《沉积学研究进展》PPT课件.ppt

第三篇 沉积学和沉积相模式研究进展 1 对沉积作用的物理作用 运动颗粒和流体动力学的研究逐渐深入 借助于水槽实验实验 流体力学的应用 以及现代沉积环境调查等研究 对搬运沉积物流体的不同类型性质搬运方式 沉积机理进行了研究 对岩层中常见的层理 层面构造 泄水构造的成因给予了科学的解释 这些研究成果是沉积环境的水动力学分析的重要理论基础 例 Kuenen 1948 带着高密度浊流实验文章出席在伦敦举行的世界地科联大会 并预言古代沉积岩中有粒级递变的浊流沉积物 Kuenen与意大利古生物学家复理石发现者Migliorini于1950年联合发表 作为递变层起因的浊流 1962年Bouma对复理石沉积进行研究 并概括总结出著名的鲍玛序列 2 对潮汐 风暴流 等深流 浊流 深水牵引流等沉积作用开展了广泛的研究建立了一些沉积的动力学模式 这些沉积的作用类型 特征及其水动力学界面 已作为沉积环境分析和相模式建立的重要依据 尤其对开阔环境中相模式研究的发展起到了革命性的作用 3 一些特殊的岩石类型 沉积构造成因研究逐步深入 结核状灰岩 瘤状灰岩 眼球状灰岩等 统称nodularlimistone 其成因类型解释有沉积 压实成因 压实压溶成因 剪切滑动成因等七种之多 现代海底热水沉积作用的发现和深入研究 提出了热水沉积作用理论 对解释某些金属沉积矿产成因和指导勘探意义重大 对硅质岩的成因有了新的观点和解释 4 化石埋藏学 古生态学 遗迹相研究已成为沉积相分析的重要手段 在碳酸盐沉积相研究方面 不同环境中的化石埋藏学特征及趋势 生物相特征及遗迹化石组合的研究受到广泛的重视 陆相环境深水环境中的遗迹化石组合特征的研究也获得了重要的进展 目前 化石埋藏学特征 生态学特征及遗迹相组合 已作为沉积环境和相分析的重要标志之一 5 重视沉积相多学科 多手段的综合研究 强调宏观与微观研究相结合 盆地内钻井 岩心 测井 地震资料的深入分析与盆地周边露头研究相结合 多学科 多手段的研究方法相结合 进行相分析的综合研究 进一步强调垂向剖面层序 横向序列的研究 注重三度空间的相的共生组合关系 从而使相分析和相模式建立更具客观 合理 6 陆源碎屑沉积相模式的研究朝着逐步完善和定量化方向发展 近十年来 对扇三角洲 湖相浊积岩相模式的研究不断深入 目前 已较为成熟地建交了冲积环境 湖泊 三角洲 滨岸 浅海 深海的陆源碎屑沉积相模式 这些沉积相模式正朝着定量化方向发展 中国的陆相盆地含油气资源丰富 中国的河流 河湖三角洲 湖相沉积模式发展比较快 7 碳酸盐台地相模式研究取得了长足的进展 Wilson 1975 的提出理想化的碳酸盐岩综合相模式 Ahr 1973 提出了碳酸盐缓坡模式 Jinbuge和James 1974 提出了镶边碳酸盐陆棚相的概念及模式 Mullines和Neumann 1979 侯方浩和方少仙 1979 研究孤立碳酸盐地的沉积特征和相模式 Read 1982 1985 把 台地 作为一个广义的术语 并对台地进行了分类 采用缓坡 镶边碳酸盐陆棚 在镶边陆棚和缓坡上的棚内盆地 孤立台地 沉没台地等术语来描述台地 并总结了各类的相模式 Tucker 1985 发表了 浅海碳酸盐沉积相模式 一文 8 深水沉积研究已成为较为活跃的研究领域 通过几十年的研究 对深水沉积作用和相模式已归纳为三大类 十二种流体类型或沉积作用类型和十种相模式 Stow 1985 等 即 1 再沉积作用 事件沉积 包括岩石垮落 沉积物的蠕动 滑移和滑塌 碎屑流 颗粒流 浊流 2 正常流沉积包括内潮流和内波流 峡谷流 等深流等 3 远洋沉积作用 垂向悬浮沉积 十种模式包括滑塌沉积 碎屑流沉积 浊流沉积 粗 中 细粒 相模式和等深流沉积 砂质和粉砂质 泥质 半远洋沉积 红色粘土 软泥相模式等 深水沉积学的成果表明 一 侧向加积作用不仅在浅水环境中占绝对重要的地位 在深水环境中也是沉积物和地层形成的重要方式 二 深水沉积学的新发现也为板块构造说如何解释板内沉积特征 板内垂直运动等提出了新的问题 9 天文地质学的发展与沉积学 地质学是研究地球在漫长的地质历史时期内发生的地质过程的一门基础学科 随着地质科学的发展 它的研究已由初期的对地质现象的记录 辨认和分类进入到研究地质作用的进行方式的阶段 并进而发展到逐步研究其动力和成因的阶段 地质研究的范围也大大扩展 从大陆至大洋 从局部到全球 从表层到深部 发现了许多现象和规律 仅从地球本身的发展和地球内部的动力已难以解释这些现象 于是就把目光扩展到宇宙 将这些现象置于统一的宇宙系统中来考虑 目前较为确定的 与天文周期性运动有关的地质记录有 大地构造旋回与大冰期 与280 300MA的银河系有关 米兰柯维奇旋回 与地球轨道周期有关 潮汐韵律层 与日 地 月运动有关 沃尔特 阿尔瓦雷泽在意大利南部的白垩系 第三系界线粘土岩中发现了铱异常 截止止前 全世界各地业已发现的铱异常界线粘土岩已多达70多处 从而提出了 小行星撞击假说 新灾变论成为了地学界热门的研究方向之一 10 沉积盆地分析的一种重要方法 沉积体系分析法学 沉积体系作为沉积环境和沉积作用等方面具有成因联系的三维岩相集合体 是与地貌或自然地理单位的地层体相当的 一个沉积体系可以以不整合面为界 也可以过渡为无成因关系的相邻沉积体系 沉积体系和沉积体系域概念和方法的提出是Walther 1894 相律的扩大 沉积体系分析法是在认识沉积环境和控制沉积物形成的同沉积期大地构造的基础上 来解释大型沉积体的相互关系的 因此 通过沉积体系盆地分析法 最终可了解整个盆地沉积充填体的成因 并建立沉积模式 恢复古地理 推断沉积盆地的演化史和大地构造背景 从而指导沉积盆地的油气资源评估和区域预测 在沉积盆地研究中 沉积体系的概念和方法 W L Fisher 1967 和地震地层学发展和应用 引出了关于地层成因与海平面变化关系 Vail等 1977 的新概念 从而导致了层序地层学这一崭新的分支学科诞生 11 层序地层学的产生和发展是地质学中的一场革命 层序地层学是一种新的地层学体系 它的研究对象是层序 即在一个等时地质年代框架内 从三维空间上研究有成因联系的沉积组合体 它是一种划分 对比和分析沉积岩的新方法 它强调海平面变化 盆地构造沉降 沉积物供给率和古气候对地层层序的控制和各因素间的相互制约性 几乎所有牵涉到沉积岩的学科都非常重视 它被誉为 地质学中的一场革命 它打开了了解地球历史的新阶段 P R Vail 1991 层序地层学自诞生以来 就受到地质学界的关注和推崇 不仅进行过激烈的讨论 而且也给予了很高的评价 层序地层学研究已在理论上 实践上以及在研究的深度 广度上取得了重要的进展 表现在以下几个方面 1 层序地层学概念 术语体系正在向形成准确 完整 科学和统一的系统发展 使地层学 2 对被动大陆边缘的层序地层特征作了较深入的研究工作 建立了碎屑岩层序地层模式 Posamentier 1985 Vail 1987 1988 和碳酸盐岩的层序地层模式 Sarg 1991 James 1992 同时 对活动边缘盆地和其他类型的盆地的层序地层研究也正在进展之中 1991年 由D I Macdonald主编的 活动边缘的沉积作用 构造运动和全球海平面变化 一书 进一步把层序地层研究扩展到活动大陆边缘 碳酸盐岩层序地层学 新书不少国内外学者 在近海湖盆和内陆盆地中进行层序地层的探索研究 3 对国内外一些地区的经典露头正在进行细致的层序地层分析工作 对碳酸盐层序地层以及混积的层序地层的深入研究 对于高频率旋回的地面及地下分析 以及对海平面变化的认识和准确计算等方面 都有了长足进展 在被动大陆边缘条件下 沉积层序的计算机模拟也取得了很大的进展 如对米西西比三角洲以东地区的计算机模拟结果 与真实断面有相当高的拟合度 4 一些新的研究方法正被引入到层序地层学研究中来 Kauffman 1991 等人提出的包括物理事件 化学事件 生物事件和复合事件的高分辨率事件地层学的概念和方法 为层序地层分析的年代地层学研究提供了新的武器 其他的地层学 古生态学和埋藏学方法也正被引入 近年来 由于旋回地层学及层序地层学研究的需要 沉寂了近半个世纪的米兰柯维奇旋回理论又重新受到了重视 其他的如测井地质学 同位素地质学等得到应用 5 Haq和Vail 1988 经过多年努力建立了中新代的海平面变化年表 并大胆地提出 由于海平面变化的全球性 层序地层学可以成为建立全球性地层对比的手段 对此观点 许多学者有着不同的看法和争论 许多人认为在任何区域所建立的海平面变化周期 受控于构造 气候 全球性海平面变化 沉积物供给等多重复杂因素 因此这些因素在地层中留下的标志 只能说是相对的海平面变化 而寒武纪至中侏罗世的旋回记录则完全取材于大陆资料 这些研究中新生代层序 旋回的划分对比标准能否适用 这些研究者已经注意到从新生代到中生代 海平面升降旋回的周期有逐渐加长的趋势 而前寒武纪沉积物的旋回划分对比相对显生宙而言将会更加小 6 在石油勘探领域 应用层序地层学理论和研究方法 来预测生 储 盖组合 正在广泛的推广 应用之中 并且已经为储集体的预测带来了战略性的变化 并取得重要成就 如低水位体系域界面上的深切谷充填砂体的预测和发现 为一些地区的油气勘探开阔了前景 7 层序地层学的发展促进了一些相应的其他学科的发展 尤其是在沉积相研究方面 James和Walker 1992 的 沉积相模式 第三版 是按照海平面变化控制沉积相及相模式的思路影响下完成的 Burchette 1992 James和Kendal 1992 等 也应用层序地层学的基本观点 对碳酸盐缓坡沉积体系 潮缘碳酸盐 碳酸盐台地 生物礁 丘 的沉积相模式进行修正 研究 8 露头层序地层学研究正在重到重视 创立层序地层学的前期工作者强调 进行层序地层学研究的基础必须依靠地震勘探 测井和钻井资料 但随研究工作的深入 人们愈来愈感到进行露头层序地层学研究的重要性 露头层序地层学正在受到地质工作者的青睐 我国的一些学者在 八五 1992年底 国家科委正式批准了以王鸿桢教授为首的 中国古大陆及边缘层序地层和海平面变化研究 的国家基础性重大课题 露头层序地层学的研究 建立野外露头的层序划分 对比标准 必将引发多学科 多手段的研究 并为盆地腹地的层序地层学研究提供一个层序划分对比标准和指南 今后 层序地层学的研究必将是盆地周边研究与盆内研究的密切结合 12 成岩作用研究的重要性日益显著 碎屑岩成岩作用研究方面 除对石英砂岩的成岩作用模式研究比较深入外 对其他类型的泥质 碎屑质砂岩和火山碎屑岩的成岩作用研究也极为重视 次生孔隙的形成理论不断有新的见解出现 有机质成岩作用 流体 岩石相互作用 流体的对流 运动和物质迁移等理论 正在应用于成岩化学模式的研究中 碳酸岩盐成岩作用研究方面 同生期 早成岩期的成岩作用 成岩环境研究已经取得了很大的进展 中 深埋藏成岩机理的研究和中 深埋藏次生孔隙的发现 是八十年代以来突出进展之一 今后 将继续强调多分析手段的结合 在恢复成岩历史 建立成岩作用模式时 更加强调时空观念下成岩作用各种因素之间的相互联系与制约 岩石 流体相互作用等 13 沉积地球化学的应用 近年来 随着测试分析方法的发展 新的地球化学理论应用 沉积地球化学正广泛应用于沉积环境分析 事件沉积 层序界面确定 地层划分 成岩作用环境分析 成岩作用阶段划分和成岩模式建立等方面研究 通过生物标志化合物的追踪技术研究油气运移模式 正象成岩作用研究中有机成岩作用的应用一样 无机成岩作用的理论也在被应用于有机地球化学的成藏模式中 如封存厢理论等 五 浅海风暴沉积研究 浅海风暴流是由季节性台风或飓风引起的风暴潮所产生的 在风力减弱时 风暴退潮流携带大量呈悬浮状态的沉积物向海方向搬运 形成一个向海流动的密度流 在正常浪基面和风暴浪基面之间 密度流中沉积物发生再沉积作用 因风暴浪仍起作用 故形成了丘状交错层理砂岩或浪成沙纹层理 在层序下部通常是海侵滞留沉积 艾格 1973 把风暴流作用形成的一套沉积物组合称为 风暴岩 tempestite 浅海风暴沉积过程 风暴沉积介壳层 风暴沉积期间的海底侵蚀作用 风暴沉积动力学 六 震积岩研究 碳酸盐层中振动液化地震序列 八 层序地层学与沉积相研究 传统地层学的困惑传统地层学中的地层划分是以各种形式的不连续面为以据的 由于它没有对这些不连续面加以区分 因此 就无法从更深层次考虑地层的成因 传统地层命名归范中 有三种命名原则 生物地层 岩石地层和时间地层单位 生物地层单位常常因为不同生物带的延时而相互矛盾 岩石地层单位也因相带的穿时变化而披此冲突 时间地层单位又因地质年龄难以精确确定而形同虚设 生物地层当作时间地层单位用 大的地层单位可行 岩石地层单位穿时的范围和等时界面常常不清楚 岩石地层单位是野外地质填图的主要单位 层序地层学的涵义及基本术语层序地层学是根据地震 钻井和露头资料以及有关的沉积相研究对地层进行综合解释 并进而建立起以地层不连续为界的成因上有联系的旋回性地层的年代地层框架 层序地层学最早是在地震地层学研究基础上发展起来的 层序 层序地层学基本单位 是一套相对整一的 成因上有联系 以不整合和可以与之对比的整合为地层 I型层序边界 以河流回春 岩相向盆地转移 海岸上超向下转移 以及上露地层的上超体生的陆上暴露和侵蚀作用为特征 可发育低水位盆底扇 II型层序边界 不太强的相对海平面下降 海岸下超向下转移 但是没有陆棚上大面积暴露和河流回春 陆棚边缘楔体系域发育 高水位体系域 HST 全球海平面上升晚期 海平面停滞和下降早期形成的 HST内部的准层序在朝陆方向上超于层序边界之上 在朝盆地方向下超于海进或底水位体系域顶面之上 广泛分布在陆架上 海进体系域 TST 全球海平面上升期形成 是以一个或多个退积式准层序组成为特征 TST底面是海进面 顶面是最大海泛面 低水位体系域 LST 是全球海平面下降晚期或上升早期形成的 该体系的底面是I型层序界面 其顶面是海进面或是海进体系域下超面 可以分为三个单元 盆底扇 陆坡扇和低水位楔 并认为海盆底低水位扇是快速全球海平面下降期形成的 在朝陆方向陆架上则同时是暴露的河流沉积 陆架边缘体系域 SMST 全球海平面下降期形成的 内部准层序组在朝陆方向上超到层序边界之上 在朝盆地方向下超到层序边界之上 陆架边缘体系域的顶面是海进面 共底面是II型层序界面 密集段 Condensesection 产自海进体系域的顶部 密集段由极缓慢沉积的薄层的半深海 深海沉积物组成 海平面相对变化图编制步骤 碳酸盐岩 碎屑岩沉积体系对海平面变化的响应低水位体系域