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含油气盆地沉积学提纲
第一部分:
分析原理
PartOneAnalysisPrinciple
第一节:
沉积作用
§1.1物理作用(PhysicalProcess)物理作用主要讨论搬运介质与固体颗粒间的关系。
一、搬运介质(TransportingMedia)
按照搬运方式不同,把搬运介质分为重力流和牵引流两种类型。
1、牵引流(Fluidflow)搬运介质运动带动固体颗粒运动,水和空气是牵引流的主要介质。
运动方式:
层流(Laminarflow):
流体分子呈直线运动。
紊流(Turbulentflow):
流体分子运动轨迹不规则
2、重力流(GravityFlow)
通常称为高密度流(denseflow),在重力作用下,沉积物不稳定而移动带动水介质运动水介质与沉积物充分混合,进而形成富含沉积物的流体
二、沉积物颗粒(Sedimentgrains)
当流体流动所产生的上举力与牵引力超过沉积物颗粒的重力和吸附力时,颗粒开始移动。
在细粒沉积物中,颗粒主要受吸附力的作用;在粗粒沉积物中,颗粒主要受重力的作用。
细粒沉积物中颗粒的启动速度比粗粒沉积物中颗粒的启动速度大;但细粒颗粒的沉降速度比粗颗粒的沉降速度小。
§1.2生物作用(BiologicalProcesses)
1.潜穴与钻孔(BurrowingandBoring)
潜穴(Borrowing):
生物因生存或寻找食物而在松散沉积物内(未固结的沙和泥内)所形成的孔洞。
钻孔(Boring):
生物因生存或寻找食物而在坚硬岩石内(即固结的沙和泥内)所形成的孔洞。
2.生物扰动(Bioturbation)
生物活动过程中,对原有的沉积物和沉积构造进行改造,致使沉积纹层发生断裂和位移。
3.团粒化(Pelletization)
生物将消化后的沉积物呈团粒状产出。
团粒大小为1mm~1cm。
由于团粒容易遭破坏,因此团粒在碳酸盐岩中较发育(由于其快速胶结作用),而在碎屑岩中不发育。
4.沉积物的捕获作用(Sedimentsbafflesandtrappers)
网状海草吸附沉积物,有些沉积物表面,如蓝绿藻(Blue-greenalgae)等表面分泌出粘液,可以吸附沉积物。
5、生物化石(Fossils)
正常海水:
珊瑚、腕足、层孔虫、三叶虫及棘皮类等;淡水:
腹足类、介形虫、螺;
§1.3化学作用(ChemicalProcesses)
化学作用主要涉及到一些成岩现象,如溶解、沉淀等,其中大部分与沉积环境无关,但有些溶解、沉淀现象与特定的环境有关。
另外,一些典型矿物也可指示沉积环境的气候及水介质性质。
1、溶解、沉淀现象(DissolutionandPrecipitation)
膏盐矿物溶解及碳酸盐岩矿物溶解形成孔洞;矿物晶体溶解后被其他物质充填,形成假晶;上述现象多与干旱气候条件有关。
2、标型矿物(IndexMinerals)
赤铁矿(Hematite)指示氧化环境。
硫化铁(Ironsulfides)指示还原或缺氧环境。
粘土矿物(Claymineral)可以指示水介质:
高岭石(Kaolinite)多形成于酸性水介质中;伊利石(Illite)则发育在碱性水介质中。
鲕绿泥石(Chamosite):
在现代沉积物中,鲕绿泥石多出现在热带浅海中,水深不超过60米。
3、典型构造(TypicalStructures)鸟眼构造(Birdeyestructure):
发育于干旱潮坪环境。
示顶底构造(Geopetalstructure):
上层为亮晶方解石,下层为泥晶或碎屑。
第二节沉积构造
SectiontwoSedimentaryStructures
沉积构造是由沉积物的成分、结构、颜色的不匀一性而表现出的宏观特征。
根据形成时间可划分为原生沉积构造和次生沉积构造(如周口店八角寨燧石结核)。
原生沉积构造是在沉积物沉积时或沉积后不久、以及其固结以前形成,因而是沉积环境的重要判别标志。
§2.1物理构造(PhysicalStructures)
层面构造[表面痕迹(surfacemarks),底面印痕(bottomimprints)]和层理构造(beddingStructures)1、表面痕迹(Surfacemarks)——波痕(ripplemarks),雨痕(raindropmark),细流痕(rillmarks),泥裂(cracks)
(1)雨痕(Raindropmarks)圆形或椭圆形,在少雨区发育较好。
指示水上环境或半干旱环境,说明沉积物曾经出露水上(暴露标志)。
(2)泥裂(Cracks)平面上为多边形,剖面上为“V”字形,由泥岩脱水、收缩或干化而成。
指示干旱气候或水上环境(暴露标志)。
(3)细流痕(Rillmarks)由于细小水流侵蚀沉积物表面所形成的树支状痕迹。
指示水面下降或水上环境。
(4)其它表面痕迹(Theothersurfacemarks)工具痕迹、障碍痕迹、弹跳痕迹等
2底面印痕(BottomImprints)底面印痕发育于沉积物(砂层)底部,为表面痕迹的铸型。
(1)槽铸型(Fluteimprints):
平行水流方向的瘤状突起,上游端高而窄,下游端低而宽,可以指示水流方向。
(2)纵向脊和沟铸型(Longitudinalfurrowsandridgeimprints):
相间排列的沟和脊,平行水流方向,但不能指示上、下游方向。
(3)沟铸型(Furrowimprint):
窄而长的脊,平行水流方向。
(4)其它铸型(Theotherimprints):
不规则,不能指示古水流方向。
3层理(Bedding)层理是肉眼能够识别的最显著的宏观沉积特征。
纹层(Laminae):
组成层理的最小宏观单位,具有相对一致的成分和结构。
单层(SingleBed):
层理的基本单元,由成分和形态对一致的纹层组成。
层组(Bedset):
形态一致且具有成因联系的一组单层。
如果单层的成分相似或一致,称“简单层组”,构成的层理称为简单层理;如果单层的成分不同,称“复合层组”,构成的层理称为复合层理。
层理面(BeddingSurfaces):
单层或层组的分界面。
(1)简单层理(SimpleBedding)
a)交错层理(Cross-bedding):
形态类型:
板状交错层理(Tabularcrossbedding):
层理面为相互平行的平面,内部纹层与层理面斜交。
楔状交错层理(Wedge-shapedcross):
层理面为平面,但纹层面不平行,内部纹层与层理面斜交。
上述两类层理可统称为面状交错层理(Planarcrossbedding)
槽状交错层理(Troughcross-bedding):
层理面为曲面,纹层呈槽状或弧形
波状交错层理(Ripplebedding):
层理面不规则,内部纹层与界面平行或斜交。
一般,波状交错层理的规模较小,多为小型交错层理。
b)爬生波痕纹理(Climbingripplelamination)爬生波痕纹理是在波痕迁移过程中,同时向上生长所形成的。
其形成条件是:
沉积物供给丰富,向流面纹层能够保留下来,波痕向上生长。
同相位爬生波痕纹理Climbingripplelaminationsin-phase:
后一波痕直接盖在前一波痕之上,前后波痕在水平方向上的位移很小,向流面和背流面纹层的厚度近于相等。
迁移型爬生波痕纹理Climbingripplelaminationsin-drift:
后一波痕盖在前一波痕之上,但前后波痕在水平方向上有明显的位移,向流面和背流面纹层的厚度不相等。
向流面和背流面纹层都发育,称为Ⅰ型;仅背流面纹层保留下来,向流面纹层没有保存下来,称为Ⅱ型。
槽状交错层理图解
羽状交错层理图解
面状交错层理图解
水道充填交错层理图解
c)水平层理(HorizontalBedding):
由相互平行且近于水平的泥质纹层构成,纹层厚1~2mm。
平行层理(ParallelBedding):
由相互平行且近于水平的沙质纹层构成,纹层厚1~2mm。
d)递变层理(GradedBedding):
由沉积物颗粒递变而形成的沉积单位,其中无纹理构造。
递变层理多为重力流作用的产物。
正递变层理(Normalgradingbedding):
自下而上沉积物颗粒逐渐变细,底部为突变面。
粒序递变(Distributiongrading):
所有颗粒自下而上变细;粗尾递变(Coarse-tailgrading):
仅粗粒颗粒向上变细,细粒颗粒均匀分布。
反递变层理(Reversegradingbedding):
自下而上沉积物颗粒逐渐变粗,其顶、底部均为突变面。
e)块状层理(Massivebedding):
成分一致,无纹理构造,无粒度变化。
递变层理
(2)复合层理(ComplexBeddings)
脉状层理(FlaserBedding):
主要由沙组成,泥呈“脉状”分布在沙波波谷中,沙中发育纹理构造。
波状层理(WavyBedding):
由波状起伏的沙、泥层交互叠置而成,沙层内发育纹理构造。
透镜状层理(LenticularBedding):
主要由泥质构成,沙呈透镜状分布在泥中,沙质中发育纹理构造。
从脉状层理、波状层理到透镜状层理,水动力逐渐变强。
上述层理反映形成过程中水流强度发生交替变化,多见于潮汐环境。
韵律层理(Rhythmites):
由不同成分、结构、颜色的纹层构成,纹层厚度小于3~4mm,主要为细粒沉积物。
不同的纹层可以指示气候条件、沉积物供给、潮汐及水流动态的变化。
§2.2生物构造(BiologicalStructures)
遗迹(Traces):
由于动物活动在沉积物表面形成的痕迹,如停息迹(restingtraces)、爬行迹(crawlingtraces)、寻食迹(browsingtraces)、足迹(footmarks)(足迹指示水上环境)等。
钻孔(Borings):
生物在坚硬岩石内所形成的孔洞。
潜穴(Burrow):
生物在坚硬岩石内所形成的孔洞。
生物扰动构造(BioturbationStructures):
由于生物活动所形成的变形构造。
根痕(Rootmarks):
指示水上环境。
生物生长构造(Growthstructure):
如叠层石纹层。
§2.3化学构造(ChemicalStructures)
鸟眼构造(BirdeyeStructure):
碳酸盐岩溶解后所形成的空洞,有的被其它矿物,如方解石、白云石、石膏等所所充填。
一般,鸟眼构造指示干旱潮坪环境。
晶体印痕(CrystalImprint):
石膏和石盐晶体印痕为正四面体和正八面体。
晶体印痕指示干旱气候条件。
钙结层(Caliche):
由于土壤蒸发和沉淀所形成的钙结核层,指示不整合和沉积间断。
倒石锥(Cteepee):
锥状纹理,由未固结灰泥蒸发脱水所成。
示顶底构造(GeopetalStructure)
层状晶洞(Layeredvug)
第三节概念和原理
SectionThreeConceptsandPrinciples
沉积环境(SedimentaryEnvironments):
沉积物堆积的自然地理空间。
沉积相(SedimentaryFacies):
某一地层单位所有原生沉积特征的总和,包括物理、化学及生物特征等。
沉积体系(DepositionalSystem):
具有成因联系的相的三维组合。
沉积体系域(DepositionalSystemsTract):
某一时期内所有沉积体系的总和。
沉积模式(DepositionalModel):
根据现代沉积环境、古代沉积物和实验室模拟的综合研究为依据,对某种沉积环境的沉积特征、发展演化与沉积相三维组合关系所作的高度概括。
层序地层学(SequenceStratigraghy)Exxon石油公司,P.R.Vail等(1987),根据被动大陆边缘盆地的研究成果提出。
根据地震、钻井与露头资料,并结合沉积环境与相特征,对地层分布模式进行综合解释,并提出旋回式的年代地层格架。
层序(Sequence):
以不整合面或与之对应的整合面为界的沉积单元。
相序列(VerticalFaciesProfile):
几种有成因联系的沉积相和沉积环境在垂向上的叠置关系。
正旋回(Fining-upwardssequence):
在某一相序列中,沉积物的粒度自下而上由粗变细,底部为突变接触关系;
反旋回(Coarsening-upwardssequence):
在某一相序列中,沉积物的粒度自下而上由细变粗,底部为渐变接触关系。
物源与古流分析(ProvenanceandPaleocurrent):
沉积物颗粒的分选、磨圆;沉积物结构:
纹理(微观)、反射外形(宏观);沉积物的组成:
重矿物、矿物成分变化;沉积物颗粒的定向:
砾石定向、粘土矿物定向、有机质定向。
地震相(Seismicfacies):
具有相似反射结构、连续性、频率、层速度等的三维地震反射单元。
测井相(LogFacies):
典型岩电组合特征。
沃塞尔相律(Walther’sLawofFacies):
在连续地层剖面中,垂向上几种有成因联系的相和环境的叠置次序,与它们在平面上所出现的次序是一致的。
第二部分碎屑岩沉积学与沉积相
PartTwoClasticRocksandFacies
第一章硅质碎屑岩岩石学
ChapterOneSilisiclasticRocks
第一节沉积岩分类
碎屑:
离开生成地点并运移到沉积地点的质点,如元素、化合物等。
其成因可以是物理的、化学的和生物的,如石英、长石、岩屑颗粒,生物骨骼、粘土矿物等。
内源与外援沉积物:
组成沉积物的矿物、颗粒是在盆地内形成的,称内源沉积物;组成沉积物的矿物、颗粒是在盆地外形成的,称外源沉积物。
自生与他生沉积岩:
主要由自生矿物和其它自生成分组成的沉积岩,称自生沉积岩;主要由他生矿物和其它他生成分组成的沉积岩,称自生沉积岩。
粘土矿物与泥质岩:
大部分粘土矿物是陆源的,称为碎屑粘土(<2µm);在特定温压条件下,由碎屑粘土矿物转化而成的粘土矿物,称转化粘土;在沉积—成岩环境中,从水介质中沉淀出的粘土,称自生粘土;主要由粘土矿物组成的沉积岩称泥质岩。
沉积岩分类表(余素玉等,1988)
第二节碎屑岩的组成
SectionTwoComponentsofClasticRocks
一、碎屑岩的组成:
碎屑颗粒、基质、胶结物和孔隙
1、碎屑颗粒(ClasticGrain):
包括各种矿物颗粒和岩屑,如长石、石英、云母、重矿物颗粒、岩屑等。
2、基质(Matrix):
与碎屑颗粒同时形成的细粒成分,<2µm,通常为粘土与粉沙。
3、胶结物(Comment):
碎屑颗粒沉积后,从水介质中沉淀的矿物,对碎屑颗粒起粘结作用,如方解石、二氧化硅等。
4、孔隙(Pore):
岩石中未被固体物质占据的部分。
第三节碎屑岩的结构
SectionThreeTextureofSiliciclasticRocks
胶结类型与胶结结构
胶结类型:
基底式胶结:
基质含量多,颗粒呈漂浮状(A)
孔隙式胶结:
颗粒为点接触,胶结物充填在孔隙中(B)
接触式胶结:
胶结物仅分布于孔隙接触处(C)
镶嵌式胶结:
颗粒呈凹凸接触和缝合线状接触,胶结物充填在孔隙中(D)
胶结结构:
非晶质—微晶质结构:
为均质体或具有微弱光性(A)
结晶粒状结构:
等轴粒状晶体(B)
丛生结构—栉壳状结构:
胶结物垂直颗粒表面生长,当晶体呈柱状时,呈栉壳状结构(C)
嵌晶结构:
胶结物晶体较大,包围碎屑颗粒(D)
加大边:
胶结物围绕碎屑颗粒共轴生长,形成光性一致的胶结物(E)
孔隙结构:
第二章沙漠沉积体系
ChapterTwoDesertSystem
第一节沉积作用(SedimentationProcesses)
风的沉积作用:
沙漠上的主要地质营力,可以搬运、侵蚀(风蚀)沉积物。
其中,尘土呈悬浮搬运,沙呈跳跃搬运,砾石和卵石为滚动搬运。
蒸发作用(Evaporation):
仅限于沙漠湖中。
蒸发性水流(Short-termStream):
仅限于干谷中。
风化作用(Weathering):
以机械风化作用为主,化学风化作用为辅。
第二节沉积物和古代沙漠的识别
1、沉积物(Deposits)
石漠沉积物(Hamadadeposits):
巨砾,很少保存下来。
干谷沉积物(Wadideposits):
干谷水道沉积(短期发育):
正旋回,底部发育冲刷面,叠瓦状排列的砾石,向上为交错层理与平行层理砾岩、砂砾岩,顶部发育粘土或泥岩披盖层;干谷风成沉积物(长期发育):
风成砂,分选好,发育高角度前积纹层,纹层上部常常发育较粗的砾石。
在剖面上,水道沉积物与风成沉积物呈互层状。
砾漠沉积物(Serirdeposits):
薄层粗粒沉积物,砾石和粗沙。
沙席沉积物(SandSheetdeposits):
平行层理砂岩,偶夹砾石层。
沙丘沉积物(SandDunedeposits):
为分选、磨圆较好的砂岩,通常发育平行层理和交错层理,其中交错层理的前积纹层倾角大,规模也大。
沙漠湖沉积物(DesertLakedeposits):
与干谷相连,以悬浮搬运的粉沙和粘土沉积物为主,偶夹风成砂层和膏盐。
内陆萨布哈沉积物(InlandSebkhadeposits):
盐壳沉积,如石膏质粘土、石膏与石盐互层沉积。
尘土或黄土沉积物(DustandLoessdeposits):
粉沙级或粘土级碎屑沉积物,搬运距离很长,常常搬运到湖泊或海洋。
2、古代沙漠沉积物识别(IdentificationofAncientDesert)
沉积物特征:
分选、磨圆较好,碎屑颗粒以石英为主;不含化石和云母,粘土含量很低;风成砂与辫状水道砾岩频繁互层,在砂层或砂砾岩层底部发育风蚀或冲蚀面。
沉积构造标志:
高角度前积纹层;石英颗粒表面一般发育霜面(即沙漠漆,石英颗粒表面由硅质、氧化铁等形成的硬皮);交错层理中,纹层的上部颗粒较粗,下部颗粒较细,而且纹层的倾向多变。
第三章河流体系
ChapterThreeFluvialSystem
第一节概况
一、河流类型
S:
弯曲度,河道长度与河谷长度之比BP:
分叉指数,单位波曲波长河道中沙坝的数目
二、河道特征
河道是碎屑沉积物的主要输送渠道,每一河道都对应相应的碎屑沉积体;同时河道内部也发育典型沉积物。
辫状河道(BraidedStream):
分布于上游河段,河道不稳定,平面形态呈辫状,水流变化大,沉积物呈底负载搬运,所以又称为“底负载型河道”。
曲流河道(MeanderingStream):
分布于中下游河段,河道稳定,较弯曲,水流稳定,沉积物呈底负载和悬浮负载搬运,又呈“混合负载型河道”。
网状河道(AnastomosingStream):
分布于下游河道,河道窄,呈网状,沉积物呈悬浮负载搬运,又呈“悬浮负载型河道”。
第二节辫状河(BraidedStream)
一、沉积作用(Process)
由于辫状河道侧向迁移频繁,河道内水流也不稳定,因此,很难研究辫状河道的水流样式。
这里,为了便于研究辫状河道的沉积作用,简单地把辫状河道的水动力环境划分为短期的洪泛期(floodingperiod)和长时间的低流量期(periodoflowdischarge)。
低流量期,水流仅限于河道内,围绕河道沙坝流动,水流速度较小,搬运能力低,较粗的沉积物都堆积下来,并发育为河道沙坝。
洪泛期,河道内所有沙坝均被淹没,由于水流快,水体较浅,所有的沉积物颗粒都发生移动,沙坝向下游方向移动,沙坝上游端遭受侵蚀,下游端接受沉积。
二、河道沙坝(ChannelBars)
1、沉积物特征
沉积物较粗,分选、磨圆较差,以砾石和粗沙为主;砾石发育块状、槽状和面状交错层理,砾石呈叠瓦状排列,向上游方向倾斜;沙质发育槽状、面状、波状交错层理和平行层理,局部发育冲刷—充填构造。
2、河道沙坝(ChannelBars)
纵向沙坝(Longitudinalbars):
平行水流方向展布,呈长条形,主要分布于砾石质辫状河道中,沙坝主要由平行层理、底角度板状交错层理砂砾岩构成。
横向沙坝(Transversebar):
垂直水流方向,呈舌状,通常发育在沙质辫状河道中,沙坝内发育高角度板状交错层理砂砾岩。
斜向沙坝(Diagonalbar):
与水流方向斜交,断面呈三角形,沙坝内发育平行层理、底角度板状交错层理砂砾岩。
点沙坝(PointBar):
分布于河道边缘。
三、相构成(FaciesArchitecture)
平面上,直或微弯曲的、连续分布的沙带。
剖面上,发育不明显的正旋回,主要由砾石和粗沙构成,泥和粉沙很少,总体上呈“沙包泥”。
第三节曲流河(MeanderingStream)
一、地貌单元(Morphology)
曲流河体系内地貌单元较为复杂,每一地貌单元都对应特定的沉积作用和沉积物。
根据曲流河的过程—响应模式,这些沉积物具有较强的可预见性。
河道(Singlechannel):
较弯曲,剖面上不对称:
凹岸(ConcaveBank)较陡,凸岸(ConvexBank)较缓。
点沙坝(Pointbar):
又呈曲流沙坝或沿岸沙坝,沿曲流河道的凸岸分布。
天然堤(Naturallevee):
分布于河道两侧,是曲流河内最高的地貌单元。
决口扇(Crevassesplay):
沿天然堤分布扇形体。
洪泛盆地(Floodplain):
河道间宽广的低地。
二、沉积作用(Process)
与辫状河道相反,曲流河道较稳定,河道内水流也较稳定,关于曲流河道内水流样式的研究成果较成熟。
螺旋状环流(Helicalflow)是曲流河道内典型的水流样式。
在蛇曲河道,由于受惯性影响,主流线向凹岸偏移,水流产生一个与凹岸垂直的流体分量,使凹岸水面升高,并侵蚀凹岸;同时,形成指向凸岸的底流。
上述表流和底流构成一环流,并与纵向水流叠加,共同形成向下游方向移动的螺旋状环流。
由于受摩擦力的影响,底流向凸岸流动过程中,流速降低,搬运能力下降,把沉积物搬运到下一个凸岸堆积下来。
三、沉积物(Sediments)
河道沉积(Channeldeposits):
河道滞留沉积(Channellagdeposits),沉积物较粗,以砾石为主,含植干、动物碎片、泥质砾石等,发育块状和不明显交错层理;
点沙坝沉积(Pointbardeposits),表现为典型的正旋回序列,自下而上依次为:
大型槽状交错层理、板状交错层理中细砂岩、局部夹平行层理细砂岩,小型槽状交错层理细砂岩,波状交错层理粉砂岩及水平纹理、块状层理泥岩。
越岸沉积(Overbankdeposits):
天然堤沉积(Naturalleveedeposits),粉砂岩与粉沙质泥岩,发育爬生波痕纹理与波状交错层理及生物扰动构造;决口扇
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