高分辨率层序地层学一个具有潜力的新学派

第三节 高分辨率层序地层学 一个具有潜力的新学派 (理论基础完善、研究精度高、 但等时性尚待完善 陆相层序 （ 1） “ 类海相 ” 学派 （ 2） “ 单一 ” 派 （ 3） “ 构造 ” 派 （ 4） 综合学派 陆相盆地存在问题 层序地层的主控因素确定难度较大 等时层序格架的建立较难，无法准确划分和对比三级层序边界和凝缩面。 井剖面层序与地震层序的矛盾。 准层序组和准层序研究难度大。 沉积层序地层模式适用范围小，推广难度大。 “类海相 ” 学派 认为湖泊和海洋类似，是陆相沉积的主导控制体，其不仅控制自身的沉积发育，也控制毗邻的河流及风成沉积，湖平面的变化类似海平面的变化控制整个盆地的发育。由于没能充分认识海陆的不同， “ 类海相 ” 学派过分简化了陆相沉积，所以存在较大局限性 。 单一派 河流相层序地层学 分析基准面变化对河流沉积作用方式的影响： 向成片分布的 辫状河流 的砂砾质沉积物组成。 流河 沉积，水进体系域有利于 网状河流 沉积。 候因素，而将沉积物供给速率和河流作用相等同。 流为主控因素。将单一的沉积体系和一系列成因上有联系的同时代沉积体系等同，同样也不能将各种因素的综合影响考虑进来。 构 造 派 积体系放入盆地整体地层格架，这种格架主要根据等时地层意义的界面划分。分析的核心是建立等时地层格架，在此基础上将盆地充填序列解析为不同级别的建造块。 在一定的局限性。如果该界面分布不连续，则影响等时对比的精度。 源供给速率等因素的影响。 综 合 学 派 平面变化、沉积物供给、构造运动和气候等因素的影响，认为陆相湖盆分为闭流湖盆、敞流湖盆。 流平衡剖面 ,沉积物表面到这种基准面之间的所有空间称为可容空间 , 沉积同时形成的可容空间称为新增可容空间； 地最低出口位置 所决定的水平面或河流平衡剖面，沉积物表面到盆地基准面之间的可容空间称为盆地可容空间。 造层序又分为简单断坳层序、同生断坳层序和多期断坳层序。同生断坳层序由低位体系域、湖扩体系域、湖缩体系域和非湖泊体系域；简单断坳层序只发育厚的湖缩体系域；多期断坳层序由多期进积式准层序构成；气候层序由低位、高位和湖扩、湖缩体系域组成。 双断盆地可以发育轴向对称的沉积体系；而 单断盆地 则明显不对称， 沉积中心位于主断裂带附近 。 高分辨率层序地层学 （ 相对海平面升降驱动的地层旋回的概念是由于使用地震资料而发展起来的，具有几十米到数百米的相对较粗的分辨率。以地震为基础的层序地层学被1993）称为 “ 低分辨率层序地层学（ ” 高分辨率层序地层学（ 是在测井、岩心或露头比例上细到米级的综合解释 。这些详细的数据组把粗略的地层几何形态与其内部的相组合联系起来。此外，在现代沉积体系上采集的高分辨率浅层地震资料，已经有助于更为详细地搞清层序和体系域内的层状几何形态。 主 要 思 想 基准面变化旋回中，随 A/随时空中的体积分配，进而形成相分异，储层物性随之产生相应的变化。 通过对地层记录中体积分配和相分异进行描述，有可能恢复基准面变化旋回，据基准面旋回进行储层精细对比和储层物性预测 。 基 本 原 理 1 基准面及基准面旋回 2 可容空间 3 叠加样式 4 体积分配 5 相分异 基 准 面 基准面是一个相对于地球物理面上下振动并横向摆动的抽象等势面。 在一个能量、物质、时间和空间被保存的封闭地层系统中，基准面代表沉积物通量 (能量最小的面。 基准面就是一个在其上即不发生沉积作用，亦不发生剥蚀作用，从而沉积物通量不发生变化的抽象面。 基准面并不是一个水平面，基准面与海平面及地表的关系，基准面不同部位沉积物通量。 基准面不同部位的地质作用 基准面下降辨识标准 相域向海迁移 地层向海进积 基准面旋回特点 基准面升降旋回包括上升和下降两部分，记录了可容空间由最小向最大方向或由最大向最小方向单向变化的过程 基准面旋回是 整个盆地或大规模的区域内同时发生的 基准面旋回具有不同的级次性 不同区域可以进行不同的层次划分 利用基准面旋回进行地层对比 两个优点 在不同沉积环境中是等时的 不需要知道海平面的位置、沉降史及沉积物的供给情况 但基准面的变化难以确定 可容空间 可 容 空 间 在时间进程中产生或消失的可供沉积物得以堆积 (或被侵蚀 )的累计空间称为可容空间，或容存空间。 实际上称为剩余累计空间更合适 它限定了可能沉积在所有地理位置的沉积物的体积 可容空间对沉积的控制 决定沉积物的体积分配 形成地层叠加样式 导致相分异 高分辨率层序地层学理论体系 高分辨率层序地层学理论体系的核心是： 在沉积基准面旋回变化过程中 ，由于可容空间与沉积物补给通量比值(A/S)的变化 ， 相同体系域或相域中发生沉积物体积分配作用 ， 导致沉积物保存程度 、 地层堆积样式 、 相序 、 相类型及岩石结构发生变化 。 这些变化是基准面旋回中所处位置和可容空间的函数 。 1） 沉积基准面原理 962)提出 ， 基准面是一个侵蚀与沉积作用达到平衡的面 ， 在 “ 该面之上沉积物不能停留 ， 在该面之下可能发生沉积作用和埋藏作用 ” 。 由于在这个面上既没有侵蚀作用也没有沉积作用发生 ， 故亦叫 平衡面 ( 又因为上游搬运来的沉积物在此地路过但无沉积 ， 因此也叫 过路不留面 ( 还因为这个表面的高程是逐步降低的 ， 也有人称之为 递降表面 ( 或称之为基准面 ( 并赋与其时间单元意义 。 认为 “ 沉积基准面是一个相对于地表波状起伏的 、 连续的略向盆地方向下倾的潜在势能面 ， 其位置 、 运动方向及升降幅度不断随时间变化 。 在海盆 (湖盆 )范围内基本上是平行水平面的风暴浪基面 ， 而朝陆方向则是一种波状起伏的曲面 ” 。 2） 沉积基准面旋回 将基准面的一个上升与下降旋回称为一个沉积基准面旋回 ( 在基准面旋回变化过程中 ， 基准面位于地表之上时 ， 提供沉积空间 ， 沉积作用发生 ， 任何侵蚀作用均是局部和暂时的；基准面位于地表之下时 ， 该地段发生侵蚀；当基准面与地表一致 (重合 )时 ， 该地段既无沉积作用又无侵蚀作用发生 ， 沉积物仅仅路过 (已 。 在基准面变化的时间域内，地表的不同地理位置表现出四种地质作用状态，即沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过时产生的非沉积作用、及 沉积物非补偿产生的饥饿性沉积作用 乃至非沉积作用。 沉积物粗细的变化如何反映水深？ 为什么是向 上变深？ 地层记录的四维动力学变化信息往往反映基准面旋回变化的时间 空间事件 ， 即岩石 +界面 。 不难看出 ， 在同一个基准面变化的时间域内 ， 不同地理位置保存的 “ 等时痕迹 ” 常常为岩石序列 ， 即岩石 +界面 ， 或界面 (间断面 )， 这对层序划分时在横向上进行精确对比具有重要的意义 。 高分辨率层序地层学中的一个成因层序 (以由岩石组成 ， 也可以由岩石 +界面组成 。 依据基准面旋回 持续时间 的长短，可以将其划分为短期基准面旋回、中期基准面旋回和长期基准面旋回。通常岩心资料用于确定短期基准面旋回、测井资料用于确定短、中期基准面旋回，而地震剖面用于确定中、长期基准面旋回。 3） 沉积物体积分配与相分异 沉积物体积划分 ( 指在沉积体系域或相域内沉积物被划分成不同相域或相的过程 。 它直接伴随着原始地貌形态的保存程度 、 沉积物厚度 、 旋回对称程度 、 内部结构等诸多沉积学和地层学响应 。 伴随可容空间的变化和沉积物体积划分 ， 保存在相同沉积环境中的相序 、 相组合 、 相类型和相的多样性也有显著区别 ， 统称为相分异 ( 从过程 响应的四维动力学观点出发 。 相同沉积体系域或相域的体积划分 、 沉积物保存程度 、 地层堆积样式 、 相序特征及相类型不是固定不变的 ， 而且看其处在基准面旋回中位置和可容空间的变化 。 4） 有效可容空间 有效可容空间 (指能被沉积物优先充填的基准面相对于沉积表面位置的所有空间 。 与 高分辨率层序地层学比较 强调有效可容空间的变化 和其间沉积物堆积性质 。 5） 可容空间与沉积物补给通量比值 可容空间与沉积物补给通量比值 (A/S)的变化，直接导致相同沉积体系域或相域中沉积物体积分配、地层旋回厚度与对称性、相序和相类型特别是地层叠加样式的变化。 在盆地边缘的有效可容空间内，当 (A/S)1时，较长期基准面上升，形成向陆推进的退积叠加样式，岩相类型丰富；在较长期基准面上升与下降的转换时期，此时 (A/S)=1，形成短期旋回加积叠加样式。 2、 地层旋回等时对比技术 主要依据基准面旋回及可容空间变化所形成的岩石记录的地层学和沉积学特征的过程 响应变化原理 。 1） 基准面旋回的划分 岩性露头剖面是高级次旋回识别的基础 ， 通过取心观察 ， 可建立合理的测井响应模型 ， 在此基础上 ， 根据测井曲线确定的短期旋回及其依据相组合和叠加样式进而识别长期旋回 。 地震反射界面基本上是平行于地层的等时界面 ，因此可用地震反射剖面来识别长周期基准面旋回 。 2） 地层旋回的等时对比 高分辨率地层对比是依据各级次基准面旋回划分和建立高分辨率地层对比格架后进行的 。 它是同时代地层与界面的对比 ， 而不是简单地进行砂对砂 、 泥对泥 ， 也不是旋回幅度和岩石类型的对比 ， 而是根据旋回中不同地理位置的地层发育特点进行对比 。 地层旋回的等时对比 可容空间增加到最大值或减少到最小值单向变化的极限位置为基准面旋回的转换点 (它是基准面旋回二分时间单元的划分界线 ， 并在地层记录中某些位置表现为地层不连续面 ， 某些地理位置则表现为连续的岩石序列 ， 因此可作为时间地层对比的优选位置 。 高分辨率层序地层学一方面强调注意确定什么时候岩石与岩石对比 、 岩石与界面对比或面与面对比 。 不仅一个完整旋回可以和相邻另外一个完整旋回对比 ， 也可以将向上变细的半个旋回和另一个向上变粗的半旋回对比 ， 甚至可以和无沉积记录的一个面进行对比 。 实际对比过程中 ， 总的原则是先进行较大旋回对比 ， 然后依次进行较小旋回的对比 。 在一个基准面升降旋回中同一地质时期不同地点的沉积环境 ， 有的地段发育了完整的旋回 ， 有的地段只有上半个旋回 ， 有的地段只有下半个旋回 ， 而有的地段却没有沉积物沉积 。 利用基准面旋回进行地层对比 两个优点 在不同沉积环境中是等时的 不需要知道海平面的位置沉降史及沉积物的供给情况 但基准面的变化难以确定 延安杏子河剖面延安组 钻井层序划分： 根据相序组合 +测井形态 识别层序边界 (二步：层序划分与对比 远源相 近源相 近源相 远源相 转换界面 层序地层 测井相由下而上从漏斗型到钟型发生转换 钻井层序划分： 相序组合 +测井形态 识别最大洪泛面（ 二步：层序划分对比 近源相 远源相 远源相 近源相 转换界面 层序地层 最大洪泛面系从下而上的由钟型到漏斗型测井相的转换处 钻井层序划分： 典型井剖面旋回划分，确定划分方案，一般选择位于明显地形转换带的井，如坡折带或斜坡等沉积相分异清楚的地方 49 104 44 1 序地层 高分辨率层序地层学 研究实例 基准面的旋回划分 超短期旋回： 单一事件沉积 ， 由单一岩性或相关岩性组成 ，相当于朵叶体内一期沟道作用过程的沉积； 短期旋回： 一组沉积事件的产物 ， 反映一期明显的水体变化过程 ， 相当于水下扇朵体中的一个叶体形成过程 ; 中期旋回： 一系列较小幅度的水体变化组成的一个整体上呈现出的一种区域性的进积 退积地层叠加样式 ， 为一个完整的水下扇朵体； 长期旋回： 一套较大水深变化幅度的 、 彼此间具成因联系的地层所组成的代表 区域性湖进一湖退沉积序列 的沉积过程 ， 在本区为水下扇复合体 。 高分辨率层序地层特征 前人关于长 6油层组基准面旋回划分表 层 位 系 统 组 段 兰朝利等 （ 2 0 0 1 ） 沈昭国等 （ 2 0 0 2 ） 张尚锋 （ 2 0 0 3 ） 郑荣才 （ 2 0 0 3 ） 田景春 （ 2 0 0 3 ） 王多云 （ 2 0 0 3 ） S S S S S S S S S S S S S S S S M S M S M S 2 - 3 M S M S S S S S S S S S S S S S S S S S S S M S M S M S 3 - 5 M S M S S S S S S S S S S S S S S S S S 三 叠 系 上 统 延 长 组 长 6 S S M S S S M S M S 10 多个短期旋回 M S 3 - 6 M S 10 多个短期旋回 M S 本次研究在前人有关高分辨率层序地层研究基础上，通过对野外剖面观测，岩芯描述，在层序界面类型、特征研究的基础上，对研究区长 6油层组进行如下层序划分： 研究区长 6高分辨率层序地层划分方案 地 层 高分辨率层系地层划分 组 段 油层组 小层 细层 标志层 短期 中期 长期 湖盆演化阶段 长 5 湖盆萎缩 长 611S S C 7 长 612S S C 6 长 61长 613S S C 5 M S C 3 长 621S S C 4 长 62长 622S S C 3 M S C 2 长 631S S C 2 长 63长 632S S C 1 M S C 1 L S C 1 湖盆收缩 长 71长 72延 长 组 长 73 最大扩张 层序界面特征： （ 1） 区域性构造运动形成的构造不整合界面或超覆界面； （ 2） 区域性升降运动所构成的间断性界面； （ 3） 沉积冲刷间断面； （ 4） 结构转变界面或沉积旋回性界面； （ 5） 岩性 、 岩相标志； （ 6） 整合界面； （ 7） 最大洪泛面或凝缩段 。 层序界面的识别标志 超短期、短期基准面旋回的划分 根据研究区长 6段地层发育情况及区域构造，考虑到层序的发育同时受构造沉降、气候条件、物源供给、 A 合 T 994)按基准面旋回划分层序和层序命名的原则，提出同时考虑界面性质、界面级别、层序结构和叠加样式的综合划分方案，通过短期基准面旋回层序的结构和叠加样式，以岩 电转换模型为指导，结合沉积相序列的演化特征，以 级冲刷面为层序边界，可从研究区长 6段识别出三个中期基准面旋回层序，自下而上依次命名为 个短期基准面旋回叠加组成；个短期基准面旋回叠加组成。每个短期基准面旋回再由若干个超短期基准面旋回组成。 短期基准面旋回沉积层序特征 三角洲前缘亚相内的超短期、短期旋回特征 三角洲前缘亚相内的超短期、短期基准面旋回及叠置特征（黄 20井） （河口砂坝水下分流河道分流间湾河口砂坝远砂坝） 主要表现为超短期基准面旋回的上升半旋回为水下分流河道相砂岩组成，而下降半旋回则由河口砂坝，远砂坝、水下决口扇微相内的砂岩所组成 。 前三角洲亚相内的超短期、短期基准面旋回特征 短期旋回特征表现出明显的不对称性，主要由基准面下降半旋回组成，仅保留部分基准面上升半旋回。这是由于在基准面上升时，该环境处于欠补偿状态，沉积物退积而造成的结果。 前三角洲亚相内的超短期、短期基准面旋回及叠置特征 (耿 33井，长 63) 湖泊环境内的短期基准面旋回特征 湖泊沉积环境内的超短期、短期基准面旋回及叠置特征 (耿 73井，长 63) 在此环境内的短期基准面旋回由上升半旋回和下降半旋回或全部由下降半旋回所组成的完整或不完整的旋回。 短期基准面旋回的叠加样式及特征： 1、向上变 “ 深 ” 的不完整非对称旋回（ 2、向上变浅的不完整非对称旋回（ 3、对称旋回（ 1、向上变“深”的不完整非对称旋回（ 层由中粗粒砂岩或中细粒砂岩，顶部缺失泥质岩，剖面结构由许多水下分流叠置，从下向上变细，测井曲线表现锯齿状箱状， 这种类型在长 61小层居多 。 元 111井长 61短期超短期层序特征 1、向上变“深”的不完整非对称旋回（ 元 87井长 6122型不对称旋回 安 54井长 6212型不对称旋回 中细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩组成，这种不对称旋回在三角洲前缘亚相中常有，主要由单个水下分流河道和水下天然堤或分流间湾组成。 2、向上变浅的不完整非对对称旋回（ 耿 33井长 61 耿 29井长 61短期 此类旋回主要在三角洲前缘亚相河口砂坝、水下决口扇及远砂坝中 ， 如耿 33井长 611，耿 29井长 61，由下往上由多个粗砂质泥岩 粉砂岩 细砂岩叠覆组成。 3、对称旋回（退积 加积型叠加样式， 此类型发育于水下分流河道与河口坝交替作用的河口及相邻两侧 。又根据其对称性大致可分为三种基本亚类型： 上升半旋回厚度大于下降半旋回的不完全对称型，常见于河口内侧； 安 57井长 632不完全对称性短期旋回 上升与下降半旋回厚度近于相等的完全对称型 ，常见于河口部位； 耿 33井井长 612对称完整短期旋回 下降半旋回厚度大于上升半旋回的不完全对称型 ，见于三角洲前缘中的堤泛沉积区或河口处。 耿 50井长 612不完全对称性短期旋回 从三个短期旋回各基准面上升期与下降期岩相古地理研究可以得出以下特点： 姬塬胡尖山地区长 61期即 下分流河道及间湾等沉积微相占主导地位，并沉积连片； 盐池辫状河三角洲前缘 下分流河道，水下分流河道与间湾组合微相，分布范围均变化不大，而安边、吴旗曲流河三角洲前缘 下天然堤、水下分流河道，水下分流河道、间湾及间湾组合微相分布范围有变化。 姬塬胡尖山地区 准面下降期沉积河口砂坝、水下决口扇等沉积微相孤立分布，不连片，这是由于有的地区缺乏沉积，或沉积后被侵蚀掉的缘故； 下决口扇的分布有继承性，而以 明基准面下降期构造沉降对沉积影响不大，而基准面变化主要受湖平面、沉积负荷及补偿的影响。 层序地层学发展趋势 层序地层学的理论与方法显示了学术上的先进性和巨大的应用价值。然而，它的理论和方法也和任何新兴的学科分支一样，在它的发展过程中面临着争论和挑战。这些争论包括： 层序地层模式的特殊性； 全球海平面变化； 不同级别层序或旋回的划分标志； 层序地层学术语体系及其与已形成规范的年代地层和岩石地层术语体系的关系。 由 动大陆边缘层序地层特征 。 早期的层序地层模式是非常简单的，并且最初仅来源于被动大陆边缘碎屑岩沉积。由于地质背景的多样性造成层序样式、沉积体系类型和配置的多样性，目前越来越多的实例显示出与之明显的差异。 因此随着层序地层学的广泛开展，将会产生不同构造背景下的层序地层学模式，如前陆盆地层序地层学模式、陆相盆地层序地层学模式等。 一、 层序地层学面临的问题 1、层序地层学模式的特殊性问题 地层不整合是受控于全球海平面变化 ， 还是受控于陆地高程的变化 ?不同性质 、 不同级别的地层不整合形成了不同性质和不同级别的层序 。 为了有效地进行层序对比 ， 必须搞清层序的成因机制 。 除海平面变化对层序的控制作用以外 ， 还应特别注意构造作用和轨道作用力对层序成因的控制作用 。 2、不同级别层序或旋回的划分标志问题，即不整合成因问题 层序是区域性的 ， 还是全球性的 ？ 为了查清全球作用的影响 (如全球海平面变化 )与区域性作用的结果(包括各种不同类型的构造作用 )， 首先需要回答上述问题 。 而回答这个问题则涉及到层序与其它地层和构造事件之间的对比标准 。 但是 ， 对任一给定的地层组合来说确定其精确的地质年代是困难的 。 因此 意义及实用性值得