張若琳，金思丁

(1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都，610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都，610059)

在地學(xué)研究領(lǐng)域拓寬的過程中，很多地質(zhì)現(xiàn)象和過程無法僅從地球系統(tǒng)本身得到有效解釋的答案，這促使了旋回地層學(xué)即米蘭科維奇理論[1]的誕生：由地球軌道驅(qū)動力造成沉積地層的旋回性[2-7]。細(xì)粒沉積巖同時具有相對不間斷、分辨率高、古環(huán)境信息豐富且持續(xù)時間長的特征，是保存天文信號的理想載體，也是開展旋回地層研究的合適對象。JIN等[8-12]在細(xì)粒沉積巖中發(fā)現(xiàn)了米蘭科維奇旋回。曾有學(xué)者認(rèn)為湖泊沉積環(huán)境相對更易受構(gòu)造作用、陸源輸入的影響，不利于天文信號的保存，國際上細(xì)粒沉積巖的旋回地層研究多集中于海相沉積中[13-15]。自20世紀(jì)90年代以來，在多處湖相沉積中發(fā)現(xiàn)了典型的米蘭科維奇旋回[16-18]。隨非常規(guī)陸相細(xì)粒沉積巖油氣勘探的開展，WU等[19]在松遼盆地晚白堊地層、鄂爾多斯盆地晚三疊延長組地層[20]、渤海灣盆地古近系地層[21-23]等湖相細(xì)粒沉積物中發(fā)現(xiàn)了米氏旋回。由于天文軌道周期從根本上控制著氣候變化，氣候變化不僅影響著湖泊的機(jī)械沉積作用，而且影響著營養(yǎng)物質(zhì)供給、古生產(chǎn)力條件、氧化還原條件等[24-25]，利用旋回地層學(xué)理論不僅可以嘗試以軌道周期控制沉積作用的角度進(jìn)行解釋，從成因上解決地層劃分問題，亦能從天文角度還原湖泊沉積的古氣候、古環(huán)境變化特征，有機(jī)質(zhì)富集因素，對湖相細(xì)粒沉積巖的勘探開發(fā)具有重要科學(xué)意義。本次研究擬對渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷沾化凹陷羅69井的自然伽馬測井序列進(jìn)行旋回地層學(xué)研究，運(yùn)用普通頻譜(MTM)、滑動窗口頻譜(LAH)和相關(guān)系數(shù)法(“COCO”)分析技術(shù)，匹配最優(yōu)沉積速率，排除誤差信號，提取沙三下亞段(Es3l)細(xì)粒沉積巖中的米蘭科維奇旋回信息，通過濾波與調(diào)諧，建立天文年代標(biāo)尺，計算不同時期的沉積速率，并將長偏心率周期(0.405 Ma)的濾波曲線作為沙三下亞段內(nèi)部四級層序劃分的參考曲線，定量劃分細(xì)粒沉積巖高頻層序地層。最后以GR曲線為主，并結(jié)合不同的能反映沉積環(huán)境、古氣候的地球化學(xué)替代指標(biāo)，驗證天文驅(qū)動對有機(jī)質(zhì)富集控制作用的模型。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

濟(jì)陽坳陷位于渤海灣盆地東南部，是渤海灣盆地的1個次級構(gòu)造單元，也是渤海灣盆地油氣最豐富的地區(qū)之一[26]。濟(jì)陽坳陷總面積約為2.65×104km2，內(nèi)部發(fā)育東營、沾化、惠民、車鎮(zhèn)4個凹陷及若干凸起，展現(xiàn)出“多凸多凹、凹凸相間”的構(gòu)造格局(圖1(a))[27-28]。始新世沙三段是1段厚度為120～700 m 的深湖相沉積，湖盆中心厚度可達(dá)1 000 m 以上，主要巖性為富有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒沉積巖，含砂巖、灰?guī)r夾層，是古近紀(jì)的主要生油巖層段[29]。沙三段從下到上可劃分為3段，分別為沙三下亞段(Es3l)、沙三中亞段(Es3m)、沙三上亞段(Es3u)(圖1(b))。

圖1 渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷構(gòu)造簡圖及地層垂向充填序列[23-24,30]Fig.1 Structural sketch and stratigraphic filling histogram of Jiyang Depression,Bohai Bay Basin[23-24,30]

沾化凹陷位于濟(jì)陽坳陷東北部，屬于濟(jì)陽坳陷的1個次級構(gòu)造單元，其南部為陳家莊凸起，北部為義和莊凸起，是典型的“北斷南超”的箕狀盆地，面積約為2 800 km2[30]。從始新世早期開始，沾化凹陷進(jìn)入斷拗階段，湖盆持續(xù)下沉，接受沙河街組沉積，其中沙三下亞段(Es3l)沉積時期處于沾化凹陷的深斷陷期，盆地進(jìn)入非補(bǔ)償階段，氣候潮濕，處于穩(wěn)定而持久的深湖，半深湖的沉積環(huán)境，發(fā)育了厚為100～500 m的暗色泥頁巖夾灰?guī)r沉積，為沾化凹陷的主力烴源層。目標(biāo)井羅69 井位于沾化凹陷的羅家鼻狀構(gòu)造區(qū)，沙三下亞段(2 930～3 127.5 m)屬1 套深灰色—灰褐色的深湖—半深湖相富有機(jī)質(zhì)紋層狀、層狀泥頁巖、灰質(zhì)泥頁巖沉積，累計厚度為197.5 m[31]。這口井在2 911.00～3 140.75 m井段實施了連續(xù)密閉取芯，彭麗等[28]將羅69 井沙三下亞段進(jìn)一步劃分為湖擴(kuò)體系域(EST)、早期高位體系域(EHST)和晚期高位體系域(LHST)。

2 測試方法與數(shù)據(jù)預(yù)處理

本次研究采用的軟件包為基于Matlab 平臺下的Acycle2.2[32]。對比Kaleidagraph?[33]，Analyseries 2.0.8[34]，SSA-MTM[35]，基于R 軟件的“Astrochron”程序包[36]以及Past3[37]等，Acycle2.2 將旋回地層學(xué)研究所要做的所有工作統(tǒng)一編寫在同一種操作系統(tǒng)下的同一個程序中，無須來回切換操作系統(tǒng)或軟件，操作方便簡潔。

本研究中涉及的主要計算方法包括Multi-taper method (MTM)頻譜分析、Fast Fourier transform(LAH)滑動窗口頻譜分析、濾波分析、相關(guān)系數(shù)“COCO”及“eCOCO”分析等。羅69 井的GR 測井序列數(shù)值范圍為20～100 Ω·m，采樣間隔為0.1 m。GR曲線的高值與暗色泥頁巖對應(yīng)，低值與灰?guī)r及粉砂巖相對應(yīng)，肉眼可見明顯的旋回特征(圖2)[28]。由于GR測井曲線是由各種地質(zhì)因素所引起的周期性變化的綜合反映，其中也包括與地質(zhì)因素?zé)o關(guān)的干擾信號，且地層記錄會出現(xiàn)隨時間或深度逐漸增加或減小的趨勢。為了更好地提取GR測井序列中存在的天文旋回頻段，在進(jìn)行頻譜分析之前，要將這種低頻部分的形變影響去除(見圖2中去趨勢化后的Detrended GR 曲線)。去趨勢化后GR 數(shù)據(jù)序列中受天文周期影響的信號將更為突出。

圖2 羅69井旋回特征Fig.2 Cycle characteristic of Well Luo 69

3 旋回地層學(xué)研究

3.1 天文周期解決方案

地球軌道3 個重要參數(shù)為偏心率(eccentricity)、斜率(obliquity)及歲差(precession)，受太陽系其他行星及月球與地球間的引力影響，這3個參數(shù)在地史時期呈周期性緩慢變化。LASKAR 等[38]引入月球潮汐力的損耗等因素將米蘭科維奇理論模型延伸至過去的250 Ma，提出La2004 解決方案，后采用天文歷表INPOP08 進(jìn)行計算[39]，得到更精確的偏心率變化曲線，提出La2010 解決方案。目前的天文周期解決方案對50 Ma以來的地球軌道參數(shù)的計算非常精確。

LIU等[22]通過對渤海灣盆地沙河街組四口科學(xué)探井的伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行天文旋回計算，得到了22～66 Ma 的高精度天文年代標(biāo)尺，他們將渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷沙三下亞段的頂和底年齡錨定在40.20～42.47 Ma，該年齡也被ZHAO 等[23]應(yīng)用在渤海灣盆地東營凹陷牛頁1井的天文年代調(diào)諧的年齡控制點中，并取得了較好的對應(yīng)關(guān)系。本文擬采用La2010天文周期解決方案，計算40.2～42.47 Ma之間的偏心率、斜率與歲差變化(E+O-P)的理論值，采樣間隔為0.001 Ma(圖3(a))。隨后對E+O-P曲線進(jìn)行頻譜分析與滑動窗口頻譜分析(圖3(b)和(c))，結(jié)果顯示40.20～42.47 Ma 期間的主要天文周期為0.405，0.125，0.095，0.051，0.040，0.023，0.022和0.019 Ma。其中，0.405 Ma為長偏心率(E)周期，0.125 Ma與0.095 Ma為短偏心率(e)周期；0.051 Ma與0.040 Ma 屬于斜率(O)周期；0.023，0.022 和0.019 Ma 屬于歲差周期。利用計算出的各軌道參數(shù)的比值，與伽馬測井序列通過頻譜分析之后的譜峰進(jìn)行對比，若存在相等或相近的旋回比率，則可以初步判斷地層中記錄了米蘭科維奇旋回信息[40]。

圖3 目的層段天文周期解決方案頻譜分析圖Fig.3 Spectral analysis of target astronomical solution

3.2 深度域頻譜分析

對趨勢化后的伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行MTM(multitaper method of spectral analysis)頻譜分析(圖4(b))，圖4(b)中，橫坐標(biāo)顯示為頻率，縱坐標(biāo)為功率，功率越大表示該功率對應(yīng)的旋回越明顯。每個高置信度峰值(置信度大于95%)對應(yīng)的厚度旋回分別為39.40，9.74，3.94，2.78，2.54，1.92 和1.70 m，顯示出的頻譜結(jié)構(gòu)具有能夠明顯區(qū)分開的4 個優(yōu)勢頻率帶，分別為39.40～27.77，9.74～6.32，3.94～2.54和1.92～1.70 m(圖4(b))。分別將4 個頻率譜峰值對應(yīng)的周期比20.44∶5.05∶2.09∶1.00 與理論周期比進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)天文軌道周期20∶5∶2∶1 的比例關(guān)系與之非常接近。

為了識別旋回地層中主頻率隨深度的變化，觀察整體數(shù)據(jù)序列是否具有穩(wěn)定性，繼而對羅69井沙三下亞段伽馬測井曲線進(jìn)行滑動窗口頻譜分析。本次滑動窗口頻譜分析中的窗口步長為0.3 m，滑動窗口長度為40 m(圖4(c))。譜圖中峰值所對應(yīng)的頻率大致與MTM功率譜中高置信度峰值相對應(yīng)，表明各個深度段均保存了偏心率、斜率和歲差周期的信號。然而，由圖4(c)可見在2 988 m及3 040 m處附近出現(xiàn)了明顯的峰值信號不連續(xù)現(xiàn)象，可能意味著某些深度段序列中包含更多噪聲，高頻信號被具有更高功率的噪聲所抑制[41]，但更有可能的是陸源碎屑物質(zhì)的輸入導(dǎo)致沉積速率發(fā)生變化，從而使頻譜的周期性發(fā)生變化[42]。

據(jù)彭麗等[28]對羅69 的層序地層學(xué)劃分結(jié)果，本次研究將GR 數(shù)據(jù)序列進(jìn)一步劃分為3 小段(2 930～2 988，2 988～3 040和3 040～3 127.5 m)進(jìn)行頻譜分析(圖4(d)～(f))。此處只是初步估計沉積速率發(fā)生變化的區(qū)間段，對羅69 井的沉積速率變化區(qū)間精確計算。在2 930～2 988 m 深度段，高于95%置信度的4 個頻率譜峰對應(yīng)的周期為44.42，10.42，4.06 和1.75 m，其比值與405∶95∶40∶22 相近；在2 988～3 040 m 段，高于95%置信度的4 個頻率譜峰對應(yīng)的周期為40.25，12.48，3.89和1.78 m，其比值與405∶125∶40∶19 相近；在3 040～3 127.5 m段，高于95%置信度的4個頻率譜峰對應(yīng)的周期為45.02，10.31，4.52和2.38 m，其比值與405∶95∶40∶19 相近。同時，圖4(d)～(f)的頻譜結(jié)果顯示了在不同深度段，由于沉積環(huán)境的改變，即使沉積速率發(fā)生微小變化，也會導(dǎo)致沉積物中保存的主要天文軌道信號發(fā)生變化。

圖4 羅69井沙三下亞段GR曲線頻譜分析圖Fig.4 Spectral analysis of Es3 l in Well Luo 69

3.3 最優(yōu)沉積速率的估算

由于選用的GR測井?dāng)?shù)據(jù)是以深度為單位，盡管在95%的置信度之上檢測到了功率的周期性，但并未對空間周期所代表的時間范圍進(jìn)行估計，因此，僅通過傳統(tǒng)的“比值法”對天文旋回進(jìn)行識別是比較粗略的。本次研究進(jìn)一步采用LI 等[32]提出的“COCO(correlation coefficient)”和“eCOCO(evolutionary correlation coefficient)”分析來提高旋回識別的準(zhǔn)確性，通過自回歸模型(autoregressive-1，AR1)，利用蒙特卡洛模擬(Monte Carlo)對非天文軌道驅(qū)動的信號(噪聲)進(jìn)行零假設(shè)檢驗，增大天文軌道信號識別的精度。檢驗中的顯著性水平(H0，significance level)表示地層記錄中零假設(shè)被錯誤拒絕的概率[43]，例如0.1%的顯著性水平表示有99.9%的頻譜被檢測到，被錯誤拒絕的零假設(shè)(非天文軌道驅(qū)動的信號)僅為0.1%。因此H0越小，分析的結(jié)果越可靠。“COCO”分析同時還可以計算研究層段的沉積速率，通過“COCO”計算得羅69井沙三下亞段的平均沉積速率為7.2×103cm/Ma 或8.2×103cm/Ma(圖5(a))，兩者都超過了要求的顯著性水平(圖5(b))，并且沉積速率為8.2×103cm/Ma，且7 個天文軌道參數(shù)分量都參與的置信水平低于0.05%，可以拒絕沒有軌道信號參與的零假設(shè)(圖5(b)～(c))。根據(jù)前人對研究區(qū)對應(yīng)層段的沉積速率的估算，本次研究中“eCOCO”分析選取(5～50)×103cm/Ma的速率區(qū)間，滑動步長為0.7 m，滑動窗口為35 m，蒙特卡洛模擬2 000 次，得到如圖6所示結(jié)果。由圖6可知：數(shù)據(jù)全段與圖5有良好的對應(yīng)關(guān)系，且(7.2～8.2)×103cm/Ma的沉積速率在沙三下亞段整段保持穩(wěn)定(圖6(a))。因此，“eCOCO”分析可用于對羅69 井進(jìn)行的旋回地層學(xué)分析，其在沙三下亞段保存有完整的米蘭科維奇旋回。

圖5 羅69井沙三下亞段GR曲線的“COCO”分析Fig.5 "COCO"analysis of detrended GR curve in Es3l of Well Luo 69

圖6 羅69井沙三下亞段GR曲線的“eCOCO”分析Fig.6 "eCOCO"analysis of detrended GR curve in Es3l of Well Luo 69

3.4 濾波和調(diào)諧

基于頻譜分析的結(jié)果，將代表長偏心率(E：0.0405 Ma)的沉積旋回(39.40 m)通過高斯帶通濾波提取出來，其濾波頻率為(0.027±0.003 3)周/m，濾波結(jié)果顯示羅69 井沙三下亞段約記錄了6 個長偏心率旋回(圖2)；提取代表短偏心率e(0.100 Ma)的沉積旋回(9.74 m)通過高斯帶通濾波，其濾波頻率為(0.114±0.035) 周/m，濾波結(jié)果顯示沙三下亞段約記錄了24個短偏心率旋回(圖2)；提取代表斜率O(0.040 Ma)的沉積旋回(3.94 m)通過高斯帶通濾波，其濾波頻率為(0.300±0.020) 周/m，濾波結(jié)果顯示沙三下亞段約記錄了59個斜率旋回(圖2)。

由于50 Ma以來的天文模型已經(jīng)十分完善且可靠，可嘗試將濾波曲線與天文目標(biāo)曲線對應(yīng)。長偏心率0.405 Ma 在地質(zhì)歷史時期一直顯示比較穩(wěn)定的狀態(tài)，本次研究將選擇代表長偏心率的濾波曲線建立深度-時間模型，并選取長偏心率、短偏心率、斜率3 個天文旋回參數(shù)作為理論調(diào)諧曲線(圖7)。由圖7可見：以沙三下亞段底界面年齡42.47 Ma 作為天文年代調(diào)諧的初始錨點，沙三下亞段頂界面年齡40.20 Ma 為控制點，用來界定本次研究的時間范圍并作為深度與時間轉(zhuǎn)換的依據(jù)。當(dāng)獲得時間域數(shù)據(jù)列后，結(jié)合對應(yīng)的深度域序列可獲得羅69 井沙三下亞段連續(xù)變化的沉積速率，在2 963.3 m(40.552 4 Ma)，2 993.6 m(40.957 4 Ma)，3 031.6 m(41.362 4 Ma)，3 066.7 m(41.767 4 Ma)這4處出現(xiàn)了沉積速率的明顯變化(圖7)，沉積速率從下到上存在明顯的減小趨勢。

圖7 羅69井沙三下亞段天文調(diào)諧結(jié)果Fig.7 Astronomical tuning of GR series of Es3l in Well Luo 69

3.5 調(diào)諧后時間域頻譜分析

為了檢驗濾波和調(diào)諧結(jié)果的準(zhǔn)確性，對調(diào)諧后得到的時間域GR數(shù)據(jù)序列再次進(jìn)行頻譜分析及滑動窗口頻譜分析(圖8)，GR曲線頻譜分析圖中高于95%置信度的波峰對應(yīng)的頻率將被用于對應(yīng)軌道參數(shù)比值的計算，被識別的頻率有2.5，9.4，21.8，24.9，32.3，42.6，47.8 和57.8 周/Ma，其中頻率2.5，9.4，24.9，42.6和47.8 周/Ma的倒數(shù)為其所對應(yīng)的天文軌道周期，分別為0.405，0.100，0.040，0.023 和0.020 Ma。以40.2～42.47 Ma 時期的各天文周期范圍為參考(圖3)，結(jié)果表明對羅69井進(jìn)行的旋回地層學(xué)分析是可靠的。對時間域GR曲線進(jìn)行滑動窗口頻譜分析，發(fā)現(xiàn)各峰值對應(yīng)的頻率大致與MTM 功率譜(圖8(c))中高置信度峰值相對應(yīng)。

圖8 羅69井時間域GR的頻譜分析Fig.8 Spectral analysis of Well Luo 69 in time domain

4 天文旋回控制下的湖相細(xì)粒沉積

4.1 自然伽馬測井曲線的古氣候和古環(huán)境意義

自然伽馬測井(nature gamma-ray)是測量巖層中放射性元素(主要是40K，232Th和238U)衰變后放射出來的伽馬射線強(qiáng)度，相當(dāng)于測量沉積地層中鉀、釷、鈾總含量的變化。不同種類巖石的放射性元素的含量存在明顯差異，例如，泥巖中的黏土礦物和有機(jī)質(zhì)對U的吸附能力較強(qiáng)[44]，而由鈣質(zhì)生物殼體構(gòu)成的碳酸鹽巖，具有較低的放射性元素含量，促使生物有機(jī)體發(fā)育和生長[45]。伽馬曲線不僅能應(yīng)用于區(qū)分基本巖性，目前已被廣泛應(yīng)用于反演古氣候和古環(huán)境研究[46-47]。在地層中GR 值的升高在一定程度上能夠表征泥質(zhì)含量的增高，沉積環(huán)境水動力相對較弱，水體變深，海(湖)擴(kuò)張等，從而反映相對降水多、濕潤的古氣候特征[48]。劉澤純等[49]將碳酸鹽巖含量、孢粉和δ18O 等與GR 曲線相結(jié)合作為古氣候研究的替代指標(biāo)，GR曲線和不同指標(biāo)之間顯示出相對一致的波動趨勢及較好的可比性。

自然伽馬曲線在旋回地層學(xué)中被頻繁使用[50-52]。除去自然伽馬對氣候、環(huán)境變化相對敏感之外，GR數(shù)據(jù)序列最大的優(yōu)勢在于：油田的探井資料較容易獲得，且采樣間隔(0.125 m)具有高分辨率。本次研究以GR曲線為主進(jìn)行旋回地層學(xué)分析，并通過分析GR數(shù)據(jù)與其他氣候指標(biāo)之間的相關(guān)性，找出影響氣候變化的主要天文周期因素及其控制機(jī)理，為反演中國東部始新世氣候變化提供參考。

4.2 基于米蘭科維奇理論的細(xì)粒沉積物層序地層劃分

米蘭科維奇旋回與層序地層的定量劃分有著緊密的聯(lián)系。石巨業(yè)等[53]研究表明，三級層序的持續(xù)時間一般為1～10 Ma，與構(gòu)造因素相關(guān)；0.405 Ma的長偏心率旋回已經(jīng)被證明與四級層序存在直接成因關(guān)系，具有高幅水深變化，且彼此有成因聯(lián)系的水進(jìn)-水退序列；五級層序受0.100 Ma的短偏心率控制，具有低幅水深特征；六級層序受0.040 Ma的斜率周期控制[54]。

考慮到自然伽馬曲線的意義，GR的極小值代表著湖平面當(dāng)時的最低值，可作為四級層序界面的劃分依據(jù)(圖9)。綜上所述，本次研究可將羅69井沙三下亞段地層劃分為7個四級層序，其中Es3l1和Es3l7發(fā)育不完整。

4.3 沙三下亞段細(xì)粒沉積物中有機(jī)質(zhì)富集作用的天文軌道影響

圖9中使用的其他古氣候替代指標(biāo)數(shù)據(jù)見文獻(xiàn)[55]，包括羅69 井沙三下亞段2 930～3 127 m 之間的沉積地層所保存的古氣候古環(huán)境信息記錄。以本文所建立的羅69 井的天文年代標(biāo)尺為基礎(chǔ)，將各類替代指標(biāo)的深度數(shù)據(jù)對應(yīng)到相對的地質(zhì)時間上，得到時間域的數(shù)據(jù)序列。其中GR 曲線的0.405 Ma 濾波曲線(圖9中紅色實線)與TOC、黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、陸源碎屑指數(shù)、碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)(圖9藍(lán)色實線為紅色實線的鏡像)均具有良好的對應(yīng)關(guān)系，與化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度不具有明顯對應(yīng)關(guān)系。

圖9 時間域GR、TOC、黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、陸源碎屑指數(shù)、碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度指標(biāo)數(shù)據(jù)序列與0.405 Ma理論軌道周期曲線的相位關(guān)系Fig.9 Time domained GR,TOC,clay mineral mass fraction,detrital classic index,carbonate mass fraction,chemical weathering index series and their relationships with astronomical theory period(0.405 Ma)

RACHOLD等[56]總結(jié)了軌道強(qiáng)迫氣候過程及其對沉積環(huán)境的影響，其中長偏心率周期(0.405 Ma)對長期季風(fēng)周期的調(diào)節(jié)作用有重要影響[57]，由于歲差旋回的最強(qiáng)和最弱振幅變化對應(yīng)最大和最小長偏心率，從而形成了2 個截然不同的季風(fēng)氣候[58]。JIN等[8]對古生代頁巖地層中有機(jī)質(zhì)富集規(guī)律建立2種假設(shè)，確定有機(jī)質(zhì)富集作用主要受控于長偏心率軌道周期。由于太陽系的混沌行為，天文學(xué)家還無法獲得超過250 Ma的精確天文軌道周期方案，因此，對影響古生代細(xì)粒沉積巖的季風(fēng)變化控制沉積過程、沉積環(huán)境的探討僅僅停留在2種模型的假設(shè)：第一種假設(shè)認(rèn)為初級生產(chǎn)力是細(xì)粒沉積物中有機(jī)質(zhì)富集(高TOC，高GR)的主要因素。偏心率極大值對應(yīng)歲差幅度變化最劇烈，從而形成了強(qiáng)烈的季風(fēng)系統(tǒng)，頻繁的干濕氣候變化及較強(qiáng)的季風(fēng)降水作用。劇烈的風(fēng)化作用使向湖盆中輸送碎屑物質(zhì)含有更多的養(yǎng)分，有利于湖盆內(nèi)生命體的發(fā)育，即偏心率極大值控制有機(jī)制的富集，對應(yīng)TOC、GR 的極大值(圖10(a))；第二種假設(shè)認(rèn)為在長偏心率周期控制作用下，有機(jī)質(zhì)的保存條件是細(xì)粒沉積物中有機(jī)質(zhì)富集(高TOC，高GR)的主要因素。在偏心率極大值時，盡管大量的養(yǎng)分輸入促進(jìn)了季節(jié)性的高生產(chǎn)力，但在偏心率極小的干旱條件下，有機(jī)質(zhì)又會被氧化分解，相當(dāng)于并未真正富集。相反，在偏心率極小值時，季節(jié)的交替減少，提供了一個穩(wěn)定的沉積環(huán)境，有機(jī)物不受保存條件的影響[59]，可以大量富集(圖10(b))。

圖10 2種有機(jī)質(zhì)富集因素模型Fig.10 Two factor models of organic accumulation

本次研究獲得的GR數(shù)據(jù)序列的濾波信號與理論軌道周期之間的相位關(guān)系在沙三下亞段早晚期呈不同狀態(tài)(圖9)：Es3l1，Es3l2和Es3l3這3個四級層序(Es3l早期)的調(diào)諧GR曲線中，0.405 Ma濾波曲線的高值與E+O-P-0.405 Ma濾波曲線的低值相對應(yīng)；而Es3l4，Es3l5，Es3l6和Es3l7這4 個四級層序(Es3l 晚期)的調(diào)諧GR曲線中，0.405 Ma濾波曲線的高值與E+O-P-0.405 Ma 濾波曲線的高值相對應(yīng)。即提出的模型二在羅69 井沙三下亞段早期的沉積記錄更

可信，而模型一更適用于沙三下亞段晚期的沉積記錄；沙三下亞段早期(Es3l1，Es3l2，Es3l3)長偏心率極小值控制作用下的季節(jié)交替減少，穩(wěn)定的沉積環(huán)境降低了有機(jī)質(zhì)的氧化分解效率，在沙三下亞段晚期(Es3l4，Es3l5，Es3l6，Es3l7)長偏心率極大值控制作用下，強(qiáng)烈的季風(fēng)作用導(dǎo)致碎屑物質(zhì)提供更充足的養(yǎng)分，促進(jìn)了有機(jī)生命體的生長。從圖9所示的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)與偏心率濾波曲線并無明顯相關(guān)性也可推測，模型一中劇烈風(fēng)化作用為有機(jī)質(zhì)富集提供養(yǎng)分的假設(shè)不成立。

5 結(jié)論

1)根據(jù)GR測井曲線頻譜分析結(jié)果，渤海灣盆地沾化凹陷羅69 井沙三下亞段地層中沉積旋回周期分別為0.405，0.095，0.040，0.023，0.022 和0.019 Ma。其中長偏心率周期0.405 Ma控制的地層厚度為39.4 m；短偏心率周期控制的地層厚度為9.74 m；地軸斜率周期控制的地層厚度為3.94～2.54 m；歲差周期控制的地層厚度為1.92～1.70 m。羅69井沙三下亞段最優(yōu)沉積速率為8.2×103cm/Ma。

2)基于米蘭科維奇旋回周期的識別結(jié)果，對去趨勢化的自然伽馬測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行高通濾波處理，據(jù)0.405 Ma 長偏心率旋回建立“浮動”天文年代標(biāo)尺，并以沙三下亞段底部磁性地層年代數(shù)據(jù)42.47 Ma 為錨點，沙三下亞段頂部磁性地層數(shù)據(jù)40.20 Ma為控制點，建立羅69井的天文年代標(biāo)尺。

3)以長偏心率0.405 Ma 周期濾波曲線作為四級層序劃分的參考曲線，將沙三下亞段劃分為7個四級層序，實現(xiàn)湖相細(xì)粒沉積巖的高頻地層單元劃分，并精確計算沙三下亞段沉積速率的變化。

4)從天文學(xué)角度驗證了天文軌道周期變化和有機(jī)質(zhì)富集因素之間的聯(lián)系，并建立了2個有機(jī)質(zhì)富集因素的對比模式：長偏心率控制初級生產(chǎn)力為主的有機(jī)質(zhì)富集模式；長偏心率控制氧化還原條件為主的有機(jī)質(zhì)富集模式。本研究所獲得的GR數(shù)據(jù)序列的濾波信號與理論軌道周期的濾波信號比對結(jié)果，證實了沙三下亞段早期GR數(shù)據(jù)的極大值與長偏心率之間的極小值具有良好的對應(yīng)關(guān)系，沙三下亞段晚期GR數(shù)據(jù)的極大值與長偏心率之間的極大值具有良好的對應(yīng)關(guān)系，表明沙三下亞段中有機(jī)質(zhì)的富集存在保存條件和生產(chǎn)力條件這2個不同的主控因素。