影响沉积盆地相对海平面变化的多重因素和旋回层序响应(1)
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沉积盆地的层序和沉积充填结构及过程响应2010-07-14现代层序地层学的理论发展,把沉积过程纳入到地质演化的时空框架中并与地球的多旋回或节律演化结合研究,形成了一套带有革命性的、在等时地层格架中研究沉积作用的新方法,成为了油气资源等沉积矿产预测勘探的重要工具.沉积盆地的沉积充填可划分出与各级沉积旋回相对应的层序地层单元.追踪对比由不整合面或不整合面及其对应的整合面为界的高级别层序地层单元建立的区域性等时地层格架,对盆地构造古地理再造和油气勘探战略性研究至关重要;追踪四、五级等低级别层序地层单元和体系域建立的高精度层序地层格架,可为重点区域或区带的沉积体系和储集体的沉积构成和分布等的解剖提供精细的地层对比基础.依据沉积基准面的变化,从层序内水进到水退的沉积旋回中可划分出正常水退沉积、强制性水退沉积、水进沉积及垂向加积等成因沉积类型.海相或湖相盆地中三级层序地层单元内均可较好地划分出低位、水进、高位及下降体系域.盆地构造作用、气候变化、海、湖平面升降过程对层序发育的控制作用及沉积响应研究,一直是层序地层学或沉积地质分析领域的研究热点.沉积盆地的层序地层序列演化是盆地地球动力学过程的总体响应.层序地层学把盆地古构造、古地理的变迁纳入到统一的地球演化系统中研究,形成了与区域地球演化史或盆地动力学演化相结合的重要研究领域.多旋回盆地或叠合盆地中多期次的构造变革导致了多个区域性不整合面所分隔的多个构造层序的叠加.注重构造-层序地层的结合分析,揭示盆地的.层序地层序列与多期盆地构造作用的成因联系,是构造活动盆地或大型叠合盆地沉积地质演化和油气聚集规律研究的关键.盆地构造作用,如前陆盆地多期次的逆冲挠曲沉降和回弹隆起的构造作用、多幕裂陷过程、多期构造反转等与重要不整合及区域性沉积旋回或层序的形成密切相关;而由气候变化引起的海或湖平面变化是控制高频沉积旋回或低级别层序发育的主要因素.在构造活动盆地中,构造坡折带对沉积体系域和沉积相的发育分布具重要控制作用.作者:林畅松 LIN Chang-song 作者单位:中国地质大学,北京,100083 刊名:沉积学报 ISTIC PKU英文刊名:ACTA SEDIMENTOLOGICA SINICA 年,卷(期):2009 27(5) 分类号:P512.2 P539.2 关键词:层序结构成因沉积类型控制因素沉积盆地。
沉积盆地:是地球表面发生构造沉降、形成了沉积充填的地域同沉积盆地:沉积充填阶段盆地的原来面貌后沉积盆地:被改造后的沉积充填盆地残留盆地:改造作用强烈,原沉积盆地大面积被剥蚀后保留下来的盆地伸展盆地:是与在张应力作用下,地壳和岩石圈伸展减薄作用有关的一类裂陷盆地前陆盆地:位于造山带侧缘和克拉通之间的狭长盆地,盆地纵剖面为不对称楔状盆地原型:单一的盆地,即不同时期形成的盆地单元叠合盆地:不同时期、不同成因的盆地单元叠合后形成地层格架:是指盆地中地层和岩性单元的几何形态及其配置关系,是一种三维概念构造反转:指的是变形作用的反转,如原来的构造低地后期发生了上隆,初期的正断层晚期又以逆断层方式从头活动等盆地等时地层格架:依据底层接片的等时性,对盆地中各地层单元精准对比基础上成立起来的地层格架. 层序:是一套相对整一的、成因上有联系的地层,其顶底以不整合面或与之对应的整合面为界。
体系域:是同一时期内具有成因联系的沉积体系组合海泛面:是一个将新老地层分开的界面,跨过那个面水深突然增加最大海泛面:是一个层序中最大海侵时形成的界面,是海侵体系域与高位体系域的分界面密集段:是指在极缓慢速度下沉积的地层段,也称凝缩段,一般很薄,缺乏陆源物质可容纳空间:指可供沉积的、潜在的沉积物堆积空间沉积基准面:是一个假想的动态平衡面,高于此面堆积的沉积物不稳固、不能保留下来,低于此面则发生沉积作用,沉积物有可能被埋藏而保留下来瓦尔特相律:在一个整合的序列中,只有那些在自然界相邻出现的相才能在垂向层序中出现沉积相:沉积环境的物质表现地槽:地壳上具有强烈活动的长条地带,前期发生不同性下降,后期强烈褶皱形成的庞大山系地台:大陆上自形成以后未再蒙受强烈褶皱的稳固地域,有双层结构,即由基底和盖层组成克拉通:大陆地壳中长期不受造山运动影响,只受造陆运动发生过变形的相对稳固部份构造坡折带:同沉积构造长期活动引发的,沉积斜坡明显突变的地带裂谷:由于整个岩石圈蒙受伸展破裂而引发的,而且常常是一侧或双侧为正断层限制的低洼地带回剥法:是在维持地层骨架厚度不变(除断层或剥蚀外)的条件下,以盆地内地层分层为基础,按地质年龄从头到老把地层逐层剥去,从而恢复每一个时期末所有沉积地层的形态及古厚度,进而恢复沉积速度和沉降速度。
细粒沉积学研究进展摘要:细粒沉积学的发展,对于盆地内富有机质页岩分布预测、页岩油气甜点段/区评价有重要的指导意义。
本文就细粒沉积学研究进展从概念、分类、内涵及国内外研究现状及关注点进行了详细阐述。
关键词:细粒沉积岩;细粒沉积学;研究进展前言随着非常规油气勘探开发的不断深入,出现了现有适用于常规油气开发的理论与非常规油气开发不相适应的矛盾,非常规油气开发亟需新的理论发展支撑。
本文在对国内外细粒沉积学研究的系统调研基础上,梳理了目前该领域的研究现状,分析了细粒沉积学研究的关键科学问题,介绍了中国细粒沉积中的有机质富集机理、非均质性分布特征、纹层类型及组合特征、沉积模式等方面取得的进展,基于目前的认识,提出了未来发展趋势及研究重点。
总体上,细粒沉积学的发展,将推动常规和非常规油气勘探不断创新前进。
1细粒沉积岩的概念及分类细粒沉积岩是由细粒物质所组成的岩石。
细粒物质是指颗粒粒级小于0.0625mm的组分,主要包括碳酸盐、粘土矿物、有机质、生物碎屑、石英等[1-2]。
对于细粒沉积岩的分类,目前没有比较公认统一的分类方案。
一般原则是从矿物成分因素和适用因素来考虑的,但由于细粒沉积岩的研究与油田的非常规油气实际生产开采关系紧密,另一类细粒沉积岩的分类方案则偏向于更具有实际生产的工业用途意义,如郝运轻根据工业用途将泥岩页岩分为室内和录井两大类。
Milliken 基于对传统的以沉积结构、颗粒大小及成分为标准的细粒沉积岩分类的改进,提出根据颗粒来源和成分,以细粒沉积岩的主要组分陆源—粘土、碳酸盐—粘土和硅质—粘土为三端元,陆源—粘土的盆外来源超过75%、碳酸盐—粘土的盆外碎屑来源少于75%,生物成因的盆内碳酸盐颗粒占优势、硅质—粘土的盆外碎屑来源少于75%且生物硅质成因颗粒比碳酸盐颗粒占优势为界分为3大类。
2细粒沉积学内涵细粒沉积学是研究细粒沉积岩的物质成分、结构构造、分类和成因、沉积过程与分布模式的基础学科。
主要研究对象是黑色页岩、泥岩、粉砂质泥岩、页岩、混积页岩等;主要研究内容包括岩石组分、结构构造、命名与分类、物源、古气候、水深、介质环境、火山灰影响、有机质富集分布模式等;主要研究方法包括薄片分析、X衍射分析、X射线荧光分析技术(XRF)、扫锚电子显微镜矿物分析技术(Quemscan)、元素地球化学分析、物理模拟技术、测井解释技术、地球物理预测技术等;研究重点包括细粒沉积层序地层分析、纹层结构类型、组合方式及沉积动力学条件、有机质富集因素、“混源沉积”模式、细粒沉积水槽实验等。
海洋占地球总面积的 71%,是一个巨大储水盆地,是产生沉积作用的主要场所。
海洋沉积学的是海洋地质学的重要分支,是海洋学和沉积学之间的边缘学科,主要研究研究海底浅层沉积物的特征、时空分布及其形成和变化,其对象是海洋中所有被埋藏的非固结的海洋沉积物和非固结的沉积体系。
沉积物的形成过程实质上是其组成物质与外界条件之间寻求物理和化学平衡的过程。
来自大陆的碎屑、海水自身溶物、海洋生物遗体、火山物质和深部热液等经过一系列复杂的物理化学作用形成沉积物,例如大陆隆就是巨大的楔形复杂沉积物质。
在漫长的地质历史中,海洋沉积作用受到各种因素影响。
总的来说,海洋沉积作用主要受到气候、沉积大地构造、海平面升降、沉积物供给、生物活动、化学作用、火山活动等的影响。
1、气候气候是控制沉积作用的基本因素之一,它的影响从风化作用开始,贯穿于沉积物或沉积岩形成的全过程。
气候是多种因素,如气温、雨量、风力及其变化的综合,主要表现在温度和降雨量两方面。
在局部地区和特殊天气条件下,风的作用也是沉积作用的影响因素。
气候通过控制陆地岩石的风化、侵蚀的类型和速度来控制沉积物的类型和搬运方式,通过影响海洋中的洋流体系来影响陆架沉积物的类型及分布。
风化产物是沉积物形成的一大源头物质。
气候对风化作用有很大影响。
温度和湿度是决定风化作用类型的主要因素,雨水是搬运风化产物的主要营力。
因此,气候对沉积作用有着极大的影响。
在各个气候带,沉积作用各有不同。
在寒带和极地气候条件下,外来沉积物很少,沉积物大多是近源的物理风化产物。
在气候比较潮湿的温带和热带地区,沉积物的形式和分布则比较复杂。
既有陆源也有内源和生物源沉积物。
陆源经过较长时间的搬运,内源和生物源比较发育,常伴有铝、铁、生物礁是温湿气候的特征沉积物。
气候对化学、生物化学和生物沉积作用的影响甚为明显,如珊瑚礁石灰岩以及其他类型的石灰岩都是在热带和亚热带气候条件下形成的。
因而,这些沉积就是地质历史中的重要气候标志。
1----断层在时间剖面的特征标志?1)标准层反射同相轴发生错断,是断层在地震剖面上表现的基本形式。
2)标准层反射波同相轴数目突然增减或消失,波组间隔发生突变,断层下降盘地层加厚,上升盘地层变薄。
3)反射同相轴形状和产状发生突变,这往往是断层作用所致。
4)标准层反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲及强相位转换等。
5)断面波、绕射波等异常波的出现,是识别断层的主要标准。
2----伪门条件及消除方法??滤波处理的是离散信号,由付氏变换的特性可知:离散函数的频谱是一个周期函数,其周期为1/△,即有:DFT(h(n))=H(k)=H(k+1/Δ)则通频带以1/△为周期重复出现,若称第一个门为“正门”,则其它的门为“伪门”。
②克服的方法:a)选择适当的采样间隔△使伪门出现在干扰波频率范围之外,一般采样间隔△取得越小,伪门处于频率越高的地方,离正门越远,在离散采样之前让信号通过“去假频”滤波器,滤掉高频成分。
3--反滤波原理及影响因素地震记录是地层反射系数序列r(t)与地震子波b(t)的褶积,x(t)=r(t)*b(t),b(t)就相当地层滤波因子。
为提高分辨率,可设计一个反滤波器,设反滤波因子为a(t),并要求a(t)与b(t)满足a(t)* b(t)=∂(t),用a(t)对地震记录x(t)反滤波x(t)* a(t)= r(t)*b(t) * a(t)= r(t)* ∂(t)= r(t),其结果为反射系数序列,即为反射波的基本原理。
影响因素:1)各种反滤波方法都必须有若干假设条件;2)反射地震记录的褶积模型问题;3)噪声干扰的影响;4)原始地震资料的质量问题。
4----.爆炸反射界面成像原理(叠后偏移成像原理)①把地下地质界面看成具有爆炸性的爆炸源。
②爆炸源的形状、位置与地质界面一致。
③爆炸源产生的波的能量、极性与地质界面反射系的大小、正负对应。
④并假定当t=0时,所有爆炸源同时起爆,沿界面法线方向发射上行波到达地面观测点。
一沉积相标志:相标志是指反应沉积相的一些标志,它是相分析及岩相古地理研究的基础。
可归纳为岩性、古生物、地球化学和地球物理四种相标志类型。
1岩性(沉积)标志颜色颜色也是沉积岩的—个重要待征。
对沉积岩颜色的研究有助于推断沉积岩形成的沉积环境和物质来源。
继承色原生色次生色次生色。
陆源碎屑成分研究它们的含量变化,以确定物源方向、源区的大致位臵、搬运距离及母岩类型等。
陆源碎屑自生矿物特殊岩石类型沉积岩的结构包括粒度、分选度、形状、圆度、球度、石英表面结构、支撑类型、结构成熟度等。
粒度分选及粒度结构反映了水动力条件、流体力学性质颗粒的支撑类型——判断介质水体的流动性质:颗粒支撑——牵引流;杂基支撑——密度流、重力流。
沉积岩的构造古水流向判别与恢复沉积组合及相序确定沉积相类型区分自旋回和它旋回,层序界面的识别和层序划分。
沉积体空间形态2 古生物学、古生态学标志生物对环境的指示意义:指示沉积水体介质的温度、深度、压力、光照度、浑浊度、水体流动性质、基底性质、水体所处位臵等。
遗迹化石是地史时期生物生活活动的遗迹和遗物的总称。
也可以说是生物成因的各种构造,反映生物的存在。
包括生物生存期间的居住、运动、捕食、代谢、生殖等行为所遗留下来的痕迹。
从某种意义上讲,遗迹化石是生物适应环境的物质记录,在一定程度上,能够反映当时生物的生活环境。
3 沉积地球化学标志沉积岩中的元素含量取决于下列因素:陆源区性质(母岩成分)、古气候、沉积环境(包括水体等介质性质)、沉积岩的成分、生物作用、成岩及后生因素等,因此研究它就可以对再造古地理环境提供信息。
目前,元素地球化学在划分海陆相地层,分析物源区岩石成分,恢复沉积古气候条件,确定沉积水介质地球化学环境,划分地球化学相(氧化与还原、水盆深度、盐度、离岸距离等)等方面都能取得较满意成果。
4 地球物理学标志地球物理学标志常用的有沉积序列和沉积相相的测井响应、地震响应,根据测井曲线和地震反射资料解析出其中的基本相标志,进而鉴别沉积相类型。
周期性海平面变化的成因
海平面的全称应该叫“平均海平面”,她的精确定义是随着大地测量的发展而确定的。
它本身并不是一个平面,而是一个球面。
海岸线为海水与陆地的交线。
海平面发生周期性变化,海岸线也发生周期性变动,海岸线是海平面与大陆面的相互作用的产物,它受海平面和大陆面变化的影响。
海平面变化既存在垂直方向上的升、降过程,也存在水平方向上的起伏位移。
造成海平面变化原因很多,Miall(1984)认为有两种主要因素:
(1)构造海平面变化:由于洋脊扩张等构造活动造成海洋盆地变化而产生海平面变化,板块内部的构造沉降速度的变化也属于此类,主要形成长周期海平面变化。
(2)冰川海平面变化:是指由于地球偏心率、黄赤交角变化和岁差的天文周期造成地球日照量的周期性变化,从而引起极地冰盖的增长或者消融,使海水的体积发生变化,最终导致海平面的升降变化,这是高频海平面变化周期的主要控制因素。
Allen等认为,全球海平面变化可能由四个原因引起:
(1)板块构造运动作用引起的岩石圈物质持续分异作用;
(2)由于沉积物的堆积或沉积物的移出所引起的大洋盆地体积容量的变化;(3)由大洋中脊系统的体积变化所引起的大洋盆地体积容量的变化;
(4)藏在极地冰盖和冰川中有效水体的减少引起。
有关海平面变化的理论:
(1)海水体积发生变化
原因:大陆冰川的消长;孤立海盆效应;原生水的交换;海水的密度效应以及孔隙水的潜没等。
(2)海盆容积发生变化:海洋地区的山地隆起、盆地坳陷、断裂活动和火山喷发等引起。
(3)海平面分布发生变化:如大地水准面的变化、气象、水文以及海洋等引起的动力海平面变化,还有天体引力导致的潮汐海平面变化。
盆地分析1、名词解释构造运动面:盆地充填序列的精细研究中可发现一系列以角度不整合和平行不整合形式出现的古间断面,大的间断面缺失的地层可逾千米,此外还有许多更低级别的间断面。
区域性的古间断面标志着构造的反转,即由沉降转化为抬升和剥蚀,或其他形式的构造变形。
古构造运动面的识别是划分盆地演化阶段,确定高级别层序地层单元边界的重要基础。
在油气勘探中这些古间断面对油气的运聚常有重要作用。
体系域:体系域是同一时期内具有成因联系的沉积体系组合。
在层序地层分析中,体系域作为层序构成单元,每个体系域都解释为与全球海平面变化曲线的某一特定段相对应。
如在大陆边缘盆地中,低位体系域的盆底扇代表快速全球海水面下降期的产物;低位体系域的斜坡扇代表全球海水面下降晚期或全球海平面上升早期的产物;海侵体系域代表全球海平面快速上升时期的产物;高位体系域代表全球海平面上升晚期,全球海平面停滞和全球海平面下降早期的产物。
低位体系域:下由层序界面限定,上由第一次海泛面(海侵面)限定。
可由盆底扇、斜坡扇和低位楔组成。
海侵体系域:下由海侵面,上由下超面或最大海泛面所限定的体系域。
海侵体系域内由退积准层序组成,表明向上水体逐渐变深。
高位体系域:下部由下超面限制,上部由上覆的层序界面限制的体系域。
早期的高位体系域通常由加急准层序组组成;晚期的高位体系域由一个或更多的进积准层序组组成。
(p70)地层格架:是指盆地中地层和岩性单元的几何形态及其配置关系,是一种三维概念。
地震探测技术的进步和层序地层学方法的出现,使得在盆地研究中能快速地识别不整合间断面及其相应的整合面,划分对比不同级别的层序地层单元,并建立等时地层格架。
在此基础上可以进一步研究沉积体系域、沉积系和相,重建各个时期盆地的古地理环境和沉积体系分布。
与一般古地理分析不同的是,在含油气盆地分析中,把巨层序、超层序、层序、体系域、沉积体系和相均看做一种地质体—即充填沉积盆地不同级别的建造单元。
1997年6月 LIAON ING GEOLOGY 第2期用图解法表示控制相对海平面变化因素及其对沉积地层分布模式的影响张 国 仁(地矿部辽宁地质矿产勘查开发局区域地质调查队,大连 116100)摘 要 本文从层序地层学中有关术语(如全球海平面变化、地壳沉降、相对海平面变化、可容纳空间、水深、沉积物保留区、剥蚀区及沉积分布模式等)的概念和基本原理入手,通过列举实例,采用定量方法和作出相应的图件来表示控制相对海平面变化的因素、有关参数间相互关系以及对沉积地层分布模式的影响,旨在进一步加深对层序地层学理论和方法的认识及理解,从而提高区域地层研究程度。
关键词 图解法 相对海平面变化 控制因素 全球海平面变化 地壳沉降 地层分布模式0 前 言七十年末,自层序地层学理论和方法初步建立以来,尔后逐渐引入我国。
通过近几年的实际应用,专家们发现,该理论和方法在研究我国元古宙以来的古大陆内部及边缘的层序地层及海平面变化等方面,已取得了显著的成果,从而再一次证实了层序地层学理论和方法在我国这个特殊地质背景下,也是非常有效的(适用的)。
层序地层学是以地震地层学为基础,以现代沉积学等理论为指导而建立起来的。
它的发展和应用,对研究沉积作用、沉积层序形成模式和机制、沉积古地理以及预测和发现石油、天然气、煤田等沉积矿产具有深远意义〔1〕。
随着地质理论发展,地质工作者对层序地层学的研究领域也不断地拓宽,研究理论不断地深入和提高,目前不仅停留在对层序和海平面变化旋回的划分上,更为重要的是从对引起海平面变化的定性描述,发展到今天的定量分析,采用图解法表示〔2~3〕,这样为进一步发展和完善层序地层学理论而奠定了坚实的理论基础。
本文从层序地层学中有关术语的概念和基本原理入手,通过列举实例,采用定量方法作出相应的图解,来表示控制相对海平面变化的因素、有关参数间相互关系以及对沉积地层分布模式的影响,旨在进一步加深明确对层序地层学理论和方法的认识,提高区域地层的研究程度。
盆地形成与沉积对构造演化的响应盆地是地壳演化中的重要构造单元,它是地球表面上的一种凹陷地形,通常由构造作用或沉积作用形成。
沉积是盆地形成的主要因素之一,同时盆地形成也会对构造演化产生重要影响。
盆地形成通常与地壳的构造运动密切相关。
构造运动可以分为水平的构造运动和垂直的构造运动两类。
水平的构造运动包括板块漂移、岩石的横向挤压和剪切等,这些运动会导致地壳的断裂和褶皱。
当地壳发生褶皱或断裂时,就会形成盆地,因为在褶皱或断裂产生的地方,地壳下沉形成了一个凹陷的地形。
垂直的构造运动包括地壳的隆起和沉降,这些运动也会导致盆地形成。
当地壳被垂直挤压或拉伸时,地壳会上升或下沉,形成一个凹陷的地形,也就是盆地。
与盆地形成密切相关的是沉积作用。
盆地形成后,随着时间的推移,各种沉积物开始在盆地中积累。
沉积物可以来自于周围的地壳岩石的风化和侵蚀,也可以来自于地壳内部的火山喷发和沉积物的沉积。
沉积物的类型和厚度与盆地的形成和发展密切相关。
例如,在火山区域,火山喷发产生的火山灰可以在盆地中积累并形成火山岩。
在河流流域,河流通过冲刷和沉积,会在盆地中形成河流相沉积岩。
盆地中的沉积物在沉积过程中,由于物理、化学、生物等因素的作用,会发生变化和转化。
这些变化和转化过程对盆地的演化和后期构造活动有重要的制约和影响。
沉积作用还会对盆地的构造演化产生影响。
一方面,沉积物的沉积会对盆地的构造演化产生填充效应。
当沉积物在盆地中积累形成厚度较大的沉积序列时,这些沉积物的负荷作用会使盆地地壳向下弯曲,从而形成反射性的构造形态。
另一方面,沉积物的变形和沉积序列的压实作用也会对盆地的构造演化产生影响。
盆地形成后,由于构造运动的作用,盆地地壳往往会以一定的速度向下沉降。
当沉积物在沉积过程中受到地壳压实作用时,沉积物就会发生变形和压实,从而影响盆地地壳的沉降速率和方式。
这种变形和压实作用不仅会改变盆地的地形和地貌,还会改变盆地的构造形态和构造演化。
总之,盆地形成与沉积对构造演化有着密切的相互作用。
沉积盆地分析沉积盆地是由各种沉积及构造要素有机地组合在一起的包括格架和各级构成单位的整体系统, 其演化过程中各项参数的变化显示了有序性, 如充填序列和构造序列, 并受控于多重地质因素相互作用的地球动力系统。
沉积盆地分析的理论和方法正由于地质学领域多学科的最新进展而成为一种较为完整的认识系统和方法体系。
一、盆地分析主要内容盆地研究领域的下列重要进展正在推动着较完整的盆地分析科学系统的形成:(1)层序地层学以及与之密切相关的沉积体系分析、旋回和事件地层分析等为盆地充填研究带来了新的概念体系与方法;(2)构造一地层分析使盆地的构造演化与沉积充填的关系更为密切地结合起来;(3)盆地的形成机制与主要类型盆地的动力学模型, 深部地球物理研究则提供了重要支柱;(4)盆地热历史研究的理论与新技术;(5)盆地模拟技术;(6)盆地演化与地球深部背景和板块相互作用的关系;(7)盆地演化过程中油气的形成、运移与聚集以及成矿作用的关系。
沉积盆地的基本思想就是把盆地作为一个基本研究单元,进行整体解剖和综合分析。
这种旨在阐明沉积环境和气候环境,了解各地层单元形成时的沉积条件和它们之间的古地理关系,探讨构造作用对盆地成因、盆地形成期的构造格架和现今构造轮廓所施加的影响。
这种方法正符合系统中具体分析结构怎样决定系统功能的原则。
油气的形成、演化与现今存在的形式,是整个盆地演化过程中各结构要素间相互作用达到动态平衡的产物,故整体性研究对含油气盆地分析具有更重要的现实意义。
通过地质、地球物理等基础观测资料, 可对盆地进行以下五个方面的分析:沉积分析、层序地层分析、构造分析、能量场与流体系统分析、背景分析。
(一)沉积分析通过能源盆地分析的多年实践可将主要参数概括为四类:(1)沉积参数包括盆地充填的岩性特征、充填序列、沉积体系的配置等;(2)构造参数包括盆地构造架、地层厚度和分布、古构造运动面、低级别同生构造的类型和配置、充填期后形变特征等;(3)热过程参数包括同期和准同期岩浆活动,反映热历史的各项指标,如镜质体反射率,粘土矿物的变化和矿物包体测温等;(4)成矿作用参数包括矿体的质量和数量参数,以煤盆地分析为例,主要煤体分带性和煤质分带性。
沉积盆地演化与海平面变化关系分析沉积盆地是地球表面的一种地质构造,长期以来被广泛研究。
沉积盆地演化与海平面变化之间存在着千丝万缕的联系,这种联系不仅仅体现在地质历史的演变上,还对环境变化、生物进化和全球气候产生了重要影响。
本文将从几个方面来分析沉积盆地的演化与海平面变化的关系。
首先,沉积盆地的形成与海平面变化密切相关。
随着地质历史的演化,海平面的变化不可避免地会导致沉积盆地的形成或湿地的建立。
当海平面上升时,海水会淹没低洼地区,形成海湾或海湖,这些地区逐渐演化为沉积盆地。
而当海平面下降时,沉积盆地可能会暴露出来,进而形成陆地。
因此,沉积盆地与海平面的变化紧密相连,通过对沉积盆地的研究,可以了解或推测过去海平面的变化情况。
其次,沉积盆地的演化表现了海平面变化对环境的影响。
沉积盆地的形成和演化涉及沉积物的堆积和剥蚀过程,这直接反映了古代环境的变化。
当海平面上升时,大量的沉积物会被悬浮在水中,沉积到低洼地区,形成了丰富的沉积层。
反之,当海平面下降时,沉积盆地中的沉积物可能会被剥蚀,形成露天或者地下水体。
通过分析沉积盆地的岩性、古植物和古动物化石等,可以推断过去的环境类型以及海平面的变化幅度。
此外,沉积盆地的演化也为生物进化提供了有力的证据。
沉积盆地的沉积物中保存着丰富的生物化石,其中包括植物、动物和微生物等。
这些生物化石不仅可以推断过去的环境类型,还可以研究生物的进化过程。
例如,在沉积盆地中发现了古代树种的化石,可以推断当时的植被类型和气候条件。
同时,通过对不同时期的生物群落进行对比研究,还可以了解生物在环境变化下的适应能力以及物种的演化和灭绝过程。
因此,沉积盆地的研究不仅有助于了解地质历史,还可以推测生物进化的路径和趋势。
最后,沉积盆地演化与海平面变化还对全球气候产生了重要影响。
海平面变化不仅会导致沉积盆地的形成演化,还会带来气候的改变。
例如,当海平面上升时,大量的海洋水体进入陆地,形成了海陆相互作用的特殊环境,这种环境有助于蓄积碳并减缓温室气体的释放,对全球气候有一定的缓冲作用。
海洋沉积作用的影响因素物质来源、物质搬运、沉积速率、沉积类型,沉积分带是影响沉积作用的主要因素。
物质来源海洋沉积物的来源分为以下几类:①陆源,主要是陆地岩石风化剥蚀的产物,如砾石、砂、粉砂和粘土等,是典型的陆源沉积物。
②海洋组分,主要是从海水中由生物作用和化学作用形成的各种沉积物,如海洋生物的遗体,海绿石、磷酸盐、二氧化锰等自生矿物及某些粘土等。
③火山作用形成的火山碎屑,大洋裂谷等处溢出的来自地幔的物质,以及来自宇宙的宇宙尘等。
蚀源区的性质决定了陆源物质的原始特征,从而对沉积物的性质产生深刻影响。
在缺少陆源物质的海域,来源于生物和化学作用的产物占有重要地位。
在某些海域,特别是较深的海域,生物作用的产物和生物遗体可成为主要的物质来源,如南海外陆架、东海冲绳海槽的有孔虫细砂以及大洋中的生物软泥等。
自生矿物也主要见于陆源沉积速率低的海域,如南太平洋中部的沸石沉积等。
物质搬运在不同海域,物质搬运的动力条件不同。
陆源物质入海主要是河流的搬运,其次是浮冰和风力等地质作用的搬运。
由河流搬运入海的陆源碎屑很少达到深海,主要是在近岸河口区和内陆架沉积下来,只有少量细粒物质被带到外陆架及更远处。
在高纬度海域,由于冰川作用和浮冰搬运,形成了大量粗碎屑沉积。
在大陆边缘,特别是陆架海的物质搬运主要受潮流、密度流、风海流和风浪等作用控制。
大陆坡沉积物可因滑坡作用向深海运动;或由于碎屑物质与水混合形成高密度水流即浊流,浊流是将沉积物从陆缘搬运到深海区的主要机制,特别是在冰期低海位时,由河流输送到陆架外缘的沉积物随即以浊流形式进入深海。
切割陆架外缘和陆坡的海底峡谷就是输送沉积物的重要通道。
在高纬度地区,浮冰是搬运沉积物的重要方式。
风对海洋沉积物的搬运也有一定作用,如沿大西洋东岸的撒哈拉大沙漠一带,热带风可搬运大量微尘入海。
某些深海和浅海沉积物中的粘土和火山灰等也与风的搬运作用有关。
搬运海洋沉积物的营力虽然复杂多变,但就整体来说,起主导作用的仍然是海水的动力条件。
一、岩石与岩石圈变形1、区分体力(body force)、面力(surface force)和应力(stress)答:体力:在固体内处处存在,物体内部的任何质点同时受到影响的作用力,与其体积或质量呈正比,又称质量力。
地球引力引起的重力和地球自转引起的惯性力是岩石圈中岩石受到的两种最重要的体力。
面力:作用于物体的外表面,又称接触力。
面力的大小与受力表面积和表面的方向相关。
水平表面上受到的垂直面力随深度呈线性增加。
应力:是在体力或面力作用下引起的,是作用在物体内或表面单位面积上的力。
垂直表面的为正应力(σ),平行表面的为剪应力(τ)。
三者的区别为:体力和面力是按照力的性质来划分的,而应力包括了体力和面力。
2、什么是静岩压力?答:静岩压力描述地下深处岩石纯粹由于上覆岩层重量引起的应力状态,它造成对底面A的垂直压应力为:σ1=ρgh。
3、目前有几种地壳均衡模型?Platt模型与Airy模型差别是什么?答:目前有3种地壳均衡模型,分别为:普拉特-海福德模型、艾里-海伊斯卡宁模型和韦宁·迈内兹模型。
Platt 模型(1854)假设地壳的密度随地形高度的增加而减少,山脉是由地下物质从某一深度向上膨胀形成的,而Airy 模型(1855)认为地壳物质就象浮在水中的木块,高出水面越多,陷入水中越深。
两者有截然的区别,主要有两点:一、就地壳的密度而言4、影响岩石变形的因素有哪些?各自会对岩石变形发生怎样的影响?这些因素在岩石圈变形中会发生作用吗?答:影响岩石变形的因素可分为外因和内因,从弹-塑性体的应力-应变曲线可以看出,当岩石的屈服极限和强度极限改变时岩石的变形机制将会改变。
外界因素通过影响岩石的强度极限或屈服极限而影响岩石的变形,有以下三个方面:温度:温度增大,岩石的屈服极限减小,韧性增大。
围压:围压增大,岩石的强度极限增大,韧性增大。
时间:应变速率降低,岩石的屈服极限降低,韧性增大;在应力小于屈服极限时,岩石也会发生缓慢的永久变形,称为蠕变。
沉积学中的海平面变化研究一、概述沉积学是研究地球表面沉积物特征和沉积过程的学科,它的研究对象包括岩石、泥沙和岩屑等。
而海平面变化则是指大气、海洋和冰川等自然环境因素的变化导致海平面高度的上升或下降。
海平面变化对于环境、生态和人类社会都有着巨大的影响,因此研究海平面变化的机理和规律具有非常重要的意义。
二、海平面变化的机理海平面的变化主要由全球气候变化和地质运动两个方面的影响所导致。
全球气候变化主要是由地球所处的位置、轨道和倾角的变化,以及大气、海洋和冰川的交互作用影响而产生的。
而地质运动则指地球内部的构造变化,如地壳板块的运动和海底火山活动。
这些地质运动对于海平面的变化也有着重要的影响。
三、海平面变化的测定方法为了研究海平面变化的规律和机制,科学家利用了多种方法来测定海平面的变化情况。
其中包括:1.卫星观测法。
科学家通过卫星遥感技术,测定不同时间海平面的高度和变化情况。
这种方法能够准确地测定大范围的海平面变化情况,并且可以获取时间序列的数据,便于研究长期的海平面变化情况。
2.潮汐测量法。
潮汐测量法通过观测潮汐的周期性变化和变化规律,来推算出海平面的高度和变化情况。
这种方法对于小范围的测量比较准确,但无法获取相对长期的海平面变化数据。
3.沉积物分析法。
沉积物分析法通过对沉积物薄片和钻孔样品的地质和地球化学特征进行分析,来推算出不同时期的海平面高度和变化情况。
这种方法能够获取较为长期的数据,但需要进行大量的地质和地球化学实验分析。
四、沉积学中研究海平面变化的方法沉积学是研究地球表面沉积物特征和沉积过程的学科,因此也能够利用沉积物的地质特征来推算海平面的变化情况。
沉积物中的生物残体、岩屑和沉积结构等都可以反映出不同时期的海平面高度和变化规律。
1.微体化石。
微体化石是指化石颗粒大小在0.001毫米到1毫米之间的生物残骸,如藻类、有孔虫和浮游动物等。
这些微体化石会随着海水的变化而不同程度地变化,因此可以用来推算出不同时期的海平面高度和变化情况。
影响沉积盆地相对海平面变化的多重因素和旋回层序响应柳永清 宋立珩(中国科学院地质研究所) (中国地质科学院562队)[内容提要] 沉积盆地内相对海平面变化及沉积层序形成不仅受全球海平面变化旋回控制,而且沉积盆地所处的构造背景和相关因素,如:沉积物供给、盆底沉降和自然地理条件也对沉积层序及其内部组成——体系域具有极大的影响。
对应于海平面变化发育的容纳空间旋回层序,沉积供给也可以形成特征的、可以鉴别的供给旋回层序。
具有过渡性界线的三级或高频旋回层序受相对海平面变化和沉积供给双重因素控制。
不同构造背景沉积盆地边缘发育不同的盆底沉降速率,相对海平面变化响应于盆缘沉降具有明显的构造-海平面分带,岸线在构造-海平面带中的地理位置决定了层序界面和层序堆叠样式,也同样影响着低位体系域的构成。
深水盆地环境古地形特点及沉积物供给制约着深水沉积序列。
构造运动显著地影响着沉积层序发育。
碳酸盐缓坡和平顶镶边陆架的层序格架及体系域发育受其坡度、盆地深度及下降幅度的因素的作用。
台地边缘和大陆边缘盆地浊积岩层序的发育和体系域组成受控于差异的沉积物源(平顶碳酸盐台地、镶边台地和陆源碎屑岩陆架)、古地理及构造活动性。
关键词 沉积盆地 海平面变化 多重控制因素 旋回层序一 序言现今所应用的层序地层学的大多数概念几乎都源于被动大陆边缘盆地沉积层序的反射地震剖面及露头地质研究[1]。
尽管经典的理论强调了在应用层序地层模式时应考虑大地构造等因素的影响,但是究竟不同的大地构造背景下沉积盆地内海平面变化(或相对海平面变化)、地层层序和沉积格架怎样区别于被动大陆边缘盆地的模式,还不很清楚(Posamentier ,1993)[2,3]。
传统的层序地层理论认为,地层层序及其内部组成——体系域是叠加在稳定构造背景上的全球海平面变化旋回层序中,而短暂的盆地基底沉降变化、气候和沉积供给只能做为次要因素,并不能主导沉积层序的类型、组成和格架样式。
近期的研究愈来愈注意到(Posamentier ,1993[2];Po samentier 和Weimer ,1993[3];Vail ,1991[1];Schalager ,1993[4]),沉积盆地内局部地层层序格架、体系域发育明显地受控于盆地所处的构造背景和活动方式、盆地内部的自然地理状况、盆底沉降速率、沉积物供给和全球海平面变化等(Posam entier and Allen,1993[2];Schalag er ,1993[4];Weim er ,1992[5])。
而诸上因素中,只有全球板块运动导致的地壳增生和削减(一级或二级构造旋回)及全球气候变化(冰室—温室效应)所引起的海平面变化旋回引起的沉积盆地容纳空间变化具有全球对比意义,但余者却能对局部盆地中沉积层序、地层格架样式产生重要的影响。
可以这样认为,全球海平面变化和海底的沉降、上升决定了层序(界面)间的时间间隔,而盆地第17卷第1期1997年2月 岩相古地理 V ol.17 N o.1Feb.1997 本文1995年6月22日收稿。
局部的构造沉降活动规律、沉积物供给、自然地理条件却控制着不整合和界限单位内地层格架和体系域发育及分布(H.W.Posamentier 和G.P.Allen,1993)[6,7]。
因此,对层序地层沉积格架发育特征、盆地内相对海平面旋回及多重影响因素的深入研究,不仅可以丰富发展传统模式和理论,同时也将极大地拓宽层序地层的应用范围,使其适用于各类沉积盆地,如:裂谷、前陆、走滑、克拉通内和弧前盆地(H.W.Posam entier and P.Weim er ,1993)[7]。
图1 旋回层序体系域形成的双重因素控制:容纳空间和沉积供给(A fter Scha lag er ,1993)A ′=dA /d T .海平面变化控制的容纳空间变化速率;S ′=d S /dT .沉积物供给速率;S T.体系域;PW.进积楔;M FS.最大海泛面;T S.海侵面Fig .1 Sy st em tract co nt ro lled by tw o v ariables :accommo da tio n and sediment supply (A fter Schalager ,1993)2 影响沉积盆地海平面变化的多重因素和旋回层序响应传统层序地层理论的基本前提是相对海平面旋回性地变化、新的沉积物容纳空间产生,从而导致层序界面和最大海泛面间不时间断的(punctuated )沉积旋回层序。
而容纳空间的产生和变化不受沉积物供给所控制。
实质上,潜在的沉积物充填厚度是容纳空间的函数。
近200余年来,地质学者们已经认识到海平面变化和沉积物供给对海侵、海退旋回具有同等重要的作用(Scha-lager,1993)[4]。
Jerv ey (1988)认为除了全球海平面变化和盆地沉降外,沉积物供给是控制层序、海侵—海退旋回的主要因素[8]。
Sw ift 和Thorne (1991)及T horne 和Sw ift (1991)对大陆边缘沉积作用的研究也同样证实了容纳空间和沉积物供给是主导因素[4]。
Wolfgang Schalag er (1993)认为除全球性海平面和区域大地构造控制的全球性海平面变化外,环境变化应视为第三个控制地层层序的独立要素[4]。
沉积层序和界面可以由沉积物供给的变化而形成,它包括受大地构造影响的或洋壳变化、环境作用形成的海底斜坡垮塌,碳酸盐台地淹没所发生的沉积物输入的变化。
Schalag er 对应海平面变化形成的容纳空间旋回(海平面旋回)层序,提出了主要由沉积物供给形成的供给旋回层序(supply cy cle)。
两类层序的区别和识别标志之一是界面特征。
前者层序界面为海相沉积物的陆上暴露面,陆架坡折的下移(dow nsteppig )。
在时线(timelines )分布(spacing )和岸线(shoreline )迁移(shift)图上显示密集状分布的特点;而后者的层序界面为渐变过渡关系[4]。
Kauffman(1997)[9]、Hardie 和Shinn (1986)[10]、Schalager (1993)[4]认为浅水盆地碳酸盐层序及被动边缘的相带间都常常是渐变过渡关系,并且Ⅲ级及高频旋回层间的过渡界面也被Read 和Goldham mer (1987,1990,1993)[11—13]、Osleg er 和Read(1991)[14]多次描述过,但由于地震反射波分辨精度的限制,传统层序地层学理论并未包含这类界面。
Schlag er(1993)认为此种渐变过渡的界面(线)仅以海平面变化或沉积补给差异是难以解释的,而是受两者综合作用的结果,即地层层序是海平面变化和551997年(1) 影响沉积盆地相对海平面变化的多重因素和旋回层序响应图2 镶边碳酸盐岩台地形态及层序的双重因素控制(Aft er Schala ger ,1993)A ′=dA /d T .容纳空间变化速率;G ′=d G /dT .碳酸盐岩生长(生产)速率;G r (G r ′).镶边生长潜力(变化率);Gp (Gp ′).地台内部生长能力(变化速率)F ig .2 A dual co ntro l on commo n g eomet ries o f rim med car bo nate platfo rm s and their sequences (A fter Schalag er,1993)环境变化的复合记录(图1)[4]。
Aigner(1991)、Campbell(1992)用陆架坡折带沉积作用加积—进积交叉图解(crossplot)在海平面变化旋回层序中识别出沉积供给旋回[15,16,4]。
Helland-Ham sen (1993)利用进积层形态也识别了这两种旋回。
“S ”型进积层为较高的容纳空间/沉积供给率,倾斜状进积层为一种典型的低容纳空间/沉积物供给率(图2)。
沉积盆内容纳空间变化响应于相对海平面的变化,它既是海平面表面的(eu-stasy )运动,也是海底运动(构造沉降、沉积压实、均衡作用和负载弯曲)的函数。
所有盆地,无论其位于何种构造背景中,盆地边缘的相对海平面变化都具有不同的变化速率。
不同盆地或者是同一盆地,这种变化速率取决于盆地不同部位的盆底沉降和上升速率的变化。
沿着盆地边缘,盆底(海底)构造运动存在着快速上升和急速沉降的巨大差异。
H .W .Posamentier和G.P.Allen(1993)总结了沿盆地边缘倾斜方向,盆底总沉降的三种趋势[2]:(1)沉降速率向海增大;(2)沉降速率向陆增大;(3)沉降速率相等。
这三种沉降样式是不同的大地构造背景下沉积盆地边缘的沉降发育特点。
第一种情况出现在克拉通内(intr acratonic)盆地、被动大陆边缘盆地以及沿某些边缘(leading -edge)或活动大陆边缘。
第二种情况发生在邻近造山带边缘的前陆盆地以及半地堑盆地,前陆盆地克拉通一侧的习性更相似于被动边缘,至少沉降趋势的样式很相似。
最后一种情况出现在局部构造作用为主的盆地和地壳超冷却以至很少有差异沉降的盆地。
在全球海平面变化的趋势下,这些不同大地构造背景下的盆地边缘相对海平面变化,或称容纳空间的变化,就响应于盆底的构造沉降样式表现着显著的构造—海平面分带(图3)。
在前陆盆地活动边缘,由于负载弯曲(冲断作用所致),沉降速率向陆明显增大;而被动边缘盆地由于响应于盆内的地壳热冷却作用,显现出向海方向沉降速率增大的特点。
B 带内,在全球海平面下降期间,相同海平面下降速率大于盆底沉降速率,这样,在一个海平面旋回中,时常发生相对海平面下降;而A 带内,沉降速率大于海平面下降速率,因此,尽管沿盆缘倾斜方向沉降速率有变化,但在全球海平面旋回中,一直处于相对海平面上升状态。
于是,在一个海平面旋回过程中,海岸线(sho reline)相对于这种构造—海平面分带所位于向海方56岩相古地理 (1)图3 活动边缘前陆盆地(A )及被动边缘盆地(B)沉降剖面(据H.W.P osamentier 和G.P.A llen,1993)F ig.3 Subsidence pro file of active mar gin o f for eland (A )a nd pa ssiv e mar gin (B)basins (A fter H.W.P osamentier and G.P.A llen,1993)向的远近位置(A 带,B 带),就决定了是形成Ⅰ型还是Ⅱ型界面或层序(图4)。
当岸线向海推进(后退)至B 带时,Ⅰ型界面及层序(SB 1)形成;位于A 带内,形成Ⅱ型界面2及层序(SB 2)。