层序地层序原理

层序地层序原理层序地层学（VanWagoner）：研究以侵蚀面或无沉积作用面、或者与之可对比的整合面为界的、重复的、成因上有联系的地层单元之间在年代地层格架内的岩石关系。是一种分析方法，原理是地层学和沉积学。基本原理：遵循多个沉积学和地层学第一性原理的沉积地层具有特定的形态和时空组合关系，这种形态和时空组合关系在地质历史中周期性地出现，因而具有可测性。尽管层序地层学的原理是确定的，但其概念性模式图却是针对特定沉积条件提出的。由于地质条件的多样性，不可能存在放之四海而皆准的层序地层学模式。但是就沉积体系特点而言可归纳为：海相陆缘碎屑沉积体系、海相碳酸盐岩沉积体系和陆相盆地沉积体系。可容空间（accommodation）基准面：水面高程和盆底地形可合并为一个抽象变量，另一因素是沉积物供给速率及水动力行为。是分隔侵蚀和沉积的理论均衡面（Sloss,1962）。基准面是一个存在于地球表面的波状起伏的、连续的、略向盆地下倾的抽象面（非物理面），其位置、迁移方向和起伏的幅度受多个因素控制（Wheeler,1964）。Cross(1944)在该定义上，引进地球主要动力学过程的周期性出现特点，赋予基准面周期性波动的内涵，认为基准面可看作势能面，反映了地球表面偏离其平衡状态的非平衡程度。周期性的趋向平衡态的演化过程表现为基准面受地形、海/湖平面和构造因素的影响而出现旋回性波动，基准面与实际地形之间最大和最小的偏离，随时间推移转化为沉积地层的旋回性。在成因地层对比中，基准面旋回的转折点（turnroundpoint），即升/降的转换位置可作为事件地层对比的优选位置（Sloss,1994）。转折点位置有时表现为连续或不连续地层沉积。对于小尺度高频层序而言，基准面向实际地表接近的过程假设为渐进过程，形成厚度较大分布较广的渐变层序。而基准面与实际地表背离的过程可以假设为突变的，形成发育较差的厚度较小的突变层序。对于低频大尺度层序而言，基准面与实际地形接近和分离的过程可以看作是对称的均匀变化。基准面波动旋回的识别标志：1.单一物理性质的垂向变化：如单一岩性层段内部层理的改变对于短期旋回的识别有利。2.垂向相序和相组合的变化。3.旋回叠置样式的改变：高级别旋回叠置样式的改变记录了低级别旋回中可容空间与沉积物供给比例的变化。叠加样式的改变通常在测井曲线上有显著反映，是识别中长期旋回的基础。4.地层几何关系的改变：地层在几何关系上的不协调或其它地层结构，如进积、退积、上超、下超等。海进体系域：相对海平面/基准面上升时期形成的一套地层组合，以岸线上超及向陆退积为特征。高位体系域：处于高位期间形成的向盆地方向呈S形加积的沉积体系，沉积物向盆地扩展分布，几乎无垂向增生和明显的侵蚀作用。海退体系域：下降期间向盆地进积的沉积体系，在盆地中心可形成盆底扇等重力流沉积，同时在陆地方向原来沉积的高位体系域发生侵蚀。低位体系域：稳定于相对低位期间的沉积体系，以低位契为主要组成。在Ⅰ型层序界面（海平面快速下降）和Ⅱ型（海平面缓慢下降）层序界面至上分别形成两种不同的低位层序组合，前者称为底位体系域，由盆底扇、陆地扇和低位楔组成；后者称为陆棚边缘体系域，以一个或多个微弱前积到加积的准层序组成。垂向加积和S形前积反映海平面相对稳定，岸线向海退却。强烈进积指示了相对海平面下降（强制海退），是指岸线向海下移。一般，缓慢海平面相对下降形成进积，快速海平面下降海岸线向海迁移。准层序代表了进积的向上变浅的沉积单元，其内部没有明显的不整合和海泛面。海泛面是因水体突然增加形成的地层超覆。典型的准层序缺乏任何退积相，因此是非对称的。准层序不是小尺度的层序，并非以不整合为界的地层单元，类似于成因地层，都是以最大洪泛面为界的。真正的准层序的出现局限在盆地边缘，这里洪泛之后的周期性岸线海退较为常见，而非深水环境、河口湾和冲积环境。由于对层序成因的不同理解和不同应用目的，层序界面选择不尽相同（不整合面、最大洪泛面和最大海退面）。在Exxon层序地层模式中，海相碎屑沉积体系存在Ⅰ型层序界面（海平面快速下降）和Ⅱ型（海平面缓慢下降）层序界面。1.Ⅰ型层序界面SB-Ⅰ：以河流回春、岩相向盆地迁移、海岸上超、陆上暴露及侵蚀为特征。是全球海平面下降速率超过“沉积滨线坡折带”沉降速率造成的，即强烈的相对海平面下降导致了陆棚坡折带的暴露。2.Ⅱ型层序界面SB-Ⅱ：由于没有明显的相对海平面下降，因此伴随该类层序界面的形成没有明显的陆上侵蚀和岩相迁移。形成于全球海平面下降速率小于“沉积滨线坡折带”沉降速率，没有导致陆棚坡折带的暴露。该界面以朝陆地方向的水上暴露和海岸上超的向下迁移为特点。陆相盆地层序地层学特点与海相层序地层学模式相比，1.主控因素不同。构造沉降主要控制超层序，海平面升降和地理位置主要控制层序和准层序组，气候变化主要控制米兰科维奇旋回密切相关的层组。2.海相物源单一，而陆相多物源、近物源。3.陆相以煤层作为层序界面。4.陆相湖盆体系域有4个，LLST、LTST、LHST、LRST，以及湖盆消亡阶段的AST。5.湖盆缓坡带与陡坡带沉积层序不同，缓坡带可识别出不同体系域之间的叠加关系，而在陡坡带只可以从湖岸带向湖盆区识别出冲积扇扇根-扇中-扇端-半深湖沉积或湖底扇。6.海相层序模式中不同体系域所含的沉积体系与含煤坳陷盆地差别较大。海相低位体系中往往发育重力流，如海底扇体系；而在湖盆中低位期湖域小、水体浅，碎屑物供给不充分，几乎不发育重力流沉积，反而在湖侵期间因其半深湖和深湖的存在而可能局部发育重力流。7.海相层序有利的储集体在LST中，主要是盆底扇、斜坡扇及浊积砂体；而陆相含煤盆地主要发育在LTST和LRST中，重要储体是三角洲砂体。表1陆相VS海相层序（吴因业等，1999）模式海相层序地层陆相层序地层盆地被动陆缘陆相含煤坳陷主控因素海平面升降构造沉降、湖平面、气候、地理物源较单一多物源、近物源层序界面不整合面不整合面和煤层体系域LSTTSTHSTLLSTLTSTLHSTLRSTAST主要沉积体系深切谷、盆底扇、斜坡扇、浊积体近海陆棚岸带砂、河口湾沼泽、曲流河沉积河成平原三角洲、近海沉积河流、下切谷低位沼泽湖侵三角洲，风暴沉积高位沼泽三角洲洲湖退三角洲河流冲积平原、冲积扇陆相盆地层序地层学研究方法砂体展布研究流程：探井――沉积相――砂体分布砂层类型：席状、朵状、指状、弯曲蛇状；砂岩地理分布：平原、单面山、坡折带等砂岩沉积环境：浅湖――半深湖――深湖一般需要提交工作成果包括：（a）几百口探井的地质分层工作；（b）统计整理各地层的砂岩厚度；（c）编制下第三系沉积相图，并全部矢量化；（d）编制主要目的层砂体分布图；（e）完成西部凹陷下第三系砂岩分布成果报告。一般认识：（1）查清凹陷分布规模、时代性质及主要凹陷的结构类型；（2）建立高分辨率层序地层格架，掌握了地层发育特点、分布及岩性组合特征。（3）查清盆地砂体储层特征及储层物性的控制因素（4）确定若干套储集层系（5）搞清储集砂体的时空展布规律及其主控因素。高分辨率层序地层分析及储层反演的基本原理与方法储集层、盖层是含油气盆地中含油气系统形成的必备地质要素。储集层的性能、发育程度、时空分布及相互配置关系决定了以生烃凹陷为核心的成藏系统中油气的聚集、保存及油气藏的形成与分布。1.陆相层序地层分析原理层序地层学的核心在于确定旋回的等时地层格架以及时间地层格架内沉积地层的分布型式。对于海相盆地，特别强调海平面对层序成因和相分布的控制作用；而在陆相盆地中，决定沉积物堆积可容纳空间的是地层基准面。在陆相盆地层序地层研究中，只要正确理解和应用基准面旋回及可容纳空问变化的概念及其对地层构型及沉积相空间展布的控制作用，并采用相应的旋回识别与对比技术，层序地层学理论与方法在陆相盆地地层分布预测及油气资源勘探中同样一可以发挥重要的作用。1.1基本原理和概念（1）基准面旋回陆相盆地与海相盆地地层充填过程及主控因素有明显的区别，首先表现在陆相沉积盆地，特别是远离外海的内陆盆地，地层的形成发育过程与海平面的变化没有任何的内在联系，也不受湖平面变化单一因素的制约。陆相湖盆中，在远离湖岸线的近山前部位可以堆积巨厚的洪积—冲积体，而在近湖岸线的冲积平原—三角洲地带也可发育不整合或沉积间断。这一事实表明，在盆地的任何地理位置，盆地发育的任何阶段，只要有可供沉积物堆积的可容纳空间，沉积物的沉积作用就会发生。而可容纳空间的变化可用一个基本因素来描述，即地层基准面。地层是在基准面相对于地表位置的周期性变化作用下形成的。L.Sloss（1962）明确提出，基准面是分割侵蚀作用与沉积作用的理论均衡面，“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”。如果认为基准面处于水平状态，那么在某一时间单元不同的地理位置必然存在着划分沉积作用和侵蚀作用的无数条基准面，这显然是令人费解的(图3-1，A)。因此，HE.Wheeler(1964)认为基准面是个相对于地球表面波状升降的、连续的、略向盆地方向下倾的抽象面(非物理面)，其位置、运动方向及升降幅度不断随时间变化(图3-1,B)。T.A.Cross(1994)等引用并发展了Wheeler提出的基准面旋回的概念，并赋予其时间单元意义。基准面可以看作是一个势能面，它反映了地球表面与力求其平衡的地表过程间的不平衡程度。要达到平衡，地表要不断地通过沉积或侵蚀作用，改变其形态向更靠近基准面的方向运动。因此，基准面在变化中总是有向其幅度的最小值或最大值单向移动的趋势，构成一个完整的上升与下降旋回。一个基准面旋回是等时的，在一个基准面旋回变化过程中(可理解为时间域)保存下来的岩石为一个成因地层单元，即成因层序，其以时间为界面，因而为一个时间地层单元。(2)基准面旋回变化与可容纳空间基准面相对于地表的波状升降伴随着沉积物可容纳空间的变化（图3-2）。当基准面位于地表之上时，提供了可供沉积物沉积的空间，沉积作用发生，任何侵蚀作用均是局部的或暂时的；当基准面位于地表之下时，可容纳空间消失，任何沉积作用均是暂时的或局部的；当基准面与地表一致(重合)时，既无沉积作用也无侵蚀作用发生，沉积物仅仅路过(Sedimentbypass)而己。因而在基准面变化的时间域内(注意：时间是连续的)，在地表的不同地理位置上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。在地层记录中代表基准面旋回变化的全部时间的这些时间—空间事件表现为岩石＋界面(间断面)。因此一个成因层序可以由基准面上升半旋回和基准面下降半旋回所形成的岩石组成，也可由岩石＋界面组成。(3）可容纳空间与沉积物供给比值（A/S）基准面处于不断的运动中，当其位于地表之上并相对于地表进一步上升时，可容纳空间增大，沉积物在该可容纳空间内堆积的潜在速度增加，但沉积物堆积的实际速度还受物质搬运速度的地表过程所限制。也就是说，可容纳空间控制了某一时间内在某一地理位置沉积物堆积的最大值，可容纳空间与沉积物供给量之间的比值(A/S)决定了在可容纳空间内沉积物的实际堆积保存程度及内部结构特征。如对于陆相湖盆来说，当沉积物补给速率大于可容纳空间的增加速率时(A/S1)，湖岸线向盆地方向退缩，地层呈进积叠加样式；当沉积物的补给速率小于可容纳空间的增加速率时(A/S1)，地层呈退积叠加样式，湖侵作用发生；当沉积物补给速率等于可容纳空间的增加速率时(A/S＝1)，地层呈加积叠加样式。由于A/S比值变化导致的沉积物叠加样式的变化在高分辨率地震、测井及录井剖面中均可清晰地反映出来。1.2地层基准面旋回的识别与对比地层的旋回性是基准面相对于地表位置的变化产生的沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过形成的非沉积作用和沉积不补偿造成的饥饿性乃至非沉积作用随时间发生空间迁移的地层响应(图3-3)。地层记录中不同级次的地层旋回记录了相应级次的基准面旋回。在每一级次的地层旋回中必然存在着能反映相应级次基准面旋回所经历时间的“痕迹”。如何据一维钻井或露头剖面上的这些“痕迹”识别基准面旋回，是