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盆地沉降史分析

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盆地 沉降 分析
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2018/5/28,1,第一节 沉积物的压实过程第二节 古水深变化第三节 不整合剥蚀量分析第四节 盆地沉降过程回剥第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,盆地沉降史分析,2018/5/28,2,没有沉降,就没有盆地。,盆地的大小 几何形态 构造特征,基底的沉降,盆地的形成,沉积物的充填,进一步沉降,,,,,2018/5/28,3,地壳的沉降作用是形成盆地的直接原因,没有沉降就没有盆地。--研究盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要内容。沉降史分析是含油气盆地分析的基础,也是油气评价的重要步骤。,2018/5/28,4,第一节 沉积物的压实作用,压实作用(Compacting):在上覆沉积物和静水压力或构造变形压力的作用下,使沉积物(岩)减少其孔隙空间和总体积而变致密的作用。,一、压实作用,埋藏压实过程中的变化,物理变化,化学变化,,骨架守恒原理:压实作用对地层的影响只是导致地层中孔隙度减小,没有使地层柱的截面积增大。,2018/5/28,5,第一节 沉积物的压实作用,二、岩层孔隙度与埋藏深度关系,2018/5/28,6,第一节 沉积物的压实作用,三、孔隙度估算方法,第i种岩石在深度z的孔隙度,第i种岩石的含量,2018/5/28,7,第一节 沉积物的压实作用,四、去压实作用,去压实作用,反演模型,正演模型,,骨架守恒原理,,H1是Z1的古厚度;H2是Z2的古厚度; 是Z1深度的孔隙度,恒定的骨架物质总量hs:,,得,2018/5/28,8,第一节 沉积物的压实作用,四、去压实作用,2018/5/28,9,第一节 沉积物的压实作用,四、去压实作用,2018/5/28,10,第二节 古水深变化,古水深分析是古环境研究和盆地分析的重要内容,也是古海(湖)平面变化和古地貌恢复的关键。,古水深分析,自生矿物标志地球化学标志沉积学标志生物标志测井方法,,2018/5/28,11,第二节 古水深变化,一、自生矿物,自生矿物是在海底或沉积物中原地形成的。大部分自生沉积物是矿物从海水中缓慢沉积而成的。其中矿物种类多种多样,包括有热水活动和生物生成物质。 常见的自生矿物类型有: 硅酸盐:高岭石、蒙脱石、伊利石、鳞绿泥石、沸石族等; 氧化物:Fe、Mn矿物、蛋白石、石英等; 碳酸盐:磷酸盐、重晶石、石膏、方解石、磷铁矿等; 硫化物:黄铁矿、白铁矿等。,2018/5/28,12,自生矿物与特定环境关系紧密:,1.自生矿物与环境之间的关系,褐铁矿 赤铁矿 海绿石 鳞绿泥石,强氧化,强还原,鲕绿泥石 菱铁矿 白铁矿 黄铁矿,,,,,,,,,a.,b.,碳酸盐类与环境条件:在中偏碱条件下生成磷铁矿、白云石、菱锰矿;在碱性环境下生成方解石;热带浅海区有利于礁灰岩;,c.,温暖、浅水条件下有利于生成鲕绿泥石;寒冷、较深水条件下有利于生成海绿石;,第二节 古水深变化,一、自生矿物,2018/5/28,13,1.自生矿物与水深环境之间的关系,a.,b.,Porrenga(1967):在热带气候区,海绿石形成水深125m以上,鲕绿泥石可以生成与60m以上;而在较冷地区,海绿石的上界是30m。,闫葆瑞(1998)发现太平洋多金属结核类型、分布特征与地形具有明显关系。,第二节 古水深变化,一、自生矿物,2018/5/28,14,自生矿物与水深环境之间的关系,3.,许东禹(1986)对洋底锰结核和锰结壳的研究。,,,2018/5/28,15,地球化学反映水深的标志主要体现在元素组成和同位素含量上。,较深海沉积中富CL、Br、Ag、Cd、Mo、Mn、Ci、Ba等微量元素,这些微量元素含量超过某一数值,可能水深小于250m,Mo>5×10-6,Co>40×10-6,Cu>90×10-6,Ba>1000×10-6;富含文石的浅水沉积物富Mn,含量<20×10-6,富方解石的较深水碳酸盐中Mn的含量可达百分之几;在水深0-100m时,低镁方解石为35%-95%,文石为2%-50%,高镁方解石3%-15%。,a.,1.Turrkin(1961),b.,c.,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,16,2.Gronan和Tooms(1969),第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,17,3.Piper(1977),第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,18,4.许东禹(1993),第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,19,5.闫葆瑞(1998),第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,20,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,21,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,22,6.Ellis和Moore(1973),第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,23,7.Vercoutre(1987),第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2018/5/28,24,沉积学反映水深和沉积物的特点主要表现在沉积物粒度、沉积构造和沉积物类型三个方面。,1.沉积物矿物与深度,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2018/5/28,25,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2.沉积构造与深度,2018/5/28,26,其他构造:1.雨痕、干裂、盐晶痕、鸟眼等标志水深小于2m;2.窗孔构造显示在潮间-潮下带;3.丘状层理为正常浪基面之下形成的构造,水深在50-200m;4.沙坝随水深增加而增大,随后又减小,如日本沙坝离岸、 2500m,水深20m处,规模最大,离岸10km以上就消失了。5.生物扰动构造与水深关系密切,通常,临滨下部生物扰动 构造最发育,遗迹化石丰富。,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2.沉积构造与深度,2018/5/28,27,3.沉积岩类型与深度,通常,蒸发岩主要限于几米深的干燥气候的潮坪环境;硅质放射虫软泥见于大洋盆地中,水深多大于1000m。,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2018/5/28,28,生物对水深的反映是盆地分析中最常用的方法,各种类型的生物都有特定的生活环境和水深:生物群落、生物组合和生物的分异度以及生物遗迹均与水深关系密切。,1.生物与组合方面,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,29,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,30,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,31,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,32,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,33,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,34,2.遗迹化石方面,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,35,第二节 古水深变化,四、生物指标,2018/5/28,36,基于古水体深度与沉积时期的氧化-还原条件具有一定的相关性, 而Th/U比值能够反映出沉积时期的氧化还原条件,因此可利用Th/U比值来恢复沉积时期的古水深。,五、测井方法,1、测井方法的基本依据,第二节 古水深变化,2、Th/U比值与水深的关系1).Th/U比值与氧化-还原条件的关系,岩石中铀含量可以反映沉积环境的氧化-还原条件,2018/5/28,37,利用岩石中Th/U比值来反映沉积水体的氧化-还原条件,Th/U比值大都基本稳定,2、Th/U比值与水深的关系1).Th/U比值与氧化-还原条件的关系,,岩石中铀含量可以反映沉积环境的氧化-还原条件,,五、测井方法,第二节 古水深变化,2018/5/28,38,自然伽马能谱测井可根据谱线的能量将232Th、238U和40K这几种放射性元素的贡献区分开,并进一步计算出各种元素在岩石中的含量。,五、测井方法,第二节 古水深变化,2、Th/U比值与水深的关系1).Th/U比值与氧化-还原条件的关系,2018/5/28,39,2、Th/U比值与水深的关系2).氧化-还原条件与水深的关系,充氧程度,湖泊深度,,深,浅,高,低,,非线性关系,水深水动力条件,五、测井方法,第二节 古水深变化,2018/5/28,40,波浪作用带,氧化环境,浪基面,弱氧化-弱还原环境,风暴浪基面,还原环境,湖泊深度,,深,浅,,,五、测井方法,第二节 古水深变化,2、Th/U比值与水深的关系2).氧化-还原条件与水深的关系,2018/5/28,41,二、Th/U比值与水深的关系3.实例分析,五、测井方法,第二节 古水深变化,2018/5/28,42,剥蚀量计算的常用方法,第三节 不整合剥蚀量分析,参考层厚度变化率法,地震地层学法,沉积速度法,波动方程法,地层物质平衡法,声波测井曲线法,优化孔隙度法,镜质体反射率法,最优化法,磷灰石裂变径迹法,宇宙成因核素法,天然气平衡浓度法法,,地质学,地球化学,地球物理,2018/5/28,43,一、测井方法,第三节 不整合剥蚀量分析,2018/5/28,44,二、数值模拟法,第三节 不整合剥蚀量分析,2018/5/28,45,三、地震解释法,第三节 不整合剥蚀量分析,2018/5/28,46,四、趋势面分析法,第三节 不整合剥蚀量分析,2018/5/28,47,第四节 盆地沉降过程回剥,回剥技术适用与正常压实带,它所用的关键参数之一是孔隙度-深度曲线。需满足三个条件:,1.各地层应有各自的孔隙度-深度曲线; 2.需要消除各种地质事件对孔隙度的影响,获得反映正常压实状况下的孔隙度-深度曲线; 3.各地层应有多种岩性各自的孔隙度-深度曲线。,盆地沉降过程分析,单井回剥技术,平衡剖面,三维地质模型恢复技术,,2018/5/28,48,一、盆地的总沉降,第四节 盆地沉降过程回剥,总沉降量:由各种因素导致盆地发生沉降的总和。,总沉降量=构造沉降量+非构造沉降量,影响因素,构造作用,沉积物压实和均衡作用,沉积物基准面变化,,构造沉降,非构造沉降,,,,2018/5/28,49,二、盆地的构造沉降,第四节 盆地沉降过程回剥,1.海平面变化校正,沉积物的厚度不能代表沉积物的沉降深度,沉降深度 = 古水深 + 沉积物未压实的厚度,若海平面发生变化,则要消除海平面变化的影响。,2018/5/28,50,二、盆地的构造沉降,第四节 盆地沉降过程回剥,2.沉积物负载沉降校正,沉积物负载沉降:当沉积盆地空间被沉积物充填后,在沉积物本身重量导致盆地基底的进一步沉降。,2018/5/28,51,三、盆地演化回剥剖面,第四节 盆地沉降过程回剥,1.单井回剥剖面,2018/5/28,52,三、盆地演化回剥剖面,第四节 盆地沉降过程回剥,2.二维回剥剖面,建立平衡剖面应遵守的原则:,1. 剖面线要平行于构造运动方向;,2. 剖面中的变形构造必须是可逆向复原的;,3. 变形前后的物质守恒;,4. 断层位移守恒。,2018/5/28,53,三、盆地演化回剥剖面,第四节 盆地沉降过程回剥,2018/5/28,54,盆地构造发育过程分为两个阶段: 裂陷阶段:由于深部地幔物质上隆,形成异常上地幔,造成裂陷伸展减薄作用引起地壳快速下沉,使得沉降曲线较陡。 坳陷阶段:在裂陷伸展后异常上地幔隆起的热冷却松弛引起地壳缓慢下沉,使得沉降曲线较缓。,一、裂陷型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,沉降曲线整体上呈上凹型、两段式: 早期,曲线陡、直,延伸短,斜率大,沉降速率快; 晚期,曲线平缓、延伸长,斜率较小,沉降速率呈指数递减。,,2018/5/28,55,一、裂陷型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,2018/5/28,56,二、前陆型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,前陆盆地的沉降曲线形态受造山作用的幕次、规模大小、距离远近等控制。沉降曲线整体上呈上凸型,初始斜率平缓,沉降速率较慢,而后斜率突然增大,沉降速率急剧增加。最终,距离造山带越远,下沉幅度越小,沉降中心和边缘尖灭体向克拉通方向迁移。前陆盆地的主要沉降为构造负荷引起的挠曲沉降。其沉降曲线主体为迅速下沉,比伸展盆地热冷却沉降的速率要高得多,与高伸展率裂谷期盆地相同。,2018/5/28,57,二、前陆型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,由于冲断作用的多次性,构造沉降曲线以斜率较大和相对较小的两段式交替出现,体现了成盆过程中冲断岩席加载作用和相对宁静的往复。早期沉降缓慢,前陆盆地初始启动,此时构造反差较小,构造载荷距离造山带及较远,发育复理石建造。后期加速沉降,反映了造山作用加剧,使构造载荷向克拉通方向迁移,直接加剧沉降速率,发育磨拉石建造。,2018/5/28,58,三、走滑型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,1.盆地沉降中心有明显的迁移性,2018/5/28,59,三、走滑型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,2.快速沉降和幕式演化,走滑盆地以极其快速的沉降速度为特征,甚至比许多地堑和前陆盆地的沉降速度还要快,在有丰富沉积物供给的地区,与盆地的横向规模相比,地层剖面的厚度非常大。,
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