La paleogeomorfología de las cuencas hidrográficas juega un papel importante en el sistema lacustre, por lo que restaurar la paleogeomorfología de las cuencas hidrográficas es un aspecto importante de la paleolimnología. La llamada paleotopografía sirve para determinar la altitud antigua. La altitud antigua tiene dos significados: la altitud antigua absoluta se refiere a la altitud antigua calculada a partir del nivel del mar en ese momento, es decir, la altitud antigua relativa se refiere a. la diferencia de altura y el grado de relieve del terreno en diferentes lugares.
La reconstrucción paleotopográfica precuaternaria se basa principalmente en estratos sedimentarios, y los sedimentos suelen conservarse en topografía negativa. Por ejemplo, la antigua profundidad de una cuenca se puede reconstruir a partir de sedimentos y fósiles. En cuanto a la topografía normal de la zona de denudación, dado que es difícil dejar registros geológicos directos, sólo podemos especular durante mucho tiempo y no podemos reconstruirla. La geología puede responder a la pregunta "¿qué profundidad tiene el agua" en diversos grados, pero no puede responder a la pregunta "¿qué altura tienen las montañas?" Es mucho más difícil reconstruir el antiguo Gao que la antigua profundidad. En los últimos años, el desarrollo de las ciencias de la Tierra ha comenzado a proporcionar métodos para la reconstrucción de alturas antiguas, y el método de reconstrucción de alturas antiguas basado en el equilibrio material es uno de ellos.
El método de reconstrucción de alturas antiguas mediante balance de materia es un método de simulación por computadora. La idea básica es revertir el proceso de llenado de sedimentos, es decir, "excavar" los sedimentos acumulados en la cuenca del lago en diversos aspectos geológicos. períodos en orden " salieron, " regresaron " a la cuenca hidrográfica en función de características identificables y luego, mediante una serie de procesos de corrección, se pueden obtener los mapas paleotopográficos de la zona hidrográfica en cada período. Su principio es la "conservación masiva": suponiendo que la fuente y el área de deposición del área de estudio se encuentran en un sistema cerrado durante la deposición y transporte de escombros, la masa de denudación debe ser igual a la masa de sedimento. Este método se estableció sobre la base del estudio de sedimentos marinos modernos [como el Golfo de México (Hay et al., 1989) y la cuenca del Mar del Norte (Wold, 1992)], y se aplicó a la restauración de antiguas cuencas lacustres. en cuencas petroleras En la época antigua, se simplificó y modificó en función de las características de la cuenca del lago interior y de los datos existentes.
1. Paso de tiempo
El rango de tiempo en estudio se divide en varios períodos de tiempo, y cada período de tiempo (como de I a J) se denomina paso de tiempo.
2. Definición de zona de captación
La definición de cuenca de captación es una condición inevitable para la "regresión" de los sedimentos en la cuenca. Sobre esta base, toda el área de estudio se divide en varios cuadrados, y los datos de cada cuadrado son la unidad más básica para la reconstrucción paleotopográfica.
3. Topografía de la superficie inicial
La superficie inicial es una de las condiciones de contorno importantes para reconstruir la topografía antigua utilizando el equilibrio de materiales. La reconstrucción de Hay et al. de la topografía antigua de las cuencas fluviales que desembocan en el mar utiliza la topografía moderna como superficie inicial; también pueden elegir la superficie inicial de cultivo intercalado en un momento específico basándose en objetivos limitados (como estudiar únicamente lagos antiguos) ( (por ejemplo, este estudio utiliza la Formación Dongying tardía como superficie inicial).
4. Selección del nivel de base de erosión
La altura del terreno sobre el nivel de base de erosión es el factor más crítico para controlar la tasa de erosión de los materiales clásticos. El nivel afecta directamente los resultados de la reconstrucción del terreno. El estudio de las cuencas oceánicas debe basarse en la altura global del nivel del mar y sus cambios, mientras que el estudio de las cuencas de los lagos interiores que no se ven directamente afectados por los cambios del nivel del mar requiere un análisis específico.
5. Histograma de litoestratigrafía
El espesor y la escala de distribución de los sedimentos dentro de una determinada unidad de tiempo determinan la calidad del material devuelto al área de origen dentro de ese período de tiempo, y también determinan la fuente. área La altura que se debe ganar durante esta unidad de tiempo. Según el mapa estratigráfico de isopacas de cada período, se asigna un espesor promedio a cada cuadrícula, estableciéndose así un histograma litoestratigráfico para cada cuadrícula.
A partir de la recopilación y disposición de los datos anteriores, se pueden utilizar determinadas fórmulas matemáticas para reconstruir las alturas antiguas y realizar una serie de correcciones como la descompresión del equilibrio. Para métodos y fórmulas específicos, consulte Cheng Xinrong et al.
Debe reconocerse que el registro sedimentario es sólo un aspecto de la evolución paleoaltitud. El otro aspecto es la evidencia independiente de los altibajos de las estructuras tectónicas de la corteza terrestre, incluida la evidencia química isotópica de minerales cristalizados. En ausencia de dicha información, utilizamos la vegetación antigua reflejada por el polen y la profundidad antigua reflejada por fósiles como los ostrácodos como suplementos de referencia para explorar la confiabilidad de la reconstrucción de alturas antiguas utilizando el método de balance de materiales.
(2) Magnetismo ambiental
El magnetismo ambiental es una nueva disciplina que surgió en la década de 1980. Restaura principalmente su entorno antiguo mediante el estudio de las características magnéticas de los sedimentos. En la actualidad, este método ha sido ampliamente utilizado en el estudio de suelos, ríos, lagos y sedimentos marinos del Cuaternario, pero existen pocos precedentes de su aplicación en sedimentos continentales precuaternarios. Este estudio ha explorado y probado esto y ha logrado ciertos resultados.
Los sedimentos (rocas sedimentarias) están compuestos principalmente por minerales. Desde el punto de vista magnético, los minerales se pueden dividir en tres categorías: ① Minerales diamagnéticos: no muestran magnetismo y producen magnetismo polar en presencia de un. campo magnético externo. Los minerales que responden débilmente a los campos magnéticos se llaman minerales diamagnéticos. Como la estación, el feldespato y la calcita. ②Minerales paramagnéticos: Minerales que exhiben magnetismo cuando hay un campo magnético externo. Los más comunes incluyen clorita, pirita, siderita, epidota, biotita, etc. ③ Minerales ferromagnéticos: algunos minerales exhiben magnetismo en ausencia de un campo magnético externo y se convierten en minerales ferromagnéticos. Los minerales comunes incluyen magnetita, maghemita, hematita, goethita y lepidocrocita. La composición y el contenido de estos minerales determinan las características magnéticas de los sedimentos. La composición y el contenido de estos minerales están estrechamente relacionados con la geología y el medio ambiente de sus áreas de origen, las condiciones físicas, químicas y biológicas del medio sedimentario y la diagénesis. El magnetismo ambiental refleja cambios en la composición mineral, el tamaño de las partículas y la disposición al probar los parámetros magnéticos de los sedimentos (rocas sedimentarias), revelando así cambios en el ambiente sedimentario.
Los parámetros magnéticos comúnmente utilizados en el magnetismo ambiental incluyen la susceptibilidad magnética (incluida la susceptibilidad magnética de volumen y la susceptibilidad magnética de masa), la relación de susceptibilidad de frecuencia, la remanencia de saturación isotérmica, los parámetros de desmagnetización, etc. Los instrumentos de detección comúnmente utilizados incluyen el detector magnético portátil MS2, la sonda de susceptibilidad magnética de doble frecuencia, el magnetómetro giratorio y el magnetómetro de pulso.
El magnetismo ambiental se ha utilizado ampliamente en las profundidades marinas debido a sus instrumentos de prueba simples, su rápida velocidad de recolección de datos y su gran cantidad, especialmente para aquellos estratos sin fósiles biológicos, puede proporcionar esquemas de comparación y división estratigráfica de alta resolución. Estudio de secciones estratigráficas a loess. La curva de susceptibilidad magnética de la sección de loess muestra un ciclo glacial muy regular, que refleja el ciclo climático; en las pruebas de núcleos de estratos de aguas profundas, como las perforaciones oceánicas, el magnetismo ambiental se ha convertido en un proyecto de rutina en el trabajo estratigráfico e incluso se ha convertido en susceptibilidad magnética. explotación florestal. Al mismo tiempo, el magnetismo ambiental es de gran importancia para el estudio de la procedencia de los sedimentos, los ritmos sedimentarios, el paleoclima y la diagénesis, y es un método eficaz para estudiar el paleoambiente de las cuencas petroleras. El artículo de Shu (1993) detalla los principios de este método.
(3) Tecnología de imágenes por microscopio electrónico retrodispersado
La imagen por electrones retrodispersados (BSEI para abreviar) es un microscopio electrónico de barrido con una sonda de electrones retrodispersados y un dispositivo de análisis de imágenes incorporados para observar. , analizando y fotografiando muestras en alta resolución. El principio básico es: cuando el haz de electrones incidente entra en contacto con los átomos en el área objetivo, se produce una colisión elástica y se generan electrones retrodispersados (llamado coeficiente de retrodispersión η) está relacionado principalmente con el número atómico del área objetivo. Cuando el número atómico es alto, el valor de eta es grande y la imagen es brillante; cuando el número atómico es bajo, el valor de eta es pequeño y la imagen es oscura (Behring, 1992). En cuanto al esquisto, los números atómicos de diversas partículas minerales (como pirita, pirita, feldespato, minerales arcillosos, minerales carbonatados, etc.). ) y la relación entre las partículas minerales y la materia orgánica son diferentes, por lo que las imágenes de microscopía electrónica retrodispersada pueden revelar claramente la relación entre ellas. Si las partículas minerales tienen un número atómico mayor que la materia orgánica, la capa mineral será más clara en la imagen y la capa orgánica será más oscura.
En comparación con otros métodos de investigación de esquisto, la mayor ventaja de la tecnología BSEI es su alta resolución. La fotografía de rayos X estudia principalmente la estructura del esquisto. Cuando el espesor de la textura es inferior a 200 micrones, no se puede mostrar claramente mediante rayos X. La resolución máxima del microscopio óptico es 65438 ± 0 μm. Cuando las partículas constituyentes del esquisto son más pequeñas que 65438 ± 0 μm, no se pueden distinguir. La resolución de la microscopía electrónica retrodispersada puede alcanzar 0,01 ~ 0,1 micrones (Belin, 1992). Además, BSEI, como tecnología desarrollada sobre la base de SEM, no sólo puede resaltar el contraste entre los diferentes componentes del esquisto, sino también identificar claramente las formas de partículas minerales, materia orgánica y fósiles paleontológicos con gran aumento. Finalmente, la tecnología BSEI se puede utilizar con analizadores de dispersión de energía (EDS) para análisis cualitativos o semicuantitativos de la composición mineral.
Desde la década de 1990, esta técnica se ha convertido en el método más utilizado en la investigación del esquisto y se ha utilizado en muchos estudios sedimentarios modernos y antiguos para analizar la estructura y la composición de los sedimentos y luego estudiar paleoambientes como como paleocéanos, paleoclimas y paleolagos (Tabla 3-2). El análisis de imágenes de esquisto mediante microscopía electrónica retrodispersada en este estudio se basó en una colaboración con la Universidad de Manchester, Reino Unido. El instrumento utilizado fue un microscopio electrónico de barrido Joel 6400. Los métodos de preparación de muestras se describen en Pike et al.
Tabla 3-2 Ejemplos de aplicación de la tecnología de imágenes por microscopía electrónica retrodispersada
(4) Análisis del ritmo sedimentario
El ritmo o la periodicidad son comunes en las rocas sedimentarias de todo el mundo fenómeno, porque el proceso de deposición es una superposición de periodicidad y eventos (Einsele et al., 1982). En los sistemas sedimentarios lacustres, el ritmo de sedimentación es uno de los fenómenos más comunes y es más prominente en las rocas generadoras lacustres. El estudio de los ritmos sedimentarios no sólo puede extraer el paleoclima, la química de los paleolagos y la paleoproductividad, sino que también proporciona una base importante para comprender las condiciones de generación de hidrocarburos y los mecanismos de generación de hidrocarburos de las rocas generadoras lacustres. El análisis del ritmo sedimentario incluye la identificación del ritmo, la investigación de la causa y el análisis del espectro.
La escala de los ritmos estratigráficos lacustres abarca desde ciclos estacionales o incluso más cortos hasta ciclos astronómicos de cien mil años o cien mil años. Por lo tanto, existen muchos métodos para identificar ritmos, incluida la sedimentología, la geoquímica, el magnetismo ambiental, los microfósiles y la geología de registros. Las más fáciles de identificar son las rayas, características litológicas que sólo pueden juzgarse a simple vista; algunos ritmos son más fáciles de distinguir con precisión utilizando la susceptibilidad magnética o curvas de registro de pozos, a veces sólo pueden identificarse a través de los resultados de la micropaleontología o el análisis geoquímico; El ritmo de la Formación Shahejie en el lago Dongying se identifica y determina principalmente por características como el color, el contenido de carbonato y la susceptibilidad magnética.
La formación de ritmos estratigráficos lacustres puede ser causada por cambios en la masa de agua de la cuenca del lago, cambios ambientales en la cuenca de captación, deposición propiamente dicha (como corrientes de turbidez) o diagénesis (Einsele et al., 1982) . Además de la medición y estimación de frecuencia del espesor rítmico, el análisis de minerales y componentes químicos en ritmicidad, el análisis petrológico bajo microscopio polarizador e incluso el análisis de alta resolución de microcamas mediante microscopía electrónica de barrido retrodispersado son formas importantes de estudiar el origen de ritmicidad. Específicamente, el análisis de microfósiles (incluido el polen de esporas) y las estadísticas de observación de rastros de fósiles también son métodos eficaces para revelar las causas del ritmo.
Encontrar el ciclo principal del ritmo sedimentario mediante el análisis espectral es un aspecto importante para comprender su origen, y es también uno de los contenidos de los trabajos estratigráficos de alta resolución. La serie temporal de la formación (como la curva de susceptibilidad magnética o la curva de contenido de carbonato) se puede obtener mediante la transformada de Fourier o la transformada de Walsh, revelando así el período principal del ritmo. Por supuesto, el período de tiempo de todo el conjunto de estratos es el requisito previo para encontrar la duración del ciclo principal.
Para conocer los métodos de investigación y los principios del análisis del espectro y el ritmo general de deposición, consulte el artículo de Wang (1993).
(5) Método de simulación numérica de sedimentación.
La transformación de las ciencias de la tierra de cualitativas a cuantitativas, de la descripción de fenómenos a la exploración de mecanismos, hace que el papel de la simulación numérica sea cada vez más obvio. Para una disciplina tan completa y exploratoria como la paleolimnología, es particularmente importante utilizar simulaciones numéricas para probar hipótesis existentes y señalar conexiones aún por identificar. La paleolimnología estudia los lagos como un sistema completo y debe utilizar métodos cuantitativos en la medida de lo posible para revelar la relación entre varios factores. Al mismo tiempo, la paleolimnología involucra capas fluidas, e incluso la atmósfera y las corrientes en las capas fluidas modernas generalmente se abordan mediante simulaciones numéricas debido a su diversidad.
Existen muchos tipos de simulaciones numéricas, y tres se utilizan principalmente en la investigación de lagos antiguos.
1. Simulación de campo de flujo
Utilizando el método de simulación de circulación superficial basado en campos de viento en oceanografía, se puede simular numéricamente el flujo lacustre de lagos antiguos. De acuerdo con las condiciones límite, como los contornos y la profundidad del agua de la cuenca del lago en ese momento, se puede dar un cierto campo de viento y la circulación superficial en diferentes períodos de depósito se puede estudiar mediante simulación numérica y probar con registros sedimentarios.
2. Simulación paleotopográfica
Utilizando fósiles como marcadores de la profundidad relativa del agua, se puede realizar una simulación semicuantitativa de la profundidad del paleoagua mediante gráficos por ordenador. Como un intento de simular numéricamente la paleohaltura de la cuenca de captación, basándose en el método de simulación numérica de relleno sedimentario desarrollado durante un largo período de tiempo en el análisis de cuencas, se utilizó el método de stripping para obtener la paleohaltura de la cuenca de captación, que es la " Método de paleoaltura de reconstrucción del balance de materiales" presentado anteriormente.
3. Simulación geoquímica
El uso de métodos de simulación numérica para discutir cuantitativamente los procesos geoquímicos sedimentarios fue un tema nuevo en la comunidad académica internacional en la década de 1990. Por ejemplo, con respecto al origen de las franjas rítmicas de carbonatos/lutitas en las rocas generadoras, se puede establecer un modelo matemático de deposición química primaria de carbonatos (Mei Hongming, 1996).
Además, también se pueden utilizar métodos como el mapeo por computadora para estimar la productividad antigua. En la actualidad, la simulación numérica por computadora se ha utilizado ampliamente en la investigación paleoambiental del Cuaternario y se utiliza principalmente para el análisis de cuencas en geología del petróleo. De hecho, la paleolimnología, al igual que la paleoceanografía, tiene amplias perspectivas al introducir métodos cuantitativos y realizar simulaciones numéricas.