运用沉积学方法进行定量岩相古地理重建.docx

运用沉积学方法进行定量岩相古地理重建 1 前言 岩相古地理研究是重建地质历史中海陆分布、构造背景、盆地配置和沉积演化的重要 途径和手段，重塑盆地在全球古地理中的具体位置、恢复沉积作用与成矿过程的关系，对 于资源远景预测评价和勘探开发实践具有十分重要的意义。 古地理学的理论发展和相关的技术进步为推动油气资源勘探开发起到了不可替代的作 用，含油气盆地的油气勘探表明，岩相古地理控制了油气成藏的基本要素组合和油气资源 的分布，地层和岩性圈闭的发育和分布受控于古地理条件的改变。 本文主要介绍运用沉积学的理论和方法进行定量岩相古地理的重建，并在此基础上结 合鄂尔多斯地区的实例进一步阐述岩相古地理恢复的步骤和过程。 2 岩相古地理重建所需的因素 运用沉积学理论和统计分析法定量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。 2.1 沉积物来源分析 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。 2.1.1 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 排列规律可恢复搬运介质类型和水流方向。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。 砂岩中碎屑组分及其含量变化的研究具有重要意义。砂岩中含量其中最多的是石英， 次为长石，统计和分析长石和石英的含量变化，对恢复物源方向有一定作用。综合应用砂 岩中的各种组分，编制砂岩类型分区图，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。 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，是一个重要途径。对于长石来说，在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，在解决粒度细、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 题上有其独到的优势。 2.1.2 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，追溯物源及其母岩已被广泛应用。特别是电气石 和锆石在各时代砂岩中均有分布，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。 利用碎屑重矿物中的稳定组分与不稳定组分的含量比值（稳定系数）变化规律查明物 源、明确古地理条件，比用单一矿物含量变化的效果更好些。稳定系数从盆地边缘至盆内 由小变大。风化不彻底的快速堆积区，稳定系数较小；反之，则比较大。一般海相沉积比 陆相沉积古地理系数大。 2.1.3 物源的综合分析及物源综合图的编制 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。最 终选择样品多、分布广、能说明问题、有代表性的几种主要资料叠加后编制出物源综合图。 2.2 水动力条件分析 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。 2.2.1 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 指示古水流方向，而且说明它是浊流冲刷侵蚀作用形成的。 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。 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。 2.2.2 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。 2.2.3 根据孢粉资料 孢粉含量变化可作为搬运距离的标志。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。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。 2.2.4 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。 2.2.5 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。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。 2.3 水体深度和古地形分析 2.3.1 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，粘土质主要为较深和深水区沉积；由浅水 至深水，砂砾沉积减少，粘土质沉积递增。另外一些自生矿物都主要是较浅水的沉积矿物，如海绿石、结核状磷矿、鲕状赤铁矿、铝土矿等。 2.3.2 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。 2.3.3 根据古生物标志 缺少遗体化石的砂泥岩为主地层，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。 2.3.4 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。当然这种分析方法主要适用于沉降与补偿 较为适应的沉积盆地。 2.3.5 根据地层的接触关系 古地形低凹处，多为深