地层厚度与物源区分析

电气石,黑云 母,赤(褐)铁 矿,锐钛矿 赤铁矿
柳
赞
黑云母,金红石, 电气石
重矿物统计分析
对主要重矿物统计分析 发现:①锆石和石榴石基本 服从正态分布,且为单峰,表 明其分布比较均匀,为单一 成因总体,可能来自同一类 母岩;②绿帘石和磁铁矿明 显偏离正态分布,且有双峰 现象,同时也不服从对数正 态分布,表明二者可能由多 成因总体构成,推测其受多 物源或者受多种母岩的影 响;③不同地区同一种重矿 物的频数有高有低,这与物 源区母岩类型、剥露面积、 沉积物搬运距离及矿物的 稳定性等多种因素有关。 高柳地区Es33(Ⅱ+Ⅲ)段主要重矿物统计分布图
第二节 陆源区分析
一、物源区概念
二、物源分析的意义
三、物源分析的主要方法
物源区概念
要 地 质 作 用 划 分
以 一 定 时 期 的 主
沉积区
暂时的侵蚀区
侵蚀区 （持续时间长短）
稳定的侵蚀区
古陆
物源区：
针对特定历史时期，能够稳定的为盆地提供物源的侵蚀区
物源分析的主要任务
物源分析的主要任务：
• a. 用电子探针可分析上述矿物的含量、化学组分及 其类型、光学性质等，针对每个重矿物的特性及其 特定元素含量，用其典型的化学组分判定图或指数 来判定其物源。
稳定的重矿物 不稳定的重矿物
石榴石、锆石、刚玉、电气石、 重晶石、磷灰石、绿帘石、 锡石金红石、白钛矿、板钛矿、 黝帘石、阳起石、符山石、 磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶 红柱石、硅线石、黄铁矿、 石、独居石 透闪石、普通角闪石、透辉 石、普通辉石、斜方辉石、 橄榄石、黑云母
b.单颗粒重矿物含量比值的源区意义
• （2） Morton等认为水动力 条件和埋藏成岩作用是影 响物源信息的两个主要因素。 因此，在相似水动力条件下 和成岩作用下，稳定重矿物 的质量比值能更好的反映物 源特征，将这些比值称为重 矿物特征指数 • ATi（磷灰石-电气石指数）： 指示层序是否受到酸性地 下水循环的影响
（1）重矿物特征 高柳地区Ｅ s33 (Ⅱ+Ⅲ) 段常见的陆源重矿物有磁 铁矿、石榴石、锆石、赤铁矿、金红石和黑云母 等；自生重矿物有黄铁矿和重晶石等。
重 矿 地 区
主要矿物 (>10%) 次要矿物 (1%~10%) 少量矿物 (≤1%) 角闪石,金红石, 绿泥石,绿帘石
物
组
合
高尚堡
石榴石,锆石, 磁铁矿, 红柱石 磁铁矿,石榴 石,锆石, 绿帘石
实例-辉石
2.4.3.1.2 重矿物组合法
• （1）简介 矿物之间具有严格的共生关系，所以重矿物组合是物源变 化极为敏感的指示剂。在同一沉积盆地中，同时期的沉积物 的碎屑组分一致，而不同时期的沉积物所含的碎屑物质不同， 据此，利用水平方向上重矿物种类和含量的变化，可推测物 质来源的方向。 目前，主要引用一些数学分析方法，如聚类分析（R型或 Q型）、因子分析、趋势面分析等来研究矿物组合特征和相 似性等指数，从而提取反映物源的信息。
• RZi（含TiO2矿物-锆石指数），MZi（独居石-锆石指数）：可现实深埋 砂岩物源区的情况。 • GZi（石榴子石-锆石指数）：用来判断层序中石榴子石是否稳定。 • CZi（铬尖晶石-锆石指数）这些矿物特征指数，可用来指示物源特点。
实例
A.C.Morton用辉石 矿物对南Uplands 地区 奥陶系Portpatrik组进行 物源判断，依据 Letterier(1982)提出的 Ca-Ti-Cr-Na-Al组分图 解，用Ti-（Ca+Na）来 判定其物源是拉斑玄武岩 或碱性玄武岩，用 （Ti+Cr）-Ca图解区分 辉石源区为造山带还是非 造山带环境。 钙碱性－拉斑玄武岩系 列。指出该区辉石源自钙 碱性火山岩.
• 碎屑岩中的碎屑组 分和结构特征能直 接反映物源区和沉 积盆地的构造环境。 通过对选定层位砂 岩样品中的石英、 长石、岩屑含量进 行统计，用 Dickinson碎屑骨架 三角图进行投点， 根据点的分布情况， 可确定物源类型。 此三角图有QLF主 图解和3个辅助图 解，从QLF途中可 区分陆块、岩浆弧 和再旋回造山带3 个基本物源区。
（2）进积和侧向加积作用都是沉积物从盆地边缘向盆
地内部迁移过程中，以侧向堆积为主。
进积、加积和侧积作用的对比
无固定的 粒序变化 趋势 粒度从下 向上变粗
沉积单元
以S型剖
粒度从下 向上变细
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面形态为 特征
盆地充填的3种基本样式及其产生的层理构型的垂向结构剖面
作业：
阐述盆地充填3种基本样式的粒度变化特征及产生这种粒度变化的原因
对再旋回造山带而言，若单晶石英的含量高，则沉积物可能主要来自变 形的、成熟的地台沉积物，它们是典型的前陆盆地沉积物；若多晶石英 的含量高，则表明缝合带本身为主要物源区；若含丰富的燧石和泥质岩
碎屑，则说明物源区可能为俯冲杂岩体和蛇绿岩。在QmFLt、QpLvLs和
• 有些重矿物来自不同母 岩，如电气石在酸性岩 浆岩、伟晶岩及变质岩 中均可能出现。因此在 推断母岩类型时，主要 是应用重矿物并结合轻 矿物组合来判断母岩， 而不是只用单个矿物判 断。
实 例
高柳构造带为黄骅坳陷北部南堡凹陷的一 个构造带，位于高柳断层与柏各庄断层之间。 主要发育Ｅ s 和 Ed 地层，其中Ｅ s33 (Ⅱ+Ⅲ) 沉 积特点以典型扇三角洲的进积式充填为主。 三角洲广泛发育。采用了重矿物法来研究其 物源。
确定物源方向、侵蚀区或母岩区位置、搬运
距离及母岩性质，最终应落实解决砂层和砂 体的分布规律。
（2）物源分析的意义
物源分析所涉及的技术：电子探针、质谱分析、阴极发光等技 术。用沉积、构造、地震、测井等地质方法与化学、物理、数
学等学科的应用及相互结合使物源判定更具说服力。
应用方向：评估古地理、限定造山带的侧向位移量，确定地壳 的特征，验证断块或造山带演化模型，绘制沉积体系图，进行 井下地层对比，评价储层品质
进积充填
进积作用的沉积物来自盆地边缘，浅水及岸线的较粗粒沉积将 依次叠置于相较深水的细粒沉积物之上，从而造成粒度从下到 上逐渐变粗的剖面粒序。比如：三角洲沉积和滨岸沉积。
侧向加积作用
侧向加积作用的沉积物来自运动于水道中的颗粒，并由水 道内向岸边一侧逐渐堆积，，水道内流水急、颗粒粗，岸 边流水缓、粒度细。随着水道的侧向迁移，将产生粒度从 下到上逐渐变细的剖面序列。比如：河道沉积和潮道沉积。
（3）物源分析的主要方法
重矿物分析法
碎屑岩类分析法
矿物裂变迹分析法
沉积法
地球化学法
重矿物分析法
• 重矿物因其耐磨蚀、稳定性强，能够较多的保留其母岩的特
征，在物源分析中占有重要地位。物源分析中重矿物是物源 区的重要标志。
重矿物分析（HMA）确定物源的方法步骤：
①利用传统的重矿物分析方法鉴别出岩石类型，限
因子分析
因子分析可以实现用少数几个综合变量(主因 子)来代表众多的具有一定相关联系的单因素变 量，在此不仅可以利用主因子(重矿物组合)判别 物源区的母岩性质，而且可以根据各主因子方差 贡献大小确定主要母岩和次要母岩。高尚堡地区 和柳赞地区Ｅs33(Ⅱ+Ⅲ)段都存在两个重矿物组 合，这表明两地区都存在中深变质岩类和中浅变 质岩类两类母岩，但主次正好相反，重矿物组合 相对稳定的中深变质岩类母岩主要影响高尚堡地 区的拾场缓坡型扇三角洲和高西南扇三角洲，重 矿物组合相对不稳定的中浅变质岩类母岩则主要 影响柳赞地区的柳赞陡坡型扇三角洲。
由沉积体系展 布可见, 重矿物谱 系群的空间分布 区恰好与3个主要 的扇三角洲前缘 分布区重叠，这 种现象表明重矿 物的分布完全受 沉积体系控制， 是沉积水动力学 与重力分异作用 共同作用的结果。
• 2.4.3.2.1 砂岩
2.4.3.2 碎屑岩类分析法
砂岩的研究在沉积学领域一直占有重要的地位。本世纪60年代板块构造 理论的兴起，为地质各学科注入了新的生机。进入70年代，砂岩与板块构造 的关系研究便应运而生。它将砂岩碎屑组分的物源意义与一定板块构造背景 下的沉积盆地类型紧密地联系在一起，并将砂岩成因的大地构造属性分析拓 展到与全球构造相对应的更为广阔的应用领域。由于是建立在岩石薄片的微 观鉴定和样品点统计基础上的模型分析，而研究对象为宏观的大地构造分区 及较大尺度的物源区，因此有人将这种研究方法喻为大地构造的“指纹”分 析法。 自20世纪80年代中期，Dickinson、Crook及Valloni等根据已经构造背景的 现代和古代砂岩样品的统计分析，各自制定出了较为系统的碎屑组分-物源 区-板块构造三位一体的分类方案，提出了专用于砂岩构造背景分析的“碎 屑模型”和“颗粒指数”概念。目前，Dickinson的碎屑模型板块构造物源区 的研究，已成为应用最广的方案之一。他的物源区类型划分考虑了不同板块 构造基本单元的特点，3个一级物源区既是砂岩碎屑最常出现的场所，又与 活动差异明显的各种板块构造沉积盆地相对应；7个次级物源区类型及其碎 屑模型是基本物源区特征的具体表述，也是进行板块构造物源区判别的主要 依据。
主要有4个沉积中心，盆地厚度呈现 “西部厚、东部薄，南北两侧厚而中间薄”的特点
（二）沉积构型
“沉积构型”——地层中岩性单元内部或岩性单元之
间层理的几何形态和空间关系，它可以反映沉积盆地
充填物层序的成因特征。
不同的 沉积构型
不同的沉积物
充填作用方式
沉积物充填作用
沉积物充填的作用方式：垂向加积作用、进积作用 和侧向加积作用 （1）垂向加积作用是盆地垂向上的沉积物填充过程， 指沉积物在重力场的作用下从沉积介质（水体）中 自上而下降落，依次沉积在沉积盆地底部的沉积作 用。如湖、海静水沉积及河流溢岸沉积等。
响的复合型参数。
如今所获得的地层厚度是不同岩性所叠合在一起 且经过压实后的数据，不一定反应盆地当时的沉积物 厚度。统计单元涉及的地质时间跨度越小，所反映的
沉积充填状态越接近原始状态。
（一）地层厚度分析
压实作用
风化作用
地层厚度的统计方法
地层厚度的统计方法：利用野外剖面、钻井和测井所 计算的两个具有等时意义的地质界面间的厚度。（两 个界面间的地层应该是能大致反映两次地质界面形成
定源区位置； ②选择一种或几种单颗粒矿物与源区矿物进行地球 化学对比，进一步获得源区岩石的信息； ③利用同位素测年近一步厘定源区的时代。
包括单矿物分析法和重矿物组合分析法。
2.4.3.1.1 单矿物分析法
• 用于重矿物分析的单矿物颗粒主要有辉石、角闪石、绿帘石、 十字石、石榴石、尖晶石、硬绿泥石、电气石、锆石、磷灰 石、金红石、钛铁矿和橄榄石等。单颗粒重矿物含量的平面 变化可用来判定物源方向，如磁铁矿等。石榴子石在物源分 析中有几广泛的应用。
过程中所沉积的地层，特别是上界面，不能是剥蚀面）
地层厚度的统计方法
地层厚度表示方式：真厚度、视厚度、残厚度 真厚度——岩层上下界面之间的垂直距离 视厚度——在不垂直于岩层走向的剖面上，岩层 顶、底界线之间的垂直距离 残厚度——剥蚀后的地层统计出的岩层厚度，不 能用该厚度反映盆地沉积充填特征
柴达木盆地下干柴沟组上段地层厚度等值线图
第二章 岩相古地理分析
主要研究内容
第一节 地层厚度与沉积构型分析
第二节 物源区分析
第三节 古构造分析
第四节 古流向分析 第五节 古气候恢复方法 第六节 古水深与古盐度分析
第一节 地层厚度与沉积构型
（1）地层厚度分析
（2）沉积构型
（一）地层厚度分析
地层厚度是古地理分析的基本参数之一，受多种因素影
（2）母岩类型 不同物质来源的重矿物组合，有着不同的 数据结构，每一个样品所包含的不同重矿物信 息是有差异的，利用多元统计分析可以对重矿 物样品进行分类，并据此判断母岩类型、主要 和次要物源以及物源位置。
重矿物聚类分析-谱系群
Ｑ型聚类分析：重矿物可 分为两大聚类群，这说明 柳赞陡坡型扇三角洲、拾 场缓坡型扇三角洲和高西 南扇三角洲外围可能各自 存在两个物源或两类母岩 的共同影响。其次，重矿 物两大聚类群分布区间不 同，但二者都具有一定程 度的重叠，Ａ谱系群和Ｃ 谱系群范围较大，分别包 含了Ｂ谱系群和Ｄ谱系群 的部分地区。这表明Ａ和 Ｃ谱系群所代表的物源影 响范围更大，而Ｂ和Ｄ谱 系群所代表的物源影响范 围较小。 高柳地区Es33(Ⅱ+Ⅲ)段重矿 物聚类分析谱系群及其分布图