第十一章 岩相古地理研究與編圖...
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第一節 相标志（Facies markers）...
133
一、岩性标志...
134
二、古生物标志（簡介）...
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三、地球化學标志...
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第二節 剖面相分析（Sectional facies analysis）...
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一、相分析的進展...
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二、相分析的流程...
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三、剖面相分析...
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第三節 沉積盆地的岩相古地理條件分析...
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一、陸源區的分析...
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二、古水動力條件分析...
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三、水體深度及古地形的分析...
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四、古氣候條件的分析...
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五、水介質物化條件的分析...
144
六、沉積盆地岩相古地理圖的編制...
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第十一章 岩相古地理研究與編圖
（Study and complilation of lithofacies paleogeography）
第一節 相标志（Facies markers）
學時：1學時
基本内容：岩性相标志、地化相标志、古生物相标志
重點：岩性相标志
難點：地化相标志和古生物相标志
教學思路：以前從沉積相講到沉積特征，包括相标志，因此本節教學以複習回顧為主，先講相标志在相分析中的意義，再展開講述三大類相标志。
主要參考書：
劉寶珺、曾允孚主編《岩相古地理基礎和工作方法》第二、三、八、九、十章，地質出版社，1985
趙澄林、朱筱敏主編《沉積岩石學》附錄（油區岩相古地理研究方法提綱），石油工業出版社，2001
複習思考題：
①相标志在相分析中的意義是什麼？
②常用的岩性相标志有哪些？
③哪些岩石類型具有明确的指相意義？
④說明B、Sr/Br、Sr/Ca、Th/U、Mn/Fe、O18/O16、C13/C12等主要元素的指相意義
⑤說明痕迹化石的形态特征與沉積環境的關系
教學内容提要：
一、岩性标志
1. 顔色
顔色是沉積岩最直觀、最醒目的标志。按成因可分為繼承色、自生色和次生色。
其中自生色主要取決于岩石中含鐵自生礦物及有機質的種類和數量，粘土岩、化學岩和生物化學岩的自生顔色對古水介質的物理化學條件有良好的反映，是良好的地球化學指标。
2. 岩石類型
岩石類型本身不是鑒别沉積相的良好标志。但與陸源碎屑岩共生的碳酸鹽岩、矽岩、蒸發岩和紅色岩層等具有一定的指相性。各類岩石的百分比或比率具有重要指相意義，以此類數據編制的岩石類型圖是編制油區岩相古地理圖的重要基礎圖件。特定環境中形成的岩石（如濁積岩等）具有良好的指相性。
3. 自生礦物
自生礦物具有良好的指相性。
海綠石和鲕綠泥石都是含鐵的矽酸鹽礦物，為海相标志。
自生粘土礦物可反映水介質條件，大陸環境主要是酸性介質，以高嶺石為主；海洋環境粘土沉積多以伊利石和蒙皂石為主。
自生磷灰石或隐晶質膠磷礦是海相标志。
大量錳結核目前主要分布在深海和開放大洋洋底環境。
一般認為，自生長石、自生沸石是湖相标志，鉀長石次生加大是海相标志，天青石、螢石和重晶石是鹹化瀉湖環境标志。
4. 碎屑顆粒的結構
（1）粒度參數
（2）顆粒的形态和圓度
（3）顆粒的定向排列
（4）支撐結構
（5）顆粒的表面結構
5. 填隙物的類型
碎屑岩中的膠結物和雜基，碳酸鹽岩中的泥晶和亮晶等。
6. 陰極發光
石英紫色——岩漿岩
石英棕色——變質岩
石英不發光——沉積岩
7. 原生沉積構造
沉積岩的沉積構造是沉積時水動力條件的直接反映，又較少受沉積後各種作用的影響，故具有良好的指相性。
（1）層理
（2）波痕：在淺水砂質環境中最豐富
（3）其它層面構造：泥裂、雨痕、晶痕
8. 岩性組合及其韻律性
沉積剖面上各種成因标志有規律地重複出現—沉積作用的韻律性或旋回性。
劃分沉積韻律是部面相分析的重要内容。
9. 電測曲線
電測曲線的幅度及形态特征是地下岩性特征及其組合的反映，不僅能作為地層劃分和對比的标志，也可以用于相分析方面。
利用電測曲線解釋沉積相主要是用自然電位曲線，電阻率曲線隻起輔助作用。
用高分辨率的傾角測井和反映沉積構造的處理方法所得到的傾角矢量圖可劃分砂岩中的層理構造。
10. 地震信息
地震信息是沉積相在地震記錄上的反映，地震相劃分主要根據地震反射參數（如地震反射的振幅、連續性、反射強度等）。
二、古生物标志（簡介）
在不同的沉積環境中都有與環境物理化學因素相适應的生物組合、生态特征，并随着環境條件的改變而不斷持變化和更替。所以生物組合、生态特征是判别古沉積環境的重要标志。
1. 藻類化石組合
藻類屬低等植物，一般都是水生的。
鈣質綠藻、鈣質紅藻、顆石藻等化石均屬海相。
鈣質藍藻化石在海、陸相沉積中均可見。
大多數輪藻生活于熱帶和亞熱帶地區的各種淡水水域。
窪藻可以生活在海水、半鹹水和淡水中。
2. 孢粉組合
基本上是陸生植物産生的，所以不能直接反映水盆地鹽度，但根據水盆地邊緣的鹽生植被孢粉組合，可以大緻反映水體的鹽度和研究海侵。
3. 有孔蟲
大部分為窄鹽性生物。
蜓類屬于淺海底栖生物，水深20～100m。
4. 海綿動物
鈣質海綿——水深10m以下的正常淺海
矽質海綿——主要生活于深水海相中
普通海綿——生活領域廣泛，為廣鹽度生物
5. 古杯動物
底栖、底能的清潔溫暖的淺海環境中，水深20～30m為主。
6. 層孔蟲
重要造礁生物之一，溫暖淺海生物
7. 珊瑚
典型的海生固着底栖生物
8. 苔藓動物
大多數為海生
9. 腕足動物
絕大多數為窄鹽性正常淺海生物
10. 軟體動物
雙殼類：大多為海生，少數生活于半鹹水或淡水環境
腹足類：可以分布于江、河、湖、海、沼澤等各種水體中
頭足類：全為海生，遊泳或底栖移動
11. 棘皮動物：全為海生單體生物
12. 三葉蟲：全為海生，多為底栖移動
13. 遺迹化石
許多遺迹化石分布的範圍都比較狹窄，因而對岩相分析和古生态的研究，甚至對于小區域内的地層劃分對比都有一定的意義。
三、地球化學标志
鑒于海水與淡水中溶解的鹽度差異很大的特點，故常用岩石中易溶組分（粘土岩中的Cl、Cl/Br、Br/I、Na/Ca）、難溶組分（碳酸鹽、磷酸鹽、Ca/Mg或鎂的含量）、粘土質點吸附陽離子的成分等，來确定盆地的古鹽度。
1. 微量元素
常用作指相标志的，主要是粘土沉積物中的微量元素，如Mn、B、Br、Cl、Na、Sr、P、Ni、Co、V、、Cr、U、Cu、As、Zn、Ga等，以硼應用最廣。
（1）硼
沉積物中的硼：陸源碎屑（電氣石），海水沉積物中硼的含量與水體中硼的含量有關，因而也和水的鹽度存在着函關系。
（2）Sr/Ba
淡水相→海相過渡，Sr/Ba↗
（3）Sr/Ca
河、湖水中Sr/Ca低，海水中Sr/Ca比較大
（4）Th/U
陸相高、海相低，能量伽瑪測井
（5）Mn/Fe
海相頁岩中Mn/Fe值比淡水頁岩要高得多
2. 穩定同位素
海水中18O和13C比淡水中要多
Z=2.048×（δ13C+50）+0.48×（δ18O+50）
Z＞120為海相
Z＜120為陸相（淡水）
Z=120為不定型
34S/32S，30Si/28Si
3. 有機組分
異戊間二烯中的植烷和姥鲛烷可作海相或陸相的标志
植烷→陸相
姥鲛烷→海相
沉積岩及石油中卟啉分子量的：窄範圍——湖相，寬範圍——海相
以上三個方面數十項沉積标志都有一定的指相性，但也都有其局限性。岩性标志是沉積學研究中的最基本對象，在覆蓋區，要充分利用鑽井資料和地震資料。所以相分析中應綜合利用各項标志，互相補充、驗證。
第二節 剖面相分析（Sectional facies analysis）
學時：1學時
基本内容：
①相分析進展
②相分析流程
③剖面相分析（單井、剖面、平面）
重點：單井、剖面、平面相分析
難點：單井、剖面、平面相分析
教學思路：首先了解相分析的進展，然後重點講解相分析的流程，重點從點到線到面進行相分析（單井→剖面→平面）
主要參考書：
劉寶珺、曾允孚主編《岩相古地理基礎和工作方法》第二、三、八、九、十章，地質出版社，1985
趙澄林、朱筱敏主編《沉積岩石學》附錄（油區岩相古地理研究方法提綱），石油工業出版社，2001
複習思考題：
①試說明陸源碎屑盆地相分析的主要流程
②名詞解釋：沉積補償作用原理、同期異相、同相異期、側向堆積原理
教學内容提要：
一、相分析的進展
1．劃相精度
油區：三級相～四級相（亞相～微相）
2．劃相标志
運用各類相标志時要慎重，且應注意綜合分析
3．相模式及其應用
相模式—以相序遞度規律為基礎，以現代沉積環境和沉積物特征的研究為依據，從大量的研究實例中，對沉積相的發育和演化加以高度概括，歸納出帶有普遍意義的沉積相的空間組合形式。
标準相模式中必定是某沉積環境的全面概括，在相分析中必定起到以下四方面的作用：
（1）對于進行比較的目的來說，它必須起一個标準的作用
（2）對于進一步觀察來說，必須起提綱和指南的作用
（3）在新地區，它必須起“預測”作用
（4）對于所代表的沉積環境和系統的水動力、解釋來說，必須起一個基礎的作用
已經建立的标準相模式，在實際應用中僅能借鑒，不能照搬，應結合所研究的實側不斷加以補充和完善。
二、相分析的流程
如何進行相分析，大緻有個流程是必要的，維謝爾（Visher,1972）所建立之流程表，具有一定的參考意義。
三、剖面相分析
1．單剖面相分析
單剖面相分析就是根據相标志的研究，判定剖面中各組、段、亞段乃至層的相類型，其綜合成果用岩相柱狀剖面圖表示。
某些層段相标志不甚明顯時，可借助相的共生組合規律加以判定。
相序遞變規律是相分析中應遵守的基本準則。
沉積補償原理：
①快速沉降，快速補償
②快速沉降，緩慢補償
③緩慢沉降，快速補償
④緩慢沉降，緩慢補償
2．剖面對比相分析
剖面對比相分析的成果以岩相對比剖面圖表示
應注意的問題：
（1）定時問題
（2）穿時問題
（3）相變問題
3．平面剖面相分析
運用相剖面研究區域岩相古地理的方法之一。
第三節 沉積盆地的岩相古地理條件分析
學時：1學時
基本内容：
①陸源區的分析
②古水動力條件分析
③水體深度及古地形的分析
④古氣候條件的分析
⑤水介質物化條件的分析
⑥沉積盆地岩相古地理圖的編制
重點：
①陸源區分析
②古水動力條件分析
③古氣候條件分析
④岩相古地理圖編制
難點：岩相古地理圖編制
教學思路：先從影響岩相分布的物源、水動力、水深（海/湖平面變化）、古氣候、水介質物化條件等着手進行講解，然後根據以上幾個方面，綜合起來編制岩相古地理圖。
主要參考書：
劉寶珺、曾允孚主編《岩相古地理基礎和工作方法》第二、三、八、九、十章，地質出版社，1985
趙澄林、朱筱敏主編《沉積岩石學》附錄（油區岩相古地理研究方法提綱），石油工業出版社，2001
複習思考題：
①說明物源分析、水動力條件分析、古氣候條件分析、水體物化條件分析的主要依據
②說明控制沉積盆地岩相古地理分布的基本因素
③如何判斷沉積中心和沉降中心
教學内容提要：
一、陸源區的分析
1．判斷古陸或侵蝕區的存在
侵蝕區—在相當長的時期内，向沉積區供給陸源碎屑和可溶性物質的剝蝕區。穩定的侵蝕又稱為古陸。
①某時代地層的尖滅和較新地層的超覆
②海進組合的下伏地層的頂部為古風化殼
③沉積相變
④同時代的岩相組合中陸源碎屑礦物含量和粒度的變化
⑤沉積尖滅線
⑥特殊的岩屑、重礦物組合等
⑦根據指向沉積構造進行古流向分析
2．查明古陸地形起伏特征
3．古河流體系的恢複
4．物源區母岩性質的确定
①礫岩的成分及分布
②砂岩的成分
③重礦物組合及分布
④物源綜合圖
二、古水動力條件分析
1．根據定向構造
不同類型的斜層理、波痕、濁流成因的底面印模構造、礫石排列、長形顆粒的定向排列
2．根據結構及成分的變化
利用碎屑的粒度、圓度、球度和成分的變化
碎屑組分（尤其是重組分）的分散暈也是古水流方向的标志。
3．根據孢粉資料
孢粉含量變化可作為搬運距離的标志
4．編制水流體系圖
古水流條件對于古地理和古構造研究都是必不可少的，但難度較大，要從多方面進行綜合分析。
三、水體深度及古地形的分析
1．根據沉積物的分布規律
一般情況下，從岸線的淺水到廣海的深水，沉積物粒度呈有規律的分布。
一些特殊的岩石類型形成于一定的環境，如：蒸發岩0～幾m，鲕粒灰岩＜10～15m，礁灰岩10～50m，濁積岩
2．根據沉積構造
暴露成因構造，流動成因構造
3．根據古生物和痕迹化石
4．根據自生礦物
海綠石，鲕綠泥石，磷酸鹽，錳結核
5．根據地球化學标志
Nicholls(1967)認為，Mo＞50ppm、Co＞40ppm、Cu＞90ppm、Ba＞1000ppm、Ce＞100ppm、Pr＞10ppm、Nd＞50ppm、Ni＞150ppm、Pb＞40ppm，特别是在伴随含量＜1ppm的U和＜3ppm的Sn時，則原來形成的深度可能超過250m。
6．古地形與相的特征，沉積中心，沉降中心
沉積中心depocenter—沉積盆地中，沉積速率最大的部位，表現為該處有最大的沉積厚度。
沉降中心centerofsubsidence—沉積盆地中基底沉降幅度最大的部位，一般此部位有最大的水深，充填有較大的沉積物厚度。
四、古氣候條件的分析
古氣候直接影響各種地質作用及沉積物和沉積礦産的形成，特别是古氣候的再造有助于發現和評價煤、鐵、錳、鋁土礦和鹽類等礦産。目前恢複沉積區古氣候條件大緻有以下一些途徑。
1. 根據岩性特征
特殊的岩石類型，如冰碛岩、冰川紋泥是寒冷氣候标志，蒸發岩是幹旱氣候産物，煤系地層是溫暖潮濕氣候标志等。
盆地氣候分析适采用綜合标志劃分氣候類型。
在海相地層中，大套石灰岩（尤其是生物石灰岩、礁石灰岩）、磷酸鹽岩、鐵、錳、鋁等沉礦産，均為潮濕氣候的可靠标志。
某些沉積構造特征亦可指示古氣候。如季節性韻律層理、鹽類假晶、幹裂、雨痕（幹燥氣候标志），風棱石、沙漠漆、霜面等（沙漠幹燥氣候）。
2. 根據古生物及古生态
最能反映古氣候的是古植物
對古氣候的再造來說，孢粉資料最為重要
研究第四紀氣候變化采用草原指數（Steppeindex）
SI=
氣候也能在海生動物群的多樣性上造成極大的差異。溫水中的生物界有時比冷水中的生物界豐富幾十倍。
氣候的差異往往可在近似型的動物的大小上反映出來（伯格曼或稱伯氏定律），體内具有穩定高溫的溫血動物（哺乳動物、鳥類），在寒冷地區變大，在炎熱區變小；冷血動物——爬行動物和兩栖動物，則具有相反的趨勢。
3. 根據穩定同位素
4. 根據黃土及湖泊沉積
5. 古地磁法
根據某些含磁性的礦物的火山岩及沉積岩的剩餘磁化強度計算出緯度的位置。
五、水介質物化條件的分析
水盆中介質的物化條件，包括EH值、PH值和含鹽度等
1. 确定還原程度的标志
常用的标志是含鐵自生礦物
判定生油岩系還原程度常用的指标：S2-、三種鐵離子、Fe2+。/Fe3+比值和鐵的還原系數
2. 确定酸堿度的标志
直接标志是根據常見的指示礦物，如碳酸鹽礦物、含鐵礦物和粘土礦物等。
3. 古鹽度的确定
直接測定海水中Cl-含量，經換算可獲得海水鹽度：
S(%)=0.030+1.8050Cl-(%)
間接查明的方法以古生物法為主
六、沉積盆地岩相古地理圖的編制
根據統計分析法進行岩相古地理研究，其最終是通過編制岩相古地理圖來完成的；或者說，岩相古地理圖的編制是相分析及古地理研究的總結。
如何編制岩相古地理圖，要收集和整理哪些資料，先作哪些基礎圖件，如何進行分析，不同地區、不同層段、以及不同的沉積相也不盡相同。
編圖程序大緻通過這樣三個階段，基礎資料的收集和整理，主要基礎圖件的編制和分析，岩相古地理圖的編制和使用。
1. 基礎資料的收集和整理
在地層劃分和對比的基礎上，對露頭剖面、岩心錄井、岩屑錄井、古生物及古生态鑒定、分析化驗、測井及地球物理等方面資料進行系統收集和整理。
2. 制圖單位的劃分和比例尺的選擇
制圖單位主要是根據研究課題的需要、資料的豐富程度和地質條件而決定的。
（1）小比例尺圖：＜1/300萬或＜1/1000萬，這種圖件是全國性的或大區域的，編圖單位時間間隔為代或紀；
（2）中比例尺圖：1/300萬～1/50萬，這種圖件範圍一般為一個沉積盆地，編圖單位間隔為世或期。
（3）大比例尺圖：＞1/50萬，通常是為盆地内某一凹陷或地區的深入一步勘探而編制的，制圖單位為段、亞段或砂層組。
3. 主要基礎圖件
在資料收集和整理、确定制圖單位和選好比例尺的基礎上，先要編制各種類型基礎圖件，以反映盆地的各種沉積特征，并進行沉積條件分析。編制何類及多少基礎圖件，要視研究課題及資料豐富程度而定。
