第十一章 岩相古地理研究与编图... 133

第一节  相标志（Facies markers）... 133

一、岩性标志... 134

二、古生物标志（简介）... 136

三、地球化学标志... 137

第二节  剖面相分析（Sectional facies analysis）... 139

一、相分析的进展... 139

二、相分析的流程... 140

三、剖面相分析... 140

第三节 沉积盆地的岩相古地理条件分析... 141

一、陆源区的分析... 142

二、古水动力条件分析... 142

三、水体深度及古地形的分析... 143

四、古气候条件的分析... 143

五、水介质物化条件的分析... 144

六、沉积盆地岩相古地理图的编制... 145

 

 

第十一章  岩相古地理研究与编图

（Study and complilation of lithofacies paleogeography）

 

第一节 相标志（Facies markers）

学时：1学时

基本内容：岩性相标志、地化相标志、古生物相标志

重点：岩性相标志

难点：地化相标志和古生物相标志

教学思路：以前从沉积相讲到沉积特征，包括相标志，因此本节教学以复习回顾为主，先讲相标志在相分析中的意义，再展开讲述三大类相标志。

主要参考书：

刘宝珺、曾允孚主编《岩相古地理基础和工作方法》第二、三、八、九、十章，地质出版社，1985

赵澄林、朱筱敏主编《沉积岩石学》附录（油区岩相古地理研究方法提纲），石油工业出版社，2001

复习思考题：

①相标志在相分析中的意义是什么？

②常用的岩性相标志有哪些？

③哪些岩石类型具有明确的指相意义？

④说明B、Sr/Br、Sr/Ca、Th/U、Mn/Fe、O¹⁸/O¹⁶、C¹³/C¹²等主要元素的指相意义

⑤说明痕迹化石的形态特征与沉积环境的关系

教学内容提要：

一、岩性标志

1. 颜色

颜色是沉积岩最直观、最醒目的标志。按成因可分为继承色、自生色和次生色。

其中自生色主要取决于岩石中含铁自生矿物及有机质的种类和数量，粘土岩、化学岩和生物化学岩的自生颜色对古水介质的物理化学条件有良好的反映，是良好的地球化学指标。

2. 岩石类型

岩石类型本身不是鉴别沉积相的良好标志。但与陆源碎屑岩共生的碳酸盐岩、硅岩、蒸发岩和红色岩层等具有一定的指相性。各类岩石的百分比或比率具有重要指相意义，以此类数据编制的岩石类型图是编制油区岩相古地理图的重要基础图件。特定环境中形成的岩石（如浊积岩等）具有良好的指相性。

3. 自生矿物

自生矿物具有良好的指相性。

海绿石和鲕绿泥石都是含铁的硅酸盐矿物，为海相标志。

自生粘土矿物可反映水介质条件，大陆环境主要是酸性介质，以高岭石为主；海洋环境粘土沉积多以伊利石和蒙皂石为主。

自生磷灰石或隐晶质胶磷矿是海相标志。

大量锰结核目前主要分布在深海和开放大洋洋底环境。

一般认为，自生长石、自生沸石是湖相标志，钾长石次生加大是海相标志，天青石、萤石和重晶石是咸化泻湖环境标志。

4. 碎屑颗粒的结构

（1）粒度参数

（2）颗粒的形态和圆度

（3）颗粒的定向排列

（4）支撑结构

（5）颗粒的表面结构

5. 填隙物的类型

碎屑岩中的胶结物和杂基，碳酸盐岩中的泥晶和亮晶等。

6. 阴极发光

石英紫色——岩浆岩

石英棕色——变质岩

石英不发光——沉积岩

7. 原生沉积构造

沉积岩的沉积构造是沉积时水动力条件的直接反映，又较少受沉积后各种作用的影响，故具有良好的指相性。

（1）层理

（2）波痕：在浅水砂质环境中最丰富

（3）其它层面构造：泥裂、雨痕、晶痕

8. 岩性组合及其韵律性

沉积剖面上各种成因标志有规律地重复出现—沉积作用的韵律性或旋回性。

划分沉积韵律是部面相分析的重要内容。

9. 电测曲线

电测曲线的幅度及形态特征是地下岩性特征及其组合的反映，不仅能作为地层划分和对比的标志，也可以用于相分析方面。

利用电测曲线解释沉积相主要是用自然电位曲线，电阻率曲线只起辅助作用。

用高分辨率的倾角测井和反映沉积构造的处理方法所得到的倾角矢量图可划分砂岩中的层理构造。

10. 地震信息

地震信息是沉积相在地震记录上的反映，地震相划分主要根据地震反射参数（如地震反射的振幅、连续性、反射强度等）。

二、古生物标志（简介）

在不同的沉积环境中都有与环境物理化学因素相适应的生物组合、生态特征，并随着环境条件的改变而不断持变化和更替。所以生物组合、生态特征是判别古沉积环境的重要标志。

1. 藻类化石组合

藻类属低等植物，一般都是水生的。

钙质绿藻、钙质红藻、颗石藻等化石均属海相。

钙质蓝藻化石在海、陆相沉积中均可见。

大多数轮藻生活于热带和亚热带地区的各种淡水水域。

洼藻可以生活在海水、半咸水和淡水中。

2. 孢粉组合

基本上是陆生植物产生的，所以不能直接反映水盆地盐度，但根据水盆地边缘的盐生植被孢粉组合，可以大致反映水体的盐度和研究海侵。

3. 有孔虫

大部分为窄盐性生物。

蜓类属于浅海底栖生物，水深20～100m。

4. 海绵动物

钙质海绵——水深10m以下的正常浅海

硅质海绵——主要生活于深水海相中

普通海绵——生活领域广泛，为广盐度生物

5. 古杯动物

底栖、底能的清洁温暖的浅海环境中，水深20～30m为主。

6. 层孔虫

重要造礁生物之一，温暖浅海生物

7. 珊瑚

典型的海生固着底栖生物

8. 苔藓动物

大多数为海生

9. 腕足动物

绝大多数为窄盐性正常浅海生物

10. 软体动物

双壳类：大多为海生，少数生活于半咸水或淡水环境

腹足类：可以分布于江、河、湖、海、沼泽等各种水体中

头足类：全为海生，游泳或底栖移动

11. 棘皮动物：全为海生单体生物

12. 三叶虫：全为海生，多为底栖移动

13. 遗迹化石

许多遗迹化石分布的范围都比较狭窄，因而对岩相分析和古生态的研究，甚至对于小区域内的地层划分对比都有一定的意义。

三、地球化学标志

鉴于海水与淡水中溶解的盐度差异很大的特点，故常用岩石中易溶组分（粘土岩中的Cl、Cl/Br、Br/I、Na/Ca）、难溶组分（碳酸盐、磷酸盐、Ca/Mg或镁的含量）、粘土质点吸附阳离子的成分等，来确定盆地的古盐度。

1. 微量元素

常用作指相标志的，主要是粘土沉积物中的微量元素，如Mn、B、Br、Cl、Na、Sr、P、Ni、Co、V、、Cr、U、Cu、As、Zn、Ga等，以硼应用最广。

（1）硼

沉积物中的硼：陆源碎屑（电气石），海水沉积物中硼的含量与水体中硼的含量有关，因而也和水的盐度存在着函关系。

（2）Sr/Ba

淡水相→海相过渡，Sr/Ba↗

（3）Sr/Ca

河、湖水中Sr/Ca低，海水中Sr/Ca比较大

（4）Th/U

陆相高、海相低，能量伽玛测井

（5）Mn/Fe

海相页岩中Mn/Fe值比淡水页岩要高得多

2. 稳定同位素

海水中18O和13C比淡水中要多

Z=2.048×（δ13C+50）+0.48×（δ18O+50）

Z＞120为海相

Z＜120为陆相（淡水）

Z=120为不定型

³⁴S/³²S，³⁰Si/²⁸Si

3. 有机组分

异戊间二烯中的植烷和姥鲛烷可作海相或陆相的标志

植烷→陆相

姥鲛烷→海相

沉积岩及石油中卟啉分子量的：窄范围——湖相，宽范围——海相

以上三个方面数十项沉积标志都有一定的指相性，但也都有其局限性。岩性标志是沉积学研究中的最基本对象，在覆盖区，要充分利用钻井资料和地震资料。所以相分析中应综合利用各项标志，互相补充、验证。

 

第二节 剖面相分析（Sectional facies analysis）

学时：1学时

基本内容：

①相分析进展

②相分析流程

③剖面相分析（单井、剖面、平面）

重点：单井、剖面、平面相分析

难点：单井、剖面、平面相分析

教学思路：首先了解相分析的进展，然后重点讲解相分析的流程，重点从点到线到面进行相分析（单井→剖面→平面）

主要参考书：

刘宝珺、曾允孚主编《岩相古地理基础和工作方法》第二、三、八、九、十章，地质出版社，1985

赵澄林、朱筱敏主编《沉积岩石学》附录（油区岩相古地理研究方法提纲），石油工业出版社，2001

复习思考题：

①试说明陆源碎屑盆地相分析的主要流程

②名词解释：沉积补偿作用原理、同期异相、同相异期、侧向堆积原理

教学内容提要：

一、相分析的进展

1．划相精度

  油区：三级相～四级相（亚相～微相）

2．划相标志

运用各类相标志时要慎重，且应注意综合分析

3．相模式及其应用

相模式—以相序递度规律为基础，以现代沉积环境和沉积物特征的研究为依据，从大量的研究实例中，对沉积相的发育和演化加以高度概括，归纳出带有普遍意义的沉积相的空间组合形式。

标准相模式中必定是某沉积环境的全面概括，在相分析中必定起到以下四方面的作用：

（1）对于进行比较的目的来说，它必须起一个标准的作用

（2）对于进一步观察来说，必须起提纲和指南的作用

（3）在新地区，它必须起“预测”作用

（4）对于所代表的沉积环境和系统的水动力、解释来说，必须起一个基础的作用

已经建立的标准相模式，在实际应用中仅能借鉴，不能照搬，应结合所研究的实侧不断加以补充和完善。

二、相分析的流程

如何进行相分析，大致有个流程是必要的，维谢尔（Visher,1972）所建立之流程表，具有一定的参考意义。

三、剖面相分析

1．单剖面相分析

单剖面相分析就是根据相标志的研究，判定剖面中各组、段、亚段乃至层的相类型，其综合成果用岩相柱状剖面图表示。

某些层段相标志不甚明显时，可借助相的共生组合规律加以判定。

相序递变规律是相分析中应遵守的基本准则。

沉积补偿原理：

①快速沉降，快速补偿

②快速沉降，缓慢补偿

③缓慢沉降，快速补偿

④缓慢沉降，缓慢补偿

2．剖面对比相分析

剖面对比相分析的成果以岩相对比剖面图表示

应注意的问题：

（1）定时问题

（2）穿时问题

（3）相变问题

3．平面剖面相分析

运用相剖面研究区域岩相古地理的方法之一。

 

第三节 沉积盆地的岩相古地理条件分析

学时：1学时

基本内容：

①陆源区的分析

②古水动力条件分析

③水体深度及古地形的分析

④古气候条件的分析

⑤水介质物化条件的分析

⑥沉积盆地岩相古地理图的编制

重点：

①陆源区分析

②古水动力条件分析

③古气候条件分析

④岩相古地理图编制

难点：岩相古地理图编制

教学思路：先从影响岩相分布的物源、水动力、水深（海/湖平面变化）、古气候、水介质物化条件等着手进行讲解，然后根据以上几个方面，综合起来编制岩相古地理图。

主要参考书：

刘宝珺、曾允孚主编《岩相古地理基础和工作方法》第二、三、八、九、十章，地质出版社，1985

赵澄林、朱筱敏主编《沉积岩石学》附录（油区岩相古地理研究方法提纲），石油工业出版社，2001

复习思考题：

①说明物源分析、水动力条件分析、古气候条件分析、水体物化条件分析的主要依据

②说明控制沉积盆地岩相古地理分布的基本因素

③如何判断沉积中心和沉降中心

教学内容提要：

一、陆源区的分析

1．判断古陆或侵蚀区的存在

侵蚀区—在相当长的时期内，向沉积区供给陆源碎屑和可溶性物质的剥蚀区。稳定的侵蚀又称为古陆。

①某时代地层的尖灭和较新地层的超覆

②海进组合的下伏地层的顶部为古风化壳

③沉积相变

④同时代的岩相组合中陆源碎屑矿物含量和粒度的变化

⑤沉积尖灭线

⑥特殊的岩屑、重矿物组合等

⑦根据指向沉积构造进行古流向分析

2．查明古陆地形起伏特征

3．古河流体系的恢复

4．物源区母岩性质的确定

①砾岩的成分及分布

②砂岩的成分

③重矿物组合及分布

④物源综合图

二、古水动力条件分析

1．根据定向构造

不同类型的斜层理、波痕、浊流成因的底面印模构造、砾石排列、长形颗粒的定向排列

2．根据结构及成分的变化

利用碎屑的粒度、圆度、球度和成分的变化

碎屑组分（尤其是重组分）的分散晕也是古水流方向的标志。

3．根据孢粉资料

孢粉含量变化可作为搬运距离的标志

4．编制水流体系图

古水流条件对于古地理和古构造研究都是必不可少的，但难度较大，要从多方面进行综合分析。

三、水体深度及古地形的分析

1．根据沉积物的分布规律

一般情况下，从岸线的浅水到广海的深水，沉积物粒度呈有规律的分布。

一些特殊的岩石类型形成于一定的环境，如：蒸发岩0～几m，鲕粒灰岩＜10～15m，礁灰岩10～50m，浊积岩

2．根据沉积构造

暴露成因构造，流动成因构造

3．根据古生物和痕迹化石

4．根据自生矿物

海绿石，鲕绿泥石，磷酸盐，锰结核

5．根据地球化学标志

Nicholls(1967)认为，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时，则原来形成的深度可能超过250m。

6．古地形与相的特征，沉积中心，沉降中心

沉积中心depocenter—沉积盆地中，沉积速率最大的部位，表现为该处有最大的沉积厚度。

沉降中心centerofsubsidence—沉积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，充填有较大的沉积物厚度。

四、古气候条件的分析

古气候直接影响各种地质作用及沉积物和沉积矿产的形成，特别是古气候的再造有助于发现和评价煤、铁、锰、铝土矿和盐类等矿产。目前恢复沉积区古气候条件大致有以下一些途径。

1. 根据岩性特征

特殊的岩石类型，如冰碛岩、冰川纹泥是寒冷气候标志，蒸发岩是干旱气候产物，煤系地层是温暖潮湿气候标志等。

盆地气候分析适采用综合标志划分气候类型。

在海相地层中，大套石灰岩（尤其是生物石灰岩、礁石灰岩）、磷酸盐岩、铁、锰、铝等沉矿产，均为潮湿气候的可靠标志。

某些沉积构造特征亦可指示古气候。如季节性韵律层理、盐类假晶、干裂、雨痕（干燥气候标志），风棱石、沙漠漆、霜面等（沙漠干燥气候）。

2. 根据古生物及古生态

最能反映古气候的是古植物

对古气候的再造来说，孢粉资料最为重要

研究第四纪气候变化采用草原指数（Steppeindex）

SI=

气候也能在海生动物群的多样性上造成极大的差异。温水中的生物界有时比冷水中的生物界丰富几十倍。

气候的差异往往可在近似型的动物的大小上反映出来（伯格曼或称伯氏定律），体内具有稳定高温的温血动物（哺乳动物、鸟类），在寒冷地区变大，在炎热区变小；冷血动物——爬行动物和两栖动物，则具有相反的趋势。

3. 根据稳定同位素

4. 根据黄土及湖泊沉积

5. 古地磁法

根据某些含磁性的矿物的火山岩及沉积岩的剩余磁化强度计算出纬度的位置。

五、水介质物化条件的分析

水盆中介质的物化条件，包括EH值、PH值和含盐度等

1. 确定还原程度的标志

常用的标志是含铁自生矿物

判定生油岩系还原程度常用的指标：S2-、三种铁离子、Fe2+。/Fe3+比值和铁的还原系数

2. 确定酸碱度的标志

直接标志是根据常见的指示矿物，如碳酸盐矿物、含铁矿物和粘土矿物等。

3. 古盐度的确定

直接测定海水中Cl-含量，经换算可获得海水盐度：

S(%)=0.030+1.8050Cl-(%)

间接查明的方法以古生物法为主

六、沉积盆地岩相古地理图的编制

根据统计分析法进行岩相古地理研究，其最终是通过编制岩相古地理图来完成的；或者说，岩相古地理图的编制是相分析及古地理研究的总结。

如何编制岩相古地理图，要收集和整理哪些资料，先作哪些基础图件，如何进行分析，不同地区、不同层段、以及不同的沉积相也不尽相同。

编图程序大致通过这样三个阶段，基础资料的收集和整理，主要基础图件的编制和分析，岩相古地理图的编制和使用。

1. 基础资料的收集和整理

在地层划分和对比的基础上，对露头剖面、岩心录井、岩屑录井、古生物及古生态鉴定、分析化验、测井及地球物理等方面资料进行系统收集和整理。

2. 制图单位的划分和比例尺的选择

制图单位主要是根据研究课题的需要、资料的丰富程度和地质条件而决定的。

（1）小比例尺图：＜1/300万或＜1/1000万，这种图件是全国性的或大区域的，编图单位时间间隔为代或纪；

（2）中比例尺图：1/300万～1/50万，这种图件范围一般为一个沉积盆地，编图单位间隔为世或期。

（3）大比例尺图：＞1/50万，通常是为盆地内某一凹陷或地区的深入一步勘探而编制的，制图单位为段、亚段或砂层组。

3. 主要基础图件

在资料收集和整理、确定制图单位和选好比例尺的基础上，先要编制各种类型基础图件，以反映盆地的各种沉积特征，并进行沉积条件分析。编制何类及多少基础图件，要视研究课题及资料丰富程度而定。