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第一章-沉积盆地分析概述

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第一章 沉积 盆地 分析 概述
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沉积盆地分析,,主讲:杜振川,研究生课程,沉积盆地分析,一、盆地的概念,朱夏(1965):将盆地定义为“地壳的一定地段在大地构造发展一定阶段的一种洼陷构造”或理解为“在地质发展历史一定阶段的一定运动体制下形成发展的统一的沉降大地构造单元”。 M.T.Halbouty(1979)所给的定义是“盆地是一定的地质时期,在独立的地理区,于相对统一的构造环境中,由来自一处或多处沉积物源的沉积物所组成的沉积岩体”。,第一章 沉积盆地分析概述,第一节 盆地及沉积盆地的概念,→第一篇 概述,沉积盆地分析,一、盆地的概念,w.R.Dickinson(1974)也提出了盆地的两重含义,一种含义是盆地仅仅是一个等深的或地形上的洼陷,另一种更重要的含义在于盆地是形成一厚层沉积层序的岩石棱柱体。,第一章 沉积盆地分析概述,第一节 盆地及沉积盆地的概念,→第一篇 概述,第一节 盆地及沉积盆地的概念,一、盆地的概念,R.C .Se11ey(1976一1985)按三重概念将盆地分为三种,即地貌盆地、沉积盆地和构造盆地。 “地貌盆地”:是指被天然高地围绕的一块低地。大陆地貌盆地可以是较小的封闭的洼地如山间平原(四川盆地),也可以是横贯大陆的河谷(亚马孙盆地)。 “构造盆地”:亦称沉积后盆地。是指沉积盆地期后变形和构造破坏的结果。在这种盆地中,岩相带的走向与古水流的方向、盆地的现存构造无关,说明形成盆地的沉降运动发生于变形岩层沉积之后。 “沉积盆地”:理解为:在一定地质历史阶段中,受构造运动控制所形成的统一沉积区。换言之,是基底表面相对于海平面长期洼陷,并接受沉积物沉积充填的地区。也称为同生沉积盆地。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,二、沉积盆地的概念,沉积盆地(sedimentarybasin):是地球表面发生构造沉降、形成了沉积充填的地区。通常盆地的沉降和沉积充填都能持续较长的地质时期,并达到相当的厚度。 从构造意义上讲,是指一个沉积层向中心倾斜平缓褶曲,岩石圈表面相对长期沉降形成地表的“负性区”(负向单元),其中可以充填厚达万米的沉积物。而沉降区四周相对隆起区的“正性区”(正向单元),他不断地遭受风化剥蚀—形成物源区,不断地为沉降区提供不同类型的丰富的沉积物质,从而构成物源区与沉积区的平衡统一体。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,二、沉积盆地的概念,沉积盆地的概念应包含三个基本要素: 一是空间,即具有盆状形态的地貌构造单元; 二是物质,即沉积盆地由沉积地层所构成; 三是地质时代,盆地发生在一定的地质时期。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,二、沉积盆地的概念,在沉积盆地中如果发现具有工业意义的煤田则称为含煤盆地。如果发现具有工业意义的油气田则称为含油气盆地。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,二、沉积盆地的概念,在地质历史上,盆地形成期的完整结构在后期演化中受构造变形影响和剥蚀破坏,会不同程度地改变原有面貌。 Selley提出了:同沉积盆地(syndepo· sitionalbasin)和后沉积盆地(postdepositional basin)的概念 同沉积盆地:指沉积充填阶段盆地的原来面貌; 后沉积盆地:后者指被改造了的盆地。 残留盆地:当改造作用强烈,原沉积盆地大面积被剥蚀后保存下来的盆地。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,二、沉积盆地的概念,现今地球表面形成时代较早的盆地,都不同程度的经历了一期甚至多期构造变形和剥蚀,有的只相当于原沉积盆地的一小部分。 例如,华北石炭—二叠纪沉积盆地沉积时面积巨大,中新生代的构造运动使之变形和分割,现今的沁水、大同、京西、太行山东麓直到山东的许多石炭—二叠纪含煤盆地都是后沉积盆地,当初在沉积期是相连的。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,三、盆地的叠置,在漫长的地质历史上,曾经历了多次构造运动,在不同地区,不同地质历史时期,沉积盆地的发生、发展、消亡,也表现出不同的阶段性特点,如华北盆地在寒武、奥陶纪为一巨大的克拉通海相沉积盆地,中新生代被分割成若干个内陆断陷湖泊盆地。也就是说,时代、环境、大小不同的沉积盆地,可以重叠发育在同一地区。,关世聪(1989)指出,单层结构式的盆地是极少数的,现今的盆地多数都是多层次结构。它代表不同成盆期形成的盆地,他将这些被保存的沉积层所叠置的综合体称之为叠置盆地。,第一节 盆地及沉积盆地的概念,三、盆地的叠置,在多期构造发展中,各期的地动力环境不同,应力场的转变、不同构造条件下会产生不同类型、不同力学性质、不同规模、不同方向的沉积盆地,这就使得一个地区不同类型的沉积盆地相互叠置或部分叠置,这些盆地所形成的各个层序,具有不同的构造线和构造形式,后期的变形、叠加在前期的变形和盆地上,使之更加复杂。,第二节、沉积盆地的分类,一、盆地分类的一般原则,影响沉积盆地特征的地质因素很多,如沉积物类型、水动力系统特点、盆地结构(包括地壳结构和盆内构造等)和空间形态等等。 因此,不同学者根据自己研究的需要,选取盆地分类的基本参数和原则,提出了不同的分类方案,列出了不同的沉积盆地类型。,第二节、沉积盆地的分类,一、盆地分类的一般原则,将盆地分类原则可以概括为如下五个方面:,① 盆地赋存的大地构造位置:,不同的大地构造位置上发育的沉积盆地会有不同的特点,据此可以将沉积盆地分为不同的类型。 例如,根据槽台学说来确定盆地所处的大地构造位置,将沉积盆地分为:山间盆地、山前盆地、地台或克拉通内部盆地、地台或克拉通边缘盆地等不同的类型。 板块构造理论问世后,很多学者根据沉积盆地所处的板块构造位置来划分盆地类型,如将盆地分为与不同类型的板块边缘有关的盆地(离散型边缘、聚敛型边缘、转换型边缘)和板块内部盆地。,第二节、沉积盆地的分类,一、盆地分类的一般原则,② 盆地形成的动力学环境:,不同的动力学环境中形成的盆地在结构、构造、沉降与沉积充填特点等方面都有差异。 通常可以依据盆地形成的动力学环境划分为引张型(或裂陷型)盆地、挤压型盆地、扭动型盆地和混合型盆地等。,第二节、沉积盆地的分类,一、盆地分类的一般原则,③ 盆地的形态和结构,依照盆地的规模可以划分为:超巨型盆地,面积大于100×104km 2;巨型盆地,面积为(50一100)×104km2;大型盆地,面积为(10一50)×104km2;中型盆地,面积为(1—10)×104km2;小型盆地,面积小于l×104km2等。,第二节、沉积盆地的分类,一、盆地分类的一般原则,4 盆地的形态和结构,依照盆地的平面形态可以划分为: 圆形、椭圆形、长条形或槽形、菱形等。,5 根据盆地基底构造变形利沉积盖层的关系:将盆地划分为褶陷型盆地、断陷型盆地和坳陷型盆地。,第二节、沉积盆地的分类,一、盆地分类的一般原则,④ 盆地的沉降与充填:,依照盆地下沉和充填补偿的关系可分为过补偿盆地、补偿盆地和欠补偿盆地等。 根据盆地内发育的主要沉积系统、沉积环境和沉积相特点可以划分为大陆环境、陆缘环境和海洋环境盆地。 从盆地内构造—岩石组合或建造来论,有复理石盆地、磨拉石盆地、红色盆地等。,二、 沉积盆地的分类,A.D.Miall的盆地分类 (1984),二、 沉积盆地的分类,G.D. K1ein的盆地分类 (1987,1989),二、 沉积盆地的分类,沉积盆地分类示意图 (Picha,1989 ),二、 沉积盆地的分类,刘和甫的沉积盆地分类(1987),二、 沉积盆地的分类,刘和甫的沉积盆地分类(1987),二、 沉积盆地的分类,一般采用盆地成因动力学的分类方案,即将沉积盆地按其形成的动力学原因分为裂陷盆地、压陷(挠曲)盆地、扭陷盆地(或走滑盆地)和克拉通盆地。,裂陷盆地:是指在引张力作用下,地壳或岩石圈伸展变形过程中形成的盆地,控制盆地形成的主要因素是正断层作用或地壳减薄过程。 压陷(挠曲)盆地:是指在挤压力作用下,地壳或岩石因收缩变形过程中形成的盆地,控制盆地形成的主要因素是逆断层作用或地壳增厚过程。,二、 沉积盆地的分类,扭陷盆地:是指在近水平的扭动剪切作用下,地壳或岩石圈走滑变形过程中形成的盆地,控制盆地形成的主要因素是走滑断层作用。 克拉通盆地:是在大陆克拉通内部或边缘形成的坳陷盆地,主要的动力学机制可能是热的作用,因此也可以称为热坳陷盆地。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的概念,A.D.Miall(1984) 认为:盆地分析是对盆地中的地层学、构造学和沉积学等重要内容的综合研究,其最重要的结果是揭示一个沉积盆地的古地理演化。,P.A.A11en和J.R.A11en(1990)在《盆地分析—原理与应用》一书中指出:盆地分析就是将沉积盆地作为实体进行地球动力学综合研究。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的概念,信全麟(1983)认为:盆地分析是将沉积盆地作为一个基本的研究单元,以盆地演化为线索,分层段的系统研究盆地埋藏史、构造发展史、沉积充填史,建立盆地分析模式。,总之,盆地分析应是研究盆地的性质、地球物理、地球化学特征,盆地的类型、盆地演化史、盆地的成因,并在此基础上,结合成矿条件综合研究,以揭示一个沉积盆地的含矿性及矿产的形成、演化、分布规律。为勘探资源提供可靠的依据。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的概念,盆地分析法的实质,就是综合运用露头、钻井和测井、地震等资料和计算机手段,将沉积盆地看成一个整体,分层系对沉积盆地进行整体解剖和综合分析,揭示盆地构造活动与沉积体系的内在联系。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的原理,沉积盆地是地表长期沉降的地区,其形成和演化受控于地壳和上地幔的结构和构造作用。地壳和上地幔具有层圈结构。岩石圈是地球外部的刚性外壳,岩石圈之下是软流圈。在大陆地壳内也有低速的韧性层发育。这些流变带在沉积盆地形成中起着重要的作用。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的原理,沉积盆地是垂向沉降地区,它与岩石圈板块的水平运动有密切的关系。 板块相互作用的水平活动可以派生出垂向沉降,形成各式各样的沉积盆地。 在板块离散过程中形成陆内裂谷、陆间裂谷、洋内裂谷和被动陆缘盆地等。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的原理,沉积盆地是垂向沉降地区,它与岩石圈板块的水平运动有密切的关系。 在板块聚敛过程中,俯冲作用形成弧一沟系,在海沟、弧前、弧内、弧间和弧后地区都可形成盆地。 在碰撞作用下,则可形成残留盆地及前陆盆地。 在转换边界的走滑活动下,具有拉张和扭压分量时也可形成走滑盆地。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,一、盆地分析的原理,总之,沉积盆地是地表的垂向沉降地区,它与岩石圈板块或地体的水平运动有密切的关系。 板块的构造活动,决定了盆地的形成、演化、及对盆地的改造,对盆地沉积矿产的形成与分布,及保存条件具有控制作用。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,二、盆地分析的内容,Miall(1984) 认为:盆地分析是对盆地中的地层学、构造学和沉积学等重要内容的综合,盆地分析工作地面或地下地层剖面描述入手,进行地层划分、对比及古生物地层学、年代地层学的研究,收集沉积环境标志,进行沉积体系分析,发挥地震地层学和测井地质学的应用,加强盆地埋藏史、构造发展史、沉积充填史和地球化学的分析,应用板块构造理论对盆地进行分类,探讨构造运动与沉积作用之间的关系,建立不同类型的沉积模式,预测沉积矿床的有利部位。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,二、盆地分析的内容,D.Mckenzie(1978)提出的沉积盆地分析内容是:①建立构造、地层的预测模式;②预测主要的构造和地层特征;③把地层剖面分成成因单元;④解释各成因单元的一些重大事件;⑤确定盆地的演化历史。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,二、盆地分析的内容,近些年来,通过对中国东部断陷盆地的研究,认为盆地分析应建立在现代地层学、沉积学和构造学的理论基础上,着重研究:(1)沉积盆地充填的岩性特征、充填序列、沉积体系配置等。(2)盆地构造格架,地层厚度和分布,古构造运动面,同生构造的类型和配置,充填期后形变特征等。(3)同期和准同期岩浆活动,反应热历史的多项指标研究。(4)能源矿体的质量和数量研究等。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,二、盆地分析的内容,沉积盆地内部结构复杂,盆地分析的重要任务之一即是对其进行解析,识别各种结构要素,并阐明其配置关系。这主要从沉积地层和构造两个方面进行, 即:①盆地的等时地层格架和建造单元; ②盆地的构造格架和构造单元。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地是一种多学科相结合的系统工程,是寻找能源资源、矿产资源和水资源最重耍的基础工作。根据研究任务的不同,采用的方法和技术也不一样。这里仅侧重于含煤、油气盆地。,像地球科学所有分支学科一样,盆地的所有研究内容都基于扎实精确的观测,包括地质、地球物理、地球化学等许多学科的技术。地下部分是盆地的主体,因此地球物理探测,特别是地震技术有着特殊的重要性。在取得基本观测数据之后需要根据先进的地球动力学理论进行分析和综合,并应用计算机技术进行演化过程的模拟。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的技术思路特点:,1)盆地构成要素的整体分析 盆地分析是对盆地的整体性研究,即完整地揭示其沉积充填、构造等特征,并阐明其历史演化相互关系,如构造对沉积的控制。,2)演化过程的动力学分析 沉积盆地的各项基本参数,如沉积特征、构造、流体系统以及温压场都在演化过程中不断改变,因此要进行过程分析并揭示动力学因素如能量场的变化。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的技术思路特点:,3)盆地区域动力背景分析 ① 盆地在板块构造格架中的位置及与板块相互作用过程中的动力学关系。 ② 盆地深部地幔动力学背景。盆地深部背景是最终认识盆地成因和演化的关键。如伸展类盆地都存在着岩石圈减薄和软流层上隆的深部背景。软流层的流动对岩石圈的伸展、盆地中的高热流、盆地的深沉降都可起着决定性作用。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的技术思路特点:,4)盆地的成藏、成矿系统及相关过程的背景分析 现今盆地分析很少局限于基础研究,大多是煤、油、气、核原料等能源资源的预测和勘探紧密结合进行的。,第三节、沉积盆地分析的内容和方法,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的方法技术,①利用多种资料,进行盆地露头或覆盖区盆地性质、构造研究: 确定盆地所处大地构造位置和应变状态、盆地形变机理和盆地中重大动力事件,进而确定盆地成因类型。,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的方法技术,②综合使用古生物、同位素、古地磁、地震反射剖面、测井和沉积旋回等资料进行时代地层研究: 首先确定不整合面、古构造沉积间断面或特种岩性层等,区域性等时标准层建立等时成因地层单元; 然后依据沉积旋回、岩性、电性、地震反射波组特征进行地层单元划分,建立反映地层序列和展布的盆地地层格架,同时建立地层层序与地震层序以及测井响应之间的对应关系。,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的方法技术,③开展古地理环境研究: 利用古生物、沉积构造、地震反射、测井特征等,在层序地层格架内,开展沉积体系的研究,恢复古水动力条件和古地形,重塑古地理环境。 ④分析研究盆地埋藏史: 最常用的方法为沉降速率法和回剥法。沉降速率法是标定并可提供地壳沉降方面的数量信息,通过沉积速率、沉降速率、孔隙度与深度的关系,并应用去压实后的原始沉积厚度,编制地层等厚图和埋藏深度图。,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的方法技术,⑤构造演化研究: 通过对盆地断裂活动、火山活动、构造体系分析、盆地构造应力场的研究,来确定盆地的几何形态、盆地结构、盆地构造展布特征和盆地构造演化史。 ⑥沉积盆地充填史: 通过综合运用地质、测井、地震及室内分析资料,确定盆地沉积体系类型,建立盆地沉积体系模式,阐明沉积体系的时空演化,进而表明沉积盆地充填史。 ⑦资源评价研究。,三、盆地分析的方法技术,沉积盆地分析的方法技术,⑤构造演化研究: 通过对盆地断裂活动、火山活动、构造体系分析、盆地构造应力场的研究,来确定盆地的几何形态、盆地结构、盆地构造展布特征和盆地构造演化史。 ⑥沉积盆地充填史: 通过综合运用地质、测井、地震及室内分析资料,确定盆地沉积体系类型,建立盆地沉积体系模式,阐明沉积体系的时空演化,进而表明沉积盆地充填史。 ⑦资源评价研究。,第四节、沉积盆地分析在煤田、油气勘探中的重要作用,一、在煤田方面:,① 可容纳空间对泥炭聚集的影响 可容纳空间是由盆地沉积基准面的升降引起的,基准面的升降引起可容纳空间的变化,而产生潜水位的升降,由此影响植物的生长和泥炭的堆积。 ② 泥炭聚集受盆地演化阶段的影响 大量的研究表明,厚煤层的形成处于盆地演化的基底趋于稳定并缓慢下沉,水域开始扩张时期,此期地形平坦,潜水面高,利于植物的生长和泥炭的聚集。,第四节、沉积盆地分析在煤田、油气勘探中的重要作用,一、在煤田方面:,③ 厚煤带的形成受构造阶段的控制 也就是说,聚煤期的构造,控制厚煤带的空间展布形式,特别是断陷盆地,厚煤带的形成常位于盆地构造活动的稳定期。 ④ 煤层的展布取决于成盆期的性质。,第四节、沉积盆地分析在煤田、油气勘探中的重要作用,一、在油气方面:,① 通过对盆地充填史研究,可以确定盆地不同沉积时期沉积体系类型及其展布,有利于油气储集体成因类型、沉积相以及砂体展布规律,从而为寻找最佳油气储层、确定最佳生储盖组合提供可靠依据。 ② 盆地埋藏史分析, 可以提供盆地的地层格架,确定盆地各个历史时期的地层展布格局以及整个地层被埋藏的情况,盆地各个历史时期的沉积中心及沉积中心的迁移规律,为沉积速率分析和盆地数值模拟提供基础,并可估计出油气生成和构造圈闭的形成时间,为划分和确定盆地构造演化历史提供佐证。,第四节、沉积盆地分析在煤田、油气勘探中的重要作用,一、在油气方面:,③ 盆地构造发展史研究, 可以很好地了解盆地发展的阶段性,盆地断裂展布及活动强度与油气富集的关系,盆地基底的沉降过程和沉降幅度及构造活动对油气的生成、运移和聚集的控制作用,可以准确确定油气大量运移时期、构造圈闭形成时期、构造圈闭类型和分布,划分盆地演化的发展阶段,研究沉降中心的迁移和火山活动对圈闭保存和油气生成、运移的影响等。 ④ 通过确定盆地沉积物的沉降速率及在盆地中的变化,为研究盆地构造发展史,确定盆地的生油门限深度或温度和圈闭的形成时期,提供准确的地质数据。,第四节、沉积盆地分析在煤田、油气勘探中的重要作用,一、在油气方面:,⑤ 油气演化史研究,了解盆地的有机质丰度和掌握生油母质类型、生油门限深度或温度、有机质的埋藏过程,油气大量生成和运移的时期及方向,以及生烃量、运移量和聚集量,从而为油气勘探开发决策提供重要依据。 总之,通过对沉积盆地进行盆地埋藏史、构造发展史、沉积充填史和油气演化史为主要内容的研究,整体解剖和综合分析,阐明在不同构造背景下,构造样式、沉积体系与油气聚集之间的成因关系,建立构造、地层的预测模式,指出有利的油气勘探开发地区。,
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