沉积学研究的方法课件.ppt

根据研究的目的和获取资料的精度不同，研究的方法有一定的差异地质学方法地球化学方法地球物理学方法但不论哪种方法，首先要获取相标志,沉积学研究方法,第一节 沉积相的鉴定标志沉积岩的岩性标志岩石的颜色岩石的矿物成分和岩石类型岩石的结构沉积岩层的构造古生物、古生态标志沉积地球化学标志沉积岩层的产状标志地球物理学标志,1.沉积岩的岩性标志岩石的颜色：主要反映沉积环境的古气候和氧化还原性质岩石的矿物成分和岩石类型：如原生的自生矿物可指示沉积环境，碎屑岩的岩屑可直接看出陆源区的母岩性质，重矿物组合和某些轻矿物特征也可指示母岩性质。岩石类型在一定程度上可指示沉积环境，还可反映陆源区或沉积盆地的大地构造状况和古气候条件等岩石的结构：不同沉积环境下形成的岩石结构是有差异的，如岩石的支撑性、杂基及颗粒的含量、颗粒的分选磨圆、粒度分布特征等，均可反映沉积环境的某些特征沉积岩层的构造：主要是原生的层理和层面构造，是不同沉积相最重要的标志,2.古生物、古生态标志古生物的种类和生态不仅可确定海相与非海相，而且还可指示水域的深度、盐度、温度和浊度等。近年来不仅重视遗体化石，而且还用遗迹化石资料来判断沉积环境3.沉积地球化学标志应用岩石或生物介壳中的微量元素（如B、B/Ga、Sr/Ba、Br、Br/Cl）、同位素（O、C、S、H等）及有机地球化学资料来判断沉积环境,4.沉积岩层的产状标志包括地层厚度、岩体形态、接触关系及剖面结构（即剖面层序）、相律、相模式等方面来判断沉积相。其中最重要的是剖面结构它是综合研究岩性、粒度、沉积构造和厚度等在剖面上的变化层序。不同沉积相在剖面上的变化层序是一样的，如向上变细的剖面结构见于河流相、潮坪相、河口湾相、浊积岩相、风暴岩相等。而向上变粗的剖面结构见于三角洲相、湖泊相、无障壁海岸相、海滩亚相等5.地球物理学标志包括地球物理测井（自然电位、自然伽玛、视电阻率等）曲线和地震地层学（地震相）标志应该指出，以上几方面的判别标志，应综合考虑，不能仅据某一点作结论，因某些不同的相可出现一些相似的特征,第二节 沉积相的矿物成分标志矿物成分标志的研究主要是用显微镜和其它方法对岩石或矿物进行显微研究，提供环境分析标志，主要包括以下二个方面：一、陆源碎屑成分二、自生矿物和特殊岩石类型,一、陆源碎屑成分根据碎屑成分和矿物标型特征来研究沉积物来源方向及物源区岩石类型。陆源碎屑成分主要包括石英、长石、岩屑及各种轻重矿物。它们实质上是岩层物理风化和化学分解作用的残余物，同时也是分析物源区岩石类型的直接依据。陆源碎屑成分研究的任务就是通过鉴定分析沉积物中的石英、长石、岩屑及各种轻、重矿物标型组合特征，研究它们的含量变化，以确定物源方向、源区的大致位置、搬运距离及母岩类型等。1.利用矿物的标型特征分析母岩类型2.利用碎屑矿物组合分析母岩类型,1.利用矿物的标型特征分析母岩类型矿物标型特征是指不同成因的同种矿物，由于形成时物理、化学条件的不同，因而在化学组成、晶形和物性上就存在差异，其中具明显特征并可作为成因标志者即为矿物标型特征。如沉积岩中最丰富的矿物石英，可以据其包裹体、消光类型、晶体形态和多晶现象等标志区分母岩类型。阴极发光显微镜的发明和应用，使原来认为是无标型特征的单晶石英颗粒，也可确定其成因类型2.利用碎屑矿物组合分析母岩类型每一类岩石都有其特定的矿物组合，经风化剥蚀、搬运、沉积成岩，故在形成的碎屑中，仍然保留其组合特征,二、自生矿物和特殊岩石类型1.自生矿物海绿石：现代海绿石主要形成于远离大河口的陆棚区，其介质条件为弱咸性（pH=78）和弱氧化弱还原（Eh=0）的正常海水，水温10-15左右，形成深度大于125m，在寒冷地区，水深30m就可形成。大量原生海绿石的形成主要与海水有密切关系鲕绿泥石：据现代沉积学研究，它也属海洋自生矿物，但和海绿石的形成温度和深度不同，鲕绿泥石形成于较温暖的浅海，水温大于20，其分布深度小于60m粘土矿物：粘土矿物可以反映介质的pH值。高岭石形成于酸性介质中，一般为大陆环境；伊利石、蒙脱石形成于中性或碱性介质中，多为海洋环境,2.特殊岩石类型碳酸盐岩：尽管在海洋和湖盆中均可产生出，但两者的特征不同，前者常大量产出，而后者常呈夹层或透镜体产出，生物成因的可依据生物化石区别海相与陆相沉积，碳酸盐岩沉积反映介质为弱碱性，某些特殊的碳酸盐岩的岩性可指示环境或介质条件。如：藻叠层石碳酸盐岩一般形成于潮坪环境，鲕粒灰岩形成于滨海或碳酸盐台地的高能带，具水平纹层的泥晶灰岩形成于静水环境红层：一般是大陆沉积物含铁矿物在潮湿干燥的温暖气候条件下风化后成赤铁矿而显红色，可通过化石与海相红色页岩相区别,蒸发盐：是含盐度较高的溶液或卤水通过蒸发作用产生的化学沉积物，它们的出现一般反映气候干燥和闭塞环境。内陆盐湖或半封闭的滨海泻湖是形成蒸发盐的有利环境磷块岩：磷块岩并非是区别海洋与大陆沉积的特征矿物，在大陆地层中，自生磷酸盐矿物也较常见，但大量的磷质在海洋，大量形成磷酸盐的环境是浅海。大量磷块盐出现可指示海洋环境，特别是50-200m海区更有利于其形成锰结核：锰结核中微量元素的浓度随着环境的改变而发生有规律的变化，因而其比值具有指示环境的意义。如在湖泊和浅海中形成的铁锰结核中Co、Ni、Zn、Pb等元素要比大洋中少的多礁灰岩：是由固着的造礁生物形成的一种突起的抗浪构造，造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海绵等，礁灰岩是浅海环境的良好标志,第三节 沉积环境的生物标志生物化石不仅可以鉴定地层的地质年代，而且是进行沉积环境分析的重要标志。根据对现代沉积环境中生物的观察，生物群的分布及其生态特点严格地受环境控制，在一定的沉积环境内均有与之相适应的特殊的生物组合一、生物对环境的指示意义指示盐度指示深度指示底层性质指示海水浊度,二、生物形成的沉积构造生物成因的沉积构造是指由生物活动或生长在沉积物表面或内部遗留下来的各种痕迹，其中包括生物遗迹、生物生长构造及植物根痕迹等生物遗迹构造生物生长构造生物扰动构造植物根迹,第四节 粒度分析粒度大小是受流水作用营力强度控制的，与沉积物形成的环境关系极为密切，碎屑岩的粒度特征是判断自然地理环境和水动力条件的良好标志之一。因此，粒度分析的资料广泛地运用来研究沉积岩的成因，作为研究沉积环境的方法之一。50年代末期以来，应用粒度分析解释成因环境的方法很多，比较有效的是概率成因图解、CM图、粒度参数离散图以及因子分析、判别分析等方法值得指出的是，利用粒度分析资料分析沉积环境的方法，目前还不够完善，有些问题还存在多解性。因此，必须同其它地质资料，如沉积构造、剖面上的成因层序等相配合，才能得出比较符合实际的结论,第五节 沉积地球化学标志地球化学在古环境分析中的应用，主要包括元素地球化学和稳定同位素地球化学原理的应用。一、元素地球化学在沉积环境分析中的应用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,（一）古盐度的测定,1.硼法（1）沃克法（2）亚当斯法（3）科奇法2.元素比值法（1）B/Ga：（2）Sr/Ba：（3）C/S：（4）Sr/Ca：（5）其它元素比值法：Rb/K值、V/Ni、Mg/Ca、Mg/Ca,3.磷酸盐法4.其它方法,（二）氧化还原条件的标志判断沉积环境的氧化还原条件主要是根据同生矿物组合，如对介质Eh值高低反映灵敏的铁、锰矿物组合。铁在海盆中沉积具有明显的规律性，随着pH值的增大，Eh值的降低，铁矿物呈不同的相依次分布，铁的化合价态也相应变化，因而可用来反映环境的地球化学相。（三）离岸距离标志近些年对现代沉积物元素地球化学的研究发现，元素的聚集和分散与水盆地深度也有一定的关系。这一性质主要是元素在沉积作用中所发生的机械分异作用、化学分异作用和生物、生物化学分异作用的结果。（四）源区分析母岩岩性基本决定了风化产物的元素组成。所以母岩成分还是能在某些特征元素含量的变化上体现出来。,二、稳定同位素在沉积环境分析中的应用（一）古温度测定长期以来，人们一直不断地研究碳酸盐和海水之间的氧同位素的分馏作用，利用海水沉积碳酸盐和海水之间氧同位素的分馏作用解释古温度。同位素用于古水温的测定方法大致可以划分为两类，即定量计算法和图解法。1.计算法2.图解法,（二）古气候分析（三）古盐度测定（四）海平面升降分析（五）环境氧化还原条件的分析（六）硫同位素与沉积环境分析,第六节 地球物理学标志地球物理学标志常用的有沉积相的测井响应和地震响应，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一、沉积相的测井响应二、沉积相地震响应,二、沉积相地震响应,第七节 古地理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，也就是再造沉积区和侵蚀区的景观。古地理分析的内容包括：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。此外，古地理分析还要确定古气候及古构造状况，确定古火山喷发的中心等古地理的分析不仅可以确定当时的自然地理景观，还可查明沉积矿产的生成与分布的规律性；阐明沉积作用与大地构造之间的关系，以进一步了解地壳运动与地质发展史，作出矿产的预测总之，古地理分析是在综合各种地质资料的基础上，通过沉积学、古生态、古构造、地球化学等分析方法，再现当时的自然地理景观,古地理分析包括：定性分析定量分析,一、相分析1、相分析单位的确定2、相序分析3、沉积构形与沉积体的几何形态4、相对比横剖面5、建立相模式6、定量相图的应用,湖底扇的沉积序列（濮83井）,剖面结构或沉积序列,图6高位体系域厚度等值线图及盆地底形,Ordos盆地晚石炭世灰岩分布简图,二、陆源区分析（一）判断古陆或侵蚀区的存在（二）查明古陆地形起伏特征（三）古河流体系的恢复（四）物源区母岩性质的确定,第八节古水流分析一、古水流测量1.古水流测量2.古流向的校正二、古水流测量的构造1.交错层理2.波痕和交错纹层3.底面构造4.碎屑和化石优选方位5.其他指向构造,三、成果表示和矢量平均值的计算四、古水流型式的解释,第九节古气候分析一、古生物标志二、岩性特征标志三、沉积构造的标志四、古地磁法,一、岩相古地理研究的基本原理在进行岩相古地理研究时，必须遵循一些法则，主要有相序递变法则、沉降补偿原理以及地层等时旋回对比法则等（一）相序递变法则（二）沉降补偿原理剖面相分析中应注意下述几个基本原则。定时问题穿时问题（三）地层旋回等时对比法则,第十节沉积相古地理研究与编图方法,二 编图工作的设计和准备1.全面收集资料地层剖面资料，包括150000和1200000区调图幅中的实测剖面资料，以及石油、地质、普查勘探的地层剖面、各类钻孔、石油深井岩心资料（包括电测井、放射性测井和岩屑录井资料等）；用于分析解释地层、构造界面的各种物探资料；大地构造专题研究资料，对于中、小比例尺编图工作尤为重要；有关工作区及相邻地区的岩相古地理和地层古生物专门性研究成果；沉积、层控矿床资料。2.统一地层划分对比方案，确定编图单元,1.全面收集资料2.统一地层划分对比方案，确定编图单元编制中、小比例尺沉积相古地理图，通常是以年代地层为单位，即研究同一时间范围内的沉积环境变迁。这就要求所有的地层剖面是近似等时的。因此在工作之初就要注意地层的等时、穿时和相变等问题，正确选定地层对比的时间界线和分层标志，提出合理的地层划分对比方案，作为测制剖面、填制卡片和计算地层厚度的准则。在工作过程中也要随时注意这一问题。在确定地层划分对比方案时，还应考虑到成图单元的合理性。,三 野外工作野外工作是沉积相古地理研究与编图的基础。主要是通过测制沉积相剖面，系统研究剖面的岩石成分、结构、构造、古生物组合和生态特点、遗迹化石等各种能够判别沉积环境的成因标志，并收集各种古流向数据，进而划分岩石的成因单元，综合分析剖面的层序结构特点，初步确定沉积相类型。与此同时，还应采集必要的样品供室内分析研究，为正确的划分沉积相类型，建立区域沉积相模式和综合编图工作奠定基础。（一）沉积相剖面的测制（二）沉积相野外研究,（一）沉积相剖面的测制1.野外踏勘2.剖面的布署原则、类型和精度要求控制剖面辅助剖面路线剖面3.剖面测制程序和样品采集相剖面的测制程序和方法与地层剖面的测量方法一样，但其观察重点应放在相标志的研究和沉积环境的分析上。一般包括踏勘、实测和定相成图三个步骤,踏勘时还要初步确定剖面的主要沉积相类型、相序列，是否具有韵律性特点，以及相标志的分布等。实测过程中，除按照设计要求逐层丈量，详细观察描述，按需要系统采集标本、样品外，还要注意抓住关键层段，加密观察，甚至在剖面两侧追索，切忌平均使用力量。在有韵律沉积特征的剖面上，要对不同层位上韵律结构特征等详细观察。野外工作结束时，应根据观察结果，归纳分析，确定其沉积相类型（野外定相），并编制沉积相柱状剖面草图在剖面测制过程中，应采集必要的测试分析样品供室内研究用。样品的采集应具有明确的目的性、代表性和广泛的适用性，同时要充分考虑经济效果和技术设备条件的可能性，切忌贪多求全，平均摊派,采集样品的种类，除一般的古生物、光谱分析和化学分析样品外，专门用于沉积相分析的样品主要有两类：第一类是需要逐层分段系统采集的必备样品，例如岩石薄片样、用于碳酸盐岩结构构造研究的岩石薄片（光片）样以及碎屑岩的粒度分析样品。后两种样品可以和岩石薄片样品通用，或单独采集。第二类属特殊的测试分析样品，包括人工重砂样、物性样、古地磁、稳定同位素，以及用于电镜、阴极发光、差热分析、红外光谱等方面样品。这些样品对于碳酸盐岩、碎屑岩和粘土岩矿物成分的研究，古地理的恢复，沉积环境和成岩作用的研究，均有一定的意义。采样时应根据实际需要、测试条件及经济情况慎重采集。同时注意采样方法的科学性。,（二）、沉积相野外研究沉积相类型的确定，主要取决于沉积物的结构、构造、生物组合和生态特征等相标志的综合分析，以及剖面结构特征和相组合的时空关系等特征的研究。而这些标志和特征的识别主要是在野外或岩心的观察和研究中完成的。野外准确定相要求熟练掌握不同沉积相类型的主要特征，不同环境的沉积模式，善于发现和识别各种相标志；要求在野外根据不同的剖面特点，根据所有的标志和剖面结构及相序变化特点，综合分析，然后作出判断。1、沉积相标志观察 2、剖面结构研究3、掌握相变的规律性,1、沉积相标志观察不同岩石类型的剖面，相标志的观察要点不同。对于以陆源碎屑岩为主的剖面，应该注重岩石的粒度特征及其组合关系、砂岩的成熟度、层理层面特征、遗迹化石和砂体形态这几个方面陆源碎屑岩的粒度特征是岩石命名的基础，也是判断环境的重要标志。砂岩的成熟度包括成分成熟度和结构成熟度两个方面，是陆源碎屑岩定相的重要标志各种类型的层理和层面构造是碎屑岩中常见的沉积构造。砂体的几何形态，系指具有相同特征沉积砂体的分布、延伸方向和形态特征。不同沉积环境中沉积的砂体形态不同。例如河控三角洲的砂体呈指状垂直于海岸，浪控三角洲砂体平行于海岸，潮道或河道砂体呈底凸顶平，而远海砂坝常常是底平顶凸。砂体形态的研究不仅对定相有用，而且对油气资源和沉积矿产的普查评价也很有意义,对于碳酸盐岩剖面的观察，重点应放在结构、层理厚度、生物组合的观察上根据沉积物中的相标志对沉积环境作出判断时，无论是碎屑岩还是碳酸盐岩，都应该既有重点研究又有综合分析，不能只根据个别标志作出判断。一个在物理上、化学上和生物上区别于其它地区的独立环境，必然在沉积物的成分、结构构造和其它方面都留下其特有的一系列烙印，而不仅仅是个别标志。另一方面，沉积岩中某些组构特征，并不具有环境专属性，例如潮坪中的透镜状和波状层理，在湖岸环境中也能出现。粒序层理可以在浊流、风暴流、三角洲、决口扇等环境的沉积物中出现,2.剖面结构研究剖面结构是指由特定的岩性、结构、构造、生物等所表现出的有关联的垂向顺序，也称为相序列或岩相组合。在陆源碎屑岩中，向上变粗变厚的序列有进积型冲积扇、三角洲、堡岛和海底扇模式（图8-3）。它们虽然都是向上变厚变粗的，但又具各自的特点。向上变薄变细的序列则有砂质辫状河的河道沉积、曲流河的边滩、潮坪和潮道等沉积相模式。在碳酸盐岩中向上变浅的序列，常常表现为潮下潮间潮上环境的反复出现。但在不同的条件下表现出不同的组合特点，例如灰泥序列、颗粒序列、叠层石序列、生物礁序列以及海岸萨布哈序列。至于浊积岩中的鲍玛序列和风暴岩序列更为大家所熟知。总之，熟练地掌握和运用已知的序列和模式，对沉积相的确定很有帮助3.掌握相变的规律性野外确定相类型时，应按瓦尔特相律，注意沉积性相域或相序在平面上和剖面上相变的规律性,四 室内工作沉积相古地理研究的室内工作包括各种样品的分析鉴定和综合整理，各种基础图件、综合图件以及最终报告的编写。前者的具体内容包括岩石薄片的鉴定及其结果的分析和统计，碎屑岩粒度分析，岩石薄片中生物碎屑、种属和生态特征的鉴定和统计分析，部分沉积成岩矿物的定性定量研究，各项测试数据（包括光谱、化学分析、同位素分析）的综合整理与解释等。在此主要介绍沉积岩薄片鉴定的要点和一些主要图件的编制以及编图中几个问题。,四 室内工作（一）沉积岩薄片鉴定（二）样品的分析测试（三）基础图件的编制（四）综合图件的编制（五）报告编写,（二）、基础图件的编制沉积古地理研究中的编图通常是指基础图件和综合图件的编制。基础图件是描述性的，以反映某个方面或某个因素的客观实际材料为主，是编制综合图件的基础。常见的有实际材料图、沉积相柱状图、地层等厚图、古生物相图或生物分区图、重矿物分布图，以及各种单因素岩性图、等值线图或分区图等。综合图件是根据基础图件以及其它参数经过综合分析后所得的最终成果，是解释性的图件。它所表现的是某一时期的自然地理面貌、构造背景、沉积环境、沉积条件和沉积物的分布规律等，包括沉积相古地理图、构造古地理图、古构造图等,以下简单介绍一些图件的编制方法。沉积相柱状剖面图地层厚度等值线图岩性图单组分图的编制通常可采用以下三种等值线图：厚度法：岩石百分率法：岩石比率法：,（四）综合图件的编制综合柱状剖面图（地层划分和对比的依据）；岩相剖面图（显示划相依据及相的共生组合）；岩相对比剖面图（反映相的纵模向变化）；地层厚度图（反映盆地轮廓、隆起和拗陷、凸起和凹陷，以及物源方向及河流流向等）；粒度分布曲线图（累积曲线、频率曲线、概率曲线、C-M图和粒度参数的平面变化图等）；砂岩厚度图（反映砂体、砂岩富集区，砂岩尖灭界线，以及古水流方向、物源方向和三角洲位置等）；7）砂岩层数图（推断碎屑沉积与水位变化的关系，反映构造性质等）；砂泥比图（判断岸线位置、古水深度和主要物源方向）；泥岩颜色图（反映陆上、过渡与水下三种沉积环境的大致范围，是划分湖盆相带和有利生油相带的主要依据）；重矿物图（反映物源方向和沉积体系）；,岩石类型图（反映物源方向和分布趋势，是划分相带的依据）；有机碳、还原硫、三价铁和二价铁等值线图（反映不同沉积环境的地球化学特征，并指示陆上或水下沉积的标志）；锶钡比值图（反映古盐度变化，间接判断盆地的封闭状况）；化石分布图（是划分相带和鉴别环境的标志）；地层水矿化度图（反映古气候条件）；电测曲线划相图（利用自然电位、电阻率、微电极以及地层倾角测井等电测曲线综合分析，划分岩性和韵律特征，建立沉积模式）；砂体几何形态图（划分砂体成因类型，指明油气聚集有利地区）；岩相古地理图（综合成果图，沉积边界、母岩性质、物源方向、沉积相带、沉积中心、沉降中心、砂体和砂岩富集区及生、储油有利地区等）；勘探远景预测图（是勘探地层圈闭油气藏和古地貌圈闭类型油气藏的根据）；古构造图（表示沉积盆地构造背景、性质、盆地边界、内部构造）。,