盆地分析(3)沉降史分析

无论构造原因还是非构造原因，盆地沉降最终主要是靠重 力均衡实现的。构造作用和地表发生的剥蚀、沉积等原因打破 了地壳或岩石圈的重力平衡，地球的重力作用驱使岩石圈达到 新的重力均衡状态，因而使地表发生沉降或隆升。
一、 盆地沉降史（地史）分析概述
4．沉降量与沉降速率
盆地的沉降，通常可选择盆地中的某个构造面，考察它相对 于某一基准面的下降量。一般可用沉降量和沉降速率两个参数。 沉降量（或沉降幅度）是最直观、最简便的表示方法，表示某地 质时期一个地区的累计的沉降幅度的大小。沉降速率是盆地某一 构造面在单位地质时期内相对于某一基准参照面（海平面或湖平 面）下降的幅度，它能反映盆地构造动力学的某些信息。
4．沉降量与沉降速率
通常可以用图示方法直观地反映观测点的沉降量和沉降速率 。以地质时间为横坐标，以某地质界面的某观察点相对于其参 考面（通常是大地水难面）的高程值为纵坐标，编绘出用来反 映该观测点的沉降过程的沉降曲线。曲线的纵坐标值就是沉降 量，曲线的斜率则是反映观测点的沉降速率。
4．沉降量与沉降速率
第三讲 盆地沉降－埋藏史分析
一、 盆地沉降史（地史）分析概述
地壳的沉降作用是形成盆地的直接原因，没有沉降就没有 盆地。因此，分析盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要 内容。板块构造理论的发展极大地丰富了盆地沉降分析的内容， 也为深入地研究盆地的形成环境和沉降机理提供了运动学、动 力学模式。
随着盆地沉降分析研究的迅速发展，特别是盆地的数值模 拟和计算机技术的使用，使盆地沉降分析逐渐地从定性向定量 或半定量化方向发展。
二、 盆地沉降量的求解
1．“地层骨架厚度不变”压实模型
如图9－2所示，假设地层A沉积后继续下降并沉积了地层B，然 后进一步沉积了地层C．地层A在地层B和地层C沉积过程中被埋 藏起来，并受上覆岩层的负荷作用而被压实。如果压实只是导致 地层的孔隙度减小而并没有使地层往的截面积加大，则可以将这 种压实模型称为“地层骨架厚度不变”压实模型（实心厚度不变 ）。
1．“地层骨架厚度不变”压实模型
一般情况下，地层骨架厚度不变压实模型适用于所有岩层， 但是对于某些易流动的岩层，由于地层的差异 压实可能导致地层 在压实过程中出现流动变形，地层骨架厚度不变压实模型显然是 不合适的。使用地层骨架厚度不变压实模型复原地层的埋藏史， 实质上是恢复地层中的孔隙度的演化过程。因此，可以借助于孔 隙度－深度的关系来恢复同一地层在不同地质时期的古厚度。
2．岩层孔隙度的变化
在同一地区，同种类型的碎 屑岩的孔隙度通常是随着深度 的增加而减小。有两种情况必 须认真考虑：
其一是岩层曾埋深到一定深 度后又上升使上覆部分地层剥 蚀，这时地层中的孔隙度仍然 保持它在达到最大理深时的孔 隙度；此时，必须通过分析地 层层序确定上覆岩层在何时遭 到何种程度的剥蚀。
采用回剥法分析盆地沉降史，必须了解地层的埋藏现状，包 括地层层序是否连续、各地层界面的理深及其地质时代，以及 各地层单位的岩性、孔隙度、密度等资料。在此基础上，根据 地层骨架厚度不变压实模型通过数学计算复原出地质时期的地 层埋藏状态。
二、 盆地沉降量的求解
4．正常压实情况下的孔隙度一深度关系
沉积物的压实作用研究，自上世纪20世纪初便开始了。
总结 ：盆地沉降史分析，就是从分析盆地地层层序特征和埋
藏状态人手，通过编绘反映盆地沉降特征的地层埋藏史曲线、盆 地基底沉降曲线以及盆地构造沉降曲线等途径来表述（图9－l）。
二、 盆地沉降量的求解
从现今地层柱回推求盆地沉降量和沉降－埋藏史 曲线－－回剥法、回剥技术。
需要对现今地层厚度进行三种校正： （1）去压实作用； （2）古水深校正； （3）绝对海平面升降校正。
( 1 / e) φ0 时 ， 其 深 度 为 (1/C)km。
4．正常压实情况下的孔隙度一深度关系
φ0和C值对不同的岩性和地区是不同的, 可根据不同深度的 钻井孔隙度值用最小二乘法按指数函数拟合求得。对φ0和C值 的求取, 可以使用岩样孔隙度实测资料,•也可以应用地球物理
测井资料，常用的有声波测井和密度测井资料。也可应用类比
对方程取对数
φ(h)= φ0e- c h
得
ln φ=lnφ0-c h
c= (1/h)lnφ0- (1/h)ln φ 为线性方程
回
h
1 n
n i 1
hi
归 分 析
ln
1 n
一、 盆地沉降史（地史）分析概述
3．构造沉降与非构造沉降
引起盆地发生沉降的原因可以归纳为构造原因和非构造原因 。 由 构 造 原 因 引 起 的 盆 地 沉 降 称 为 “ 构 造 沉 降 ” （ tectonic subsidence），也就是地壳或岩石圈动力学演化过程中产生的盆 地沉降，包括岩石圈板块的变形（伸展或加厚）、板块间的相 互作用、板块内部的热作用和相转换等原因引起的沉降。由非 构造原因引起的盆地沉降称为“非构造沉降”，主要包括沉积 负荷引起的盆地沉降和全球海平面相对变化引起的盆地参照面 的相对下降。
盆地沉降史是盆地构造运动学特征的一个重要方面，可以 作为定量或半定量地划分盆地构造演化阶段或期次的参数之一。
沉积物厚度变化与增长记录了盆地沉降的过程，沉降史分 析就是绘制一条随时间变化的沉降速率和沉积速率的曲线。
一、 盆地沉降史（地史）分析概述
1．沉降与隆升
地壳垂直运动包括两个方向，其中顺重力方向、使高程降 低的运动称为沉降，反之即称为隆升。盆地的沉降和隆升都是 相对于参照面和时间而言的。该参照面可以是大地水准面或某 个地质界面（如沉积基准面）等。沉降是指一个地质界面相对 于参照面的高程随着时间的推移而相对降低；反之则是隆升。
使用密度测井资料：地层密度测井是利用各种岩石对γ射线的 吸收特性，研究地质剖面各种岩性的变化，确定地层密度及孔 隙度。根据密度测井计算地层密度的公式为：
ρb＝ρma（1－φ）＋ρf*φ
即： φ＝─ρ─m─a ─－─ρ─b─ ρma － ρf
式中: ρb ──密度测井曲线上读取的平均密度(g/cm3); ρma ──岩石骨架的平均密度,一般，砂岩的骨架密
度测井等资料，通过计算来建立孔隙度一深度关系。
在正常压实沉积层中，碎屑岩岩层的孔隙度随着深度增加而
呈指数减小，即满足式（9－1）的关系：
φ(h)= φ0e- c h
（9－1）
φ(h)= φLeabharlann e- c h式中φ(h)是深度h处的岩石孔 隙度； φ0为深度h＝0时的孔隙
度；C为压实常数。 从式中可看出，孔隙度为
使用声波测井资料：实际经验表明，在固 结而压实的地层中，粒间孔隙均匀分布， 则孔隙度(φ)和声波时差(△T)存在线性关 系：
△T＝△Tma（1－φ）＋ △Tf*φ
△T－△Tma 即： φ＝───────
△Tf－△Tma
式中: △T──声波测井曲线上读取的时差 (单位：微秒/米)；
△Tma──岩石骨架的声波时差; 一般，砂岩的△Tma为15.6－15.9微秒/米 ，灰岩的△Tma为13.25－14.50微秒/米；
虽然沉降和隆升是地壳垂直运动的表现，但也可以是地壳水 平运动派生出来的。例如，地壳水平伸展可以使地壳减薄并产 生正断层，伸展后的地壳则在重力作用及重力均衡作用下发生 区域性的沉降或隆升。水平挤压可以使地壳发生褶皱－冲断变 形，褶皱－冲断加厚的地壳也会在重力作用及重力均衡作用下 发生区域性的沉降或隆升。
度为2.65 g/cm3 ，灰岩为2.71 g/cm3 ； ρf ──孔隙中流体的平均密度，它与温度、压力
、含盐浓度有关。
4．正常压实情况下的孔隙度-深度关系
回归分析求孔隙－深度方程：根据不同深度得到的一组孔隙度 资料（hn- φn),用回归法（最小二乘法）求取压实方程，主要是
求负指数曲线中的参数C值和φ0值。
碳酸盐岩和各种类型的化学沉积 岩的孔隙度在压实过程中的变化比 碎屑岩要复杂。一般认为，化学沉 积岩成岩作用可以发生在较浅的埋 深条件下，而一旦成岩后，其孔隙 度变化极小。
二、 盆地沉降量的求解
3．回剥法（回剥技术）
在计算盆地沉降量时，一般采用回剥法，即采用反演方法来 恢复沉积盆地的地层埋藏史、沉降史和构造史的分析方法。
二、 盆地沉降量的求解
2．岩层孔隙度的变化
应用地层骨架厚度不变压实模型恢复地层埋藏史的关键是知 道地层在埋藏过程中的孔隙度是如何变化的。孔隙度是单位体 积岩层中的孔隙所占的体积大小，常用百分数或小数表示。要 根据“将今论古”的地质分析原理，我们可以假设深埋地下的 砂岩就是地表附近松散的沙层经过压实和成岩作用形成的。一 般认为岩层在压实过程中孔隙度主要是随着上覆岩层的厚度的 增加而减小的，而受上覆地层的负荷时间的影响较小。因此， 可以根据不同深度上的同种岩石的孔隙度编制一条孔隙度－深 度曲线来代表这种岩层在压实过程中的孔隙度的变化。
的方法, 选用邻区或与研究区地质条件类似的地区的压实方程 。 (1)使用岩样孔隙度实测资料或已有孔隙度资料； (2)使用声波测井资料； (3)使用密度测井资料； (4)使用地质条件类似的地区的压实方程。
4．正常压实情况下的孔隙度－－深度关系
使用声波测井资料：在探井声波测井中，岩石密度是控制地 层声波输出的重要因素，而岩石密度又与岩石孔隙度相关。因 此，声波速度能较好地反映地层孔隙度。
最初，前苏联学者注意到沉积岩的孔隙度与其地质时代呈反
比关系。Athy（1930）也对美国宾夕法尼亚和俄克拉荷马南部
二叠系页岩进行过研究，得出在一定深度范围内，地层的孔隙
度随深度呈指数减小、密度随深度呈指数增大的关系曲线。
一个地区，可以通过实测不同深度的同一种碎屑岩的孔隙度
值，建立孔隙度一深度关系。亦可以根据探井的声波测井、密
其二是岩层埋深到一定深度后
可能被压裂或发生矿物变化等使孔 隙度发生变化，这不仅影响到岩层 的孔隙度而且还影响岩层柱中的骨 架厚度（新生沉积矿物使岩层骨架 厚度增加，部分矿物溶蚀使骨架厚 度减小，矿物转化也可能使其体积 发生变化而影响到岩层骨架厚度）。 此时，必须通过岩层的成岩作用研 究来确定它们对孔隙度的影响程度。