Basin绪论-概念-方法.ppt

沉积盆地分析基础,2008年上半年 沉积盆地分析课程表（煤工系本科生）班级：021054,课程编号：21011课程名称：沉积盆地分析基础英文名称：Sedimentary Basin Analysis学 时：30学时（其中讲课20学时，实验 8学时，考试2学时）学 分：2,主要内容：盆地分析是一门为高年级本科生开设的专业课程，它的主要研究对象是沉积盆地包括了盆地形成演化分析、沉积充填史分析和沉积矿产成矿规律研究。沉积盆地分析是一项重要的基础地质工作，通过盆地形成演化的分析，可以概括出沉积盆地在时间上和空间上的演化规律性，此规律性能为板块构造学和地球动力学研究提供更丰富的依据。同时对于指导能源资源、沉积和层控矿产的寻找、勘探和开发也具有重要的意义。通过本课程的学习，使学生能熟练掌握有关沉积盆地分析的基本概念，掌握沉积盆地分析的总体思路和方法，并在实际操作方面得到应有的锻炼，从而为以后的学习和研究奠定坚实的基础。,课程简介：1.沉积盆地概念、研究内容、意义和进展；2.盆地分析基本思路、方法和基本参数；3.沉积体系分析（包含概念体系介绍、沉积成因标志分析和七大类沉积体系的详细解剖）；4.层序地层分析（包含基本原理介绍、层序地层单元的基本构成、层序基本型式及其边界特征和层序形成机理分析）；5.盆地构造分析（包含岩石圈流变学分带和盆地动力学分类方案、盆地特征分述、盆地构造系统和盆地变形、盆地沉降史和构造史分析）；6.盆地热历史分析（包含盆地热历史分析的基本知识、地热场研究和古地温场研究）；7.沉积矿床成因类型及其成矿规律（包含碎屑沉积矿床、内源沉积矿床、可燃有机矿床和成矿地质条件及成矿规律分析）。,李思田，解习农，王华 等编著，2004，沉积盆地分析基础与应用，高等教育出版社，410p 迈尔 A.D.著，孙枢等译，1991，沉积盆地分析原理，石油工业出版社 李思田主编，1988，断陷盆地分析与煤聚积规律，地质出版社 威尔格斯 C.K.等编，徐怀大等译，1993，层序地层学原理（海平面变化综合分析），石油工业出版社 李思田主编，1996，含能源盆地沉积体系，中国地质大学出版社 Galloway W.E.和Hobday D.K.著，1983，顾晓忠等译，1989，陆源碎屑沉积体系在石油、煤和铀勘探中的应用，石油工业出版社 陈钟惠编，1988，煤和含煤岩系的沉积环境，中国地质大学出版社 李思田等主编，1999，盆地动力学基本思想与若干研究方法，中国地质大学出版社 Frostick L.E.和Steel R.J.等编，王喜双等译，1996，沉积层序中的构造控制与特征，石油工业出版社 王华 主编，2008，层序地层学基本原理、方法与应用，中国地质大学出版社,383p,第一章 绪论（讲课1学时）第二章 盆地分析基本思路和方法（讲课2学时）盆地分析基本思路 盆地分析基本参数 盆地分析基本方法第三章 沉积体系分析（讲课6学时、实习2学时）概述 岩石成因标志（实习）冲积扇沉积体系 河流沉积体系 三角洲沉积体系 碎屑滨岸沉积体系 陆源陆架沉积体系 陆源陆坡和盆地沉积体系第四章 层序地层分析（讲课6学时、实习2学时）层序地层分析的基本原理 层序地层单元的基本构成 层序基本型式及其边界特征 层序形成机理 层序识别（实习）,第五章 盆地构造分析（讲课6学时、实习2学时）第一节 岩石圈流变学分带和盆地动力学分类方案 第二节 盆地特征分述 第三节 盆地构造系统和盆地变形 第四节 盆地沉降史和构造史（实习）第六章 盆地热历史分析（讲课2学时）第一节 盆地热历史分析的基本知识 第二节 地热场研究 第三节 古地温场研究第七章 沉积矿床的成因类型及其成矿规律（讲课3学时）第一节 碎屑沉积矿床 第二节 内源沉积矿床 可燃有机矿床 成矿地质条件及成矿规律考试（2学时）,1、沉积盆地概念、研究内容、意义和进展,1）沉积盆地分析的研究内容、研究意义 沉积盆地分析的内容就是分析盆地形成及演化过程中的规律性，由此再造盆地的发展史，对其中的各种沉积矿产资源做出合理的预测和评价。沉积盆地分析是一项重要的基础地质工作。,盆地分析(basin analysis)沉积盆地是大自然提供给人类能源和矿产资源的最重要宝库。石油地质家早就认识到石油、天然气形成并赋存于沉积盆地之中。没有盆地就没有石油“No Basin，No Oil”法国石油地质学家A.Perrodon（1983）的这一简单名言说明了盆地对能源的重要性。上世纪的后20年，从事金属矿床研究和勘查的地质家们通过对许多矿床成矿作用的精细研究，发现并证明了富有机物的盆地流体在成矿中居主要地位，认识到盆地对层控矿床的重要性。涂光炽先生曾指出沉积盆地是形成超大型层控矿床的必要条件。近十余年来，放射性矿产的勘探也将重点转向含油、气及含煤盆地中的砂岩型铀矿。,盆地又是人类所需淡水资源的最重要储库。随着经济的高速发展，现在人们日益认识到水资源对人类生存和发展的极端重要性。实践证明，要想保护和正当利用水资源，就必须认识整个盆地水的赋存状态及其循环系统。“沉积盆地分析”这一学科是地质学家在多年研究沉积盆地及相关资源过程中形成的理论和方法体系。盆地分析学科的早期发展侧重于盆地充填的沉积学研究，并被归属于宏观沉积学或沉积地质学的范畴，以后逐渐吸取了构造、大地构造、地球物理、地球化学和计算机技术等许多学科的成就来研究沉积盆地的成因、演化和其中资源的聚集规律。,在当代盆地分析的理论与方法中鲜明地体现了多学科聚集的特色。对能源资源的需求是推动这一学科发展最主要的驱动力。能源特别是由于油气勘探的高难度及其在国民经济中的战略地位，吸引了多学科研究在盆地领域进行研究，并采用了许多先进技术及方法，使盆地分析具有多学科的综合性和技术方法的先进性。因此沉积盆地分析的教科书需要概要地反映这些新进展，包括先进的地球动力学理论对盆地形成、演化的认识。即盆地动力学，盆地的过程模拟技术以及盆地的流体系统等许多新领域。,理论意义：通过盆地形成演化的分析，可以概括出沉积盆地在时间上和空间上的规律性，这些规律性的揭示为板块构造学和地球动力学研究提供更丰富的依据。实际意义：在于指导能源资源、沉积和层控矿产的寻找、勘探和开发。,2）沉积盆地的概念 盆地（basin）是一个地质学和地理学上常用术语，但其含义略有不同。地貌盆地是地理学的术语，是指四周被自然高地所围限的地形上的洼地，代表一种地貌单元，它可以是大陆上区域分布的无覆水的洼地，如四川盆地，也可以是驻水的湖泊和海洋。,沉积盆地(depositional basin)是指地壳上有沉积物或火山碎屑充填的地区。这一概念包含三个基本条件：(1)有沉积物或火山碎屑的充填；(2)在构造上是个下凹的单元；(3)形态上基本为封闭的。同沉积盆地(syndepositional basin)代表原始沉积时的盆地。后沉积盆地(post-depositional basin)是由于后期构造运动所形成的构造盆地。,沉积边界同沉积盆地的原始边界为沉积边界，这类盆地边界往往有盆地边缘相，如冲积扇、辫状河沉积。侵蚀边界是经过后期改造剥蚀残留的边界。,盆地原型和叠合盆地 世界上许多大盆地是由不同地质时代、不同成因类型的盆地叠合而成的，其形态和边界常由后期相对年轻盆地的构造边界所决定。朱夏称这些不同时期形成的盆地为“盆地原型”(proto-type)。考虑到与英语的对应，作者曾使用过“盆地单型”概念（mono-type），其含意相同。不同时代、不同成因的盆地叠合后需要识别出每种原型分别进行研究，在此基础上还需要作为一个整体进行研究。这不仅仅是由于不同时期盆地构造的演化体现出继承、改造和变格等具成因联系的关系，更重要的是油气沿输导系统的运聚过程贯穿了不同世代的盆地原型，因而有必要将其作为整体进行研究。世界上许多大型含油气盆地形成的巨型油气系统常与盆地的叠合有关，特别是早期在拉伸条件下形成裂谷，晚期再经历挤压环境形成的挠曲类盆地。前者有利于烃类的大规模生成，后者则有利于形成大型构造圈闭。在叠合盆地研究中由于各种原型其形成机制的差异，在构造样式和沉积充填样式上都有明显区别，其间都有区域性古间断面，此种间断大多是不整合型式。塔里木和四川盆地都是叠合盆地的典型实例：,珠三坳陷构造格架背景分析,珠江口盆地珠三坳陷主干断层控制下的隆凹结构特征,3）沉积盆地分析历史回顾 地质学发展的初期即开始了地层和沉积的研究，但以沉积盆地为单元进行沉积学研究则是一项十分重要的进展，并形成了一套系统的研究方法。沉积盆地分析的早期发展主要属于沉积学范畴，地质家着重于研究盆地的沉积充填特征和盆地不同演化阶段的古地理重建。古流与盆地分析(Potter and Pettijohn，1977)是当时这一领域的代表作，“盆地分析”（sedimentary basin analysis)作为沉积学的一个分支学科也由此得名。20世纪4060年代，欧美国家和前苏联对许多重要盆地进行了全面分析，重建盆地的沉积和构造演化史及其中煤、油、气资源的聚集史，对能源资源预测和勘探曾经起到过重要作用。20世纪6070年代初，作为地球科学革命的板块学说的出现给盆地研究带来了深刻的影响，人们从岩石圏板块的相互作用中，重新认识了沉积盆地的成因和演化，使沉积盆地分析这一学科从概念体系到研究内容皆产生了巨大的飞跃。,Dickinson(1974)等许多学者从板块构造背景认识沉积盆地的成因并提出了新的分类。以后沉积盆地分析的内容和方法日益体现了多学科的综合，并成为地球科学的热点研究领域。这首先是由于推动沉积盆地研究最大的驱动力来自社会对能源的需求。80年代以来，出版了大量关于沉积盆地分析的系统专著。以沉积地质研究为主的如ADMiall的盆地分析原理(1984，1990)和G.Einsele的沉积盆地：演化、相和沉积体专著(1992，2000)，Busby 和Ingerssol的构造和沉积盆地(1995)。另外，AAPG也组织编著了各类型盆地的系列著作，包括离散/被动大陆边缘盆地、克拉通内部盆地、活动大陆边缘盆地、前陆盆地和褶皱带、陆内裂谷盆地等。这些专著均提供了分析的典型，探讨了形成板块构造的背景，并着眼于盆地演化对油气聚集的控制作用(Leighton等，1991；Edwards and Samtogrossi，1990；Landon，1994；Biddle，1991)。对于湖相盆地也有相关的专著(Katz，1995)。中国学者在陆相盆地和大型叠合盆地领域也发表了大量著作（李德生，1992；Zhu Xia 1983；胡见义、黄第藩等，1991；田在艺，1996）。,从动力学角度研究盆地形成机制也日益深化。从理论地球科学的角度研究盆地首先是从盆地的地球物理模型开始的。McKenzie(1978)提出了拉伸盆地的形成模式，后来被称为“纯剪模式”。在此模式中定量地探讨了盆地沉降、岩石圏减薄、软流圈上隆以及相应热体制之间的定量动力学关系。随后，许多学者提出了其它改进意见和新模式，如Wernicke的简单剪切模式(1981)、Barbier的联合剪切模式(1986)及Kusznir的双层悬臂梁模式（1992）等，但McKenzie的研究在理论盆地分析方面仍具有里程碑意义。此后迅速发展的盆地定量动力学模拟都是以盆地的地质地球物理模型为基础的。Beaumont和Tankard主编的著作(1987)按形成机制划分了五个大类盆地，即伸展的(extensional)，张扭的（transtensional），压扭的（transpressive），前陆（foreland）和克拉通内（intracratonic），并通过一系列典型研究探讨了盆地的形成机制。P.A.Allen和J.R.Allen(1990)的沉积盆地分析的定量方法专著也是按盆地的动力学模型为核心论述的,盆地形成的理论模型与计算机技术相结合产生的盆地模拟方法在盆地研究与油气勘探中已得到了广泛应用。目前许多学者已达成这样的共识：即“没有盆地模拟就没有当代的盆地分析”。盆地模拟技术能定量地正演和反演盆地的动力过程，如沉降史、热历史、生排烃和流体运移史。在油气勘探中盆地分析已成为定量预测的重要方法(Waples,1996)。在沉积学领域，半个世纪以来从沉积相模式、沉积体系、地层、地层学到层序地层学的重大进展为盆地分析提供了系统的方法。上世纪50年代在沉积学领域出现了研究沉积环境和相模式的高潮，这一高潮形成的最主要推动力来源于研究和预测地下油气储层的需要。另外，海洋地质学的进展为此项研究也提供了新的驱动力，其中最具创新性的部分是对浊流沉积及碳酸盐沉积环境的研究。沉积学家将浊流成因和沉积环境的揭示作为近代沉积学革命的重要标志。60年代开始的沉积体系研究是在前一阶段基础上更完整的综合。,到90年代，层序地层学的概念和方法逐渐形成完整体系并在油气勘探中广泛应用、被许多油公司作为一种权威性的技术。层序地层学突出地层序列中的各种关键性物理界面的识别，特别是古间断面，并有效地建立沉积盆地的等时地层格架。这一技术方法体系的形成是沉积学家和石油勘探累积半个世纪努力的成果。迄今所有有关盆地分析的专著和教科书中层序地层学和沉积体系研究都占有重要比例。20世纪90年代初期提出了沉积盆地动力学的重要学术思想使盆地研究进一步深化，Dickinson(1993)在一篇简短而重要的论文中指出，准静态的(quasistatic)盆地分类学应该走向更具动力学意义和更具适应性的分类；盆地研究的集中点应从盆地分类转向盆地形成过程的动力学分析；并指出盆地演化常常是多重作用的联合控制，是多种作用的复杂函数。,面临能源资源需求和环境恶化的巨大挑战，许多国家进行了地球科学发展趋向的研究。美国地球动力学委员会(USGC)聘请以Dickinson为首席科学家的专家组编写的“沉积盆地动力学”是对沉积盆地研究具有前瞻性的一个纲要。这一纲要提出的主要的科学问题是：板块构造和地幔对流格架中盆地的形成；盆地演化过程中烃类的生成和运移；现今和古流体的活动及其运移的化学动力学；与构造环境有关的盆地充填和热演化；地下岩石孔渗性的时空变化；保存在盆地中的构造、古气候和海平面变化的记录。上述沉积盆地动力学研究纲要中突出了盆地流体研究、盆地中的古气候古环境记录，并将动力学研究延伸到与地幔对流系统的关系。其总体思想是建立一种先进的地球动力学理论、新的观测技术与计算机模拟相结合的研究战略。,近廿余年来，由于沉积学、海洋地质学、板块构造学以及其它学科的迅速发展，加之新技术和新方法的应用，使盆地研究进入了一个新阶段。其主要进展和成就大致可概括为以下几个方面：1)沉积学发生了飞跃发展。2)盆地深部过程研究的突破。3)从定性分析发展到定量分析。,2、盆地分析基本思路和方法,一、盆地分析基本思路 盆地分析实际上是一项复杂的系统工程研究，其基本思路概括为下列四个方面（李思田等，1983；1988)：（一）整体分析 整体分析着眼于整个盆地，就是把沉积盆地作为一个成因上统一的地质体。,整体分析的涵义包括:从整个沉积盆地范围着眼进行分析；对一个沉积盆地的整个充填序列进行分析。事实上，如果不重建整个沉积盆地的轮廊，确定原始沉积边界、弄清盆地的充填序列和整体古地理环境，局部的环境研究有时会得出片面的乃至错误的结论。整体分析则便于客观地掌握盆地发生和发展过程中各系统的相互联系和规律性，其实际的目的是更有效地确定沉积矿产及能源资源在盆地中的分布规律。整体分析应指整个同沉积盆地的重建。,（二）背景分析 背景分析就是从大区域的地质背景范围出发，研究和分析盆地的地质发展，使单个盆地研究与更高级别的控制因素联系起来。沉积盆地的背景分析包括下列方面：大地构造背景 古气候 全球性海平面变化 盆地在大的古地理格局中的部位 盆地周围源区的岩性、地球化学特征 其它全球事件，如缺氧事件。,（三）演化分析 沉积盆地的形成、发展到消亡是一个历史的过程，演化分析就是对整个盆地的发展历史的研究，包括沉积史、构造史、热演化史和成矿演化史等。盆地从其初始下沉到结束充填的漫长过程中其各项参数都在发展变化，这种变化可以划一系列阶段，因此需要以演化、发展的观点研究盆地的历史，或者说需要按照发展阶段分期、分层次地对盆地进行研究。,（四）联系分析 沉积和构造研究是盆地分析的两项基本内容，盆地分析中除强调学科的综合分析外，最重要的是古环境和古构造的结合分析。,二、盆地分析的基本参数 李思田教授将盆地分析基本参数概括为六类：（一）盆地的形态参数 在分析沉积盆地的几何形态时，既要考虑到平面形态，又要考虑剖面形态。1.盆地平面形态 边界性质，几何形态。,2.地层格架 地层格架(stratigraphic framework)指构成盆地的岩性地层单元和岩性单元的几何形态及其相互联系。沉积体系的三维配置 层序地层格架(sequence stratigraphic framework),半地堑盆地地层格架模式图,（二）沉积参数 沉积参数包括：1.盆地充填的岩性和沉积体系构成 2.盆地充填序列 3.沉积相的空间配置 4.古水流体系,东北亚晚中生代断陷盆地充填序列模式,（据李思田，1988）,浅湖周缘沉积体系空间配置图,（据李思田，1988）,（三）构造参数 盆地构造参数主要包括：1.古构造运动面 2.沉降史及区域地层厚度分布 3.盆地构造格架（四）热过程参数 热过程，对油气的成熟和破坏，煤化程度，沉积矿产特别是粘土序列等热敏感矿产以及层控金属矿床的成矿均有重要的控制作用。,（五）岩浆活动参数 包括火山喷发活动参数和岩浆侵入活动参数。（六）成矿参数 不同的矿床类型、成矿序列特征、矿石成分、矿石性质、矿体形态和分布特征等。,三、盆地分析基本方法（一）宏观沉积特征分析 沉积盆地沉积特征的识别是盆地分析最直观的证据，宏观分析包括对地表露头和钻孔岩心的最基本的沉积特征的描述。包括：1.垂向序列分析 2.沉积相的空间配置 3.古流向和分布样式分析,（二）微观沉积特征分析 碎屑成分、自生矿物和特殊岩石类型、碎屑结构特征(包括粒径大小、排列、分选、磨圆、基质性质及含量等)、生物碎屑成分及结构特征。（三）地球物理测井分析 用于解释沉积环境的曲线类型有:1.电阻率曲线 2.自然电位曲线 3.天然放射性曲线 4.人工放射性曲线,（四）应用地震探测和其它物探方法（五）盆地构造分析（六）计算机应用,研究思路与流程 盆地分析是一种多学科相结合的系统工程，是寻找能源资源、矿产资源和水资源最重要的基础工作。根据研究任务的不同，采用的方法和技术也不一样，本节仅介绍基本的研究思路和工作流程，并侧重于含油气盆地。像地球科学所有分支学科一样，盆地的所有研究内容都是基于扎实精确的观测，包括地质、地球物理、地球化学等许多学科的技术。地下部分是盆地的主体，因此地球物理探测特别是地震技术有特殊的重要性。在取得基本观测数据之后需要根据先进的地球动力学理论分析和综合，并应用计算机技术进行演化过程的模拟。,盆地分析的技术思路有下列特点：1盆地构成要素的整体分析 盆地分析是对盆地的整体性研究，即完整地揭示其沉积充填、构造等特征，并阐明其相互关系，例如构造对沉积的控制。因此盆地分析是一项具有基础性和战略性的研究工作。对一个大盆地较全面的认识是反复实践、多年积累的过程。另外，在盆地的局部地区进行勘查或研究也需要建立对盆地特征的整体认识。2盆地的流体系统及其动力学分析 早期的盆地分析侧重于地层、沉积、构造等基本要数研究，其地质标志是相对静态的。由于石油天然气成矿过程和水资源等重要研究的需要，盆地流体已成为当今盆地分析突出关注的领域。石油地质学的核心部分是流体地质学问题，与盆地流体密切相关的许多层控金属矿床其成矿流体也与含烃的盆地流体系统密切相关。流体系统的研究不仅关注流体的成分和性质，还需要阐明流体运移和聚集的输导系统。在盆地能量场作用下，流体运动的驱动力及其在输导系统中的运动过程。,3演化过程的动力学分析 沉积盆地的各项基本参数，如沉积特征、构造、流体系统以及温压场都在演化过程中不断改变，因此要进行过程分析并揭示动力学因素如能量场的变化。以前为了实现这一目标，是将盆地分成许多演化阶段，再分阶段重建其古地理、古构造并进行繁重的编图工作。在当今信息技术快速发展的支持下，盆地演化过程的定量动力学模拟已可以较好地再现其历史过程，人们不能直接观测的动态过程藉助于计算机技术可以进行分析。计算机模拟技术在盆地演化的动力学分析中已日益显示其重要性。4区域动力背景分析 盆地是地球系统演化的产物，毫无疑问，孤立地研究盆地不可能阐明盆地的成因和性质，更难于对其深部进行预测。区域动力背景包括两个方面：（1）盆地在板块构造格架中的位置及与板块相互作用过程中的动力学关系。（2）盆地深部地幔动力学背景。,5成藏、成矿系统及相关过程的背景分析 现今盆地分析很少局限于基础研究，大多是与油、气、煤、核原料等能源资源的预测和勘探紧密结合进行的。当代油气系统及成矿系统的理论对盆地分析提出了一系列新的要求。例如油气运移的输导系统（断裂、不整合、高渗透层等）和在许多大盆地中存在的异常压力系统都需要盆地的整体研究中给予回答。盆地分析与成藏、成矿紧密结合将极大地推动盆地分析学科的发展。盆地分析研究目标的实现有赖于高新技术的应用，地球物理技术的飞跃进步特别是地震探测技术的发展已成为认识盆地结构和深部特征的有力手段。地质学许多分支学科的进展和计算机技术都被快速地引入到具有国民经济意义的沉积盆地学能源领域。,