CN109685402A - 一种湖泊沉积环境的综合量化恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,步骤如下:(1)选择古气候、古盐度、氧化还原性、古物源和古水深作为恢复沉积环境的指标;(2)提取的岩心样本,并获得元素、全岩矿物和X荧光光谱元素数据;(3)应用SPSS软件,分别对古气候、古盐度和氧化还原性的指标进行Z标准化处理;(4)应用SPSS软件,分别对Z标准化处理后的古气候、古盐度和氧化还原性指标进行因子分析;(5)计算古物源因子和古水深因子;绘制沉积环境综合量化恢复图。本发明的方法能够在一定程度上克服单一恢复方法的局限性,同时使环境变化的趋势更加明显。整个方法可操作性强,解决了科研过程中的实际问题,为后续的地质研究提供基础,具有实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,属于沉积环境领域。
背景技术
环境是地理学中的概念。地球表面划分为不同的地理单元,如山脉、河流、湖泊、沙漠、海洋等就是自然地理环境单元,即地貌单元。沉积作用进行的自然地理环境,称为沉积环境(depositional environment)。沉积环境是一个发生沉积作用的,具有独特的物理、化学和生物特征的地貌单元,并以此与相邻的地区相区别。沉积环境包括自然地理条件、湖盆类型、气候条件、沉积介质的物理和化学条件等要素。湖泊沉积记录了丰富的各种环境要素信息,包括大气圈、陆生生态系统和水生系统的混合信息,具有沉积连续性好、沉积速率大、时间分辨率高、地理覆盖广等优势,所以在沉积环境研究中越来越受到人们的重视。
目前,在恢复古环境的研究中,主要采用了古地磁、古生物、同位素尤其是碳氧同位素、沉积物粒度特征以及特殊岩石矿物等方法。在缺乏古生物证据和古地磁证据的地区(如湖泊),主要采用沉积物粒度特征、碳氧同位素、碳酸盐含量和有机质含量等特征指标来恢复古环境。一般而言,粗粒沉积物指示低水位时期的干旱气候,细粒沉积物指示高水位时期的湿润气候。但是,湖泊沉积物的粒度组成不仅受湖泊本身(如湖泊面积、湖水水位、湖泊水动力条件等)的影响,而且受湖区多种地理因子(如地貌、植被、气候、湖区风化程度等)乃至人类活动等诸多因素的影响。湖泊沉积物有机质13C值与气候间存在着一定的联系,但不是固定的模式。一般而言,13C值高对应暖期,低值对应冷期。氧同位素碳酸盐δ18O值的高低变化,除了可以反映湖水古温度变化之外,更为客观的是湖泊水体蒸发(或淡化)作用的直接体现。同位素方法的优点是具有普遍的标准,免除了地方局限性,但沉积后的交代作用常常使同位素的比值,尤其是氧同位素发生变化,对于老地层可靠性低。孢粉是古气候研究中最常规的方法,但由于陆地植被对于气候变化的响应具有一定的滞后性,孢粉的时间分辨率通常大于100年。
每种恢复古环境的方法都有各自的优点和局限性,因此,有必要提供一种新的综合的沉积环境量化恢复方法。
发明内容
针对上述现有技术,本发明提供了一种湖泊沉积环境的综合量化恢复方法。本发明的方法能够在一定程度上克服单一恢复方法的局限性,且保留了所选取几种恢复方法的相关信息,同时使环境变化的趋势更加明显。整个方法可操作性强,解决了科研过程中的实际问题,为后续的地质研究提供基础,具有实际意义。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,包括以下步骤:
(1)选择古气候、古盐度、氧化还原性、古物源和古水深作为恢复沉积环境的指标;
其中,古气候选用干湿指数、碳酸盐含量和SiO2含量;
古盐度选用Cl+、Sr/Ba、P2O5;
氧化还原性选用Ni/Co、Cu/Zn、Pr/Ph;
古物源选用粘土矿物和石英长石;
古水深用古物源/古盐度;
(2)提取目标湖泊所在地的岩心样本,并获得元素、全岩矿物和X荧光光谱元素数据,分析古气候、古水深、古盐度、古氧化还原这些环境指标的数据特征;
(3)应用SPSS软件(该软件为现有技术中已有的常规软件),分别对古气候、古盐度和氧化还原性的指标进行Z标准化处理(该Z标准化处理是现有技术中已有的常规技术),便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权;
(4)应用SPSS软件,分别对Z标准化处理后的古气候、古盐度和氧化还原性指标进行因子分析(该因子分析方法是现有技术中已有的常规技术),提取古气候因子、古盐度因子和氧化还原因子;
(5)根据所选指标,计算古物源因子(选用粘土矿物含量和石英长石含量)和古水深因子(选用古物源因子/古盐度因子);将计算得到的古盐度因子、古气候因子、氧化还原因子、古物源因子和古水深因子绘制在单井图上,即沉积环境综合量化恢复图,分析环境演化规律。
本发明的湖泊沉积环境综合量化恢复方法,包括沉积环境指标选取,古气候和古盐度等沉积环境因子的提取,沉积环境演化规律分析,其中,沉积环境指标包括古气候、古盐度、氧化还原性、古物源和古水深指标,指标是衡量目标的单位或方法,如古盐度指标,就指恢复古盐度的方法。因子就是综合指标,如古盐度因子就是选取的恢复古盐度三种方法Cl+、Sr/Ba、P2O5三个指标的综合。沉积环境演化是指不同地质历史时期内沉积环境之间具有差异的现象,进而对这些差异性进行规律性分析。
本发明的湖泊沉积环境综合量化恢复方法,综合了几种环境恢复指标来综合量化沉积环境。在恢复湖泊古环境的研究中,主要采用沉积物粒度特征、碳氧同位素、碳酸盐含量、元素和有机质含量等特征指标,每种恢复古环境的方法都有各自的优点和局限性。其中,元素对沉积环境的变化非常敏感,元素的丰度、组合及比值变化都不同程度地记录着沉积环境的演变过程,尤其是元素不受后期成岩作用的影响,在古环境恢复中应用较多,但是都是单个指标使用。本次主要选取元素,根据这些环境指标特征,湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,首先根据环境指标的适用性,优选恢复沉积环境的指标;再对岩心样本实验数据进行分析计算,获得恢复沉积环境的指标;然后通过SPSS软件进行数据的标准化处理,提取沉积环境因子。本元素是组成岩石矿物的基本单元,岩石中元素的类型和丰度是元素本身性质与外部条件尤其是沉积环境等各种因素的综合反映。因此,元素对沉积环境的变化非常敏感,元素的丰度、组合及比值变化都不同程度地记录着沉积环境的演变过程。湖泊沉积中的自生碳酸盐受蒸发作用影响,可以反映水体的盐度和气候的干湿变化;粘土矿物和石英长石是由母岩分解产物搬运到各种沉积环境以后堆积而成的,反映了古物源的数量。元素和沉积岩石矿物组分(碳酸盐、黏土矿物、石英和长石等)数据容易得到,不受样品限制。充分利用元素对沉积环境的敏感性,根据选取的环境指标之间具有的相关性,建立一个包含几种环境指标的关系式,进行湖泊沉积环境分析。沉积环境综合量化恢复方法能够在一定程度上克服单一恢复方法的局限性,且保留了所选取几种恢复方法的相关信息,同时使环境变化的趋势更加明显。整个方法可操作性强,解决了沉积地质研究过程中的实际问题,为后续的地质研究奠定了基础,能够为地区的沉积地质研究提供技术支撑。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:沉积环境变化趋势更加明显,便于生产科研过程中的实际应用,具有实际意义;另外本发明为后续的地质研究提供沉积学的基础,因此也具有重要的科学价值。
本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。
附图说明
图1:本发明的沉积环境综合量化恢复方法的流程图。
图2:本发明的具体应用实例中古盐度的综合恢复图。
图3:本发明的具体应用实例中沉积环境的综合恢复图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而,本发明的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解,在不背离本发明的精神和范围的前提下,可以对本发明进行各种变化和修饰。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等,若无特别说明,均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等,可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法,检测方法等,若无特别说明,均为现有技术中已有的常规实验方法,检测方法等。
实施例1湖泊沉积环境的综合量化恢复方法
步骤如下(流程图如图1所示):
(1)选择古气候、古盐度、氧化还原性、古物源和古水深作为恢复沉积环境的指标;
其中,古气候选用干湿指数、碳酸盐含量和SiO2含量;
古盐度选用Cl+、Sr/Ba、P2O5;
氧化还原性选用Ni/Co、Cu/Zn、Pr/Ph;
古物源选用粘土矿物和石英长石;
古水深用古物源/古盐度;
(2)提取的岩心样本,并获得元素、全岩矿物和X荧光光谱元素数据,分析古气候、古水深、古盐度、古氧化还原这些环境指标的数据特征;
(3)应用SPSS软件,分别对古气候、古盐度和氧化还原性的指标进行Z标准化处理,便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权;
(4)应用SPSS软件,分别对Z标准化处理后的古气候、古盐度和氧化还原性指标进行因子分析,提取古气候因子、古盐度因子和氧化还原因子;
(5)根据所选指标,计算古物源因子(选用粘土矿物含量和石英长石含量)和古水深因子(选用古物源因子/古盐度因子);将计算得到的古盐度因子、古气候因子、氧化还原因子、古物源因子和古水深因子绘制在单井图上,即沉积环境综合量化恢复图,分析环境演化规律。
具体应用实例1:按实施例1的方法恢复古湖泊环境,如图2所示,为济阳坳陷的牛页1井古盐度的综合量化恢复,根据古盐度指标的适应性等分析,选用Cl+、Sr/Ba、P2O5三个指标来恢复古盐度。从恢复结果可以看出,牛页1井古盐度从下至上,明显有逐渐增大的趋势。
在图3沉积环境的综合恢复图中,根据流程,获取古气候因子、古盐度因子和氧化还原因子后,再计算古物源因子和古水深因子,进而分析沉积环境演化规律。
给本领域技术人员提供上述实施例,以完全公开和描述如何实施和使用所主张的实施方案,而不是用于限制本文公开的范围。对于本领域技术人员而言显而易见的修饰将在所附权利要求的范围内。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)选择古气候、古盐度、氧化还原性、古物源和古水深作为恢复沉积环境的指标;
(2)提取目标湖泊所在地的岩心样本,并获得元素、全岩矿物和X荧光光谱元素数据,分析古气候、古水深、古盐度、古氧化还原这些环境指标的数据特征;
(3)应用SPSS软件,分别对古气候、古盐度和氧化还原性的指标进行Z标准化处理;
(4)应用SPSS软件,分别对Z标准化处理后的古气候、古盐度和氧化还原性指标进行因子分析,提取古气候因子、古盐度因子和氧化还原因子;
(5)根据所选指标,计算古物源因子和古水深因子;将计算得到的古盐度因子、古气候因子、氧化还原因子、古物源因子和古水深因子绘制在单井图上,即沉积环境综合量化恢复图。
2.根据权利要求1所述的湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:所述步骤(1)中,古气候选用干湿指数、碳酸盐含量和SiO2含量进行表征。
3.根据权利要求1所述的湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:所述步骤(1)中,古盐度选用Cl+、Sr/Ba、P2O5进行表征。
4.根据权利要求1所述的湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:所述步骤(1)中,氧化还原性选用Ni/Co、Cu/Zn、Pr/Ph进行表征。
5.根据权利要求1所述的湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:所述步骤(1)中,古物源选用粘土矿物和石英长石进行表征。
6.根据权利要求1所述的湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:所述步骤(1)中,古水深用古物源/古盐度进行表征。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的湖泊沉积环境的综合量化恢复方法,其特征在于:步骤如下:
(1)选择古气候、古盐度、氧化还原性、古物源和古水深作为恢复沉积环境的指标;其中,古气候选用干湿指数、碳酸盐含量和SiO2含量;古盐度选用Cl+、Sr/Ba、P2O5;氧化还原性选用Ni/Co、Cu/Zn、Pr/Ph;古物源选用粘土矿物和石英长石;古水深用古物源/古盐度;
(2)提取目标湖泊所在地的岩心样本,并获得元素、全岩矿物和X荧光光谱元素数据,分析古气候、古水深、古盐度、古氧化还原这些环境指标的数据特征;
(3)应用SPSS软件,分别对古气候、古盐度和氧化还原性的指标进行Z标准化处理;
(4)应用SPSS软件,分别对Z标准化处理后的古气候、古盐度和氧化还原性指标进行因子分析,提取古气候因子、古盐度因子和氧化还原因子;
(5)根据所选指标,选用粘土矿物含量和石英长石含量计算古物源因子,选用古物源因子/古盐度因子计算古水深因子;将计算得到的古盐度因子、古气候因子、氧化还原因子、古物源因子和古水深因子绘制在单井图上,即沉积环境综合量化恢复图,分析环境演化规律。
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