盆地分析沉降史作业
胶莱盆地沉积_沉降史分析与构造演化_李金良
中国地质ＧＥＯＬＯＧＹＩＮＣＨＩＮＡ第３４卷第２期２００７年４月Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２００７胶莱盆地位于胶东半岛，是一个经历了多阶段构造演化历史和改造作用的白垩纪断陷盆地，由不同性质的盆地原型叠加而成。
该断陷盆地西界为郯庐断裂中段的沂沭裂谷系，南界为苏鲁造山带（图１）。
盆地基底横跨２个不同性质的构造单元：东南部为胶南隆起带，属于苏鲁造山带的北带；西北部为胶北隆起，属于华北地块的组成部分，两者界线位于五莲—即墨—牟平断裂带［１］。
由于其特殊的大地构造位置，胶莱盆地的研究一直受到大地构造学家的关注。
随着石油勘探的深入和资料的积累，对盆地地层序列、沉积特征、深部结构、构造样式、地球物理场特征、构造演化历史等方面的认识也在逐渐深化［２－６］，对胶莱盆地含金矿性研究也取得了重大的突破［７］。
研究结果表明，胶莱盆地在白垩纪时期经历了多阶段演化历史，盆地伸展构造出现时空叠加、复合和改造，形成复杂的伸展构造样式［８，９］，不同性质的盆地原型遭受了后期不同类型改造，成为一个典型的复合改造型断陷盆地。
笔者基于沉积－沉降分析方法，并运用盆地叠合与盆地改造的研究思路，对胶莱盆地地层层序、盆地原型、沉积－沉降速率等进行了分析，恢复了早白垩世莱阳群沉积期的盆地原型，探讨不同构造演化阶段的盆地伸展动力学背景，为胶莱盆地油气勘探提供基础地质依据。
１地层序列胶莱盆地基底由太古界胶东群、元古界荆山群、粉子山群和蓬莱群等组成。
盆地盖层包括白垩系和古近系。
白垩系由３套地层组成，自下而上为下白垩统莱阳群、下白垩统青山群和上白垩统王氏群；古近系为五图组或黄县组［１０－１１］。
下白垩统莱阳群是本文重点研究层系，对应一套河湖相沉积，在盆地的各个凹陷中均有发育，其沉积规模及地层序列受到凹陷大小和沉降幅度的制约。
该群分为６个组，自下而上为：逍仙庄组、止凤庄组、马耳山组、水南组、龙旺庄组、曲格庄组［２］（图２）。
底部逍仙庄组为一个独立的沉积旋回，岩性以灰黑、灰绿、灰黄色页岩夹粉砂质灰岩为主，代表了胶莱盆地形成初期的沉积建造；从止凤庄组到曲格庄组成了另一个湖进—湖退沉积旋回，碎屑物粒度呈粗—细—粗变化［１２］，代表盆地断—坳演化过程。
盆地分析(3)沉降史分析
总结 ：盆地沉降史分析，就是从分析盆地地层层序特征和埋
藏状态人手，通过编绘反映盆地沉降特征的地层埋藏史曲线、盆 地基底沉降曲线以及盆地构造沉降曲线等途径来表述（图9－l）。
二、 盆地沉降量的求解
从现今地层柱回推求盆地沉降量和沉降－埋藏史 曲线－－回剥法、回剥技术。 需要对现今地层厚度进行三种校正： （1）去压实作用； （2）古水深校正；
沉降作用与沉积作用
沉积盆地中的沉降速率与沉积速率可以随盆地的演化而发 生变化。 当沉降速率大于沉积速率时，盆地的水体深度加大，表现为 海侵或湖侵，形成上超的沉积层序，这时的沉积盆地也称为“ 欠补偿盆地”。 当沉降速率与沉积速率处于均衡状态时，盆地水体的深度基 本保持不变，盆地中的沉降－沉积中心相对稳定，成为“补偿 盆地”。 如果沉积盆地的沉降和沉积较长期处于补偿状态，地层剖 面上看到的同一相带的沉积岩层的厚度相对较厚。 当沉降速率小于沉积速率时，盆地水体逐渐变浅以致完全 被沉积物充填，表现为海退或湖退，成为“过补偿盆地”。
“地层骨架厚度不变”压实模型
一般情况下，地层骨架厚度不变压实模型适用于所有岩层， 但是对于某些易流动的岩层，由于差异压实可能导致地层在压实 过程中出现流动变形，地层骨架厚度不变压实模型显然不合适。 使用地层骨架厚度不变压实模型复原地层的埋藏史，实质上 是恢复地层中的孔隙度的演化过程。因此，可以借助于孔隙度－ 深度的关系来恢复同一地层在不同地质时期的古厚度。
二、 盆地沉降量的求解
2．岩层孔隙度的变化
孔隙度是单位体积岩层中的孔隙所占的体积大小，常用百分
数或小数表示。 假设深埋地下的砂岩就是地表附近松散的沙层经过压实和成
岩作用形成的。
一般认为岩层在压实过程中孔隙度主要是随着上覆岩层的厚 度的增加而减小的，而受上覆地层的负荷时间的影响较小。 因此，可以根据不同深度上的同种岩石的孔隙度编制一条孔
5-盆地沉降与充填史
热流公式：
KT1 Q t h
n 2 t n sin 1 2 exp n n 1
拉伸作用之后热流衰减的曲线 ：
岩石圈拉张变薄及软流圈 上隆时，盆地的热流值亦相 应增加，其大小可以由拉张 系数和时间来定量确定。 在最初的50Ma地表热流值 与拉张系数β很有关系，拉张 系数β越大，地表热流值的 初始值越大。 在50ma以后，不管拉张系 数β有多大，地表热流值都将 趋于稳定值，即拉张前的地 表平均热流值。
DT——构造沉降
ρs—沉积层密度 ρm—地幔的密度 ρw—水的密度 ρc—岩石圈的密度
m - s DT = ———— * H m - w
沉降史的模型
（3）挠曲均衡(Flexure)—面板补偿
Watts（1982）认为由于岩石圈具有一定的刚度，在加载后出现的地 壳变形响应实际上是挠曲均衡。 挠曲均衡模式认为：基底对负荷的响应是受力弯曲的弹性板，其均 衡补偿不仅发生在负荷点上，而且分布在一个比较大的范围内。该 模式认为上覆载荷一部分由地幔浮力承载，另一部分则由岩石圈来 承载。由于负荷是由一个面而非一个点来承载，故该模式得出的负 荷沉降要小于Airy模式得出的沉降，而且各类的沉降幅度与其到负 荷点的距离有关。
Accommodation
【公式】
Δaccommodation = Δeustasy + Δsubsidence + Δcompaction
相对海平面变化
Δaccommodation
可 容 空 间 减 小
同步变化
Relative sealevel change
可 容 空 间 增 大
盆地沉降 海平面升降 沉积供给量
Mckenzie 模型小结：
盆地分析与沉积学考试试题
盆地分析与沉积学考试试题一、选择题1. 盆地分析是指对盆地沉积物的_____进行研究和分析。
A. 沉积环境B. 成因机制C. 矿物组成D. 地质年代2. 盆地形成的主要力学机制是_____。
A. 地震活动B. 构造运动C. 侵蚀作用D. 磨溶作用3. 盆地的形态特征主要通过_____进行描述。
A. 构造要素B. 沉积体系C. 岩相古地理D. 碎屑岩组分4. 下列哪个地层是盆地中常见的沉积岩？A. 花岗岩B. 硅化木C. 煤矿D. 砂岩5. 根据沉积物特征，可以判断盆地的_____。
A. 出露面积B. 高程C. 捕获能力D. 成因类型二、填空题1. 盆地分析中的第一步是_____，即对盆地的历史演化进行梳理。
2. 盆地中的沉积物可以分为_____和_____两大类。
3. 盆地沉积物的颗粒大小可以通过_____进行分析。
4. 沉积物的_____可以反映沉积物来源和沉积环境。
5. 盆地的_____可以通过对盆地周边的构造要素进行分析来确定。
三、简答题1. 请简述盆地形成的主要机制和影响因素。
2. 盆地分析的研究内容包括哪些方面？3. 盆地中的沉积物特征有哪些，可以通过哪些方法进行分析？四、论述题请结合实际盆地案例，论述盆地分析与沉积学在地质研究中的应用和意义。
参考答案：一、选择题1. A2. B3. C4. D5. D二、填空题1. 盆地重构2. 陆源沉积物，水源沉积物3. 颗粒分析4. 矿物组分5. 构造演化历史三、简答题1. 盆地形成的主要机制包括构造运动、地壳的垂直运动和水平挤压等，同时受到沉积物供应、侵蚀和物理、化学作用的影响。
构造运动是主导盆地形成的力学机制，通过构造运动的复杂变动，形成盆地的各个部分。
而沉积物供应、侵蚀和物理、化学作用会影响盆地沉积物的特征和分布。
2. 盆地分析的研究内容主要包括盆地形态特征、沉积体系、沉积相、岩相古地理、构造演化历史等。
通过对盆地形态特征的描述，可以揭示盆地的演化历程和构造要素影响。
渤海湾盆地中北部沉降史分析及裂后期异常沉降分离
渤海湾盆地中北部沉降史分析及裂后期异常沉降分离渤海湾盆地是以盐城为中心，沿海向东北展布的一个海陆相间的陆间盆地，是中国现代海洋沉积研究的典型地区之一。
渤海湾盆地中北部包括淮阴凹陷、盐城凹陷、滨海凹陷和海州凹陷，是渤海湾盆地中的主要活动区。
根据地质特征和区域构造演化历史，该地区沉降史可以分为裂谷期、相对稳定期和裂后期三个阶段。
裂谷期是渤海湾盆地形成的初期，也是最活跃的阶段。
在约2亿年前，该地区因为地壳运动的影响，发生了大规模的断裂活动，形成了一条条走向东北-西南方向的断裂带，导致该地区大部分地方产生了强烈的均衡调整和垂向移动，形成了盆地的基本形态。
在裂谷期，盐城凹陷经历了多次的沉降-抬升运动，盐城地区发育了一套复杂的岩相和构造形态，为后续发生的渐新世-新近纪的沉积和岩浆活动创造了有利条件。
相对稳定期是盆地活动的相对平静阶段。
在约1亿年前，由于印度-亚洲碰撞和太平洋板块俯冲造山作用的影响，盆地的构造又发生了一次轻微的调整，但总的来说，这个时期盆地的活动相对平静，主要是以沉积为主，不过盐城凹陷仍旧经历了多个局部沉降和抬升周期，使得填充在盐城凹陷中的沉积物序列呈现出明显的叠置层位关系。
裂后期是盆地活动的再次加强阶段。
在约5000万年前，由于太平洋板块再次俯冲和岛弧相互碰撞的影响，盆地构造再次发生了显著调整，使得盆地的某些地方出现了异常的沉降运动。
在盐城凹陷西部、淮阴凹陷南部和滨海凹陷北部地区，相继发生了一系列的异常沉降，形成了多个大型储层和优质油气藏。
其中，目前已经被认为是轻微的地震活动是裂后期异常沉降的最主要原因之一。
综上所述，渤海湾盆地中北部沉降史可以分为裂谷期、相对稳定期和裂后期三个阶段。
在裂谷期和相对稳定期，盆地活动相对平静，以沉积为主，填充了丰富的油气和矿产资源。
而在裂后期，盆地的异常沉降运动为该地区油气资源的研究和勘探提供了更多的机遇。
盆地研究分析沉降史作业
盆地分析沉降史作业————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：作业题目说明层号底界深度（m）底界年龄(Ma)7 450 10.36 1090 15.4本层顶剥蚀215米,间断时间2.1Ma 5 2060 24.64 2821 28.43 4433 33.1底界沉积时水深230米 2 5421 37.61 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。
盆地 分析
埋藏史恢复方法：1回剥技术：由今溯古的恢复地层埋藏史的反演模拟技术。
原理：基于沉积压实原理，随着埋藏深度的增加，地层的上覆盖负载也增加，导致孔隙度变小，体积变小。
假定地层在沉降过程中横向不变，而仅是纵向变化，则地层体积变小就归结为地层厚度变小。
再根据地层的骨架厚度始终不变的假设，求取同一地层在不同时期的埋深技术思路是：各地层在保持其骨架厚度不变的条件下，从今天盆地分层现状出发，按地质年代逐层剥去，直至全部剥完为止。
适用于正常压实的地区或地层段。
应用条件：孔隙度变化是不可逆性的；同一地层（同一井点）只遭到一次剥蚀；已知剥蚀厚度、剥蚀时间；已知孔隙度随深度的变化。
2超压技术：从古到今恢复古地层压力史的正演模拟技术原理：从地表开始，计算一个地层的古超压史，同时算出相应的古厚度史，一直计算到今天。
这个古厚度史可能与实际厚度不一致，这时调整计算该地层的骨架厚度，进行第二次从古到今的计算；直至古厚度史的今天值与实际厚度吻合。
超压技术所用的关键参数是渗透率，更确切地说，是超压地层的顶界和底界的渗透率。
超压计算的数学模型包括古超压方程和古厚度方程两部分。
剥蚀厚度恢复方法：1、不连续镜质体反射率曲线图解法：在连续沉积的地层剖面中，镜质体反射率与深度的关系为一条连续的曲线；当存在较大的剥蚀面时，剥蚀面上下的反射率曲线发生不连续，根据剥蚀面上下镜质体反射率的差值可以大致估算剥蚀厚度。
2、泥岩压实曲线法：泥岩压实曲线即泥岩的声波时差（孔隙度）随深度的变化曲线在正常压实的情况下，在半对数坐标图上，时差与深度的关系成一条直线。
在无剥蚀的情况下，将正常压实趋势线外推到地表，可得到地表声波时差值t0。
3、构造横剖面法：根据未剥蚀部位地层厚度的变化趋势恢复被剥蚀部位的剥蚀厚度。
4、数值模拟法：首先假定剥蚀厚度，用数值模拟法获得埋藏史及热演化史，对比实测的热指标剖面与理论剖面，反复调整剥蚀厚度，直至二者相符，此时的剥蚀厚度即为所求的值。
含油气盆地分析考试题-附答案
1.1沉积盆地：在地质历史某一阶段形成的被水域占据的一个断陷或坳陷地带，它以负向运动占绝对优势，同时接受了足够厚的沉积物充填，形成了中间沉积厚度大，向边缘逐渐减薄的沉积体。
盆地：地球上周围被高地包围的低地，或者说岩石圈表面三维空间的凹地，充满水和空气。
地质意义上的盆地：指岩石圈表面三度空间上的凹地，其内部充填有沉积物，而且要具有时间的概念，即四维。
也就是指沉积盆地。
含油气盆地：指已经发现油气田（藏）或已有油气显示的沉积盆地。
1.2：盆地分析的意义：1世界油气勘探的实践表明，对沉积盆地科学研究和认识的突破是油气勘探获得突破的先决条件；2对已经勘探过多年的盆地，运用新理论和新技术，深入持续地开展盆地分析，可获得新的发现。
盆地分析的最终目的就是更多地发现油气储量基本内容：沉积盆地的特征包括动态和静态两个方面：静态特征：沉积盆地的相对稳定状态，它包含有前期自身演化的各种信息，是恢复盆地演化历史的重要依据（空间上的）。
动态特征：是盆地的发展演化特征（时间上）。
研究方法上要采取动静相结合的方法2.2岩石圈：地球外部的刚性壳由能够独立地相互运动的不连续的板块组成，而这种板块的组合就构成了地球的岩石圈。
B型俯冲：大洋岩石圈板块相对于大陆岩石圈板块的汇聚运动，密度较大的大洋板块俯冲于密度较小的大陆板块之下，使大洋岩石圈在俯冲带不断消亡。
相邻的大洋板块和大陆板块之间的边界称为俯冲型边界。
A型俯冲：两个大陆岩石圈板块发生相对汇聚运动，并在汇聚运动中发生碰撞形成造山带，而碰撞造山的表现也可以是一个大陆板块俯冲与另一个大陆板块之下。
相邻的两大陆板块之间的边界称为碰撞型边界。
主动大陆边缘：西太平洋型（或马里亚纳型）：火山岛弧与大陆之间有一个或多个弧后边缘海盆或小洋盆，故也称洋内弧沟系。
安底斯型（或科迪勒拉型）：大陆岩浆弧与大陆衔接于一体，故称为陆缘弧沟系。
被动大陆边缘：也称稳定边缘、不活动边缘、大西洋型或离散型边缘，位于板内，其两侧的大陆与大洋属于一个统一的板块2.3盆地所处的基底地壳类型；盆地在板块构造中所处的大地构造位置；盆地的地球动力学环境；盆地发育的时代2.4盆地所处的基底地壳类型；盆地在板块构造中所处的大地构造位置；盆地的地球动力学环境；盆地发育的时代。
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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：。