沉積學與層序地層學研究新進展——第18屆國際沉積學大會綜述

吳因業 朱如凱 羅 平 袁選俊 候連華 張天舒

(1.中國石油勘探開發研究院石油地質研究所 北京 100083; 2.中國石油天然氣集團油氣儲層重點實驗室 北京 100083; 3.中國石油勘探開發研究院實驗研究中心 北京 100083;4.中國石油勘探開發研究院塔里木分院 北京 100083)

0 引言

第18屆國際沉積學大會于2010年9月26日在安第斯山腳的門多薩勝利召開。中國石油代表團一行6人于2010年9月25日-10月6日赴阿根廷門多薩市參加IAS(國際沉積學會)組織的第18屆國際沉積學大會和野外地質考察。會議舉辦方為阿根廷沉積學會,約600多名來自五十多個國家的地質學家參會。會議有12個技術專題,6個討論專題,分口頭發言和Poster展示兩種方式。會議設了8個會場。每天上午、下午各有一場主題發言(Keynote),由知名專家就其研究領域的前沿方向作綜述和前瞻性發言,共有8位專家發言。9月29日進行了會間地質考察,沿門多薩河谷深入安第斯山進行10個小時的地質考察。會議共計約374個口頭報告,441個粘貼專版(Poster)。12個大會專題包括:1、碎屑沉積體系與沉積層序(包括湖泊體系、冰川體系、風成體系等7個內容);2、碳酸鹽巖與蒸發巖(包括海相碳酸鹽巖:環境和過程,陸相碳酸鹽巖:沉積過程和氣候記錄,微生物:一個研究碳酸鹽的地球生物學方法等8個內容);3、沉積過程及沉積實驗(包括水槽實驗和沉積過程);4、不同盆地類型沉積分析(包括構造氣候與沉積、前陸盆地沉積、斷陷盆地沉積、走滑和弧前盆地的沉積等5個內容);5、沉積學的數值模擬(數值模擬盆地填充、盆地模擬和水資源等3個內容);6、碎屑巖沉積物地球化學(成巖巖石學研究、巖石學和地球化學研究、物源與風化作用、粘土礦物學和地球化學等5個內容);7、火山沉積學(火山沉積、火山爆發和火山灰擴散和火山巖相模式);8、古生物學和沉積;9、地質災害與應用沉積學(環境沉積學和人類對沉積旋回的影響、滑坡-液化和重力流、塊體破壞事件與沉積物、遙感與沉積體系、環境災難與沉積記錄等8個內容);10、資源沉積學(包括油氣沉積:煤,石油和天然氣、砂礦和聚合資源、烴源巖與儲集層等5個內容);11、古氣候(包括第四紀氣候、古湖沼學等5個內容);12、沉積學的教育交流[1]。

第18屆國際沉積學大會是沉積學界的奧林匹克盛會。大會的這些專題都是現今沉積學研究的熱點內容或前沿領域,是相關國家或國際合作地質計劃(國際大陸鉆探計劃與海洋鉆探計劃)的重點研究范疇,研究水平較高。綜合第18屆國際沉積大會有關沉積儲層研究論文的摘要、口頭發言及展講內容,對含油氣盆地沉積學和層序地層學等方面的主要進展作一簡述。

1 三級層序和體系域類型及其石油地質意義

第18屆IAS國際沉積學大會,總計有186篇論文涉及層序地層學及油氣儲集層評價,在展廳也有許多專題涉及,反映近年來層序地層學研究取得的重大進展。我國層序地層學理論研究及應用的廣度、深度與國外尚有一定差距。層序地層學的研究仍然是本次大會的一個議題,其中包括了層序地層與沉積環境的關系、大陸邊緣盆地的沉積體系與層序地層的關系以及利用露頭剖面開展層序地層劃分等多個研究內容。對于利用層序地層原理開展不同地區實例研究的文章較多,比如Robert O Salvador Francisco D'Avila等人對巴拉那盆地石炭系Itarare組泥質巖、濁積巖以及冰川沉積進行了露頭沉積層序研究,劃分出五個沉積序列;Zelenda JKoch等人對南極洲上古生界開展層序地層研究。而對于層序地層研究方法和未來趨勢的探討較少,多數將層序地層與沉積體系演化相結合。其實目前對于層序地層的前沿內容主要集中在層序地層標準化的建立與層序地層識別劃分方法的運用。在2009年北美Catuneanu O,Abre V等25位著名沉積學家在Earth-Science Reviews雜志發表了“走向層序地層的標準化”(Towards the standardization of sequence stratigraphy)的文章指出層序地層標準化可能成為未來層序地層研究的重要領域[2～5]。

1.1 運動學層序和體系域

對阿根廷Andes露頭及對許多在擠壓型、伸展型和鹽構造背景下生長的地層調查發現,生長地層的同沉積變形可以構成由運動學體系域組成的“運動學層序”,其地層單元局部被不整合限定,可通過地震剖面或露頭的反射終止形式來確定和識別。將運動學體系域與基于露頭和地下界面系統的沉積相分布和(或)地質年代學數據對比,研究生長斷層、鹽構造和同生褶皺的幕式生長特征及沉積相展布,可以恢復生長地層運動學歷史[1,5]。

1.2 體系域類型及其石油地質意義

沉積體系域研究的新進展表現為4個方面:1)沉積體系域的S2S(Source-to-Sink)分析方法。地震地層學和層序地層學被認為是第二代和第三代的分析方法,沉積體系的S2S(Source-to-Sink)分析方法則認為是第四代的,主要是運用新技術新方法從源(Source)到匯(Sink)對地貌參數、古氣候、水系、沉積過路區(Bypass)、沉積面積及沉積物供給進行定量評價后,開展體系域研究的新方法。除了經典層序地層學中對沉積區和沉積物的評價外,S2S方法還強調物源區的分析及其與沉積區的有機聯系,包括物源區的面積、發育、發展和泥沙推算(sediment routing)。事實上,這種方法可以是全球沉積體系模擬(Earth Systems Modelling)的延伸(據Ole JMartinsen,2010),提供了含油氣系統評價的新手段[6～8]。2)河流環境體系域引入低可容空間體系域和高可容空間體系域,指導我國河流體系的油氣勘探,如渤海灣盆地館陶組砂體、柴達木盆地古近系砂體。3)下降期體系域強調深水環境的砂體沉積,對我國石油勘探的接替領域之一——深水砂質碎屑流的研究,將有重要的指導意義。下降期體系域指在濱線強制海退期間所有堆積在沉積盆地中的地層,尤其指深水地區的沉積物。4)湖域勘探中的體系域新認識是以湖侵體系域、湖退體系域為切入點,解剖準層序和準層序組及其疊加方式,預測湖域體系的巖性地層油氣藏[9～11]。

1.3 氣候變化是高頻層序的主控因素

米蘭柯維奇地球軌道旋回理論對分析層序很有用。有證據表明,(40 X 10)a的離心率周期造成了白堊紀-古新世全球海平面變化。巴西大西洋邊緣中生代裂谷沉積研究亦表明,氣候變化與高頻的米蘭柯維奇振蕩旋回關系密切。

2 層序地層在非常規油氣勘探中的應用

2.1 深水頁巖層序地層

深水頁巖對海平面的響應及層序劃分歷來是高難度的課題。在晚泥盆世Chattanooga黑色頁巖中發現了含黃鐵礦的滯后沉積物,頁巖中的牙形石可記錄1Ma內的海平面波動。滯后沉積物具有波浪形成特征,反映存在海平面下降形成的剝蝕面。覆蓋剝蝕面的黑色頁巖記錄了海平面上升,鮞綠泥石層反映海平面低位期,大量藻類孢囊充填豐富的二氧化硅和黃鐵礦,與高水位條件一致,可能反映海平面的高水位期。

巴西Paraná盆地的泥盆系Ponta Grossa組是一套暗色頁巖地層,含HST和TST兩個體系域。微相分析顯示:TST內的TOC較低(0.5%),有強烈的破浪改造和生物擾動作用;HST具有較強的底流改造作用,TOC值較高。頁巖微相反映了一個很有潛力的非常規頁巖氣藏。

2.2 層序地層與成巖作用

在意大利Monte Camposaura的白堊系碳酸鹽巖成巖作用與層序地層研究中,提出了成巖礦化度旋回的概念。一個完整的旋回從海水成巖作用開始,經過混合作用、淡水作用、混合水作用和海水作用過程,潛水面變化可能與相對海平面波動旋回有關。成巖礦化度旋回保存于海相的文石相和方解石相中,可以根據上傾方向成巖作用預測下傾方向的沉積層序,或據下傾方向的層序地層預測上傾方向成巖作用。

2.3 層序地層與油砂勘探

加拿大阿爾伯達的Athabasca油砂礦是全球最大的油藏之一,具有復雜的內部構造和巨大的石油粘度。其白堊紀地層,受潮汐作用的影響,儲層分布與物性特征復雜,如潮道相常被傾斜異粒地層的不連續單元切斷。這些插入的異粒地層,對于識別流體障壁和隔板意義重大。利用層序界面(包括洪泛面)可以建立年代學模型,有助于定義各獨立的儲集單元。

3 古土壤和遺跡化石在層序識別中的意義

對西班牙東部Ebro盆地的研究表明,古近系河流層序中發育的古土壤,包括含碳酸鈣結核的泥巖,在層序地層學研究中具有特別的指示意義。遺跡化石是指地史時期生物的生命活動在沉積物和其他底質中留下的痕跡。生物的生命活動主要包括運動、覓食、潛穴、鉆孔、休息、捕食、耕作、住居、孵化、新陳代謝等,如三葉蟲的爬痕、恐龍足印、糞化石、卵化石、疊層石和微鉆孔等。由于遺跡化石大都是原地埋藏、通常保存在實體化石和其他無機沉積構造不發育的地層中,因此,遺跡化石在古環境、古生物、古生態和古海洋、古氣候的重建,在能源和其他沉積礦產資源的尋找和勘探中具有特別重要的作用。加強遺跡化石在海、陸相油氣資源評價和儲層研究中的應用;改進遺跡化石的研究手段及其應用研究方法是值得今后進一步關注的問題。

4 盆地類型與沉積體系研究進展

4.1 前陸盆地與沉積體系

盆地與沉積關系顯然是沉積學研究的一個新內容,愈來愈引起沉積地質學家的重視。本次大會對于盆地與沉積之間的研究出現在主題4——盆地分析。在主題4里共有5個次級內容,其中包括了構造、氣候與沉積方面、前陸盆地沉積、裂谷盆地沉積、走滑盆地沉積以及盆地內的形成、風化與搬運過程五個內容。由于前陸盆地是我國重要的盆地類型,特別是在我國中西部地區更是油氣聚集的重要場所,因此,對前陸盆地沉積內容進行簡要的總結。其中大會對前陸盆地沉積方面的討論有25篇,涉及的研究方向有前陸盆地沉積充填的研究、前陸盆地埋藏史對沉積體系的控制研究、構造演化對河流沉積的影響等方面,內容廣泛。這些成果將前陸盆地類型下的沉積作用與構造演化過程密切結合,是研究前陸盆地類型與沉積作用過程的前緣領域。

前陸盆地沉積充填受控于前陸盆地局部構造與海平面升降的共同控制。據German Bayona等人研究認為,始新世-上新世的哥倫比亞地區Llanos前陸盆地充填模式表明巖石圈尺度的局部構造和海平面控制了陸相前陸沉積充填特征。根據哥倫比亞亞Llano盆地始新世-上新世記錄的完整沉積特征揭示相鄰的哥倫比亞山脈東部的增長。研究在(342 X 470)km里利用了170口鉆井揭示構造和海平面對沉積體系的影響。采用了地震解釋、構造沉降恢復、孢粉校正層位以及巖芯測井綜合分析表明,Llanos前陸盆地由于斷裂的控制,致使前緣隆起向東遷移,導致沉積充填產生相應的變化,粗粒Llanos前陸盆地在繼承前陸盆地碎屑巖后在西北角的快速沉降,相關的共軛東部山脈和安第斯山脈梅里達垂直隆起,控制了沉積充填特征。

4.2 盆地構造造山運動與體系域

Victoria B Ershova等人揭示了東西伯利亞克拉通邊緣Priverkhoyansk前陸盆地構造作用對Lena河流沉積的影響作用。研究者將河流相沉積的傳統低位、海侵、高水位體系域的命名取代為低位和高位沉積體系域,反映構造沖斷引起的的沉積條件。低位體系域是指以中至粗粒白色至淺灰色砂巖為主的連續堆疊河道。高位體系域發育河漫沉積與湖相沉積,以及對廢棄河道充填的細粒沉積。研究表明,前陸盆地低位與高位的地層結構通常是由其相對沉降而形成差異的沉積物構成。前陸盆地構造沉降是誘發沉積充填的主要因素,主要在沖斷帶由彎曲載荷的加載導致盆地迅速充填。最終認為Priverkhoyansk前陸盆地高構造沉降速率是產生充填低位體系沉積物的重要因素,因而缺乏明顯的沖刷面。

Frank R.Ettensohn等人利用黑色頁巖了解造山運動和前陸盆地發展。根據黑色頁巖的分布與沉積特征研究前陸盆地在空間和時間的遷移,跟蹤進度和造山運動的位置。認為造山運動不是單一的,長期的活動,一個相關的系列組成收斂或碰撞事件,稱為構造相(tectophases)。黑色頁巖易形成于前陸盆地的早期,因此,根據黑色頁巖的分布與沉積特征來區分不同構造相階段的前陸盆地發育位置與時間。

5 深水沉積學研究進展

5.1 海洋深水區的深水扇

海洋深水區的深水扇(海底扇)已成為目前國際油氣工業研究重要而活躍的領域。20多年來的勘探實踐也證明,深水區是油氣蘊藏極為豐富的領域。近15年來,在南美、西非大西洋沿岸、墨西哥灣、北海、巴倫支海、喀拉海以及東南亞、澳大利亞西北大陸架等海域相繼發現了許多大型油氣田,勘探領域擴展到水深3 000 m的深海區。深水沉積理論主要分為兩個學派:一是海洋沉積學學派;二是層序地層學學派。對深水研究做出重要貢獻的有Walker、Stow、Shanmuguam等沉積學家.alker的研究主要涉及再沉積礫巖、深水多礫石砂巖與礫巖儲層等粗粒沉積.tow的研究重點是深海細粒沉積物.hanmuguam的研究多涉及(砂質)滑塌、(砂質)碎屑流、滑塌和碎屑流為主的相、底流再作用、海底扇模式、發育、分類和含義等。

本次沉積學大會針對深水沉積的研究內容多樣,歸納起來包括了深水沉積的各種沉積類型的實例研究(濁流、碎屑流等)、深水砂巖沉積特征、利用三維地震技術刻畫深水沉積地貌特征以及利用露頭伽瑪儀對濁流沉積層序的劃分等方面。其中來自荷蘭的Joris T.Eggenhu Isen等學者對英國北海晚白堊統深水沉積的Britannia砂巖塊體搬運沉積體系進行了詳細研究,認為厚層碎屑沉積會發生整體搬運,呈現沉積體的整體沉積交替或掩埋前部沉積單元的大規模塊體搬運,從而影響砂巖的分布與儲層內部的非均質。晚白堊統的 Britannia深海砂巖沉積在 Witch Ground地塹,形成了主要凝析氣的地層圈閉。在根據遍及鉆井的20 km2Britannia砂巖鉆探區11口鉆井2 000 ft(610m)高品質的巖芯資料與27口相鄰鉆井的詳細研究發現,低位儲層內部具有高度的不均質性,厚層碎屑沉積交叉或取代前部低位砂巖,從而在塊體搬運內部形成沉積單位的這種大規模的重構現象,大大影響了砂巖的分布。這種砂體的重構現象主要受到地形高低的誘發,是最終形成砂體形態的重要因素,揭示了深水砂體沉積中形態與過程之間的重要聯系。

5.2 深水碎屑流沉積中的滑坡體識別研究

Emmanuel E.Adiotomre等人通過三維地震資料的解釋對安哥拉近海碎屑流沉積地貌特征開展了詳細研究。重點開展深水碎屑流沉積中的滑坡體(slide)的識別研究。指出三維地震屬性分析仍然是刻畫深水沉積體形態的最有利技術手段。在研究中利用頻譜分解、RGB混合和變異屬性刻畫深水斜坡碎屑流的形態,最終發現褶皺和斷裂演化改變了古海底和傾角的方向,從而控制了引起安哥拉近海碎屑流沉積體滑坡體空間分布的地貌要素,并在三維地震剖面上劃分為三個滑坡地震相.mmanuel E Adiotomre等人研究的深水滑坡體的形態研究就是美國深水沉積學家Shanmugam教授指出的砂質塊體搬運主要形態中的砂質滑動,后者將深水環境中砂質塊體運移分為四個部分,砂質滑動(sand slide)、砂質滑塌(sand slump)、砂質碎屑流(sand Debris)與砂質濁流(sand Turbidity).mmanuel E.Adiotomre等人的研究結果提供新的造成滑坡的可能原因的見解,值得在石油和天然氣勘探慎重考慮和。意大利的Domenico Capolongo對陸上地震誘發的滑坡與斜坡剝蝕作用機制的研究可能為我們開展深水沉積誘發機制研究方面提供一些啟發。文章指出中強地震可能引發從幾百到幾十萬方滑坡作用,并且地震引起對斜坡穩定性的影響不僅限于一個強烈地震振動短暫的時期,而且在某些情況下存在延遲滑坡,會在幾小時甚至發生地震后數天才會引起滑坡。特別是地震引起的山體滑坡與后期的斜坡剝蝕作用共同產生多次的滑坡現象。

6 盆地分析與資源沉積學研究進展

6.1 盆地分析

本次大會涉及的盆地分析方面的論文有7篇。分別介紹了歐洲南二疊盆地、埃及El Qaa Basin盆地、亞洲富國-貢布索姆盆地、巴西南部ParanáState東區的Curitiba盆地的盆地結構與發育演化特征。荷蘭 Hubert Kiersnowski通過對歐洲南二疊盆地(SPB)的沉積演化特征研究,提出了通過傾角測量可以確定古風向并預測古沙丘的分布位置,有助于找到目標圈閉的新認識。晚二疊世早期,由于古氣候的變化和海平面的升降,SPB的風成沉積系統在8 Ma年間經歷了多次擴張與收縮。快速海侵時期,大量重力流(滑塌或滑坡)沉積在丘間地區發育;水體的再改造導致不規則的沙質蓋層形成;鹽巖和硬石膏在埋藏的沙丘頂部沉淀形成封隔層。因此在沙丘和間沙丘期間發育了巨厚的沉積蓋層(可達1 000 m)。到晚三疊世和侏羅紀,天然氣開始排烴,運移進入地貌圈閉(埋藏的沙丘)形成Polish Rotliegend盆地大氣田群(數平方千米,幾十至上百米厚)。沙丘的形成具有多種形式,常發展成為復合型沙丘。

Hernán M.Reijenstein等通過地震水平切片等技術,識別出泰國灣水下河流與河口沉積的準確空間分布。圖像表明水下河流大都具有下切谷、河道、間灣、牛扼湖、截彎取直、點砂壩等特征。泥質充填的連續河道可將儲集系統(點砂壩)分隔成離散的部分。了解這種河流相的構造及其形成過程,有助于預測砂體的展布并劃分儲層的區域,對儲層建模意義重大。此外,這種河流系統也可作為深水河流勘探目標的類比模型。

Lorna JStrachan通過對蘇伊士海灣的三維地震和露頭資料研究,重新建立了埃及El Qaa裂谷盆地的構造-沉積模型,提出如果裂谷盆地邊緣和中心具有沉積相關性,那么在裂谷盆地中心能夠發育碎屑流砂巖和礫巖等粗粒沉積,并形成優質儲層。

阿根廷Neuquén盆地,從侏羅紀的弧后裂谷發育而來,擁有一系列坳陷和凹陷。裂谷期的快速沉降使沉積中心成為深湖,有效保存了有機質,而后裂谷內部營養循環使湖盆具有很高的生產率,各凹陷發育不同品質和數量的烴源巖。盆地西南彎曲邊緣帶發育的河流相砂巖可作為儲層。后裂谷期的蒸發巖、湖相泥巖以及與之互層的凝灰巖是良好蓋層。圈閉的形成與侏羅紀的地層反轉有關。

6.2 資源沉積學

本次大會涉及的資源沉積學方面的論文有10余篇。常規油氣資源勘探研究進展介紹南美巴西、阿根廷等國的實例較多。其次是介紹油砂、頁巖氣等非常規資源的勘探實例,如全球最大的加拿大阿爾伯達的Athabasca油砂礦形成的沉積學特征,還有少量論文介紹水能等。

巴西Paraná盆地的泥盆系Ponta Grossa組是一套暗色頁巖地層,頁巖微相反映了一個很有潛力的非常規頁巖氣藏。

波斯灣早白堊世(Sarvak/Mishrif組)的淺海碳酸鹽巖已勘探40余年,發現了一系列大型油田.arvak/Mishrif組由低能末端斜坡-中高能淺海灘相組成,主要儲層位于上部層段。深部的鹽構造對中白堊世碳酸鹽巖臺地發展有主控作用。地震分析顯示, Sarvak/Mishrif的儲層頂部有剝蝕和/或未沉積現象,優質儲積體發育在側翼,因此預測丘狀構造的側翼具有更好的勘探潛力。

7 火山巖儲層研究進展

第18界國際沉積學大會上宣讀和張貼展板中有關火山巖的較少,共宣讀有關火山巖論文9篇,占宣讀論文總數的2.1%,張貼展板6塊,占張貼展板總數的1.2%。

關于火山巖研究內容主要集中于火山沉積學方面,包括火山地貌學、火山沉積層序、火山地貌沉積建造、火山巖地球化學等三個方面。在地下火山巖及油氣儲層方面沒有相關的研究論文。

火山地貌學研究主要是對不同環境、噴發強度和地面地貌條件下火山噴發形成的地貌特征的研究,通過現代火山盆地形成的地貌特征與古火山形成的古地貌特征進行對比,利用露頭資料建立火山地貌的地質模型。

火山沉積層序主要從巖性、巖相和年齡測定(K/ Ar、U-Pb、LA-MC)等方面開展研究,通過火山噴發期次、序列和旋回綜合劃分火山沉積層序。通過異體層序研究裂谷盆地的火山沉積序列,火山噴發沉積在同生裂谷盆地火山層序中具有明顯特征,噴發形成的地層和后期剝蝕形成的地層在異體層序中有差別,火山噴發和后期風化形成的粘土礦物搬運后形成的沉積層也是異體層序重要的標志層,可利用露頭建立3D模型。

火山地貌沉積建造主要從古氣候、古地貌、古構造等方面開展研究,通過大陸鉆探(ICDP)揭示火山發育區對沉積建造的控制作用,特別是對現代沉積的控制作用,如對有500000年沉積史的世界第四大湖lake Vans沉積的控制作用研究,火山地貌、氣候變化和構造運動相互作用對現代沉積的地化及物理指標起到關鍵作用。同時揭示火山噴發及并發的地震對沉積事件的控制作用,在沉積地層中造成明顯的斷裂[12,13]。

火山巖地球化學研究方面,在火山巖提供物源區,提出利用Th/Sc、Zr/Sc等比值研究沉積物物源和搬運過程,通過U-Pb年齡確定沉積時間,通過追蹤搬運距離,最遠的搬運距離可達1 000 km,火山巖原始物質的年齡、石英及鋯石可進行火山沉積區的沉積重建,這種方法要優于砂巖物質地球化學的沉積過程重建。同時還可以通過不同來源石英的陰極發光顏色,來判斷物源的來源,如來源于火山巖的石英的陰極發光顏色為紅色。

國外在野外露頭及建模方面研究深入,值得我們學習,特別是對不同環境噴發的火山巖建模及對異體沉積的控制方面研究深入,利用大量實測資料進行分析,得到了較可靠結論,而我們在進行露頭研究時主要注重于對現有地層的測量和觀察,對其成因和異體沉積的控制作用研究較少,我們在今后的工作中應加強和借鑒。對露頭與地下對比、火山巖儲層成因及控制因素等方面的研究沒有涉及,而這些研究正是油氣勘探所需要的。

8 元素地球化學研究進展

元素地球化學方面的進展在本次沉積學大會上可謂內容眾多,多種元素地球化學方法與手段被用于進行盆地沉積環境、物源分析、成巖特征以及構造環境分析等多個方面。其中利用巖石學與地球化學方法開展盆地物源與構造環境分析的文章有來自智利的Paula Castillo學者,他利用巖相學、全巖微量元素、稀土元素數據上的差異綜合開展了南極半島Trinity Peninsula組的物源與構造環境分析,并且充分利用砂礫巖中重礦物的組合特征進行物源分析。值得一提的是在進行物源分析時,利用電子探針分析石榴子石進行物源恢復的嶄新方法可以用在以后的實際研究中。利用多元統計分析物源特征,確定斷層邊界對盆地形成演化控制的研究也是一個重要研究方向。巴西學者Andre Marconato在對巴西南部Camaqu盆地開展研究時發現,多元統計物源分析方法是一種開展盆地演化分析的有效方法。其先對Ediacaran alluv ial沖積扇與braided繼承性河流卵石成分、大小統計數據進行處理,通過對數比值變換,從而由此產生的聚類現象是用來了解源區的地理和地層變化的依據。這種卵石大小成分的聚類現象反映了流域邊界高地的演進與同步沉積盆地邊界斷層的運動,最終恢復盆地演化的受控因素。在對成巖特征的研究方面,阿根廷的Pamela Aparicio Gonzalez介紹了利用成巖變質特征來表征古生代泥質單元特征的方法。依據KI指數表征成巖變質程度,并利用雙目放大鏡、光學和掃描電子顯微鏡(SEM)、X衍射等方法分離測定泥質巖中礦物結構、成分和巖性,最終確定成巖變質特征。巴西的Marta Maria Do Rego Barros Fernandes De研究者利用泥質沉積磁場分析開展了泥質沉積的演化特征研究。

9 碳酸鹽巖沉積學進展及前瞻

9.1 微生物碳酸鹽巖沉積學(Microbial Carbonate Sedimentology)

在這屆大會上,微生物碳酸鹽巖沉積學是一個重要的研究方向。幾個主題發言中,有兩位專家就這個領域發言。美國田納西大學教授Robert Riding對近十年的進展進行了總結發言。同沉積的微生物碳酸鹽巖包括兩個方面:一種是沉積物內部發生的細菌引起了生物沉淀產物,如現代海洋中天然氣海底泄漏(氣苗)處的規模碳酸鹽巖結核層;第二種是沉積物-水界面處的生物膜——菌藻席(通常為疊層石),在藍細菌作用下,水體中的微晶碳酸鹽巖顆粒無機沉淀(白化作用)。總體有三種微觀形態:一種前寒武系大量發育的疊層石;第二種是凝塊狀的,發育在碳酸鹽還原的條件;第三種是藍細菌藻類的外鞘鈣化作用,這種作用還能導致白化作用,形成元古界地層的“臼齒”石灰巖構造,早古生界藍細菌和其他微生物形成大量的凝塊石-枝狀石。奧陶紀以后,吃藻的軟體動物繁盛,只有在一些嚴酷的環境才能看到微生物碳酸鹽巖沉積,如在蒸發瀉湖中才能看到疊層石;在一些礁體內部的空洞內壁發育有隱蔽微生物碳酸鹽巖,同時在內陸的鈣化河流、湖泊中大量出現出現泉華、鈣華的微生物碳酸鹽巖。這些沉積對我們認識我國三大海相盆地∈、O系碳酸鹽巖至關重要。

9.2 碳酸鹽巖與碎屑巖混積沉積

傳統觀點認識陸源碎屑出現對碳酸鹽巖沉積是不利的。證明這一觀點主要的證據是淹沒了的碳酸鹽巖臺地常被碎屑巖所覆蓋這一現象。美國邁阿密大學Gregor P Eberli認為實際情況是海平面變化造成陸架型沉積在垂向上出現碳酸鹽巖與碎屑巖沉積的交替。在高海平面高位期,陸架邊緣形成碳酸鹽巖臺地,而在低位期陸源碎屑在陸架邊緣沉積,覆蓋于碳酸鹽巖沉積之上,構成了交替狀態。同時沿岸流或深水等深流可以將碎屑巖搬運到碳酸鹽沉積環境中去。尤其是深水部位的沿岸流,將細粒(往往是粘土大小)搬運到碳酸鹽巖的臺地斜坡部位,形成一些等斜沉積結構。因此,在平面上,海岸帶可以是碎屑巖沉積,邊緣帶是碳酸鹽沉積,而深水區是細粒碎屑巖沉積區;縱向上,在陸架邊緣碳酸鹽巖與碎屑巖可以互相交替出現。

9.3 冷水碳酸鹽巖

傳統認識是碳酸鹽沉積在低緯度潔凈溫暖的淺海海水中。經過多年的深海鉆探和大洋調查,這個認識已被大大地深化了。本次大會設定了一個專題來討論此事,有22位專家作了發言。例如在挪威的深水峽灣中,一些高緯度地區,在一些深水(>1 000 m)區都發現了第四紀的碳酸鹽生物沉積體,形成許多生物丘建造。目前來看,這些領域的發現都是基于第四系地質調查,對古代的論述尚處于萌芽狀態,僅有兩位發言涉及到上奧陶統和二疊系的例子。這些基礎性研究無疑對我國三大海相盆地的研究會起引領的作用。

9.4 碳酸鹽巖成巖變化與地球化學

碳酸鹽巖的成巖變化研究已經緊密的與地球化學聯系在一起。除了傳統的微量元素分析.、O同位素分析外,近年,Sr和S同位素也不斷引入到研究中來,稀土元素和包體分析已漸成常態。分析方法已從塊樣分析進入到微區定點定量分析,尤其是國外先進分析技術的發展,已經能夠開展微區定點同位素的分析,極大地提高了對古流體的研究水平。近年還不斷開發新的分析手段,尤其是針對白云巖成因這個難題,在大會上推出了一個全新的同位素指標,即鎂同位素。這是一個新的探索領域,正在成為新的白云巖判別指標。加拿大的教授認為Mg同位素是一個強有力的潛在判別白云巖成因的工具。利用MC-TCP-MS測試手段確定δ26Mg與δ25Mg的比值,與其他地球化學指標相結合,可以確定鎂離子來源,為加拿大古生界白云巖的形成提供可靠依據。這項技術正在開發之中。

10 結 語

通過對第18屆國際沉積學大會相關專題的初步總結,總體認為沉積地質學作為地球科學的研究基礎,在國際上受到了越來越多的注意和重視。

10.1 重視露頭和現代沉積研究

露頭和現代沉積是觀察地質現象最直觀的場所, 90%的沉積學家選擇出露良好的露頭地區開展研究,進行二維,甚至三維的露頭地質調查。在關鍵層段,進行一厘米一厘米詳細觀察和取樣;許多沉積地質理論就是從這種全面感知第一手材料中總結出來。新的學科命題也是來源于露頭科學觀察。例如,目前碳酸鹽巖研究的前沿,主要觀察了澳大利亞Shark bay陸內的河流鈣華、泉華沉積,各類蒸發湖泊的碳酸鹽沉積,以及與古生界和元古界的露頭沉積得出新的認識。河流沉積的進展也與現代河道中的觀察有密切關系,單元壩概念的提出是一個明顯的沉積學進展,這基于現代河流多年的研究觀察。

10.2 實驗技術和沉積地球化學

實驗技術對沉積學的發展舉足輕重,一些關鍵層位、層序的劃分,重要界線厘定,都離不開對實驗技術的要求。目前,發展最快的是沉積地球化學,對礦物中的同位素分析、稀土分析技術發展進展快。已經提出了對鎂同位素進行研究,多種同位素綜合分析,以解決實際地質問題也是一種趨勢。

10.3 沉積實驗模擬和數值模擬

沉積模擬是沉積學發展的重要手段,傳統的物理模擬輔以數學模擬會更加精確,尤其結合盆地演化的碳酸鹽臺地發育的模擬更是達到了新的層次。

10.4 層序地層與前陸盆地研究

層序地層研究在國際上的進展明顯。與國際上相關研究領域及研究進展相比較,在陸相層序地層與前陸盆地研究方面,中國所處的大地構造位置與沉積環境獨特,研究具有一定的優勢。但在其他方面還存在一定的差距,如在沉積機理、露頭沉積學以及一些新技術方法等方面的研究,中國學者盡管有不同程度的涉足,但與國際研究成果相比尚有一定的不足。國際學者重視構造與沉積層序的結合,利用沉積盆地沉積物的特征反演斷裂構造的演化。

References)

1 第18屆國際沉積學大會論文摘要集[C]。阿根廷門多薩,IAS, 2010[Abstracts from 18th International Sedimentology Congress[C].endoza in Argentina,IAS,2010]

2 Catuneanu O.Sequence stratigraphy of clastic systems:concepts,merits and pitfalls[J].ournal of African Earth Science,2002,35:1-43

3 Catuneanu O.Principles of Sequence Stratigraphy[M].msterdam, Elsevier,2006

4 Catuneanu O,Abreu V,Bhattacharya JP,et al.Towards the standardization of sequence stratigraphy?[J].arth-Science Reviews, 2009,92:1-33

5 賈承造,劉德來,趙文智,等。層序地層學研究新進展[J]。石油勘探與開發,2002,29(5):1-4[Jia Cengzhao,Liu Delai,Zhao Wenzhi,et al.Some new achievements in sequence stratigraphy research[J].etroleum Exploration and Development,2002,29(5):1-4]

6 Martinsen O J,Helland-Hansen W.Strike variability of clastic deposi-tional systems:does it matter for sequence-stratigraphic analysis? [J].eology,1995,23:439-442

7 Vail PR.Sequence StratigraphyWorkbook,Fundamentals of Sequence Stratigraphy。1988 AAPG Annual Convention Short Course:Sequence Stratigraphy Interpretation of Seismic Stratigraphy Interpretation Procedure[M]∥Bally A W.AAPG At-Las of Seismic Stratigraphy,1988: 217-259

8 Van W JC.Sequence Stratigraphy and Marine To Nonmarine Facies Architecture of Foreland Basin Strata,Book Cliffs,Utah,U.S.A。[C].equence Stratigraphy of Foreland Basin Deposits.Outcrop and Subsurface Examples from the Cretaceous of North America.AAPG Memoir 64,1995:137-223

9 吳因業,張天樞,張志杰,等。沉積體系域類型、特征及石油地質意義[J]。古地理學報,2010,12(1):69-81[Wu Yinye,Zhang Tianshu,Zhang Zhijie.et al.Types and characteristics of depositional systems tract and its petroleum geological significance[J].ournal of Palaeogeography,2010,12(1):69-81]

10 吳因業,顧家裕,Cedric G,等。塔里木盆地滿西區塊強制海退體系域沉積模式[J]。石油學報,2003,24(4):21-25[Wu Yinye,Gu Jiayu,Cedric Griffths,et al.The depositionalmodel of forced regressive systems tract of Manxi Block in Tarim Basin[J].cta Petrolei Sinica,2003,24(4):21-25]

11 吳因業,宋巖,賈承造,等,柴北緣地區層序格架下的沉積特征[J]。地學前緣,2005,12(3):195-203[Wu Yinye,Song Yang, Jia Chengzhao,etal.Sedimentary features in a sequence stratigraphic framework in the north area of Qaidam Basin[J].arth Science Frontiers,2005,12(3):195-203]

12 鄒才能,趙文智,賈承造,等。中國沉積盆地火山巖油氣藏形成與分布[J]。石油勘探與開發,2008,35(3):257-271[Zou Caineng,Zhao Wenzhi,Jia Chenzao,et al.Formation and distribution of volcanic hydrocarbon reservoirs in sedimentary basins of China [J].etroleum Exploration and Development,2008,35(3):257-271]

13 朱如凱,毛治國。火山巖油氣儲層地質學——思考與建議[J]。巖性油氣藏,2010,22(2):7-13[Zhu Ru-kai,Mao Zhi-guo.Volcanic oil and gas reservoir geology:Thinking and forecast[J].ithologic Reservoirs,2010,22(2):7-13]