剥蚀量恢复几种方法

第14卷第5期1999年10月地球科学进展ADVAN CE I N EA R TH SC IEN CESV o l.14　N o.5O ct.,1999综述与评述沉积盆地中恢复地层剥蚀量的新方法Ξ王　毅①,金之钧②(①石油大学,山东　东营　257062);(②石油大学,北京　昌平　102200)摘　要:主要介绍了磷灰石裂变径迹分析法、沉积波动过程分析法和宇宙成因核素分析法等3种恢复和计算地层剥蚀量的新方法。

它们的优点是不但给出一个剥蚀面造成的地层总的剥蚀量,还能详细刻画整个剥蚀过程,从而能计算出每一期构造抬升引起的地层剥蚀量。

关键词:剥蚀量;剥蚀过程;裂变径迹;波动过程;宇宙成因核素中图分类号:P53915 文献标识码:A 文章编号:100128166(1999)05204752051　引　言地层剥蚀是多期沉积盆地中普遍存在的现象,特别是代表每一期盆地主要反转期的构造抬升对原始盆地充填层序的剥蚀尤为强烈,这对沉积盆地中油气的生成、运移和聚集等产生重要的影响,且使原来的盆地充填沉积面目全非,这限制了对盆地构造演化史、盆地充填史、沉积演化史、热史以及油气成藏史的深入研究。

因此,地层剥蚀量的恢复和确定在沉积盆地分析中是一项重要的基础工作〔1〕,许多地质工作者积极探索和寻找一种完善的方法以恢复和确定任何地质条件下的地层剥蚀量。

目前恢复地层剥蚀量的常用方法很多,如:①地层对比法;②沉积速率分析法;③沉积地层层序分析法;④不连续镜质体反射率法;⑤声波时差测井法;⑥地震层速度分析法;⑦构造横剖面沉积地层趋势分析法;⑧岩石密度分析法;⑨粘土矿物成岩分析法;βκ沉积地层体积平衡分析法;βλ最优化方法;βµ天然气平衡浓度法等〔2～12〕。

但是它们均受特定的地质条件限制,其应用有很大的局限性。

例如有些方法只适用于中新生界以上的地层,有的要求地层的被剥蚀厚度大于现今地层的上覆厚度,还有的地层的欠压实、岩性的变化对剥蚀量恢复精度都会产生很大的影响。

文章编号:1001-6112(2008)06-0636-07沉积盆地剥蚀量恢复方法袁玉松1,郑和荣1,涂　伟2(1.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京　100083;2.长江大学地球物理与石油资源学院,湖北荆州　434023)摘要:沉积盆地不整合面上地层剥蚀量恢复方法很多,按学科可分为4大类:基于古温标的地热学方法、基于地层学或沉积学原理的地质学方法、基于测井或地震数据的地球物理学方法和基于物质扩散或累积原理的地球化学方法。

每类方法都有其自身的适用条件和局限性,实际应用中,必须根据盆地的发育、沉积构造演化以及不整合面分布等特征,选择最有效的方法或方法组合。

分析认为:在数据质量可靠的情况下、并且同时满足地层构造层序中的下构造层较上构造层经历了更高的古地温这一基本条件,古温标镜质体反射率和磷灰石裂变径迹古地温梯度法是首选方法;对于中新生代沉积盆地,可以选择孔隙度法和或声波时差法与古地温梯度法相结合进行地层剥蚀量恢复;对于显生宙以来的多旋回叠合盆地,首先应该对盆地的沉积、构造演化历史进行仔细分析,利用地层对比法定性约束剥蚀量的范围,然后再应用地热学方法和或沉积波动分析法进行定量计算。

关键词:镜质体反射率;磷灰石裂变径迹;声波时差;古温标;剥蚀量;沉积盆地中图分类号:TE121.1 文献标识码:AMETH ODS OF ERODED STRATA THICKNESSRESTORATION IN SEDIMENTAR Y BASINSYuan Yusong 1,Zheng Hero ng 1,Tu Wei 2(1.Ex ploration &Production Research I nstitute ,S I N O P EC,B ei j i ng 100083,China;2.College of Geophysics and Oil Resources ,Yangtze Universit y ,J ingz hou ,H ubei 434023,China )Abstract :Multi 2type restoration met hods to estimate t he t hickness of eroded sedimentary rocks can be categorized into four types :geot hermal ,geological ,geop hysical and geochemical met hods based on pa 2leot hermal index ,st ratigrap hical or sedimentary p rinciples ,logging or seismic data and diff ussion or ac 2cumulation t heory ,respectively.Every type has it s own effective conditions or limit s in application to estimate t he eroded t hickness of rocks.In practical application ,it should make sure to select t he mo st effective met hods or t heir combinations according to develop ment ,st ruct ural evolution and unconformity surface of sedimentary basins.It was considered by integrated analysis t hat paleo 2temperat ure vit rinite reflectence (R o )and paleo 2temperat ure gradiends of apatite fission 2t rack (A F T )are primary choices un 2der conditions of st rata reliabilities in combination wit h basic condition t hat lower tectonic layer under 2went higher paleo 2temperat ure t han upper sequence.As for Mesozoic -Cenozoic sedimentary basins ,We can choose porosity met hods and/or acoustic t ravel interval time in combination wit h paleo 2temperat ure gradient s to carry out restoration of eroded t hickness.And for multicycle superimposed basins since Phanerozoic ,we should caref ully analyse sedimentary feat ures and evolution history of basins ,qualita 2tively const raint ranges of eroded t hickness using st ratigrap hic correlatio n met hods t hen quantitatively calculate using geot hermal data and/or sedimentary wave analysis.K ey w ords :vit rinite reflectence ;apatite fission 2t rack ;acoustic t ravel time ;paleo 2temperat ure scale ;de 2nudation t hickness ;sedimentary basins 恢复地层剥蚀厚度的方法很多,如镜质体反射率法[1～5]、磷灰石裂变径迹法[6～8]、地层对比(类推)法[9～12]、孔隙度法[13～15]、声波时差法[16～18]、沉积速率法、沉积波动分析法[19～22]等。

地层剥蚀是多期沉积盆地中普遍存在的现象[1-2],它对沉积盆地中油气的生成、运移和聚集等产生重要的影响。

恢复地层剥蚀厚度是进行地质构造演化史研究的一项很重要的内容,也是进行油气资源定量评价的重要基础工作[2]。

很多地质工作者进行了深入的研究,先后出现了近20种地层剥蚀厚度恢复的方法,比较常用的方法归纳起来有以下5类(图1)。

1 以Wyllie公式为模型计算的方法1.1 测井曲线法基本原理是,正常压实下碎屑岩孔隙度随深度的变化是连续的。

如果我们利用场波测井、密度测井资料或综合解释出的孔隙度曲线观察其变化趋势即可做出有无剥蚀的判断。

目前,人们最常用的是声波时差测井曲线(Magara,1976),一般用于测井曲线质量较高、剥蚀量较大且埋藏较浅时。

在正常压实情况下,页岩压实与上覆的负荷或埋深有关,孔隙度是页岩压实程度的度量,而声波测井资料直接反映了页岩压实程度的大小。

因此,根据正常的压实趋势,应用声波测井资料推算沉积层的压实程度,就可以估算被剥蚀地层的厚度。

它的应用依赖于正确确定地下沉积层的孔隙度-深度和声波传播时间-深度关系。

该方法的缺点是,当剥蚀面再度下沉至大于剥蚀厚度的深度以下时,因压实趋势改变,则无法计算出剥蚀量的大小。

2 地层对比的方法2.1 地层对比法地层对比法是比较传统的恢复剥蚀厚度的方法,即将要恢复剥蚀厚度的地层与邻区未被剥蚀的相同地层进行对比,求出其沉积厚度,除去该地层的残余厚度即可得到地层剥蚀量。

运用地层对比法求剥蚀厚度的原理如图2所示,图中Ⅰ,Ⅱ分别代表地层的深凹处(假设没有剥蚀的地层)和斜坡处(假设有剥蚀的地层)的钻井位,以C组地层为参考地层,即假设C地层在斜坡处没有剥蚀,则深凹处的地层厚度比为:λA=HA/HC其中,HA,HC分别为A地层和C地层在深凹处的厚度。

由地层对比法的原理可以计算斜坡处A地层在斜坡处的剥蚀厚度ΔHA:ΔHA=λA×HC’-HA’其中,HA’、HC’分别为A地层和C地层在斜坡处的厚度。

古地貌恢复方法介绍古地貌恢复是盆地分析的一项重要内容。

一般认为，古地貌是构造变形、沉积充填、差异压实、风化剥蚀等综合作用的结果，特别是构造运动，往往导致盆地面貌的整体变化，是其中最大的影响因素。

前人对古地貌恢复进行了较为深入的研究，无论是思路上还是方法上，都有过大胆的尝试，业已形成了丰富的方法和理论，一般主张从构造恢复和地层厚度恢复两个方面着手。

目前已有很多专业的软件投入使用，这给古地貌恢复带来了很大的便利。

但是由于地质条件尤其是构造条件的复杂性和多变性，古地貌恢复仍有很长的路要走。

§构造恢复2.1.1 构造恢复现状在盆地的演化过程中，正是由于基底沉降才使盆地得以形成和发展。

自Sleep 研究得出大西洋被动大陆边缘的基底沉降随时间的变化符合指数函数规律后，基底沉降分析已成为大陆边缘和板内张性盆地成因研究的重要途径。

实际上，基底沉降由构造沉降和负载沉降两部分构成。

构造沉降由地球动力作用引起，负载沉降则是指当构造沉降发生之后形成的盆地空间被沉积物充填时，沉积物本身的重量又使基底进一步下沉而形成被动增加的沉降。

因此，从基底沉降中剔除负载沉降即为构造沉降。

据现有研究成果，引起沉积盆地沉降的主要机制有均衡(Airy，1855)、挠曲[5]和热沉降[6],[7],[8]三种。

其中均衡模式基于阿基米德(Archimedes)原理，认为岩石田没有任何弹性，各个沉积柱间相互独立运动，故又称为点补偿模式或局部均衡模式。

挠曲模式也基于阿基米德原理，但把基底对负载的响应看成材科力学中受力弯曲的弹性板，认为其均衡补偿不仅发生在负荷点，而且分布在一个比较宽的范围之内，又称为区域均衡模式。

热沉降模式认为热效应导致岩石圈发生沉降，因为岩石圈增温快(如岩浆侵入)，冷却则慢得多，而冷却岩石的密度和浮力比炽热岩石的低。

一般地，由热机制导出的沉降分初期快速沉降(由于岩石圈变薄)和后期快速沉降(由于岩石圈冷却收缩)2个阶段，McKenzie（1978）称早期为初始沉降，晚期为构造沉降。