盆地分析沉降史作业

作业题目

说明层号底界深度（m）底界年龄(Ma)

7 450 10.3

6 1090 15.4

本层顶剥蚀215米,间断时间2.1Ma 5 2060 24.6

4 2821 28.4

3 4433 33.1

底界沉积时水深230米 2 5421 37.6

1 6643 40.3

已知：地幔密度：3.3,沉积物密度2.5。地表孔隙度48%，3000米深度孔隙度14%，不考虑砂泥变化。（1）编制基底沉降史和构造沉降史图；（2）编制埋藏史图；（3）分析说明盆地的沉降特征。

作业方法与步骤

一、利用回剥法绘制埋藏史图

回剥法绘制埋藏史图，是根据沉积压实原理，从已知的单井分层参数出发，按照地质年代由新到老的顺序逐层剥去，剥蚀恢复过程中考虑了沉积压实、沉积间断、地层剥蚀等地质要素，直至全部地层剥完为止。如下图（图1）模型所示：

图1 剥蚀厚度恢复模型

回剥技术采用地层骨架厚度不变压实模型：即在地层的沉积压缩过程中，压实只是导致孔隙度减小，而骨架体积不变。使用该模型恢复地层的沉降史，实质上是恢复地层中的孔隙度演化过程，因此可以借助孔－深关系来恢复古厚度。即随着埋藏深度的增加，地层的上覆盖层也增加，导致孔隙度变小，体积减小。可以假定地层的横向位置在沉降过程中不变，而仅是纵向位置变化。因此，地层体积变小就归结为地层厚度变小。在正常压实情况下，孔隙度和深度关系服从指数分布：

cz

-

Φe

=

Φ

（1.1）

其中，Φ是深度为z 时的孔隙度，Φ0为地表孔隙度，c 为压实系数。

根据已知条件：地表孔隙度48%；3000米深度孔隙度14％。将其带入到式（1.1），两个未知数列方程，可计算出压实常数:

c=4.107×10-4

沉积层孔隙度在受压实过程中，沉积物骨架部分的体积不变，只有孔隙部分发生变化。如果某层深度Z 1至Z 2时（Z 2＞Z 1），层内孔隙所占体积V m 为：

[]

2

12

1

e -e e 00cz cz z z cz m c

dz V ---Φ=

Φ=

⎰

（1.2） 设地层总体积为V ，岩石颗粒体积为s V ，则

w s V V V += （1.3）

纯岩石颗粒的高度H s

[]

2

1e -e )(012cz cz s c

z z H --Φ-

-= （1.4） 由公式（１.4）可以导出

[]

2

1e

-e )(012cz cz s c

z H z --Φ+

+= (1.5) 首先，现今各地层的厚度（单位m ）如下：450，640，970，761，1612，988，1222；并由公式（1.4）计算出各地层的骨架厚度（单位m ）如下：253，415，725，626，1434，925，1172。（具体计算过程可用程序解决！）然后按照地质年代由新到老地逐层回剥，每剥一层把所有的地层重新计算。

当剥掉地层7时，地层6的顶界为0，其底界等于当Z 1为零和H S =415m 时由公式（1.5）计算得到的Z 2等于711m ；地层6的底界等于711m 加上当Z 1等于711m 和H S =725m 时由公式（1.5）迭代得到的Z 2等于1736 m ；……以此类推，成果见下表：

表1 剥蚀厚度恢复数据统计表

依据以上数据，可以绘出如下埋藏史图（图2），或者直接用国际上的盆地模拟软件进行单井模拟，得出的效果（图3）相差不大，说明计算的正确：

40.3

37.6

33.1

28.4

24.6

15.4

10.3

17.5

01000200030004000

50006000

7000

05101520

2530354045地质年代/Ma 深度/M a

层号

65

43

2

1

7

图2 沉积埋藏史图

图3 PetroMod 沉埋藏史模拟图

二、编制基底沉降史和构造沉降史图

要编制基底沉降史和构造沉降史图，必须通过建立各地层的埋藏史，也就是各地层的总沉降史，如第一问所作。总沉降量由负荷沉降量和构造沉降量两部分组成。如果求出负荷沉降量，然后在总沉降量中减去负荷沉降量就得到构造沉降量。

总沉降量S t 等于负荷沉降S l 与构造沉降S s 之和，即：

s t S S S +=1

所以： l t s S S S -= (2.1)

总沉降量S t 是通过地层回剥求出的，含有埋藏深度z 和水深z w 两个部分：

w t z z S -= （2.2） 根据艾里(Airy)模型：（艾里—海斯堪宁均衡模型（Airy-Hayskanen isostatic model ）：在作均衡重力校正时，芬兰人海斯堪宁对艾里地壳均衡假说中的补偿质量作了适当的量化，作了如下简单假设：完全均匀补偿，地壳密度处处相等，壳下层的密度大于地壳的密度，山脉有深入壳下层的轻山根，海洋下面壳下层向上突起，形成反山根，地壳就像漂浮在海洋上的冰山一样漂浮在壳下层上。山脉的轻山根和海洋下的反山根形成补偿质量，山脉的轻山根产生的质量亏损等于山脉的地形质量，海洋的重反山根造成的质量多余等于海洋部分地壳的质量亏损。局部补偿,不管地形横截面积的大小，任何横截面积的地形或海洋都有与其相对应的山根或反山根，山根或反山根的厚度与山脉的高度或海洋的深度成正比。）

z S w

m w

s l ρρρρ--=

（2.3）

将式（2.2）和式（2.3）带入式（2.1），得：

w w

m s

m s z z S +--=

ρρρρ （2.4）

式中：S s —井底的构造沉降，m ；m ρ—地幔密度，g/cm 3；w ρ—地下水密度，g/cm 3；s ρ—沉积物密度，g/cm 3；z —井底埋藏点的深度，m ，由以前的埋藏史得到；z w —井口的水深，m 。（参考前人方法。）

已知：地幔密度：3.3 g/cm 3,沉积物密度2.5 g/cm 3，地下水密度1.0 g/cm 3；并且层2底界沉积时水深230米，由公式（2.4）计算得如下所需数据（表2）：

由以上数据可画出构造沉降和基底沉降图（图4）：