地层学原理和方法.docx

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地层学原理和方法

中国石油大学（华东）

地层学原理与方法

学生姓名：

杨智峰

学号：

S0*******

专业班级：

地质学09-3班

指导教师：

吴智平教授

2010年7月1日

1解释多重地层划分的基本概念和原理，常用地层单位系统建立的原则和单位组成，以及各类地层单位系统之间的关系。

1.1地层划分的概念和原理

概念：

是根据地层岩性特征，古生物化石，地层间的不整合和岩石同位素年龄把一套地层划分为各级别地层单位的工作。

原理：

岩石具有许多不同的特性，如岩性、所含化石、地磁极性、电性、地震反应以及化学成分等。

依据这些特征，就有可能划分岩石。

1.2地层单位系统的建立的原则和地层单位的组成

地层的单位系统主要有三类：

岩石地层层单位系统，生物地层单位系统，年代地层单位系统。

1.2.1岩石地层单位系统

根据岩石学方法和构造学方法划分的，地层单位，成为岩石地层单位。

岩石地层单位包括四个级别的地层单位，他们分别是群、组、段、层。

其中“组”是最基本也是最常用的岩石地层单位。

1.2.2生物地层单位以及各地层单位系统之间的联系

生物地层单位是根据古生物化石划分的地层单位，其界线有时与岩石地层单位一致，有时不一致。

生物地层单位划分包括：

组合带，延限带和顶峰带，不含生物化石的层叫做哑带或间带。

1.2.3年代地层单位和地质年代单位

根据生物演化阶段和同位素年龄值划分的地层单位，叫做年代地层单位。

年代地层单位对应的时间阶段叫做地质年代单位。

根据生物的演化阶段可以划分为六个级别的年代地质单位和六个对应的地质年代单位。

年代地质单位分别为宇，界，系，统，阶，时带。

地质年代单位分别为宙，代，纪，世，期，时。

1.3各类地层单位系统之间的关系

穿时性：

在现代地层学中是指连续的海侵和海退过程中，一个岩石的地层体与地质时间界面的斜交的现象。

图1岩石穿时性示意图

2试论述沉积作用对地层形成、分布之间的关系。

地层学三大定律、化石层序律和瓦尔特相律或相对比定律的提出和建立既是理性地层学形成的标志，也是现代地层学理论和实践的基石。

2.1垂向加积和地层的形成

垂向加积是指沉积物在重力场的作用下从沉积介质中自上而下的降落和堆积。

垂向加积形成的地层通常有三个方面的特征：

原始沉积地层水平或近于水平、侧向连续和上老下新。

2.2侧向加积与地层形成

侧向加积作用是指沉积物在搬运介质中沿搬运方向的位移和堆积。

侧向加积形成的地层具有如下特征：

原始沉积的地层序列在不同的时间和空间尺度上并非总是水平和上新下老；岩性界面和时间界面不一致或斜交，因此岩石地层单位穿时“普遍性”原理的沉积基础是侧向加积作用；由侧向加积形成的地层，其特征和时间属性在地层的不同延伸方向上表现出明显的差异，即在平行加积方向上，具有相同特征的地层和地层界面表现出最大的穿时性，在垂向加积方向上，具有相同特征的地层和地层界面表现出最小穿时性。

2.3生物沉积和地层的形成

生物沉积作用是指生物的原地生长、粘结、捕获和障积作用。

生物沉积可以分为生物的建隆作用和生物的成层作用。

2.4热侵位加积与地层的形成

热侵位加积是指由岩浆的侵位到冷却，使洋壳增生，形成以扩张中心为对称面的熔岩地层的沉积作用。

从扩张中心到两侧，熔岩地层由新到老对称分布。

2.5海进海退与地层的形成

海水进退的过程和结果，地质历史时期的海水进退可以划分为渐进式海进、海退和阶跃海进、海退。

渐进式海进、海退是指随着时间的推移海水深度和海水覆盖的面积逐渐的增加或减少，海岸线逐渐向陆或海洋方向迁移，形成地层连续、相序也连续的海相沉积序列；阶跃式海进，海退是指随着时间的推移海水深度和海水的覆盖面积呈跳跃式的增加或减少，海岸线跳跃式的向陆地或海洋方向推进，形成地层连续相序不连续的海相沉积序列。

3针对地层学某一分支学科，就其基本原理、理论基础、研究方法等方面进行详细的论述。

层序地层学是在20世纪70年代地震地层学基础上发展起来的新的地球科学分支学科。

以研究全球海平面变化的思想为基础，根据露头、钻井、测井和地震记录，结合沉积学解释，对地层层序格架进行综合解释。

3.1层序地层学

是研究等时年代地层地层格架内岩石关系的学科。

在这个框架中层序具有旋回行，并由成因上有联系的地层单元组成。

层序为一以不整合及其与之对应的整合界面为顶底界的、在成因上有联系的、相对整合的地层序列，它由一系列的体系域所组成。

3.2层序地层学的理论基础

层序地层学属于成因地层学的范畴，层序地层学强调海平面的升降变化具有全球性，并且以海平面升降变化产生的不整合面和年代关系为基础建立沉积层序，从而揭示全球海平面周期性变化的规律。

一个层序在三维空间和时间中的变化受4个因素的控制，即构造沉降、海平面升降、沉积物供给和气候的影响。

构造沉降控制可供沉积物沉积的容纳空间；全球海平面升降控制地层和岩相分布的形式；沉积物供给则控制沉积物充填过程和盆地古水深的变化；气候控制沉积物的类型和沉积物的供给量。

图2四个基本变量控制层序地层的构型

构造沉降、海平面升降、沉积物供给三项因素共同控制着盆地几何形态，三者相互影响最终导致该地区海平面相对于陆架边缘的相对升降变化。

构造沉降和海平面升降控制了沉积物可容空间的变化。

3.3研究内容和方法

层序地层学的理论最初起源于被动大路边缘和克拉通盆地的研究，尤其是碎屑岩陆架沉积的研究，之后海相碳酸盐层序地层学、陆相湖盆层序地层学，研究的内容以海相碳酸盐层序地层学为例。

（1）层序界面和层序类型

层序界面是以不整合面以及与之侧向对应的整合面为标志。

不整合面是由海平面下降造成的剥蚀面，是具有明显的时间间断面，它形成于海平面下降速度最大和相对海平面最低时。

依据海平面与陆架边缘的相对位置关系可以将不整合面划分为两类。

Ⅰ型不整合面是指相对海平面低于陆架边缘时形成的不整合面。

Ⅱ型不整合面

图3型层序界面

是指相对海平面高于陆架边缘时形成的不整合面。

其特点是在陆架上部出露不整合，在陆架外侧过渡为整合面。

图4型层序界面

层序类型依据层序底部的不整合面类型来划定。

底部界面为Ⅰ型不整合，便形成Ⅰ型层序类型，自下而上由三个体系域构成，即LST、TST和HST；若底部边界为2型层序类型，自下而上由SMST、TST和HST构成。

（2）沉积体系域和层序的构成

沉积体系域是指海水进退的一定时期内所形成的同期沉积体系的组合，它是层序的组成部分。

体系域模式主要是指不同体系域各自的沉积背景条件及沉积作用和沉积类型。

从层序地层的两种可以看出：

Ⅰ型层序下部为低水位体系域；Ⅱ型层序下部为陆架边缘体系域，两类层序的中部为海侵体系域，上部为高水位体系域。

低水位体系域：

是指海平面处于相对低水位期所形成的同期沉积体系组合。

低水位期海平面下降的幅度比较大，且下降到低于陆架边缘的位置。

盆底扇、斜坡扇和低水位进积楔状体。

海侵体系域：

低水位之后，海平面开始迅速上升及盆地沉降，使海岸线的位置向陆推移。

海侵体系域的沉积发育在经海侵侵蚀和改造了的先前的古老陆架表面，新的沉积物推移至海侵岸线附近，形成一系列阶梯状后退的退积型副层序。

高水位体系域：

海平面相对上升到最高，速度减缓，并开始保持相对静止或海退状态，这时陆源提供的沉积物开始越过陆架进积，形成高水位体系域。

陆架边缘体系域：

海平面下降速度小于陆架边缘沉降的情况下，岸线只向外陆迁移，这是便形成与2型层序边界相联系的低水位期陆架边缘体系。

4从断裂带内部结构特征的角度分析断裂与油气的运聚关系

断裂是岩层在应力作用下发生破裂并沿破裂面产生明显相对移动的一种构造变形现象，其不是一个简单的面，而是一个三维地质体，具有复杂的内部结构。

依据断裂带内部的变形程度，可划分为滑动破碎带和诱导裂缝带两类结构单元。

滑动破碎带位于断裂带的中心部位，诱导裂缝带主要分布于断裂两侧有限区域或断层末端应力释放区。

图5裂带内部结构图

对于正断层而言断裂带通常是由于位于断裂带中心的低渗透性滑动破碎带和位于两侧的高渗透性上、下盘裂缝带3个结构单元组成，不是一个简单的面。

4.1断层活动性对断裂带内部结构的影响

压性、压扭性断裂：

滑动破碎带中的断层岩具有致密、颗粒排列紧密，缝洞不发育、孔渗性差的特点。

断裂带活动的强度不仅影响断裂带发育的规模，而且控制了断裂带内部结构单元的组成，活动轻度弱时断裂带仅有诱导裂缝带构成，随着强度的进一步增大，断裂带的内部结构可以进一步的划分成上盘诱导裂缝带，滑动破碎带和下盘诱导裂缝带不同的内部结构单元。

图6裂带内部结构演化模式图

4.2岩性特征对断裂带内部结构的影响

岩石按照力学特征可以分为脆性、塑性和脆塑性，三种类型，不同岩石的力学性质将导致岩石断裂模式和断裂带内部结构的差异。

脆性地层断裂带内部可以划分为3元结构，塑性地层的诱导裂缝带不太发育。

4.3断裂两盘诱导裂缝带的差异性

断裂发育过程中有主动盘和被动盘之分，相对运动剧烈的称之为主动盘；相对静止的称之为被动盘。

野外地质现象表明，在两盘岩性特征基本一致的情况下，正断层上盘中的诱导裂缝带更发育，而下盘相对较弱。

4．4同沉积断裂带内部结构

在浅部，由于断距小，且沉积物往往没有固结成岩，因而断裂带表现为

图7长断层断裂带内部结构图

地层的塑性变形，裂缝不发育；随着断面的深度的增加，断层的滑距增大、成岩作用增强、断裂带内部结构有潜至深，表现为“裂缝带-裂缝带与主裂缝带的组合-上、下诱导裂缝带与华东破碎带的组合”渐变过程，自浅到深，滑动破碎带和其内部的断层泥越来越发育。

4.5断裂对油气的疏导和封堵

断裂带内部结构特征决定了其对油气具有疏导和封堵的双重性：

诱导裂缝带裂缝发育、封闭性差，可以作为油气运移的通道；滑动破碎带封闭性较强，具有较强的分隔性，能阻止流体的穿过。

（1）断裂对油气疏导与封堵性时间差异

断裂发育的初期，断裂带内部结构表现为微裂隙，断裂带对油气具有局部的疏导性；随着断层的扩展，形成主破裂面和两侧的诱导裂缝带，断裂带的渗透率增高，对油气具有垂向疏导作用；断裂进一步演化，滑动破碎带发育，该时期断裂带具有对油气垂向疏导和侧向封堵的双重性；随着断裂活动强度的减弱和消亡，断裂对油气主要起封堵作用。

（2）断裂对于油气疏导和封堵的空间差异

在断裂带的深部，诱导裂缝带是油气垂向运移的主要途径，滑动破碎带及断层泥的发育增强了对断层两盘的侧向封堵，在断裂带的中浅部，诱导裂缝带及主断裂缝的发育使其具有较强的垂向疏导性，由于滑动破碎带不发育，导致断层两盘的侧向连通性较好。

5如何恢复地层剥蚀量？

针对目前人们常用的地层剥蚀量计算方法进行评述。

地层剥蚀是多期沉积盆地中普遍存在的现象，它对沉积盆地中油气的生成、运移和聚集等产生重要的影响。

恢复地层剥蚀厚度是进行地质构造演化史研究的一项很重要的内容，也是进行油气资源定量评价的重要基础工作。

5．1测井曲线法

基本原理是，正常压实下碎屑岩孔隙度随深度的变化是连续的。

如果我们利用场波测井、密度测井资料或综合解释出的孔隙度曲线观察其变化趋势即可做出有无剥蚀的判断。

目前，人们最常用的是声波时差测井曲线（Magara，1976），一般用于测井曲线质量较高、剥蚀量较大且埋藏较浅时（避免后期沉积对前期的地层的改造）。

在正常压实情况下，页岩压实与上覆的负荷或埋深有关，孔隙度是页岩压实程度的度量，而声波测井资料直接反映了页岩压实程度的大小。

因此，根据正常的压实趋势，应用声波测井资料推算沉积层的压实程度，就可以估算被剥蚀地层的厚度。

它的应用依赖于正确确定地下沉积层的孔隙度一深度和声波传播时间一深度关系。

该方法的缺点是，当剥蚀面再度下沉至大于剥蚀厚度的深度以下时，因压实趋势改变，则无法计算出剥蚀量的大小。

5.2镜质体反射率（Ro）法

基本原理是：

正常情况下，R随深度的变化是连续的、渐变的，但有时却发生突变。

出现这种异常情况的原因有多种，地层缺失即是原因之一。

所以，要应用这种方法必须排除断层、岩浆作用等造成Ro突变、重复或缺失。

在确定了Ro突变是地层剥蚀造成以后，即可根据剥蚀面上、下R值的差计算被剥蚀的厚度，计算时可采用作图法或解联立方程的办法。

在应用此方法时，还须有足够的R实测数据，这往往是难以达到的，所以，此法只能应用在研究程度很高的地区，这也就限制了它的广泛应用。

5.3磷灰石裂变径迹分析法

磷灰石裂变径迹分析法是近十几年发展起来的恢复沉积盆地热史的一种新方法。

该方法主要建立在磷灰石所含的U”自发裂变产生的径迹，在地质历史时间内受温度作用而发生退火行为这一化学动力学原理基础之上。

在实际应用中，重点是对模型的选择，国内外最常用的模型是澳大利亚的扇形模型。

5.4流体包裹体法

流体包裹体记载了它们所经历的整个受热地质历史中不同时期沉积物

图8裹体形成温度和埋藏深度图

所处的温度、压力等热力学条件的信息。

因此，在连续沉积过程中，捕获的包裹体温度（或压力）与埋藏深度一般呈良好的线性关系，然而在侵蚀不整合面上下两边的地层中，曲线表现为明显的温度跃变现象利用此法进行地层剥蚀厚度计算时；需要地表温度这个参数。

5.5宇宙成因核素分析法

宇宙成因核素是指来自外层宇宙空间的高能量宇宙射线粒子（包括原生粒子和次生粒子）通过轰击地表及其附近岩石中的矿物的原子核，使其发生核反应而产生的放射性核素。

当宇宙射线穿过地表进入岩石内部时，能量由于核反应和电离损耗而递减，导致核素产生率随深度增加呈指数衰减。

通过相应的方程式求得现今岩石露头表面在由原来地表之下以处暴露到地表的过程中的平均剥蚀速率。

求得剥蚀速率E值后，与剥蚀时间相乘，就可以计算出地层的剥蚀量。

5.6沉积速率分析法

简单地说，该方法需要两个参数，一是沉积剥蚀时限，二是沉积速率，然后将这两个参数相乘就可以得到剥蚀量。

然而，在获得沉积剥蚀时限这个参数时，还需要知道在这个时限内哪一层段的沉积被剥蚀了。

在计算时，须做出关于剥蚀速率的判别，即剥蚀速率是等干不整合以下岩层的沉积速率，还是等于不整合以上岩层的沉积速率。

因此，合理、准确地求得剥蚀速率就是此法剥蚀量恢复结果准确的关键。

5.7沉积波动过程分析法

沉积波动过程分析法，建立在地壳波状运动理论基础之上。

波动过程是指地应力、质点运动、质点状态在地质空间中有规律地转移、扩散的过程。

由于地质体是极不均一的，因此，我们常常接触到的为非线性波动过程。

此法的难点是建立起合适的波动方程，即在详细整理地质资料的基础上，将地层剖面转化成沉积速率剖面，并通过使用频谱分析和周期波叠加理论分解出一系列的周期波，确定出它们的周期、振幅及零相位，并建立它们的波动方程F（t）。

图9积剥蚀过程平衡分析图

5.8构造横剖面发

使用该方法的条件是上下地层为角度不整合，根据地质剖面上地层的形态特征的分析，恢复剥蚀地层的形态并一步推测出地层的剥蚀量。