層序地層理論與應用

1、第四部分、層序地層學及在油氣勘探中的應用層序地層學層序地層學概念在沉積巖上的應用有可概念在沉積巖上的應用有可能提供一個完整統(tǒng)一的地層學概念，能提供一個完整統(tǒng)一的地層學概念，就象板塊構(gòu)造就象板塊構(gòu)造曾經(jīng)提供了一個完整統(tǒng)一曾經(jīng)提供了一個完整統(tǒng)一的構(gòu)造概念一樣的構(gòu)造概念一樣, ,層序地層學改變層序地層學改變了分析世界地層記錄的基本原則。因此，了分析世界地層記錄的基本原則。因此，它可能是地質(zhì)學中的它可能是地質(zhì)學中的一次革命一次革命，它開創(chuàng)了了解地球歷史的一個新階段。它開創(chuàng)了了解地球歷史的一個新階段。 P. R. VailP. R. Vail地層單元的界面、旋回性及成因 盆地充填是沉積盆地的實體，由一系

2、列被特定的地質(zhì)界面分隔的、不同規(guī)模的沉積地層所構(gòu)成，是盆地構(gòu)造作用、沉積作用及氣候變化等的綜合產(chǎn)物。 區(qū)分和識別這些地質(zhì)界面、劃分和對比不同級別地層單元是進行盆地充填分析的首要任務。盆地的充填分析必須置于整體的等時地層框架中進行。 地層單元界面的識別、定年、劃分和對比是一項艱巨的任務，要結(jié)合 生物地層學、放射性地層學、磁性地層學、沉積學、層序地層學等方法進行綜合分析。是當前地球科學中一門新興的、研究沉積盆地沉積地層和進行資源預測的重要理論和方法體系。層序地層學源于上世紀的地震地層學，在其發(fā)展過程中不斷汲取了相模式、沉積體系、盆地分析等領(lǐng)域的研究成果，上世紀形成的一套完善的盆地充填分析的方法和理

3、論體系，對沉積地質(zhì)學、地層學、盆地充填分析、煤油氣地質(zhì)及其它相關(guān)的地學領(lǐng)域的近代發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。 層序地層學是研究以不整合面、無沉積作用面、或與之對應的整合面為界的、成因上有聯(lián)系的地層的巖石關(guān)系的一門新興的學科。-以Vail等為代表的Exxon石油公司的研究學者 全球海平面變化 層序的級次和界面 層序界面的等時性 沉積基準面 可容納空間 強制性海退基本原理基本原理1 1、全球海平面變化、全球海平面變化Eustasy這個詞最早是由Suess(1906)引入的，稱為全球海平面變化（global sea level change), 作為引起海岸海進或海退的原因。這個概念當時沒有得到廣泛的接受

4、和重視，因為在不同大陸上的研究表明，海進海退不具有全球性，而與局部的構(gòu)造隆起和沉降有關(guān)。Vail等提出的全球海平面變化引起了國際地學界廣泛的興趣和爭論。Haq等建立的海岸上超和全球海平面變化曲線Vail等提出全球海平面的變化具有五個級別，控制著五個級別的層序發(fā)育。全球海平面變化海底擴張、板塊聚合速率變化、海底火山作用、大陸破裂解體氣候-冰期大洋盆地體積和形態(tài)發(fā)生變化水體體積變化-冰川、洋盆蒸發(fā) 盡管層序地層學的一些概念的提出已有相當長的歷史，但古代沉積物的研究一直傳統(tǒng)地依賴于建立相模式與現(xiàn)代沉積環(huán)境和沉積物搬運過程的比較和Walther相序分析。 廣泛應用建立等時地層格架的方法進行沉積充填分析

5、是自地震地層學的出現(xiàn)才開始的。通過建立層序地層格架進而在等時的地層格架中進行沉積體系分析的方法得到了空前的應用和發(fā)展，對盆地沉積充填分析和資源預測勘探產(chǎn)生了深刻的影響。 可以是把較新地層與較老地層分開的侵蝕面或無沉積作用面、沉積間斷； 或是一個將較新地層與較老地層分開的整合層面，沿此面沒有侵蝕作用，它包括了沉積作用極緩慢、具有由很薄的沉積所代表的界面。層序界面分開較新與較老地層的界面。界面本身往往是不等時的。3、層序的級次和界面Haq等1991一級層序：巨層序組、巨層序：巨（長）周期的海平面變化二級層序：超層序組、超層序：超（中）周期的海平面變化三級層序：層序組、層序：短周期的海平面變化 層序

6、劃分的級別（Vail等，1991）一級層序 50Ma 區(qū)域性不整合二級層序 3-50Ma 區(qū)域性不整合三級層序 0.5-3Ma 不整合與對應的整合四級層序 0.08-0.5Ma 主要海泛面五級層序 0.03-0.08Ma 次級要海泛面六級層序 0.01-0.03Ma 次級要海泛面全盆地范圍的角度或微角度不整合面。 一個原型盆地從形成、演化到衰亡的沉積充填序列（旋回）。盆地范圍在部分地帶可追蹤的局部角度或微角度不整合面、區(qū)域性沉積間斷和沉積突變界面。 盆地階段性演化（幕式構(gòu)造作用等）或一個長周期海平面變化形成的沉積序列，一般為二級的區(qū)域性沉積旋回所構(gòu)成。由不整合和與其對應的整合面所限定。界面具有

7、明顯沖刷下切的水道砂礫巖或下切谷沉積、沉積體系疊置樣式的轉(zhuǎn)化或沉積環(huán)境的突變。盆地規(guī)模的海（湖）或沉積基準面旋回、盆內(nèi)構(gòu)造作用等形成的沉積層序，由盆內(nèi)三級的沉積旋回所構(gòu)成。四級的?；蚝盒纬傻乃M界面，有時表現(xiàn)為水進形成的侵蝕面或無沉積作用面。盆地規(guī)模的海（湖）或沉積基準面旋回等形成的沉積層序，由盆內(nèi)四級的沉積旋回所構(gòu)成。五級的?；蚝骸⒅饕樾汲练e體系的廢棄等形成的水進界面或無沉積作用面。盆地規(guī)模的海（湖）或沉積基準面旋回等形成的沉積層序，由盆內(nèi)五級的沉積旋回所構(gòu)成。高位域?qū)有颍ㄈ墸﹥?nèi)最大水進期后的沉積體系組合水進 域?qū)有颍ㄈ墸﹥?nèi)初始水進至最大水進期的沉積體系組合低位域?qū)有颍ㄈ墸﹥?nèi)初始

8、水進前的沉積體系組合沉積體系域米氏周期四級層序 0.08-0.5Ma (偏 心率周期0.095Ma）五級層序 0.03-0.08Ma (傾斜率周期0.040）六級層序 0.01-0.03Ma (歲差周期0.019-0.021Ma) 層序是層序地層學的基本單位，它以不整合和與之可以對比的整合為界。 體系域、準層序組：在層序內(nèi)的位置以及以海泛面為界的準層序組和準層序的疊置方式來定義的。 層序、準層序組與準層序是通過地層的物理關(guān)系定義和確認的；絕對厚度、形成它們的時間長度、以及區(qū)域和全球成因的解釋沒有用于定義層序地層單位。 準層序和準層序組是層序的基本構(gòu)筑單位。一個準層序是以海泛面和與之可以對比的面

9、為界的成因上有聯(lián)系的、相對整一的一套巖層(beds)或巖層組 (bedsets) (VanWagoner，1985)。低水位體系域：處于1型邊界之上的最低體系域。通?？梢苑殖扇齻€的單位，盆底扇、陸坡扇和低水位楔。海進體系域：最大和初始海泛面之間的的體系域。以一個或多個退積式準層序組為特征。高水位體系域：最大海泛面之上的體系域。從加積式準層序組到一個或多個具有前積準層序組為特征。可容空間可容空間對對 沉沉 積積 的的 控控 制制 決定了沉積物的體積分配決定了沉積物的體積分配 形成了地層疊加樣式形成了地層疊加樣式 導致了相分異導致了相分異基基 準準 面面 基準面是一個相對于地球物理面上下振動并橫向

10、擺動的抽基準面是一個相對于地球物理面上下振動并橫向擺動的抽象等勢面象等勢面 在一個能量、物質(zhì)、時間和空間被保存的封閉地層系統(tǒng)中，在一個能量、物質(zhì)、時間和空間被保存的封閉地層系統(tǒng)中，基準面代表沉積物通量基準面代表沉積物通量(sediment flux)的能量最小的面的能量最小的面 基準面就是一個在其上即不發(fā)生沉積作用，亦不發(fā)生剝蝕基準面就是一個在其上即不發(fā)生沉積作用，亦不發(fā)生剝蝕作用，從而沉積物通量不發(fā)生變化的抽象面作用，從而沉積物通量不發(fā)生變化的抽象面基準面并不是一個水平面基準面并不是一個水平面基準面與海平面及地面的關(guān)系基準面與海平面及地面的關(guān)系基準面旋回特點基準面旋回特點 基準面升降旋回，包

11、括上升和下降兩部分記錄了可容基準面升降旋回，包括上升和下降兩部分記錄了可容空間由最小向最大方向或由最大向最小方向單向變化空間由最小向最大方向或由最大向最小方向單向變化的過程的過程 整個盆地或大規(guī)模的區(qū)域內(nèi)同時發(fā)生的整個盆地或大規(guī)模的區(qū)域內(nèi)同時發(fā)生的 層次性層次性 不同區(qū)域可以進行不同的層次劃分不同區(qū)域可以進行不同的層次劃分基準面下降辨識標準基準面下降辨識標準相域向海遷移相域向海遷移可容納空間：在沉積基準面之下可供潛在沉積物堆積的空間，它是海/湖平面（沉積基準面）升降和構(gòu)造沉降的函數(shù)。1）不整合（unconformity） 角度不整合 微角度和平行不整合（disconformity) 不連續(xù)或間

12、斷面 (discontinuity) 區(qū)域性沖刷面、同沉積侵蝕面 (erosional nuconformity)2) 無沉積作用面/低速沉積面（層） 暴露面、風化殼 水下無沉積作用面，如前三角洲底超面 淺、深海（湖）暗色、黑色泥質(zhì)沉積 煤層古土壤層4）標志沉積層或事件沉積（災變、缺氧） 火山灰層 黑色頁巖5）生物演化界面災變性、生物組合變化幾種方法理論的比較Cross 的高分辯層序地層-不整合面、無低位域Embery 的T-R旋回-初始海進面成因地層學（Galloway）-最大的海泛面Exxon的層序地層-不整合面、對應的整合面SequenceStratigraphyModelTree三大學

13、派層序和層序邊界三大學派層序和層序邊界Crosss high resolution sequence上升下升沉積基準面A A 以過程以過程- -響應動力學原理為指導，以多級次基準面旋回響應動力學原理為指導，以多級次基準面旋回 為參照格架為參照格架B B 層序地層學與沉積學緊密結(jié)合，以露頭、巖心、地震、層序地層學與沉積學緊密結(jié)合，以露頭、巖心、地震、 測井資料為基礎測井資料為基礎C C 依據(jù)依據(jù)A/SA/S比值變化趨勢識別多級次基準面旋回比值變化趨勢識別多級次基準面旋回D D 層序界面可以是不整合面，還可以是沉積作用轉(zhuǎn)換面層序界面可以是不整合面，還可以是沉積作用轉(zhuǎn)換面E E 高頻或高精度層序地層

14、格架的建立以及儲層精細預測高頻或高精度層序地層格架的建立以及儲層精細預測 高分辨率層序地層學高分辨率層序地層學利用基準面旋回進行地層對比利用基準面旋回進行地層對比兩個優(yōu)點兩個優(yōu)點 在不同沉積環(huán)境中是等時的在不同沉積環(huán)境中是等時的 不需要知道海平面的位置沉降史及沉積物不需要知道海平面的位置沉降史及沉積物的供給情況的供給情況表表1 海陸相盆地層序地層研究影響因素對比海陸相盆地層序地層研究影響因素對比盆地類型：海相盆地陸相盆地盆地類型：海相盆地陸相盆地控制因素：控制因素：主要受全球海平面變化、盆地沉降、主要受全球海平面變化、盆地沉降、主要受構(gòu)造沉降、物源供給、氣候、古地形主要受構(gòu)造沉降、物源供給、氣

15、候、古地形沉積速率和氣候四種因素影響；沉積速率和氣候四種因素影響；沉積水動力條件等因素影響；沉積水動力條件等因素影響；主要作用營力：主要作用營力：波浪、潮汐、海流、風暴、海底火山等；波浪、潮汐、海流、風暴、海底火山等；主要受大陸水流、波浪、潮流等影響；主要受大陸水流、波浪、潮流等影響；沉積范圍：沉積范圍：海岸帶、陸架、陸坡、深海，橫向穿越距離海岸帶、陸架、陸坡、深海，橫向穿越距離沖積扇區(qū)、河流沉積區(qū)、湖泊沉積區(qū)；沖積扇區(qū)、河流沉積區(qū)、湖泊沉積區(qū)；數(shù)十米至數(shù)百千米；數(shù)十米至數(shù)百千米；（包括濱湖、淺湖、深湖區(qū)），沉積范圍相對窄；（包括濱湖、淺湖、深湖區(qū)），沉積范圍相對窄；沉積層橫向連續(xù)性：沉積層橫

16、向連續(xù)性：橫向延伸距離大，連續(xù)性好；橫向延伸距離大，連續(xù)性好；橫向延伸距離較短，連續(xù)性較差；橫向延伸距離較短，連續(xù)性較差；層序厚度及變化：層序厚度及變化：層序厚度大，一般為十幾米至數(shù)百米，層序厚度大，一般為十幾米至數(shù)百米，層序厚度相對較小，一般為數(shù)十米至百余米，層序厚度相對較小，一般為數(shù)十米至百余米，厚度較穩(wěn)定；厚度較穩(wěn)定；厚度變化較大；厚度變化較大；沉積相變：沉積相變：沉積相連續(xù)、穩(wěn)定、相變逐漸過渡；沉積相連續(xù)、穩(wěn)定、相變逐漸過渡；沉積相變化較快，常見相的突變；沉積相變化較快，常見相的突變；體系域特征：體系域特征：海侵、海退幅度大，體系域特征明顯，海侵、海退幅度大，體系域特征明顯，湖水進退頻

17、繁、幅度較小，體系域特征；湖水進退頻繁、幅度較小，體系域特征；凝縮層易確定；凝縮層易確定；不太明顯，凝縮層難以確定；不太明顯，凝縮層難以確定；構(gòu)造影響：構(gòu)造影響：大范圍影響，相對較弱；大范圍影響，相對較弱；頻繁影響；頻繁影響；對比難程度：對比難程度：相對較易：相對較易：相對而言更復雜、困難；相對而言更復雜、困難； 陸相湖盆層序地層學研究難點陸相湖盆層序地層學研究難點1陸相湖平面變化的敏感性；2 陸相湖盆分布的孤立性；3敞流湖盆與閉流湖盆的差別 ；4湖平面升降曲線的確定依據(jù)；5海侵的影響。 1陸相湖平面變化的敏感性；1）湖平面受構(gòu)造控制；（上下掀斜走滑斷裂和地震）湖平面受構(gòu)造控制；（上下掀斜走滑

18、斷裂和地震等）。等）。2）湖平面受氣候控制；（長周期短周期年季節(jié)和甚）湖平面受氣候控制；（長周期短周期年季節(jié)和甚至干旱的月份）。至干旱的月份）。3）湖平面受物源控制；）湖平面受物源控制；（剝蝕的難易多少流路的變（剝蝕的難易多少流路的變化堆積后的改道洪水的決口等）。化堆積后的改道洪水的決口等）。4陸地植被水生生物介質(zhì)鹽度風向。陸地植被水生生物介質(zhì)鹽度風向。5受海洋的影響。受海洋的影響。2 陸相湖盆分布的孤立性；陸相湖盆分布的孤立性；1）沒有統(tǒng)一的水域變化；（數(shù)平方千米至幾十萬）沒有統(tǒng)一的水域變化；（數(shù)平方千米至幾十萬平方午千米深度化大）。平方午千米深度化大）。2）高差相對大；（海拔差異大）。）高差相對大；（海拔差異大）。3水體性質(zhì)差異大；水體性質(zhì)差異大；（溫度密度含氧量等）。（溫度密度含氧量等）。4沉積體大小不同；沉積體大小不同；具體來說：具體來說：1凝縮層難以確定；凝縮層難以確定；2沉積物難以對比；沉積物難以對比；3初始湖泛面和最大湖泛面難以確定；初始湖泛面和最大湖泛面難以確定；4由于各湖盆不連，難以進行相互間的對比；由于各湖盆不連，難以進行相互間的對比；5物源變化快，疊合后難以分清先后。物源變化快，疊合后難以分清先后。6斷層復雜化后更難等時對比；斷層復雜化后更難等時對比；7湖盆周圍沉積體的等時性。湖盆周