测井曲线分析宝秀盆地晚新生代古气候与沉积环境

谢小国，陈光胜，杜　蛟，刘　洋，叶　恒，罗　兵，何卫峰

基础地质

测井曲线分析宝秀盆地晚新生代古气候与沉积环境

谢小国，陈光胜，杜蛟，刘洋，叶恒，罗兵，何卫峰

（四川省煤田地质局，成都 610072）

宝秀盆地晚新生代赋存了大量泥炭和褐煤，为了分析宝秀盆地泥炭和褐煤形成的古气候与沉积环境，利用自然伽马测井曲线的波形特征，并结合孢粉、岩性等地质资料，分析可知，泥炭主要形成于晚更新世和全新世，褐煤主要发育于新近纪，盆地晚新生代古气候经历了温热—温暖—温凉的凉暖气候交替的过程，沉积环境为湖泊和沼泽沉积。结果表明，自然伽马曲线频率与振幅的变化反映沉积环境稳定或动荡，自然伽马曲线值的高低对应了气候的温湿或干冷，因而可以利用自然伽马测井曲线分析古气候及沉积环境。

自然伽马；泥炭；古气候；沉积环境；宝秀盆地

宝秀盆地位于云南省石屏县北西，面积约17km2，盆地中段有赤瑞湖，属南亚热带季节性气候，气候垂直分带明显，植被面貌也有立体分带特点。盆地中堆积了新生代的新近纪（上、中新统）和第四纪（更新统、全新统）沉积物。上部有泥炭堆积，下部有褐煤赋存。

恢复古气候方法比较多，主要包括孢粉植被法[1-4]、元素比值法[5]、有机碳同位素法[6]，沉积岩性法[7]和地磁磁化率法[8]等。为了确定宝秀盆地晚新生代泥炭及褐煤的古气候及沉积环境，沈权从晚新生代的泥炭、褐煤地层入手，详细地分析了泥炭、褐煤的特征[9]。侯蜀光等结合钻井剖面孢粉组合分析了泥炭、褐煤形成的古气候特征[10]。本文借鉴刘泽纯、陈晔等成功利用自然伽马测井曲线反演柴达木盆地古气候及沉积环境的方法[11-12]，结合地质剖面岩性和孢粉组合，分析宝秀盆地泥炭、褐煤形成的古气候及沉积环境。

图1　宝X井自然伽马测井曲线与古气候和沉积环境综合分析图

1　分析古气候和沉积环境的依据

自然伽马测井（GR）是在井中测量岩石的各放射性元素释放出来的伽马射线总强度。自然伽马测井曲线是泥质含量的指示曲线，能够反应沉积地层的变化情况。地层中泥质含量的升高，自然伽马值升高，代表沉积水动能变化小，表现为水进的沉积环境，反映在古气候上，表示气候温和湿润。反之砂质含量增高，自然伽马值降低，表示水体变浅，气候干旱。而沉积物中砂泥交互频繁是沉积环境不稳定的表现。因此，自然伽马曲线值变化的频率和振幅间接地反映了古气候和古环境的变化状况[13]。

通过孢粉资料分析古气候的方法包括聚类分析、多元统计、主成分分析等方法，建立孢粉—古植被—古气候序列，进而分析该地区环境变化的动态过程。不同植物孢粉的百分含量不同，可以指示古气候的变化情况。喜温湿植物的大量发育，预示着气候的温暖湿润；针叶植物的发育，反映气候温凉。

因此综合分析自然伽马值和孢粉含量的大小，可以推测当地古气候环境及古沉积条件，反演古地理信息。

2　古气候与沉积环境分析

2.1沉积地层

宝X井位于盆地沉降中心，沉积厚度大，新近系和第四系地层沉积完整，泥炭和褐煤特征明显，地球物理测井曲线完整，地质资料齐全，因而选用该井作为分析宝秀盆地古气候与沉积环境的代表（图1）。

根据钻孔揭露地层，结合岩性岩相的变化规律，将宝X井地层从上而下划分为：第四系全新统赤瑞湖组（Q4c），上更新统田坝心组（Q3t），中更新统大样营组（Q2d），下更新统小陈营组（Q1x）和新近系上-中新统茨营组（Nc），昆阳群美党组（Pt1m）。其中赤瑞湖组厚44m，主要为灰、褐灰色粘土，细砂，含多层可采泥炭。田坝心组厚42m，主要是灰白、灰绿色粘土，夹少量砂层，含泥炭。大样营组厚42m，主要为灰色粘土、粉砂。小陈营组厚64m，岩性主要为褐灰色粘土、粉砂，含软褐煤层。茨营组厚126m，主要岩性为黑灰色粘土、炭质粘土，含厚层褐煤。美党营组未揭穿，主要岩性为灰绿色板岩，夹少量粉砂岩。由于构造运动，新近系不整合于昆阳群地层之上，第四系与新近系呈微角度不整合。

2.2古气候与沉积环境分析

通过系统分析鉴定，将宝X井泥炭、褐煤地质剖面从上而下划分为五个孢粉组合带，并结合自然伽马曲线的频率和振幅特点，分析其晚新生代的古气候和沉积环境特征（图1，表1）。

1）0~37m为第一孢粉组合带，孢粉组合以反映温暖环境的针叶—阔叶交互的植被为主，主要以松属（Pinus L）和桤木属（Alnus Mill）以及蕨类植物组成。草本植物孢粉占6%~8%；蕨类植物以水龙骨科（Polypodiaceae）为主，占孢粉总量的50%；针叶植物以松（Pinaceae）为主，占孢粉总量的30%。该井段自然伽马值总体表现为高值，表明气候温暖，顶部小段砂质含量增加，表明水位浅。由于该段地层过度湿润或处于水分饱和状态，致使死亡植物处于还原环境不能完全被分解，堆积于地表，最终形成丰富的泥炭。因而该段为温暖湿润的沼泽环境。

2）37~139m为第二孢粉组合带，该带针叶植物迅速增长，松属（Pinus L）达68%以上，桤木属（Alnus Mill）较少，占15%左右，表明气候较凉。栎属（Quercus L）少，占7%，蕨类植物变化较大，半湿性低矮草本植物从下往上有所增加，显示气候有一定的干湿性变化。该段岩性粗细混杂，下部自然伽马值高，曲线变化频率和幅度较小，表明水体较深，但地层岩性含有机质少，为半深湖或滨湖环境。向上自然伽马值变低，有泥炭堆积，曲线振荡，水位浅，为滨浅湖沉积环境。因而该段气候从下而上为半深湖向滨浅湖变化。

3）139~204m为第三孢粉组合带，该带反映早更新世古植物变化，有机堆积物最少，说明这一时期植被稀少。孢粉组合以反应温带和亚热带的阔叶植物（桤木属（Alnus Mill）和栎属（Quercus L））和蕨类植物（水龙骨科（Polypodiaceae））为主，下多上少，未见松（Pinaceae）、杉（Taxodiaceae）植被，草本植物零星出现。自然伽马曲线整体变化频率小，地层为连续沉积，岩性较细，水位较深，沉积环境稳定，曲线值下部大，向上自然伽马值略有降低，底部有软褐煤沉积。因而该段气候炎热湿润，为半深湖沉积环境。

4）第四、五孢粉带内，发育厚层暗褐煤，从下而上阔叶植物减少，上部有反映温凉气候针叶植物出现。204~282m为第四孢粉组合带，该带以栎属（Quercus L）为主，占40%，桤木属（Alnus Mill）占16%，桦木科（Betulaceae）占8%，冷杉属（Abies Mill）零星出现，草本植物占17%，蕨类植物有增有减，以水龙骨科（Polypodiaceae）为主。282~330m为第五孢粉组合带，以木本植物为主，气候炎热，其中阔叶植物桤木属（Alnus Mill）占60%，栎属（Quercus L）占14%。桦木科（Betulaceae）、铁杉属（Tsuga Carr）和松属（Pinus L）零星出现，蕨类植物以水龙骨科（Polypodiaceae）为主，自下而上含量明显增加。上第四系中自然伽马值整体较高，沉积环境相对稳定，但下部曲线振幅有一定变化，曲线值高，上部曲线较稳定，曲线值相对较低。由于204~330m井段植物发育茂盛，持续时间长，沉积厚度大，这一时期构造运动相对稳定，最有利于泥炭堆积，随着时间和埋藏深度的增加，疏松多孔的泥炭受到物理化学作用变成了较为致密的暗褐煤。因而该段的古气候自下而上由热渐凉，沉积环境为深湖沉积。

表1　宝X井自然伽马曲线波形特征与沉积环境的关系

3　结论

1）由自然伽马测井曲线与孢粉组合比较分析可知，泥炭主要赋存在晚更新世和全新世的第一、二孢粉段，褐煤主要发育在新近系的第四、五孢粉段。泥炭和褐煤的形成经历了温热—温暖—温凉的冷暖交替的古气候过程。沉积环境自下而上依此为深湖、半深湖、滨浅湖和沼泽环境。

2）自然伽马曲线值升高，代表气候温和湿润，导致水位加深，自然伽马曲线值降低，代表气候变干，导致水位变浅。自然伽马曲线波形特征与沉积环境间有一定相关性，一般情况，波频波幅较小代表较深水沉积环境，波频波幅较大代表较动荡的浅水环境。

3）为了更客观地利用自然伽马测井曲线反演古气候和分析沉积环境，须结合岩性、沉积构造及孢粉等地质记录数据进行综合分析，以达到最优解释。

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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

谢小国（1992—），男，汉族，四川成都人，助理工程师，本科，研究方向为地球物理测井