沉积学和盆地分析.docx

1、沉积学和盆地分析沉积学与盆地分析的新理论与方法沉积学是地质科学的基础学科之一，是研究沉积物的物质成分、结构构造、分类及其形成作用，以及沉积环境和分布规律的一门科学。研究对象是沉积物和沉积作用，包括研究未曾石化和已经石化的天然沉积物及自然环境中沉积作用的过程和机理。沉积学作为地质科学的一个分支，它与流体力学和地层古生物学密切相关，与物理学、化学、海洋学、气象学、水文学、土壤学、建筑学也有重要联系。沉积学作为地质学中的一门分支学科在过去三十年，特别是近十几年来已取得了长足的进展，并且在科研和生产中发挥着越来越大的作用。这是因为沉积学研究不仅涉及像地球岩石圈演化这样的基本理论问题，而且也关系到如石油

2、、天然气、煤等能源和铁、锰铝铅锌铜等矿产资源的开发和利用，海港建设、河道疏浚、谁看防淤及环境保护等一系列实际问题的解决。1沉积环境及其演化1.1碳酸盐和陆源碎屑混合沉积体系近年来，混合沉积机制研究的突破主要体现在以下两个方面：(1)海平面变化对混合沉积体系的影响及其环境效应。在潮坪、潮缘和浅海滨岸带，海平面变化对混合沉积环境影响最大，可以形成广泛的混合沉积；在平坦的碳酸盐台地，海平面上升可使沉积速率增大，造成混合沉积发育，而海平面下降则导致台地浅水区缩小和台地顶部暴露，减少了混合沉积体系的机率出现；在碳酸盐缓坡，无论海平面上升还是下降，缓坡中均可见到数量不等的混合沉积。(2)构造升降通过控制盆

3、地类型、物源区、沉积区的分布形态以及物源供给量来控制混合沉积，对活动大陆边缘混合沉积体系的影响尤其明显。此外，风暴流、浊流及等深流等突发事件作用，通过对原有沉积物的改造和实现跨环境搬运、再沉积而形成浅海-盆地相混合沉积；气候通过冰期-间冰期的变化影响海平面的变化和物源的供给控制混合沉积体系。1.2事件沉积学事件沉积学是从“灾变论”复活、发展而形成的边缘学科。风暴、不整合、季纹泥沉积、洪泛面以及大洋缺氧等事件是一系列区域性甚至洲际性事件，而磁极倒转、气候突变、构造巨变、星球撞击(陨击)、凝灰/火山灰沉降、海平面上升、冰川作用、生物绝灭等事件具全球性。事件沉积学的产生和发展不但给地球演化、生命的起

4、源研究带来巨大冲击和突破，而且对预测全球的环境变迁和气候变化等具有重要借鉴意义。1.3旋回沉积学米兰柯维奇的轨道旋回沉积理论研究表明，宇宙边界条件长期旋回变化(如地-月体系及其轨道参数：偏心率、轴斜率、岁差)与地球边界条件(如大陆分布、洋流循环、海平面、冰室-温室期更替及主要构造和气候事件等)共同经大洋和大气圈反馈体系的调节而影响并制约了海洋沉积作用。因此，米兰柯维奇旋回韵律在不同的沉积环境都打上其烙印，并具特定的沉积标识：13C、18O、伽马值、特征元素丰度、酸不溶物、有机碳、膏盐类矿物、古生物组合与丰度、层理对、岩石类型及物理性质等。与米兰柯维奇旋回息息相关的海平面变化研究的新进展主要表现

5、在：海平面变化与层序地层、古气候、天外撞击事件、稳定同位素及微量元素效应等密切相关；构造沉降、全球海平面变化及物源供给三者系统的耦合关系；海平面升降幅度的定量测定及全球海平面曲线模拟更加精确；基本弄清了与米兰柯维奇有关的高频海平面变化机制。1.4生物礁研究的新进展生物礁具有独特的古环境和古地理意义。生物礁随时间的延伸其结构更加复杂，而对环境的适应性降低，如大西洋一些生物礁在遭受更新世的灭绝事件之后，其残存的稳定部分被现代的鹿角珊瑚属生物礁所替代。Leinfelder等研究发现巴西现代残存生物礁是一个例外，巴西现代珊瑚生物礁是从第三纪珊瑚生物礁残存部分演化而来，但它没有被鹿角珊瑚属生物礁替代，这

6、是因为受浑浊的亚马逊河的影响。上述的研究证据为第三纪地球上生物礁的形成与演化研究拓宽了新的视角。2沉积盆地分析与大地构造沉积学沉积盆地分析是当代地质学研究的热点和前缘学科，它正向动力学和定量动态模拟研究方向发展。大地构造沉积学作为沉积盆地分析的一个重要方面，以大陆动力学和沉积学的基本理论为基础，探讨各种大地构造背景中沉积盆地的形成、发展和演化，从而恢复古动力学条件和古构造环境，探讨大陆动力学过程和岩石圈演化的时空细节，特别对Rodinia超大陆研究是这方面的前沿。近年来积累了大量利用化学成分和矿物组分的参数来分析物源、搬运作用、沉积作用、古气候和古构造运动等的方法及经验。3层序地层学层序地层学

7、是从20世纪80年代以来在地震地层学基础上发展起来的一门新兴边缘学科。层序地层学及精确定年技术(高分辨古生物学和同位素定年技术)不仅提出了建立等时地层格架、确定盆地中沉积体系三维配置的理论与方法，而且大大推动了沉积充填动力学的研究。层序地层学、事件地层学和构造-地层学等相关分支学科的密切结合，将使得盆地充填的动力学过程研究产生飞跃，并将有效地用于能源和矿产资源勘探。层序地层学的重要突破在于建立了盆地、区域乃至全球的等时地层格架，并将沉积相和沉积体系的研究放在统一的等时地层格架中进行，因而能有效地揭示沉积体系的三维配置关系。层序地层学自八十年代兴起以来得到了迅猛发展，通过在全球范围内的层序地层对

8、比，层序沉积模式、矿产资源评价以及油气勘探等方面取得显著进展，同时，其自身理论学科也得到了进一步完善和发展，形成了生物层序地层学、高分辨率层序地层学、高频层序地层学、层序充填动力学以及应用层序地层学等一些新的发展方向。4储层沉积学储层沉积学脱胎于储层地质学，是沉积学与储层物理学、储层地球化学等相互交叉综合产物，它是以沉积学理论为基础，对储层古地理、沉积相、成岩作用、孔隙演化及其与储层发育、演化及分布之间的关系进行研究，进而为有利储层的勘探和预测提供科学依据的边缘分支学科。长期以来，储层储集性的不均一性和分段性一直构成储层研究和勘探的最大障碍。目前，在能源研究由勘探转向提高油气回采率的新形势下，

9、储层沉积学，引起极大关注并开始迅速发展，其研究的重点对象就是储层不均一性和分段性及其控制因素，并主要着重于下列诸方面的研究：成岩作用及其模拟在储层沉积学研究中的应用成岩储层沉积学的发展，包括三方面：储层定量化模拟一一储层孔隙度和渗透率及其变化的模拟；储层流体动力学研究流体运移及物质平衡模拟；化学热力学研究化学反应及物理平衡模拟；古岩溶学在储层沉积学中的应用岩溶储层沉积学的发展；有机地球化学在储层沉积学中的应用有机成因储层沉积学的发展；矿物包裹体学在储层沉积学中的应用储层包裹体沉积学的发展；裂缝性储层沉积学的发展；综合成因储层沉积学的发展；储层描述。5全球变化沉积学与环境沉积学面对生态、环境、灾

10、害、全球变化等重大问题，结合环境科学、沉积学的理论和技术，环境沉积学应运而生。全球变化沉积学与环境沉积学已经成为地球科学研究的前沿，它以现代沉积学理论为基础，结合气候学、第四纪地质学、环境沉积学、灾害沉积学、资源沉积学、生态学、生物学、水文地质学以及物理化学等自然及工程学科，运用各种沉积记录、孢粉、硅藻、浮游生物、珊瑚、树轮、古土壤、粘土矿物、自生矿物、古地磁、地球化学、人类活动等信息，采用多指标定量恢复物源、古植被、古生态、水面波动变化、古盐度、古温度及环境演变等。全球变化沉积学与环境沉积学研究主要集中在现代湖泊沉积与气候变化、黄土-土壤沉积与气候变化、生物礁与古气候变化、沙漠沉积与古气候变

11、化等几个方面。环境沉积学是环境科学与沉积学相互渗透而发展起来的一门新兴学科，以沉积学原理为基础，结合沉积学和环境科学的研究技术，研究各种沉积循环、环境变化过程中的环境问题和环境科学中的沉积问题，以预防和减轻自然灾害、协助解决和控制环境污染，科学有效地实现生态环境保护和缓解，控制全球环境恶化，实现人与自然协调和可持续发展。目前主要有原生环境沉积学、污染物环境沉积学、生态环境沉积学和全球变化环境沉积学等4个研究方向。其内容包括水资源问题、地质灾害研究、城市工程研究和矿业开发环境问题等。6资源沉积学面对全球资源的恶性损耗和社会对自然资源需求的与日俱增，资源和发展问题成为全球研究热点。按研究内容、范围

12、及重点，资源沉积学进一步分为传统资源沉积学和现代资源沉积学。传统资源沉积学是指对各种地质矿产、能源矿产及地下水资源等的矿源层(或烃源岩)、含矿岩系和含水层等进行沉积学研究，并了解成矿地质背景、成矿条件、成矿过程及其与古地理、沉积相和成岩作用之间的关系，进而对矿产的时空分布规律进行预测的一个沉积学分支。现代资源沉积学的研究重点主要包括资源与环境生态之间的关系，研究内容涉及资源、环境、生态、社会以及它们之间的相互关系。可见，现代资源沉积学比传统资源沉积学更为社会化、环境化和实用化，并更具使命性和现实性。资源沉积学作为资源科学与沉积学的交叉渗透学科，已发展到现代资源沉积学，其重点是研究资源与环境、生

13、态、社会及其相互间的关系，目的是为资源经济、资源管理及区域资源勘探开发提供背景资料和科学依据。7高新技术应用古地磁、地面雷达、高精度遥感技术、地球化学、深部地震反射剖面、层析成像、大地电磁测深、热流和应力测量、X衍射、离子和激光探针、加速质谱仪、科学深钻、计算机和通讯技术等对现代沉积学研究与应用提供了保证。地球化学作为定量化的地学在当代沉积学研究中日益重要。运用地球化学定量刻画海平面变化、沉积环境的演化、成岩演化、全球地层对比、物源分析、定年、水体盐度、灾变事件以及生物灭绝事件等。空间遥感技术具有快速、多波段、周期性、大面积覆盖等观测能力，是新一轮地质调查、资源、环境变化动态监测、全球变化研究

14、，甚至包括地球与星际空间的相互作用等方面研究中不可替代的重要手段。8沉积学展望当前沉积学研究的4个发展方向为大地构造沉积地质学、资源/能源沉积地质学、环境沉积地质学和区域地质调查沉积地质学。当代沉积学研究应向多学科交叉渗透、多种高新技术的引用和多领域应用的方向发展。今后的沉积学仍将沿此方向发展，重点应考虑大陆动力沉积学，特别是造山带的大地构造背景下古地理、沉积相、沉积过程、地层格架、层序与充填系列、流体作用与盆山系统形成演化的耦合关系。沉积学未来的发展总体表现出由宏观向微观、由定性向定量、由理论向应用、由静态向动态、由单学科向多学科、由手工向智能、由地区向全球发展的总体趋势。由于学科交叉渗透形

15、成了新的学科分支及研究热点，能在更深层次上进行起点高、难度大、科学意义明显的研究；已成为与当代人类活动的3大基本问题人口、资源、环境密切相关的研究问题。未来沉积学的发展，必须以与人类的生存、发展所依托的环境、气候、资源服务为发展方向，才会有更加旺盛的生命力和美好的未来，才会对21世纪人类生活质量的提高做出贡献。盆地分析就是利用多种方法和手段对盆地进行整体解剖，找出各要素间的内在联系规律，建立盆地三维空间随时间演化的模式进行定量动力学模拟，对各类能源资源井斜预测和勘探。盆地分析涉及整个地质学以及有关学科领域，是一项跨学科的系统工程。盆地分析是地质学界，尤其是石油地质学界最 “热门”的研究课题之一

16、 。近年来，沉积盆地分析研究发展迅速，取得了许多新进展。下面简单地介绍一下进展最快并在继续发展的几个主要方面。1地层和沉积环境分析在盆地研究中，由于地震勘探技术的进步和层序地层学方法的出现，使得我们能快速地识别不整合间断面及其相应的整合面，并追踪层序界面，划分各级层序地层单元，并建立等时地层格架。在此基础上可以进一步研究沉积体系域及沉积体系的类型和分布，并重建各个时期盆地的古地理环境和沉积体系的分布。2盐构造分析近年来，随着盆地勘探开发的不断进展，在一些盆地发现了一批与盐构造密切相关的油气田(藏)，对此我国学者开展了较多的研究工作，对盐构造的研究及方法理论的探讨也有了新进展。提出了盐构造剖面的

17、分层合并复原方法等一些新的研究构造分析的方法，通过研究盐构造与油气聚集的关系以及对已有的各个含盐盆地盐构造的对比研究，可以对含盐油气盆地盐构造特征及其与油气聚集的关系产生更为全面的认识。从而使盆地分析更加深入。3能量场与流体系统分析能量场与流体系统分析主要从地温场，流体压力场与异常压力体，古构造应力场，流体疏导系统，盆地流体流动样式的系统这些方面作分析。在揭示盆地的结构特征基础上，进一步研究流体系统对油气成藏、成矿和水资源是至关重要的。4背景分析背景分析内包含了盆地形成演化与板块构造的关系，盆地演化与地幔对流系统的关系，莫霍面与软流层界面起伏关系，成藏成矿系统及相关过程的背景分析。盆地深部背景

18、是最终认识盆地成因和演化的关键，软流层的流动起到决定性作用。现今盆地分析很少局限于基础研究，大多与油、气、煤、核原料等能源资源的预测和勘探紧密结合进行的。通过这些资料可以进行盆地演化过程的定量动力学模拟，其中包括盆地的沉降史，盆地的热历史，压力系统的演化，烃类的生成和排出，流体成分变化和运移，构造变形史，成岩过程及孔隙演化史。根据所得出的成果可应用于烃类成藏及金属、非金属矿床成矿，地下水资源，地球科学基础等研究。5盆地分析主要方法5.1地震层速度盆地分析中，盆地构造形态和沉积体系是研究盆地的基础工作，层速度和地层有一定的关联，层速度是岩层本身的速度，大小与岩石的岩性及物性有关。不同岩石具有不同

19、的速度，通过地震层速度与地震层位地层对比，找出地震层位与地层对应的关系，由于层速度的横向上有区域性，纵向上有递增性，根据层速度这种一般性规律确定沉积环境及构造的变化。速度的变化可以反映地层的分布信息，也就可以反映出盆地的构造形态。由于速度和岩性也密切相关，通过速度-岩性分析，将地震层速度的方法用于研究盆地内的岩性变化从而反映构造现象，为沉积相和沉积体系分析提供可靠依据。地震层速度应用的具体方法是根据速度分析的基本原理，以速度谱为基础，先进行剖面分析，得出层速度，再做平面分析，求得剩余速度。得出的层速度剖面图能反映褶皱、断裂等构造现象，对于合理地进行剖面构造解释具有重要价值。层速度的平面图能反映

20、盆地总体的构造特征，为盆地构造研究提供了可靠信息。相对剩余层速度平面图能反映盆地的岩性变化趋势，能有效进行岩性预测，为盆地沉积相和沉积体系分析提供有力依据。5.2重矿物将重矿物应用在盆地分析里可以进行物源分析，构造演化响应，地层分析与对比以及岩相古地理以及恢复古气候等方面的重建。因为重矿物是物源区的重要标志，所以可以根据其物性特征及其组合关系来判别物源，目前发展最为迅速的是单颗粒矿物测年在物源研究中的应用。重矿物的组合及其特征受到构造活动的影响，因此可以利用盆地内重矿物所反馈的信息来研究构造演化及盆地与造山带的关系。目前主要研究在两个方面，一是在确定盆地物源背景下，根据造山带脱顶原理通过沉积盆

21、地内重矿物组合带及其变化，来反演盆地周缘造山带的活动进而分析造山带与盆地的关系。二是根据盆地内构造活动期重矿物组合及其变化来研究盆地演化。通过建立重矿物地层，可以解决地层分析对比的问题，并在岩性单一，缺乏化石的情况下提供了有效途径，这方面研究还不够成熟，尚处于探索阶段。在岩相古地理重建中，重矿物分布受到地利环境的制约，由水槽实验的结果表明了不同的地理环境使得重矿物的分布规律不同。这样可依据实验结果来鉴别不同岩相，预示着重矿物在重建岩相古地理环境中的重要作用，由于气候是影响母岩风化的因素之一，可依据重矿物进行古气候恢复。随着测试技术愈加先进，研究手段和方法也愈加丰富，使得重矿物在盆地分析中的应用

22、更广更深。但重矿物分析仅仅是一种方法，地质环境是复杂多变的，需要结合多种方法进行总体评价和综合研究才能获得更准确的结论。5.3陆源碎屑地球化学陆源碎屑地球化学在盆地分析中可以揭示沉积物成分中所包含的更细微的信息，从微观的角度来分析是研究盆地演化不可缺少的手段。在盆地不同地区，沉积物源区母岩地层时代有随时间推移发生改变的现象，它们提供了大量反映盆地沉积环境、物源变迁以及构造演化方面的证据。然而，由于经历了风化、搬运以及成岩等一系列物理、化学过程，多数来自母岩区的不稳定成分遭到破坏，而较稳定的碎屑成分在沉积物中相对富集，碎屑岩的地球化学成分仍然主要受控于物源区。因此通过测定分析陆源碎屑岩的化学成分

23、可以准确判断母岩区的岩性特征，进而对盆地的沉积充填、物源变迁以及构造演化问题进行研究。这种方法的应用在西方已有不少的成功例子，在我国由于条件限制，用此方法进行了初步尝试，由于陆源碎屑地球化学可以提取沉积物成分中更细微的信息，解决传统岩石学无法解决的问题，具有独特的优势，今后将是盆地演化研究中必不可少的手段之一。5.4流体包裹体流体包裹体作为流体活动的原始样品和真实记录，逐渐应用到油气生成、运移和聚集方面，并成为含油气盆地分析的重要手段之一。当流体包裹体应用到盆地分析中时需要满足以下的条件：流体包裹体的成分能够代表其形成时主体流体成分；包裹体内的物理化学条件、性质与主矿物结晶生长时的一致；包裹体

24、与其寄主矿物之间不发生任何物质交换或者其它化学反应；流体包裹体作为一封闭体系在形成时及形成后不存在物质的流入或溢出。首先是通过显微镜观测研究沉积物的成岩作用、流体包裹体与成岩作用的关系及包裹体的成因。其次是对其进行温度测定和压力研究，最后确定成分。由于烃类有机包裹体是油气运移聚集过程中遗留下来的历史记录，结合研究区的成岩作用史及构造演化史有助于解决油气运移方面的问题。5.5裂变径迹裂变径迹测定地质年龄的方法是由60年代初期物理学家和地质学家成功研究出的，但用裂变径迹方法重塑盆地热演化史的研究是近几十年的事。裂变径迹分析与有机质成熟度指标或包裹体测温技术相比，具有独特优点，能同时提供有关受热实践

25、和温度两方面的信息。裂变径迹是高能裂变碎片穿过周围固体而形成的强烈损伤带，径迹可以用一定的化学试剂对矿物进行蚀刻面显示出来。裂变径迹在温度作用下逐渐减少，直至消失的现象为裂变径迹的退火作用，退火是裂变径迹的重要特征。通过古裂变径迹数量来测定矿物的地质年龄，通过径迹长度分布获得恢复热演化史的重要信息。裂变径迹分析是一种新方法，根据裂变径迹的退火过程和所造成的对裂变径迹年龄和径迹长度的影响可用来重建盆地的热演化史，较准确地反映盆地的热演化。5.6盆地模拟自从20世界70年代计算机实现一维沉积柱的升降模拟以来，盆地模拟方法在石油地质研究中迅速发展起来成为了一个新的研究方法，经过短短十来年得到飞速发展

26、，并成为当前盆地研究中最热门的研究课题之一。当前，盆地模拟还没有明确统一的概念，对盆地的某些性质、某个部分或全盆地进行的数值模拟都可以称为盆地模拟。实现步骤大体可以分成三个阶段：第一阶段主要结合现代沉积环境特点模拟某些沉积作用过程；第二阶段主要进行沉积层序或盆地充填序列的模拟；第三阶段为盆地分析综合模拟阶段，即全面考虑各种地质因素及其相互作用关系综合模拟盆地沉积史、热演化史及油气生成和运移过程。今后一段时间内该领域的主要研究方向将是沉积盆地演化的三维、动态、综合模拟。盆地模拟之所以在世界范围内受重视与其显著的优点分不开，它可以深入细致地研究盆地的沉积发育史，构造发育史，直观再现盆地的发展和演化

27、，从整体上定量研究盆地动力地质过程。不过盆地模拟至今仍然存在缺陷：如模型还不完善造成模拟结果与实际地质情况误差较大，不少模拟还仅仅是一维或二维模拟，难以反映盆地随时间的四维发展，参数的选择没有统一的标准，各模拟系统难以统一、相互有较大的差别等等，这仍需要广大地质学家、石油地质学家、计算机专家携手合作深入研究，以改进完善现有方法。盆地模拟技术势必将日益成熟，成为盆地分析的强有力的工具。随着计算机技术在盆地分析中的广泛应用和地质软件的迅速发展。盆地分析的研究取得了很大进展，出现了新的研究方法和理论。这些方法大部分从地层和沉积分析，以及构造分析方面入手，结合研究区内特点，逐步深入地分析盆地，为盆地模

28、拟获得了重要的研究资料。随着各类学科理论知识的不断完善，科技不断发展，学者们的共同努力，将会使盆地分析的理论更加系统化，研究手段更加成熟。参考文献：1 刘宝君，王剑，谢渊.当代沉积学研究的新进展与发展趋势来自第三十一届国际地质大会的信息J.沉积与特堤斯地质，2002，22(1):1-6.2 刘焕杰，桑树勋，郭英海.我国含煤沉积学若干问题及展望J.沉积学报，2003，21(1):129-132.3 曾允孚，覃建雄.沉积学发展现状与前瞻J.成都理工学院学报，1999，26(1):1-7.4 徐强，刘宝君，朱同兴.中国沉积学研究的现状和发展方向J.西南石油学院学报，2000，22(3):1-5.5

29、李思田.论沉积盆地分析系统J.地球科学，1992，17(Z):3139.6 冯增会 张 雷 王正庆 中国含油气盆地分析的研究进展(J) 中国新技术新产品，2009，5:1117 李思田.沉积盆地分析基础与应用M.北京:高等教育出版社，2004.8 宋尚元，居兴华.地震层速度分析与地层对比J.中国煤田地质，1997，9(1).9 张二华，范士芝，马立祥.地震层速度在盆地分析中的应用J.地质科技情报，2000，19(1).10 和钟铧，刘招君，张峰.重矿物在盆地分析中的应用研究进展J.地质科技情，2001，20(4).11 叶玮.顺直河道中沉积物的粒度及重矿物分布规律室内大型水槽实验J.沉积学报，1998，16(1):134138.12 邵磊，刘志伟，朱伟林.陆源碎屑岩地球化学在盆地分析中的应用J.地学前缘，2000(7):297303.13方国庆.盆地模拟盆地研究中的热门课题J.天然气地球科学，1991，(1):3032.14王璞，杜小弟.沉积盆地分析的定量数学模拟原理与方法J.西安石油大学学报(自然科学版)，1993，8(1):1418.15 Dickinson W R. Plate tectonics andsedimentary basins. San Joagu in GeolSoc Short Course，SEPM Sec Pub，1974(22).