第2章埋藏史
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在沉积盆地的发育过程中，连续沉积是最主要的一 种地质事件，但沉积间断、大面积的抬升剥蚀也是经常 发生的，特别是后期改造作用强烈的盆地更是如此。它 们对沉积岩埋藏史的影响是：在间断、剥蚀活动期内， 已埋藏沉积物的成岩演化、已形成的地温场特征以及沉 积物的压实排水作用等都将改变原有的进程，或停止， 或改变方向。
图 2- 正常压实条件下页岩中声波传播时间 与深度关系示意图 (据真柄钦次， 1978) 左．欠补偿地区， 右．超补偿地区
4．根据镜质体反射率(Ro)的突变求剥蚀量：镜质体反射率 是目前应用最广的有机质成熟度指标。它是地温的一次函 数，从而也同埋深有关。在正常情况下，Ro值随深度的变 化是连续的，渐变的，但有时发生突变。出现这种异常情 况的原因有多种，如沉积岩中有再循环的镜质体、岩体中 有局部热源等。地层缺失也是引起Ro值不连续的原因之一。 在确定了Ro值的突变是地层受剥蚀而造成的以后，即可根 据剥蚀面上、下Ro值的差计算被剥蚀的厚度(如图所示)。
2．沉积速率法：使用这种方法的条件是要知道剥蚀面
或不整合界面上、下岩层的沉积速率和它们的绝对年龄。
一个不整合界面代表着一段时限，在这个时限内有 某一厚度的沉积被剥蚀了。于是这段时限实际是包含了两 部分，一部分是该厚度的沉积岩沉积时所用的时间，另一 部分是该厚度的沉积岩被列蚀所用的时间。如果知道被剥 蚀岩层的沉积速率，知道不整合上、下岩层的绝对年龄， 就可以算出被剥蚀掉的沉积层厚度。 在计算时，还需要作
回剥柱状图示例
正演法则恰好相反，它是先将某地层恢复到刚沉 积时的状况，然后依次求出不同地质历史时期该地层 的埋深和厚度，根据所算出的最后一个时间步长(现 今)与目前真实的厚度、埋深间的误差去修正前些时 期的计算。
这里主要介绍以正演法为基础的压实厚度校正。 由于沉积物(特别是细粒沉积物)的孔隙度与深度 之间保持着指数关系，而沉积物一般可近似分为两部 分，即岩石颗粒骨架和孔隙。地质历史过程中岩石在 经受压实作用时，岩石体积的变化主要表现为孔隙体 积的变化，又因颗粒骨架材料的不可压缩性，压实前 后颗粒骨架部分的体积可基本认为是恒定的。如果岩 石面积一定，即可用岩石厚度的变化来表示体积的这 种变化(图2— )。
压力孕育史方程联立求解，因此正演法所得出的沉积物 压实历程应更准确。所以我们进行压实厚度校正时多采 用正演法。
五、地层岩性组成
不同岩性组成的地层，其岩性常量(如压实系数、岩石 密度等)是存在差异的，因而造成由数量不等的如砂岩、泥 岩组成的岩石类型序列(如以砂岩含量0～10%，10～20%， ……，90～100%组成的砂泥岩类型序列)，其埋藏历程各不 相同。实践表明，岩性的这种组成关系(等级)划分越精细， 所得的地层埋藏史结果就越准确。
单位体积沉积物在埋藏压实过程中 两种物质质量的变化
作用 机械压实 胶结物沉淀 （CaCO3，Fe 等） 蒙—伊转化 天然气生成 液态烃生成
溶蚀
次生加大、重结晶等
固体 不变
增加，有时很大
减少 略减少 略减少 有时减少很多， 如在碳酸盐岩中 有变化
孔隙流体 减少
相应减少 增加，有时很大
体积大增 体积大增 孔隙体积增大 有变化
两种作用：综合作用的结果 表现为孔隙度的减小。
作用 控制因素和结果
表达式
机械压实
流体的排出
上覆负荷导致的有效 应力（σ） 趋于使颗粒紧密排列， 使孔隙度体积减小
(1 )
(s w) g Z
孔隙内两点间过剩压力 与介质的渗透性 趋于达到静水力学状态
Q K Pex
z
三、地层剥蚀量的计算
出关于剥蚀速率的判别，即剥蚀速率是等于不整合面以下 岩层的沉积速率、还是等于不整合面以上岩层的沉积速率。 在做这种判断时应以研究区的构造运动、主要是升降运动 的特征为基础。具体的计算方法如图2- 所示。
3．压实曲线：这是真柄钦次首先提出的一种方法。
经试用，若测井曲线质量较高、且被剥蚀段的厚度比较大 时是有效的。其原理是：在正常压实的情况下碎屑岩的孔 隙度随深度的变化是连续的，泥质岩呈指数曲线、砂质岩 呈直线。若利用声波测井、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作出有无剥蚀的判断。
50
41
其实，孔隙度应该是有效应力的函数，特别当 地层出现异常高压时更是如此。
Smith，1971
0 • eb
B[ln 0
(0
)]
Lerche，1984
e
(
1
)A
e0 0
有 效 应 力 与 孔 隙 度 的 关 系
泥岩压实阶段及其特征表
压实阶段
脱水阶段
粘土矿物 排水量占总 孔隙度％ 地层压力 排液量，％
ZN TN [1(Z)] dZ Z0T0 [1(Z)] dZ
ZN
Z0
代入孔-深指数关系，得：
T0
0
c
e cZ0
(1 e cT0 )
TN
0
c
ecZN
(1 e cTN
)
这是一个超越公式，很难求出 T0和Z0的准确解，但可用数学 逐次迭代法求出其近似值。
沉积物压实厚度恢复示意图
从表面上看， 正演法和反演法仅 仅是运算程序的不 同，实际上在沉积 物处于正常压实状 态(即沉积物内无异 常压力)时二者计算 结果也是相近的， 但是，当沉积物内 出现了异常高流体 压力后，二种方法 在内涵上即表现出 明显差别：
剥蚀和沉积间断期内埋藏史 主要特征的变化
地质事件 地质作用
正常沉降
沉积间断
剥蚀
机械压缩 排水作用
不仅停止且
连续进行
停止
上覆压力减
小
原 水 力 系 统 不 排水作用减弱， 原水动力系
变 ， 趋 于 形 成 新 不形成新的水动 统可能完全
的水动力单元 力单元
改变
地温场变化
稳定增高
不定
不定
确定沉积间断的起止时间、剥蚀期的绝对年龄与被 剥蚀掉的地层厚度等参数极为关键。
泥 质 岩 孔 隙 度 与 深 度 的 关 系
碳 酸 盐 岩 的 压 实 曲 线
不同岩性的压实系数与地表孔隙度
(据Hegarty，1988)
岩性
压实系数 ×10-3m-1 地表孔隙度%
泥岩 0．70
52
砂屑灰岩 微晶灰岩 砂岩
0．56
0．41
0．40
42
30
34
粉砂岩 灰质粉砂岩
0．33 0．20
早期快速压实
脱孔隙水
纯蒙脱石 64．7 70—35 正常
中期稳定压实 脱过剩层间水
纯蒙脱石 13．5
35—25 正常
晚期突变压实 脱最后第二层层间水 伊-蒙混层 21．1 25—10 异常高压
晚期紧密压实 脱最后一层层间水 纯伊利石
0．7
ห้องสมุดไป่ตู้
10—5 正常
二、沉积物压实过程中的两种作用
沉积物的埋藏压实过程应包括两种作用—— 机械压实和流体的排出。 两种物质的位移：
反演法一般仅考虑了压实和排水不平衡一种因素对欠压 实形成的影响，将处于欠压实段的某点处理为与其等效 深度点(正常压实段上与该点孔隙度值相等的深度点)具 有完全相同的压实历程，这显然不能概括欠压实和超压 形成的其它地质因素，如水热增压、粘土矿物转化和有 机质热解生烃等，因而是不全面的。正演法的核心是将 异常压力的形成看作上述诸因素共同作用的产物，且考 虑孔隙度与流体压力相辅相成，将方程(2—3)与后面的
固体部分，在无岩石化学作用发生时，由于压实作用 而趋于紧密排列，其原始体积不断缩小，因岩石骨架 的压缩系数很小，属于一个机械压实过程，可看作是 固体物质相对与某一基准面的位移。而当发生各种岩 石化学和矿物学的变化（溶解、胶结、粘土矿物转化） 时，则可用其引起的单位体积内的质量变化来描述。 沉积物中水的排出是埋藏过程中水的位移，可用相对于 某一基准面的流速或相对于它曾寓于其中的沉积物单元 流速来描述，属于流体在孔隙介质中的渗流问题。
利用Ro—深度关系估算剥蚀量
鄂尔多斯盆地晚白垩世剥蚀厚度分布图
（据王震亮等，1993）
四、压实厚度恢复
压实厚度校正就是要恢复出不同地质历史时期 沉积物被压实掉的那部分厚度。
根据迭代方法的不同可分为正演法和反演法两 种。前人大多采用反演法，即从某地层目前的埋藏 深度和厚度出发，逐层剥去其上地层，最终得出它 刚沉积时的原始沉积厚度，因此又称回剥法或剥皮 法。如图所示。
有关剥蚀量的计算和剥蚀期的确定，至今尚无成熟 的方法，尤其是在目前的不整合面处于超补偿状态时， 通常采用多种方法的综合、对比，从而得出一个相对可 靠的数量范围。
1．地层对比法：从邻近剥蚀区内沉积层系完整的地带，
求得被剥蚀岩层的厚度，这时当然可以考虑厚度递减的 原则或采用其它外推法。这种方法对研究程度较高的地 区可提供较精确的结果。
图 2- 正常压实条件下页岩中声波传播时间 与深度关系示意图 (据真柄钦次， 1978) 左．欠补偿地区， 右．超补偿地区
4．根据镜质体反射率(Ro)的突变求剥蚀量：镜质体反射率 是目前应用最广的有机质成熟度指标。它是地温的一次函 数，从而也同埋深有关。在正常情况下，Ro值随深度的变 化是连续的，渐变的，但有时发生突变。出现这种异常情 况的原因有多种，如沉积岩中有再循环的镜质体、岩体中 有局部热源等。地层缺失也是引起Ro值不连续的原因之一。 在确定了Ro值的突变是地层受剥蚀而造成的以后，即可根 据剥蚀面上、下Ro值的差计算被剥蚀的厚度(如图所示)。
2．沉积速率法：使用这种方法的条件是要知道剥蚀面
或不整合界面上、下岩层的沉积速率和它们的绝对年龄。
一个不整合界面代表着一段时限，在这个时限内有 某一厚度的沉积被剥蚀了。于是这段时限实际是包含了两 部分，一部分是该厚度的沉积岩沉积时所用的时间，另一 部分是该厚度的沉积岩被列蚀所用的时间。如果知道被剥 蚀岩层的沉积速率，知道不整合上、下岩层的绝对年龄， 就可以算出被剥蚀掉的沉积层厚度。 在计算时，还需要作
回剥柱状图示例
正演法则恰好相反，它是先将某地层恢复到刚沉 积时的状况，然后依次求出不同地质历史时期该地层 的埋深和厚度，根据所算出的最后一个时间步长(现 今)与目前真实的厚度、埋深间的误差去修正前些时 期的计算。
这里主要介绍以正演法为基础的压实厚度校正。 由于沉积物(特别是细粒沉积物)的孔隙度与深度 之间保持着指数关系，而沉积物一般可近似分为两部 分，即岩石颗粒骨架和孔隙。地质历史过程中岩石在 经受压实作用时，岩石体积的变化主要表现为孔隙体 积的变化，又因颗粒骨架材料的不可压缩性，压实前 后颗粒骨架部分的体积可基本认为是恒定的。如果岩 石面积一定，即可用岩石厚度的变化来表示体积的这 种变化(图2— )。
压力孕育史方程联立求解，因此正演法所得出的沉积物 压实历程应更准确。所以我们进行压实厚度校正时多采 用正演法。
五、地层岩性组成
不同岩性组成的地层，其岩性常量(如压实系数、岩石 密度等)是存在差异的，因而造成由数量不等的如砂岩、泥 岩组成的岩石类型序列(如以砂岩含量0～10%，10～20%， ……，90～100%组成的砂泥岩类型序列)，其埋藏历程各不 相同。实践表明，岩性的这种组成关系(等级)划分越精细， 所得的地层埋藏史结果就越准确。
单位体积沉积物在埋藏压实过程中 两种物质质量的变化
作用 机械压实 胶结物沉淀 （CaCO3，Fe 等） 蒙—伊转化 天然气生成 液态烃生成
溶蚀
次生加大、重结晶等
固体 不变
增加，有时很大
减少 略减少 略减少 有时减少很多， 如在碳酸盐岩中 有变化
孔隙流体 减少
相应减少 增加，有时很大
体积大增 体积大增 孔隙体积增大 有变化
两种作用：综合作用的结果 表现为孔隙度的减小。
作用 控制因素和结果
表达式
机械压实
流体的排出
上覆负荷导致的有效 应力（σ） 趋于使颗粒紧密排列， 使孔隙度体积减小
(1 )
(s w) g Z
孔隙内两点间过剩压力 与介质的渗透性 趋于达到静水力学状态
Q K Pex
z
三、地层剥蚀量的计算
出关于剥蚀速率的判别，即剥蚀速率是等于不整合面以下 岩层的沉积速率、还是等于不整合面以上岩层的沉积速率。 在做这种判断时应以研究区的构造运动、主要是升降运动 的特征为基础。具体的计算方法如图2- 所示。
3．压实曲线：这是真柄钦次首先提出的一种方法。
经试用，若测井曲线质量较高、且被剥蚀段的厚度比较大 时是有效的。其原理是：在正常压实的情况下碎屑岩的孔 隙度随深度的变化是连续的，泥质岩呈指数曲线、砂质岩 呈直线。若利用声波测井、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作出有无剥蚀的判断。
50
41
其实，孔隙度应该是有效应力的函数，特别当 地层出现异常高压时更是如此。
Smith，1971
0 • eb
B[ln 0
(0
)]
Lerche，1984
e
(
1
)A
e0 0
有 效 应 力 与 孔 隙 度 的 关 系
泥岩压实阶段及其特征表
压实阶段
脱水阶段
粘土矿物 排水量占总 孔隙度％ 地层压力 排液量，％
ZN TN [1(Z)] dZ Z0T0 [1(Z)] dZ
ZN
Z0
代入孔-深指数关系，得：
T0
0
c
e cZ0
(1 e cT0 )
TN
0
c
ecZN
(1 e cTN
)
这是一个超越公式，很难求出 T0和Z0的准确解，但可用数学 逐次迭代法求出其近似值。
沉积物压实厚度恢复示意图
从表面上看， 正演法和反演法仅 仅是运算程序的不 同，实际上在沉积 物处于正常压实状 态(即沉积物内无异 常压力)时二者计算 结果也是相近的， 但是，当沉积物内 出现了异常高流体 压力后，二种方法 在内涵上即表现出 明显差别：
剥蚀和沉积间断期内埋藏史 主要特征的变化
地质事件 地质作用
正常沉降
沉积间断
剥蚀
机械压缩 排水作用
不仅停止且
连续进行
停止
上覆压力减
小
原 水 力 系 统 不 排水作用减弱， 原水动力系
变 ， 趋 于 形 成 新 不形成新的水动 统可能完全
的水动力单元 力单元
改变
地温场变化
稳定增高
不定
不定
确定沉积间断的起止时间、剥蚀期的绝对年龄与被 剥蚀掉的地层厚度等参数极为关键。
泥 质 岩 孔 隙 度 与 深 度 的 关 系
碳 酸 盐 岩 的 压 实 曲 线
不同岩性的压实系数与地表孔隙度
(据Hegarty，1988)
岩性
压实系数 ×10-3m-1 地表孔隙度%
泥岩 0．70
52
砂屑灰岩 微晶灰岩 砂岩
0．56
0．41
0．40
42
30
34
粉砂岩 灰质粉砂岩
0．33 0．20
早期快速压实
脱孔隙水
纯蒙脱石 64．7 70—35 正常
中期稳定压实 脱过剩层间水
纯蒙脱石 13．5
35—25 正常
晚期突变压实 脱最后第二层层间水 伊-蒙混层 21．1 25—10 异常高压
晚期紧密压实 脱最后一层层间水 纯伊利石
0．7
ห้องสมุดไป่ตู้
10—5 正常
二、沉积物压实过程中的两种作用
沉积物的埋藏压实过程应包括两种作用—— 机械压实和流体的排出。 两种物质的位移：
反演法一般仅考虑了压实和排水不平衡一种因素对欠压 实形成的影响，将处于欠压实段的某点处理为与其等效 深度点(正常压实段上与该点孔隙度值相等的深度点)具 有完全相同的压实历程，这显然不能概括欠压实和超压 形成的其它地质因素，如水热增压、粘土矿物转化和有 机质热解生烃等，因而是不全面的。正演法的核心是将 异常压力的形成看作上述诸因素共同作用的产物，且考 虑孔隙度与流体压力相辅相成，将方程(2—3)与后面的
固体部分，在无岩石化学作用发生时，由于压实作用 而趋于紧密排列，其原始体积不断缩小，因岩石骨架 的压缩系数很小，属于一个机械压实过程，可看作是 固体物质相对与某一基准面的位移。而当发生各种岩 石化学和矿物学的变化（溶解、胶结、粘土矿物转化） 时，则可用其引起的单位体积内的质量变化来描述。 沉积物中水的排出是埋藏过程中水的位移，可用相对于 某一基准面的流速或相对于它曾寓于其中的沉积物单元 流速来描述，属于流体在孔隙介质中的渗流问题。
利用Ro—深度关系估算剥蚀量
鄂尔多斯盆地晚白垩世剥蚀厚度分布图
（据王震亮等，1993）
四、压实厚度恢复
压实厚度校正就是要恢复出不同地质历史时期 沉积物被压实掉的那部分厚度。
根据迭代方法的不同可分为正演法和反演法两 种。前人大多采用反演法，即从某地层目前的埋藏 深度和厚度出发，逐层剥去其上地层，最终得出它 刚沉积时的原始沉积厚度，因此又称回剥法或剥皮 法。如图所示。
有关剥蚀量的计算和剥蚀期的确定，至今尚无成熟 的方法，尤其是在目前的不整合面处于超补偿状态时， 通常采用多种方法的综合、对比，从而得出一个相对可 靠的数量范围。
1．地层对比法：从邻近剥蚀区内沉积层系完整的地带，
求得被剥蚀岩层的厚度，这时当然可以考虑厚度递减的 原则或采用其它外推法。这种方法对研究程度较高的地 区可提供较精确的结果。