层序地层学的简单描述

1、1.2层序地层学1. 2. 1层序地层学基本原理及在油气勘探开发中的意义层序地层学是80年代后期在地质学领域出现的一门新学科，是在沉积学、地层学和地 震勘探技术不断发展、资料不断积累的基础上发展起来的。层序地层学是一种划分、对比和 分析沉积岩层的新理论和新方法，使人们能够更精确地对比地质时代，再造古地理，并在钻 前预测储集层、生油层和盖层，对勘探和开发地层和岩性圈闭中的油气藏尤为有效。因此， 它不仅是地质学领域中出现的一种新的理论，而且是一种油气勘探的新方法。它一经出现便 受到了广大地质学者，特别是油气地质工作者的高度重视，并且在油气勘探和开发中发挥着 越来越重要的作用。1. 2. 1. 1层

2、序地层学简述层序地层学的概念和理论是以P。Vail为代表的埃克森生产研究公司的研究人员根据被 动大陆边缘沉积特征提出的（Vail，1987； VanWagoner等人，1987，1988； Posamentier和 vail1988）。层序地层学的理论基础是全球海平面的周期性升降、构造沉降、沉积物供给、全 球气候变化、地形和地貌等因素控制着沉积层序的发生、层序的类型、层序内部地层的展布 和相带分布。层序是层序地层学中最基础的地层单位，它是被不整合面或可与之对比的整合 面所限定的一段地层，该整合面可以看作是不整合面向盆地内的延伸。一个层序内的地层往 往是相对连续的，并且在成因上相互联系的。一个层

3、序中可以进一步地划分出体系域，而体 系域则是由一系列同期形成的沉积体系所组成的。层序可以分为I型层序和II型层序两种类 型。一个I型层序是由低水位体系域、海侵体系域和高水位体系域构成的，底界不整合面为 一个I型不整合面；一个II型层序则是由陆架边缘体系域、海侵体系域和高水位体系域构成 的，其底界不整合面为一个II型不整合面。当全球海平面的下降速度超过盆地边部的构造沉降速度时，就会出现海平面的相对下 降，也即出现海退，陆架甚至陆坡上部的部分地区就会暴露出水面，河流会下切陆架，在河 道之间的地区可能会形成古土壤或根土层。这样就在陆架地区形成了一个I型不整合面。河 流所携带的物质以及陆架和陆坡上剥蚀

4、下来的物质将会被进一步朝盆地方向搬运，以盆底 扇、斜坡扇和低水位楔状体的形式沉积在陆架边缘以下的部位。这些沉积体系以及陆架上下 切河谷中的充填物质构成了低水位体系域。在此之后，海平面逐渐回升，陆架逐步被淹没，沉积中心向陆地方向转移，形成退积为 主要特征的海进体系域。当海侵达到高峰时，陆架的中部、外部以及陆坡和盆地的沉积物供 给不足，沉积速度非常缓慢，形成密集段。随着高水位期海平面上升速度的减慢，滨海和浅 海相的沉积开始向海推进，使得海岸线逐步向盆地方向撤退，形成以进积为主要特征的高水 位体系域。直到海平面再次下降时，会在其顶部形成另一个不整合面。当海平面的下降速度相对较慢，与基底沉降的速度大致

5、相当时，不会出现明显的海退， 沉积物主要以加积的方式堆积在陆架上，从而形成陆架边缘体系域。陆架边缘体系域的底界 为一个II型不整合面。与I型不整合面相比之下，II型不整合面是难以捉摸的。如前所述， II型层序是由陆架边缘体系域、海侵体系域和高水位体系域所构成的。1. 2. 1. 2层序地层学在油气勘探开发中的意义层序地层学在油气勘探开发中的作用，不仅在于它能够帮助人们进行盆地范围的高分辨 率的年代地层划分和对比，通过与全球海平面旋回的对比来建立年代地层格架；更重要的是 它能够成功地预测岩相，即能预测生油层、储集层和盖层的空问分布，从而帮助人们建立合 理的勘探开发方案。Vail, Sangree

6、(1988)和VmWagoner等人(1990)对层序地层学在油气勘探开发中的作用做 了探讨。低水位体系域中的盆底扇通常是油气勘探的重要目标。这些浊积的舌状砂体具有很 高的孔隙度和渗透率，一般都有良好的连续性。它们可能在上、下及侧向都被深海相泥岩所 围绕。这些泥岩有很好的生油潜力，并可作为良好的盖层。因此，盆底扇的浊积砂体通常能 形成地层圈闭，并且处于非常有利的生、储、盖组合之中。许多大油气田的舌状浊积砂体都 是低水位期的盆底扇沉积，例如北海和巴西近海的许多扇体，其中都已经发现了大量的油气。 然而，有些扇是由多个舌状砂体组成的，彼此被深海相泥岩隔开，了解这些泥岩屏障对油气 藏的开发非常重要。低

7、水位体系域中的斜坡扇是由有堤水道复合体和漫滩砂组成的。海底水道砂体往往是很 好的勘探对象。它们由于受天然堤的限制而易于形成地层圈闭或构造一地层圈闭。漫滩砂层 通常很薄，但其孔隙度和渗透率可以很高，受天然堤的限制并在扇的边部尖灭，易于形成地 层圈闭。这类油气藏往往是由许多薄砂层组成的，但产量可以很高。辨认和评价这些圈闭需 要高水平的岩石物理学技术和试井技术。海进体系域是在陆架被逐步淹没的背景下形成的。根据Vail和Sangree(1988)，该体系 域中的砂体大都经过海岸作用的改造，分选变得很好。海岸作用有助于使广布的砂体平行于 古海岸重新分布。如果较高的沉积物供给速度和适中的海进速度相结合，海

8、进早期的沉积物 就可以覆盖陆架上的大部分地区，从而形成极好的席状储集砂层。该体系域阶状后退的性质 有助于形成砂体和泥岩的互层，也即储集层和潜在生油层的互层。这种互层和上超的性质有 利于形成地层圈闭，尤其是那些孤立的砂体容易形成地层圈闭，而底部连续的砂体则要求构 造圈闭。海进体系域的沉积物趋向于被连续的密集段泥岩所覆盖，这些泥岩可能是有潜力的 生油岩。高水位体系域是以沉积物向盆地方向进积而使得海岸线逐步后退为特征的。这一时期往 往可出现大型的三角洲，因此，与三角洲有关的圈闭类型是油气勘探的目标。分流河道砂和 三角洲前缘砂是最常见的储层类型，另外还可能有些滨面砂层。底部的前三角洲泥岩和密集 段泥岩

9、通常具有生油能力，油气可向上运移到砂体中去。断层的存在往往有利于运移。高水 位体系域的顶部是构成层序界面的不整合，常缺乏连续的盖层。油气可能在上倾方向渗漏到 海进体系域。该体系域往往以构造圈闭为主，生长断层的底辟隆起和滑动背斜可形成油气圈 闭。1.2.2被动大陆边缘盆地层序地层学层序地层学的概念模式虽然是在被动大陆边缘海洋盆地中沉积的碎屑岩地层的基础上提出 的，然而这种理论和思维方式却被推广到了其它的沉积物类型和构造背景，甚至被运用到陆 相地层的研究之中。层序地层学正在以很快的速度被运用到与沉积作用有关的各个地学研究 领域和沉积矿产的勘探开发工作中去，新的认识和新的理论不断出现。下面就近几年来

10、层序 地层学在碎屑岩、碳酸盐岩、非海相地层以及非被动大陆边缘构造背景盆地研究方面的新进 展做一简单介绍。1.2.2.1碎屑岩层序地层学层序地层学的概念模式是根据地层的空问几何形态及其与相对海平面变化、构造沉降和 物源供给等因素的关系提出的。地层的宏观几何形态一般只有在地震剖面上才能观察到。如 何运用地面露头和钻井资料等高分辨率的地质资料来进行层序地层学研究，以及如何把层序 的宏观几何形态与沉积相联系起来，这些问题在层序地层学出现后受到了人们的关注。VanWagoner等人1990年发表了碎屑岩层序地层学在测井资料、岩心和野外露头上的 应用一书，较系统和详细地介绍了根据测井和地面露头资料划分层序

11、和进行高分辨率年代 地层学对比的方法。他们认为，准层序和准层序组是层序的基本组成部分。准层序是被海平 面所限定的、内部相对整一的，并在成因上有联系的一套地层。在碎屑岩地层中，准层序可 以是一段向上变粗的地层序列（如三角洲或海岸沉积序列），也可以是一段向上变细的地层序 列（如潮坪沉积），然而它们都表现为向上变浅的沉积相组合。准层序的形成一般被认为是与 那些较高频率的海平面升降旋回有关。如果沉积速度大于可容纳空间的增加速度，即会形成 前积式的准层序组，一个个更年轻的准层序逐步向海的方向建造。在垂向剖面上，年轻的准 层序含有更多的海岸平原上的沉积物，各准层序的砂/泥比向上变高；当沉积速度小于可容 纳

12、空间的增加速度时形成退积式准层序组，一个个更年轻的准层序逐步向陆地方向建造，从 而形成阶状后退的模式。在垂向剖面上，年轻的准层序含有更多的沉积征较深水环境中的海 相泥岩，即各准层序的砂/泥比向上变低;如果沉积速度与可容纳空间的增加速度大致相当， 则会形成加积式准层序组，准层序彼此叠置起来，没有明显的向陆或向海的迁移。在垂向剖 面上，各准层序在相组合、厚度和砂泥比值等方面无明显的差别。体系域和准层序组之间有一定的对应关系。海进体系域一般为退积式的准层序组，反映 了海水变深的过程。其顶部为最大海泛面，常为含有大量海相化石的泥岩密集段。高水位体 系域由早期的加积式和后期的前积式准层序组组成。低水位体

13、系域中的盆底扇为浊流沉积， 斜坡扇由带有天然堤的浊流水道沉积和溢岸沉积组成。盆底扇和斜坡扇中一般无法辨认出准 层序。低水位楔状体由进积式准层序组组成。II型层序中的陆架边缘体系域由加积式或微弱 前积的准层序组构成。1.2.2.2碳酸盐岩层序地层学碳酸盐岩大多是在盆地内部新生成的，不象硅质碎屑岩那样由盆地以外地区输人。碳酸 盐对沉积环境的变化更为敏感，其沉积速度受温度、光度、养料、水动力条件和碎屑物质的 量等因素的影响。基底沉降、全球海平面的变化、碳酸盐产率和气候等四大因素控制碳酸盐 岩地层的展布模式和岩相分布。基底的沉降为沉积物的堆积创造可容纳空间，海平面的变化 会改造可容纳空间，沉积物的堆积

14、速率会影响古水深，而气候则会控制沉积物的类型。 Sarg（1988）在被动大陆边缘硅质碎屑岩层序模式的基础上提出了碳酸盐岩的层序模式。他把 碳酸盐台地上的高水位体系域分为并进和追补型两种类型的沉积。并进型的沉积被解释为具 有相对快的沉积速率，能够与海平面的上升基本保持一致，多呈丘形或斜交的地层结构。并 进碳酸盐在台地边缘表现为富砂、贫泥和没有广泛发育的海底胶结作用。追补型的台地沉积 代表着相对慢的沉积速率，不能与海面的上升保持一致，以富含泥晶和在台地边缘广泛发育 的早期海底胶结作用为特征，并在台地或滩边缘表现为“S”型的地层结构。当台地或滩边 缘的沉降速率小于全球海平面的下降速率时，相对海平面

15、迅速降到台地或滩边缘以下的高 度，陆架将暴露地表，区域性的淡水透镜体会大规模地向海的方向迁移，斜坡前缘也会出现 侵蚀，从而形成从陆架到斜坡以侵蚀不整合为特征的工型层序边界。形成II型层序边界时， 海平面的下降速率不会明显地超过台地或滩边缘的基底沉降速率，只有台地上靠近陆地的潮 缘地区和外台地的浅滩地区才会暴露地表。淡水的影响主要集中在台内区。I型层序的低水 位体系域中可以分出来自陆坡侵蚀的异地沉积物（如碎屑席和异地砂）及陆坡上部的自生碳 酸盐楔。II型层序的低水位期沉积由台地或滩边缘楔构成。海进体系域在陆架上为退积式沉 积，覆盖于下部的低水位楔之上；在向海的方向，由于海水迅速变深，沉积速率降低

16、，形成 密集段，通常为泥质微晶灰岩和大量的海底石化硬地。海进体系域也可以表现为并进或追补 型的沉积。在工型或II型的层序边界之上都可能出现低水位蒸发盐楔，层序界面之下的高水 位台地沉积中可能会出现白云岩化作用、蒸发岩的交代作用和溶解作用。1.2.3非被动大陆边缘盆地层序地层学活动大陆边缘是以强烈的构造活动为特征的。基底的抬升和沉降的速度可以数倍于甚至 十倍于被动大陆边缘。Okamura和Blum(1993)研究了日本西南部九州和四国岛前的三个弧 前盆地第四纪沉积的地震层序特征。弧前盆地基底的快速沉降引起可容纳空间的迅速增长， 从而造成层序逐个向陆地方向超覆的退积式的层序叠加方式。层序的内部结构

17、可以反映海平 面的变化。层序一般是由底部的加积单元和上部的前积单元组成的，缺少退积单元。这种层 序的内部结构被认为是与相对海平面的快速上升联系在一起的。由于可容纳空间的快速增 长，四级或更高频率的基准面变化旋回可以形成相当厚的层序，并且可以在地震剖面上识别 出来。前陆盆地也是受构造活动影响强烈的沉积场所。山前逆冲带的活动期和静止期的相间出 现，以及盆地基底的沉降和抬升的旋回都会影响到可容纳空间的旋回性变化。另外，造山带 的构造活动也会影响到物源的物质供应量。如果再考虑到海平面的变化，前陆盆地中的地层 层序可能非常复杂。构造、物源和海平面变化都可能对层序的形成起重要的控制作用。如果 仔细分析沉积

18、记录，并研究各种影响因素变化，便可建立起合理的层序地层学框架。Devlin 等人(1993)研究了美国怀俄明州西南部晚白垩世的前陆盆地层序地层学特征，认为该地区晚 白垩世的构造运动引起的可容纳空间变化的周期为1. 5-4. 0百万年，与三级海平面旋回 的周期相当。然而，构造运动可引起可容纳空间的变化幅度达300-500m，远远大于三级海 平面旋回的50-70m的变化幅度。因此，可以认为这种周期的层序主要是受构造运动控制的。 频率更高的层序很难与构造运动的周期联系在一起，而是受频率更高的全球海平面旋回的控 制。1. 2. 4非海相层序地层学研究新进展陆相地层中的旋回性和不整合面早已被认识到了。然

19、而，长期以来人们的注意力主要集 中在研究沉积作用自身的机理上，以解释沉积体系和沉积相组合的成因。很少有人把沉积作 用与构造活动、气候变迁等外在因素结合起来在区域上进行综合研究。自从层序地层学的理 论出现以后，许多沉积学者尝试把这种思路和方法运用到陆相地层中去，试图从沉积作用与 他生旋回的联系上人手，在陆相地层中划分出被区域性的不整合面所限定的层序，以便更好 地解决地层对比和沉积相分布规律的问题。层序地层学在海岸平原上的海陆交互相地层中的应用似乎要比在那些远离海洋的内陆 盆地中沉积的地层中要容易一些。一方面是因为海岸平原上的沉积中含有海相夹层，可以与 相邻的海相层序中的某些部分(如密集段)进行追踪对比，另一方面，控制海相层序形成的全 球海平面的变化会直接影响到海岸平原的沉积基准面和河流平衡剖面的变化。Jervey(1988) 及Posamentier和Vail(1988)对海岸平原沉积与全球海平面升降的关系进行了模拟，通过可容 纳空间、均衡点和河流平衡剖面的变化阐述了海岸平原沉积与海洋范围层序的联系。层序地层学的许多概念和原理都适用于湖泊相沉积