沉积学与现代沉积第1部分.ppt
沉积学与现代沉积,研究生选修课程,任课教师：武法东,中国地质大学（北京）地学院第四纪教研室,第一部分 能源盆地沉积学研究现状、思路、方法第二部分 沉积学原理与基础第三部分 主要沉积体系介绍第四部分 沉积学研究方法介绍,课程简介,沉积学及古地理学教程陈建强 周洪瑞 王训练编地质出版社 2004地貌学及第四纪地质学曹伯勋主编 中国地质大学出版社 1995,主要参考书,第一部分：能源盆地沉积学研究现状、思路与方法,第一节：研究现状与内容简述第二节：研究的基本思路和方法第三节：有关术语及概念体系,-沉积学发展过程:50、60年代开始,沉积学进入了重要的发展阶段!1950S 相模式阶段1960S 沉积体系阶段1970S 地震层序地层学阶段1980S 层序地层学的形成阶段1990S 层序地层学的深化、广阔应用及进入“高精度储层 层序地层学阶段”,第一节研究现状与内容简述,一、50年代至70年代的沉积构造和沉积相模式,主要的研究思路 水槽试验 沉积沙床对水流速度和流态的响应；现代沉积环境观察类比 现代沉积过程与沉积物特征，与古代沉积岩类比；野外露头的沉积构造和相序分析 垂直层序上沉积构造、沉积颗粒、岩层厚度、接触关系、古水流变化等。,第二章各部门安全注意事项,1.0房务部1.1前台班组1.1.1认真查验旅客身份证件（外籍客人要查验护照、签证），按规定项目如实登记。1.1.2验证无误后，方可发放房卡（团队、要客可特办）。1.1.3以下情况应重点注意：a.订房时，不讨价的b.证件不符或存在疑问的c.没有携带行李,第二章各部门安全注意事项,d.登记入住时东张西望者；e.登记时故意掩盖面部或有意回避监控器者；f.登记入住前，要求参观房间或形迹可疑者；g.寄存于前台的行李，要检查是否属于危险品，检查有无破损、要点清数量、挂好行李卡，存放行李的房间应严禁闲杂人等进入，同时做好与客人或下一班次的交接。1.1.4关注频繁换零钱者。,二、60-70年代的沉积体系研究 两个发展分支北欧学者Reading-过程沉积学（processes sedimentology北美学者Fisher、Galloway、Miall-沉积体系分析（depositional system analysis）沉积体系-成因相联的沉积相在三维空间上的有机组合 1 空间上的组合和分布特点 2 特定的沉积作用、过程研究 侧向加积-曲流河 前积-三角洲、间湾充填、海岸体系 垂向加积-冲积扇等 三角洲的压实下沉、河流的冲裂作用、决口作用等 沉积体系域-盆地内特定时期的沉积体系的组合,三、70年代末到80年代的地震地层学地震地层学的出现和发展为层序地层学提供了方法、手段和依据!地震相 反射结构 沉积层序、沉积体系域 海岸上超和全球海平面变化四、80年代的成因地层学和相构成 沉积幕、沉积事件 最大海进面,五、90年代至今,层序地层学 高分辨率储层层序地层学“莱依尔以来在地层、沉积领域的最大贡献”（Brown等）露头、测井、高分辨地震资料 陆相盆地 构造活动盆地,当代层序地层学的理论和方法体系凝聚了半个世纪的研究成果，高精度层序地层学与3D地震逐渐成为油气勘探中的权威性工具!,在不同类型盆地，不同工作尺度的条件下都能建立等时地层格架 在统一对比格架中研究沉积体系和相，因此能有效预测储集体和油气成藏组合 其基本的方法是从岩石、地层的物理特征入手，识别各种关键性界面（Key Surface），可操作性强，生产中易于应用 在建立了层序内部构成模式之后，有很强的预测功能 理论上综合考虑了各种动力学因素：构造、海平面变化、物源补给和古气候,Charles LyellPrinciples of Geology1830-1833,源自大陆边缘盆地的层序构成模式,模 式 的 予 测 功 能,世界范围内，十余年来层序地层学在海相深水及浅水领域均取得了重大的效益，其中特别是大西洋两侧大陆边缘深水领域的系列发现开辟了找寻油气的广阔的新领域。,研 究 内 容,一 沉积体系研究 二 层序地层学研究 三 海平面变化研究,1 沉积体系和沉积构成研究,近代沉积学两方面的进展：-Fisher、Brown等学者分别于60年代末、70年代中期提出沉积体系、体系域的概念；并对其理论与分析方法进行完善。-Miall等人的构成单元分析(architecture)。,一 沉积体系研究,重要概念：,成因相相构成单元（genetic facies）：成因相是沉积体系的最基本构成单元。它是由成因上有联系并具有一定空间形态和内部构成型式的三维空间单位。沉积体系（depositional system）：是指“成因上被沉积环境和沉积过程联系起来的相的三维组合；沉积体系域（depositional system tract）：一系列相互过渡、成因上有联系的沉积体系构成体系域；,沉积构成单元与盆地充填演化间的链系,盆地充填是由一系列体系域构成的；构造运动、海平面变化、物源供给三个方面的因素控制了不同演化阶段的体系域面貌。,Fisher、Brown等学者通过对理论和方法的研究，从根本上揭示了各级沉积单元的内在的必然联系。Miall等人的在砂岩体内部识别不同级别的界面和划分构成单元及岩性相的方法对储集砂体非均质性研究有重要意义。这两方面的进展都突出强调沉积体的三维空间研究与组合研究，强调环境过程与几何形态的统一。相对于以垂向层序为基础的研究，它具有更大的难度，但更能反映客观实际。因此在能源勘探中有很大的实用性，并成为当代沉积学最重要的概念之一。,研究意义：,2 沉积过程分析（Sedimentary process analysis）,-以英国等一批欧洲学者为代表，认为模式可以借鉴，但不能过分的强调和依赖!沉积学研究中更强调野外和室内过细的沉积标志研究，并进行详细的过程解释。深入系统的比较沉积学研究（梁瑞仁 1988）和实验室沉积水动力学研究及现代沉积作用考察则是过程分析的分支。,各种测试技术、方法的发展，模拟沉积学、定量沉积学等概念的提出及相应技术的应用，都在使传统的沉积学逐渐摒弃定性和描述性研究，向更深入的研究发展.沉积学的其它分支，如事件沉积学、旋回地层学、储层沉积学、大地构造沉积学等也从不同的角度和方面不断发展，支持和推动着沉积学的不断深入和完善。,1 层序地层分析概念体系的发展,Sloss（1949，1963）提出以不整合为界面的层序（sequence）定义为一个构造旋回的岩石记录。70年代地震地层学的发展重新引用Sloss的概念，但当时并未赋予其严格的地质概念，特别是没有明确的级别概念。80年代将高精度反射地震与露头、钻孔岩心和测井曲线进行对比研究，逐渐使层序地层分析的概念体系有了较确切的含义和明确的地质内涵。,二、层序地层学研究,被广泛应用的原因,层序地层单元的分界是客观存在的不整合面及与之相应的整合面。提出了对盆地充填进行解释的科学系统。提出了海平面变化对不整合面和层序的形成及其内部沉积体系域的控制机制。,2 层序地层学正被应用于广泛的领域中,不整合面的识别是层序地层学之根本，是重要的关键界面（Key surface）。一个层序地层单元底部是新的沉积期的开始，内部则是一个独立的序列。层序界面可以通过地震、钻井岩心和测井曲线及露头研究进行连续追索。,在沉积盆地分析中的应用,层序地层学提出了对盆地充填进行解释的科学系统。其方法是首先在沉积盆地分析中建立等时地层格架，并将相和沉积体系的研究放在整体统一格架中进行。认为各级层序单元以及内部的相和沉积体系都是盆地充填的不同级别的建造块（building block）。这种解析使盆地沉积充填研究真正进入了“三维”，具有实用价值。在含油气盆地中能有效地阐明生、储、盖的配套，预测储集体的类型和分布。,揭示了海平面变化对沉积充填的重要影响,层序地层学提出了海平面变化对不整合面和层序的形成及其内部沉积体系域的控制机制。海平面变化事实上造成了除构造不整合或假整合以外的更多的关键界面，如低位体系域底部的不整合面（LSE），海进侵蚀面（TSE）和最大海泛面（MFS）等。它们都是沉积演化的突变面和转换面。,3 层序地层学的理论、方法体系应用的盆地类型,被动边缘盆地活动边缘盆地伸展型盆地（如北海等裂谷）挠曲盆地（如Alberta、Denver等前陆盆地）陆相盆地内陆表海盆地,4 层序地层分析方法原理的起源与近几年层序地层的进展,层序地层分析的方法原理源于北美边缘海盆地，那里地质构造属于被动大陆边缘条件，沉积体系保存完整，分带清楚，后期构造破坏微弱，海平面变化起重要的控制作用。然而，在其它类型的盆地却有不同的地质背景。因此，近几年层序地层的进展主要体现在对不同类型盆地层序地层模式的重建或改进上。如李思田等、解习农等提出了包括构型、术语在内的与经典层序地层模式完全不同的陆相断陷、坳陷盆地的层序模式。与此同时，高分辨层序地层学、高频层序地层学、露头层序地层学等层序地层学分支也正向更深入、更成熟的方向发展。,三维地震及层序地层-深水勘探的成功经验,高级别界面可能有更优质储层,输导断裂的重要性,目前用于古海平面升降变化研究的主要方法,Vail 提出的海岸沉积物上超法把指示古海岸位置的标志与海平面升降变化相联系根据氧同位素法利用古生物确定古水深法利用沉积标志及成因相确定古水深,三 海平面变化研究,提出的理论与起到的作用,Haq 和 Vail等（1988）、Vail（1977，1990）经过多年努力建立了中生代海平面变化的年表，并大胆地提出由于海平面变化的全球性（eustasy），层序地层学可以成为建立全球性地层对比的手段，并将重新建立全球地层对比系统！Vail 和Haq 曲线汇总了许多区域相对海平面变化的大量资料以及相应的古生物和古地磁资料，它对海平面变化研究起了推动作用。,是否存在全球性的海平面变化？由海平面变化所控制发育、形成的层序能否作为全球性对比的依据？,质疑？！,争辩、反对意见,从冰融驱动机制的角度从第四纪与冰川有关的海平面变化周期（30ka）及中生代温暖无冰期的气候出发，对冰融导致全球性海平面上升的驱动机制提出了反对意见，认为即使在第四纪至少也是构造驱动与冰融驱动并存。,从上超法的角度对建立海平面变化周期的主要方法之一-从反射地震剖面上认识上超（onlap）结构提出了尖锐的质疑。Uderhill（1991）等人在北海的研究表明，伸展构造运动同样可以引起半地堑稳定边缘的海岸上超。W.Driscoll（1992）在纽芬兰滨外的工作也得出了类似的结论。,从计算机模拟的角度以大西洋被动边缘盆地的典型层序为依据完成的计算机模拟表明，如果忽略了构造、沉积补给和压实等因素而单一强调海平面变化，会导致解释上的错误。从构造的角度在没有排除构造因素影响的条件下，海平面变化只能是相对的，而不足以作为全球性对比的依据。,结论,海平面变化事实上造成了除构造不整合或假整合以外的更多的关键界面，如低位体系域底部的不整合面（LSE），海进侵蚀面（TSE）和最大海泛面（MFS）等。它们都是沉积演化的突变面和转换面。因此说海平面变化对层序的发育和形成起了一定的控制作用，是层序驱动机制研究的重要内容。但是，在承认海平面是层序形成驱动机制的同时，不能过分夸大它的作用，必须同时考虑诸如构造、沉积物补给等因素的控制和影响作用。,一 研究思路 二 研究方法,第二节 研究的基本思路和方法,一、研究思路,理论与实际工作的差异 能源盆地多属“单型”盆地构成的复合盆地，其沉积体系和古地理格局在盆地不同的演化阶段具有很大的差异性。所以在应用经典的层序地层分析模式方面存在着一定的局限性！,具体做法：,从单井岩心的成因相精细解析出发，以沉积体系内部构成和过程沉积学分析为基础，应用层序地层分析的基本思想识别关键界面，划分各级层序地层单元，建立等时地层序列和地层格架；在此基础上重建主要目的层段的沉积体系、体系域空间配置和演化，确定海平面变化周期，最终建立盆地的沉积模式和层序地层模式，进行油气有利储集相带的分布预测或富煤带预测。,工作时应汲取层序地层分析的基本思想，在研究思路与工作方法上则按能源盆地的具体特点进行探索。,工作原则：,整个研究过程分为6个阶段进行：,沉积学研究的基本要素分析阶段沉积体系构成分析阶段层序地层分析阶段海平面变化周期分析盆地演化和背景分析有利油气相带预测阶段,沉积学研究的基本要素分析阶段,对钻井岩芯进行详细观察、描述和沉积过程解释。对测井相、地震相、有机地球化学、生物组合及古生态进行分析。对单井测井曲线和连井地震剖面进行详细解释，识别最基本和最特征的成因相。,沉积体系构成分析阶段,进行沉积组合和沉积体系构成分析，确定基本沉积单元的形态、构成及组合关系，并对其进行成因解释。根据地震相和砂分散体系特征鉴别沉积体系类型，分析沉积体系的构成特点。通过详细的沉积学编图，建立沉积断面网络，在三维空间建立沉积体系的展布。,层序地层分析阶段,以主干地震剖面的主要反射界面分析、对比和追踪为基础，结合录井和测井曲线旋回划分、对比生物的丰度和分异度，确定各级层序的宏观特征，划分由界面限定的各级层序地层单元，建立盆地等时地层序列和地层格架，分析主要层序单元体系域、沉积体系的三维空间配置特征。,海平面变化周期分析,根据反射地震剖面的上超规模及幅度，依据古生态、古生境分析，以及特征成因相、沉积构造等反映古水深的标志，确定古水深及其变化周期和幅度；编制海平面变化曲线。,盆地演化和背景分析,在层序地层划分对比基础上，结合盆地边界条件分析，如盆地构造背景、同沉积构造、古地形、古气候、物源供给、地质事件分析等，以盆地级层序（一级层序）为单元进行充填演化阶段分析，恢复盆地的构造演化历史及各演化阶段的沉积充填过程。,有利油气相带预测阶段,通过沉积体系分析和层序地层分析，查明主要目的层段中各层序（三级层序）沉积体系的空间配置及与生、储、盖的组合关系，确定并预测有利储集砂体的空间分布。,二、研究方法（要点）,进行沉积体系和层序地层分析，所采用的技术方法主要突出了以下几个方面：以地球物理方法为主、结合地质分析追索不同级别的层序地层界面沉积过程解释剖面研究对沉积体系进行三维空间研究在录井剖面上进行大比例尺垂向精细解析加强地震地层研究,以地球物理方法为主、结合地质分析追索不同级别的层序地层界面,反射地震剖面所提供的反射界面是确定层序界面最重要的依据，然而只有结合对各种地质信息（如岩性、生物群、地球化学参量、测井曲线、地震相等）的综合研究才能确定这些界面的性质。不可片面强调或偏废任何一方面！,沉积过程解释剖面研究,从沉积过程剖面（单井相柱状）的研究工作开始：详细编录钻井岩芯准确细致地判别沉积构造和其它成因标志特别注意由某一地质事件所形成的特征成因相的识别和解释对重点剖面和主要成因相进行岩石学特征及微相标志研究将沉积过程解释剖面与沉积断面构成分析相结合,对沉积体系进行三维空间研究,尽管精细的垂向序列分析对沉积体系的内部构成和沉积过程分析是必不可少的，但仅靠单井剖面（即一维）的研究仍有相当大的局限性！利用研究区内大量的地震剖面，结合地震剖面的单井资料对各成因单元的相与沉积体系进行追索和圈定，能真实地揭示成因相相的空间关系。,在录井剖面上进行大比例尺垂向精细解析,海上盆地钻井资料十分宝贵，利用十分有限的钻井剖面，尽量在垂向上把工作做细。精细的垂向层序划分可大大提高层序分析的分辨率。例如：在单井中把层序划到小层序 沉积体系分析把级别解释到成因相,加强地震地层研究,-鉴于盆地施工了大量的地震剖面，进行深入细致的地震地层研究十分必要!实践证明的行之有效的方法：即利用地震相特征及地震层速度资料可以编制各层序或目的层段的地震相类型图，地层厚度图及相对砂泥岩比图。,一 术语体系问题二 层序地层不同级别划分,第三节 有关术语及概念体系,一 术语体系问题,-术语体系问题是近代层序地层学形成高潮以来存在的一个广泛的问题。,由于盆地构造地质背景的差异，使得不同盆地形成的层序无论在构型、形式还是在形成机制、相互间关系等诸方面都有显著的差异。例如，在大型内陆盆地，湖泊扩展和萎缩过程控制了层序的形成和发育，因而与经典层序地层相比，这种层序构型具有特殊的形式。因此沿用已有的术语已经不能确切地揭示其深刻的内涵，李思田等提出了扩展体系域、萎缩体系域代替原有的海侵体系域和高位体系域。,由此可见，所采用的术语必须能够正确地反映层序或地质体的深刻内涵！由于研究的尺度、对象及目的不同，在使用的层序地层术语上也往往有差别（下表）。,二 层序地层不同级别划分,结合对含煤盆地和含油气盆地进行研究的实际，提出如下层序地层不同级别划分、术语及其含义，以适应单型盆地和大型叠合盆地沉积体系研究和层序地层分析的需要。,具体划分为以下六个级别,1、盆地构造层序（tectonic sequence）和级层 序界面（TS）2、超层序（supersequence）和级层序界面（SS）3、层序（Sequence）和级层序界面4、小层序组（Parasequence set）5、小层序（parasequence）体系域单元6、成因相（genetic facies）,1、盆地构造层序（tectonic sequence）和级层 序界面（TS）,级层序界面是大区域性的不整合面或假整合面，它以界面下的地层形变为特征。这类界面是不同构造应力场下“单型”盆地划分的标志面，并用以划分构造层序。构造层序相当于盆地的一级层序。不同的构造层序代表了不同的构造体制，且其所指示的古构造作用、海平面变化、物源供给都有大的差异。,2、超层序（supersequence）和级层序界面（SS）,级层序界面通常是区域性的不整合面。这种界面是“单型”盆地沉积构造演化到一定阶段的产物，通常是构造反转或单型盆地从初始阶段、最大扩张到萎缩阶段转变的分界面，用以划分超层序（或二级层序）。隶属于同一构造层序的超层序在构造和沉积上虽有差异，但它们处于同一构造应力场条件。,3、层序（Sequence）和级层序界面,层序界面通常也是不整合面、假整合面或与之对应的整合面。层序的内部基本上是连续沉积的，可进一步区分不同的体系域。三级层序的识别要靠地震剖面与钻井资料相结合，靠反射波组追踪进行对比。,4、小层序组（Parasequence set）,一个层序往往有数十米或数百米厚，持续堆积时间达15 Ma或更久，显然其内部并非均一的，可做进一步划分。Vail等北美学者注意到层序上部、中部和下部的面貌有重大差别，而将一个完整层序划分为低位、海侵和高位体系域。由于地震地层学与露头、钻孔岩心和测井曲线研究相结合而提出了小层序（Parasequence）的概念。,通常地震剖面上不能识别到小层序，但与钻井对比发现由层序划分出的体系域都是小层序组，而每个小层序组都是由一系列有成因联系并具有一定叠加形式的小层序构成。它多以重大水进面（海泛面或湖水扩展面）或与之对应的界面为界。显然在层序内部识别和选择区域性事件界面是能否对层序进一步划分的关键问题。在实际工作中要根据小层序或小层序组的叠置方式及其旋回性对层序作进一步划分，其中区域性水进面（海泛层、湖泛层）是最好的对比标志。,-小层序与成因增量(GIS)发现沉积地层中具有沉积过程的旋回性已有50多年。D.A.Busch（1960,1974）很早就提出了地层的成因增量（GISgenetic increment of stratigrapy）和成因序列（GSS-genetic sequences of stratigraphy）的概念。事实上前者是沉积体系域或沉积体系发育的一个完整的基本单元，其时限是一个小旋回，空间上是三维地质体。,5、小层序（parasequence）体系域单元,Busch不主张将地层成因增量、成因序列与地震地层学的“层序”对比，因为地震手段所识别的地层单元受到地震分辨能力的限制，难于与地质意义上的概念对比。李思田（1992）认为 Busch 的地层成因增量（GIS）是与Parasequence相当的级别。近年来通过对露头、岩心及测井进行对比研究，Wagoner等（1990）趋于把小层序的级别等同于GIS。,小层序的界面是海泛面或水进面，垂向上相当于沉积体系完整演化周期，如自前三角洲泥三角洲前缘三角洲平原。小层序之间具有共生关系，横向上则相互过渡，因而小层序是体系域的基本单元。海陆过渡相地层海泛形成的海相泥岩层常作为小层序划分的顶底界面，因此，在单井中结合测井曲线是很容易划分出小层序的。,6、成因相（genetic facies）,成因相是沉积体系的最基本构成单元。它是由成因上有联系并具有一定空间形态和内部构成型式的三维空间单位。鉴于“相”这一术语应用十分广泛，并有不同理解。Galloway曾建议用成因相（genetic facies）表示构成沉积体系的基本单元，并以障壁岛体系为例做了解析。显然，成因相已经是相对单一的砂体，并代表特定事件的成因产物，如一个分流河道或决口扇。,
