内陆盆地煤层米兰科维奇天文周期响应机制研究

米兰科维奇天文周期（米氏周期）控制下的全球古气候变化作为高频地层旋回的驱动力之一已成为地学当前研究的热点。在内陆盆地聚煤期盆地基底沉降均匀、缓慢，陆源碎屑供应中断的背景下，米氏天文周期成为盆地泥炭沉积的主要驱动力并响应于基准面变化、古气候和成煤植物更替三方面。为了揭示内陆盆地煤层对米氏周期的响应机制，选取柴北缘侏罗纪煤层为例，等间距厘米级采集煤样品，采用特征参数（OI、GI和δ13C）来表征聚煤期盆地基准面变化、古气候和成煤植物更替，并实现煤层特征参数旋回的定量表示；利用快速傅里叶变换和连续小波分析，实现煤层垂向特征参数曲线的频谱分析，通过不同频率煤层厚度比值与聚煤期天体轨道周期比值的比较，确定米氏周期在煤层内的响应机制。分析米氏周期驱动下的盆地基准面变化、古气候演化和成煤植物更替三因素对煤显微组分形成的控制作用。

为了揭示陆相盆地煤相演化过程中基准面变化及沼泽演化史，以柴北缘侏罗纪煤层为例，应用煤岩学、沉积学和层序地层学有关理论和方法进行了煤相演化序列与沼泽基准面变化的研究。以沉积滨线坡折带、波浪能量耗尽点和浪基面为界，将沼泽体系划分为湖滨平原、低能滨湖、高能滨湖和浅湖4个亚相、8个微相，从沉积学、层序地层学和煤岩学综合角度提出了陆相湖盆沼泽沉积模式。建立了基于氧化还原性、水体能量和受陆源沉积物影响程度3个指标的煤沉积微相确定方法，并应用该方法恢复了煤层的煤相演化序列。识别出陆源碎屑体系废弃面（DSA）、相对整合面（cc）、湖泛面（lfs）、陆表暴露面（sae）与河道侵蚀面5种关键层序界面、2种准层序类型，建立了煤层等时地层格架及相应的基准面变化曲线。分析了层序格架内煤相演化与古盐度、酸碱性、沼泽类型、沼泽植物间关系。结果表明：两煤层主要沉积于波浪能量耗尽以上的湖滨平原亚相和低能滨湖亚相，正常湖退形成的整合面和强制性湖退形成的河道间暴露面为主要层序界面类型。从湖滨平原到滨、浅湖，水介质盐度降低、碱性增强，木本植物先减少再增加，并发生高位沼泽-低位沼泽-高位沼泽的演化。提出了陆相湖盆沼泽体系基准面变化、沉积微相分布及沼泽古环境特征间关系的综合模式，指出气候控制下的降雨量是沼泽基准面变化及湖侵-湖退的主要驱动力。为了揭示陆相盆地聚煤期古气候演化及泥炭沉积驱动力，应用同位素地球化学、煤岩学等理论和方法，进行了柴北缘侏罗纪大煤沟F煤层有机碳同位素组成、频谱分析研究。δ13C与镜惰比、Sr/Ba比及其指示的湖平面变化具有明显的负相关关系，由此认为δ13C主要反映了聚煤期湿暖和干热两种古气候特征，随着气温升高、降雨量减少、气候变得干燥炎热，δ13C发生重偏移，即δ13C的时间变化揭示了煤层沉积期由干热向湿暖、再向干热的古气候演化趋势。结果表明：煤样固态物质有机碳同位素（δ13C）变化在-25.6‰～-22.9‰之间，平均值-23.9‰；煤层下部和上部碳同位素偏重、中部碳同位素偏轻，在煤层中部和顶部出现明显的负偏移和正偏移。频谱分析识别出F煤层内3.25m和5.32m两个厚度周期，该周期比值与泥炭地发育时期的岁差和黄赤交角周期比值相近，认为米兰科维奇天文周期是F煤层泥炭堆积的驱动力之一。