陆源碎屑沉积盆地的岩相古地理条件分析和制图

1、陆源碎屑沉积盆地的岩相古地理条件分析和制图应用统计分析法或百分比法恢复陆源碎屑沉积盆地的岩相古地理条件, 所包括的方面较多。 在陆 源碎屑沉积为主的含油气盆地, 岩相古地理条件的恢复包括沉积物来源、 水体深度及古地形、 水 动力条件、古气候和水介质物化条件等方面的分析。一、沉积物来源的分析物源分析的主要任务是确定物源方向、 侵蚀区或母岩区位置、 搬运距离及母岩性质, 最终应落实 解决砂层和砂体的分布规律。1、砂砾岩的成分及其分布查明砂砾岩的粒度、成分、厚度及其百分含量变化,是确定物源方向的基本手段。砾岩主要分布在盆地边缘, 接近于物源区。 砾石成分可以直接反映物源区母岩成分。 根据砾石的 排列

2、规律可恢复搬运介质类型和水流方向。物源方向与古水流方向常常是一致的。砂岩的分布虽与砾岩有相似之处,盆地边缘靠近主要物源区砂岩最发育,向盆地内部变薄减少, 但其分布远比砾岩广泛,实际意义更大。砂岩中碎屑组分及其含量变化的研究是有意义的。 其中最多的是石英, 次为长石, 统计和分析长 石和石英的含量变化,对恢复物源方向、判定储集性质,均有一定作用。根据石英的包裹体、消光类型、形态和多晶现象等标志来综合推断其来源,仍是一个重要途径。 酸性火山岩中的长石主要是透长石; 酸性侵入岩中为正长石和微斜长石; 条纹长石说明缓慢冷凝 过程,是侵入岩的特征。阴极发光法对于人们认识碎屑石英的来源及母岩性质又进了一步

3、。它是一种值得使用的新方法, 尤其是对解决粒度细、 以石英颗粒为主的粉 -细砂岩或含粉 -细砂级石英颗粒较少的砂质碳酸盐岩 类的物质来源问题。应用岩屑类型及含量变化,恢复母岩性质及物源方向较有成效。综合应用砂岩中的各种组分, 编制砂岩类型分区图, 也有助于恢复母岩性质及物源方向。 近母岩 区长石和岩屑增加,石英相对减少,为岩屑砂岩和长石砂岩类, 向盆内渐过渡为石英砂岩类, 明 显的变化方向即为物源方向。2、碎屑重矿物组合及其分布利用碎屑重矿物组合及其含量变化, 追索物源及其母岩早已被广泛应用。 尤其对第三纪盆地是最 有效的。 特别是电气石和锆石在各时代砂岩中均有分布, 只要细心研究一定能够提供

4、母岩和物源 方向的资料。还有 ZTR 指数,即锆石、电气石、金红石的总数,可作为重矿物组合成熟度的一 个度量。稳定重矿物抗风化能力强,分布广,远离母岩区含量相对升高; 不稳定重矿物抗风化能力弱, 分 布不广, 远离母岩区含量相对减少。 通过分析稳定和不稳定组分在平面上的分布和变化, 进而恢 复物源方向的母岩性质, 还可以搞清各河流体系的分布范围、 扩散方向。 同一河流体系所控制的 沉积范围,其重矿物含量等值线作连续变化。利用碎屑重矿物中的稳定组分与不稳定组分的含量比值, 即所谓稳定系数或古地理系数, 通过对 该系数变化规律分析, 更有助于查明物源, 明确古地理条件, 比用单一矿物含量变化的效果

5、更好 些。 区域研究成果表明, 稳定系数从盆地边缘至盆内有小变大。 不同气候和古地理条件下的沉积 物, 稳定系数变化较大。 风化不彻底的快速堆积区, 稳定系数较小; 反之, 则比较大。 一般来说, 海相沉积比陆相沉积古地理系数大。 即使同一沉积区, 因不同时期的水进和水退变化造成稳定系 数也有较大差异。3、物源的综合分析根据资料完善程度,将物源类型分为以下三种类型:1主要物源:几种资料符合程度好,影响范围大,持续时间久;2次要物源:几种资料基本符合,少数不甚一致,影响范围小,持续时间短;3推测物源:几种资料符合差或资料不足,或根据不足。4、编制物源综合图物源综合图是物源分析的总结性图件。重点是

6、选择样品多、 分布广、能说明问题、有代表性的几 种资料叠加后编制的。二、古水动力条件的分析古水动力条件指沉积时期的波浪和水体的运动状况, 此项研究是重建古地理的重要内容和有效手 段之一。1、根据定向构造不同类型的交错层理可以用来测量古水流方向。 只有一个优选方向系单向水流所致, 有两个优选 方向系有周期性变化所致。波浪的变化较为复杂。 震荡波痕的走向大致与岸线一致; 不对称波痕与水流方向垂直, 其倾斜方 向与水流一致。一般认为浊流成因的底面印模构造(沟模、 槽模等在区域上是稳定的。 槽模不仅可以可靠地指 示古水流方向, 而且说明它是浊流冲刷侵蚀作用形成的。 沟槽与槽模伴生时, 能更加可靠地指示

7、 古水流方向。它们指示的水流方向常与构造线一致。此外,利用砾石优选方位分析古水流已取得较好效果。在砂岩中用定向薄片测定长形砂粒的定向性, 亦可用来推断水流方向。 这主要是根据测定长形砂 粒的定向分布而确定的。考虑到砂粒小,方位稳定性差,一般应测 300-400个颗粒以上。泥岩中的长形碳化植物茎或叶的碎屑,沿层面密集定向分布,这也是定向古水流所致。2、根据结构及成分变化利用碎屑的粒度、圆度、球度和成分变化恢复古水动力条件,通常与物源分析是同时进行的。 利 用这方面资料恢复古水力系统的一般规律是:碎屑颗粒粒度随搬运距离加大而变小, 圆度随搬运 距离增大而增大。碎屑组分(尤其是重矿物组分 的分散晕不

8、仅有溯源价值, 而且也是恢复古水 流方向的标志。3、根据孢粉资料孢粉含量变化可作为搬运距离的标志。 同种孢粉等值线与沉积走向一致, 其含量递减方向即为古 斜坡方向。 这种方法对于缺乏水流标志的泥质沉积物通常更有意义。 孢粉带入水盆的主要营力是 流水和风,河口处孢粉浓度大,无河口的沿岸地区则很低。4、根据厚度变化一般情况下, 地层厚度变化是沉降幅度的指标, 与古水流方向关系不甚密切, 但是碎屑岩单层厚 度的变化往往与粒度的变化相一致,而有指示古水流意义。我国一些中 -新生代沉积盆地砂层等 厚线变化一般都能反映古河流体系的范围和主要扩散方向。5、编制水流体系图编制古水流图主要应用重矿物组分、轻矿物

9、组分、标志特征、粒度参数等,结合微量元素、有机 碳、还原硫、三价铁等资料。总之,虽然古水流的局部变化是复杂的, ,但从总体来看又是有规律可循的。由于构造运动的继 承性,古斜坡或古水系也有一定的稳定性和继承性。三、水体深度及古地形的分析判断古水盆相对深度的手段有如下几种:1、根据沉积物的分布规律湖盆,正常沉积情况下,粗碎屑为浅水沉积,由浅水至深水,砂砾沉积减少,粘土质沉积递增, 较深和深水区主要是粘土质沉积。某些自生矿物(如海绿石、结核状磷矿、鲕状赤铁矿、铝土矿 等都主要是较浅水的沉积矿物。2、根据岩石的构造特征沉积构造是反映水体深度及机械性质的良好标志。 概括起来, 盆地的深水、 较深水区主要

10、形成微 细水平层理,连续韵律发育;深湖浊积岩具有复理石构造,槽模、沟模是它的沉积标志;浅水地 区层理类型多样,间断韵律发育,波痕、搅混构造以及侵蚀冲刷现象均较发育;干裂、雨痕、细 流痕等层面构造主要是滨海(湖相的标志。3、根据古生物标志缺少遗体化石的砂泥岩为主的地层,应用遗迹化石,如潜穴、足迹、爬痕,以及其他生物扰动构 造,对确定古湖盆地的相对深度效果是良好的。4、根据地层的厚度变化根据沉降补偿原理, 以地层厚度 (如为残厚要进行恢复 变化反映湖底沉降幅度和古地形的基本 轮廓, 以黑色泥岩百分含量变化反映水体的相对深度, 也间接定性地表示古地形起伏状况, 其结 果是划分沉积相的基本依据。当然这

11、种分析方法主要适用于沉降与补偿较为适应的沉积盆地。 5、根据地层的接触关系古地形低凹处,多为深水区,一般为连续沉积,地层间为整合接触。古地形隆起部位带水浅,常 处于波基面之上, 易遭受水下冲刷, 地层间出现冲刷面或沉积相不连续, 地震剖面中出现局部不 整合接触,也往往反映盆地内地形起伏,或有古隆起存在。6、古地形与相特征归纳我国中 -新生代盆地的古地形与沉积相特征,具有如下几种关系:1湖盆结构对称、古地形较平坦者,岩性由滨湖至深水区由粗变细规律明显,相带呈环状,且 较对称,沉积中心与沉降中心较一致,多位于湖盆中央。2湖盆结构不甚对称、古地形不对称,亦不甚平坦者,岩性粗细和相带变化突然,水体深浅

12、变 化明显, 如一些单断箕状凹陷, 陡岸一侧洪积相砾岩可直接与深湖相泥岩相接, 平缓一侧相带宽 且平缓。3 盆地内部的古隆起及以盆地边缘向内延伸的古鼻状隆起附近, 由于水下冲刷及机械分异作用, 在深水及较深水相带中可出现岩性较粗的浅水相沉积。总之,湖盆结构复杂,古地形变化大,湖底切割较深,岩性和岩相类型多样,相带间界限明显; 反之,湖盆结构简单,古地形较平缓,沉积物及相类型简单,相带之间也是过渡的。在油气勘探 中, 掌握上述分布和变化规律, 进而认识不同成因类型砂体的分布, 对预测含油有利相带至关重 要。四、古气候条件的分析目前恢复沉积区古气候条件大致有下述一些途径:1、根据岩性特征特殊岩石类

13、型,如冰碛岩、冰川纹泥是寒冷气候标志,蒸发岩是干旱气候产物, 煤系地层是温暖 潮湿气候标志等。盆地气候分析适宜采用综合标志划分气候类型。 以暗色碎屑岩为主, 煤层及碳质泥、 页岩广泛发 育,粘土矿物以高岭石为主,大量出现菱铁矿、铝土矿及沉积锰矿等, 综合起来是潮湿气候的可 靠标志; 沉积岩系中既不含石膏、 石盐, 又不含煤层、 菱铁矿, 粘土矿物以水云母、 蒙皂石为主, 红色岩层较为广泛,综合起来是半干燥气候类型标志;剖面中有煤层、 煤线, 粘土矿物多为高岭 石,红色岩层缺乏或较少,综合起来是半潮湿气候的标志; 边缘相带为红色沉积,向盆地内过渡 为蒸发岩为主的沉积类型,为干燥气候标志。盐类假晶

14、、干裂、雨痕等一般是干燥气候标志,风棱石、沙漠漆、霜面等是沙漠干燥气候标志。 2、根据古生物及古生态陆生植物群的分带性和分区性更为显著,如古生代的节蕨植物、石松植物,中生代的真蕨植物、 苏铁植物; 新生代的棕榈和樟树都是热带气候的指示性植物。 应用孢子花粉再造古地理和恢复古气候是卓有成效的。 剖面中旱生植物和喜湿水生植物各类孢粉百分含量的变化, 可较好地反映古 气候演变规律。平面上由盆地边缘至内部, 喜干植物的孢粉减少, 水生喜湿的孢粉增加,围绕盆 地呈环状分布。研究第四纪气候变化采用草原指数(Steppe-index 这一概念:SI=草本植物孢粉 /(草本植物孢粉 +木本植物孢粉 。草本主要

15、是寒带草原植物,冰期沉积时其含量可达 90%-100%左右,间冰期沉 积时则很少,而以温带木本植物(如橡树、松树孢粉为主。用统计资料编制曲线可准确反映第 四纪古气候变化,并可恢复冰期和间冰期的次数,此法在研究欧洲第四纪冰川时已被广泛应用。 3、根据碳、氧稳定同位素利用海水中氧的含量变化,判断各时期古水盆的绝对温度, 是一种行之有效的方法。 利用碳、 氧 同位素综合判断水体盐度的公式是:当 Z>120时,为海相石灰岩;当 Z<120时,为淡水石灰岩,如黄骅坳陷沙一段碳酸盐岩 Z 值最 高为 125.7,反映了海相特征。4、根据黄土及湖泊沉积根据对第四纪冰川的研究, 用古地磁确定时间,

16、 用孢粉恢复气候变化, 尤以用湖泊纹层状淤泥沉 积物所获效果最好。 黄土剖面中许多风化层为间冰期产物, 黄土层为冰期产物。 由于用古地磁定 时地准确性,解决气象周期是有效的。五、水介质物化条件的分析水盆中介质的物化条件包括氧化还原电位(Eh 值 、氢离子浓度(pH 值和含盐度等。这些指 标不同程度地影响有机质的保存和油气生成, 也直接控制水体溶解物质的化学沉积分异作用及沉 积矿产的形成。1、确定还原程度的标志常用的标志是含铁自生矿物,由氧化环境至还原环境依次为:褐铁矿 -赤铁矿 -海绿石 -磷绿泥石 -鲕绿泥石 -菱铁矿 -白铁矿和黄铁矿。含铁矿物分散在岩石中主要显现在颜色上,尤以粘土岩的颜

17、色判断还原程度更为直接。判定含油岩系还原程度常用的指标:还原硫 (S2- 、 三种铁离子 (FeHCL3+, FeHCL2+, FeFeS22+ , 以及 Fe2+/Fe3+比值和铁的还原系数(K= FeHCL2+×0.236+ FeFeS22+/FeO 。在湖泊沉积中,水体由浅变深,依次为氧化相 -弱还原相 -还原相。2、确定酸碱度的标志酸碱度的划分主要根据水介质中的氢离子浓度:pH<7为酸性介质, pH=7为中性介质, pH>7为 碱性介质。直接标志是根据常见的指示矿物,如碳酸盐矿物、含铁矿物和粘土矿物等。一般认为粘土矿物与同生期水流介质环境关系密切:由湖盆边缘至盆地

18、内部,依次为高岭石 -拜 来石 -蒙皂石。生油层粘土矿物为蒙皂石类,其次为水云母和拜来石类,高岭石类极少或不存在。 由陆相至海相 (pH 值由低变高 , 依次出现高岭石 -单热水云母 -拜来石 -蒙皂石。 粘土矿物是良好 的 pH 值指示矿物。物源区的气候条件对粘土矿物形成也是影响因素。粘土矿物在古代沉积中, 不仅受物源区气候、 介质物化条件的影响, 也受到成岩后生变化的改造, 故粘土矿物指相性因时因地而异,不能一概而论。3、古盐度的确定利用碳酸盐、 硫酸盐、 卤化物, 以及粘土矿物是恢复古湖泊含盐度的主要手段, 其次是微体化石, 碳、氧同位素等。六、岩相古地理条件的基本控制因素沉积盆地的岩相

19、古地理条件千变万化, 它的基本控制因素有两个方面, 即地壳的活动和全球性的 古气候周期性变化。 这些因素决定或影响各种沉积条件的演变和变化。 如沉积盆地中侵蚀区和沉积区的分布、沉降与补偿的相互关系,水体深度变化,古地形变化,古气候变化以及水介质的物 化条件的变化等, 甚至包括水盆地中生物的繁殖和发育, 都是在地壳运动的影响下发展和变化的。 也就是说,在某一生油期,当盆地中持续接受沉积, 并聚集了大量有机物质时, 就存在了生烃的 内在因素。而盆地中具有还原条件的深水 -较深水区,则是有机物质转化为油气必不可少的外部 条件。只有在这种条件下,大量的有机物质才能得以堆积和保存, 并在适当温度、压力下

20、转化为 油气。 而湖盆能否保持长期稳定存在, 这主要受盆地所处大地构造位置和地壳活动性质所决定和 控制的。 只有在地壳运动能保持以较大面积持续下沉, 并伴随有良好的沉积补偿条件 (即沉降速 度大于或等于补偿速度 ,水体保持一定深度,沉积不断加厚,最终才能形成较厚的生油岩系。 温湿的古气候条件、 适当的水介质物化条件亦是重要的影响因素, 但它们也均受地壳活动的影响。 盆地周缘的块断活动导致物源区的上升,盆地的下沉,母岩遭受侵蚀而源源不断供给碎屑物质。 在水动力条件影响下, 形成了不同类型砂体, 特别是湖泊三角洲及滨岸浅水地带形成的各种砂体, 是油气聚集的良好相带。在构造运动的背景上, 适宜的古气

21、候条件, 有利于陆上和水体中的生物繁殖与生长, 为生成油气 提供物质基础。所以,不论水盆大小,也不论海盆或湖盆,只要具备上述古地理条件及构造条件,就可能生成大 量油气。 油区岩相古地理的研究任务就是查明这些条件, 为油气预测提供理论依据并指明勘探方 向。七、陆源碎屑沉积盆地岩相古地理图的编制根据统计分析法进行岩相古地理研究, 最终是通过编制岩相古地理图来完成的。 或者说, 岩相古 地理图的编制是相分析及古地理研究的总结。如何编制岩相古地理图,要收集和整理哪些资料, 先作哪些基础图件, 如何进行分析, 对于不同 地区、不同层段以及不同的相,也不尽相同。陆源碎屑沉积盆地岩相古地理图的编制大致有这样

22、三个基本阶段, 即基础资料的收集和整理、 主 要基础图件的编制和分析、岩相古地理图的编制和使用。1、基础资料的收集和整理在地层划分和对比的基础上,对露头剖面、岩心录井(包括取心及井壁取心 、岩屑录井、古生 物及古生态鉴定、分析化验(包括薄片、重矿物、粒度分析、地化指标、油气水分析等 、电测 井及地球物理等方面资料进行系统收集和整理, 并认真审查与核对, 注意准确性与代表性, 以保 证编图基础资料的扎实可靠。整理原始资料,一般先建立相分析剖面和岩相古地理卡片,再逐井进行分项统计,如砂岩类型、 重矿物、粒度参数、层理特征、古生物、泥岩颜色和地化指标等。2、制图单位的划分和比例尺的选择制图单位的划分

23、和比例尺的选择目前尚无统一规定, 主要根据研究课题的需要、 资料的丰富程度 和地质条件的复杂情况而决定。大、中、小三种比例尺的一般划分如下所述:1小比例尺岩相古地理图比例尺一般小于 1:300万,甚至 1:1000万以下,这种图件是全国或大区域性的,是在大地构 造单元划分的基础上进行编制的, 制图单位的时间间隔为代或纪或世。 此类图件可以作为大区域 油气预测的基础图件。2中比例尺岩相古地理图比例尺一般为 1:300万 -1:50万,此类图件包括范围较小,一般为一个沉积盆地。制图单位间 隔为世或期。这类图件可作为指明进一步勘探方向,提供岩性、岩相方面的依据。3大比例尺岩相古地理图比例尺一般为 1

24、:50万以上, 通常是为盆地内某一凹陷或地区进一步勘探而编制的。 制图单位为 段、亚段或砂层组。总之，沉积剖面或钻孔越多，资料越丰富，制图比例尺可以越大。制图单位分的越详细，图件的 精度也越高。在我国一些含油气盆地的勘探过程中，经常编制的是中-大比例尺的岩相古地理图。 3、主要基础图件 以油气勘探为目的时，经常要编制下述一些基础图件： 1）综合柱状剖面图（地层划分和对比的依据） ； 2）岩相剖面图（显示划相依据及相的共生组合） ； 3）岩相对比剖面图（反映相的纵横向变化） ； 4）地层等厚图（反映盆地轮廓、隆起和坳陷、凸起和凹陷，以及物源方向及河流流向等） ； 5）粒度分布曲线图（累积曲线、频

25、率曲线、概率曲线、C-M 图和粒度参数的平面变化图等） ； 6）砂岩等厚图（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） ； 8）砂泥比图（判断岸线位置、古水深度和主要物源方向） ； 9）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） ； 10）重矿物图（反映物源方向和沉积体系） ； 11）岩石类型图（反映物源方向和分布趋势，是划分相带的依据） ； 12）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

26、下沉积的标志） ； 13）锶钡比值图（反映古盐度变化，间接判断盆地的封闭状况） ； 14）化石分布图（是划分相带和鉴别环境的标志） ； 15）地层水矿化度图（反映古气候条件） ； 16）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） ； 17）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） ； 18）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） ； 19）勘探远景预测图（勘探地层圈闭油气藏和古地貌圈闭类型油气藏的根据） 。 前 17 种图件是编制后两种成果图件的基本资料。总的可归纳为单因素分析和多因素分析两种类 型基础图件。图件多少，视不同研究目的和资料丰富程度还可增减。 岩相古地理图及其基础图件主要以平面图形式表示。在备好的底图上，一般有等值线图、分区图 和点图三种表现形