謝小國，陳光勝，杜　蛟，劉　洋，葉　恒，羅　兵，何衛(wèi)峰

基礎(chǔ)地質(zhì)

測井曲線分析寶秀盆地晚新生代古氣候與沉積環(huán)境

謝小國，陳光勝，杜蛟，劉洋，葉恒，羅兵，何衛(wèi)峰

（四川省煤田地質(zhì)局，成都 610072）

寶秀盆地晚新生代賦存了大量泥炭和褐煤，為了分析寶秀盆地泥炭和褐煤形成的古氣候與沉積環(huán)境，利用自然伽馬測井曲線的波形特征，并結(jié)合孢粉、巖性等地質(zhì)資料，分析可知，泥炭主要形成于晚更新世和全新世，褐煤主要發(fā)育于新近紀(jì)，盆地晚新生代古氣候經(jīng)歷了溫?zé)帷獪嘏獪貨龅臎雠瘹夂蚪惶娴倪^程，沉積環(huán)境為湖泊和沼澤沉積。結(jié)果表明，自然伽馬曲線頻率與振幅的變化反映沉積環(huán)境穩(wěn)定或動(dòng)蕩，自然伽馬曲線值的高低對應(yīng)了氣候的溫濕或干冷，因而可以利用自然伽馬測井曲線分析古氣候及沉積環(huán)境。

自然伽馬；泥炭；古氣候；沉積環(huán)境；寶秀盆地

寶秀盆地位于云南省石屏縣北西，面積約17km2，盆地中段有赤瑞湖，屬南亞熱帶季節(jié)性氣候，氣候垂直分帶明顯，植被面貌也有立體分帶特點(diǎn)。盆地中堆積了新生代的新近紀(jì)（上、中新統(tǒng)）和第四紀(jì)（更新統(tǒng)、全新統(tǒng)）沉積物。上部有泥炭堆積，下部有褐煤賦存。

恢復(fù)古氣候方法比較多，主要包括孢粉植被法[1-4]、元素比值法[5]、有機(jī)碳同位素法[6]，沉積巖性法[7]和地磁磁化率法[8]等。為了確定寶秀盆地晚新生代泥炭及褐煤的古氣候及沉積環(huán)境，沈權(quán)從晚新生代的泥炭、褐煤地層入手，詳細(xì)地分析了泥炭、褐煤的特征[9]。侯蜀光等結(jié)合鉆井剖面孢粉組合分析了泥炭、褐煤形成的古氣候特征[10]。本文借鑒劉澤純、陳曄等成功利用自然伽馬測井曲線反演柴達(dá)木盆地古氣候及沉積環(huán)境的方法[11-12]，結(jié)合地質(zhì)剖面巖性和孢粉組合，分析寶秀盆地泥炭、褐煤形成的古氣候及沉積環(huán)境。

圖1　寶X井自然伽馬測井曲線與古氣候和沉積環(huán)境綜合分析圖

1　分析古氣候和沉積環(huán)境的依據(jù)

自然伽馬測井（GR）是在井中測量巖石的各放射性元素釋放出來的伽馬射線總強(qiáng)度。自然伽馬測井曲線是泥質(zhì)含量的指示曲線，能夠反應(yīng)沉積地層的變化情況。地層中泥質(zhì)含量的升高，自然伽馬值升高，代表沉積水動(dòng)能變化小，表現(xiàn)為水進(jìn)的沉積環(huán)境，反映在古氣候上，表示氣候溫和濕潤。反之砂質(zhì)含量增高，自然伽馬值降低，表示水體變淺，氣候干旱。而沉積物中砂泥交互頻繁是沉積環(huán)境不穩(wěn)定的表現(xiàn)。因此，自然伽馬曲線值變化的頻率和振幅間接地反映了古氣候和古環(huán)境的變化狀況[13]。

通過孢粉資料分析古氣候的方法包括聚類分析、多元統(tǒng)計(jì)、主成分分析等方法，建立孢粉—古植被—古氣候序列，進(jìn)而分析該地區(qū)環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)過程。不同植物孢粉的百分含量不同，可以指示古氣候的變化情況。喜溫濕植物的大量發(fā)育，預(yù)示著氣候的溫暖濕潤；針葉植物的發(fā)育，反映氣候溫涼。

因此綜合分析自然伽馬值和孢粉含量的大小，可以推測當(dāng)?shù)毓艢夂颦h(huán)境及古沉積條件，反演古地理信息。

2　古氣候與沉積環(huán)境分析

2.1沉積地層

寶X井位于盆地沉降中心，沉積厚度大，新近系和第四系地層沉積完整，泥炭和褐煤特征明顯，地球物理測井曲線完整，地質(zhì)資料齊全，因而選用該井作為分析寶秀盆地古氣候與沉積環(huán)境的代表（圖1）。

根據(jù)鉆孔揭露地層，結(jié)合巖性巖相的變化規(guī)律，將寶X井地層從上而下劃分為：第四系全新統(tǒng)赤瑞湖組（Q4c），上更新統(tǒng)田壩心組（Q3t），中更新統(tǒng)大樣營組（Q2d），下更新統(tǒng)小陳營組（Q1x）和新近系上-中新統(tǒng)茨營組（Nc），昆陽群美黨組（Pt1m）。其中赤瑞湖組厚44m，主要為灰、褐灰色粘土，細(xì)砂，含多層可采泥炭。田壩心組厚42m，主要是灰白、灰綠色粘土，夾少量砂層，含泥炭。大樣營組厚42m，主要為灰色粘土、粉砂。小陳營組厚64m，巖性主要為褐灰色粘土、粉砂，含軟褐煤層。茨營組厚126m，主要巖性為黑灰色粘土、炭質(zhì)粘土，含厚層褐煤。美黨營組未揭穿，主要巖性為灰綠色板巖，夾少量粉砂巖。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，新近系不整合于昆陽群地層之上，第四系與新近系呈微角度不整合。

2.2古氣候與沉積環(huán)境分析

通過系統(tǒng)分析鑒定，將寶X井泥炭、褐煤地質(zhì)剖面從上而下劃分為五個(gè)孢粉組合帶，并結(jié)合自然伽馬曲線的頻率和振幅特點(diǎn)，分析其晚新生代的古氣候和沉積環(huán)境特征（圖1，表1）。

1）0~37m為第一孢粉組合帶，孢粉組合以反映溫暖環(huán)境的針葉—闊葉交互的植被為主，主要以松屬（Pinus L）和榿木屬（Alnus Mill）以及蕨類植物組成。草本植物孢粉占6%~8%；蕨類植物以水龍骨科（Polypodiaceae）為主，占孢粉總量的50%；針葉植物以松（Pinaceae）為主，占孢粉總量的30%。該井段自然伽馬值總體表現(xiàn)為高值，表明氣候溫暖，頂部小段砂質(zhì)含量增加，表明水位淺。由于該段地層過度濕潤或處于水分飽和狀態(tài)，致使死亡植物處于還原環(huán)境不能完全被分解，堆積于地表，最終形成豐富的泥炭。因而該段為溫暖濕潤的沼澤環(huán)境。

2）37~139m為第二孢粉組合帶，該帶針葉植物迅速增長，松屬（Pinus L）達(dá)68%以上，榿木屬（Alnus Mill）較少，占15%左右，表明氣候較涼。櫟屬（Quercus L）少，占7%，蕨類植物變化較大，半濕性低矮草本植物從下往上有所增加，顯示氣候有一定的干濕性變化。該段巖性粗細(xì)混雜，下部自然伽馬值高，曲線變化頻率和幅度較小，表明水體較深，但地層巖性含有機(jī)質(zhì)少，為半深湖或?yàn)I湖環(huán)境。向上自然伽馬值變低，有泥炭堆積，曲線振蕩，水位淺，為濱淺湖沉積環(huán)境。因而該段氣候從下而上為半深湖向?yàn)I淺湖變化。

3）139~204m為第三孢粉組合帶，該帶反映早更新世古植物變化，有機(jī)堆積物最少，說明這一時(shí)期植被稀少。孢粉組合以反應(yīng)溫帶和亞熱帶的闊葉植物（榿木屬（Alnus Mill）和櫟屬（Quercus L））和蕨類植物（水龍骨科（Polypodiaceae））為主，下多上少，未見松（Pinaceae）、杉（Taxodiaceae）植被，草本植物零星出現(xiàn)。自然伽馬曲線整體變化頻率小，地層為連續(xù)沉積，巖性較細(xì)，水位較深，沉積環(huán)境穩(wěn)定，曲線值下部大，向上自然伽馬值略有降低，底部有軟褐煤沉積。因而該段氣候炎熱濕潤，為半深湖沉積環(huán)境。

4）第四、五孢粉帶內(nèi)，發(fā)育厚層暗褐煤，從下而上闊葉植物減少，上部有反映溫涼氣候針葉植物出現(xiàn)。204~282m為第四孢粉組合帶，該帶以櫟屬（Quercus L）為主，占40%，榿木屬（Alnus Mill）占16%，樺木科（Betulaceae）占8%，冷杉屬（Abies Mill）零星出現(xiàn)，草本植物占17%，蕨類植物有增有減，以水龍骨科（Polypodiaceae）為主。282~330m為第五孢粉組合帶，以木本植物為主，氣候炎熱，其中闊葉植物榿木屬（Alnus Mill）占60%，櫟屬（Quercus L）占14%。樺木科（Betulaceae）、鐵杉屬（Tsuga Carr）和松屬（Pinus L）零星出現(xiàn)，蕨類植物以水龍骨科（Polypodiaceae）為主，自下而上含量明顯增加。上第四系中自然伽馬值整體較高，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，但下部曲線振幅有一定變化，曲線值高，上部曲線較穩(wěn)定，曲線值相對較低。由于204~330m井段植物發(fā)育茂盛，持續(xù)時(shí)間長，沉積厚度大，這一時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對穩(wěn)定，最有利于泥炭堆積，隨著時(shí)間和埋藏深度的增加，疏松多孔的泥炭受到物理化學(xué)作用變成了較為致密的暗褐煤。因而該段的古氣候自下而上由熱漸涼，沉積環(huán)境為深湖沉積。

表1　寶X井自然伽馬曲線波形特征與沉積環(huán)境的關(guān)系

3　結(jié)論

1）由自然伽馬測井曲線與孢粉組合比較分析可知，泥炭主要賦存在晚更新世和全新世的第一、二孢粉段，褐煤主要發(fā)育在新近系的第四、五孢粉段。泥炭和褐煤的形成經(jīng)歷了溫?zé)帷獪嘏獪貨龅睦渑惶娴墓艢夂蜻^程。沉積環(huán)境自下而上依此為深湖、半深湖、濱淺湖和沼澤環(huán)境。

2）自然伽馬曲線值升高，代表氣候溫和濕潤，導(dǎo)致水位加深，自然伽馬曲線值降低，代表氣候變干，導(dǎo)致水位變淺。自然伽馬曲線波形特征與沉積環(huán)境間有一定相關(guān)性，一般情況，波頻波幅較小代表較深水沉積環(huán)境，波頻波幅較大代表較動(dòng)蕩的淺水環(huán)境。

3）為了更客觀地利用自然伽馬測井曲線反演古氣候和分析沉積環(huán)境，須結(jié)合巖性、沉積構(gòu)造及孢粉等地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以達(dá)到最優(yōu)解釋。

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Paleoclimate and Sedimentary Environment in the Baoxiu Basin in Late Cenozoic Based on Logging Curves

XIE Xiao-guo CHEN Guang-sheng DU Jiao LIU Yang YE Heng LUO Bing HE Wei-feng
（Sichuan Bureau of Coal Geology， Chengdu610072）

This paper deals with paleoclimate and sedimentary environments during Cenozoic when the peat and lignite were formed in the Baoxiu basin， on the basis of the wave shape characteristic of nature gamma logging curve in combination with data on pollen and lithology. The study indicates that the peat was mainly formed in the Late Pleistocene and Holocene and the lignite was mainly developed in Neogene. During the Late Cenozoic paleoclimate in the basin underwent an alternation of the hyperthermia-warm-warm cool with change of sedimentary environment from lake to swamp.

Baoxiu basin； natural gamma curve； peat； lignite； paleoclimate； sedimentary environment

P631.6+2

A

1006-0995（2015）03-0323-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.03.001

2014-06-17

謝小國（1992—），男，漢族，四川成都人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)榈厍蛭锢頊y井