砂岩侵入体的形成机制分析*

砂岩侵入体是指深水沉积砂体受到外界的触发,并在一定条件下形成超压,致使上覆弱渗透性沉积物等围岩发生破裂,砂体以流化和液化的形式向周围沉积物产生侵入。砂岩侵入体的形成过程为形成超压、盖层破裂、产生液化和流化、发生侵入。差异压实、地震引发的液化、流体的加入和压力传递等多种因素都可以使砂岩中形成超压,当地层压力达到并超过破裂压力时,发生水力破裂,或地震引起上覆地层破裂,超压砂岩发生流化,侵入到低渗透围岩中。大量未固结的深水沉积砂岩、低-非渗透层的快速覆盖、形成超压的机制和触发事件是砂岩发生侵入的必备条件。     

北海盆地维京地堑渐新统砂岩侵入体形态特征及成因

砂岩侵入体是由处于浅埋藏阶段、尚未固结的砂质沉积物发生液化并侵入到上覆盖层所形成的一类软沉积物变形,在北海盆地维京地堑渐新统地层中非常发育。为探讨砂岩侵入体的形态特征及诱发机制,通过高分辨率三维地震及测井资料,利用地震反射结构分析、地震相干切片等手段对砂岩侵入现象进行了识别;并结合多边形断层系统、流体充注与砂岩侵入之间的关联性,对砂岩侵入体的成因机制进行了分析。结果表明:在地震剖面上可识别的砂岩侵入体多呈V型或W型强振幅反射特征,其横向展布规模约1~2 km,垂向侵入高度约100~200 m;流体的大规模充注及多边形断层诱发盖层破裂是形成砂体内部超压并诱发其发生液化的关键因素。砂岩侵入体在形成之后可以作为流体运移通道,对强化流体的垂向运移具有重要意义;并且砂岩侵入体本身即可作为油气的有利储集体。因此识别并分析砂岩侵入体的成因机理,对盖层封闭性评价及油气勘探具有重要指导意义。     

砂岩侵入体系模拟及形成机理分析

砂岩侵入体系是一种普遍的地质现象,近些年来越来越受到地学界的重视,但对其形成机理探讨较少。作者及研究团队通过设计一套室内模拟实验装置,来简化模拟3层地层结构中砂岩侵入体系的形成和演化过程。在之前模拟实验(实验变量为顶层沉积物的厚度、进水管的结构)结果的基础上,进一步考察了地形坡度对实验结果的影响,并对砂岩侵入体系的形成机理进行了分析。实验过程中,共观察到7种不同形态不同样式的管道,并对实验过程中压力变化进行了测试。对实验结果分析认为:盖层厚度越大,压力下降的速度越慢,越不利于压力的释放;随着实验的继续进行,砂岩侵入体最终会转化为砂岩喷出体并喷出地表;不稳定的地形有利于触发疏松沉积物发生变形。实验表明,超压是砂岩侵入体发生的最重要条件之一, 沉积盆地中的压实不均衡和生烃作用是可独立产生大规模超压的2种主要机制。     

山西云岗石窟侏罗系地震液化砂岩柱的发现及其大地构造意义

本文主要报道在华北克拉通北缘云岗石窟景区内侏罗系地层中发现的20余个由地震液化形成的砂岩柱。地震导致的砂土液化是非常普遍的自然现象,地震波的震动使埋藏在地下未固结的饱和砂质沉积物迅速变为流体并在巨大压力下喷涌至地表,形成砂火山或泥火山。2008年汶川8. 0级大地震和2012年新西兰6. 2级地震都产生了严重的液化现象,在对地表造成严重破坏的同时,分别在地表形成了一系列的溢出丘和形态完好的砂火山。古地震之后,液化砂质沉积物往往在上涌的通道内固结成岩,形成穿层的岩柱或岩管。近年来,美国科罗拉多大峡谷相继发现很多地震液化形成的中生代巨型碎屑岩柱。2018年,本文作者在云岗石窟景区内的侏罗系云岗组中发现了20多条直径15~20cm左右、高可达2m以上穿层“侵入”的砂岩柱,有的在纵向上呈串珠状排列,有的呈不规则的树枝状自下向上伸展,膨大狭缩、分支复合现象非常明显,砂岩柱内部结构均一,不见任何层理。砂岩柱顶端的泥质围岩石中有明显向上牵引、拖拽的痕迹。这些砂岩柱没有任何硅化木的特征,也不是普通成岩作用形成的结核,与暴雨、泥石流、重力滑塌等作用均无任何关系,是古地震液化作用在地层内保存的遗迹,故称为液化砂岩柱。地震液化砂岩柱发育的层位位于李振宏等人(2014)在宁武—静乐盆地侏罗系云岗组顶部的凝灰质泥晶碳酸盐层位(160 Ma)之下约40m处,初步判定形成这些液化砂岩柱的古地震发生于160. 75 Ma~160 Ma之间的晚侏罗世。古地震的形成过程与燕山运动引起的地壳运动有直接的关联,是华北克拉通内与燕山运动伴生的古地震在地层中留下的最直接证据。     

事件层组合特征限定软沉积变形的地震成因——在青岛灵山岛的应用

对软沉积物变形构造的形成过程解析和触发因素识别一直是国内外事件沉积学研究的重点和难点。国内外学者常将地层中保存的软沉积物变形构造的形成归因于地震作用,但缺乏足够的证据来支撑地震震动触发相应的沉积过程与变形机制。由于软沉积物变形构造可以由地震、风暴和非地震参与的液化作用、重力作用及滑坡等因素触发,且可能受瑞利—泰勒不稳定性（因密度差异沿垂向变形）或开尔文—亥姆获兹不稳定性（沿水平方向变形）机制的控制,软沉积物变形构造本身并不能作为特定触发因素的判别标志。此前,通过解析事件层组合特征来揭示与软沉积物变形构造形成相关的沉积过程和变形机制,进而限定变形构造触发因素的方法已成功应用于中东地区死海盆地（死海断裂带）的事件沉积研究中。尝试应用此方法来解析灵山岛灯塔剖面底部软沉积物变形构造的变形机制与触发因素,研究发现灯塔剖面底部的软沉积物变形构造是原位形成与保存的,并被浊流沉积层上覆,且二者之间无背景沉积物。这种独特的事件层组合指示原位变形和异地搬运两种水下沉积过程准同期发生,而能够同时激发这两类物质来源与沉积过程迥异的事件沉积响应的最可能因素是区域强震震动。结合灵山岛研究案例认为,前人所做的模式化...     

高密度浊流和砂质碎屑流关系的探讨

高密度浊流和砂质碎屑流作为深水环境重要的地质营力,但如何区分两种流体及其沉积,一直存在着争议。通过探讨两种流体的关系,有助于澄清深水沉积过程的相关认识,有助于正确区分两种流体的沉积,也有利于开展相关砂岩储层的预测。在分别回顾高密度浊流和砂质碎屑流的概念、特征及具体实例的基础上,对比了两者的流体性质和沉积特征,结合触发机制、形成过程及影响因素,从理论运用和实际运用两方面探讨了两者的关系。高密度浊流沉积可划分为底部、中部和上部三部分,垂向上具逆——正粒序。砂质碎屑流沉积富砂质,具块状层理,垂向上可由块状砂岩叠置形成。碎屑流形成的触发机制多样,且相对于中等至弱粘性碎屑流,强粘性碎屑流不易向浊流转换。与砂质碎屑流相比,高密度浊流在术语使用上更合理。如果碎屑流发生了流体转换,形成高密度浊流沉积;如果未发生,且物源富砂质,可以形成砂质碎屑流沉积。块状砂岩与上覆泥质沉积物呈突变接触时,可能为砂质碎屑流成因;与上覆沉积物为渐变接触时,构成正粒序,为高密度浊流成因。     

河床底部沙火山特征、演化及其研究意义

沉积后尚未固结的砂体在外部动力的干扰下容易发生液化,形成沙火山、液化砂岩脉等沉积构造,地震是触发液化的最常见动力.在河床现代沉积中发现大量的沙火山构造,其产生过程虽受人为活动影响,形成条件却在盆地特殊构造部位可以满足,分析其特征、演化及动力可以为震积岩及其他成因软沉积变形研究提供参考.研究结果显示,不同规模及对应特征的...     

枕、球—枕构造：地层中的古地震记录

枕状构造(pillow)与球—枕构造(ballandpillow)、负载构造(load))是地层中的软沉积物变形构造,它们在形态、产状、变形机制等方面是不同的。枕状构造是砂层中一组呈“凹”形弯曲的变形沉积体,它的原始层平行于枕状体的底面,顶面则是一个平直的截切面。枕状构造是由于层状砂层强烈液化向上覆软沉积砂层流动、穿刺,使之弯曲褶皱,在原地固定位置形成,因此枕状构造在一个层内是沿岩层走向呈现一系列相间隔的向形和很窄的背形。形成球—枕构造与负载构造的软沉积层包括细砂单元与上覆粗砂单元。他们的变形机制与砂层的液化作用有关。下伏细粒砂单元具强的液化变形而上覆粗砂单元为弱变形层。上覆粗砂单元（比重大）在下伏细砂单元（比重小）之上形成一个不稳定重力驱动系统,地震发生时的剪切力使重的粗砂（弱液化）陷落下沉至下伏细粒单元（强液化）中成负载构造和球—枕构造。球—枕体位于细砂层的不同位置,表明他们是下沉穿越细砂层单元为异地沉积体。形成枕、球—枕及负载体的软沉积物液化变形机制不同,但液化作用的触发机制是强地震。这些液化变形构造在实验室砂层的振动液化模拟实验中也已得到证实。地层中的枕状构造及球—枕、负载构造代表一次Ms>5的古地震灾变事件。古地震往往是沿着某些古地震断裂分布,是古地震断裂活动的表现。本文将举例讨论我国古老地层中的某些枕状构造、球—枕与负载构造,并简述当时发震的构造背景。     

山东省灵山岛下白垩统浊积岩中与滑塌作用相关的软沉积物变形构造

灵山岛上出露的软沉积物变形构造其成因具有多样性,而灯塔剖面底部滑塌层内的变形构造的触发因素尚不明确.结合野外观察和极射赤平投影方法,研究了滑塌层和内部变形构造的形成过程、触发机制和地质意义,结果表明:灯塔剖面主要由浊积岩沉积序列组成.滑塌层夹在未变形层之间,由地震触发形成,内部发育4个滑脱面,将滑塌层划分为5个变形单元,缩短率和变形程度各不相同.软沉积物变形构造主要为褶皱,形态特征表现为砂岩厚度在枢纽部位大大增加,也可见一些砂岩增厚和减薄现象,两者均是液化的砂岩在驱动力作用下的结果.滑塌过程中,滑塌层中的砂泥岩与海底沉积物之间的孔隙流体自由交换被切断,产生了暂时性的超压,导致了液化的发生.褶皱的轴线延伸方向为SSW-NNE,轴面倾斜方向主要为SEE(120°),指示古水流主要来自SEE方向,与浊积岩内底痕指示的古水流方向一致,说明斜坡沉积系统上发育的滑塌褶皱能够指示古水流方向.      

安徽寿县新元古界球-枕状构造的双重成因与古地震脉动旋回研究

在安徽寿县新元古界四十里长山组下部粉砂-细砂岩沉积地层中,发育一组具有双重成因的球-枕状软沉积物变形构造.对露头剖面进行实地观测研究显示,变形构造形成于浅海陆棚边缘斜坡带的地震灾变事件层中.由于滑塌砾石落入表层粉砂质软沉积层,在地震震颤应力作用下形成具砾石核心的球-枕状体,又在地震脉动旋回性连续震颤作用下,继续沉陷至下部液化砂层中,形成了具有双重成因的球-枕状软沉积变形构造.它经受了地震、海啸、滑塌、滑褶、震颤晃动沉陷、液化泄水、软塑性紧缩变形等多项复杂的同沉积变形作用过程.显示出该地震事件具有前震阶段、主震阶段、余震阶段等多次震颤脉动旋回性地质作用的地质事件,地震能量强度最大应超过里氏7级,为研究海洋震积岩的软沉积变形及脉动旋回性过程提供了重要的实物资料.     

北京永定河谷中元古界雾迷山组软沉积物变形与古地震发生频率

北京地区中元古界雾迷山组是太古界至中生界中出露面积最广、沉积厚度最大的地层单元,岩性以白云岩为主,其次为硅化白云岩。雾迷山组层序稳定,形成于相对广阔、持续且稳定沉降的浅水沉积环境。在永定河流域自庄户洼村溯河而上直至珍珠湖景区,在不同层位的雾迷山组露头中集中发现了多个期次、不同规模、由古地震引发的软沉积物变形构造,包括液化变形（液化混插、底辟、液化脉及液化卷曲层理等）、挤压变形（紧密褶皱、板刺状角砾和丘—槽构造等）、拉伸变形（环状层、拉伸布丁）以及脆性变形（地裂缝、层间断层和震裂岩）。文中对这些软沉积物变形的分布和表面特征做了系统描述,对典型的液化变形、挤压变形及拉伸变形的形成机制从形态学上进行了计算机模拟。结合该区的构造背景和前人研究资料,认为该区雾迷山组沉积期古地震系沿中元古代燕辽裂陷槽轴部的断裂活动触发的;根据软沉积物变形的出现频率,对古地震发生频率（地震周期）进行了初步估算,约为3.2至2万年。     

中国油气盆地砂岩储层的成岩压实机制分析

埋藏成岩作用理论认为碎屑沉积物的压实作用是由上覆岩柱的有效应力产生的,但该理论解释不了我国油气盆地砂岩储层的成岩作用特征。我国油气盆地复杂的地质条件导致碎屑岩成岩压实机制的多样性,它既有上覆岩柱引起的压实效应(静岩压实效应),也有盆地热流控制的压实效应(热压实效应)、地层流体性质影响的压实效应(流体压实效应)以及构造变形引起的压实效应(构造压实效应)。静岩压实效应、流体压实效应和热压实效应是沉积盆地中普遍的砂岩成岩作用现象;构造控制成岩作用贯穿于整个成岩过程,本文的构造活动指施加于岩石的构造变形作用,它引起的压实效应见于我国西部地区的油气盆地物理模拟的实验结果表明静岩压实速率为0.013～0.138%/MPa,模拟温度提高,其压实速率变大。热压实效应具有深度加大,热效应压实量(或热效应压实速率)减小;以及盆地的地温梯度差距加大,热效应压实量(或热效应压实速率)增大的特点;在相同的地层温度(T)下,低地温梯度地区的砂岩孔隙度是高地温梯度地区的e~(0.077 0.0042×T)倍。流体压实效应具有粒级越粗,其压实效应越强;以及深度变大,一定岩性储层的流体压实效应变弱,而不同粒级之间储层流体压实效应的差距变大的特点构造压实效应反映在多个方面,侧向构造挤压和基底隆升加快砂岩的压实进程,侧向构造挤压应力每增加1.0MPa,砂岩压实量平均增加0.1051%;而晚期构造推覆使下伏砂岩储层保持较高孔隙度。     

砂岩侵入体系物理模拟实验

近十年来,从露头、地震、岩心和测井曲线等资料中识别出了越来越多的砂岩侵入体。这些砂岩侵入体对油气勘探和开发既有正面影响,也有负面影响,但由于其发育过程和分布的复杂性,使得对于其成因机制和形成过程探讨较少。笔者建立了一套模拟砂岩侵入体系的实验装置,并设计了完整的实验程序,以模拟砂岩侵入体的形成过程,并探索其形成机理。在此基础上,进行了5组实验,分析了顶层沉积物厚度和进水管结构对砂岩侵入体形成的影响。通过对实验结果进行冷冻、切片和照相,将砂岩侵入体的形成过程分为5个阶段,并借助软件对每次实验的模型进行了三维重构,以期为更好地分析砂岩侵入体系的形成机理提供实验基础。     

三角洲前缘滑塌浊积体形成过程模拟

三角洲前缘滑塌浊积体是断陷盆地内一类重要的岩性油气藏。通过室内水槽实验模拟了不同条件下三角洲前缘滑塌浊积体的形成过程。实验结果表明，触发机制是三角洲前缘发生滑塌和形成浊积体的前提，它包括地震、波浪等外界触发机制，也包括前缘砂体自身重力所产生的压实沉陷等。其中地震作用可以破坏三角洲前缘的稳定性，形成液化滑塌浊积体和断阶滑塌浊积体。波浪作用可以侵蚀浪基面附近的三角洲前缘砂体，并在回流作用下携带至最大浪基面之下再沉积，沉积过程中形成小型浊积体。无外界触发机制作用下主河道入水口处的砂体在重力作用下向下部泥岩压实沉陷，也可形成滑塌浊积体。浊积体迁移的动力主要是滑塌砂体自身的重力，其中的断阶滑塌浊积体还受到后续叠置体的碰撞力，因此其可以移动更远的距离。     

软沉积物变形构造研究进展

本文对软沉积物变形构造的相关研究进展进行简要综述。软沉积物变形构造广泛发育于沉积地层中,对其形成过程的正确解释在理解沉积盆地的充填机制和性质、油气储层勘探,以及与其相关的沉积岩相和地层序列的解释等方面具有一定的指导意义。由此,对软沉积物变形构造的研究也成为近20年来沉积学的热点之一。软沉积物变形构造主要由液化或流化、反密度梯度、重力滑塌及剪切力等作用形成。碳酸盐沉积物在成岩过程早期由于较易于受到海水方解石的胶结作用而常呈固结或半固结状态,在外力触发下,会出现破裂、移位而形成竹叶状灰岩或碳酸盐岩块体;颗粒质碳酸盐沉积物由于不均匀胶结作用,也会出现差异液化现象,形成砾屑灰岩。地震是较为普遍的触发机制,但一些研究发现很多潮坪沉积、风暴沉积中的软沉积物变形构造可能是由潮汐涌潮和风暴作用触发而成,因此在解释软沉积物变形机制时要在对沉积过程、沉积环境和构造背景等做系统研究的基础上进行综合分析论证。     

重力流主导的深水沉积特征及其模式——以共和盆地下三叠统为例

深水沉积具有良好的油气勘探前景,近年来已成为沉积学研究的前缘和油气工业界关注的焦点。以共和盆地下三叠统为例,通过野外剖面的详细观察描述,结合室内镜下薄片鉴定与粒度分析,对深水沉积类型、沉积特征、垂向组合、成因机制以及沉积模式进行系统研究。共和盆地早三叠世深水沉积类型主要有滑塌型深水重力流沉积、底流沉积以及深水悬浮沉积,其中滑塌型深水重力流沉积又可识别出滑塌沉积、砂质碎屑流沉积与浊流沉积三种类型。滑塌沉积常见以同沉积褶皱为代表的多种软沉积物变形构造;砂质碎屑流沉积以块状砂岩为主,内部可见砂质团块、泥砾或泥质撕裂屑,块状砂岩顶底与相邻岩层均为突变接触;浊流沉积普遍发育正粒序,可见不完整的鲍马序列,底面常见多种类型的底模构造;底流沉积发育多种牵引流沉积构造。研究区软沉积物变形构造类型丰富,其中滑塌层内的软沉积物变形构造主要在斜坡滑塌过程中形成;未发生滑塌层内的软沉积物变形构造主要因地震使沉积物发生液化作用及流体化作用而形成。在综合分析盆地构造背景、深水沉积分布规律、重力流触发机制的基础上,建立了共和盆地早三叠世滑塌型重力流主导的深水沉积模式。滑塌型重力流主要由地震以及火山事件触发,水道化的地区会形成大面积的海底扇沉积体系。底流作为深水环境中不可忽视的动力因素,往往会对重力流沉积进行后期改造而使其物性变好。深水悬浮沉积作为一种背景沉积,在重力流事件的间歇期成为主要的深水沉积物。研究显示内扇、中扇可作为致密砂岩油气的勘探区,外扇可进行页岩油气勘探。     

黏性沉积物中的古地震触变流动变形*

粒径小于0.005mm的饱和淤泥和黏土等对地震和外力扰动产生的敏感变化特性被称为触变性。地震触发的软沉积物流动变形构造包括液化流动变形与触变流动变形两大类,前者多指沙层和碳酸盐沉积物的液化流动变形,后者指饱和的泥质沉积物触变流动变形。在地层剖面中,饱和淤泥、淤泥质土、黏土、硅泥(胶体)、碳酸盐灰泥等黏性沉积物的触变流动变形构造广布,它们多与沙层等的液化变形构成复合变形构造,但中外地质学家对触变流动变形构造注意较少,往往把它们笼统解释为液化流动构造。近年来地震触发饱和淤泥的触变流动变形现象逐渐引起地质学家的关注。作者对国内多个地层剖面中地震触发的饱和淤泥流动变形记录进行了描述和成因解释,并按照触变流动变形的方向性归纳出4类模式,即①向上流动、②向下流动、③同时向上及向下流动和④近水平方向流动,希望引起从事软沉积物变形和古地震研究的地质学家的关注。     

新疆境内塔拉斯 费尔干纳断裂早侏罗世走滑的古地震证据

在野外考察过程中,于新疆乌恰地区早侏罗世康苏组沼泽相砂岩层中,发现并识别出软沉积物液化变形层,变形包括负载构造,球枕构造及卷曲变形构造。通过模拟试验的对比研究认为,该软沉积物变形机制与液化作用有关,触发沉积物液化的动力是古地震,并且根据地震震级与液化最大震中距的关系,推测出造成早侏罗世软沉积物变形的里氏地震震级为6相似文献   

新疆境内塔拉斯-费尔干纳断裂早侏罗世走滑的古地震证据

在野外考察过程中,于新疆乌恰地区早侏罗世康苏组沼泽相砂岩层中,发现并识别出软沉积物液化变形层,变形包括负载构造,球-枕构造及卷曲变形构造。通过模拟试验的对比研究认为,该软沉积物变形机制与液化作用有关,触发沉积物液化的动力是古地震,并且根据地震震级与液化最大震中距的关系,推测出造成早侏罗世软沉积物变形的里氏地震震级为6相似文献   

鄂尔多斯盆地西南部延长组6段重力流沉积特征及其油气地质意义

鄂尔多斯盆地南部延长组长6油层组中发现大量块状无层理砂岩,属陡坡带处堆积的三角洲前缘沉积物沿斜坡滑塌形成的重力流沉积。综合岩芯、露头、测井及分析化验资料,认为延长组发育滑塌岩、液化沉积物流、砂质碎屑流和经典浊流等多种类型的重力流,不同类型重力流沉积特征差异明显;其中地形坡度、物源供给和一定的触发机制是形成长6重力流沉积的基本条件;在流动过程中由于水的混入和沉积物卸载,重力流沉积物发生浓度变化和流态转换,形成滑塌岩-砂质碎屑流、砂质碎屑流-浊流、浊流等不同组合类型;重力流砂岩延伸至半深湖-深湖相泥岩中,与长7烃源岩侧向连通,形成有利的成藏组合,是研究区延长组重要的勘探目标区。