古水流研究方法综述

古水流研究方法综述

1微观古向流的迹象1.1古水流沉积相累积结构是评价当前趋势最直接、最明显的标志。古水流在流动过程中会在沉积物中留下众多相关的沉积构造,根据这些沉积构造可以恢复古水流的方向。能够反映古水流方向的沉积构造主要有以下几种。1.1.1古水流方向生长规律层理是沉积物在层内形成的成层构造。层理有多种类型,是由不同的沉积环境和水动力条件形成的,有些层理能够用来测量古水流的方向。板状斜层理。流水成因形成的层内沉积构造,前积细层面的倾向代表水流方向。槽状斜层理。流水成因,槽状前积层的长轴所在面汇聚的方向代表古水流方向。爬升沙纹层理。流水成因,爬升层系界面倾斜方向代表上游方向,沙纹前积层倾向代表下游方向。逆转变形层理。当沉积物未固结、具有一定黏度,且流动速度可以搅动刚沉积的物质时,常形成比休止角陡的逆转拖曳变形斜层理,变形面倾向与古水流方向相同,但其具体方位角比较难确定(见图1)。此外,冲洗交错层理、楔状斜层理、羽状交错层理及潮汐层理等,一般是波浪等双向水流的产物,前积细层面倾向代表水流方向,通常伴有两组方向,与古水流方向相平行,但很难确定真正的古水流方向。1.1.2槽模底冲刷模波痕。波痕是反映古水流方向的最常见、最明显的层面构造。对于不对称波痕,水流方向垂直波脊的走向,波痕陡倾面的倾向方向指示水流方向。对称波痕代表双向水流,水流方向垂直于波脊走向(见图2)。槽模。是一些规则但不连续的舌状凸起,一般在一端凸起稍高,另一端变宽变平,逐渐并入底面中,显示古流向由凸起高出流向变平方向。槽模是一种底冲刷模构造,大小、形状不一,一般在几厘米到十几厘米,最大可超过1m;平面形态呈舌形、锥状、扁长状、螺旋状等,对称或不对称。槽模常成群出现在浊积体系的地层中。锥模和跳模。是介质中的载荷在床砂表面滚动或间歇撞击形成的。锥模的一端比较钝并且陡而宽,另一端低而尖并逐渐地消失,底模较缓的一端到较陡的一端的方向代表古水流的方向。跳模一般表现为两端尖平的短小脊状体,单个跳模不容易确定古水流方向,但成组出现的复合跳模在一定程度上可以反映古水流的方向(见图3)。沟模。平面上的形态为纵长很直的微微凸起的脊和下凹的槽。常成组出现,能够反应出古水流的方向。锯齿痕。是V字形模痕连续排列的直线峰脊,侧面呈锯齿状,形态不对称。一般底模较陡的一端向较缓的一端代表古水流的方向。滚动痕。是载荷在沉积表面滚动产生的连续的痕迹,以很短的间距等距排列,并可能演变为跳模,是比跳模的水动力稍弱的水流形成的一种层面构造。古水流方向从底模较陡的一端指向较缓的一端。此外,水流纵向冲刷、水道充填也可以指示古流向的平行方向。冰川擦痕可以反映冰川搬运的方向。1.2沉积环境与古水流方向的关系砾石由于其自身形态等方面的特点,在一定情况下可以反映古水流的方向。对于迭瓦状排列的砾石,古流向与迭瓦面的方向相反。对于定向排列的长条状或扁平状砾石,在不同的沉积环境下对古流向的指示具有不同的意义。在河流、水道等沉积环境中,砾石的长轴方向代表古水流的方向,而在海岸或湖岸等沉积环境中,砾石的长轴方向与古水流方向垂直。圆形或近圆形的砾石对古流向的指示意义不明显。1.3古水流方向的测量长形的生物化石在流水的作用下也能发生定向排列,例如箭石类的鞘、原始头足类、竹节石、植物枝干等也可以作为测量古水流方向的研究对象。其基本原理与研究方法与砾石的定向排列类似,需要结合其所在的沉积环境进行具体的分析和判断(见图4)。1.4倾角、槽状交错层理、倾角和沉积相在地层埋藏区或是对岩心不能准确定位的情况下,借助地层倾角测井判断古流向是一种比较准确和常用的方法。层理构造在地层倾角测井矢量图上有较明显的显示。水平层理,倾角接近0°,倾向不定;波状层理,倾角角度较小且变化不定倾向也不固定;板状交错层理一般为多组蓝模式,每组蓝模式是同一层系各纹层的倾角矢量;楔状交错层理可能有一系列红、蓝、绿模式,也可能没有某一模式;槽状交错层理,有倾角变化很大而倾向不定的杂乱模式。地层倾角测井可以测得井眼处地层的倾角和方位角,从而判断出地下地层的产状及层理等层内构造的方向,在此基础上判断古流向。地层微电阻率成像测井技术为沉积构造解释和地下相分析提供了一种重要的手段,常见沉积构造在成像测井图像上均有不同程度的显示。因此也可以利用成像测井识别出地下的沉积构造,利用沉积构造的特征判断古流向。1.5.确立不同方向的古流的视流速用磁化率各向异性判断古流向是依据磁化率椭球体的三个主轴方向与磁性颗粒外形相一致,即是沉积物的原生沉积组构控制着其内部磁化率的各向异性,因此通过磁化率各向异性的研究可以恢复与原生组构相关的古流向。野外露头取样应标示出实际的正北方向以便准确恢复古流向。如果样品取自旋转钻岩心,无法确定其地理北方位,需预先标注一个参考方向———视北方向。经磁化率主轴方向换算得出的古流向是个相对于视北方向的视流向,需经剩磁极性定向,才能计算拟合出真流向。与其他方法相比,用磁化率各向异性判断古流向具有以下优点可以单井预测流向的变化趋势,适用于研究程度比较低的区域,对流向可作出定量解释,不受原始地形、构造等因素的影响。2宏观古向流的迹象2.1储岩的透明和非透明矿物与储层储岩沉积学中的重矿物是指存在于陆源碎屑岩中的一些比重大、含量少的透明和非透明矿物,它们主要集中在细砂岩和粉砂岩中。利用重矿物的含量及分布的变化能判断沉积物的搬运方向,反映出古水流的方向。应当注意的是有些重矿物在成岩后生过程中会发生溶蚀。2.2古水流方向的影响通过对碎屑岩岩石成分的分析可以判断母岩性质、搬运距离和搬运时间,以此来判断古水流的方向。对于含砾岩石,砾石的粒度、成分、百分含量的变化是确定母岩性质及物源方向的基本手段,也是最直接的方法,沿着古水流的方向,砾石的粒度和百分含量均减少。对于碎屑砂岩,砂岩的粒度、成分以及成熟度等沿着古水流方向也会有规律的变化。泥岩一般是静水环境下的产物,对古流向的指示意义不明显。2.3古水流方向和运动学距离对于单向水流而言,根据沉积学的基本原理,随着搬运距离的增加,水动力逐渐减弱,沉积物呈现出一定的分选性,搬运距离越远沉积物的粒径越小,因此粒径减小的方向大体反映出古水流的方向。2.4古水流的方向对某地区地层中的砂砾岩含量进行分析,在平面上成图,可以用来判断古流向的大致方向。一般来说,沿着古水流的方向,砂砾岩含量逐渐减小,泥岩含量增多。但对于湖泊沉积,砂岩含量往往呈环带状分布,在深湖-半深湖地区,水动力弱,湖水流动性差,以泥质沉积为主。在滨浅湖地带,湖水的流动主要是垂直于岸线的湖浪,其为双向水流,流动方向近于垂直砂砾岩含量等值线。2.5积相及沉积体系对研究区沉积相和沉积体系的正确划分是研究古流向的一个重要途径。沉积相是指沉积环境及在该环境中形成的沉积岩(物)特征的综合。沉积体系是指沉积相在平面和剖面上的组合。在正常的情况下,沉积相在平面上的分布具有一定的组合规律,沉积相依次发育的方向也与古流向相关。2.6覆岩碎屑岩单层厚度一般情况下,地层厚度变化是沉降幅度的指标,与古水流方向关系不是十分密切,但碎屑岩单层厚度的变化往往与粒度的变化相一致,从而具有指示古流向的意义。在冰碛层、火山灰流和浊流沉积中应用效果较好。沉积盆地砂岩等厚图变化一般可以反映古河流体系的范围和主要扩散方向。2.7反射结构相参数的确定利用地震地层学确定物源和古水流方向主要采用的地震相参数是其外部反射形态和内部反射结构。通过地震地层学中地震相的研究,可以对大型的层理结构、沟道侵蚀和充填、以杂乱反射为特征的滑塌构造进行识别。2.8递积古水流方向同种孢粉含量等值线变化方向与沉积走向一致,其含量递减方向即为古水流方向。这种方法对于缺少沉积构造标志的泥质沉积物更有意义。将孢粉带入湖盆的主要是流水和风,河口处孢粉含量大,无河口的沿岸地区则很小。3古水流方向的宏观标志古水流在沉积地层中留下了大量的古流向标志,可以分为两类:可