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1、地地 史史 恢恢 复复 沉积盆地作为一种规模巨大的构造单元， 长期以来一直是人们关注的对象？ 因为它是具有极高经济价值的化石燃料 矿床（煤、石油、天然气）的赋存空间。 自板块构造、地幔对流学说创立 以后，人们逐渐认识到沉积盆地形成 与水平运动的内在联系，最终导致70 年代以后国外大量科学工作者利用定 量方法来探讨沉积盆地的成因和演化。 这些方法常被称为“地球动力学模型” 这类模型包含着一个共同的思想： 沉积盆地的形成是受少数几种全球范围内 岩石圈的热-力学过程控制的，世界各地 沉积盆地的多样性是这些根本机制在 不同地质历史中的表现。 这些模型在各种地球物理调查手 段的配合下，不仅能够更好的描
2、述沉积地层，而且能揭示下伏地 壳的一些重要性（如预测沉降、 热流等特征的演化）， 预测的结果与观察事实比较，促使 改进了对地球动力学过程和对盆地 演化历史的认识。 干酪根热降解成油理论的确立， 使得这类与热结构及演化密切相 关的地球动力学模型被广泛应用 于油气勘探实践。 现在的盆地已经历了几千万年乃至上亿年的变化 油气藏或含油气区现今的地质条件同它在形成 时期所具有的地质条件肯定是有差别的。 问题？ 怎样能够对观察数据作出区分： 哪些是演化与局部地史相关； 哪些是与盆地的动力学机制相关。 要解决上述问题，必须寻求一种方法，使之 能从现在的观测的盆地沉降中排除沉积负载 的影响，得出与理论沉降规律
3、对等的观察 数据中与之比较。 地层层序 中记录了 盆地中曾 出现过的 垂直向上 运动（不 整合、地 层缺失、 年龄、不 连续） 利用地 层资料 对沉降 可以有 一个较 好的估 计 要求必须 有一套地 层数据和 古地理环 境数据 压实作 用、沉 积负载 作用、 构造沉 降作用 古水深古水深 构造沉降构造沉降 负荷沉降负荷沉降 沉积物厚度沉积物厚度 总沉降总沉降 沉降史沉降史 埋藏史埋藏史 地地 史史 恢恢 复复 沉降史沉降史 沉降史恢复沉降史恢复 盆地的大小盆地的大小 几何形态几何形态 构造特征构造特征 基底的沉降基底的沉降盆地的形成盆地的形成 沉积物的充填沉积物的充填进一步沉降进一步沉降 没有
4、基底的沉降，就没有沉积物的充填和沉积盆地的形成， 反过来，沉积物的充填又引发了基底的进一步沉降。 沉降史沉降史 1 1、构造因素，岩石圈伸展减薄；、构造因素，岩石圈伸展减薄； 2 2、热力作用因素，岩石圈冷却收缩；、热力作用因素，岩石圈冷却收缩； 3 3、沉积物负荷引起的均衡补偿作用；、沉积物负荷引起的均衡补偿作用； 4 4、地壳深部的变质作用；、地壳深部的变质作用； 5 5、板内应力作用。、板内应力作用。 沉降史的形成机制沉降史的形成机制 没有完善的定量模型没有完善的定量模型 沉降史沉降史 MckenzieMckenzie纯剪切模型纯剪切模型 均衡原理均衡原理 AiryAiry均衡模式均衡模
5、式 挠曲均衡挠曲均衡(Flexure(Flexure) 岩石圈伸展减薄与岩石圈冷却岩石圈伸展减薄与岩石圈冷却 收缩所造成的沉降作用可用收缩所造成的沉降作用可用 MckenzieMckenzie纯剪切模型纯剪切模型 地壳和岩石圈均衡作 用引起的沉降作用可用 AiryAiry均衡模式均衡模式 挠曲均衡挠曲均衡(Flexure(Flexure) H Wd Z SL H Wd Z SL 0 Z=H+Wd+SLZ=H+Wd-SL 现今海平面 Z=H+Wd-SL 绝对深度计算 古海平面 古海平面 低于现今海平面 SL取负值； 高于现今海平面 SL取正值； 沉降史沉降史 MckenzieMckenzie纯剪
6、切模型纯剪切模型 初始沉降初始沉降( (S S i i ) )： 岩石圈减薄引起的沉降岩石圈减薄引起的沉降 冷却沉降冷却沉降( (S S h h ) )： 岩石圈冷却引起的沉降岩石圈冷却引起的沉降 构造沉降构造沉降 = = 初始沉降初始沉降 + + 冷却沉降冷却沉降 沉降史沉降史 AiryAiry均衡模式均衡模式 I I w w + +C C c c + + M M m m = = HH s s + +C C c c + + ( (M - DM - D L L ) )m m D D L L负荷沉降 负荷沉降 均衡补偿模型是19世纪中叶由AiryAiry提出提出 意义：描述了由负载作用产生的地
7、质形变引起的质量再分布 例如：冰盖、海山、洋脊 mm mm s s w w Wd ZT A S L 海平面 SL A ZT=S+Wd-SL-A ZT w w +A mm+L =Wd w w +S s s +L ZT=S - - SL SL +Wd +Wd mm - - s s mm - - w w mm mm - - w w L 构造沉降 沉降史沉降史 AiryAiry均衡模式均衡模式 D D L L负荷沉降 负荷沉降 D DL L = = HH mm - - w w s s - - w w 构造沉降构造沉降D D T T = = 总沉降总沉降 - - 负荷沉降负荷沉降D D L L 区域均衡
8、补偿模型又叫岩石圈弯曲补偿模型 局部均衡补偿模型讨论构造沉降时没有 考虑岩石圈力学性质的变化， 忽略了岩石圈在沉积负载和水体负载作用 下会发生弯曲的事实 计算的构造沉降植往往偏小 局部均 衡补偿 模型的 不足 这一现象早在1978年就由Steckler等人注意到，并用弹性板的二维 曲针对被动大陆边缘中的这一现象进行了讨论。 沉降史沉降史 挠曲均衡挠曲均衡 ( (FlexureFlexure) 大陆岩石圈在点负载作用下 D(d4w/dx4)=q(x)-P(d2w/dx2) D：为板的挠曲刚度 W(x)：为板在载荷q(x)和水平 力P作用下产生的弯曲度 弹性板弯曲的一般方程 mm c c w w
9、qa W(x) h h mm h hc c h hw w 岩石圈在负荷作用下发生在挠曲变化示意图 h hw w h hc c h h mm W(x) w w gh gh w w + + c c ghgh c c + + mm g g （ h h mm +w +w） 岩石圈没弯曲 部分深度为 （hw+hc+hm+w) 处的单位面积 的重量（压力） w w g(h g(h w w +w)+ +w)+ c c ghgh c c + + mmgh ghm m 岩石圈在弯曲 部分单位面积 的重量（压力） 以上两式相减以上两式相减= =（ m m - - w w ）gwgw 说明弯曲的岩 石圈受到一个 向
10、上的“浮力” q=qa-（ m m - - w w ）gwgw 作用在岩石圈 单位面积的静 载荷为 D(d4w/dx4)= qa-（ m m - - w w ）gwgw -P(d2w/dx2) 将上式代入弹性板弯曲的一般方程，可得 D(d4w/dx4) + P(d2w/dx2) +（ m m - - w w ）gwgw = qa（x） 根据Timoshenko等(1968)和Ungeerr等人假定，处于 均衡状态的盆地不受水平力作用，则上式可写为： 求解上式可得一定地质时期内在qa作用下的岩石 圈弯曲量 w w ，对于盆地基底而言w w=A,则有： D(d4w w/dx4) +（ m m -
11、- w w ）gwgw = qa（x） ZTectonic=TTotal-A D DT T = = ( ( H - H - S SL L ) ) + ( + ( WW d d - - S SL L ) ) 沉降史沉降史 挠曲均衡挠曲均衡 ( (FlexureFlexure) mm - - s s mm - - w w D D T T构造沉降 构造沉降 mm - - w w w w 沉降史沉降史 岩石圈的扬 氏模量 泊松比，小数 岩石圈的弹 性厚度 波长，即二分之 一的盆地长度 为了比较两种均衡计算结果的差异，有人提出了 基底挠曲的响应函数，若沉积物负载服从正弦 函数分布，则有： 注意：当岩石圈
12、厚度很小或盆地宽度很大时，有1，即挠曲均衡接近Airy均衡。 古水深古水深 构造沉降构造沉降 负荷沉降负荷沉降 沉积物厚度沉积物厚度 总沉降总沉降 沉降史沉降史 总沉降总沉降 = = 沉积物厚度沉积物厚度 + + 古水深古水深 = = 构造沉降构造沉降 + + 负荷沉降负荷沉降 埋藏史埋藏史 压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律 地层压力地层压力 埋藏史恢复埋藏史恢复 剥蚀厚度恢复剥蚀厚度恢复 埋埋 藏藏 史史 沉积物在埋藏过程中发生着多种作用，包括压实、排 水、孔隙度变化、矿物质转化、原有矿物的溶蚀等。 埋藏史埋藏史 压实作用与孔隙度变化规律压实作用与孔隙度变化规律 压实脱水过程
13、：压实脱水过程： 1 1、PowersPowers 二阶段二阶段 2 2、 BurstBurst 三阶段三阶段 3 3、Perry （3）剥去顶层，即令下一层的顶面位于地表，计 算其厚度和底面埋深Z1A； （4）对余下各层重复步骤（3），但令各层的定深 分别为其上一层底面的埋深； （5）重复步骤（2）（4），直至基底位于地表。 回剥法简要步骤 开始 结束 按去压实模型对下 覆地层作去压实恢复 计算该时期压实 与压实基底深度 计算顶层的沉积速率 输入各层深度、 古水深、海平面 升降、绝对年龄、 每次回剥层的厚度 用均衡模型计算 顶层沉积时期的 水载基底深度 用不整合处理模 型恢复被剥蚀层 按回剥
14、法揭去顶上一给定 厚度的沉积层，层内要无剥 蚀，否则分成两成算 回 剥 法 概 略 流 程 图 揭去层与下覆 层间不整合吗？ 回剥到底了吗？ Yes Yes No No 埋藏史埋藏史 分分 段段 回回 剥剥 技技 术术 目标层无剥蚀事件回剥过程（恒定骨架厚度法） 第一层（Fa） 开始沉积的时刻 第二层,Fb 第三层（Fc）为目标层，埋藏过程中未遭受剥蚀 第二层（ Fb ） 开始沉积的时刻 第三层（ Fc ） 开始沉积 的时刻 地层最大埋深时刻 地层最 大埋深 B时刻地层Fc的厚度 地层Fc的最 大埋深厚度 正常压实段，可用迭代法 求解任一时刻的厚度 Fa Fb 骨架是变化的， 按技术准备（3）
15、 求解地层厚度 埋藏史埋藏史 分分 段段 回回 剥剥 技技 术术 目标层剥蚀事件发生在最大埋深之前的埋藏史示意图 （变骨架厚度法 I ） Fc地层的残余 厚度（ha） 正常压实段，骨架不变， 可用迭代法求解任一 时刻的厚度 Fb Fa 骨架是变化的， 按技术准备（3） 求解地层厚度 埋藏史埋藏史 分分 段段 回回 剥剥 技技 术术 目标层剥蚀事件发生在最大埋深之后的埋藏史示意图 （变骨架厚度法 II ） 骨架是变化的， 按技术准备（3） 求解地层厚度 正常压实段，骨架不变， 可用迭代法求解任一 时刻的厚度 埋藏史埋藏史 分分 段段 回回 剥剥 技技 术术 回剥柱状图回剥柱状图 埋藏史埋藏史 埋藏史恢复埋藏史恢复 埋藏史埋藏史 上机实习1：单井埋藏史恢复原始数据 文留地区钻井数据表 泥岩类、砂岩类综 合压实曲线方程： 泥岩类： =60.0 e- 0.00024H 砂岩类： =46.2 e- 0.00018H
