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沉积相综合解释技术1

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沉积相 综合 解释 技术
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沉积相综合解释技术,课程介绍: 学时;内容;考核教 师: Name:张 帆, Tel:2057/2041(O),2786(H); Email:wpzhfan@126.com,主要参考书: 沉积环境与相,H.G.READING 沉积相模式,R.G.WALKER 地质历史中的碳酸盐相,J.L.WILSON 岩相古地理基础和工作方法,刘宝王君,曾永孚 测井地质学 地震地层学 现代地层学,吴瑞棠等 FACIES MODELS, R.G.WALKER & N.P.JAMES INTERPRETATIVE GEOLOGICAL SUBSURFACE MAPPING, D.F.MINKEN,沉积岩沉积相基础知识: 几个问题: ◈ 沉积岩的定义? ◈ 沉积物质的主要来源? ◈ 简述沉积岩的形成过程。 ◈简述沉积岩的分类。,沉积环境:在物理上,化学上及生物上有别于相邻地区的 地球表面。相(facies):某些可识别特征的综合岩相-沉积岩的岩石学特征综合, 如交错层砂岩相,笔石页岩相生物相,遗迹相,地球化学相  沉积相-①沉积环境的物质表现――描述性 ②即是沉积环境――解释性 ③特定沉积环境及其在该环境中形成的沉积岩 (沉积物)特征的综合――描述+解释,沉积相主要包括两部分-沉积岩和沉积环境;而沉积岩最重要的是岩石类型,古沉积环境最核心的古地理特征,因此也有学者提倡用“岩相古地理”,以避免对沉积相概念理解上的差异。 沉积相的分类:以沉积环境的分类为基础 相组 ―― 相 ―― 亚相 ―― 微相 〜 sets facies sub 〜 micro 〜,沉积相研究历史与进展 -读书报告(3000字左右),沉积相分析是利用各种资料分析沉积岩的形成作用和形成过程,并解释和重塑古沉积环境。 沉积相分析最基本的工具: 相律、相标志、相模式、 沉积相解释成果: 图件,相律(WALTHER 相律;相序递变律): 在连续的没有间断的地层剖面中,垂向上有成因联系的相相互叠置出现的顺序与它们在横向上出现的顺序是一致的。 即只有在横向上彼此相邻且具有成因联系的相,才能在无间断的连续沉积的地层剖面中相互叠置。 ―反映沉积相在空间和时间上的有序性。,第一部分 相标志(沉积相鉴别标志) 能反映沉积环境特征(物理的、化学的、生物的)及沉积作用过程的沉积岩的特征。 沉积流体种类,性质;流体动力条件;水体深度,浊度;Eh和Ph值;盐度;动植物种类,数量等 沉积环境标志 沉积相分析就是利用相标志来研究和解释沉积岩的形成(沉积)过程及沉积时环境的特征,以达到了解由此决定的沉积岩空间分布规律和其他性质,从而为油气勘探开发服务之目的。,①岩石学特征-岩石的成分、结构、构造、颜色、类型、 自生矿物等 ②沉积构造-反映流体性质及特征。具有水力学意义的原 生沉积构造,如层理构造,层面构造变形构 造等 ③生物化石-指示海陆环境,水体盐度,深度,浊度 遗体化石(实体化石,Body Fossils) (大化石,微体化石,超微化石) 遗迹化石(Trace Fossils) ④岩体(砂体)形态-平面形态,剖面形态 ⑤古水流方向 ⑥剖面结构(沉积层序)-一套有成因联系的沉积岩层的 岩石学特征在纵向上的变化规律。 ⑦测井响应 ⑧地震响应,1-1 岩石学标志颜色:主要与矿物成分、变价元素价态、有机质含量 等有关。 原生色-继承色:主要由碎屑物质所产生的颜色。 自生色:由自生矿物所产生的颜色。 次生色―由原生色变化形成的颜色(表生或风化 作用)。 红色、黑色、绿色、灰色 ……,自生矿物: 反映环境的物理化学条件-温度、Ph、Eh、水体深度等 例如-含铁自生矿物: 褐铁矿-赤铁矿-海绿石-绿泥石-菱铁矿-黄铁矿 ( 氧化 ―― 弱氧化/弱还原 - 还原 -强还原),岩石类型: 一般不是良好的相标志,但是某些特殊岩类形成条件比较局限,可以指示沉积环境。,岩石结构: 颗粒粒度-与沉积流体性质和沉积作用有关 (问题:常用的粒度分级标准?粒度分级表) 沉积物(岩)的粒度资料取得-筛析、薄片粒度分析 粒度概率累积曲线-次总体代表搬运方式, 斜率反映分选性 粒度C-M图-反映搬运方式 C-第一百分位数,代表最大搬运能力 M-中值,代表平均搬运能力,颗粒支撑性-反映流体性质 颗粒支撑-牵引流沉积,颗粒支撑性-反映流体性质 基质支撑-重力流沉积,园度-反映搬运介质性质(牵引流/重力流,大 气流);搬运距离;沉积过程被改造程度颗粒表面特征-风成砂霜面,冰石责石有特殊 擦痕,海滩砂常有V形撞击痕等。,1-2 沉积构造标志,层理-反映沉积流体性质与流态 弗劳德数:Fr=V/(gD)1/2,波痕-保存在层面上的床沙形体 交错层理-保存在层内的床沙形体迁移痕迹,反映沉积流体类型: 巨型交错层理-大气流 潮汐层理、羽状交错层理-潮汐 浪成交错层理,丘状/洼层理(HCS/SCS)-波浪 水平层理、沙纹层理、板/槽状交错层理-单向水流 递变层理-重力流反映水动力条件: 水平层理-沙纹层理-板/槽状交错层理-逆行沙波层理 (弱――――――――――――――――――强),1,1,1,1,1,Antidunes,层面构造:波痕-层理在层面上的反映; 雨痕、雹痕、干裂-极浅水/暴露,1,同生变形构造-快速沉积(三角洲、浊流),递变层理/粒序层理-沉积物重力流沉积,1-3 生物化石标志 生物是环境的重要组成部分,生物的生存生活过程就是对环境的适应过程;生物(特别是低等生物)对环境特别敏感。因此,生物化石是最重要的相标志之一。(问题:广盐性生物/窄盐性生物),1-3-1 遗体化石(实体化石) 包括大化石、微体化石、超微化石,反映海/陆环境、水体盐度、温度、深度、浊度、含氧状况等 指示水体氧化还原状况:缺乏底栖生物、生物种类单调-还原 指示水体深度:松藻(10-50m水深)、水螅(潮间-50m)、珊瑚和苔藓虫(几米-50m米)、腕足(10-200m)、腹足(大陆-深海)、颗石藻(大于200m) 指示水体浊度:海绵、珊瑚、腕足、三叶虫大多是清水,瓣鳃、有孔虫、介形虫一般混浊水 指示水体温度:珊瑚、海绵生活在温暖水区,硅藻主要是寒冷水区 指示盐度:,研究(古)生物的种属、骨骼成分、形态、生活习性等与环境的关系-(古)生态学,1,1,相应地,不同的沉积环境有不同的生物化石组合,注意:利用生物化石进行沉积相分析(沉积环境解释)时,特别要注意区分原地化石与异地化石。异地化石不能反映其生活环境。,1-3-2 遗迹化石(痕迹化石): 保存在岩石中的地史时期生物(主要是动物)生活活动(居住、运动、捕食、代谢等)的痕迹。 生物沉积构造――遗迹化石――遗迹化石学 特点:同时性-与沉积物形成同时 同地性-原地形成,未经搬运 其特征主要取决于环境,而不是取决于生物种类-生态学研究表明,不同门类的生物在相同的环境中有相似的生活习性和行为,产生相似的遗迹类型;同类生物在不同的环境有完全不同的生活习性和行为,产生不同的活动痕迹。,即生物遗迹是生物适应环境的产物,因此最能反映环境的特征。分类: 形态分类-垂直潜穴,U形潜穴,螺旋状迹、 网状迹…… 行为方式分类-居住迹、爬行(行走)迹、 停息迹、觅食迹、啮食迹,反映沉积时底层水体含氧状况-即使没有实体化石,但遗迹化石丰富,不缺氧;有实体化石,但无底栖生物化石和遗迹化石,缺氧。 反映沉积速率-生活在沉积物内的底栖生物的位置会根据上覆沉积的多少发生变化,形成的遗迹的特征可反映沉积速率和沉积间断。 反映水体流动状况-流动强弱,流动方向 反映水体深度-不同类型遗迹化石的形成深度不同;一般层面的痕迹是水愈深愈复杂,层内的痕迹是由浅水-深水,垂直-倾斜-水平。 遗迹相(ichnofacies )-不同沉积环境的遗迹化石及其组合特征,,,,大陆-潮上:陆生动物足迹为主 滨岸(潮间-浅潮下):垂直潜穴,U形潜穴,钻孔,洞穴 浅海内陆棚:浅的、倾斜或水平状潜穴为主;停息迹,爬行迹等 浅海外陆棚-斜坡:复杂觅食构造和潜穴系统 深海:沉积物表面复杂的网状、弯曲状、螺旋状觅食和啮食迹,,1-4 古流向标志 反映与沉积环境有关的沉积流体流动方向和沉积盆地内古水流体系分布特征 指向构造:能指示古水流方向的原生沉积构造 1-4-1 常见指向构造的意义: 交错层理-前积层倾向指下游 不对称波痕-陡面指下游 对称波痕-水流方向垂直波脊 槽模-钝端指上游 沟模、剥离线理-平行流体流动方向 砾石叠瓦状排列-最大扁平面倾向上游 长形生物化石定向排列-长轴平行水流方向,,,,,,1-4-2 古流向资料整理:测量,制图 局部古流向分布-玫瑰图,,,单极向(一个优选方位)-河流,洋流,重力流 双极向(两个优选方位)-潮汐流,波浪 多极向(两个以上优选方位)-滨湖、滨海复杂水流系统 风成沉积可以为各种类型,区域古流向分布图-反映古水流体系 带状-河流 扇状-冲积扇、三角洲、海底扇 复杂/不规则状-湖盆,浅海,半深海,,,1-5 岩体几何形态 岩体(砂体)几何形态指岩相或地层单元的空间展布特征,反映不同沉积作用类型及沉积环境。 剖面形态/平面形态 河道充填:顶平底凸的透镜状/带状 边 滩:板状/带状或团块状 湖 泊:蓆状或板状/环带状 滨 岸:蓆状或板状/带状 三 角 洲:透镜状或蓆状/扇状、鸟足状 浊 流:蓆状、板状/扇状、带状,,1-6 沉积序列(剖面结构,相序) 在沉积剖面上,沉积特征(岩性、结构、构造、层厚、生物化石等)的组合及变化情况 反映沉积作用及环境特征随时间的演化 1-6-1 两种基本沉积序列类型: 向上变细变薄-由下至上,粒度变细,层厚变薄 岩性由粗粒岩类逐渐变化为细粒岩类,层理由大型变小型,反映随沉积作用的进行,水动力条件逐渐变弱(水体由浅变深或由浅变暴露) 向上变粗变厚-由下至上,粒度变粗,层厚变厚 岩性由细粒岩类逐渐变化为粗粒岩类,层理由小型变大型,反映随沉积作用的进行,水动力条件逐渐变强(水体由深变浅或由陆上过渡为水下),,,1-6-2 成因:海平面升降-海进/海退,沉积充填/构造下沉 沉积作用水平迁移-三角洲向海推进,河流侧向迁移,,三角洲进积形成向上变粗剖面结构示意图,1-7 沉积岩(层)测井响应 测井(油气田地球物理测井)是应用物理方法研究钻井地质剖面和井的技术状况,为油气勘探和开发服务的一门应用技术。 沉积岩(层)有多种物理特性,如电化学、电导、声学、核、热、磁特性等,统称为地球物理特性。利用专门仪器沿井孔测量、记录这些特性-测井,得到的结果-测井响应。 由于沉积岩(层)的这些特性一般是随岩性、物性(孔隙性、渗透性、密度等)及所含孔隙流体性质不同而变化的,因此测井曲线的特征(数值大小、形态、组合变化趋势)就间接反映岩石的特点,如岩石类型、矿物成分、结构、构造,及其变化趋势。 测井相-反映沉积岩(层)的特征,并使其与其他沉积岩(层)区别开来的一组测井响应。,川东双家坝构造七里 8井三叠系飞仙关组测井解释成果图,,1-7-1 不同测井类型的地质应用,1-7-2测井曲线形态的沉积环境意义 用于曲线形态分析的的测井类型: 自然电位-以泥岩自然电位为基线,异常 幅度反映泥质含量 自然伽马-泥质含量愈高,曲线幅度愈大。 声波时差-反映岩石孔隙度和骨架密度。 岩石愈疏松、孔隙度愈高,则 时差愈大。一般煤层的声波时 差很大;泥页岩大于砂岩和石 灰岩。,常见测井曲线形状的沉积环境意义:,柱 状-无明显变化趋势,代表教均一的不含泥页岩的纯砂岩 或碳酸盐岩;风成、辫状河、碳酸盐岩陆棚、生物礁、 海底峡谷充填等沉积。漏斗状-向上变粗,顶部突变;冲溢扇、分流河口砂坝、碎屑 滨岸平原、障壁岛、浅海蓆状砂、碳酸盐浅滩化层序、 海底扇等沉积钟 状-向上变细,底部突变;河流、潮坪、海进陆棚砂沉积对称状-过渡的顶底部;滨外砂坝、某些海进陆棚砂、向上变 粗和向上变细的合并不规则状-无明显变化趋势,代表纯砂岩或碳酸盐岩类与泥页 岩混合混合沉积;河流泛滥平原、碳酸盐陆坡、碎 屑陆坡沉积,平落9井沙溪庙组曲流河沉积,平落9井沙溪庙组三角洲平原沉积,白浅26井蓬莱镇组Ⅲ3亚段三角洲前缘沉积,1-8 地层地震响应 地震(seism),自上个世纪20年代问世以来,已发展成为油气勘探必不可少的重要技术手段。它是利用岩层传播、反射地震波的特性,采用人工激发地震波,并用专门仪器接收和记录反射波信号,然后对获得的资料进行处理、解释,从而查明地下地质情况。包含地震资料采集、处理、解释三个方面。 地震资料解释-将地震信息转换成地质信息。其核心是依据地震剖面的特征,应用地震原理和地质理论,赋予其明确的地质意义。 随着地震技术(激发、采集、处理)及相关技术的发展,地震资料解释也由最初仅限于构造解释逐步发展到多种地质概念的解释。现在,根据地震资料,除了进行地下构造解释外,还可进行地层、岩性、沉积相、储层分布等方面的解释,以及直接检测油气和开发期油藏动态监测。,1-8-1 地震相的概念 地震相-由特定的地震反射参数所限定的三维空间的地震单元,其地震反射特征与相邻单元不同,是特定的沉积相或地质体的地震响应。 一般来说,地震相总是与某一级别的沉积相或沉积体系相当,通过解释可将地震相转为沉积相。但是二者之间不存在绝对的对应关系。,1-8-2 地震相参数及特征 我们用一系列参数来界定地震相,即一种地震相有其自有的特征,并由此与其他地震相相区别。,内部反射结构: 是指地震剖面上层序内反射间相轴的延伸情况及同相轴之间的相互关系。它是揭示总体地震相模式戎沉积体系最可靠的地震相参数。根据形态可划分为平行与亚平行、发散、前积、波状、乱岗状。,平行与亚平行结构:平行、亚平行是最简单、最常见的结构,反射层为平直状或微波状;反映一种稳定水体的匀速沉积作用,常见于陆棚、滨浅湖或盆地中心区。 发散结构:这种结构往往出现在楔形单元中,反射层在楔形体收敛方向上常出现非系统性终止现象(内部收敛),向发散方向反射层增多并加厚;反映一种沉积速度的变化造成不均衡沉积或盆地范围扩大引起沉积界面逐渐倾斜形成的沉积作用。 前积结构:前积结构是较为典型的反射结构,表现为一套倾斜的反射层依次向盆地方向前积,主要是由顺沉积物走向过积作用产生的。每个前积反射层代表某一时期的等时界面,并指示前积单元的古地形和古水流方向。往往指示三角洲前缘沉积。 根据前积结构的内部形态差别,可进一步分为: S形前积结构, 斜交形前积,S形-斜交复合前积。,乱岗状结构:是由不规则、连续性差的反射段组成,常有非系统性反射终止和同相轴分叉现象;反映分散性弱水流沉积,常见于三角洲、扇三角洲或三角洲间湾沉积中。 杂乱状结构:是一种不规则、不连续反射。它可以是高能不稳定环境的沉积作用,如浊流沉积;也可是同生变形或构造变形造成,如滑塌、泥石流、河道及峡谷充填;另外,许多火成岩体、盐丘、泥丘、礁等地质体,也可由于内部成层性差或不均质性造成杂乱反射。 空白或无反射结构:无反射是由于缺乏反射界面造成的,这表明地层或地质体是均质体,如快速堆积的厚层砂岩或泥岩、厚层碳酸盐岩、盐丘、泥丘、礁、火成岩体等均可造成无反射;这些岩层或岩体的顶底界常有强反射。,外部几何形态: 指地震剖面上由某种地震反射结构组成的在三维空间内的分布状况。外形可以提供有关沉积体的几何形态、水动力、物源及古地理背景等方面的信息。 可进一步分为席状、楔形、帚状、透镜状、丘状、充填状等;外形与结构往往具有一定的相关关系。,席状-反射单元的上下界面平行或近平行,厚度相对稳定;内部常具平行结构或发散结构。一般出现在较稳定的深水沉积区,如深湖、陆棚、陆坡及深海盆地。 楔形-在倾向上其厚度向一个方向逐渐增厚,向相反方向减薄,在走向上则是席状的,常具发散结构。往往出现在滨浅湖、陆坡等环境中,一般指示冲积扇或扇三角洲沉积相类型。 透镜状-呈中部厚两侧薄的双凸形。常具S形前积或乱岗结构;指示河道充填、沿岸砂坝、小型礁体等。 丘形-丘形与透镜状的区别是上突下平,周围反射向上超覆;丘形反射常出现在海(湖)底扇、扇三角洲、礁、火山锥、盐丘、泥丘等沉积相或岩体中。 充填形:指低凹处充填沉积物形成的各种反射。按沉积环境可分为河道或峡谷充填、盆地充填等。,连续性: 指反射同相轴的连续性,与地层本身的连续性有关,主要反映地层的连续程度及沉积条件变化。一般反射连续性好表明地层连续性好,沉积条件稳定的较低能环境;反之,连续性差代表较高能的不稳定沉积环境。,1-8-3 典型地震相实例,注意:任何一种相标志都可能存在多解性, 因此进行沉积相解释时,需要利用 尽可能多的资料综合分析。,
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