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沉积相与岩相古地理研究

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沉积 相与 岩相 地理 研究
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沉积相与岩相古地理研究,沉积相的分类首先根据沉积岩原始物质的不同碎屑岩沉积相碳酸盐岩沉积相沉积环境中占主导地位的自然地理条件大陆相组:残积和坡积相、沙漠相、冰川相、冲积扇相、河流相、湖泊相、沼泽相海陆过渡相组:三角洲相、滨岸相、潮坪相、障壁岛相、河口湾相海洋相组:浅海陆棚相、半深海相、深海相,近岸水下扇,,扇三角洲,,湖底扇,,滑塌浊积扇,,碳酸盐滩坝,,碎屑滩坝,,三角洲,,冲积扇,,陆相湖盆沉积体系类型,河流,,洪水沉积作用类型,,,,,,,,,流出山口形成洪积扇,流入湖盆,导致湖平面上升形成洪水-漫湖,流入深湖区,形成湖底扇,,,,,,一.洪积扇(冲积扇),定义:在干旱炎热气候条件下,地壳升降运动强烈地区,风化、剥蚀所形成的产物被山区的暂时性水流或山区河流带走,当水流流出山口,地形坡度急剧变缓,流速降低,在山口处形成扇形或锥形堆积体。,形成条件,1、强烈的构造运动—地形高差大,河流能量增强,剥蚀作用增强2、干旱、半干旱的气候—碎屑物质保存,季节性暴雨形成—季节性河流3、山口外地形坡度突然变缓-流速降低,沉积4、保存条件:相对沉降的构造条件,冲积扇的沉积作用及沉积物类型,沉积作用:暂时性水流作用----河流体系沉积作用(牵引流)河道沉积漫流沉积筛余沉积泥石流及相关作用----泥石流沉积作用(重力流)泥石流沉积(泥流、颗粒流、泥石流),1、泥石流(泥流)沉积(debris flow\mud flow)泥石流的形成前提条件:A 母岩风化后形成大量包括粘土在内的细碎屑B 地形存在一定的坡度C 季节性洪水,钱斜5-X212105.17泥石流沉积,沉积物:砾、 砂、泥混杂结 构:分选极 差构 造:块状沉积位置:冲积扇上部,2、河道沉积指暂时切入冲积扇内的河道的充填沉积.特点:1)扇根河道直而深,扇中\扇端变浅,多为辫状河道 2)平面一般窄而长 3)砾石\砂,分选差, 块状、单向斜层理,(倾角10-15°),具叠瓦状构造、冲刷--充填、暴露构造 4)河道沉积横向上:透镜状,具底侵蚀,周围是过渡为泥石流\漫流沉积,钱斜14,2480.8m,3、片流/漫流沉积 携带着沉积物的水流,从河道末端漫出,形成的宽阔的浅水带或席状漫流. 形 态:片状、席状、透镜状展布, 沉 积 物:砂、粉砂、砾 结 构:分选差 构 造:块状/交错/平行层理,无底冲刷,(4)筛余沉积形成条件:物源区碎屑以砾石为主,细碎屑极少沉积状态:在冲积扇表面形成砾石层,流水下渗, 无法形成地表径流沉 积 物:棱角状、次棱角状砾石结 构:分选中等,颗粒支撑构 造:块状,成层性不明显,扇根亚相:扇顶,河道沉积+泥石流沉积扇中亚相:扇中,河道沉积+漫流沉积扇缘亚相:扇末端,漫流沉积为主,冲积扇的亚相类型,东营凹陷王111井中生界冲积扇展板,,,,,,,,,,,,,,扇根,扇缘,扇中,,,泥石流,泥石流,漫流,辫状水道,,,泥石流,冲积扇识别标志,一)岩性特征 以砂砾岩为主;含碳酸盐、硫酸盐等矿物。二)结构标志 成熟度低,粒度粗;扇根到扇缘分选和磨圆逐渐变好,粒度逐渐变细。扇体与平原的过渡地带以粘土为主。 粒度曲线跳跃总体发育差或整体呈略向上拱弯弧状。 漫流沉积和河道沉积C-M图为只有P-Q-R段。 泥石流沉积近与C=M基线平行,与浊流沉积相似。,三) 沉积构造标志 泥石流沉积——块状、递变层理 河道沉积——砾石叠瓦状排列 筛状沉积——块状构造 漫流沉积——平行、交错、块状、水平层理、变形构造及暴露构造 常见冲刷—充填构造四)颜色标志 泥质沉积物多带有红、黄、棕红等氧化色。五)生物化石标志 几乎不含化石,很少含有机质。,六)测井曲线响应泥石流沉积一般为低幅前积式漏斗形河道沉积一般为中高幅加积式箱形、钟形漫流沉积是以基线为背景的中低幅指形,七)垂向相序及沉积相组合沉积相组合: 冲积扇---干盐湖 冲积扇----冲积平原 冲积扇----河流,二、洪水-漫湖沉积1、概述洪水-漫湖是湖泊环境中一种特殊的沉积类型,是在湖盆发育早期,古地形平坦的浅湖中,气候干旱、半干旱的条件下形成的,与近源、短源阵发性洪水的注入及随之而来的沉积作用。其不完全类同于正常分异作用的滨、浅湖,而类似于海洋环境的潮坪沉积。,沉积作用原理:洪水期—湖平面上升,形成洪水面 洪水期高水位附近的低能带沉积泥、粉砂,形成泥坪枯水期—湖平面下降,形成枯水面 枯水期低水位附近的高能带形成砂坪、滩坪洪水注入高峰期,由于洪水流的冲刷,形成洪水水道沉积,2、识别标志1)浅色的岩石类型 紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩夹盆内成因的砾屑岩和陆源的粗碎屑岩、盐岩等。,肖6井1997.4M,板状交错层理,2)明显的冲刷-充填构造红色砂岩层底面的冲刷构造十分发育。冲刷面起伏程度不一,深可达几十厘米,为红色泥砾、砂岩砾充填。,3)重力流和牵引流兼而有之的层理类型与牵引流有关的层理:波状层理、槽状层理、透镜状层理等。与重力流有关的层理:递变层理、块状层理、平行层理,4)贫乏的植物屑和丰富的生物扰动构造生物扰动构造非常发育,并具旋回性,其与洪水事件的周期性相对应。,盘深2井3111.9M,5)高成分成熟度和低结构成熟度成分成熟度反映碎屑搬运与改造历史,通常用石英/(长石+岩屑)来表示结构成熟度反映搬运的方式和沉积作用的特点,可用岩石的杂基含量及碎屑颗粒圆度来表示6)特征的“结构退变”现象冲刷沟道中的充填物特征:颗粒圆度好,但漂浮在以粉细砂、泥为主的杂基中。—磨圆好,分选差河流中的颗粒成因相似,7)多种类型的粒度分布特征类型1:两、三段式,粒度细、分布区间小,以粉砂为主,漫湖砂坪类型2:两段过渡式,粒度粗,中、细砂为主,分布区间大,重力流向牵引流过渡类型,多出现在漫湖水道和砂坪类型3:一段式:粒度区间大,洪水水道,8)相层序近源远岸层序、 近源近岸层序、 侧缘远源层序,9)砂体形态特征,3、相类型及相模式,洪水-漫湖可划分出5中沉积微相:1)洪水水道具内碎屑的递变层理砂岩相和平行层理砂岩相,底部具冲刷充填构造,2)砂坪微相红色粉、细砂岩夹紫红色泥岩,平行、交错层理生物扰动强度中-强,3)混合坪微相紫红色泥岩与粉、细砂岩互层,波状、透镜状层理生物扰动强,4)泥坪微相紫红色泥岩夹泥质粉砂岩和粉砂质泥岩,透镜状层理,生物扰动弱,5)远端沉积微相洪水水道尽处的席状砂沉积,主要为紫红色泥质粉砂岩、泥岩组成,,曲流河,辫状河,三. 河流,河流是陆地上最活跃、最有生气的侵蚀、搬运和沉积地质营力,也是把沉积物由陆地搬运到湖泊和海洋中去的通道。,一)河流的类型,1.按地形及坡降山区河流:高差大,坡降大,向源侵蚀强,河岸陡,河谷深,河道直,支流少,水流急,粒度粗平原河流:高差小,坡降小,向源侵蚀停止,河道弯曲,支流多, 粒度细,一)河流的类型,拉斯特(Rust,1978)的划分方案: 标准 :河道分叉参数:1 多河道 弯曲度: 1.5 高弯度分叉参数:每个平均蛇曲波长中河道沙坝的数目弯 曲 度:河道长度与河谷长度之比,顺直河,辫状河,网状河,曲流河,河道,,河谷,二) 河流沉积相及相模式,1、曲流河沉积相模式,河床亚相堤岸亚相河漫亚相牛轭湖亚相,1) 河床亚相,特点:1)形态:横剖面槽形,上游窄,下游宽2)底部具冲刷,构成河流沉积单元的基底3)岩石:以砂岩为主,砾岩次之,河流中最粗4)构造:层理发育,类型多样,缺少动物化石5)砂体形态:多具有透镜体,底部具有明显的冲刷界面,,(1)河床滞留沉积:平水期滞留在河床底部的粗碎屑物质 沉积物:粗 ,多为砾石,时有垮塌或冲刷泥砾 构 造:明显的冲刷——充填,可有叠瓦状构造 横向上:透镜状、席状 垂向上:河流沉积的最底部,,,,,(2)边滩沉积曲流河中最重要的砂体类型河道凸岸侧向加积,沉积物:以砂为主,成分成熟度较低结 构:跳跃组分为主, 分选中等构 造:大中型槽状、板状交错层理,平行层理垂 向:向上粒度变细;层理规模变小横 向:板状、透镜状平 面:带状边滩沉积的厚度近似于河床的深度,,,2)堤岸亚相,特点:1)位于河床沉积的上部2)岩石类型简单\细3)构造简单\小型,2)堤岸亚相,(1) 天然堤:洪水期河水溢出河床,粉砂、泥沿河床两岸迅速堆积所形成平行与河床的砂堤,沉积物:粉砂、泥的薄互层,向河道方向可有细砂。一般单旋回厚几cm--几十cm。构造:小型波状、槽状、攀升层理)、水平层理,顶部可有水平层理、暴露构造。垂向:边滩沉积之上剖面:楔形平面:豆荚状,决口扇--洪水冲决天然堤,在其外侧形成的扇形沉积体。 沉积物:细砂、粉砂,较天然堤粗。 构 造:中小型交错、波状层理,冲刷--充填构造。 垂向上:上下均为河漫泥质沉积。单旋回厚十几cm-几米。 剖面上:透镜状 平面上:舌形或扇形 垂向上:正粒序,(2) 决口扇,3)河漫亚相,按淤水的程度,分为:河漫滩河漫湖泊河漫沼泽,特点:1)位于天然堤外侧的地势低洼而平坦的地区2)粉砂\粘土,河流中最细3)构造简单,波状\水平,暴露成因\生物成因,4)牛轭湖亚相,废弃的积水河道废弃作用:串沟取直 曲颈取直沉积特征 沉积物:粉砂、粘土 构 造:交错层理、 水平/块状层理 垂向上: 串沟取直——与早期 废弃河道沉积渐变 曲颈取直——与早期 废弃河道沉积突变,5)曲流河沉积的垂向模式,第一沉积单元:河床底部滞留沉积,块状含砾砂岩或砾岩,与下伏呈冲刷侵蚀接触,第二沉积单元:边滩沉积,大型交错层理中细砂岩,层理规模向上逐渐变小,第三沉积单元:边滩顶部沉积,小型交错层理\上攀\波状层理粉细砂岩,第四沉积单元:天然堤和泛滥平原沉积,断续波状层理粉砂岩和水平层理泥岩,,细粒悬浮物质在洪泛期的垂向加积的产物,,河道迁移而引起沉积物的侧向加积的产物,河流沉积的“二元结构”,,2、辫状河沉积相模式,河道宽、浅、急心滩发育,而边滩不发育是辫状河最突出的特征,1)河道砂坝的分类,根据地貌形态\大小\与河岸的关系: 纵向砂坝:沿水流方向延伸的砂体,常见于砾石质辫状河的端部 横向砂坝:砂体延伸方向与水流方向垂直,常见于辫状河下游的河道变宽 斜向砂坝:砂体延伸方向与水流方向斜交,由于主河道弯曲且水流流量不对称产生 曲流砂坝:曲流河的边滩,2)沉积特征,辫状河一般河道沉积发育而天然堤\决口扇\泛滥平原沉积\牛轭湖沉积不发育,河道的迅速迁移,不稳定,2) 沉积特征,河道沉积:(1)底部滞留沉积 (2)正常河道淤积:缘于水流逐渐减弱,向上粒度变细、层理规模变小 (3)心滩沉积,2)沉积特征,心滩沉积:辫状河沉积的主体,典型特征。沉积物:砂砾,少有泥质加积结 构:滚动组分为主,分选中等--差。构 造:大型板状交错层理为主,不同时期沉积层间有冲刷面。平面上:上游沉积物较粗,遭受侵蚀,下游沉积物较细,发生沉积垂向上:不明显的向上变细粒序横向上:单个透镜状,多彼此冲刷相连,“砂包泥”,,辫状河的垂向层序特点,F-垂向加积的粉砂岩\泥岩E-大型水道冲刷充填交错层理砂岩D-小型板状交错层理砂岩C-板状交错层理砂岩B-清楚槽状交错层理粗砂岩A-不清楚槽状交错层理粗砂岩SS-河床滞留沉积-含泥砾的粗砂岩和砾质砂岩,辫状河与曲流河的比较:,1)二元结构顶底层厚度不同2)沉积物粒度不同3)沉积构造规模不同,河流沉积组合及沉积体系,沉积体系:同一物源、同一水动力系统控制,成因上有联系的沉积体或沉积相在空间上有规律的组合。山区冲积扇、辫状河——平原曲流河—— 滨湖(海)网状河、三角洲 (冲积沉积体系),古代河流鉴别标志,岩性:砂岩、粉砂岩;泥砾成分:长石砂岩、岩屑砂岩结构:分选差至中等;粒度曲线两段式,以跳跃总体为特征;C-M图呈S形,发育PQ、QR、RS段构造:板状、槽状,上部波状; 砾石叠瓦状排列;侵蚀—冲刷构造; 暴露构造生物化石:破碎的植物枝、干、叶;硅化木垂向层序:二元结构;底冲刷——F-U层序砂体特征:平面上:条带状、树枝状;横剖面:上平下凸透镜体或板状,,馆陶组第一亚段(即Ⅰ4)沉积体系,,四、三角洲,三角洲(delta)是指河流注入湖泊在河口浅水缓坡带,由泥砂堆积形成的,向湖心突出的似三角形的碎屑沉积体。湖泊三角洲一般发育在湖盆缓坡带或湖盆的长轴方向上,多出现于湖盆深陷后的抬升期。,河口砂坝和河道分叉的形成与三角洲推进决口扇的形成与三角洲的扩展,三角洲是河流作用和海水作用长期相互斗争的结果,,三角洲的类型三角洲的形成、发育和形态特征主要受河流作用和蓄水体能量的相对强度所控制。,盖洛韦(1975)根据河流、波浪和潮汐作用的相对强度来世界各大河的三角洲进行了分类,提出了三元分类方案。其中有三种极端类型的三角洲:河控三角洲(鸟足状、朵状)浪控三角洲(弓形\鸟嘴状)潮控三角洲(港湾状),河控三角洲的沉积模式河控三角洲是三角洲沉积的主要组成部分,它们能形成厚度大、面积广的大型三角洲,故有人称之为建设性三角洲。在平面上由陆向海依次为:三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲,1) 三角洲平原亚相: 水面以上至分流河口,相当于河流相在三角洲上的延续。 包括:分流河道、天然堤、决口扇、沼泽。 分支河道和沼泽微相构成该亚相主体, ——与一般河流的重要区别。,(1)分流河道微相为三角洲平原亚相沉积的骨架,其沉积特征与河流体系的河床亚相相似,T22,2292.17m,斜层理,,(2)沼泽微相位于分流河道间的低洼地区,灰绿色泥岩、粉砂岩为主,夹碳质页岩。,2)三角洲前缘亚相: 海(湖)平面以下,浪基面以上, 三角洲沉积的主体相带 水下分流河道 水下天然堤 分流间湾 分流河口砂坝 远砂坝 席状砂,(1)水下分流河道——陆上分流河道在水下的延伸部分 较陆上分流河道沉积物细,以砂、粉砂为主; 不规则交错层理,波状层理及冲刷—充填构造; 砂体垂直流向剖面上呈透镜状,周围是细粒沉积物。,板状交错层理,槽状交错层理,,(2)水下天然堤微相 天然堤的水下延伸。 沉积物:极细砂、粉砂,少有粘土构 造:小型流水层理、流水与波浪共同形成的复杂 、生物扰动、交错层理,无陆上暴露构造。生 物:含水下生物化石。,(3)分流间湾微相——河道之间水体受限形成的海(湖)湾,较静水 沉积物:泥,含洪水期泛滥沉积的粉细砂薄层。 构 造: 水平层理为主 生物化石:广盐度生物 垂向上:发育在前三角洲泥岩或三角洲前缘砂体之上,(4)分流河口砂坝微相河口处,新月型、朵状、条状等。 三角洲最主要的砂体类型。沉积物:中厚层--厚层砂、粉砂。结 构:分选较好构 造:槽状交错层理、砂纹层理;浪成砂纹层理、生物扰动,T2-6-5,2166.2m浪成交错层理,,,,,(5)远砂坝微相—— 河口砂坝前方靠盆的部分,水体较深,近浪基面 沉积物:粉砂,含细砂、粘土。 构 造:韵律层理、波状层理、浪成交错层理、生物扰动 垂向层序:前三角洲泥质沉积之上,河口砂坝沉积之下。,T2-6-5,2211.2透镜状层理,T2-6-5,2211.5透镜状层理,3)前三角洲亚相 浪基面以下,静水。 与正常海(湖)相沉积过渡。 沉积物:暗色粘土、粉砂质粘土。 构 造:水平层理、生物扰动、 上部沉积物的滑塌。,坨142-39井沙三段河流-三角洲展板,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A1,A2,A3,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9,C1,C2,C3,河口坝,河口坝,河口坝,河口坝,河口坝,河口坝,河口坝,水下分流河道,三角洲沉积的识别标志,1)岩性:砂岩、粉砂岩、粘土岩。平原亚相常见泥炭或薄煤层。 没有或只有极少砾岩和化学岩2)结构:成熟度较高;由陆向海,碎屑粒度和分选性变细变好 3)沉积构造:板状和槽状交错层理、水平层理、波状和透镜状层理、 流水和浪成波痕;冲刷—充填,变形构造、生物扰动4)生物化石:海生和陆生生物化石混生;原地生长者主要为广盐性生物:瓣腮类、腹足类、介形虫;海生生物化石多出现在层序的下部,向上减少,陆生生物化石向上增多。5)垂向层序:反序-正序6)砂体形态:平面-朵状、指状;纵剖面-帚状;横剖面-透镜状,三角洲沉积的地震反射,三角洲的沉积物组合和地震剖面上具明显的三层结构:三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相、前三角洲亚相,三角洲沉积的测井响应,三角洲分流河道电相图版,砂体形态分布,几种三角洲区别,沉积物粒度:辨状河三角洲:沉积物粒度粗,可见细砾岩、含砾砂岩曲流河三角洲:沉积物粒度细,一般少见砾级颗粒,若见多为泥砾前三角洲:浅水型三角洲:无,向前推进距离大深水型三角洲:有滑塌浊积岩:浅水型三角洲:无深水前缘坡折>深水前缘斜坡,五、 扇三角洲,——Holmes(1965) 最早提出:扇三角洲是由邻近高地推进到海、湖等稳定水体中的冲积扇 Nemec,Stell(1988)《扇三角洲:沉积学和构造背景》 (1)扇三角洲是由冲积扇提供物源,主要发育于水下或完全发育于水下的楔形沉积体。 (2)是活动的冲积扇与水体(湖、海)之间的沉积体。,扇三角洲亚相,扇三角洲平原、扇三角洲前缘、前扇三角洲,1)扇三角洲平原亚相:辫状河沉积为主, 常含泥石流沉积沉积物:砂砾岩夹杂色泥岩结 构:成熟度低构 造:较大型板/槽状交错层理,平行层理、 块状层理,总体成层性差,图4-2-1 扇三角洲平原亚相水上辫状河道微相,2)扇三角洲前缘 最主要的沉积相带和砂体发育区。 三个微相: 水下分流河道(最主要)、 河口坝、席状砂a.水下分流河道:辫状河道水下延伸,向前变浅、消失沉积物:砂砾岩;分流河道间:灰、灰绿色泥页岩、泥质粉砂岩。结 构:较陆上分选好,粒度曲线表现为洪水急流型---正常水流型。构 造:较大型板状、槽状交错层理,平行、粒序、块状、水平 (河道间)层理,无暴露构造。垂 向:多层叠置的正粒序。,,2.扇三角洲前缘 b.水下分流河口砂坝——(要求河道相对较稳定)沉积物:砂为主,常与灰绿色泥岩互层。结 构:分选较好。构 造:平行、中小型交错层理、低角度交错层理、无明显冲刷构造。,2.扇三角洲前缘 c. 席状砂——环绕于河口砂坝外缘,若水下分流河道迁移迅速,可直接形成席状砂 沉积物:细,砂岩、粉砂岩 结 构:分选较好 构 造:小型交错层理、波状层理、生物潜穴 垂 向:反粒序,3.前扇三角洲浪基面以下沉积物:泥岩、粉砂岩颜色:灰色构造:波状、水平层理,生物化石:含介形虫等,扇三角洲——电性特征,扇三角洲——地震发射特征,
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