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定, 在風(fēng)化過(guò)程中被認(rèn)為是不易溶于水并富集在礦物中(Parkinson, 1996)。這可能是登婁庫(kù)組 Th相比于其它參數(shù)對(duì)天文旋回信息更敏感的原因。

綜上所述, Th測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)天文旋回信息較為敏感。在整個(gè)登婁庫(kù)組深度范圍內(nèi), Th測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與GR、K、Th/K測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相比記錄了較為完整的天文旋回信息。若選擇其他參數(shù), 沉積速率的計(jì)算結(jié)果可能出現(xiàn)較大誤差。

4.3 構(gòu)造活動(dòng)對(duì)登婁庫(kù)組沉積速率的影響

登婁庫(kù)組二段至三段地層具有高沉積速率的特征, 最大達(dá)到 16.2 cm/ka, 登婁庫(kù)組四段整體地層沉積速率約為5.9 cm/ka, 具有低沉積速率的特征(圖7)。前人研究表明, 松遼地區(qū)坳陷湖盆的平均沉積速率為5～9.8 cm/ka, 斷陷盆地的平均沉積速率為12～15 cm/ka(陳建文和王德發(fā), 1996)。本文測(cè)試沉積速率的結(jié)果與其相似, 驗(yàn)證了沉積速率計(jì)算結(jié)果的可靠性。

圖7 登婁庫(kù)組沉積速率分析結(jié)果Fig.7 Sedimentation rate analysis results of Denglouku Formation

構(gòu)造作用對(duì)地層沉積的影響表現(xiàn)為具有時(shí)間跨度大的低頻旋回特點(diǎn), 一般周期在百萬(wàn)年以上。構(gòu)造活動(dòng)控制著沉積體系與展布特征(Yao et al.,2021), 斷層下陷為沉積物的供應(yīng)創(chuàng)造了空間, 由于坡度高, 為沉積物的侵蝕、運(yùn)移與沉積提供了便利,并在沉積中心區(qū)域聚集多個(gè)沉積物供應(yīng)區(qū)域的沉積物(Hawie et al., 2017; Matenco and Haq, 2020)。構(gòu)造作用可能是影響登婁庫(kù)組沉積速率劇烈變化的主控因素。根據(jù)松遼盆地區(qū)域構(gòu)造背景, 登婁庫(kù)組以下依次為營(yíng)城組與火石嶺組地層, 火石嶺組發(fā)育火山巖相(胡丁玉等, 2019), 且該時(shí)期斷裂活動(dòng)頻繁。隨后由于營(yíng)城組后期火山運(yùn)動(dòng)事件, 徐家圍子地區(qū)的地震剖面上顯示出斷層下陷(Feng et al., 2010)。同時(shí)松科二井營(yíng)城組地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)U富集現(xiàn)象也被推測(cè)是受火山活動(dòng)與斷層運(yùn)動(dòng)影響(張淑霞等, 2018)。登二段至登三段時(shí)期地層沉積主要受斷陷活動(dòng)控制, 在登婁庫(kù)組2698 m、2754 m、2850 m與2931 m處識(shí)別出沉積速率突然增大, 推測(cè)是登婁庫(kù)組早期受偶發(fā)性斷層下陷事件影響, 沉積可容空間變大, 沉積物運(yùn)移、沉積到盆地的速率加快, 導(dǎo)致沉積速率的上升。在約 2820 m處沉積速率發(fā)生突變推測(cè)是受地層抬升影響導(dǎo)致沉積速率下降。隨后到登三段末期, 盆地的斷陷活動(dòng)開始減弱, 向區(qū)域坳陷的構(gòu)造格局轉(zhuǎn)化, 導(dǎo)致整體沉積速率變小。

5 結(jié)論

利用松科二井登婁庫(kù)組GR、Th、K、Th/K測(cè)井資料, 采用多種時(shí)間序列方法(MTM、EHA、COCO、eCOCO)進(jìn)行頻譜分析, 優(yōu)選出對(duì)天文旋回敏感性強(qiáng)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù), 最終建立了登婁庫(kù)組地層沉積速率剖面, 獲得了以下結(jié)論。

(1)登婁庫(kù)組自然伽馬能譜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)記錄了米蘭科維奇周期信號(hào)。多種測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)頻譜分析結(jié)果揭示了地層中記錄的長(zhǎng)偏心率、短偏心率、斜率與歲差信號(hào)。

(2)Th測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)天文旋回信息敏感。與GR、K、Th/K數(shù)據(jù)頻譜分析結(jié)果相比, Th測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在整個(gè)地層中識(shí)別的天文周期較為完整。綜合考慮多種測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果, 建立了登婁庫(kù)組地層連續(xù)、相對(duì)準(zhǔn)確的沉積速率剖面。

(3)登二段至登三段地層具有高沉積速率的特征, 登四段地層整體呈現(xiàn)低沉積速率特征。推測(cè)構(gòu)造活動(dòng)是影響登婁庫(kù)組沉積速率劇烈變化的主控因素。依據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景, 登二段至登三段時(shí)期地層沉積主要受盆地?cái)嘞莼顒?dòng)控制, 登四段時(shí)期盆地的斷陷活動(dòng)逐漸減弱, 地層沉積速率從下往上呈現(xiàn)出由高到低的趨勢(shì)。

致謝: 本文工作得到了松遼盆地資源與環(huán)境深部鉆探工程首席科學(xué)家王成善院士、總地質(zhì)師王璞珺教授以及副總指揮冉恒謙教授的大力支持。中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司天津分公司測(cè)井隊(duì)成員參加了測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作, 在此一并表示衷心的感謝。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.1212011301600), National Natural Science Foundation of China (No.41790455-1), and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No.2652019003).