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第6章-古地理分析与编图

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地理 分析
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中国矿业大学资源与地球科学学院,郭英海,沉积学与古地理学,E-mail: gyhai@163.com guoyh@cumt.edu.cn,,,第六章 古地理分析与编图,沉积学,古地理分析与重建古地理研究与综合编图沉积作用的控制因素,第六章 古地理分析与编图,古地理分析与重建古地理综合编图沉积作用的控制因素,沉积学与古地理学,,第一节 古地理分析与重建,古地理分析是对地质历史时期中自然地理景观的再造,也就是再造沉积区和侵蚀区的景观。古地理分析的内容包括:确定侵蚀区的位置及母岩的性质、古地形的起伏;确定沉积区的边界,搬运介质及水动力条件;确定水的物理-化学性质等介质条件。此外,古地理分析还要确定古气候及古构造状况,确定古火山喷发的中心等。 古地理的分析不仅可以确定当时的自然地理景观,还可查明沉积矿产的生成与分布的规律性;阐明沉积作用与大地构造之间的关系,以进一步了解地壳运动与地质发展史,作出矿产的预测。 总之,古地理分析是在综合各种地质资料的基础上,通过沉积学、古生态、古构造、地球化学等分析方法,再现当时的自然地理景观。,古地理分析包括:定性分析、定量分析,一、沉积相分析,1、相分析单位的确定2、沉积相标志的建立3、岩性组合与相序分析4、沉积构形与沉积体的几何形态5、沉积相对比横剖面6、沉积相模式的建立7、定量相图的应用,,第一节 古地理分析与重建,二、物源区分析,1、判断古陆或侵蚀区的存在2、查明古陆地形起伏特征3、古河流体系的恢复4、物源区母岩性质的确定,古陆的确定——古流向、边缘相、岩石成分成熟度、重矿物组合的时空变化。岩屑类型、岩石类型与古陆区岩性组合,石英、长石类型与源区大地构造背景,,第一节 古地理分析与重建,二、物源区分析,古陆的确定——古流向、边缘相、岩石成分成熟度、重矿物组合的时空变化。岩屑类型、岩石类型与古陆区岩性组合,石英、长石类型与源区大地构造背景,,第一节 古地理分析与重建,来自各种大地构造环境的砂岩成分三角图解(Dickinson等,1979),,二、物源区分析,第一节 古地理分析与重建,物源区母岩性质的确定,,二、物源区分析,第一节 古地理分析与重建,三、古水流分析,1、古水流测量(1)古水流测量(2)古流向的校正2、古水流测量的构造(1)交错层理(2)波痕(3)底面构造(4)碎屑和化石优选方位-砾石的定向排列、古生物化石3、成果表示和矢量平均值的计算4、古水流型式的解释,,第一节 古地理分析与重建,四、古气候分析,1、古生物标志2、岩性特征标志3、沉积构造的标志4、古地磁法,五、古构造分析,,第一节 古地理分析与重建,第六章 古地理分析与编图,古地理分析与重建古地理综合编图沉积作用的控制因素,沉积学与古地理学,一、岩相古地理研究的基本原理,在进行岩相古地理研究时,必须遵循一些法则,主要有相序递变法则、沉降补偿原理以及地层等时旋回对比法则等。 剖面相分析中应注意:定时问题、穿时问题、地层旋回等时对比法则。,Walther相律——沉积相变规律:“只有那些相邻发育的相才能重叠地产出”,即只有顺序发展着的相才能上下重叠;一定的相在水平飞行上必与有关的相相邻。,,第二节 古地理综合编图,二、岩相古地理编图工作的设计与准备,1.全面收集资料 ①地层剖面资料,包括1∶50000和1∶200000区调图幅中的实测剖面资料,以及石油、地质、普查勘探的地层剖面、各类钻孔、石油深井岩心资料(包括电测井、放射性测井和岩屑录井资料等); ②用于分析解释地层、构造界面的各种物探资料; ③大地构造专题研究资料,对于中、小比例尺编图工作尤为重要; ④有关工作区及相邻地区的岩相古地理和地层古生物专门性研究成果; ⑤沉积、层控矿床资料。,,第二节 古地理综合编图,二、岩相古地理编图工作的设计与准备,2.统一地层划分对比方案,确定编图单元 编制中、小比例尺沉积相古地理图,通常是以年代地层为单位,即研究同一时间范围内的沉积环境变迁。这就要求所有的地层剖面是近似等时的。因此在工作之初就要注意地层的等时、穿时和相变等问题,正确选定地层对比的时间界线和分层标志,提出合理的地层划分对比方案,作为测制剖面、填制卡片和计算地层厚度的准则。在工作过程中也要随时注意这一问题。 在确定地层划分对比方案时,还应考虑到成图单元的合理性。,,第二节 古地理综合编图,二、岩相古地理编图工作的设计与准备,2.统一地层划分对比方案,确定编图单元 编制中、小比例尺沉积相古地理图,通常是以年代地层为单位,即研究同一时间范围内的沉积环境变迁。这就要求所有的地层剖面是近似等时的。因此在工作之初就要注意地层的等时、穿时和相变等问题,正确选定地层对比的时间界线和分层标志,提出合理的地层划分对比方案,作为测制剖面、填制卡片和计算地层厚度的准则。在工作过程中也要随时注意这一问题。 在确定地层划分对比方案时,还应考虑到成图单元的合理性。,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,野外工作是沉积相古地理研究与编图的基础。 主要是通过测制沉积相剖面,系统研究剖面的岩石成分、结构、构造、古生物组合和生态特点、遗迹化石等各种能够判别沉积环境的成因标志,并收集各种古流向数据,划分岩石的成因单元,综合分析剖面的层序结构特点,初步确定沉积相类型。 同时,还应采集必要的样品供室内分析研究,为正确的划分沉积相类型,建立区域沉积相模式和综合编图工作奠定基础。,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,1.沉积相剖面的观测,(1)野外踏勘(2)剖面的布署原则、类型和精度要求:控制剖面、辅助剖面、路线剖面。(3)剖面测制程序和样品采集。 相剖面的测制程序和方法与地层剖面的测量方法一样,但其观察重点应放在相标志的研究和沉积环境的分析上。一般包括踏勘、实测和定相成图三个步骤。,,第二节 古地理综合编图,踏勘时还要初步确定剖面的主要沉积相类型、相序列,是否具有韵律性特点,以及相标志的分布等。 实测过程中,除按照设计要求逐层丈量,详细观察描述,按需要系统采集标本、样品外,还要注意抓住关键层段,加密观察,甚至在剖面两侧追索,切忌平均使用力量。 在有韵律沉积特征的剖面上,要对不同层位上韵律结构特征等详细观察。 野外工作结束时,应根据观察结果,归纳分析,确定其沉积相类型(野外定相),并编制沉积相柱状剖面草图。 在剖面测制过程中,应采集必要的测试分析样品供室内研究用。样品的采集应具有明确的目的性、代表性和广泛的适用性,同时要充分考虑经济效果和技术设备条件的可能性,切忌贪多求全,平均摊派。,三、野外工作,1.沉积相剖面的观测,,第二节 古地理综合编图,采集样品的种类,除一般的古生物、光谱分析和化学分析样品外,专门用于沉积相分析的样品主要有两类: 第一类是需要逐层分段系统采集的必备样品,例如岩石薄片样、用于碳酸盐岩结构构造研究的岩石薄片(光片)样以及碎屑岩的粒度分析样品。后两种样品可以和岩石薄片样品通用,或单独采集。 第二类属特殊的测试分析样品,包括人工重砂样、物性样、古地磁、稳定同位素,以及用于电镜、阴极发光、差热分析、红外光谱等方面样品。这些样品对于碳酸盐岩、碎屑岩和粘土岩矿物成分的研究,古地理的恢复,沉积环境和成岩作用的研究,均有一定的意义。采样时应根据实际需要、测试条件及经济情况慎重采集。同时注意采样方法的科学性。,三、野外工作,1.沉积相剖面的观测,,第二节 古地理综合编图,沉积相类型的确定,主要取决于沉积物的结构、构造、生物组合和生态特征等相标志的综合分析,以及剖面结构特征和相组合的时空关系等特征的研究。而这些标志和特征的识别主要是在野外或岩心的观察和研究中完成的。 野外准确定相要求熟练掌握不同沉积相类型的主要特征、不同环境的沉积模式,善于发现和识别各种相标志;要求在野外根据不同的剖面特点,根据所有的标志和剖面结构及相序变化特点,综合分析,然后作出判断。 主要包括:沉积相标志观察;剖面结构研究;掌握相变的规律性。,三、野外工作,2.野外沉积相分析,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,2.野外沉积相分析,1)沉积相标志观察 不同岩石类型的剖面,相标志的观察要点不同。(1)对于以陆源碎屑岩为主的剖面,应该注重岩石的粒度特征及其组合关系、砂岩的成熟度、层理层面特征、遗迹化石和砂体形态这几个方面。 陆源碎屑岩的粒度特征是岩石命名的基础。也是判断环境的重要标志。砂岩的成熟度包括成分成熟度和结构成熟度两个方面,是陆源碎屑岩定相的重要标志。 各种类型的层理和层面构造是碎屑岩中常见的沉积构造。砂体的几何形态,系指具有相同特征沉积砂体的分布、延伸方向和形态特征。,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,2.野外沉积相分析,1)沉积相标志观察 不同沉积环境中沉积的砂体形态不同。例如河控三角洲的砂体呈指状垂直于海岸,浪控三角洲砂体平行于海岸,潮道或河道砂体呈底凸顶平,而远海砂坝常常是底平顶凸。砂体形态的研究不仅对定相有用,而且对油气资源和沉积矿产的普查评价也很有意义。(2)对于碳酸盐岩剖面的观察,重点应放在结构、层理厚度、生物组合的观察上。,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,2.野外沉积相分析,1)沉积相标志观察,根据沉积物中的相标志对沉积环境作出判断时,无论是碎屑岩还是碳酸盐岩,都应该既有重点研究又有综合分析,不能只根据个别标志作出判断。 一个在物理上、化学上和生物上区别于其它地区的独立环境,必然在沉积物的成分、结构构造和其它方面都留下其特有的一系列烙印,而不仅仅是个别标志。 另一方面,沉积岩中某些组构特征,并不具有环境专属性,例如潮坪中的透镜状和波状层理,在湖岸环境中也能出现。粒序层理可以在浊流、风暴流、三角洲、决口扇等环境的沉积物中出现。,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,2.野外沉积相分析,2)剖面结构研究 剖面结构是指由特定的岩性、结构、构造、生物等所表现出的有关联的垂向顺序,也称为相序列或岩相组合。 在陆源碎屑岩中,向上变粗变厚的序列有进积型冲积扇、三角洲、堡岛和海底扇模式。它们虽然都是向上变厚变粗的,但又具各自的特点。 向上变薄变细的序列则有砂质辫状河的河道沉积、曲流河的边滩、潮坪和潮道等沉积相模式。 在碳酸盐岩中向上变浅的序列,常常表现为潮下→潮间→潮上环境的反复出现。,,第二节 古地理综合编图,三、野外工作,2.野外沉积相分析,2)剖面结构研究 但在不同的条件下表现出不同的组合特点。例如灰泥序列、颗粒序列、叠层石序列、生物礁序列以及海岸萨布哈序列。至于浊积岩中的鲍玛序列和风暴岩序列更为大家所熟知。总之,熟练地掌握和运用已知的序列和模式,对沉积相的确定很有帮助。,3)掌握相变的规律性 野外确定相类型时,应按瓦尔特相律,注意沉积性相域或相序在平面上和剖面上相变的规律性。,,第二节 古地理综合编图,,四、室内工作与综合编图,沉积相古地理研究的室内工作包括各种样品的分析鉴定、测试和资料综合整理,各种基础图件、综合图件的编制以及研究报告的编写。 资料整理内容包括岩石薄片的鉴定及其结果的分析和统计,碎屑岩粒度分析,岩石薄片中生物碎屑、种属和生态特征的鉴定和统计分析,部分沉积成岩矿物的定性定量研究,各项测试数据(包括光谱、化学分析、同位素分析)的综合整理与解释等。,第二节 古地理综合编图,2、基础图件和综合图件的编制 沉积古地理研究中的编图通常是指基础图件和综合图件的编制。 基础图件是描述性的,以反映某个方面或某个因素的客观实际材料为主,是编制综合图件的基础。常见的有实际材料图、沉积相柱状图、地层对比图、沉积断面图、地层等厚图、古生物相图或生物分区图、重矿物分布图,以及各种单因素岩性图、等值线图或分区图等。 综合图件是根据基础图件以及其它参数经过综合分析后所得的最终成果,是解释性的图件。它所表现的是某一时期的自然地理面貌、构造背景、沉积环境、沉积条件和沉积物的分布规律等,包括沉积相古地理图、构造古地理图、古构造图等。,,四、室内工作与综合编图,第二节 古地理综合编图,2、基础图件和综合图件的编制,1)岩性岩相(沉积相)剖面图(展示相、层序划分依据、以及相的共生组合)2)地层(层序地层)对比图(显示地层划分和对比的依据);3)沉积断面图(反映相的纵、横向变化特点和规律);4)地层厚度等值线图(反映盆地轮廓、隆起和拗陷、凸起和凹陷,以及物源方向及河流流向等);5)粒度分布曲线及平面分布图(累积曲线、频率曲线、概率曲线、C-M图和粒度参数的平面变化图等); 6)砂岩厚度等值线图(反映砂体、砂岩富集区,砂岩尖灭界线,以及古水流方向、物源方向和三角洲位置等);,,四、室内工作与综合编图,第二节 古地理综合编图,2、基础图件和综合图件的编制,7)砂岩层数图(推断碎屑沉积与水位变化的关系,反映构造性质等);8)砂泥比等值线图(判断岸线位置、古水深度和主要物源方向);9)泥岩颜色图(反映陆上、过渡与水下三种沉积环境的大致范围,是划分湖盆相带和有利生油相带的主要依据);10)重矿物平面分布图图(反映物源方向和沉积体系);11)岩石类型、岩比图(反映物源方向和分布趋势,是划分相带依据);12)有机碳、还原硫、三价铁和二价铁等值线图(反映不同沉积环境的地球化学特征,并指示陆上或水下沉积的标志);13)锶钡比、硼含量等特征地球化学指标平面图(反映古盐度变化,间接判断盆地的封闭状况);,,四、室内工作与综合编图,第二节 古地理综合编图,2、基础图件和综合图件的编制,14)地层水矿化度图(反映古气候条件);15)化石(实体化石、遗迹化石)分布图(划分相带和鉴别相的标志);16)电测曲线特征图(利用自然电位、自然伽玛、电阻率、以及地层倾角测井等电测曲线综合分析,划分岩性和韵律特征,建立沉积模式);17)砂体几何形态图(砂体成因类型,指示油气聚集有利地区);18)煤层、暗色泥岩、油页岩厚度等值线图(沉积环境类型,指示生油气中心); 19)碳酸盐岩(石灰岩)厚度等值线图(沉积环境类型,指示海侵方向及沉积中心);,,四、室内工作与综合编图,第二节 古地理综合编图,2、基础图件和综合图件的编制,20)岩相古地理图(综合成果图。反映沉积边界、母岩性质、古水流向、物源方向、海侵方向、沉积相带、沉积中心、沉降中心、典型沉积相序列、砂体和砂岩富集区、以及生储油有利地区等); 编图方法——岩比图法、相比图法、优势相法、单因素分析综合作图法21)沉积模式图(综合成果图。沉积地质体的垂向变化及相互关系、与现代沉积相模式的对比、综合新的沉积模式);22)勘探远景预测图(综合成果图。是勘探地层圈闭油气藏和古地貌圈闭类型油气藏的根据);23)古构造图(表示沉积盆地构造背景、性质、盆地边界、内部构造)。,,四、室内工作与综合编图,第二节 古地理综合编图,第六章 古地理分析与编图,古地理分析与重建古地理综合编图沉积作用的控制因素,沉积学与古地理学,第三节 沉积作用的控制因素,控制沉积作用的因素是多种多样,主要大地构造、海平面变化、气候变化、沉积物供给和生物的演化。,沉积学与古地理学,第三节 沉积作用的控制因素,,一、大地构造背景,大地构造作用是控制沉积作用诸因素中最为重要的一种因素。古气候的变化和生物的演化等也往往受到其制约,地质学的研究表明,地表表层大部分地区都是被沉积物或沉积岩层所复盖。这些沉积层是在基准面不断升降,沉积物不断发生分异和沉积过程中形成的。而基准面的升降则与地壳运动有关,大规模的地壳升降运动和水平挤压运动在地球表面形成隆起和坳陷区,隆起区遭受风化剥蚀,坳陷区接受沉积物的堆积。显然,地壳运动为沉积作用提供了物源区和沉积区。由于大地构造作用的性质和强度在地壳上不同地区往往存在着差异,因而在地球表部形成不同类型的沉积区。大地构造作用较稳定的地区称为陆台、地台或克拉通等。而大地构造作用较强烈和不稳定的地区称为地槽区,这两种沉积区其沉积作用特征和沉积岩石组合是很不相同的。,,二、海平面变化,第三节 沉积作用的控制因素,,三、古气候条件,气候的变化可以导致地球上冰川的增长和消融,进而引起世界范围内海平面的变化,而海平面的变化是影响海陆面积变化和分布的重要因素之一,因此也就影响到海陆沉积相的分布。 气候对沉积作用的控制作用更直接地表现在对陆地上的风化剥蚀作用、生物和化学沉积作用的影响,使得不同气候带具有不同的沉积作用特征和出现不同类型沉积岩组合。,第三节 沉积作用的控制因素,,四、生物条件,生物在地质历史中的生存和演化对沉积作用也有着巨大影响。这不仅是由于生物自身能直接参与沉积作用,形成各种生物成因或生物化学成因的沉积岩,而且生物还能通过其生命活动过程和生物遗体的分解作用等引起周围介质环境的物理和化学变化,从而导致和促进沉积作用的进行。,第三节 沉积作用的控制因素,谢谢大家!,沉积学与古地理学,
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