济阳坳陷古近系沙河街组湖相页岩岩相学及古气候记录

发布时间：2018-01-28 10:06

本文关键词： 沾化凹陷东营凹陷页岩沉积过程古气候　出处：《中国地质大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：古气候对湖相页岩的沉积过程和有机质的富集具有重要影响,因此湖盆流域古气候的重建对油气勘探具有十分重要的意义。以济阳坳陷沾化凹陷始新世沙河街组的沙三段下亚段(Es3L)为例,通过详细的岩心宏观描述和薄片微观观察、矿物学和地球化学分析,在研究区罗69井沙三段下亚段岩心中识别出块状灰质页岩相和纹层状灰质页岩相等两种主要的页岩岩相类型。古气候判别指标Ln(Al2O3/Na2O),湖水盐度指标B/Ga和氧化还原条件指标V/(V+Ni)的变化表明,块状灰质页岩相沉积于一个浅水且盐度较高的小型湖泊中,湖水主要为缺氧-贫氧状态,湖泊流域的古气候较为干旱和寒冷,而纹层状灰质页岩相沉积于深水且水体分层的大型湖泊中,该湖泊具有缺氧和高盐度的底层湖水以及含氧且低盐度的表层湖水,古气候在该岩相沉积时期更加潮湿和温暖。罗69井沙三段下亚段岩心的主要岩相组合从纹层状灰质页岩相主导的岩相组合转变为块状灰质页岩相主导的岩相组合,表明随着时间推移,湖盆流域的古气候由温暖和潮湿变得比较寒冷和干旱。与此同时,湖泊由深水湖演化为浅水湖,这种古气候的转变可能是中-晚始新世全球气候变冷在研究区的响应。尽管沾化凹陷在沙三段下亚段沉积时期随着时间推移,湖平面、湖水的氧化还原条件、湖水的化学特征和陆源输入量等都发生了变化,但是湖泊在高水位期和低水位期的平均总有机碳含量却没有太大的差别。湖泊高水位期中有机质的富集主要受控于湖水表层的古生产力、碳酸盐的生产率和对有机质的稀释程度以及有机质的保存条件,而在古湖泊低水位期有机质的富集仅受湖水表层的生产力控制。尽管古气候对页岩的沉积过程具有重要影响,区域的构造活动也控制着页岩的沉积环境和沉积过程。以济阳坳陷东营凹陷沙四段上亚段页岩为例,综合东营凹陷牛页1井和樊页1井两口钻井的岩心宏观描述、薄片微观观察、页岩的矿物学研究、TOC和化学风化指数CIA*和Ln(Al2O3/Na2O)等沉积学和地球化学分析数据,结合盆地范围的连井剖面,在沙四段上亚段中识别出四种主要的页岩岩相类型,包括:(1)沉积于浅水盐湖的蒸发岩薄夹层页岩相、(2)沉积于浅水开放湖泊的前三角洲环境的含粉砂富粘土质页岩相、(3)沉积于深水、分层和不完全对流湖泊环境且伴随频繁地震活动的纹层状灰质页岩相和(4)沉积于浅水且富氧湖水环境的块状灰质页岩相。研究区沙四段上亚段由下而上由蒸发岩薄夹层页岩相主导的岩相组合演化为含粉砂富粘土质页岩相主导的岩相组合,最后演化为纹层状灰质页岩相主导的岩相组合,说明了全盆地范围内页岩的沉积过程、湖平面、湖水化学条件和湖泊古水文学性质等方面发生了相应变化。上述这些变化反映了沉积物和水的供给量与湖盆的可容纳空间的比例发生了转变,而且沉积物和水的供给量与湖盆的可容纳空间主要受控于湖盆流域的古气候和盆地的伸展构造运动的影响。在沙四段上亚段沉积时期,东营湖盆由欠补偿盐湖演化为浅水补偿湖盆,最后演化为深水补偿湖盆。在此过程中古气候随着时间的推移逐渐由干旱转变为潮湿,同时盆地由浅水补偿湖盆转化为深水补偿湖盆主要是因为受到了伸展构造引起的盆地沉降作用的影响,因此证实了古气候和构造活动是控制沙四段上亚段湖相页岩古水文条件和沉积过程的主要因素。在上述研究的基础上,综合沾化凹陷和东营凹陷典型钻井岩心的同位素地球化学等资料,对中国东部在中-晚始新世存在的东亚季风的主要特征及其演化规律进行了深入分析。结果表明,沙四段上亚段和沙三段下亚段页岩中的碳酸盐未经历明显成岩作用的改造,且样品的δ18O值能够反映页岩沉积时期原始的温度和水的同位素特征。通过将样品中的δ18O值与现今的气候资料进行对比,认为种类1样品中的δ18O值反映了降雨量的变化,进一步推断这种降雨量的变化代表了东亚季风强度的变化,较强的东亚季风会引起较强的夏季降雨,导致降雨的δ18O值偏负,反之,会造成降雨的δ18O值偏正。根据始新世中国气候带的分布模式,认为济阳坳陷在中-晚始新世可能处于温带和干旱带(副热带高压)的交界处。虽然副热带高压覆盖区通常为干热的环境,但是当东亚季风增强时这种干热的气候会有所缓解,而且由于受到始新世全球气候逐渐变冷的影响,副热带高压会向南移动。在中-晚始新世,东亚季风在中国东部表现为五个演化阶段,并归纳为两期由强变弱的旋回,其中第一个旋回主要发生在沙四段上亚段沉积时期,第二个旋回主要发生在沙三段下亚段沉积时期。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P532;P618.13

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