岩相古地理研究方法

附录油区岩相古地理研究方法提纲第一节沉积相分析和岩相古地理基本原理第二节陆源碎屑沉积盆地的岩相古地理条件分析和制图第一节沉积相分析和岩相古地理基本原理沉积相分析和岩相古地理各种沉积条件分析中必须遵循一些法则，主要有相序递变法则、沉降补偿原理和地层等时旋回对比法则等。一、相序递变法则二、沉降--补偿原理三、地层旋回等时对比法则一、相序递变法则相序递变规律或相变法则是指沉积相在时间和空间上发展变化的有序性，称为相序递变。很早沃尔索（Walther，1894）就指出：“只有在横向上成因相近且紧密相邻而发育着的相，才能在垂向上依次叠覆出现而没有间隔”。这一规律通称为相序递变规律或相序递变法则，是相序分析中应遵守的基本法则。相序递变主要有两种基本类型，即由于海平面上升（或海进）所形成的退积型相层序，相剖面自下而上由陆相—海陆过渡相—海相叠覆而成。另一类是由于海平面下降（或海退）所形成的进积型相层序，相剖面自下而上由、海相—海陆过渡相—陆相叠覆而成。如果是由海平面上升、再次下降连续叠覆形成的一个完整旋回，即为连续沉积的相层序或称为完整相层序。依据岩性、岩相变化的级次，也可划分出次一级相层序。也就是说，对早期，我国中新生代陆相含油气盆地岩性韵律对比法、相旋回对比法，如能赋予成因层序等时对比原则，在识别出不同级次沉积（地层）旋回基础上采用相旋回对比法有可能解决精细区域地层（砂层、或砂层组）等时对比格架的可能性。二、沉降--补偿原理沉积盆地沉降和补偿可概括为下述四种情况：1）快速沉降，快速补偿。起因于盆地快速沉降，侵蚀区快速上升，为地壳活动区的特色，主要由分选差、厚度大的粗--中碎屑沉积物组成，显洪积--冲积相，多为陆源沉积盆地沉降中心特点。2）快速沉降，缓慢补偿。即补偿速度小于沉降速度，物源区母岩风化较彻底，多以粘土及化学溶解物质沉积为主，显厚度较小的深水--较深水相沉积，在陆源盆地中具有沉积中心（或生烃中心）的特点。3）缓慢沉降，快速补偿。由于补偿速度远大于沉降速度，水盆面积缩小，以淤积--冲积沉积为主，直至盆地填满消亡，显现岩性、岩相连续，但剥蚀、冲刷现象明显。4)缓慢沉降，缓慢补偿。由于沉降与补偿均缓慢，代表稳定构造区特点，形成成熟度高的碎屑沉积物（如石英砂岩），常为浅海陆棚区所特有。沉积盆地沉降和补偿原理对于含油气沉积盆地岩相古地理研究的相分析具有重要意义。因此，在剖面相分析中，除应注意在一定环境里由于沉降与补偿变异所造成的层序、厚度和接触关系等变化外，还应注意在环境和水深等条件相对不变，而是由于瞬间事件作用所引起的各种变化。剖面相分析中应注意下述几个基本原则。1．定时问题2．穿时问题1．定时问题剖面对比相分析中主要解决同一时期、不同地区的沉积相的变化，选择等时对比界面就是一个首要问题。区域剖面相分析中，较好地利用标准化石定时的例子很多。近廿年来，应用碳酸盐岩中的超微体化石、浮游有孔虫的鉴定，并结合古地磁的测试，较好地解决了海相沉积盆地第三纪、白垩纪和侏罗纪准确定时问题。海相碳酸盐岩中的超微体生物从侏罗纪时出现，白垩纪大量繁殖，第三纪最盛。故应用此法定时还受到时间及相类型的限制。我国东部中、新生代陆源碎屑沉积为主的地区，剖面对比相分析中，利用标准生物化石的“科”、“属”可以划分系、统，“种”的变化可以划分组、段。但生物演化常不是截然突变的，甚至有一些“哑层”采不到化石，因此常不易准确划分等时界面，更多的是结合岩性组合特征、沉积层序、接触关系等标志来加以确定。2．穿时问题传统的群、组、段这类岩石地层单位时常存在“时侵”或“穿时”问题，在以陆源碎屑沉积为主的地层单元尤为常见。传统油区地层划分和对比主要注重相似或相同岩性的等时性，而忽视了等时界面和岩性界面的不一致性，即穿时现象。新地层学原理--垂向加积作用和侧向加积作用是在近代沉积学、地震地层学的发展而建立起来的。沉积盆地中沉积物的沉积作用除了由于重力作用产生垂向加积外，尚有由于环流或湖面收缩—扩张所产生侧向和前积作用。例如曲流河体系中的由凸岸（加积岸）向凹岸（侵蚀岸）的侧向加积作用；在沉积盆地中由于湖面收缩河流三角洲或扇三角洲向盆内方向推进的前积作用等。由此建立了不少新地层学模型和相模式，有助于建立段、亚段，乃至砂层组的等时地层格架。三、地层旋回等时对比法则近几年兴起的高分辨率层序地层学中所提出的地层旋回的等时对比概念有其可取之处，特别是在油区大比例尺岩相古地理工业制图中应加以考虑。高分辨率层序地层学（Cross，l994）是应用Walther相序定律，结合Wisdom的（基准面）取代定律和采用岩石地层横剖面及相应的时空（Wheeler）图的编制，有可能解决陆相含油气盆地勘探和开发中砂层和砂层组的精细对比问题。其基本指导思想是应用沉积动力学观点，分析沉积盆地（区）沉积物的堆积样式、保存程度、相序递变特征及不同级次相类型的组合和纵横向变化，这一切变化受控于基准面（是一个地球物理面，上下振动并横向摆动的抽象等势面）的升降变化，有效可容空间向盆地或向陆地发生迁移，从而沉积物（岩）各种性质的变化便构成了时间和空间上的函数。因此，以此为出发点来解释各种层序的岩性岩相变化及其沉积学特征，有可能充实和完善单纯用相序递变法则和相旋回对比法，解决高精度等时地层格架问题。地层旋回的等时对比基本原理是：伴随基准面的升降变化和可容纳空间的增大与减小，地层记录可以由完整的地层旋回组成，也可以仅由非对称的半旋回和代表侵蚀作用与非沉积作用的界面构成。基准面旋回的转换点可作为时间地层对比的优选位置。转换点在地层记录中的某些地理位置表现为地层不连续面，某些位置则表现为连续的岩石序列。岩石与界面出现的位置和比例是可容纳空间和沉积物供给的函数。高分辨率层序地层对比核心内容是同时代地层与界面的对比，不能简单地泥对泥，砂对砂，或者简单地进行旋回对比，而要根据在一个旋回中不同地理位置上的地层发育特点进行对比。对比的总原则是：1）先进行较大基准面旋回的对比，然后进行较小旋回的对比。2）一个完整基准面旋回、向上变细的半旋回及向上变粗的半旋回间可以互相对比，也可以分别与没有沉积的一个面进行对比，即所谓的岩石对比岩石、岩石对比界面或面面相对。3）在短期基准面旋回的对比过程中，中期基准面由上升到下降的转换点是优选位置中要重点考虑的对比界面，以此转换点为起点，依次向上或向下作小层对比，其结果会更趋合理。特别是在区域范围的地层对比中，掌握这一原则十分必要，因为此转换点是中期基准面向其幅度最大值单向移动的临界点，它在区域内表现为连续的岩石序列，即同一时间域内的不同地理位置均产生了沉积响应。第二节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2．碎屑重矿物组合及其分布3．物源的综合分析4．编制物源综合图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。砾石成分可直接反映物源区母岩成分。根据砾石规律排列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、判定储集性能，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。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，进而恢复物源方向和母岩性质，还可以搞清各河流沉积体系的分布范围、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更好些。区域研究成果表明，稳定系数从盆地边缘至盆内由小变大。不同气候和古地现条件下的沉积物，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，持续时间较短；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。重点是选择样品多、分布广、能说明问题、有代表性的几种主要资料叠加后编制的。二、古水动力条件的分析古水动力条件系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2．根据结构及成分变化3．根据孢粉资料4．根据厚度变化5．编制水流体系图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。波浪的情况较为复杂。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。槽模不仅能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，能更加可靠地指示古水流方向。它们指示的水流方向常与构造线一致。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，圆度随搬运距离增加而增大。碎屑组分（尤其是重矿物组分）的分散晕不仅有溯源价值，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