1、第8章 剝蝕厚度與埋藏史和埋藏史恢復(fù)方法一、剝蝕量恢復(fù)和埋藏史恢復(fù)1、地層剝蝕量恢復(fù)和計算 在沉積盆地發(fā)育過程中，連續(xù)沉積是最主要的一種地質(zhì)事件，但沉積間斷、大面積抬升剝蝕也是經(jīng)常發(fā)生的，特別是后期改造作用強(qiáng)烈的盆地更是如此。 它們對沉積巖埋藏史的影響是：在間斷、剝蝕活動期內(nèi)，已埋藏沉積物的成巖演化、已形成的地溫場特征以及沉積物的壓實排水作用等都將改變原有的進(jìn)程，或停止，或改變方向。 剝蝕和沉積間斷期內(nèi)埋藏史主要特征的變化一、剝蝕量恢復(fù)和埋藏史恢復(fù) 關(guān)鍵參數(shù)：沉積間斷的起止時間 剝蝕期的絕對年齡 被剝蝕掉的地層厚度 有關(guān)剝蝕量的計算和剝蝕期的確定，至今尚無成熟的方法，尤其是在目前的不整合面處于

2、超補(bǔ)償狀態(tài)時，通常采用多種方法的綜合、對比，從而得出一個相對可靠的數(shù)量范圍。一、剝蝕量恢復(fù)和埋藏史恢復(fù)（1）地層對比法 從鄰近剝蝕區(qū)內(nèi)沉積層系完整的地帶，求得被剝蝕巖層的厚度，這時當(dāng)然可以考慮厚度遞減的原則或采用其它外推法。 這種方法對研究程度較高的地區(qū)可提供較精確的結(jié)果。 地層對比法（相對剝蝕量）：地質(zhì)對比法要求地層或構(gòu)造在研究區(qū)和剝蝕區(qū)具有可對比性，鄰區(qū)存在相對未剝蝕區(qū)，未剝蝕區(qū)與剝蝕區(qū)存在沉積上或構(gòu)造上的聯(lián)系，誤差主要來源于長距離或構(gòu)造不穩(wěn)定區(qū)的地質(zhì)對比以及不整合不發(fā)育區(qū)的地質(zhì)對比。 最常用的是地層趨勢外推法： 一般情況下，地層厚度在橫向上有一定的變化規(guī)律，根據(jù)未被剝蝕地層厚度變化趨勢及

3、沉積邊界外推可以計算被剝蝕地層厚度。 使用該方法的前提是假設(shè)剝蝕前巖層的厚度均一或厚度變化均勻。該方法不僅適合于單斜層，而且也適合于任意起伏的地層，且與盆地的構(gòu)造運(yùn)動次數(shù)和升降幅度無關(guān)。 （1）地層對比法 1)在地震剖面上進(jìn)行層序劃分，經(jīng)時深轉(zhuǎn)換得到各三級層序的地層厚度展布。 2)選擇一條現(xiàn)今殘留厚度最大的地震剖面開展剝蝕恢復(fù)，并把最大厚度處A點定為“零”剝蝕點；再選擇另外兩點B、C ，設(shè)B點離底面高度為H1，由公式H2/H2=H1/H1可以得出H1，同理可以得出H3；通過時深轉(zhuǎn)換很容易在地震剖面把B、C點標(biāo)出，并參考底界展布趨勢，把這A、B、C三點連成一條曲線，曲線的形態(tài)應(yīng)大致和底界平行。

4、B、C兩點相對于剝蝕面的垂直距離即他們的剝蝕厚度。2個步聚： 此方法具有以下優(yōu)點：與盆地的構(gòu)造運(yùn)動次數(shù)和升降幅度無關(guān),不僅適合于單斜層,而且也適合于任意起伏的地層。由于以地震資料為依據(jù),控制點多,可信度高。方法簡單,只需要厚度資料,不需要剝蝕時間,可操作性強(qiáng)。僅限于同一大的構(gòu)造層內(nèi),不能跨越大的區(qū)域性不整合面計算。幾乎適用于所有被剝蝕層的剝蝕厚度恢復(fù)。但前者更適合于地震反射連續(xù)性較好的研究層位,而后者更適合于地震反射連續(xù)性較差的剖面。 但是由于選擇的“零”剝蝕點A并非絕對沒有剝蝕，此方法取得的剝蝕厚度值也只是相對的量，也可以說是剝蝕的最小厚度，還應(yīng)該利用其他方法進(jìn)行校正，最終確定真實的剝蝕厚度

5、值。 一個不整合界面代表著一段時限，在這個時限內(nèi)有某一厚度的沉積被剝蝕了。于是這段時限實際是包含了兩部分，一部分是該厚度的沉積巖沉積時所用的時間，另一部分是該厚度的沉積巖被剝蝕所用的時間。如果知道被剝蝕巖層的沉積速率，知道不整合上、下巖層的絕對年齡，就可以算出被剝蝕掉的沉積層厚度。 在計算時，還需要作出關(guān)于剝蝕速率的判別，即剝蝕速率是等于不整合面以下巖層的沉積速率、還是等于不整合面以上巖層的沉積速率。在做這種判斷時應(yīng)以研究區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動、主要是升降運(yùn)動的特征為基礎(chǔ)。 （2）沉積速率法 使用這種方法的條件是要知道剝蝕面或不整合界面上、下巖層的沉積速率和它們的絕對年齡。具體的計算方法下圖所示：地層沉

6、積速率法： 根據(jù)不同的地質(zhì)假設(shè)并結(jié)合實際的地質(zhì)情況，可將沉積速率法歸納為以下兩種類型：沉積速率比值法：基于沉積特征具有很大的繼承性和相似性，假定相鄰地層在不同點的沉積速率比值都相等來估算剝蝕厚度。 設(shè)沉積速率比值為P，A點鄰層的沉積厚度為Ha，沉積時間為Ta；計算層的沉積時間為ta、殘余厚度為hc，則A點計算層的剝蝕厚度（h）為： h=(PHata)/Ta-hc。地層沉積速率法：沉積速率趨勢法：事實上，地層沉積速率并非處處相等，而是不同的地質(zhì)環(huán)境有其相應(yīng)的沉積速率，但沉積速率的橫向變化是連續(xù)的，據(jù)此可對剝蝕厚度進(jìn)行估算。設(shè)A點的沉積速率為h/t，B點的沉積速率為零，由此可以得到中間點C沉積速率

7、的內(nèi)插值，從而求得原始沉積厚度，再將其減去殘留厚度，即為C點的剝蝕厚度。 應(yīng)用上述兩種方法恢復(fù)剝蝕厚度的優(yōu)勢在于其適用于不同的地質(zhì)狀況，既可以不考慮沉積層的巖性，也可以不考慮后期沉積厚度是否大于剝蝕量，更不用考慮盆地內(nèi)有多少個不整合面，因而適應(yīng)性較強(qiáng)，但缺陷是地層的絕對年齡不易確定。（3）壓實曲線法(聲波時差) 原理： 在正常壓實的情況下碎屑巖的孔隙度隨深度的變化是連續(xù)的，泥質(zhì)巖呈指數(shù)曲線、砂質(zhì)巖呈直線。若利用聲波測井、密度測井資料或綜合解釋出的孔隙度曲線，觀察其變化趨勢即可作出有無剝蝕的判斷。 一、剝蝕量恢復(fù)和埋藏史恢復(fù) Magara(1976)首先提出的一種恢復(fù)地層剝蝕厚度的方法。 其原理

8、是：在正常壓實的情況下碎屑巖的孔隙度隨深度的增加而逐漸的衰減，泥巖孔隙度的衰減曲線是指數(shù)型(式1)，砂巖的衰減曲線是直線型。但從Taylor級數(shù)可知，指數(shù)式的一階近似就是線性的，因而在計算中可以用統(tǒng)一的指數(shù)模型來計算砂巖和泥巖的剝蝕厚度。 =0e-ah (1)式中：和0分別為深度為處的地層孔隙度及地表孔隙度，a為地層物性參數(shù)。 由Wyllie公式(式2)可知聲波時差與孔隙度有線性關(guān)系，故可直接用聲波時差代替孔隙度(式2)進(jìn)行地層剝蝕厚度恢復(fù)，唯一的不同之處是式(1)與式(2)中的地層物性參數(shù)a、b之值是不一樣的。 t =t0e-bh (2) 式中:t0為地表的聲波時差值，單位:s/m。 當(dāng)h=

9、0時， t=t0。利用壓實曲線反向延伸至地表，當(dāng)在剝蝕厚度大于剝蝕后沉積地層厚度的條件下，泥頁巖壓實曲線在不整合面處的t0與上延至t0間的垂直距離即為剝蝕厚度。a、剝蝕厚度b、再沉積厚度c、補(bǔ)償厚度地表t0=650 s/m-1000-800-600-400-20002004006008001000120014001600180020002200240026002800300032001001000深度/m古地表聲波時差t(s/m) 農(nóng)101井（800m） -1000-800-600-400-2000200400600800100012001400160018002000220024002600

10、280030001001000深度/m古地表聲波時差t(s/m) 農(nóng)43井（600m） 地表t0=650 s/m（4）根據(jù)鏡質(zhì)體反射率(Ro)的突變求剝蝕量 鏡質(zhì)體反射率是目前應(yīng)用最廣的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)。它是地溫的一次函數(shù)，從而也同埋深有關(guān)。在正常情況下，Ro值隨深度的變化是連續(xù)的，漸變的，但有時發(fā)生突變。出現(xiàn)這種異常情況的原因有多種： 如沉積巖中有再循環(huán)的鏡質(zhì)體； 巖體中有局部熱源等； 地層缺失也是引起Ro值不連續(xù)的原因之一。 在確定了Ro值的突變是地層受剝蝕而造成的以后，即可根據(jù)剝蝕面上、下Ro值的差計算被剝蝕的厚度。剝蝕厚度恢復(fù)鏡質(zhì)體反射率反演法 主要思路：鏡質(zhì)組反射率（Ro）受熱史（溫

11、度史）和埋藏史（時間）的雙重控制，而埋藏史的恢復(fù)又取決于地層剝蝕量的求取，因此，當(dāng)其他條件一定時，鏡質(zhì)體反射率是溫度和剝蝕量的函數(shù)，若已知樣品的熱史則可根據(jù)鏡質(zhì)體反射率的化學(xué)動力學(xué)模型反演埋藏史，從而求取剝蝕厚度，這是常用的鏡質(zhì)體反射率反演法?；驹恚?在連續(xù)沉積的地層剖面中，鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系為一條連續(xù)的曲線；當(dāng)存在較大的剝蝕面時，剝蝕面上下的反射率曲線發(fā)生不連續(xù)，根據(jù)剝蝕面上下鏡質(zhì)體反射率的差值可以大致估算剝蝕厚度采用單對數(shù)坐標(biāo)作圖，深度與lg（Ro）成直線關(guān)系。在不整合面處成為兩段不連續(xù)的直線。根據(jù)兩段直線的斜率和不整合上下Ro的差值可以估算剝蝕厚度方法：估算剝蝕厚度的基本原理求

12、最小剝蝕厚度求最大剝蝕厚度不整合面不整合面Ro（對數(shù)）Ro（對數(shù)）深度（m）深度（m）hminhmax鏡質(zhì)體反射率法（反演）:計算地層剝蝕厚度，誤差主要來源于對鏡質(zhì)體反射率法本身認(rèn)識上的差異、測點分布和數(shù)據(jù)量、斷層和巖漿作用等因素。方法1：將不整合面下面地層的Ro-h(深度)曲線向上延伸，穿過不整合面一直到與不整合面上覆地層底界面Ro值相等的深度點，那么該點到不整合面的距離即為不整合面下部地層的剝蝕量。方法2：利用鏡質(zhì)體反射率-深度關(guān)系曲線與Ro=0.2%的交點位置，可判斷地層的剝蝕和補(bǔ)償情況(地表Ro約為0.2%)。若交點位置超出橫坐標(biāo)上Ro=0.2%的位置，表明地層曾遭受剝蝕，現(xiàn)在仍處在欠

13、補(bǔ)償狀態(tài)下。從橫坐標(biāo)到上述交點之間的距離即為地層最小剝蝕厚度。Ro方法雖然原理簡單資料也較容易取得，但同樣存在許多不足: (1)要確定Ro的突變是否是由剝蝕引起的。 (2)當(dāng)?shù)貙舆M(jìn)一步埋深時，不整合面以下的Ro值無明顯變化，而不整合面之上的值卻增長較快，經(jīng)過一定的地質(zhì)時間后，二者會逐漸趨于一致，也就是說穿過不整合面的Ro的絕對差值會隨時間和埋深的增加而減小，最后趨于零。這就是所謂的“退火”現(xiàn)象。 澳大利亞坎寧盆地的Lake Betty 1井,該井中的下石炭統(tǒng)和下二疊統(tǒng)間存在一不整合面，據(jù)估計剝蝕厚度約有900m。但在其Ro與深度剖面圖上卻并未出現(xiàn)位移，該不整合面被“隱藏”了。據(jù)時間溫度模型研究

14、表明，Ro的位移已在三疊紀(jì)退火了。 (3)Dow將地表處的Ro值定為0.18%-0.2%，但實際情況并非完全如此。Ro值在地表處小于或大于0.2%的情況也是存在的。剝蝕厚度恢復(fù)鏡質(zhì)體反射率正演法 正演數(shù)值模擬法基于相同的原理通過給定一個假定的剝蝕厚度，然后用數(shù)值模擬方法重建埋藏史和熱史從而模擬出理論的Ro與深度關(guān)系曲線，對比理論和實測的Ro與深度關(guān)系曲線，通過不斷調(diào)節(jié)剝蝕厚度的大小，直至兩者達(dá)到最佳擬合時所假定的剝蝕厚度即為所求值。利用Ro深度關(guān)系估算剝蝕量BASIN-MOD 1D軟件農(nóng)43井嫩江組沉積末期不同剝蝕量情況下鏡質(zhì)體反射率模擬值與實測值對比圖（曲線為模擬值，三角形散點為實測值）A剝

15、蝕量為100m；B剝蝕量為620m；C剝蝕量為1000m；ABC 鏡質(zhì)體反射率除主要用于研究成熟度外，也可用來研究其它相關(guān)的地質(zhì)問題。不整合面上、下鏡質(zhì)體反射率的變化,可能用來說明盆地的沉積史、構(gòu)造史。 印度尼西亞一口井的反射率剖面，它表明中生界下沉速率比第三系慢，中生界地溫梯度明顯高于第三系。并由此可以計算中生界的剝蝕厚度，估計地表附近的鏡質(zhì)體反射率為0.2%，則中生界的缺失厚度超過1800米。 巖漿巖體的侵入也會引起鏡質(zhì)體反射率突變性的增加如圖。Dow(1977)認(rèn)為巖漿巖體對圍巖鏡質(zhì)體反射率的影響范圍約是侵入體直徑的2倍，實際的影響距離取決于侵入體邊界溫度和圍巖的熱傳導(dǎo)率。該圖還表明地表

16、附近的RO為0.48%，而不是正常的0.2%，這說明最大埋深之后，上覆地層約有2000米已被剝蝕。 2、壓實厚度恢復(fù) 壓實作用是指在上覆沉積負(fù)荷作用下沉積物受到的擠壓作用，它是使疏松的沉積物固結(jié)成巖的主要作用之一。 壓實作用的壓力主要來自上覆沉積物重力和水體的靜水壓力。因此，壓實作用在地質(zhì)時期中長期持續(xù)的一種成巖作用。 它從沉積物埋藏開始一直可以繼續(xù)到沉積物埋深達(dá)9000米以上。在壓實作用下沉積物的孔隙流體不斷排出、孔隙度不斷減少，體積密度不斷增加。 (1)壓實作用地層厚度100m巖石骨架孔隙流體孔隙度=40%40m60m(2)壓實厚度校正 壓實厚度：校正就是要恢復(fù)出不同地質(zhì)歷史時期沉積物被壓

17、實掉的那部分厚度。 根據(jù)迭代方法的不同可分為正演法和反演法兩種。前人大多采用反演法，即從某地層目前的埋藏深度和厚度出發(fā)，逐層剝?nèi)テ渖系貙?，最終得出它剛沉積時的原始沉積厚度，因此又稱回剝法或剝皮法現(xiàn)今厚度剝?nèi)?層再剝?nèi)?層3層沉積末期沉積時間沉積壓實埋藏史示意圖1）反演法回剝法回剝法恢復(fù)埋藏史示意圖 “回剝法”恢復(fù)埋藏史示意圖 2)正演法 則恰好相反，它是先將某地層恢復(fù)到剛沉積時的狀況，然后依次求出不同地質(zhì)歷史時期該地層的埋深和厚度，根據(jù)所算出的最后一個時間步長(現(xiàn)今)與目前真實的厚度、埋深間的誤差去修正前些時期的計算。 以正演法為基礎(chǔ)的壓實厚度校正： 由于沉積物(特別是細(xì)粒沉積物)的孔隙度與深

18、度之間保持著指數(shù)關(guān)系，而沉積物一般可近似分為兩部分，即巖石顆粒骨架和孔隙。地質(zhì)歷史過程中巖石在經(jīng)受壓實作用時，巖石體積的變化主要表現(xiàn)為孔隙體積的變化，又因顆粒骨架材料的不可壓縮性，壓實前后顆粒骨架部分的體積可基本認(rèn)為是恒定的。如果巖石面積一定，即可用巖石厚度的變化來表示體積的這種變化(圖21)。沉積物壓實厚度恢復(fù)示意圖 這是一個超越公式，很難求出T0和Z0的準(zhǔn)確解，但可用數(shù)學(xué)逐次迭代法求出其近似值。代入孔-深指數(shù)關(guān)系，得： 從表面上看，正演法和反演法僅僅是運(yùn)算程序的不同，實際上在沉積物處于正常壓實狀態(tài)(即沉積物內(nèi)無異常壓力)時二者計算結(jié)果也是相近的，但是，當(dāng)沉積物內(nèi)出現(xiàn)了異常高流體壓力后，二種方法在內(nèi)涵上即表現(xiàn)出明顯差別：本章完 反演法一般僅考慮了壓實和排水不平衡一種因素對欠壓實形成的影響，將處于欠壓實段的某點處理為與其等效深度點(正常