CN112730808A - 一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，包括如下步骤：获取待研究的陆相湖盆的层序地层划分表；在层序划分表中的各个准层序中均获取至少一原生碳酸盐岩样品；获取各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量，并根据第一预设标准筛选出不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品；对筛选出的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量进行标准化处理，得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值；根据原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值，按照第二预设标准判断对应的准层序的海侵发生强度。本发明提出的技术方案既可真实有效地反映沉积水体环境，又能使海侵事件在整个湖盆中的及时间和空间上具有可对比性，还能适应非密集化取样条件。

Description

一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法

技术领域

本发明涉及湖泊古环境恢复技术领域，尤其是涉及一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法。

背景技术

对陆地上的存在的大部分湖泊而言，一般很少受到海水的影响。然而，对于古代大型断陷湖盆，尤其是近海断陷湖盆，在特定的构造-沉积演化阶段，还受到海水入侵(海侵)事件的影响。一旦发生海侵事件，即可深刻地改变湖泊的水体状态，如改变湖水的正常湖平面变化、湖泊古生物及古生态等。此外，古湖泊状态还控制了沉积相发育及沉积体空间展布，对油气等矿产资源的勘探与预测具有重要指导意义。湖泊古环境研究是深时地层研究的重要组成部分，海侵事件的发生往往与全球气候波动密切相关，研究海侵事件对探究地质历史时期古湖泊的环境演化，以古观今，对现今的古气候研究也有重要的启发意义。

目前采用的技术方案主要是基于沉积学、古生物化石、海相岩石矿物及地球化学等一种或多种鉴别标志来识别海侵地层。海侵作用不仅会使海水涌入湖盆，还会给正常的湖盆携入新物质，如有孔虫等海源性生物；改变湖水的化学元素组成，如锶钡元素比；形成特殊的海相矿物类型，如海绿石。识别海侵地层的基本原理就是去分析此类鉴别标志与正常湖相地层的差异性，进而判断海侵作用发生的层位并识别陆相湖盆的海侵期次。一般地，沉积物中海源性生物、海相矿物越丰富，海侵相关的地化异常越明显，代表海侵的规模和强度越大。例如济阳坳陷古近纪两次大规模的海侵事件(“济阳坳陷早第三纪的两次海侵及其后的地质演化”，戈亚生，《山东地质》,1985年1卷2期，40-51页)、中国近海盆地第三纪(古近纪和新近纪)五次大规模海侵期(“中国近海早第三纪海侵层序及地层对比”，彭世福等，《海洋地质与第四纪地质》,1992年12卷1期，41-56页)、中国东部古近纪周期性海侵作用(“中国东部早第三纪海侵与湖相白云岩成因之关系——以东营凹陷沙河街组为例”，田景春等，《中国海上油气(地质)》,1998年12卷4期，34-38页)。

然而，前人对湖盆海侵的研究多将地层中的段或亚段视为一个整体。实际上，在每一套大规模的海侵层位内部(如东营凹陷沙四上亚段)，还存在若干期规模不等的海侵事件，现有的技术方案主要是从连续取心的单井出发，以碎屑岩为主要研究对象，通过密集化采样，分析矿物组成及Sr/Ba、MgO/Al₂O₃等方面的异常，与沉积物的背景值比较，进而讨论海侵作用的发生期次及强度(“山东省东营凹陷沙四上亚段咸化机制特征”，吴靖等，《地球学报》,2014年35卷6期，733-740页)。尽管如此，现实中大部分钻井无法满足该要求，密集化取样在实际研究中并不现实，零散的岩心观察及较低的取样密度亦无法满足连续分析的要求。

此外，对异地搬运而来的碎屑岩，其分布受控于不同的沉积体系，在横向上(空间上)展布相对局限，利用碎屑岩地化异常在推断海侵期次时常具有讨论性质，实际上不能作为海侵的直接证据。而由湖水中直接化学沉淀的原生碳酸盐岩等沉积物的地球化学异常，可以直接反映水体的化学性质发生的变化，可以建立与海侵之间的直接联系。

通过上述分析可知，现有的技术方案使用碎屑岩为研究对象，实际上并不能真实有效地反映当时的沉积水体环境，而且由Sr/Ba、MgO/Al₂O₃等地化指标异常划分的海侵期次在全盆地范围内的可对比性不强，缺少可靠的等时地层对比框架约束。因此，要确立全盆地范围内多期次的海侵作用，不仅需要考虑研究对象本身的可靠性，还必须考虑海侵事件在整个湖盆中的及时间和空间上的可对比性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，该方法既可真实有效地反映沉积水体环境，又能使海侵事件在整个湖盆中的及时间和空间上具有可对比性，还能适应非密集化取样条件。

一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，包括如下步骤：

获取待研究的陆相湖盆的层序地层划分表；

在所述层序划分表中的各个准层序中均获取至少一原生碳酸盐岩样品；

获取各个所述原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量，并根据第一预设标准筛选出不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品；

对筛选出的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量进行标准化处理，得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值；

根据各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值，按照第二预设标准判断对应的准层序的海侵发生强度。

进一步地，所述获取待研究的陆相湖盆的层序地层划分表的步骤中，所述层序地层划分表是通过获取待研究的陆相湖盆的单井及连井剖面并进行对比获取得到的。

进一步地，所述获取各个所述原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量，并根据第一预设标准筛选出不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的步骤具体包括如下步骤：将获取得到的各个所述原生碳酸盐岩样品通过浓度为5％的醋酸溶液进行消解；对消解后的原生碳酸盐岩样品进行稀土元素测试，以得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量。

进一步地，所述第一预设标准为：不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的Zr含量不大于4ppm。

进一步地，所述对筛选出的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量进行标准化处理，得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值的步骤具体包括如下步骤：获取筛选得到的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值；根据得到的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值获取得到原生碳酸盐岩样品中Pr_N/Yb_N、Y/Ho、La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的值，其中，PAAS为后太古宙页岩，Pr_N为标准化的Pr元素，Yb_N为标准化的Yb元素，Y为钇元素，Ho为钬元素，La/La*为La异常值，Ce/Ce*为Ce异常值，Gd/Gd*为Gd异常值；根据得到的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值绘制稀土元素REE+Y配分曲线蛛网图并筛选出所述稀土元素REE+Y配分曲线蛛网图中具有左倾形态的曲线；获取筛选出具有左倾形态的曲线对应的Pr_N/Yb_N、Y/Ho、La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的值。

进一步地，La/La*＝La_N/(3Pr_N-2Nd_N)，Ce/Ce*＝Ce_N/(2Pr_N-1Nd_N)，Gd/Gd*＝Gd_N/(2Tb_N-1Dy_N)，其中，La/La*为La异常值，La_N为标准化的La元素，Pr_N为标准化的Pr元素，Nd_N为标准化的Nd元素，Ce/Ce*为Ce异常值，Ce_N为标准化的Ce元素，Gd/Gd*为Gd异常值，Gd_N为标准化的Gd元素，Tb_N为标准化的Tb元素，Dy_N为标准化的Dy元素。

进一步地，所述第二预设标准为：若全部满足第一条件、第二条件、第三条件、第四条件及第五条件，则为强海侵；若满足第一条件和第二条件，且满足第三条件、第四条件和第五条件中的两个条件则为弱海侵；其中，所述第一条件为Pr_N/Yb_N<1，所述第二条件为Y/Ho>28.67，所述第三条件为La/La*>1，所述第四条件为Ce/Ce*<1，所述第五条件为Gd/Gd*>1。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果如下：

(1)本发明利用层序地层建立的等时地层格架，使海侵期次的识别和判断更有目的性，且在整个湖盆范围内更具可对比性；

(2)本发明利用等时地层格架来指导采样，不需要进行密集采样，从而适用于非密集化取样条件；

(3)相对于传统的通过碎屑岩样品研究陆相湖盆海侵过程，本发明采用原生碳酸盐岩进行研究，能更直接反映湖泊水体环境的变化，使分析结果更加准确，可更加准确识别出海侵作用及其强度，可高效、准确识别待研究的地层段中不同的海侵期次。

附图说明

图1是本发明提供的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法的一实施例的流程示意图；

图2是东营凹陷全盆地范围内可对比的高精度层序地层划分方案；

图3是东营凹陷滨182井的层序地层分析与湖平面变化示意图

图4是待研究湖盆的可在整个湖盆对比的高精度层序地层格架示意图；

图5是稀土元素配分曲线蛛网图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1，本发明提供了一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，包括如下步骤：

S1、获取待研究的陆相湖盆的层序地层划分表。

具体地，所述层序地层划分表是通过获取待研究的陆相湖盆的单井及连井剖面并进行对比获取得到的。层序地层划分方法属于现有技术，本发明对此不再赘述。

本实施例中，图2示出了东营凹陷全盆地范围内可对比的高精度层序地层划分方案，其中，沙四上亚段为一个三级层序(为一个完整的三级湖平面升降旋回)，可分为低位体系域、湖侵体系域和高位体系域三个部分，碳酸盐岩主要发育于高位体系域。每个体系域又可以进一步细分为若干个准层序组(四级层序)，每个准层序组再细分为若干准层序(五级层序)。每个准层序各对应一个五级湖平面升降。

图3示出了滨182井的层序地层分析与湖平面变化；图4示出了待研究湖盆的可在整个湖盆对比的高精度层序地层格架，与湖盆内统一湖平面变化一致，高精度层序地层在整个湖盆内可对比，从左至右由盆缘逐渐向湖盆中心过渡。

S2、在所述层序划分表中的各个准层序中均获取至少一原生碳酸盐岩样品，尽量保证层序格架中内每一个准层序均具备可分析的样品。

S3、获取各个所述原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量，并根据第一预设标准筛选出不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品，其中，所述第一预设标准为：不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的Zr含量不大于4ppm，若Zr含量大于4ppm则表明陆源输入强，而样品中混入一定量陆源污染会改变稀土元素配分模式，导致结果不可信。

所述步骤S3具体包括如下步骤：

S31、将获取得到的各个所述原生碳酸盐岩样品通过浓度为5％的醋酸溶液进行消解，而非采用传统方法的硝酸溶液消解法。

S32、对消解后的原生碳酸盐岩样品进行稀土元素测试，以得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量。

S4、对筛选出的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量进行标准化处理，得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值。

所述步骤S4具体包括如下步骤：

S41、获取筛选得到的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值；

S42、根据得到的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值获取得到原生碳酸盐岩样品中Pr_N/Yb_N、Y/Ho、La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的值(请参照表1)，其中，PAAS为后太古宙页岩，Pr_N为标准化的Pr元素，Yb_N为标准化的Yb元素，Y为钇元素，Ho为钬元素，La/La*为La异常值，Ce/Ce*为Ce异常值，Gd/Gd*为Gd异常值；

La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的计算公式如下：

La/La*＝La_N/(3Pr_N-2Nd_N)，

Ce/Ce*＝Ce_N/(2Pr_N-1Nd_N)，

Gd/Gd*＝Gd_N/(2Tb_N-1Dy_N)，

其中，La/La*为La异常值，La_N为标准化的La元素，Pr_N为标准化的Pr元素，Nd_N为标准化的Nd元素，Ce/Ce*为Ce异常值，Ce_N为标准化的Ce元素，Gd/Gd*为Gd异常值，Gd_N为标准化的Gd元素，Tb_N为标准化的Tb元素，DyN为标准化的Dy元素。

表1稀土元素异常值统计表

注：Zr含量反映沉积物受黏土混染程度，一般其含量小于PAAS的2％(即4ppm)，可认为样品几乎不受混染；Pr_N/Yb_N值可反映轻重稀土元素的富集与亏损程度，Pr_N/Yb_N<1代表轻稀土元素亏损；Y/Ho表示Y异常情况，淡水湖泊碳酸盐岩Y/Ho＝28.67，海水中的Y/Ho值高于河流或河口，大于该值即代表存在Y异常；La/La*与Ce/Ce*与水体氧化还原状态有关，正常氧化环境浅海，存在La/La*正异常与Ce/Ce*负异常；正常海水中一般表现出弱的Gd正异常。

S43、根据得到的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值绘制稀土元素REE+Y配分曲线蛛网图并筛选出所述稀土元素REE+Y配分曲线蛛网图中具有左倾形态的曲线(表明轻稀土元素LREE亏损，请参照图5)；

S44、获取筛选出具有左倾形态的曲线对应的Pr_N/Yb_N、Y/Ho、La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的值。

S5、根据各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值，按照第二预设标准判断对应的准层序的海侵发生强度，其中，所述第二预设标准为：

(1)若全部满足第一条件、第二条件、第三条件、第四条件及第五条件，则为强海侵；

(2)若满足第一条件和第二条件，且满足第三条件、第四条件和第五条件中的两个条件则为弱海侵；

(3)若为其他情况，则特征不明，不做评价。

其中，所述第一条件为Pr_N/Yb_N<1，所述第二条件为Y/Ho>28.67，所述第三条件为La/La*>1，所述第四条件为Ce/Ce*<1，所述第五条件为Gd/Gd*>1。

本实施例中，将每一个原生碳酸盐岩样品的评价结果标记于其所在的高精度层序地层格架中(请参见表2)，判断每一个期次是否出现海侵及海侵作用强弱，进而得出整个地层段中海侵作用的期次及强弱变化。

表2高精度层序地层格架内异常样品分布及海侵程度评价结果统计表

注：深灰色表示海侵强度大，浅灰色表示海侵强度小，无标记表示特征不明不做评价。

综上所述，本发明提出的技术方案的有益效果如下：

(1)本发明利用层序地层建立的等时地层格架，使海侵期次的识别和判断更有目的性，且在整个湖盆范围内更具可对比性；

(2)本发明利用等时地层格架来指导采样，不需要进行密集采样，从而适用于非密集化取样条件；

(3)相对于传统的通过碎屑岩样品研究陆相湖盆海侵过程，本发明采用原生碳酸盐岩进行研究，能更直接反映湖泊水体环境的变化，使分析结果更加准确，可更加准确识别出海侵作用及其强度，可高效、准确识别待研究的地层段中不同的海侵期次。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取待研究的陆相湖盆的层序地层划分表；

在所述层序划分表中的各个准层序中均获取至少一原生碳酸盐岩样品；

获取各个所述原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量，并根据第一预设标准筛选出不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品；

对筛选出的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量进行标准化处理，得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值；

根据各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值，按照第二预设标准判断对应的准层序的海侵发生强度。

2.根据权利要求1所述的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，所述获取待研究的陆相湖盆的层序地层划分表的步骤中，所述层序地层划分表是通过获取待研究的陆相湖盆的单井及连井剖面并进行对比获取得到的。

3.根据权利要求1所述的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，所述获取各个所述原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量，并根据第一预设标准筛选出不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的步骤具体包括如下步骤：

将获取得到的各个所述原生碳酸盐岩样品通过浓度为5％的醋酸溶液进行消解；

对消解后的原生碳酸盐岩样品进行稀土元素测试，以得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量。

4.根据权利要求1所述的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，所述第一预设标准为：不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的Zr含量不大于4ppm。

5.根据权利要求1所述的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，所述对筛选出的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量进行标准化处理，得到各个原生碳酸盐岩样品的稀土元素标准化值的步骤具体包括如下步骤：

获取筛选得到的不受陆源碎屑污染的原生碳酸盐岩样品的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值；

根据得到的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值获取得到原生碳酸盐岩样品中Pr_N/Yb_N、Y/Ho、La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的值，其中，PAAS为后太古宙页岩，Pr_N为标准化的Pr元素，Yb_N为标准化的Yb元素，Y为钇元素，Ho为钬元素，La/La*为La异常值，Ce/Ce*为Ce异常值，Gd/Gd*为Gd异常值；

根据得到的稀土元素含量与PAAS中元素标准值的比值绘制稀土元素REE+Y配分曲线蛛网图并筛选出所述稀土元素REE+Y配分曲线蛛网图中具有左倾形态的曲线；

获取筛选出具有左倾形态的曲线对应的Pr_N/Yb_N、Y/Ho、La/La*、Ce/Ce*及Gd/Gd*的值。

6.根据权利要求5所述的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，La/La*＝La_N/(3Pr_N-2Nd_N)，Ce/Ce*＝Ce_N/(2Pr_N-1Nd_N)，Gd/Gd*＝Gd_N/(2Tb_N-1Dy_N)，其中，La/La*为La异常值，La_N为标准化的La元素，Pr_N为标准化的Pr元素，Nd_N为标准化的Nd元素，Ce/Ce*为Ce异常值，Ce_N为标准化的Ce元素，Gd/Gd*为Gd异常值，Gd_N为标准化的Gd元素，Tb_N为标准化的Tb元素，Dy_N为标准化的Dy元素。

7.根据权利要求5所述的非密集取样条件下陆相湖盆海侵作用期次的确定方法，其特征在于，所述第二预设标准为：

若全部满足第一条件、第二条件、第三条件、第四条件及第五条件，则为强海侵；

若满足第一条件和第二条件，且满足第三条件、第四条件和第五条件中的两个条件则为弱海侵；

其中，所述第一条件为Pr_N/Yb_N<1，所述第二条件为Y/Ho>28.67，所述第三条件为La/La*>1，所述第四条件为Ce/Ce*<1，所述第五条件为Gd/Gd*>1。

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