測井曲線分析寶秀盆地晚新生代古氣候與沉積環境

謝小國，陳光勝，杜　蛟，劉　洋，葉　恒，羅　兵，何衛峰

基礎地質

測井曲線分析寶秀盆地晚新生代古氣候與沉積環境

謝小國，陳光勝，杜蛟，劉洋，葉恒，羅兵，何衛峰

（四川省煤田地質局，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境，利用自然伽馬測井曲線的波形特征，并結合孢粉、巖性等地質資料，分析可知，泥炭主要形成于晚更新世和全新世，褐煤主要發育于新近紀，盆地晚新生代古氣候經歷了溫熱—溫暖—溫涼的涼暖氣候交替的過程，沉積環境為湖泊和沼澤沉積。結果表明，自然伽馬曲線頻率與振幅的變化反映沉積環境穩定或動蕩，自然伽馬曲線值的高低對應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境。

自然伽馬；泥炭；古氣候；沉積環境；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，屬南亞熱帶季節性氣候，氣候垂直分帶明顯，植被面貌也有立體分帶特點。盆地中堆積了新生代的新近紀（上、中新統）和第四紀（更新統、全新統）沉積物。上部有泥炭堆積，下部有褐煤賦存。

恢復古氣候方法比較多，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境，沈權從晚新生代的泥炭、褐煤地層入手，詳細地分析了泥炭、褐煤的特征[9]。侯蜀光等結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木盆地古氣候及沉積環境的方法[11-12]，結合地質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境。

圖1　寶X井自然伽馬測井曲線與古氣候和沉積環境綜合分析圖

1　分析古氣候和沉積環境的依據

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度。自然伽馬測井曲線是泥質含量的指示曲線，能夠反應沉積地層的變化情況。地層中泥質含量的升高，自然伽馬值升高，代表沉積水動能變化小，表現為水進的沉積環境，反映在古氣候上，表示氣候溫和濕潤。反之砂質含量增高，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境不穩定的表現。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、多元統計、主成分分析等方法，建立孢粉—古植被—古氣候序列，進而分析該地區環境變化的動態過程。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育，預示著氣候的溫暖濕潤；針葉植物的發育，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，可以推測當地古氣候環境及古沉積條件，反演古地理信息。

2　古氣候與沉積環境分析

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境的代表（圖1）。

根據鉆孔揭露地層，結合巖性巖相的變化規律，將寶X井地層從上而下劃分為：第四系全新統赤瑞湖組（Q4c），上更新統田壩心組（Q3t），中更新統大樣營組（Q2d），下更新統小陳營組（Q1x）和新近系上-中新統茨營組（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。由于構造運動，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古氣候與沉積環境分析

通過系統分析鑒定，將寶X井泥炭、褐煤地質剖面從上而下劃分為五個孢粉組合帶，并結合自然伽馬曲線的頻率和振幅特點，分析其晚新生代的古氣候和沉積環境特征（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為高值，表明氣候溫暖，頂部小段砂質含量增加，表明水位淺。由于該段地層過度濕潤或處于水分飽和狀態，致使死亡植物處于還原環境不能完全被分解，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，但地層巖性含有機質少，為半深湖或濱湖環境。向上自然伽馬值變低，有泥炭堆積，曲線振蕩，水位淺，為濱淺湖沉積環境。因而該段氣候從下而上為半深湖向濱淺湖變化。

3）139~204m為第三孢粉組合帶，該帶反映早更新世古植物變化，有機堆積物最少，說明這一時期植被稀少。孢粉組合以反應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。自然伽馬曲線整體變化頻率小，地層為連續沉積，巖性較細，水位較深，沉積環境穩定，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，為半深湖沉積環境。

4）第四、五孢粉帶內，發育厚層暗褐煤，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。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，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，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，沉積環境相對穩定，但下部曲線振幅有一定變化，曲線值高，上部曲線較穩定，曲線值相對較低。由于204~330m井段植物發育茂盛，持續時間長，沉積厚度大，這一時期構造運動相對穩定，最有利于泥炭堆積，隨著時間和埋藏深度的增加，疏松多孔的泥炭受到物理化學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境的關系

3　結論

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，褐煤主要發育在新近系的第四、五孢粉段。泥炭和褐煤的形成經歷了溫熱—溫暖—溫涼的冷暖交替的古氣候過程。沉積環境自下而上依此為深湖、半深湖、濱淺湖和沼澤環境。

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

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境，須結合巖性、沉積構造及孢粉等地質記錄數據進行綜合分析，以達到最優解釋。

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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，研究方向為地球物理測井