Chromaticity characteristics of the Last Glacial sediments in Houtian section of Nanchang city and its paleoenvironmental significance
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摘要:
色度是古环境重建的重要指标之一，常用于黄土高原黄土古气候重建，但其在亚热带湿润区第四纪沉积中的研究十分少见且意义不明。选取鄱阳湖南岸之厚田沙地的沉积剖面为研究对象，进行了色度测试，结合光释光测年结果,将色度参数与其他气候代用指标进行对比，探讨MIS4—MIS2期间的古气候变化特征。结果表明：各色度参数曲线在剖面垂直方向上产生了较大波动，呈现出干冷→暖湿→干冷的多个冷暖震荡。其中L*值曲线的波峰段主要集中在沙丘砂层（HT6、HT4、HT1），指示MIS4阶段、MIS3b阶段和MIS2晚期阶段为干燥寒冷的气候环境，冬季风增强；a*、b*、C*和h*值曲线的波峰段主要集中在砂质古土壤层（HT5、HT3、HT2），指示MIS3c阶段、MIS3a阶段和MIS2早期阶段为温暖湿润的气候环境，夏季风增强，反映了该区域在末次冰期受冬季风和夏季风交替影响的气候演变格局。
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关键词:
- 末次冰期 /
- 沙丘砂-砂质古土壤序列 /
- 色度 /
- 古环境 /
- 厚田沙地
Abstract:Chroma is one of the important indicators of paleoenvironment reconstruction, and is often used for paleoclimate reconstruction of the loess plateau, but its research in the Quaternary sediments in subtropical humid regions is rare and its significance is unclear. The sedimentary profile of Houtian sandy land on the south bank of Poyang Lake was selected as the research object and the chromaticity test was carried out. Combining with the results of optically stimulated luminescence (OSL), the chromaticity parameters were compared with other climatic proxies, and the paleoclimate changes during MIS2-MIS4 were discussed. Results show that the chromaticity parameter curves have large fluctuations in the vertical direction of the profile, showing multiple cold-warm oscillations from dry-cold → warm-wet → dry-cold. Among them, the peak sections of the L* (brightness) value curve are mainly concentrated in the dune sand layers of HT6, HT4, and HT1, indicating that the MIS4 stage, MIS3b stage, and early MIS2 stage, respectively, are dry and cold climate environment. The peak sections of the a*(redness), b* (yellowness), C* (saturation), and h* (hue) value curves are mainly concentrated in the sandy palaeosol layers of HT5, HT3, and HT2, representing the MIS3c stage, MIS3a stage and late MIS2 stage respectively, are warm and humid climate environment. The chromaticity index better reveals the characteristics of climate change in the Houtian area, and reflect the climate evolution pattern in the area affected by alternating winter monsoon and summer monsoon during the last glacial period.
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0. 引言
丽水凹陷是东海陆架盆地重要的油气勘探区之一[1-2]。一直以来，古新统是油气勘探重点层系，对始新统温州组关注和研究较少，温州组层序地层划分不清，储层平面展布特征不明，岩性圈闭勘探潜力也不明确[3-10]。随着勘探的深入，勘探目标从构造圈闭向岩性圈闭过渡，勘探层系从深层古新统向浅层始新统温州组转移。为了适应浅层始新统温州组岩性圈闭勘探的需要，本次研究综合利用钻井、地震等资料，开展温州组层序地层划分、沉积相研究，初步厘清了温州组浪控三角洲-浊积扇沉积体系平面展布特征、沉积模式和形成机制，以期为在温州组寻找岩性圈闭提供参考。
1. 区域地质概况
丽水凹陷位于东海陆架盆地西南部，北部和东部分别与椒江凹陷、福州凹陷相邻，西部与浙闽隆起区相接，是在中生代残留盆地上发育起来的新生代断陷盆地，面积约12 500 km2。丽水凹陷基底由中生代火山岩、花岗岩组成，上覆沉积地层为上白垩统石门潭组，古新统月桂峰组、灵峰组和明月峰组，下始新统瓯江组，中始新统温州组以及中新统、上新统和第四系，缺失始新统上部及渐新统[11-15]。凹陷构造演化从下向上依次经历了断陷期、拗陷期和区域沉降期，其中，白垩系和古新统为断陷期沉积，始新统为拗陷期沉积。丽水凹陷整体呈NE—SW向展布，可进一步划分为4个构造单元：西次凹、东次凹、南次凹、灵峰潜山带[11-15]（图1）。西次凹北部主洼三维区是本文研究的目标区（图1）。
2. 温州组层序地层特征
随着三维地震资料的采集和已钻井的部署实施，地震地质资料逐渐丰富。综合利用钻井、地震资料，井震结合，准确识别出层序界面和体系域界面，并且进行横向对比追踪，建立了目标区等时地层格架。本次研究将温州组划分为3个三级层序，从下向上分别为SQ1、SQ2和SQ3，其中，SQ1发育典型的低位域（LST）、海侵域（TST）和高位域（HST），SQ2仅发育海侵域和高位域，SQ3仅发育底部的低位域，海侵域和高位域被剥蚀（图2、3）。
2.1 地震反射界面特征
三级层序和体系域界面在地震剖面上最直观可靠的识别标志为：削截、顶超、上超和下超4种超覆关系。温州组发育4个三级层序界面，从下向上分别是SB1、SB2、SB3、SB4（图3）。底界面SB1在物源区为典型的下超面，三角洲前积到SB1界面上，在盆地中心斜坡区为典型的上超面，低位域地层上超到SB1界面上；SB2为典型的上超面，SB3界面上下超覆关系不明显，但是界面上下的地层地震相差别明显，上部为中频较连续强反射，下部为中低频较连续中弱反射；SB4为大的区域不整合面，将SQ1和SQ2西部地层全部夷平（图3、4）。初始海泛面（FFS1）为上超面，界面较连续，在工区内分布范围较广；最大海泛面（MFS1）为典型的下超面，地震同相轴连续，在工区内分布范围较广；最大海泛面（MFS2）为下超面，高位三角洲前积的底界面，并且为最晚期次的上超界面（图3、4）。
2.2 钻井层序特征
W-1井温州组识别出SQ1和SQ2，SQ3缺失。SQ1测井曲线特征为向上GR值先减少、增大、再减小的过程，整段古生物数据较少，在1 205 m处丰度和分异度达到最大值，钙超丰度达到1 200，分异度达到25，综合GR值、古生物值以及岩性组合特征，将初始海泛面（FFS）和最大海泛面（MFS）分别定在1 200 m和1 152 m处（图2）。SQ1低位域由5个向上变粗的反旋回组成，岩性组合为灰色细砂岩和灰岩互层发育，每个反旋回顶部为一套灰岩，海侵域由向上变细的正旋回组成，下部发育灰色粉砂岩，上部发育灰色泥岩，高位域由向上变粗的反旋回组成，下部为灰色泥岩，上部发育灰色细砂岩。SQ2海侵域发育较薄，由向上变细的泥岩组成，高位域由2个向上变粗的反旋回组成，发育厚层的灰色中砂岩、灰色含砾中砂岩与薄层的灰色、灰绿色泥岩互层。
2.3 井震结合及地震相特征
将已钻井和过井地震剖面对比分析，钻井层序、体系域界面和地震层序界面能够较好地一一对应。温州组各体系域地震相差异明显，其中，SQ1低位域地震相为高频连续强反射，海侵域物源区为中频连续强反射，盆地区为低频连续弱反射，高位域从物源区到盆地区为低频连续强反射和低频较连续弱反射。SQ2海侵体系域和高位体系域地震相特征分别为低频连续弱反射和高频较连续弱反射（图3）。
3. 浪控三角洲-浊积扇沉积体系展布特征及沉积模式
目标区砂岩储层主要发育在低位域和高位域，泥岩发育在海侵域。SQ1海侵域和低位域形成一套储盖组合，SQ2海侵域和SQ1高位域形成一套储盖组合（图2）。温州组SQ1低位域是岩性圈闭发育的重要层段，下文重点对低位域浪控三角洲-浊积扇沉积体系展开论述。
3.1 沉积相类型
目前已有大量实例证明三角洲和浊积扇伴生，但多是河控三角洲和浊积扇伴生，浪控三角洲和浊积扇伴生的实例较少。浊积扇规模大小取决于三角洲沉积物供给量，进积三角洲意味着沉积物供应充足，更易伴生浊积扇。
3.1.1 浪控三角洲
温州组SQ1低位域发育浪控三角洲，沉积主体是浪控三角洲前缘滨岸砂坝，主要识别依据包括：
（1）岩性组合为灰色砂岩与灰白色有孔虫灰岩互层
以W-1井为例（图2），发育层段总厚度约100 m，以灰色中砂岩、灰色细砂岩与灰白色有孔虫灰岩互层为特征，偶见灰色泥岩，其中共发育7层灰白色灰岩，单层厚度为2.1～4.3 m。在该层段共取了4个壁芯样品，并对其进行了岩石薄片分析。1 204和1 254 m壁芯岩性主要为含砾生屑质细—中粒砂岩，碎屑颗粒分选差，以中砂为主，少量细砂和砾石；1 265和1 278 m壁芯为泥晶有孔虫灰岩，有孔虫含量高达85%，生屑结构，厚壁虫科的货币虫个体保存较好，一般1.5～2.3 mm，最大为2.7 mm（图5）。
图 5. 温州组壁芯及薄片鉴定（a）含砾生屑质细中砂岩（1 204 m）；（b）有孔虫灰岩（1 265 m）；（c）有孔虫灰岩（1 278 m）；（d）含砾中砂岩中富含生物碎屑，包括棘皮、腕足等（1 204 m，单偏光）；（e）富含大型底栖有孔虫（货币虫），反映滨海沉积环境（1 265 m，单偏光）；（f）富含大型底栖有孔虫（货币虫）（1 278 m，单偏光）。具体深度见图2Figure 5. Biological identification of core and thin-section of the Wenzhou Formation目的层段货币虫灰岩发育，货币虫营底栖生活，是底栖有孔虫的一种，始新世以来特别繁盛，成为一种重要的造岩生物，一般生活于热带亚热带清澈的浅海中，位于透光带的较深水区域。生活水深在20～60 m以内[16]。货币虫大量堆积且定向排列，表明在波浪的单方向地质营力作用下，形成高能货币虫滩体。
（2）灰色砂岩层段地震相为低角度前积（叠瓦状前积）反射
温州组浪控三角洲顺物源方向为低角度前积反射（叠瓦状前积反射），不同前积层大致平行（图6）；垂直物源方向为丘状体反射特征。浪控三角洲前积反射沿着海岸线均有发育，平原分流河道携带沉积物进入水体，受波浪或沿岸流的作用改造使得砂体沿岸线分布，致使三角洲向海方向加积或进积。叠瓦状前积反射是沉积单元前积进入浅水环境的反映。
3.1.2 浊积扇
目标区W-3井位于坡折带之下，低位域岩性组合为灰色粉砂岩和（深）灰色泥岩互层，粉砂岩厚度为4～10 m（图7），未钻遇浊积扇主体部位。顺物源方向地震反射特征为典型的上超反射特征（图6）。
3.2 三角洲-浊积扇剖面相分析
目标区钻遇W-1、W-2、W-3三口井，岩性组合差异明显，W-1井砂岩与灰岩互层，W-2井底部发育一套砂岩，上部发育灰岩和灰绿色泥岩互层，灰岩层数和W-1井相当。W-2井不是滨岸砂坝主要发育位置，仅在早期发育砂坝，后期发育灰岩滩。W-3井发育浊积扇，但是处于扇体边部位置（图7）。
SQ1低位域浪控三角洲-浊积扇沉积体系从西向东依次发育平行—亚平行低频不连续中振幅反射、中频连续中强振幅前积反射和平行—亚平行中低频连续弱振幅反射，分别代表三角洲平原分流河道和分流河道间微相、三角洲前缘滨岸砂坝和浊积扇（图6）。
利用前积反射的顶和底计算三角洲前积角度约在1°，恢复当时古水深约25 m，同时，利用相同的方法对斜坡坡度进行计算，约为2°，利于三角洲前缘的砂体在事件性触发机制的作用下向盆地中心进行滑塌，形成浊积扇（图6）。三角洲的期次和浊积扇的期次基本对应。
SQ1低位域浪控三角洲发育6期，从西向东依次为S1、S2、S3、S4、S5、S6（图6），砂体均呈现NE向展布，每期砂体均具有一定的规模，面积介于96.3～37.6 km2，且逐渐减小。浊积扇发育4期，从下向上分别是T1、T2、T3、T4（图6），沉积规模依次变大，单期扇体面积介于72～194 km2，呈不规则朵状分布。
3.3 沉积相平面展布规律
研究区面积大、钻井少，单纯利用钻井资料难以刻画平面相带展布和储层的平面展布特征，新采集的三维地震资料能够较好地解决这一问题。综合利用已钻井地震相和典型地震反射特征，将目标区沉积相带推广到无井区，从而厘清目标区浪控三角洲-浊积扇沉积体系平面展布特征。
工区内浪控三角洲与其他区块浪控三角洲具有相类似的特征[17-19]。工区内主要发育2个三角洲朵体，从西北方向向东南方向推进，已钻井主要发育在北部朵体上。平原分流河道携带沉积物流入海盆中，受到波浪作用的影响，在河口两侧形成一系列平行于岸线分布的砂坝或滩坝，且在河口处相较于平行岸线的其他位置堆积更多的砂体，形成向海方向突出的弓形或者鸟咀状河口。三角洲前缘滨岸砂坝为浪控三角洲的骨架砂体，平面上呈NNE向展布的长条形砂质条带，与海岸线平行，且向海洋中心进积的特征。NNE向砂坝向海方向进积到坡折处时，由于地形坡度较大，斜坡之上的沉积物发生滑塌，在坡脚处堆积，形成一系列浊积扇，沿坡折NNE向展布（图8）。
3.4 沉积模式
目标区三角洲同时具有浪控、货币虫大量发育的特征，浪控三角洲滨岸砂坝和生物滩垂向叠置形成，并且以发育砂岩储层为主导，是目标区重要的骨架砂体相带。利于岩性圈闭发育的低位域时期，沉积体由下超在陆架上的三角洲和上超在斜坡之上的浊积扇组成。低位域早期，三角洲向盆地方向推进，受波浪改造形成一系列平行于岸线的砂坝沉积体，随着三角洲向前推进，填平第1个洼槽，三角洲推进到地形坡度突变点，水深急剧加深，沉积物发生垮塌，形成一系列浊积扇群（图9）。
4. 结论
（1）丽水凹陷始新统温州组发育3个三级层序，从下向上分别为SQ1、SQ2和SQ3，其中，SQ1发育典型的低位域、海侵域和高位域。浪控三角洲-浊积扇沉积体系主要发育在SQ1低位域。
（2）温州组浪控三角洲同时具有浪控、货币虫大量发育的特征，浪控三角洲滨岸砂坝和生物滩垂向叠置，平面上呈NNE向展布，与海岸线平行。NNE向砂坝向海进积到坡折处发生滑塌，在坡脚处堆积，形成一系列浊积扇。
（3）温州组岩性圈闭勘探潜力较大，浪控三角洲和浊积扇均为岩性圈闭发育的重要相带。浪控三角洲由6期平行于岸线分布的长条形砂坝组成；浊积扇由4期朵状展布砂体组成。
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表 1 厚田剖面地层特征描述
Table 1. Description of stratigraphic characteristics of the Houtian section
地层分层 深度/m 地层特征 HT1 0～0.50 黄红色沙丘砂层，松散，含较多植物根系 HT2 0.50～1.34 浅棕红色砂质古土壤层，较松散，含黄红色斑点 HT3 1.34～2.64 上部为黄红色砂质古土壤层，松散且无层理；下部为浅棕红色—黄红色中细砂，较紧实，
含较多铁质结核与斑点HT4 2.64～3.44 黄红色沙丘砂层，松散，含较多云母片 HT5 3.44～4.24 浅棕红色砂质古土壤层，紧实 HT6 4.24～5.74 灰白色沙丘砂层，松散 
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表 2 厚田剖面色度分段变化规律
Table 2. Variation of chromaticity in different vertical sectors of the Houtian section
色度参数 层位 HT1 HT2 HT3 HT4 HT5 HT6 L* 范围 58.32～66.57 61.00～66.83 56.08～63.94 56.80～67.86 58.87～69.23 56.89～69.71 平均值 62.93 63.84 60.53 62.82 63.08 65.01 a* 范围 11.66～14.21 11.85～15.13 11.72～14.34 9.81～13.59 10.18～13.04 8.25～12.98 平均值 12.94 13.73 13.24 12.40 12.23 10.49 b* 范围 29.06～32.38 30.22～34.65 31.57～35.83 29.39～36.41 29.82～33.38 28.08～34.42 平均值 30.48 32.30 33.84 32.77 31.67 30.49 a*/b* 范围 0.390～0.448 0.389～0.443 0.371～0.412 0.333～0.403 0.341～0.401 0.279～0.385 平均值 0.424 0.425 0.391 0.378 0.386 0.343 C* 范围 31.66～35.20 32.46～37.81 33.68～38.50 31.01～38.85 31.51～35.80 29.47～36.79 平均值 33.11 35.10 36.34 35.04 33.96 32.25 h* 范围 0.372～0.421 0.371～0.417 0.355～0.390 0.321～0.383 0.329～0.381 0.272～0.367 平均值 0.401 0.402 0.373 0.361 0.368 0.330
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表 3 色度参数L*、a*、b*与色饱和度C*、色调角h*的相关性分析
Table 3. Correlation between chromaticity indices L*, a*, b*, color saturation C* and hue angle h*
色度参数 L* a* b* C* h* L* 1 a* −0.7041 1 b* −0.8391 0.7829 1 C* −0.8398 0.8707 0.9876 1 h* −0.4707 0.9135 0.4643 0.5968 1
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