沉积微相分析技术方法及典型微相特征

沉积微相分析技术1、沉积过程－水动力；2、沉积地球化学；3、井震结合；4、物源－沉积古地貌典型沉积微相特征1、三角洲体系；2、浪控海岸体系沉积微相分析技术方法及典型微相特征沉积微相分析技术方法及典型微相特征第一部分:分析原理PartOneAnalysisPrinciple第一部分:分析原理PartOneAnalysisPrinciple沉积作用(SedimentaryProcesses)物理作用(PhysicalProcesses)生物作用(BiologicalProcesses)化学作用(ChemicalProcesses)沉积构造(SedimentaryStructure)物理构造(PhysicalStructure)生物构造(BiologicalStructure)化学构造(ChemicalStructure)原理与概念(PrincipleandConcepts)1、沉积作用SectiononeSedimentaryProcesses1、沉积作用SectiononeSedimentaryProcesses§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，水和空气是牵引流搬运空气的主要介质。（1）运动方式（Fluidmovingfashions）：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）流态（FlowRegime)弗劳德常数Froudenumber(F):F=V╱√g.dv:流速（velocityofflow）g:重力加速度（gravitationalacceleration）d:水深（depthofwater）低流态（Lowerflowregime），F1,:流体阻力较大，搬运能力弱，水面波动和沉积物表面的起伏不同相。过度流态（Transitionalflowregime）：F=1，流态不稳定。高流态（Upperflowregime）：F1，流体阻力较小，搬运能力大，水面波动和沉积物表面的起伏同相。不同Froudenumber下形态变化（D.C.J.D.Hoyal,J.C.VanWagoner,N.L.Adair，2003）（3）底形（Bedforms)底形是固体颗粒在松散沉积物表面运动所形成的，具有规则几何形态。大部分沉积构造是由于底形的迁移而形成的。底形与流态之间有密切的关系，随水流动态的变化，底形发生有规律的变化。低流态下，随着水流动态变强（F值增加），底形出现的次序为：下平底（lowerplanebed，没有颗粒移动)⇒小波痕（smallripples）⇒小波痕叠加的大波痕（megaripplessuperimposed）⇒大波痕（megaripples）随着水流动态变强（F值增加），波痕的脊由直线变为波状和舌形。过度流态下，底形不稳定，波痕受到冲刷。高流态下，常见的底形为上平底（upperplanebed）和逆行沙丘(antidunes）。水流强度平均直径(mm)底形随水流强度的演化图（Simons,1965)速度（cm/s）水深（cm）速度水深与底形间的关系Simons,19622、重力流（GravityFlow）通常称为高密度流,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—重力流(denseflow)。按照沉积物的支撑机理，重力流可分为四种类型：浊流（Turbiditycurrent）：流体内的沉积物由湍流的向上分力所支撑，并使沉积物持续地悬浮于流体中。液化流（Liquefiedflow）：沉积物颗粒间孔隙流体的向上流动而支撑沉积物。在富含液体（水）的松散沉积物中，当孔隙流体压力超过静水压力时，颗粒保持悬浮状态，就象流沙一样，“液化了”。颗粒流（Grainflow）：由于沉积物颗粒之间的相互碰撞作用而支撑颗粒呈悬浮状态，在重力作用下流动。重力流的支撑类型（MiddletonandHampton,1976)重力流的形成与演化示意图（Walker,1978)重力流成因之一：滑塌成因模式加尔维斯敦[美国得克萨斯州东南部港市]南150km，水深1430m，通过地震属性与评价井圈定的深水重力流砂体。Sullivan,M.D.,ForemanJ.L.,ennetteD.C.等,2004。南非TanquaKaroo盆地下二叠统露头南非TanquaKaroo盆地下二叠统露头水下曲流水道的沉积模型与地震振幅切片DirkSeifert,RolandH.Kirschner,2003碎屑流（Debrisflow）:基质支撑沉积物颗粒，使砂、砾级悬浮于其中而在重力作用下进行搬运。.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。直径（mm）平均速度（cm/s）侵蚀区沉积区搬运区沉积物颗粒侵蚀、搬运与沉积间的关系（Hjulström,1939)生物作用范围很广，这里只讨论其结果保存在沉积岩中的生物作用。由生物作用所引起的化学作用，如沉淀等在这里不讨论。大化石（生物骨骼）由于是传统地层学的重要内容，由于时间关系，仅作简要介绍。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。§1.2生物作用BiologicalProcesses2.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；水：双壳类、蓝绿藻、介形虫等。§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。4、重矿物（HeavyMinerals)稳定类型：石榴子石、电气石和锆石5、沉积地球化学常量元素、微量元素与同位素现代海水与淡水淤泥中微量元素含量（ppm）对比表（Potteret.al.）Potter,ShimpandWitter,1962Potter,ShimpandWitter,1962样品元素海水淡水差别（%）海水淡水差别（%）B134.268.097.41055878.6Cr7455.932.471.972.3-0.6Ga13.810.33412.913.3-3Ni39.425.15740.333.520.3V118.986.637.372.4107.2-32.5原理：砂岩沉积构造、沉积序列、粒度、矿物组成等宏观特征明显，易于分析观察，是传统沉积微相分析的主要内容。砂质沉积物平面变化大，与物源有关，仅揭示物源区的沉积特征；泥质沉积物分布稳定，包含丰富沉积学信息，能够全面反映沉积背景的物理化学条件，但由于受分析技术限制，这些信息没有被充分利用。由于离子探针技术（ICP-MS）应用，大大提高了细粒沉积物微量元素分析精度,有利于充分揭示泥质沉积物所蕴藏的丰富信息。传统沉积微相研究方法高精度标准化石带建立高精度标准化石带建立断桥1井常量元素纵向变化断桥1井常量元素纵向变化200022502500275030003250350037506.007.008.009.0010.00Al(%)200022502500275030003250350037501.502.503.504.505.50Fe(%)20002250250027503000325035003750DEPTH(m)20.0022.0024.0026.0028.0030.0032.0034.00Si(%)花港组上段花港组下段H6H4+5H3H2H1H7H8H9+10H11+12Si与Fe、Al呈反向关系Fe(%)Al(%)Si(%)氧化还原指标（W.G.Powelletal，2003）有机碳含量与碎屑物输入指标间的相关性SusanM.Rimmer，2004有机碳含量与氧化还原指标间的相关性SusanM.Rimmer，20043概念和原理SectionThreeConceptsandPrinciples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。波状层理砂岩相：岩性组成与构造浊积岩相：沉积成因河流相：沉积环境磨拉石相：构造成因研究尺度不同：相组合、亚相、微相沉积环境（SedimentaryEnvironments）：沉积物堆积的自然地理空间。欧美：沉积相与沉积环境混用；前苏联：沉积相与沉积环境严格分开。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。内部反射结构结构形态地质解释平行面状亚平行发散波状盆内、阶地上均匀沉降沉积斜坡上沉积速率渐变S型S-斜交复合型切线型斜交型叠瓦进积快速沉降、海平面上升、沉积供给低缓慢沉降、海平面稳定、高沉积供给沉积供给高低交替向稳定浅水进积丘状杂乱空白小型沉积体相互叠置在一起同生变形、断裂带、河道复合体火山岩体、岩盐、均匀砂岩、泥岩上超充填杂乱充填前积充填丘状上超充填发散充填复合充填典型充填样式的地震响应席状席状丘状扇状盆地充填河道充填槽状充填充填类型斜坡充填席状披盖楔状滩状凸镜状典型地震反射外形地震反射终止类型上超削截下超顶超上覆不整合内部收敛上超退覆下伏不整合A:杂乱，强反射，发育断裂（斜坡滑塌）Bh：杂乱、波状，不连续强反射，底见侵蚀（水道）Bl：杂乱、波状，不连续弱反射，底见侵蚀Cbh：底超，中-强连续反射Cbl：发散，弱反射Cth：发散，变振幅（海底扇、密度流）Ctl：弱，中振幅（越岸沉积）D：连续高波阻抗E：连续低波阻抗（深海沉