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岩相古地理研究方法

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岩相 地理 研究 方法
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思考题,1、何谓相标志?它可归纳为哪几种主要类型? 2、哪些岩石类型具有明确的指相意义?主要的 指相自生矿物有哪些? 3、何谓广盐性生物?何谓狭盐性生物?试举例 说明它们的指相意义。 4、为何说痕迹化石的指相意义越来越大?试说 明痕迹化石的形态特征与沉积环境的关系。 5、什么叫同期异相?什么叫同相异期?试举例说明。 6、试综合说明控制沉积盆地岩相古地理条件的基本因素。 7、试述沉积盆地岩相古地理图的编制方法和步骤。根 据哪些方面资料可以确定研究区的生油有利相带和较 有利相带、储油有利相带和较有利相带。,岩相古地理研究,Study of lithofacies paleogeography,刘宝珺、曾允孚主编,1985,《岩相古地理基础与工作方法》,地质出版社。,岩相古地理研究是一门综合性很强的学科。,它涉及到构造地质学、地层学、地球化学、应用地球物理学、古生物学、水动力学及地貌学等学科的知识。,如何运用上述各学科的研究成果,并通过综合分析,划分沉积相和进行岩相古地理研究,是一项很艰巨的工作。,第一节 相标志Facies markers,相标志是指最能反映沉积相的一些标志,它是相分析及岩相古地理研究的基础。,岩性标志,古生物标志,地球化学标志,,相标志,颜色,岩石类型,自生矿物,,岩性标志,碎屑颗粒的结构,填隙物的类型,阴极发光,原生沉积构造,岩性组合及其韵律,电测曲线,一、岩性标志,地震信息,1、颜色,颜色是沉积岩最直观、最醒目的标志。,按成因可分为继承色、自生色和次生色。,2、岩石类型,与陆源碎屑岩共生的碳酸盐岩、硅岩、蒸发岩和红色岩层等具有一定的指相性。,特定环境中形成的岩石(如浊积岩等)具有良好的指相性。,3、自生矿物,自生矿物具有良好的指相性。,海绿石和鲕绿泥石,海相标志。,自生磷灰石或隐晶质胶磷矿,海相标志。,大量锰结核主要分布在深海和开放大洋洋底环境,4、碎屑颗粒的结构,粒度参数,颗粒的形态和圆度,颗粒定向,,支撑结构,颗粒表面结构,5、填隙物的类型,碎屑岩中的胶结物和杂基。,碳酸盐岩中的泥晶和亮晶。,6、阴极发光,碎屑岩中的石英,紫色—岩浆岩,棕色—变质岩,不发光—沉积岩,,7、原生沉积构造,沉积岩的沉积构造是沉积时水动力条件的直接反映,又较少受沉积后各种作用的影响,故具有良好的指相性。,层理,波痕,,底面构造,8、岩性组合及其韵律性,沉积剖面上各种成因标志有规律地重复出现——沉积作用的韵律性或旋回性。相层序facies sequence,9、电测曲线,电测曲线的幅度及形态特征是地下岩性特征及其组合的反映,不仅能作为地层划分和对比的标志,也可以用于相分析方面。,利用电测曲线解释沉积相主要是用自然电位曲线,电阻率曲线只起辅助作用。,用高分辨率的倾角测井和反映沉积构造的处理方法所得到的倾角矢量图可划分砂岩中的层理构造。,10、地震信息,地震信息是沉积相在地震记录上的反映,地震相划分主要根据地震反射参数(如地震反射的振幅、连续性、反射强度等)。,地震相在某些情况下并不相当或不完全相当,实体化石,遗迹化石,在不同的沉积环境中都有与环境物理化学因素相适应的生物组合、生态特征,并随着环境条件的改变而不断持变化和更替。,二、古生物标志,所以生物组合、生态特征是判别古沉积环境的重要标志。,,叠层石的形态与水动力条件有关,微量元素,稳定同位素,有机组分,,鉴于海水与淡水中溶解的盐度差异很大的特点,故常用岩石中易溶组分(粘土岩中的Cl、Cl/Br、Br/I、Na/Ca)、难溶组分(碳酸盐、磷酸盐、Ca/Mg或镁的含量)、粘土质点吸附阳离子的成分等,来确定盆地的古盐度。,三、地球化学标志,1、微量元素,常用作指相标志的,主要是粘土沉积物中的微量元素,如Mn、B、Br、Cl、Na、Sr、P、Ni、Co、V、、Cr、U、Cu、As、Zn、Ga等,以硼应用最广。,2、稳定同位素,16O、 18O, 12C、 13C ,34S/32S、30Si/28Si。,海水中18O和13C比淡水中要多。,Z=2.048×(δ13C+50)+0.48×(δ18O+50),Z>120,海相,Z<120,陆相(淡水),Z=120,不确定,3、有机组分,异戊间二烯中的植烷和姥鲛烷可作海相或陆相的标志。,植烷→陆相,姥鲛烷→海相。,沉积岩及石油中卟啉分子量的窄范围——湖相。,沉积岩及石油中卟啉分子量的宽范围——海相。,第二节 沉积相分析和岩相古地理研究的基本原理,沉积相分析和岩相古地理各种条件分析中必须遵循一些法则。,相序递变法则,沉降补偿原理,地层等时旋回对比法则,,基本原理,相序连续性原理(相序递变规律)(沃尔索相律(Walther, 1894))——只有那些没有间断的,现在能看到的相互邻接的相和相区,才能重叠在一起。,一、相序递变法则,相序递变有两种基本类型:,由于海平面上升(或海进)所形成的退积型相层序,相剖面自下而上由陆相—海陆过渡过相—海相叠覆组成。,由于海平面下降(或海退)所形成的进积型相层序,相剖面自下而上由海相—海陆过渡过相—陆相叠覆组成。,沉积盆地的沉降和补偿可概括为下述四种情况。,二、沉降—补偿原理,快速沉降、快速补偿,快速沉降、缓慢补偿,缓慢沉降、快速补偿,,沉降—补偿原理,缓慢沉降、缓慢补偿,根据工作进展和资料丰富程度,相剖面分析可分为三个阶段。,三、剖面相分析,单剖面相分析:根据相标志的研究,判定剖面中各组、段、亚段乃至层的相类型,其综合成果用岩相柱状剖面图表示。,剖面对比相分析:以岩相对比剖面图表示。,平面剖面相分析:运用相剖面研究区域岩相古地理的方法之一。,剖面相分析中应注意以下几个问题:,1、定时问题,主要解决同一时期、不同地区的沉积相的变化,选择等时对比界面是首要问题。,区域剖面相分析中,主要利用标准化石定时。,2、穿时问题,传统的群、组、段这类岩石地层单位时常存在“时侵”或“穿时”问题,在以陆源碎屑沉积为主的地层单元中尤其常见。,在准确定时的基础上,相对比剖面中主要有“同期异相”、“同相异期”丙种相变类型。,,3、相变问题,第三节 沉积盆地的岩相古地理条件分析,古地理分析是对地质历史时期中自然地理景观的再造,其内容包括: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;确定古气候及古构造状况、确定古火山喷发的中心等。,物源区分析,古水动力条件分析,水体深度及古地形分析,,古气候条件分析,水介质物化条件分析,岩相古地理图的编制,1、判断古陆或侵蚀区的存在,一、物源区分析,某时代地层的尖灭和较新地层的超覆,海进组合的下伏地层的顶部为古风化壳,沉积相变,,同时代的岩相组合中陆源碎屑矿物含量和粒度的变化,侵蚀区—在相当长的时期内,向沉积区供给陆源碎屑和可溶性物质的剥蚀区。稳定的侵蚀区又称为古陆。,沉积尖灭线,特殊的岩屑、重矿物组合,根据指向沉积构造进行古流向分析,2、查明古陆地形起伏特征,①砾岩的成分及分布,②砂岩的成分,③重矿物组合及分布,,④物源综合图,3、古河流体系的恢复,4、物源区母岩性质的确定,二、古水动力条件分析,1、根据定向构造,不同类型的斜层理、波痕、浊流成因的底面印模构造、砾石排列、长形颗粒的定向排列。,2、根据结构及成分的变化,利用碎屑的粒度、圆度、球度和成分的变化。,碎屑组分(尤其是重组分)的分散晕也是古水流方向的标志。,3、根据孢粉资料,孢粉含量变化可作为搬运距离的标志。,4、编制水流体系图,古水流条件对于古地理和古构造研究都是必不可少的,但难度较大,要从多方面进行综合分析。,松辽盆地三肇地区姚一段水流体系图,三、水体深度及古地形分析,1、根据沉积物的分布规律,一般情况下,从岸线的浅水到广海的深水,沉积物粒度呈有规律的分布。,一些特殊的岩石类型形成于一定的环境,如,蒸发岩:0~几m,鲕粒灰岩:<10~15m,礁灰岩:10~50m,浊积岩:深水区。,2、根据沉积构造,暴露成因构造,流动成因构造。,3、根据古生物和遗迹化石,4、根据自生矿物,海绿石,鲕绿泥石,磷酸盐,锰结核。,5、根据地球化学标志,Nicholls (1967) 认为,Mo>50ppm、Co>40ppm、Cu>90ppm、Ba>1000ppm、Ce>100ppm、Pr>10ppm、Nd>50ppm、Ni>150ppm、Pb>40ppm,特别是在伴随含量<1ppm的U和<3ppm的Sn时,则原来形成的深度可能超过250m。,6、根据地层的厚度变化,根据沉降补偿原理,以地层厚度(如为残厚要进行恢复)变化反映湖底沉降幅度和古地形的基本轮廓,以黑色泥岩厚度百分比变化反映水体的相对深度,也间接地表示古地形起伏。,7、根据地层的接触关系,古地形低凹处,多为深水区,一般为连续沉积,地层间为整合接触。,古地形隆起部位,水浅,常处于波基面以上,易受水下冲刷,地层间出现冲刷面或沉积相不连续。,8、古地形与相的特征,沉积中心depocenter——沉积盆地中,沉积速率最大的部位,表现为该处有最大的沉积厚度。,沉降中心center of subsidence——沉积盆地中基底沉降幅度最大的部位,一般此部位有最大的水深,充填有较大的沉积物厚度。,四、古气候条件分析,1、根据岩性特征,产物,煤系地层是温暖潮湿气候标志等。特殊的岩石类型,如冰碛岩、冰川纹泥是寒冷气候标志,蒸发岩是干旱气候,在海相地层中,大套石灰岩(尤其是生物石灰岩、礁石灰岩)、磷酸盐岩、铁、锰、铝等沉矿产,均为潮湿气候的可靠标志。,某些沉积构造特征亦可指示古气候。如季节性韵律层理、盐类假晶、干裂、雨痕(干燥气候标志),风棱石、沙漠漆、霜面等(沙漠干燥气候)。,2、根据古生物及古生态,最能反映古气候的是古植物。,对古气候的再造来说,孢粉资料最为重要。,气候也能在海生动物群的多样性上造成极大的差异。温水中的生物界有时比冷水中的生物界丰富几十倍。,,研究第四纪气候变化采用草原指数(Steppe-index)。,3、根据稳定同位素,根据海水中氧含量的变化,可以判断各时期古水盆的绝对温度。,根据δ18O在剖面中的变化,能较好的获得第四纪冰川和古气候的变化资料。,4、根据黄土及湖泊沉积,黄土剖面中许多风化层为间冰期产物,黄土层为冰期产物。,根据第四纪冰川的研究,用古地磁确定时间,用孢粉恢复气候变化,尤以湖泊纹层状淤泥所获效果最好。,5、古地磁法,根据某些含磁性的矿物的火山岩及沉积岩的剩余磁化强度计算出纬度的位置。,环境磁学是20世纪70年代发展起来的一门新兴学科。,总的来说,目前的古气候研究,对古近纪、新近纪的了解较多,而对古生代的气候所知较少。,五、水介质的物化条件分析,1、确定还原程度的标志,水盆中介质的物化条件,包括Eh值、pH值和含盐度等。,常用的标志是含铁自生矿物,由氧化环境至还原环境依次为:褐铁矿—赤铁矿—海绿石—鳞绿泥石——鲕绿泥石—菱铁矿—白铁矿—黄铁矿。,判定生油岩系还原程度常用的指标:S2-、三种铁离子、Fe2+/Fe3+比值和铁的还原系数。,2、确定酸碱度的标志,酸碱度的划分主要根据水介质中氢离子浓度:pH为碱性介质。,直接标志是根据常见的指示矿物,如碳酸盐矿物、含铁矿物和粘土矿物等。,3、古盐度的确定,直接测定海水中Cl-含量,经换算可获得海水盐度:S(%)=0.030+1.8050Cl-(%),碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、卤化物、粘土矿物都可用来恢复古盐度。,稳定氧、碳同位素也可用来确定古盐度。,间接查明的方法以古生物法为主。,六、沉积盆地岩相古地理图的编制,根据统计分析法进行岩相古地理研究,其最终是通过编制岩相古地理图来完成的;或者说,岩相古地理图的编制是相分析及古地理研究的总结。,如何编制岩相古地理图,要收集和整理哪些资料,先作哪些基础图件,如何进行分析,不同地区、不同层段、以及不同的沉积相也不尽相同。,编图程序大致分为三个阶段,基础资料的收集和整理,主要基础图件的编制和分析,岩相古地理图的编制和使用。,1、基础资料的收集和整理,在地层划分和对比的基础上,对露头剖面、岩心录井、岩屑录井、古生物及古生态鉴定、分析化验、(薄片、重矿物、粒度分析、地化指标等)、电测井及地球物理等方面资料进行系统收集和整理。,2、制图单位的划分和比例尺的选择,制图单位主要是根据研究课题的需要、资料的丰富程度和地质条件而决定的。,小比例尺图:<1/300万或<1/1000万,这种图件是全国性的或大区域的,编图单位时间间隔为代或纪。,中比例尺图:1/300万~1/50万,这种图件范围一般为一个沉积盆地,编图单位间隔为世或期。,大比例尺图:>1/50万,通常是为盆地内某一凹陷或地区的深入一步勘探而编制的,制图单位为段、亚段或砂层组。,3、主要基础图件,在资料收集和整理、确定制图单位和选好比例尺的基础上,先要编制各种类型基础图件,以反映盆地的各种沉积特征,并进行沉积条件分析。编制何类及多少基础图件,要视研究课题及资料丰富程度而定。如教材P402页所述图件。,4、岩相古地理图的编制和使用,岩相古地理图是一种综合成果图,包括沉积边界、母岩性质、物源方向、沉积相带、沉积中心、沉降中心、砂体和砂岩富集区以及生、储油有利地区等。,从分析沉积盆地的沉积条件、岩性和岩相变化特征,进而在岩相古地理图及其基础图件上,指明有利的生、储油地区及其形成有利时期,为油气勘探部署提岩性、岩相方面的依据。,对于其它矿产也同样可以进行分析预测。,七、我国岩相古地理图研究概述,刘鸿允的《中国古地理图》(1955)是第一部系统论述我国各地质历史时代的古地理轮廓的专著。,关士聪等(1984) 的《中国海陆变迁海域沉积相与油气》主要以大地构造学、地层学和沉积学的观点编制了我国从晚元古代至三叠纪的海陆分布及沉积相图25幅。,王鸿祯等(1985) 的《中国古地理图集》是以大地构造学的理论为指导、以现有的地质区测资料为基础编制了我国各地质时代古地理图。,冯增昭倡导以“单因素分析综合作图法”进行定量岩相古地理研究与编图。,
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