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01-02讲 绪论和沉积岩的形成过程

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第二篇沉积作用与沉积岩 绪论沉积岩的形成过程沉积岩的构造特征他生沉积岩自生沉积岩第一讲 绪 论1. 沉积岩 ( 2. 沉积岩石学 ( 3. 沉积学 ( 4. 沉积环境 ( 5. 沉积相 ( 沉积岩的理解形成在表生环境条件下;沉积作用形成沉积物:水成、风成、冰成;从 沉积物转化为沉积岩需要一个成岩过程 .沉积岩的基本特征(成层性、含化石、具特征的沉积构造)1. 沉积岩 ( 积岩是在 表生环境条件 下,由 沉积作用 形成的 沉积物 ,在逐渐被 埋藏过程中经 成岩改造 而成的 成层岩石 。它是三大类岩石(岩浆岩、沉积岩和变质岩)之一,出露面积最广( 75%) .2. 沉积岩石学 (研究沉积岩(包括沉积矿产)的 岩相学 特征 、 成因 、及其在 时间和空间上分布 规律的一门地质学科,它是 “ 岩石学 ”的一个独立分支科学 。3. 沉积学 (一术语是沃德尔( 1932年)提出的 后来扩展为既包含研究现代沉积物,又包含研究沉积岩的岩相学特征、成因及相关地质规律的学科,因此,某种意义上,它包括了沉积岩岩石学的研究范畴。4. 沉积环境 ( 沉积物堆积场所的 地貌特征 与 沉积作用特征 的总和。河流环境 的地貌特征为下切的沟谷(具有一定坡度),沟内有阶地、边滩或心滩,沉积作用为流动的水体(水流)。又如: 湖泊环境 的地貌特征为陆地上具一定面积的积水洼地,沉积作用为波浪、沿岸水流及淡水生物活动等。5. 沉积相( 定 沉积环境 中的沉积物或沉积岩的 岩石学 和 生物 特征的总和。沉积相是有一定空间尺度的 物质实体 。如:河流相主要为砂砾岩或粉砂岩组成,具交错层理,有植物树干化石而无植物叶化石。又如:湖泊相常有暗色泥岩或细粉砂岩组成,水平纹理,含植物叶及淡 水动物化石。沉积岩的形成过程第 二 讲第一节 : 表生带特点第二节 : 沉积岩的物源第三节 : 沉积物的搬运和沉积过程第四节 : 沉积后的成岩及成岩期后改造第一节:表生带及其特点常温和常压 ( 5 体到达坡底后可很快静止下来。支撑机制:流体靠其中的 基质 (泥为主 )支撑。垂直 序列特征:一次碎屑流堆积成的 垂向序列厚达几十米 ,它基本上不是颗粒在流体中 “ 沉降 ” 而是流体整体停止流动的结果,其 最大特点是几乎没有机械分异(选)沉积产物:水上泥石流沉积 形成山前冲积扇,进入浅湖或浅海形成扇三角洲;水下泥石流沉积 在深海大陆斜坡下形成深海扇 质砾岩、含砾泥岩,分选性和磨圆差,泥和石混杂沉积。碎屑流(泥石流)沉积的层序模式碎屑流的反递变层理露头照片(2), 浊 流 (义 :在 水下斜坡 上产生的,含大量 自悬浮颗粒 (泥砂)和水分 、以 紊乱状态流动 的重力流。支撑机制 :流体内部的紊流上举力 物和特点 :在深海或深湖环境中 , 形成具鲍马序列的浊积砂岩。鲍马序列反映了由重力流向牵引流转化的特点 。浊流沉积形成的鲍马序列 *此图中有的描述有误?浊流沉积形成的鲍马序列), 颗粒流 (一种 基本不含泥质 而由 砂砾 ( 主要是砂 )构成的高密度 层状塑性流 ,也由斜坡上的先成沉积物在自身重力推动下顺内部剪切面发生。流动时颗粒以随机碰撞方式将局部的滑动剪切力向各个方向传递、造成更多的剪切滑动面,特别是向下传递将启动更多的下伏颗粒使流体底界剪切面下移,流体规模也随之扩大。流动过程中, 颗粒间的碰撞可以支撑较粗大的砾石 并像在碎屑流中那样使砾石向上部移动(如果有砾石的话)。•颗粒流的垂向沉积序列与碎屑流有些类似,但通常只由较干净的砂级颗粒构成,最大厚度也可达几十米。(4) 液化流 (义:富含水的砂质或砂泥质沉积物,在上覆压力或突发外力(地震、海啸等)激发下, 内部流体运动产生超空隙压力,导致沉积物液化变成重力流 ,然后沿斜坡流动形成液化流。支撑机制:内部 水 沸腾产生的空隙压力。沉积产物:形成薄-中层砂岩,具泄水沟造(泥质充填的泄水管和合叠状构造)。泄水构造的常见类型1— 上飘纹理构造, 2— 碟状构造, 3— 泄水管构造,4— 包卷构造,箭头所指为泄水孔或泄水沟 石 油 钻 井 平 台许多油气田的储层是各种重力流的砂岩,特别是浊积砂岩1、北海油田2、美国文图拉油田3、墨西哥波萨利卡油田4、辽河油田根据搬运、沉积的介质和动力过程的不同,可分为6种搬运和沉积过程(作用):1, 牵引流的搬运和沉积过程 重力流的搬运和沉积过程 风的搬运和沉积过程 冰(冰川和浮冰)的搬运和沉积过程 化学搬运和沉积过程 生物沉积过程 风的搬运和沉积作用 (的沉积作用原理与水流相同,也是通过牵引力的变化来实现搬运和沉积的,颗粒的搬运方式也是滚(挪)动、跳跃和悬浮。但与水相比,空气的密度和粘度要小得多,当流速相同时,空气的搬运力远比水小,因此具有 搬运颗粒更细,分选度更高、但颗粒表面常具风蚀(毛玻璃状)等三个特征 。风成沙丘根据搬运、沉积的介质和动力过程的不同,可分为6种搬运和沉积过程(作用):1, 牵引流的搬运和沉积过程 重力流的搬运和沉积过程 风的搬运和沉积过程 冰(冰川和浮冰)的搬运和沉积过程 化学搬运和沉积过程 生物沉积过程 化学搬运和化学沉积过程化学风化成分进入水体,有的构成 真溶液 ,有的构成 胶体 ,真溶液或胶体溶液 随地表和 /或地下径流向汇水盆地搬运 , 搬运程中若遇条件适宜,它们之中的相关成分就会彼此结合、再次通过物态转变形成某种矿物而沉淀出来 . 该过程称为化学搬运和化学沉积过程。(1) 胶体溶液的搬运作用与沉积低溶解度的金属氧化物(如: 常以胶体溶液被搬运,胶体颗粒大小介于粘土颗粒与离子之间,靠布朗运动支撑。自然界胶体有正胶体和负胶体之分。同种胶体颗粒带相同电荷,互相排斥,难以沉淀。 正负胶体相遇或介质 体颗粒之间的相互排斥力消失,它们就会相互凝聚为大的质点,在重力的作用下沉降,成为胶体沉积物。纯化学沉积硅质岩、铝土岩、锰质岩、铁质岩就是胶体沉积成因的。化学风化产生的 K+1, , , , , , , 江和河流中,这些离子浓度低,不易沉淀,大部分被搬运到海洋 、 湖泊 之中。 真溶液物质被搬运到海洋或湖泊之后,在蒸发量大于淡水补给量的条件下,离子的容积度达到饱和-过饱和状态,开始沉淀形成盐岩沉积,沉淀顺序为:碳酸盐(方解石、菱铁矿)-硫酸盐(天青石、石膏)-卤化物(钾盐、食盐)。(2) 真溶液的搬运作用与沉积根据搬运、沉积的介质和动力过程的不同,可分为6种搬运和沉积过程(作用):1, 牵引流的搬运和沉积过程 重力流的搬运和沉积过程 风的搬运和沉积过程 冰(冰川和浮冰)的搬运和沉积过程 化学搬运和沉积过程 生物沉积过程 生物沉积过程由生命活动 直接 或 间接 造成的物质迁移和聚集作用称生物沉积作用。从现在掌握的资料看,至少从太古代中晚期开始生物就已遍布在了世界各地的海水中,可能不晚于泥盆纪生物已蔓延到了陆地。现在, 在 地下 1000米以上的深度也仍然有生命存在 。地球上的任何生物,包括 人在内,都是生物沉积作用的主体。在地质历史中,具重要造岩意义的生物是 植物、无脊椎动物和细菌 ,其时空分布和个体数量都是其它生物所不能与之比拟的。(1) 生物造岩作用生命的实质就是生物能动地利用外部物质和能量在从分子到整个个体的多个层次上进行自我复制。从沉积学角度看,生物主要通过三种方式或途径来实现物质的迁移和聚集。 生物化学作用产生生物骨骼、硬壳和有机质 . 改变环境的物化条件 . 机械捕集或粘结其它物质 .(2), 生物构筑沉积岩的方式 生物原地生长-造架式构筑 (如:生物礁 、生物丘 /层、叠层石) .作为化石原地保存在沉积岩中 —— 可记录地层年代 栖生物壳埋在沉积物中,指示沉积物时代和沉积 (平静 )环境。2)游泳或浮游生物壳沉到水底埋在沉积物中,指示沉积物时代。生物遗体被搬运后 与其它造岩原始物质混合式构筑 (生物碎屑灰岩 , 鲕粒、团粒 ) —— 一般不可记录地层年代 海背景,环绕抵御波浪作用的生物礁环,中间为高盐度泻湖环礁 :由生物礁环、泻湖和进潮口组成珊瑚个体群居形成珊瑚礁生物(介壳)丘或生物层含放射虫的现代远洋沉积物硅质岩中的放射虫分布见右下图,其它为从其中分离的放射虫化石第四节: 沉积物 的成岩作用从各种沉积作用形成的松散沉积物变成坚硬岩石的过程称成岩过程。广义的成岩作用:沉积物从最后沉积下来的那一时刻起一直到变质或风化之前,所发生的一切物理、化学和生物化学作用,总称为成岩作用.岩作用的阶段划分 ( ухин,1958 967 本教材同生作用成岩作用早期成岩作用同生作用成岩作用早期成岩作用同生作用成岩作用 早期成岩作用 浅埋成岩作用后生作用进后生作用(向变质作用过渡) 晚期成岩作用变生成岩作用 (向变质作用过渡 )晚期成岩作用深埋成岩作用(向变质作用过渡 )退后生作用(向风化作用过渡 )表生成岩作用 (向风化作用过渡 )表生成岩作用(向风化作用过渡 ) 同生阶段及同生作用 (积物沉积下来到被埋藏之前为同生阶段, 在此阶段所发生的一切物理、化学或生物作用成同生作用。此阶段沉积物仍可以与盆地水体接触 浅埋成岩作用指同生作用之后一直到沉积物固结为止为浅埋成岩阶段,发生在此阶段的一切物理、化学和生物作用称成岩作用。伴随上覆沉积物厚度的增大,浅埋成岩作用条件的总体变化趋势是温压升高、层间连通性变差,开放系统变为封闭系统,孔隙水和厌氧细菌的间接生物化学作用增强, 沉积物沉积下来到固结为早期成岩阶段,在此阶段发生的物理、化学作用称早期成岩作用。 此时,层间系统从完全的开放系统逐渐向封闭系统转化 。早期成岩作用 深埋成岩作用已固结的沉积岩在上覆沉积物厚度进一步加大、温压进一步升高直到变质作用之前所经历的所有作用:以重结晶作用为主。指沉积物固结之后至变质或风化作用开始的为晚期成岩阶段,在此阶段发生的物理、化学作用称晚期成岩作用。此阶段一般使已固结沉积岩的成分、结构和构造等发生进一步变化。晚期成岩作用表生成岩作用指坚固沉积岩因盆地抬升而逐渐上升到潜水面附近时,受渗流和潜流大气降水影响所发生的作用。主要的作用有:溶蚀作用、氧化作用。成岩作用类型 ( 压实和压溶作用 胶结作用 氧化 溶蚀和交代作用 重结晶作用 压实和压溶作用a。 压实作用 ( :指沉积物沉积后在其上覆盖层的重荷下(有时伴有构造形变应力作用),排出水分,降低孔隙度,缩小体积 并逐渐固结。这种机械压缩-固化作用称为压实作用。1. 原始沉积物,粒间基质富水,体积大.2. 压实只是基质体积减小,基质中片状矿物定向排列;碎屑颗粒坚硬,体积不变.3. 进一步压实,颗粒凹凸整合,变为 似 镶嵌结构.b, 压溶作用 (积物随埋藏深度的增加,碎屑颗粒接触点上所承受的 上覆层的压力 或来自构造作用的 侧向应力 超过 正常孔隙流体压力 时,颗粒接触处的溶解度增高,将发生溶解作用和晶格变形。颗粒之间接触类型随压力增大而改变接触类型和变化序列1.点接触, 2.面接触, 3.凹凸接触, 4.缝合线接触压溶的成分全部进入到粒间水溶液中,它们可在邻近压力较低部位重新参与沉淀矿物的形成。 氧化 - 还原作用( 着成岩过程进行并向表生成岩阶段演化时,成岩环境由还原型转化氧化型环境,低价矿物的阳离子价态升高,形成新矿物,这种作用为氧化-还原作用,如:灰绿色泥岩中的氧化亚铁转化为三氧化二铁,形成紫斑。 胶结作用 (结作用:彼此独立分开的颗粒被胶结物焊结在一起的作用。 胶结作用通过粒间水的沉淀、颗粒的溶解再沉淀和粒间作用而实现。 溶 蚀 和 交 代 作 用多发生在深埋成岩阶段中A , 溶蚀 (沉积物、胶结物或其它矿物在成岩过程中,被水局部溶解称为溶蚀,残留下来的部分就具有溶蚀结构。溶蚀总是从颗粒表面、颗粒或基质内的裂缝等部位开始,然后逐渐扩展开来。交代作用 (种矿物置换另一种矿物的化学过程叫 交代. 显示这种置换关系的结构称为 交代结构。 交代结构可分为以下 4种类型 :交代结构的 4种类型a, 交代残余结构b, 交代假像结构c, 漂浮自形晶结构d, 交代阴影状结构a, 交代残余结构也称蚕食结构,即颗粒、基质或胶结物矿物被交代矿物集合体 部分置换 ,而另 一部分则残留 ,交代和被交代矿物之间有一个不规则的蚕食状分界面。代碎屑长石而具有长石假像;2. 粘土矿物 交代长石而具有长石假像同时残留有长石的解理;3. 玉髓 交代腕足碎片和鲕粒而具有腕足和鲕粒假像同时残留有原始的结构特点;4. 方解石 交代石膏而具有石膏假像 (也可由溶解一充填形成 )b,交代 假象 结构交代矿物选择性地 完全置换 了被交代颗粒或矿物晶体但保留了原颗粒或矿物晶体的原始外貌。. 砂岩中的菱铁矿交代方解石连晶胶结物;. 砂屑灰岩中六方柱状石英交代方解石;. 泥晶灰岩中菱面体白云石交代方解石c, 漂浮自形晶结构交代矿物以自由结晶形态 彼此分离 地出现 在被交代矿物的背景中 。溶蚀和交代作用往往近同时地进行,若只有溶蚀而无交代或溶蚀作用强于交代作用,则形成次生孔隙,又称作溶蚀孔。次生孔隙对各种流体 (石油、天然气、水 )的运移和聚集都具有重要意义。次 生 孔 隙d, 交代阴影结构当 颗粒被同成分的基质或胶结物包围 时,强烈的交代可能会突破交代假象的边界使边界消失,或者基质、胶结物同时被交代,仅因结构或所含杂质不同使原颗粒中的交代产物在晶体粒度、洁净度等方面与周围交代产物出现差异,结果原颗粒所在部位就变成了一个成分或结构都相对特殊,而边界模糊或呈过渡状的斑块。这种斑块就是原颗粒的 阴影假晶 。 重结晶作用 (般重结晶作用指矿物在不改变基本成分的同时为减小表面能,而自然增大粒度的作用,多发生在向 深埋成岩阶段 演化的过程中。广义重结晶还包括玻璃质或非晶质向晶质的转化、晶格的调整等,如:火山碎屑中的酸性玻璃转变成隐晶的长英质矿物、蛋白石转变成玉髓或进一步转变成石英,胶磷矿转变成磷灰石等。
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