盆地沉降史分析剖析

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1、2019/10/18,1,第一节 沉积物的压实过程 第二节 古水深变化 第三节 不整合剥蚀量分析 第四节 盆地沉降过程回剥 第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,盆地沉降史分析,2019/10/18,2,没有沉降，就没有盆地。,盆地的大小 几何形态 构造特征,基底的沉降,盆地的形成,沉积物的充填,进一步沉降,2019/10/18,3,地壳的沉降作用是形成盆地的直接原因，没有沉降就没有盆地。研究盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要内容。 沉降史分析是含油气盆地分析的基础，也是油气评价的重要步骤。,2019/10/18,4,第一节 沉积物的压实作用,压实作用（Compacting）：在上覆沉积物和

2、静水压力或构造变形压力的作用下，使沉积物（岩）减少其孔隙空间和总体积而变致密的作用。,一、压实作用,埋藏压实过程中的变化,物理变化,化学变化,骨架守恒原理：压实作用对地层的影响只是导致地层中孔隙度减小，没有使地层柱的截面积增大。,2019/10/18,5,第一节 沉积物的压实作用,二、岩层孔隙度与埋藏深度关系,2019/10/18,6,第一节 沉积物的压实作用,三、孔隙度估算方法,第i种岩石在深度z的孔隙度,第i种岩石的含量,2019/10/18,7,第一节 沉积物的压实作用,四、去压实作用,去压实作用,反演模型,正演模型,骨架守恒原理,H1是Z1的古厚度；H2是Z2的古厚度； 是Z1深度的孔

3、隙度,恒定的骨架物质总量hs:,得,2019/10/18,8,第一节 沉积物的压实作用,四、去压实作用,2019/10/18,9,第一节 沉积物的压实作用,四、去压实作用,2019/10/18,10,第二节 古水深变化,古水深分析是古环境研究和盆地分析的重要内容，也是古海（湖）平面变化和古地貌恢复的关键。,古水深分析,自生矿物标志 地球化学标志 沉积学标志 生物标志 测井方法,2019/10/18,11,第二节 古水深变化,一、自生矿物,自生矿物是在海底或沉积物中原地形成的。大部分自生沉积物是矿物从海水中缓慢沉积而成的。其中矿物种类多种多样，包括有热水活动和生物生成物质。 常见的自生矿物类型有

4、： 硅酸盐：高岭石、蒙脱石、伊利石、鳞绿泥石、沸石族等； 氧化物：Fe、Mn矿物、蛋白石、石英等； 碳酸盐：磷酸盐、重晶石、石膏、方解石、磷铁矿等； 硫化物：黄铁矿、白铁矿等。,2019/10/18,12,自生矿物与特定环境关系紧密：,1.自生矿物与环境之间的关系,褐铁矿 赤铁矿 海绿石 鳞绿泥石,强氧化,强还原,鲕绿泥石 菱铁矿 白铁矿 黄铁矿,a.,b.,碳酸盐类与环境条件: 在中偏碱条件下生成磷铁矿、白云石、菱锰矿； 在碱性环境下生成方解石； 热带浅海区有利于礁灰岩；,c.,温暖、浅水条件下有利于生成鲕绿泥石； 寒冷、较深水条件下有利于生成海绿石；,第二节 古水深变化,一、自生矿物,20

5、19/10/18,13,1.自生矿物与水深环境之间的关系,a.,b.,Porrenga(1967):在热带气候区，海绿石形成水深125m以上，鲕绿泥石可以生成与60m以上；而在较冷地区，海绿石的上界是30m。,闫葆瑞(1998)发现太平洋多金属结核类型、分布特征与地形具有明显关系。,第二节 古水深变化,一、自生矿物,2019/10/18,14,自生矿物与水深环境之间的关系,3.,许东禹(1986)对洋底锰结核和锰结壳的研究。,2019/10/18,15,地球化学反映水深的标志主要体现在元素组成和同位素含量上。,较深海沉积中富CL、Br、Ag、Cd、Mo、Mn、Ci、Ba等微量元素，这些微量元素

6、含量超过某一数值，可能水深小于250m，Mo510-6，Co4010-6，Cu9010-6，Ba100010-6； 富含文石的浅水沉积物富Mn，含量2010-6，富方解石的较深水碳酸盐中Mn的含量可达百分之几； 在水深0-100m时，低镁方解石为35%-95%，文石为2%-50%，高镁方解石3%-15%。,a.,1.Turrkin（1961）,b.,c.,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,16,2.Gronan和Tooms（1969）,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,17,3.Piper（1977）,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2

7、019/10/18,18,4.许东禹（1993）,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,19,5.闫葆瑞（1998）,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,20,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,21,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,22,6.Ellis和Moore（1973）,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,23,7.Vercoutre（1987）,第二节 古水深变化,二、地球化学指标,2019/10/18,24,沉积学反映水深和沉积物的特点主要表现在沉积物粒度、沉积

8、构造和沉积物类型三个方面。,1.沉积物矿物与深度,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2019/10/18,25,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2.沉积构造与深度,2019/10/18,26,其他构造: 1.雨痕、干裂、盐晶痕、鸟眼等标志水深小于2m； 2.窗孔构造显示在潮间-潮下带； 3.丘状层理为正常浪基面之下形成的构造，水深在50-200m； 4.沙坝随水深增加而增大，随后又减小，如日本沙坝离岸、 2500m，水深20m处，规模最大，离岸10km以上就消失了。 5.生物扰动构造与水深关系密切，通常，临滨下部生物扰动 构造最发育，遗迹化石丰富。,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2

9、.沉积构造与深度,2019/10/18,27,3.沉积岩类型与深度,通常，蒸发岩主要限于几米深的干燥气候的潮坪环境；硅质放射虫软泥见于大洋盆地中，水深多大于1000m。,第二节 古水深变化,三、沉积学标志,2019/10/18,28,生物对水深的反映是盆地分析中最常用的方法，各种类型的生物都有特定的生活环境和水深：生物群落、生物组合和生物的分异度以及生物遗迹均与水深关系密切。,1.生物与组合方面,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,29,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,30,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,31,第二节 古水深

10、变化,四、生物指标,2019/10/18,32,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,33,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,34,2.遗迹化石方面,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,35,第二节 古水深变化,四、生物指标,2019/10/18,36,基于古水体深度与沉积时期的氧化-还原条件具有一定的相关性, 而Th/U比值能够反映出沉积时期的氧化还原条件,因此可利用Th/U比值来恢复沉积时期的古水深。,五、测井方法,1、测井方法的基本依据,第二节 古水深变化,2、Th/U比值与水深的关系 1）.Th/U比值与氧化-还原条件的关系,

11、岩石中铀含量可以反映沉积环境的氧化-还原条件,2019/10/18,37,利用岩石中Th/U比值来反映沉积水体的氧化-还原条件,Th/U比值大都基本稳定,2、Th/U比值与水深的关系 1）.Th/U比值与氧化-还原条件的关系,岩石中铀含量可以反映沉积环境的氧化-还原条件,五、测井方法,第二节 古水深变化,2019/10/18,38,自然伽马能谱测井可根据谱线的能量将232Th、238U和40K这几种放射性元素的贡献区分开,并进一步计算出各种元素在岩石中的含量。,五、测井方法,第二节 古水深变化,2、Th/U比值与水深的关系 1）.Th/U比值与氧化-还原条件的关系,2019/10/18,39,

12、2、Th/U比值与水深的关系 2）.氧化-还原条件与水深的关系,充氧程度,湖泊深度,深,浅,高,低,非线性关系,水深 水动力条件,五、测井方法,第二节 古水深变化,2019/10/18,40,波浪作用带,氧化环境,浪基面,弱氧化-弱还原环境,风暴浪基面,还原环境,湖泊深度,深,浅,五、测井方法,第二节 古水深变化,2、Th/U比值与水深的关系 2）.氧化-还原条件与水深的关系,2019/10/18,41,二、Th/U比值与水深的关系 3.实例分析,五、测井方法,第二节 古水深变化,2019/10/18,42,剥蚀量计算的常用方法,第三节 不整合剥蚀量分析,参考层厚度变化率法,地震地层学法,沉积

13、速度法,波动方程法,地层物质平衡法,声波测井曲线法,优化孔隙度法,镜质体反射率法,最优化法,磷灰石裂变径迹法,宇宙成因核素法,天然气平衡浓度法法,地质学,地球化学,地球物理,2019/10/18,43,一、测井方法,第三节 不整合剥蚀量分析,2019/10/18,44,二、数值模拟法,第三节 不整合剥蚀量分析,2019/10/18,45,三、地震解释法,第三节 不整合剥蚀量分析,2019/10/18,46,四、趋势面分析法,第三节 不整合剥蚀量分析,2019/10/18,47,第四节 盆地沉降过程回剥,回剥技术适用与正常压实带，它所用的关键参数之一是孔隙度-深度曲线。需满足三个条件：,1.各地

14、层应有各自的孔隙度-深度曲线； 2.需要消除各种地质事件对孔隙度的影响，获得反映正常压实状况下的孔隙度-深度曲线； 3.各地层应有多种岩性各自的孔隙度-深度曲线。,盆地沉降过程分析,单井回剥技术,平衡剖面,三维地质模型恢复技术,2019/10/18,48,一、盆地的总沉降,第四节 盆地沉降过程回剥,总沉降量：由各种因素导致盆地发生沉降的总和。,总沉降量=构造沉降量+非构造沉降量,影响因素,构造作用,沉积物压实和均衡作用,沉积物基准面变化,构造沉降,非构造沉降,2019/10/18,49,二、盆地的构造沉降,第四节 盆地沉降过程回剥,1.海平面变化校正,沉积物的厚度不能代表沉积物的沉降深度,沉降

15、深度 = 古水深 + 沉积物未压实的厚度,若海平面发生变化，则要消除海平面变化的影响。,2019/10/18,50,二、盆地的构造沉降,第四节 盆地沉降过程回剥,2.沉积物负载沉降校正,沉积物负载沉降：当沉积盆地空间被沉积物充填后，在沉积物本身重量导致盆地基底的进一步沉降。,2019/10/18,51,三、盆地演化回剥剖面,第四节 盆地沉降过程回剥,1.单井回剥剖面,2019/10/18,52,三、盆地演化回剥剖面,第四节 盆地沉降过程回剥,2.二维回剥剖面,建立平衡剖面应遵守的原则：,1. 剖面线要平行于构造运动方向；,2. 剖面中的变形构造必须是可逆向复原的；,3. 变形前后的物质守恒；,

16、4. 断层位移守恒。,2019/10/18,53,三、盆地演化回剥剖面,第四节 盆地沉降过程回剥,2019/10/18,54,盆地构造发育过程分为两个阶段： 裂陷阶段：由于深部地幔物质上隆，形成异常上地幔，造成裂陷伸展减薄作用引起地壳快速下沉，使得沉降曲线较陡。 坳陷阶段：在裂陷伸展后异常上地幔隆起的热冷却松弛引起地壳缓慢下沉，使得沉降曲线较缓。,一、裂陷型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,沉降曲线整体上呈上凹型、两段式： 早期，曲线陡、直，延伸短，斜率大，沉降速率快； 晚期，曲线平缓、延伸长，斜率较小，沉降速率呈指数递减。,2019/10/18,55,一、裂陷型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,2019/10/18,56,二、前陆型盆地,第五节 不同成因盆地的沉降过程分析,前陆盆地的沉降曲线形态受造山作用的幕次、规模大小、距离远近等控制。 沉降曲线整体上呈上凸型，初始斜率平缓，沉降速率较慢，而后斜率突然增大，沉降速率急剧增加。最终，距离造山带越远，下沉幅度越小，沉降中心和边缘尖灭体