陆相沉积古气候恢复研究进展

庞军刚 （西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安710065）

云正文 （中石油长庆油田分公司油藏评价处，陕西 西安710021）

古地理分析中，古气候分析也是很重要的方面，因为气候条件影响到各种地质作用、沉积物和沉积矿产的形成。发现及评价铁、锰、铝土矿、煤、油气等均和古气候关系密切。古气候研究主要包括古温度、湿度、古风力及古风向。古水体温度影响水体中古生物种类及沉积介质特征。古风力及古风向影响沉积水动力条件。目前，判断古气候主要根据矿物岩石学、古生物、地球化学、古地磁、地球物理等方法。

1 研究方法

1）矿物岩石学方法 特殊岩石类型，如冰碛岩是寒冷气候的标志，蒸发岩是干旱气候的标志，煤系层是温暖潮湿气候的标志，海相的碳酸盐岩是温暖炎热气候的标志。风化作用的产物是古气候的指示物之一。潮湿炎热的气候条件形成红土堆积、铝土矿，潮湿气候条件下往往沉淀铁和锰。在古气候分析中，常采用综合的岩性标志划分气候类型 （见表1）。

沉积构造也可指示古气候。如气候的变化可形成韵律的水平层理。季节纹层可作为周期性气候变化的良好标志，冬季表现为灰色，夏季表现为褐色或红色。石盐假晶、干裂等构造指示干燥气候；风棱石、沙漠漆、霜面等是沙漠干燥气候的标志。

表1 岩性标志与古气候类型

2）古生物方法 古生物对气候的反映表现在生物的分带性、群种的多样性、生物个体的大小、壳的厚薄及外部形态，可以根据硅化木、树木年轮判断古气候。

植物受气候的影响显著，阳光、热量和水对植物的生存有着重要的生态意义。植物对气候的依赖关系在古气候中也显示出来了，所以利用古植物群的类型及植物的生态特征，可作为古气候的极好标志。

目前，利用孢粉百分含量可定量恢复古气候。剖面中旱生植物和喜湿植物各类孢粉百分含量的变化，可较好的反映古气候演化的规律。平面上由盆地边缘至内部，喜干植物的孢粉减少，水生喜湿的孢粉增加，围绕盆地呈环状分布。如在蒙、甘、青地区侏罗纪孢粉组合序列及古气候研究中，综合利用孢粉植物群、孢粉亲缘植物古生态、沉积组合特征等，建立了该区侏罗纪7个孢粉组合，探讨了侏罗纪古气候格局及演化规律，指出早中侏罗世古气候总体温暖湿润，晚期发生一次干热化事件，中侏罗世晚期气候较炎热干旱，到晚侏罗世干热化程度进一步加剧，全区处于炎热干旱气候环境［1］。孢粉组合分析鄂尔多斯盆地长7沉积期古气候属较温暖潮湿气候［2］。

第四纪气候变化常采用“草原指数”（SI）这一概念：

草本主要是寒带草原植物，冰期沉积时含量可达90%～100%，间冰期则含量很少，以温带木本植物孢粉为主。并根据SI曲线恢复出了第四纪的气候变化、冰期和间冰期的次数。

孢粉分析是迄今较为有效的古气候与古环境恢复方法之一。据吉利明等［3］对陇东地区长7段－长8段植物群特征与孢粉化石研究认为，盆地长7段－长8段沉积期为持续温暖潮湿的适宜期，与湖泊发展的长7期最大湖泛和长8期大规模湖进相一致。

3）同位素地球化学方法 主要利用C、O、H同位素含量变化判断古温度。其中，利用碳酸盐中O同位素测定绝对古温度应用比较广泛。此外，还可根据氨基酸外消旋法、惰性气体溶解度法来判断古温度。淡水中δ18O／δ16O值低于海水，而且气温越低该比值越低。温带地区淡水中δ18O／δ16O值较海水平均值的低7%，高纬度区或高海拔区淡水中比值低30%，多用有孔虫的氧同位素组成研究受冰川控制的海水同位素成分变化和海水温度的变化。如可利用湖相叠层石纹层的碳氧同位素特征及其生长节律推断古气候、古环境的特征及变化［4］。

4）古地磁方法 古地磁方法适合大尺度的气候研究，原理是通过古地磁确定古纬度，根据古纬度查明古气候。根据古地磁计算出的古纬度对于解决古气候分带具有重要的意义。古地磁方法是根据某些含磁性矿物，如磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿等火山岩及沉积岩的剩余磁化强度计算古纬度位置的方法。假定地球的磁场既是偶极的，又是轴向的，那么某个时期的古地磁极也就是该时期的平均古地理极。因为地球接受的几乎全部能量是来自太阳，所以确定古气候的因素最重要的因素就是古纬度了。但也应注意地史时期中板块运动及磁极本身的迁移导致的频繁反磁现象。吴汉宁等［5］的古地磁分析数据表明，晚三叠世时，鄂尔多斯古湖盆古纬度为北纬31.03°，比现在所处的纬度35.10°偏南4°多，相当于现在的长江沿线一带的位置，温度与湿度相对较高，推测晚三叠世时鄂尔多斯湖盆气候温暖潮湿，生物繁盛，能够形成有机质丰富的烃源岩。

5）地球物理方法 应用自然伽马（GR）测井曲线反演古气候和古环境的方法在国际上逐渐得到重视并取得了进展，柴达木盆地第四纪应用其反演2.85Ma BP（Before Present）来的古气候变化也取得了成功。DSDP（深海钻探）、ODP（大洋钻探）对测井地质有了极大的推动，尤其是根据测井曲线研究古环境、古气候方面取得了进展。国外一些学者在不同剖面的GR曲线相同时段特征的可比性研究［6］和GR曲线在5.4Ma以来与δ18O和CaCO3的古气候波动变化一致性方面［7］已取得了可喜成果。但这些研究均出自上新世以来的海相地层，在中生界陆相地层中应用GR曲线反演古气候至今仍是一崭新的课题。柴达木盆地中新生界陆相沉积发育，对第四系GR曲线反演古气候变化取得的成功［8－9］说明GR曲线是较好的古气候研究代用指标。

杨平等［10］利用GR曲线，以柴达木盆地侏罗系冷科1井和鱼33井自然伽马曲线并结合孢粉等地质资料进行了古气候与沉积环境分析，证明GR曲线是有价值的古气候研究参数。GR值的大小及古气候的干湿变化和沉积水体的深浅变化均有内在联系，GR曲线振幅与频率的变化快慢反映出沉积环境动荡与稳定的相对特征，据此对2口井的沉积环境演变作了具体分析。结合古气候与沉积环境综合分析，GR曲线的异常波动还具有特殊的指相意义。GR值增大－古气候加湿－沉积水体加深的同步表现特征是一般性规律，构造－古地理背景的变动可改变这一对应关系，因而提供了研究古地理演变的信息，进一步丰富了GR曲线研究的地质涵义。

2 存在问题及发展趋势

（1）定性研究较多，定量研究较少。定量研究方法单一，缺少多种方法研究相互印证。现有古生物孢粉含量法多用于第四纪气候研究，而氧同位素法也多用于恢复150Ma以来的古气候。

（2）古气候影响湖相泥页岩纹层的形成，对于高级次沉积旋回具有指示意义。未来要完善古气候与米兰科维奇旋回关系的研究。

（3）认识生物地球化学过程，加强碳循环研究，将不同纬度对地球轨道驱动全球气候的影响区分开来，才可能更准确预测未来气候演变方向。

（4）完善全球古气候模拟，加强气候演化驱动力研究，认识和评价CO2等大气成分对气候变化的影响，为全球气候变化研究提供科学依据。

［1］阎存凤，袁剑英，赵应成，等 .蒙、甘、青地区侏罗纪孢粉组合序列及古气候 ［J］.天然气地球科学，2006，17（5）：634－639.

［2］张才利，高阿龙，刘哲，等 .鄂尔多斯盆地长7油层组沉积水体及古气候特征研究 ［J］.天然气地球科学，2011，22（4）：582－587.

［3］吉利明，吴涛，李林涛 .陇东三叠系延长组主要油源岩发育时期的古气候特征 ［J］.沉积学报，2006，24（3）：723－734.

［4］伊海生，时志强，惠博，等 .湖相叠层石纹层的碳氧同位素特征及其生长节律的古环境意义 ［J］.地学前缘 （中国地质大学 （北京）；北京大学），2009，16（6）：168－176.

［5］吴汉宁，常承法，刘椿，等 .华北和华南块体古生代至中生代古地磁极移曲线与古纬度的分布变化 ［J］.西北大学学报，1991，21 （3）：99.

［6］Johan H V，Postma G.Astronomically forced variations in gamma－ray intensity：Late Miocene hemipelagic successions in the eastern Mediterranean basin as a test case ［J］ .Geology，1996，24 （1）：15－18.

［7］Herbert T D.Long climatic time series from sediment physical property measurements ［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1991，61（7）：1089－1108.

［8］刘泽纯，陈晔，袁林旺，等 .应用自然伽马测井反演2.85Ma B.P.来古气候变化 ［J］.中国科学：D辑，2000，30（6）：609－618.

［9］陈晔，袁林旺，周春林，等 .柴达木盆地第四纪古气候变化在物理测井自然伽马曲线上的记录 ［J］.古地理学报，2001，3（2）：29－37.

［10］杨平，陈晔，刘泽纯 .柴达木盆地自然伽马曲线在古气候及沉积环境研究中的应用 ［J］.古地理学报，2003，5（1）：13－17.