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区域地质调查之地层野外工作方法

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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野外地层调查方法徐德斌20111月 6日星期日 97 2提 纲一、区(矿)调工作步骤二、野外地层调查内容三、地层研究思路四、岩石分类命名与调查内容五、沉积相识别标志与主要沉积环境六、层序地层分析与应用七、盆山类型与盆山耦合关系研究八、多重地层单位划分与区(矿)调要求2016年 11月 6日星期日 97 3一、区(矿)调工作步骤•沉积岩 (地层 )填图工作方法•岩浆岩填图工作方法•变质岩填图工作方法•构造填图工作方法•矿产调查工作方法•化探工作方法•物探工作方法•遥感工作方法•数字填图技术与方法立项报告、地质(矿产)草图、工作部署图设计报告、地质(矿产)草图、工作部署图、物化遥解译图、工作程度图野外验收简报告、野外地质图(矿产图),物探测量成果图、化探测量成果图,实际材料图,各类剖面图及记录本、各类标本、样品、测试分析报告等原始资料区(矿)调联测报告、专题报告、地质图(矿产图),说明书,物探测量成果图、化探测量成果图,实际材料图,各类剖面图及记录本、各类标本、样品、测试分析报告等原始资料、数据库2016年 11月 6日星期日 97 4•野外地层调查内容:•岩性与组合特征;•沉积特征(沉积相标志) → 沉积微相与沉积相 → 基本层序 → 相序特征(厚度变化、接触关系等);•古生物化石特征(含产出状况) → 地层时代(结合同位素年龄);•划分沉积相类型 → 恢复沉积环境;•沉积岩区构造特征与演化( 产状、标志层);•盆地类型与盆山耦合关系;•沉积作用与成矿作用的关系(含矿层及其变化);•第四系: +成因类型、古文化层等。二、野外地层调查内容及存在的矛盾2016年 11月 6日星期日 97 5地层系统 划分依据 地层单位 缺 点岩石地层 岩性 群、组、段、层、非正式单位 穿时性生物地层 化石 生物带、组合带、延限带、顶峰带、间隔带 哑地层、分辨率年代地层 时间 宇、界、系、统、阶、时带 测年对象、费用、 分辨率生态地层 环境(群落) ? 哑地层、分辨率磁性地层 磁性 极性超时、极性时、极性亚时 系统性、费用、分 辨率事件地层 事件 全球性、区域性、地方性 系统性、分辨率化学地层 地球化学 化学异常层 费用、分辨率矿物地层 重矿物 组合带 费用、分辨率•1976): 亚群落、群落、生物区、相关生物群•1974, 1976 ): 域、大区、区、亚区或分区、土著中心、生态系、组合、群落、组伴、种群•1975 群落 、群落群、底栖组合、生态进化单元、态(古生态)单位( 小生境或生态位、生境、 生态系统或生态体系、 生态区 )•核心问题: 地层单位的划分与厘定2016年 11月 6日星期日 97 6岩石地层与层序地层划分对比•用层序地层研究成果优化、厘定岩石地层单位界线2016年 11月 6日星期日 97 7•野外调查总体原则:•以现代地层学、沉积学理论为依据,以沉积地层多重划分对比为基础,采用 岩石地层单位 填图,通过研究岩石地层单位的基本层序,准确地描述沉积地层组成、结构、变化和单位的识别特征 —岩相分析 。•通过 正式和非正式岩石地层 填图,查明并表示其时空存在状态、纵横向变化与年代单位的相互关系;•建立和完善 区域地层格架和模型 ;探讨和预测岩石地层单位的 形成环境 、沉积作用过程、区域地质发展史与控制 资源分布 的规律。•调查方法: 地质填图与地层剖面研究相结合2016年 11月 6日星期日 97 8•沉积岩区: 岩石地层单位填图法•火山岩区: 岩石地层 —火山岩相双重填图法•侵入岩区: 侵入体( “ 岩性 +时代 ” 或 “ 岩性 +时代 +典型命名地 ” )•变质岩区: 构造 —地(岩)层 (如岩组、岩群) —事件或构造 —岩石 四纪地质: 岩石地层单位或成因单位•构造: 构造解析法•填图方法2016年 11月 6日星期日 97 9三、沉积地层研究思路成层性与旋回性岩性 岩相 相序 盆地 资源评价沉积岩石学沉积学层序地层学盆地分析煤田地质学石油地质学…………古生物学沉积地质学2016年 11月 6日星期日 97 10一)陆源沉积岩: 碎屑颗粒、杂基、胶结物、孔隙1.分类与名命•自然粒级划分砾 砂 粉砂 泥 漂砾 巨砾 粗砾 中砾 细砾 极粗砂 粗砂 中砂 细砂 极细砂 粗粉砂 细粉砂 毫米值: 1 0 0 0 2 5 0 5 0 1 0 2 1 0 . 5 0 . 2 5 0 . 1 0 . 0 5 0 . 0 3 0 . 0 0 5 φ 值 : - 1 0 - 8 - 6 - 3 - 1 0 1 2 3 4 5 8 φ=- 四、岩石分类命名与调查内容2016年 11月 6日星期日 97 11•粒度、结构分类与命名2016年 11月 6日星期日 97 12•砾级碎屑含量达到或超过 30%的沉积岩称粗碎屑岩。按成因常见的粗碎屑岩有 滑坡角砾岩、洪积砾岩、河成砾岩、湖成砾岩、滨海砾岩、浊积(海底扇)砾岩、冰碛砾岩以及溶洞角砾岩 等。粗碎屑岩是砂金、砂锡、地下水等矿产的主要赋存岩石。2016年 11月 6日星期日 97 13表 15 - 1 主要粗碎屑岩成因类型的主要沉积特征 洪 积 ( 洪积扇 ) 河 流 滨 湖 滨 海 浊 流 ( 海底扇、水下扇 ) 冰 碛 沉积构造 块状,有时有交错层理和向源倾斜的叠瓦构造 块状或交错层理,向源或向湖倾斜的叠瓦构造 块状或交错层理、低 角度交错层理、向海 倾斜的叠瓦构造 块状,有时有各种粒序或向源叠瓦构造 块状 结 构 粒度 分选 磨圆 支撑 中粗砾为主 很差 角或次角状 混基或颗粒支撑 中砾为主,有时细砾 中等 - 好 次圆或圆状 通常颗粒支撑 中砾为主,有时细砾 好 圆状 颗粒支撑 中粗砾 通常很差 通常次角或次圆状 泥基或混基支撑 变化很大,通常 中粗砾 很差 角或次角状 颗粒或混基支撑 砾石成分 复杂性 成熟度 复成分 很低 通常复成分 低或较高 通常单成分 通常很高 复或单成分 低或高 复成分 低 2016年 11月 6日星期日 97 14含 50%以上砂级陆源碎屑的沉积岩•主要沉积在河流、沙漠、湖泊等大陆环境,河海过渡环境(三角洲、河口湾),浅海至深海环境,并与粗碎屑岩、粉砂岩、泥质岩、碳酸盐岩等共同构成各种各样的垂向序列砂岩 ( 1964)认为一种杂基含量超过 10杂基成分主要为 云母、绿泥石和粘土 的坚硬的杂砂岩,是经过了较强深埋成岩作用(强烈压实和重结晶)的产物。2016年 11月 6日星期日 97 15•泥级质点(主要指粘土矿物)含量超过 50%的沉积岩称泥质岩( •室内分析:显微镜(电镜扫描)、 酸盐含量、粒度、化学分析2016年 11月 6日星期日 97 16混积岩 (混杂岩)的命名•基本组分 >50% 基本名称•次要组分 25 X 要组分 5 含 X X•次要组分 75%(好 )、 50中等 )、 )– 标准偏差( 1): 4(极差 )2016年 11月 6日星期日 97 25接触类型与胶结类型2016年 11月 6日星期日 97 26颗粒支撑 杂基支撑常以牵引流为主 常以密度流为主以床沙载荷搬运为主 以悬浮移载荷搬运为主颗粒 /杂基比大,颗粒支撑 颗粒 /杂基比小、杂基支撑杂基少或被冲洗掉 杂基与颗粒同时沉积结构成熟高 结构成熟度低孔隙性、渗透性好 孔隙性、渗透性差•支撑类型2016年 11月 6日星期日 97 27显微镜下的颗粒支撑显微镜下的基质支撑2016年 11月 6日星期日 97 28砾石组构特征2016年 11月 6日星期日 97 29表 13 - 1 碎屑沉积物的结构成熟度分级及其与沉积环境的关系 (据 F 1951, 1961, 陈屏杨, 1968 综合、简化) 结构特征 成熟度分级 圆 度 分 选 基质含量( % ) 可能的沉积环境 极不成熟 差 差 > 15 大陆泥石流、洪积、冰碛 不成熟 差 差 5 - 15 洪积、河流、浅湖 次成熟 差 中等 < 5 洪积、河流、浅湖、风成砂丘 成熟 中等 好 < 5 河流、风成砂丘、海滩 极成熟 好 好 < 5 风成砂丘、海滩 结构成熟度2016年 11月 6日星期日 97 30砾级碎屑沉积物: 燧石岩砾石 + 石英岩砾石 / 其它岩类砾石 砂或粉砂级碎屑沉积物: 单晶石英 / 单晶长石 单晶石英 + 燧石岩屑 / 单晶长石 + 其它岩屑 泥级碎屑沉积物: A l 2 O 3 / O (二者均为化学分析结果) 上述比值愈大,沉积物在成分上就愈成熟。 •矿物成熟度•成分成熟度指数( 沉积物中稳定性较高与稳定性较低的碎屑成分的含量之比2016年 11月 6日星期日 97 31• 层 /岩层 ——组成沉积地层的基本单位,内部成分、结构、构造和颜色基本均一,上、下有明显的层面,可以包括一个或若干细层、层系或层系组。– 块状层 (>100 厚层 (100 中厚层 (50 薄层 (10 微薄层 (7为海相2016年 11月 6日星期日 97 54适用于粘土岩、碳酸盐岩一般认为 2016年 11月 6日星期日 97 55• 沉积矿物标志 —矿物化学沉积顺序为: 方解石 白云石 天青石 石膏 石盐– 自生天青石、萤石、重晶石的白云岩反映盆地内水体的盐度较高。– 正玉髓为超盐度的指示物。– 海绿石、胶磷矿物形成于正常含盐度。– 超咸水或清水环境中形成的鲕粒是呈放射状,非同心状。– 脱水裂隙多少变化。2016年 11月 6日星期日 97 56•生物学标志•0大量藻类、底栖有孔虫、双壳类、腹足类、造礁生物 ( 珊瑚、苔藓虫、层孔虫、海绵等水深不超过 10 、灰质海绵及无铰纲腕足动物。•50底栖和浮游珊瑚、腕足类、头足类、棘皮类等,保存较好。因阳光难透入,故藻类少。•100生物逐渐减少,有苔藓虫、具铰纲腕足动物、海绵和海胆。•>200m: 远洋底栖海百合、硅质海绵、少数薄壳腕足类及细枝状的苔藓动物2016年 11月 6日星期日 97 57•色与矿物类型•示矿物2016年 11月 6日星期日 97 58•古气候•地球化学•矿物岩石标志•沉积学标志2016年 11月 6日星期日 97 59• 矿物岩石标志– 鲕状赤铁矿: 多数在温暖、炎热条件下形成。– 煤: 炎热潮湿或温暖潮湿气候条件下形成的。– 碳酸盐类: 沉积物中 度高的地区位于低纬度内。大规模碳酸盐沉积作用主要发生在南北纬 20o(温暖的热带和亚热带)左右。– 磷块岩: 温暖或炎热气候的标志;– 土状堆积 : 黄土是寒冷(冰期)气候条件下的风成沉积,指示干、冷气候。红土反映温暖潮湿的气候。– 蒸发岩: 如岩盐、石膏、硬石膏、钾盐、萤石、天青石等是在炎热和干燥的气候中沉积的。– 红层 :温暖、炎热干旱或半干旱的气候。– 风成沙漠沉积: 现代南北纬 30 冰碛岩: 极地冰川(大陆冰盖)和山岳冰川。2016年 11月 6日星期日 97 60•古水深•自生矿物标志•海绿石 :远离大河口的陆棚区,弱咸性( - 8)、弱氧化 )、水温 10左右,深度大于 125m;寒冷地区,水深为 30鲕绿泥石: 较温暖的浅海,水温大于 20℃ ,深度小于 60m。•盐类矿物 :干旱暴露的环境•地球化学标志•由滨岸向深海, P、 Y、 中 矿物逐渐沉淀•沉积速率低,沉积物中 1月 6日星期日 97 62三)生物参数: 种类、数量、古生态、埋藏方式•不同的埋藏方式2016年 11月 6日星期日 97 63•生物对盐度的指示2016年 11月 6日星期日 97 64•生物对水体深度的指示2016年 11月 6日星期日 97 652016年 11月 6日星期日 97 66•生物对底层性质的指示2016年 11月 6日星期日 97 67•指示海水清浊度•如海绵、珊瑚、苔藓虫常生存在清水环境中•食沉积物生物如蛇尾类、蛤、腹足等,适应从沉积物中摄食有机物,能忍受浊度较大的海水。•少数生物如腕足类的舌形贝、掘穴蛤、介形虫、有孔虫及星鱼等捕食型的移动生物能在迅速沉积的环境中生存2016年 11月 6日星期日 97 68• 指示古气候– 古生代植物群是耐阴植物群;中生代的植物群需要较强阳光;新生代植物群需要强阳光。– 潮湿的热气候会使植物繁茂地生长,形成巨大木本植物群;– 过度潮湿地区的植物,一般具有巨大的树干,宽阔的叶片,弱而浅的根部系统,通气组织高度发育以及有强烈蒸发性能– 干旱植物的生长则相反2016年 11月 6日星期日 97 69四)矿物参数: 指相矿物、颜色、痕量元素•矿物的标型特征分析母岩类型火山岩型石英 脉石英 沉积岩型石英片麻岩型石英花岗岩型石英 片岩岩型石英2016年 11月 6日星期日 97 70阴极发光分析2016年 11月 6日星期日 97 71•碎屑矿物组合分析母岩类型2016年 11月 6日星期日 97 72•海绿石: 形成于远离大河口的陆棚区,其介质条件为弱咸性( - 8)和弱氧化 —弱还原( )的正常海水,水温 10- 15℃ 左右,形成深度大于 125m,在寒冷地区,水深 30鲕绿泥石: 形成于较温暖的浅海,水温大于 20℃ ,其分布深度小于 60m;•粘土矿物: 絮凝作用形成的粘土矿物可以反映介质的岭石形成于酸性介质中,一般为大陆环境;水云母、蒙脱石形成于中性或碱性介质中,多为海洋环境;2016年 11月 6日星期日 97 73• 碳酸盐岩: 如藻叠层石碳酸盐岩一般形成于潮坪环境,鲕灰岩形成于滨海或碳酸盐台地的高能带,具水平纹层的泥晶灰岩形成于静水环境;• 红层: 含 干燥的温暖气候条件下风化后成赤铁矿而呈红色;• 蒸发盐: 气候干燥和闭塞环境、内陆盐湖或半封闭的滨海泻湖环境、开阔海盆• 磷块岩: 大量出现可指示海洋环境,特别是 50-200 礁灰岩: 造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海绵等,礁灰岩是温暖浅海环境的良好标志•主要沉积环境2016年 11月 6日星期日 97 湿地扇、辫状河、曲流河、湖三角洲、 滨浅湖、 (湖 )海滩、障壁岛 口湾、棚 )浅海: 潮控型、浪(风暴) 重力流、深海(湖)扇、河控型、浪控型、台地型、陡坡型、斜坡型、016年 11月 6日星期日 97 76• Ⅰ 型层序( : 下部以 Ⅰ 型层序界面为界,顶部以 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 层序界面为界。– 低水位体系域 ( 低位楔(进积准层序组) 、(盆地扇、斜坡扇)– 海进体系域 ( 退积准层序组– 高水位体系域 ( 加积 —进积准层序组•层序类型及特征六、层序地层分析与应用2016年 11月 6日星期日 97 772016年 11月 6日星期日 97 782016年 11月 6日星期日 97 79• Ⅱ 型层序( : 下界以 Ⅱ 型层序界面为界,顶部以 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 型层序界面为界– 陆架边缘体系域 ( 微弱进积 —加积准层序组– 海进体系域 ( 退积准层序组– 高位体系域 ( 加积 —进积准层序组2016年 11月 6日星期日 97 802016年 11月 6日星期日 97 81两种类型层序比较2016年 11月 6日星期日 97 82• Ⅲ 型层序 ( : 下界以 Ⅲ 型层序界面为界,顶界以 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 型界面为界。– 海进体系域( – 高位体系域( • Ⅳ 型层序 ( : 由刘宝珺等提出,下界以 Ⅳ 型层序界面为界,顶界以 Ⅰ 、Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 型界面为界。– 海进体系域( – 高位体系域( 2016年 11月 6日星期日 97 83层序类型 海平面下降幅度 主要特征I 型层序 海平面下降 50- 150 米 外台地 (或深缓坡)上部及其向陆方向遭期、广泛的暴露。层序 海平面下降 20- 50 米 内台地 (或内缓坡)上部及其向陆方向遭露。层序 海平面下降小于 20 米 台缘区及台地浅滩区遭受暴露。层序 海平面上升 淹没不整合四种类型层序小结2016年 11月 6日星期日 97 84•剖面对比分析•层序地层的应用•厘定、优化岩石地层单位界线;•同时异相的沉积体之间对比 —地层对比•控制因素与沉积演化分析•矿产资源预测2016年 11月 6日星期日 97 85沉积盆地类型立体图七、盆地类型、沉积特征与盆山耦合关系研究2016年 11月 6日星期日 97 86•中国盆山耦合研究– 中国大陆处于三大构造域: 古亚洲域、特提斯域及西太平洋域 。三向或多向相互作用于华北克拉通、扬子克拉通及塔里木克拉通并形成 四大山岭系 :• 西太平洋岩浆弧山岭系;• 秦祁昆多旋回复合造山带;• 特提斯一喜马拉雅碰撞造山带;• 阿尔泰一蒙古增生造山带。– 相应地发育东部裂陷盆地群和中西部前陆盆地群。由于多期构造运动形成叠合盆地格局和多种类型的盆山耦合。2016年 11月 6日星期日 97 872016年 11月 6日星期日 97 88• 基本单位: 岩石地层单位、生物地层单位和年代地层单位。• 另有:层序地层、旋回地层、磁性地层、地震地层、化学地层、矿物地层、不整合界限地层单位、事件地层等。• 填图以 岩石地层单位 为基础 ——以宏观岩石学特征变化为基础的岩石地层体;一种或数种岩石类型,具有统一的岩性 组合 特征。野外易于识别,强调宏观岩石学特征,具其延展范围分别划分正式和非正式单位,并相应划分等级。八、多重地层单位划分与区(矿)调要求一)多重地层划分2016年 11月 6日星期日 97 89岩石地层单位划分• 根据岩性或岩石物理性质 —群、组、段、层;– “ 组 ” 是岩石地层最基本的正式单位,任何地区的地层以组为单位作无遗漏的划分,厚度几十米 体具有划分适度、等级居中的特点;界线和延伸必须清楚,延展的范围至少要与地层分区或地层小区一致,组内不允许存在长期间断。– “ 段 ” 是低于组的正式岩石地层单位段,段具有与组内相邻岩石不同的岩石特征。2016年 11月 6日星期日 97 90• 层是等级最低的岩石地层单位,明显区别于上、下相邻层的单层或复层,并可穿过不同的段或组,如凝灰岩层、灰岩等。– 标志层、特征岩性层、透镜体、岩舌、岩楔、滑塌沉积、外来岩块、礁滩沉积、含矿层、某些化石富集层等可作为非正式单位化出。• 群是具有某种共同岩性特征的两个或两个以上相邻组归并而成的高级岩石地层单位2016年 11月 6日星期日 97 91生物地层单位• 依据生物层序律( 1796)及上、下地层中所含化石的不同– 只有含生物化石的岩石地层才能进行生物地层划分;– 生物地层是四维时空岩层体,生物地层单位不分等级,但用属命名的带和以该属某个种命名的带之间有等级的差别。– 生物地层单位通常划分为生物带,即 组合带、延限带和顶峰带 。任何生物带都有一个时间值,但它们并不是到处等时的时间带。2016年 11月 6日星期日 97 92年代地层单位• 由地层内存在的特定时间间隔的等时面划分,而不管它的物质基础。• 目的是了解地层序列的年代关系,为大区或全球对比提供年代地层格架。• 年代地层单位划分: 宇、界、系、统、阶、亚阶 六级。 1:5万主要研究的是 “ 阶 ” 时间带• 地质年代单位: 宙、代、纪、世、期、时• 绝对年龄、同位素年龄、生物相对年龄2016年 11月 6日星期日 97 93二)填图要求•填图单位是地质填图的基本单位,根据有关规范的精度要求(不同比例尺)和测区实际情况,在野外踏勘和实测剖面及典型区段解剖的基础上确定填图单位。•填图单位确定的是否合理,将影响地质填图质量。要求所有测量人员都要明确并掌握填图单位,以便分组工作时按统一标准进行,同时与相邻地质填图路线(或相邻填图组)进行衔接。•一般情况下填图单位不能大于地质调查精度所要求的最大地层单位范围;一个填图单位的特征与其它填图单位要有主观上的区别;同一填图单位内部不能有明显的沉积间断面(如平行不整合或角度不整合);•每个填图单位在图上的表示的宽度不应小于 1不整合限制的填图单位(包括侵入体)出露宽度在图中不足 1适当夸大表示,不能与相邻填图单位合并。2016年 11月 6日星期日 97 94•基岩区小于 100殊的则适当夸大表示);•大片第四系区,基岩露头无能多大,在地质路线上均要描述并夸大标示;•1/5万地质图上只标定 D>100度 >50m,长度 >100度 >250皱构造;•路线布置以穿越路线法为主,辅以追索路线法;•地质路线精度: 1:1万线距 1001:5万线距 长度 ≥ 600 1:20万实测区线距 1超过 41:25万实测区线距 5超过 10测区可适当放稀。•地质点精度: 1:5万的点距 200- 750m,点位置误差 ≤ 25m。 1:1万点距 100- 500m。2016年 11月 6日星期日 97 95三)实测剖面要求2016年 11月 6日星期日 97 96•剖面选择尽量选择在地层出露完整 (露头 >60%)、化石丰富、接触关系和标志层清晰,构造较简单;•每幅每个地层单位至少有 1幅联测则应有2例尺一般控制在 1:2000以内;•野外分层可以单一岩性层、也可以复合层,内部基本连续,与上、下邻层宏观易区分。复合层还可以是旋回或韵律,但每一旋回或韵律的组成结构造数据必须描述清楚:•测量时根据精度要求地形变化较大的地方一定要更换导线。如地形线由下坡变成上坡或由上坡变成下坡等;•据剖面起、止点位置用罗盘在野外测出剖面总体方位或用量角器在地形图上度量剖面总体方位;2016年 11月 6日星期日 97 97•分导线方位( B)、坡角( β )由前、后测手根据罗盘测得值(相差值一般小于 5° )求平均。其中方位是代表导线与正北方向的夹角;坡角代表导线与平面间夹角,以后测手水平视线为准,导线在其下坡角为负值、在其上为正值;•分导线及分层斜距用测绳或皮尺沿地形坡度上度量;•产状与样品必须在分导线上测量(含具体位置);•原则上当天记录当天整理,各要素必须齐全。•提交成果:原始记录、剖面图、柱状图、样品登记卡、测试结果
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