沧东-南皮凹陷孔店期古盐度与古环境演化.pdf

第47 卷第2 期2023年6 月doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2023.02.003沧东一南皮凹陷孔店期古盐度与古环境演化秦敏（辽河油田勘探开发研究院勘探开发试验中心，辽宁盘锦12 40 10）摘要：内陆封闭湖泊的盐度与湖平面具有同步反向变化的特点，通过古盐度研究可推测沉积时期的古气候状况。通过Sr/Ba、T h/U 含量比值及C、O 同位素的含量变化分析,对沧东一南皮凹陷孔店期各层序古盐度的变化进行系统研究，结合孢粉及岩性组合，推断该区孔店期的水体性质及各层序间古环境的演化。综合认为孔店期整体水体性质为半咸一微咸水，水体深度呈浅一深一浅的变化规律，古气候变化特征为半干旱湿润一半干旱一干旱气候。关键词：古盐度；古气候；湖平面变化；沉积环境演化；孔店组；沧东一南皮凹陷中图分类号：P5320 引 言沧东一南皮凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷东南部,是典型的双断凹陷,东西分别受徐西断层和沧东断层控制，南北向分别为灯明寺和孔店凸起（彭海艳等，2 0 10；梁园，2 0 13；马继跃，2 0 13）。前人将沧东一南皮凹陷孔店组作为一个以区域性不整合面为界的二级层序,并将孔店组地层划分为4个三级层序：孔三段（SQ1）、孔二段（SQ2）、孔一下亚段（SQ 3）、孔一上亚段（SQ4)（颜照坤等,2 0 12）。目前普遍认为该区孔店期沉积环境为半咸水湖盆沉积，但三级层序间的古环境及气候演化尚存在争议。按照三级层序四分法，通过分析沧东一南皮凹陷10 余口测井的地球化学数据，根据Sr/Ba、T h/U含量比值及C、O 同位素含量的变化,判断该区孔店期古盐度的变化情况,并辅以生物孢粉组合、岩性组合等方法分析并揭示沧东一南皮地区孔店组古环境状况及其古气候演化规律。1古盐度分析1.1Sr/Ba含量比值法Sr的丰度和Sr/Ba含量比值可作为判别古盐度收稿日期：2 0 2 2-0 3-0 8；修回日期：2 0 2 2-0 5-17；编辑：陈露基金项目：国家自然科学基金项目（40 9 7 2 0 8 3)资助作者简介：秦敏（19 8 9 一），女，工程师，硕士，沉积学专业，主要从事石油地质研究工作，E-mail：b i a n q i n mi n 16 3.c o m地质学刊Journal of Geology文献标识码：A文章编号：16 7 4-36 36(2 0 2 3)0 2-0 12 9-0 6溶解度低（罗顺社等，2 0 10；许璟等，2 0 10；郭岭等，2017）。在自然界的水体中，Sr和Ba以重碳酸盐的形式出现，当水体盐度逐渐增加时，Ba首先以BaSO4的形式沉淀,SrSO4因溶解度较大将继续迁移,故留在水体中的Sr相对于Ba趋于富集（郭岭,2 0 12;王香增等，2 0 17；师晶等，2 0 18；朱筱敏等，2 0 18）。当水体的盐度增至一定程度时,Sr亦以SrSO4的形式递增式沉淀,因而记录在沉积物中的 Sr丰度和Sr/Ba含量比与古盐度呈明显的正相关关系（张小浩,2 0 0 1;倪新锋,2 0 0 4;范玉海等,2 0 12）。一般认为,Sr/Ba含量比值 1.0 的水为咸水（郑荣才等，19 9 9；姜在兴,2 0 0 3；李进龙等,2 0 0 3;韩永林等,2 0 0 7）。样品Sr/Ba含量比值（表1）及其分布（图1)显示,样品主要为半咸一微咸水的沉积物。图2 显示，SQ1时期Sr/Ba含量比值很高，至SQ2时期明显下降,SQ3阶段有所回升,SQ4与SQ3时期基本相当。故可判断沧东一南皮凹陷孔店期SQ1时期湖水盐度较高，湖平面相对较低，气候干旱;SQ2时期气候温暖，降水量增大,湖平面升高，湖水盐度降低；SQ3与SQ4时期气候再次干旱,降水量减少，湖平面下降，湖水盐度再次升高。Vol.47 No.2Jun.2023的灵敏指标,溶液中Sr的迁移能力及其硫酸盐化合物的溶度积远大于Ba,Ba的化合物比Sr的化合物130Table 1Sr and Ba content and Sr/Ba contentratio in the Kongdian Stage mudstoneBaSr/Ba层序井号乌2 63 698.92SQ1王2 1乌参13 836.943 082.54沧143 087.37SQ2女6 1乌参13 647.12乌参13 202.35SQ3官12 8官12 8SQ4枣34乌参12.829.60400350300(8/元m)2502001501005000100 200300400500600700800900Ba(g/g)SQ1SQ2图1孔店期泥岩Sr/Ba含量比散点图Fig.1Scatter plot of Sr/Ba content ratio ofthe mudstone in the Kongdian Stage1.2Th/U含量比值法因U易氧化、淋失,Th易吸附在黏土矿物中,陆相泥岩或页岩的Th/U含量比值可达7 以上,海水中沉积的泥页岩或灰岩的Th/U含量比值 7 的水为淡水,在2 7 之间的水为半咸水，比值 2 的水为咸水（秦勇等,2 0 0 8）。样品Th/U含量比值（表2)及其分布（图3）显示，样品主要为半咸水沉积物。地质学刊表1孔店期泥岩Sr、Ba 含量及其比值1.00.90.80.7深度Sr/m/(ug/g)/(g/g)比值192.1260.02 611.18335.8320.8266.6283.13 002.10271.7300.2221.21 917.93244.11 810.6470.41 826.43255.11 966.00345.41 971.00343.9188.4咸水半咸水微威水淡水SQ3SQ42023年咸水半咸水0.60.50.740.4534.00.63448.50.71568.10.47764.60.37670.70.40692.00.43393.80.56416.20.59145.60.48457.90.56600.30.58756.30.45349.80.5410.310.2-0.10SQ1图2 孔店期泥岩Sr/Ba含量比值变化图Fig.2Line chart showing Sr/Ba content ratio changesof the mudstone in the Kongdian Stage表2 孔店期泥岩Th、U 含量及其比值Table 2Th and U content and Th/U content ratioof the mudstone in the Kongdian StageUTh/U层序井号乌2 63 698.92SQ1王2 1沧14女13SQ2女18官12 8叶11SQ3乌参13 202.351 810.64官12 81 826.43SQ41 966.00枣341 971.00161412(8/m)1086420.51.01.52.02.53.03.54.04.5U(g/g)。SQ1图3孔店期泥岩Th/U含量比散点图Fig.3Scatter plot of Th/U content ratio ofthe mudstone in the Kongdian Stage微成水淡水SQ2SQ3深度Th/m/(g/g)/(g/g)比值10.612.692 611.188.333 087.378.673.262.5013.132.984.157.992.379.6012.323 150.2013.493 198.6212.1512.152.8512.239.148.83淡水半咸水咸水1SQ2SQ4层序3.941.894.401.625.362.086.301.724.642.006.153.034.453.034.013.693.290.863.293.953.102.244.082.603.401SQ3SQ4第47 卷第2 期图4显示,SQ1时期Th/U含量比值较低，SQ2时期比值明显升高，SQ3、SQ 4阶段比值再次下降，可判断SQ1时期盐度较大,SQ2时期盐度降低,至SQ3、SQ 4时期盐度再次升高,此结果与Th/U含量比值关系变化得出的结论一致。7654321SQ1图4孔店期泥岩Th/U含量比值变化图Fig.4 Line chart showing Th/U content ratio changesof the mudstone in the Kongdian Stage1.3C、0 同位素法对于陆相湖盆中的沉积物，当蒸发作用增强时，湖水蒸发量大于水体补给量，水体浓缩，盐度增大，较轻的10 优先逸出，水体中18 0 含量增加,8 18 0 增大（姜在兴,2 0 0 3;钟玮,2 0 13）。由于淡水中有机质普遍贫13,因此8 18 0、8 13值与盐度均为线形关系。研究区乌参1井泥岩的8 18 0、8 13c同位素含量（表3）及其变化规律（图5）显示，随深度变浅，a180、8 13c 明显升高,判断随时间推移,湖水盐度增加，蒸发量逐渐大于降水量，气候逐渐干旱。结合层序判断,认为SQ2一SQ3时期湖平面下降。表3孔店期乌参1井泥岩318 0、8 13C同位素含量Table 3$1O and s13 C isotope contents of the mudstonein Wucan 1 well,Kongdian Stage层序井号SQ2乌参1SQ3注：8 18 0、8 13C值按PDB标准换算2子孢粉组合分析生物的生存与繁殖主要取决于环境因素，包括气候、水体盐度、深度、分布范围、地貌条件等，因此生物化石群属种多样化的程度可以反映地史时期的秦敏：沧东一南皮凹陷孔店期古盐度与古环境演化3 647.12-5淡水-10半咸水图5孔店期乌参1井s180.8C同位素含量变化图Fig.5Line chart of 318O and sC isotope contentchanges in Wucan 1 well,Kongdian Stage一咸水SQ2SQ3深度/m/%03 647.120.663.584.443.153 202.351.423 198.6213.91312520(0%)0s10:1!151050SQ4层序古环境和古气候特征（彭海艳等，2 0 10）。生物孢粉及藻类主要分布于SQ2时期，另外3个层序生物分布很少（图6），由此判断,孔店期各层序沉积时的古气候环境具有由亚热带半干旱潮湿一半干旱干旱气候转变的特征（表4）。3岩性组合分析对沧东一南皮地区孔店组岩性组合进行分析发现,孔店组自下而上由“红一黑一红”三大岩性段组成一完整旋回层(图7)。SQ1时期岩性主要为紫红色、棕红色砂泥岩,沉积环境应主要为氧化环境，湖水较浅，湖平面较小，气候干旱。SQ2时期岩性以灰色、灰绿色砂泥岩为主,沉积环境主要为还原环境，湖水变深，湖平面扩大，气候较为湿润。SQ3及SQ4时期岩性为紫红色、棕红色砂泥岩，SQ4后期局部地区发现厚层石膏岩沉积，代表沉积环境为氧化-强氧化环境，湖水转浅，湖平面缩/%0小，气候干旱。-7.35-7.166.4821.713584.44-*3.202.35深度(m)813C1804结 论沧东一南皮凹陷孔店期沉积环境的特点如下。（1）SQ 1沉积早期属亚热带半干旱气候，泥岩呈红色,表现为氧化环境，湖平面较低，湖水盐度较大,为半咸水湖盆；至SQ1沉积末期，气候逐渐湿润。（2）SQ 2 时期为亚热带湿润气候，降水量丰富，湖盆面积扩大,水体加深,湖平面上升，暗色泥岩、油3 198.62132地质学刊2023年#106.月地层系统油度系组段组(m)属孔一段上枣一枣三0000000 I0店系组11-一下段孔4Fig.6 Palynological assemblages and algae fossils in the Kongdian Stage of the Cangdong-Nanpi Sag孢粉厚柏料黄孔木花粉科榆粉粉属属粉餐粉属属属榆属粉属属粉图6 沧东一南皮凹陷孔店期孢粉与藻类化石组合图藻类藻属德弗兰藥属光面球 网面球邹画球藻丽藻属属属属古气候代表井副瀚海藻屋序亚热带干早SQ4B亚热带干旱一半干旱SQ3亚热带湿润SQ2亚热#SQ1带半#166具表4沧东一南皮凹陷孔店期孢粉组合及古气候演变Table 4 Palynological assemblages and paleoclimatic evolutionin the Kongdian Stage of the Cangdong-Nanpi Sag地层SQ4组合始孔SQ3杉科高含量亚组合新店系统组SQ2雪松粉属-罗汉松粉属-麻黄粉属-榆粉属SQ1亚组合孢粉组合栎粉高含量麻黄粉属-杉粉属-三孔脊榆粉属-凤尾蕨孢属亚组合杉粉属-麻黄粉属-木粉属组合小刺鹰粉属-杉粉属-三角孢粉属亚组合气温带古盐度干湿带半咸水半干早亚热带半干早一干早二干早气候亚热邦半水带微威水半咸水半干早半干早气候古气候亚热带潮湿潮湿气候亚热带页岩发育，表现为还原环境,生物为亚热带喜湿型，水体较SQ1时期逐渐淡化，为微咸水湖盆。（3）SQ 3与SQ4沉积期逐渐变为半干旱一干旱气候,泥岩呈红色，表现为强氧化环境,在SQ4发育后期沉积了较厚的石膏岩，表明此时环境极其干旱，为半咸水湖盆，湖盆范围明显缩小。(4)孔店期整体水体性质为半咸一微咸水,水体矿化物含量较多，沉积环境总体较为干旱。湖盆水体性质从早期到晚期呈半咸一微咸一半咸水的变化;水体深度呈浅深浅的变化规律;SQ1、SQ 3及SQ4为滨浅湖，SQ2为半深一深湖；古气候变化特征为半干旱湿润半干旱干旱气候。第47 卷第2 期地层段油层序系组孔SQ4OST段上枣礼店系组枣孔枣IVSQ3下枣V孔1孔孔2SQ2段009孔二3孔4孔SQ1OSL段008秦敏：沧东一南皮凹陷孔店期古盐度与古环境演化解释结诊井层深岩性剖面40自然伽马22604254声波时送150(m)组006枣0S6z0000枣OSOE00100OSS0S9800LE133测井曲线基准面沉积相岩性描述微相 亚相相中自然电位，25MMWW旋回电阻率期期片泛以紫红色泥岩为主，夹薄层灰色细砂岩及少量灰绿色泥质粉砂岩，可见油迹以紫红色泥岩为主，夹薄层棕红色细砂岩、泥质粉砂岩以及少量灰色细砂岩，可见油迹以紫红色泥岩为主，夹薄层灰色细砂岩、泥质粉砂岩，可见荧光以紫红色泥岩为主，夹薄层棕红色细砂岩、泥质粉砂岩及少量灰色细砂岩，可见荧光及油迹顶部为灰色粉砂岩夹薄层细砂岩，可见油迹；中部为棕红色细砂岩夹薄层紫红色泥岩、棕红色泥质粉砂岩及少量灰色细砂岩；下部为棕红色粉砂岩夹薄层棕红色泥岩，可见油迹：底部为棕红色泥质MWM粉砂岩夹薄层棕红色泥岩顶部为紫红色泥岩与棕红色粉砂岩、细砂岩互层：中部为棕红色泥岩与棕红色细砂WM岩、粉砂岩互层；底部为紫红色泥岩夹棕红色粉砂岩紫红色泥岩夹灰色泥质粉砂岩MM以灰绿色泥岩为主，夹薄层棕红色粉砂岩、泥质粉砂岩上部以灰绿色泥岩为主，夹薄层灰色细砂岩及棕红色泥质粉砂岩：下部以灰色泥页岩为主，夹薄层灰色细砂岩及少量褐色细砂岩，可见荧光及油斑灰色泥页岩与灰色细砂岩互层灰色泥页岩与灰色细砂岩互层，夹少量灰色泥质粉砂岩和褐色、灰绿色、杂色细砂岩及杂色中砂岩，可见油迹及小油斑S紫红色泥岩与棕红色粉砂岩频繁互层，底部见少量紫红色粉砂质泥岩释状河道片泛辫状河道片泛辫状河道片泛辫状河道片泛辫状河道片泛辫状河道辫状河道间辫状河道馨状河道间辉状河道状河道间解状河道辫状河道间中辫状河道辫状河道辫状河道间猫辉状河道间辉状河道片泛辩状河道片泛辫状河道片泛端辫状河道片泛水下分流河道水下分流河道辫状河三角洲前缘席状砂水下分流河道远砂坝下分流河道面水下分和口杰下分滩河道冰下分流河道河道间分流河道分流河道间瓣状河三角洲平原分流河道分流河道间分流河道分流河道间分流河道湖泊辫奖河三角洲图7 沧东一南皮凹陷乌2 6 井孔店组综合柱状图（比例尺1:2 0 0 0)Fig.7 Comprehensive column of the Kongdian Formation in Wu 26 well,Cangdong-Nanpi Sag(scale 1:2 000)134参考文献范玉海，屈红军,王辉，等，2 0 12.微量元素分析在判别沉积介质环境中的应用：以鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例J.中国地质,39（2）：38 2-38 9.郭岭，2 0 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assemblages.It is concluded that the overall water quality of the Kongdian Stage was brackish to light brackish wa-ter,and the water depth changed from shallow to deep and then to shallow,and the paleoclimate changed from semiarid to humid andthen to semiarid and arid.Key words:paleosalinity;paleoclimate;lake-level change;sedimentary environment evolution;Kongdian Formation;Cangdong-Nanpi Sag