第三章 层序划分.doc

第三章 岩性地层单元与层序地层单元的划分 第一节 层序边界和层序模式 理论研究和生产实际对地层划分时常采用不同的方案，到目前为止，生产单位仍习惯使用岩性 地层单位（长庆油田、胜利油田、冀东油田、四川盆地等等），以组、段、亚段为基本岩性地层 单位。研究单位和大专院校采用层序地层学的方法划分层序地层；造成了研究和生产之间的脱节 和混乱。前人对鄂尔多斯盆地做了大量的层序地层研究工作。翟爱军（1999）把山西组划分为 1 个中期基准面旋回，3 个短期基准面旋回；郑荣才（2002）把山西组划分为 2 个长期基准面旋回， 5 个中期基准面旋回；叶茂林（2005）把山西组划分为 2 个长期基准面旋回，4 个中期基准面旋 回，8 个短期基准面旋回；梁积伟（2006）把山西组划分为 1 个中期基准面旋回，5 个短短期基 准面旋回。看来人们对层序划分的级别和周期存在不同的认识。长庆油田的技术人员一般把山西 组划分为 2 段，然后又划分为 4 个亚段。从以上几个典型剖面来看，两个岩性段是显而易见的， 山 2 段又可分为 2 个亚段，山 1 段分为 2 亚段界限不易界定。山西组段的划分主要以砂体底部的 冲刷界面为边界，与层序地层的划分方案相同。 河流砂体和三角洲砂体的横向迁移，既有自旋回也有他旋回，二者如何区分存在一定的难度， 特别是陆相沉积，受多物源，区域性构造的影响，河流和三角洲横行迁移十分频繁， （图梁积伟，2006，） 叶茂林（2005） 翟爱军，1999 郑荣才 1.1 层序界面特征和识别 由于陆相湖盆沉积具有多物源，多沉积中心，相带变化快，湖平面变化频繁的特点（李丕龙， 2003），沉积旋回不对称是陆相，特别是河流沉积的重要特征（邓宏文，2002）。层序边界分析 是划分不同级别层序和分析其沉积构成的关键，地表露头可以观测到不整合、侵蚀面、沉积间断 面，根据侵蚀程度、范围、侵蚀间断时间的长短将划分以下级别层序界面。 滞留沉积 边滩 滞留沉积 边滩 天然堤 泥炭沼泽 决口扇 河间洼地 低 位 体 系 域 湖 进 体 系 域 高位 体系域 低 位 体 系 域 高位 体系域 方案1 方案2 岩性柱状图 Vail 方法 Vail 方法 Cross 方法 Cross 方法 图 例 图 2. 河流沉积体系的层序地层划分 Figure2. Sequence stratigraphic division of river sedimentary system Vail 把 I 级层序界面为不整合面，主要表现为古构造运动面，构造应力场转换面或大规模湖平面下 降(或基准面下降造成的大规模不整合面)。它通常代表着盆地的基准面，或盆地收缩时古风化面， 如鄂尔多斯地区山西组和太原组之间的界面为构造应力转换面，也是沉积突变面，由海相向陆相 沉积的转换面，它是划分长期基准面旋回的界面。 II 级层序界面为也可能为不整合面，基本上是由于明显的湖平面(或基准面)下降造成的不整 合面，它是由一种地区性的构造运动或沉积突变界面，该类不整合在盆地不同的部位表现为不同 性质，在盆地边缘表现为陆上间断、或侵蚀面，在盆地内部可能为连续沉积。山西组和下石盒子 组之间界面，在盆地边缘为侵蚀不整合，为 II 级不整合面。在盆地内部为连续沉积，如苦深井- 定探 1 井一带地区为连续沉积。II 级不整合面是建立中期基准面旋回的基础。 III 级层序界面为较小规模的的湖平面(或基准面)下降造成的不整合面,它是由一种局部性的侵 蚀或沉积突变界面，该类界面在盆地不同的部位表现为不同性质。在盆地边缘表现为陆上间断， 或侵蚀面，在盆地内部为连续沉积。 1.2 层序地层学模式的建立 在研究沉积盆地层序地层时，常遇到选择 何种层序地层学理论和方法，这些方法有：以 Vail1为代表的以不整合面为边界的经典层序 地层学方法，Galloway2为代表的以最大水泛 面为边界的层序划分方法和 Cross3的高分辨 层序地层学方法。我国学者发展了层序地层学， 建立了符合我国实际的陆相层序地层学方法， 出现了百家争鸣的局面。其中吴因业4提出了 湖泊环境层序地层学，湖沼层序地层学和河流 层序地层学，他指出：湖沼层序地层以煤层作 为湖沼层序地层学的边界，而河流层序地层的 形成主要取决于多个层序的叠加；这些研究表 明陆相层序地层学的复杂性。 不论是岩性对比，还是利用不同的层序地 层分析方法，都是有相互联系的，只能说，某 种方法的研究结果可能更接近于实际，而不可 能解决所有的问题和难题。如利用岩性的相似性对比，仅考虑一个因素；而 Vail 的层序地层学同 时考虑地层叠加样式等；高分辨率层序既考虑岩性、地层叠加样式，同时考虑了基准面的变化、 沉积作用、侵蚀作用和非沉积作用。因此说高分辨率层序学分析方法考虑更全面一些。 如采用 Cross 的方法对河流沉积体系进行基准面旋回划分，其层序地层的边界为不整合面或 河流下切冲刷面，而重要的初始水泛面和最大水泛面难以确定，邓宏文在对高可容空间河道基准 面旋回划分时，把最大水泛面定在煤层之上、或决口扇、河间洼地之下。 在充分了解前人研究和各种不同研究方法基础上，对山西组-下石盒子组进行了高分辨率层 图 3 山西组河流沉积体系层序地层划分 Figure2 Sequence stratigraphic division of river sedimentary system in Kabuqi section 序地层分析。 2 2 鄂尔多斯地区上古生界山西组-下石盒子组层序划分 在鄂尔多斯地区上古生界山西组和下石盒子组沉积时 期，由于地势平坦，水体比较浅，即使基准面下降不大， 也可能造成大范围的基准面位于地表之下，遭受剥蚀。反 之，即使基准面上升不大，也可能造成盆地水体迅速扩张， 沉积范围扩大。因此，在鄂尔多斯地区西部山西组-下石盒 子组沉积时期主要发育基准面上升半旋回（见图 3）。基 准面下降半旋回仅仅在盆地中心发育，沉积范围较小，这 是鄂尔多斯地区上古生界所独有的特点，也是以河流沉积 为主的盆地所具有的特点。邓宏文在研究鄂尔多斯地区东 部的榆林气田指出在盆地近缘的位置，短期旋回发育不全， 表现为缺失某一短期旋回，或缺失短期旋回的某一个部分。 我们发现鄂尔多斯地区西部，在盆地近缘的位置，仅发育 上升半旋回，下降半旋回不发育，其原因有两个，其一， 由于基准面快速下降，造成基准面下降半旋回发育极少或 确实没有发育，以侵蚀作用为主。其二，被上部河流侵蚀 掉了。因此，我们很难发现基准面下降半旋回。而在盆地 的中心，仅发育下降半旋回。这是因为，基准面下降期间， 盆地沉积范围迅速缩小，沉积物被带到盆地中心，而表现 为清晰的下降半旋回，而在盆地扩张期盆地中心接受沉积较少，或无沉积作用，上升半旋回不发 育。 2.1 山西组层序地层划分： 山西组由 3 个短期旋回组成，组成一个基准面上升的半旋回，如呼鲁斯太剖面，下部的 2 个 短期上升半旋回，由三角洲平原组成，上部的一个短周期上升半旋回由三角洲前缘组成，共同组 成 1 个中期上升半旋回。基准面下降半旋回不发育。苦深 1 井表现的最为清楚，山西组由 3 个短 期基准面旋回组成 1 个中期上升半旋回组成。中部环 14 也表现同样的特征。但南部二道沟与北 部有所不同，下部的 2 个短期上升半旋回由含煤地层组成，上部的一个短周期上升半旋回由砂岩 为主要的沉积物组成，三个短期上升半旋回组成 1 个中期基准面上升和下降的比较完整旋回。表 明盆地西南部基准面下降要早于北部。 2.2 下石盒子组： 根据露头剖面研究结果，可以划分为 6 个短期基准面旋回。除了盆地中部如卢参 1 井表现为 较为完整的短期基准面旋回外，大部分表现为不完整的旋回，仅发育上升半旋回。由于下石盒子 组 6 个短期基准面旋回组成了一个中期基准面旋回，到了下石盒子组沉积末期，第 6 短期基准面 旋回不发育或被上部冲刷侵蚀，沉积厚度不等，有的地方较薄（见图 4）。 由于盆地内以河流沉积以及相伴生的浅水三角洲沉积为主，三角洲前缘不发育。即使发育三 角洲前缘，也是洪水期沉积产物为主，发育牵引流和重力流混合作用的产物，如定探 1 井和苦深 1 井。苦深 1 井下石盒子组第 4 短基准面旋回由三角洲前缘组成，沉积物为灰色、灰黑色的泥质 含砾粗砂岩、泥质砂岩、泥质粉砂岩，泥岩等，含有较高的有机质。这种沉积分选极差，泥质含 量高，具有洪水作用沉积性质。 本地区沉积一个明显的特点是上升基准面旋回发育，而下降基准面旋回不发育，表明基准面 旋回下降速度较快，没有接受沉积，以无沉积作用或侵蚀作用为主。只是在基准面上升期间才接 受沉积。从基准面升降反映基底构造运动的方式以快速上升和缓慢下降的方式运动。 3 基准面旋回、可容空间与沉积体系的配置关系 在我们研究鄂尔多斯地区上古生界高分辨率层序地层时，发现基准面上升半旋回较发育，而 下降半旋回不发育，这是因为鄂尔多斯地区晚古生代为低可容空间。最小 A/S 附近的小规模地层 旋回具有基准面上升半旋回的不对称性，即基准面上升半旋回发育，而下降半旋回不发育。反应 了最小 A/S 条件下，基准面下降半旋回很难保存下来。他们以相互叠置的河道砂岩底部侵蚀面为 特征。 在低可容空间旋回的顶部，古土壤层常见，但一般很薄，发育差；所以我们可常见到高伽玛 值。古土壤中的残留沉积构造和结构表明，多数低可容空间的土壤层是由前期的湖相或洪泛平原 沉积物改造而成，成为变余土壤（邓宏文，2002）。 基准面旋回、可容空间与沉积体系的配置关系受构造、沉积物供给、气候的控制。在研究区 当构造相对上升时，基准面下降，并没有发现沉积物大规模的进积序列，而基准面上降的旋回十 分发育； 可能与气候有关，当气候变得相对干燥时，水量供应减少，而由河流带入盆地的沉积 物减少，或者很少，这时基准面下降的半旋回仅在盆地中心沉积，大部分区域内基准面下降的半 旋回不发育或缺失；当气候变得潮湿，雨量充足，河流复活，就会把大量的沉积物带入盆地，形 成基准面上升的旋回，同时会在基准面上升的旋回的底部形成厚层砂体，在短期基准面上升半旋 回的底部多由河道砂体组成，如果短期基准面上升半旋回与中期基准面上升半旋回底边界重合时， 就会形成厚层砂体，山西组底部的北岔沟砂岩和石盒子底部骆驼脖子砂体就表现了这种特征。气 候变化可能起到了具有十分重要的作用 4 结 论 （1）鄂尔多斯地区西部山西组-下石盒子组以河流沉积体系为主导沉积，采用