層序地層學(xué)的簡(jiǎn)單描述

1、1.2層序地層學(xué)1. 2. 1層序地層學(xué)基本原理及在油氣勘探開發(fā)中的意義層序地層學(xué)是80年代后期在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一門新學(xué)科，是在沉積學(xué)、地層學(xué)和地 震勘探技術(shù)不斷發(fā)展、資料不斷積累的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。層序地層學(xué)是一種劃分、對(duì)比和 分析沉積巖層的新理論和新方法，使人們能夠更精確地對(duì)比地質(zhì)時(shí)代，再造古地理，并在鉆 前預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層、生油層和蓋層，對(duì)勘探和開發(fā)地層和巖性圈閉中的油氣藏尤為有效。因此， 它不僅是地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種新的理論，而且是一種油氣勘探的新方法。它一經(jīng)出現(xiàn)便 受到了廣大地質(zhì)學(xué)者，特別是油氣地質(zhì)工作者的高度重視，并且在油氣勘探和開發(fā)中發(fā)揮著 越來(lái)越重要的作用。1. 2. 1. 1層

2、序地層學(xué)簡(jiǎn)述層序地層學(xué)的概念和理論是以P。Vail為代表的?？松a(chǎn)研究公司的研究人員根據(jù)被 動(dòng)大陸邊緣沉積特征提出的（Vail，1987； VanWagoner等人，1987，1988； Posamentier和 vail1988）。層序地層學(xué)的理論基礎(chǔ)是全球海平面的周期性升降、構(gòu)造沉降、沉積物供給、全 球氣候變化、地形和地貌等因素控制著沉積層序的發(fā)生、層序的類型、層序內(nèi)部地層的展布 和相帶分布。層序是層序地層學(xué)中最基礎(chǔ)的地層單位，它是被不整合面或可與之對(duì)比的整合 面所限定的一段地層，該整合面可以看作是不整合面向盆地內(nèi)的延伸。一個(gè)層序內(nèi)的地層往 往是相對(duì)連續(xù)的，并且在成因上相互聯(lián)系的。一個(gè)層

3、序中可以進(jìn)一步地劃分出體系域，而體 系域則是由一系列同期形成的沉積體系所組成的。層序可以分為I型層序和II型層序兩種類 型。一個(gè)I型層序是由低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成的，底界不整合面為 一個(gè)I型不整合面；一個(gè)II型層序則是由陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成 的，其底界不整合面為一個(gè)II型不整合面。當(dāng)全球海平面的下降速度超過盆地邊部的構(gòu)造沉降速度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)海平面的相對(duì)下 降，也即出現(xiàn)海退，陸架甚至陸坡上部的部分地區(qū)就會(huì)暴露出水面，河流會(huì)下切陸架，在河 道之間的地區(qū)可能會(huì)形成古土壤或根土層。這樣就在陸架地區(qū)形成了一個(gè)I型不整合面。河 流所攜帶的物質(zhì)以及陸架和陸坡上剝蝕

4、下來(lái)的物質(zhì)將會(huì)被進(jìn)一步朝盆地方向搬運(yùn)，以盆底 扇、斜坡扇和低水位楔狀體的形式沉積在陸架邊緣以下的部位。這些沉積體系以及陸架上下 切河谷中的充填物質(zhì)構(gòu)成了低水位體系域。在此之后，海平面逐漸回升，陸架逐步被淹沒，沉積中心向陸地方向轉(zhuǎn)移，形成退積為 主要特征的海進(jìn)體系域。當(dāng)海侵達(dá)到高峰時(shí)，陸架的中部、外部以及陸坡和盆地的沉積物供 給不足，沉積速度非常緩慢，形成密集段。隨著高水位期海平面上升速度的減慢，濱海和淺 海相的沉積開始向海推進(jìn)，使得海岸線逐步向盆地方向撤退，形成以進(jìn)積為主要特征的高水 位體系域。直到海平面再次下降時(shí)，會(huì)在其頂部形成另一個(gè)不整合面。當(dāng)海平面的下降速度相對(duì)較慢，與基底沉降的速度大致

5、相當(dāng)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)明顯的海退， 沉積物主要以加積的方式堆積在陸架上，從而形成陸架邊緣體系域。陸架邊緣體系域的底界 為一個(gè)II型不整合面。與I型不整合面相比之下，II型不整合面是難以捉摸的。如前所述， II型層序是由陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域所構(gòu)成的。1. 2. 1. 2層序地層學(xué)在油氣勘探開發(fā)中的意義層序地層學(xué)在油氣勘探開發(fā)中的作用，不僅在于它能夠幫助人們進(jìn)行盆地范圍的高分辨 率的年代地層劃分和對(duì)比，通過與全球海平面旋回的對(duì)比來(lái)建立年代地層格架；更重要的是 它能夠成功地預(yù)測(cè)巖相，即能預(yù)測(cè)生油層、儲(chǔ)集層和蓋層的空問分布，從而幫助人們建立合 理的勘探開發(fā)方案。Vail, Sangree

6、(1988)和VmWagoner等人(1990)對(duì)層序地層學(xué)在油氣勘探開發(fā)中的作用做 了探討。低水位體系域中的盆底扇通常是油氣勘探的重要目標(biāo)。這些濁積的舌狀砂體具有很 高的孔隙度和滲透率，一般都有良好的連續(xù)性。它們可能在上、下及側(cè)向都被深海相泥巖所 圍繞。這些泥巖有很好的生油潛力，并可作為良好的蓋層。因此，盆底扇的濁積砂體通常能 形成地層圈閉，并且處于非常有利的生、儲(chǔ)、蓋組合之中。許多大油氣田的舌狀濁積砂體都 是低水位期的盆底扇沉積，例如北海和巴西近海的許多扇體，其中都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的油氣。 然而，有些扇是由多個(gè)舌狀砂體組成的，彼此被深海相泥巖隔開，了解這些泥巖屏障對(duì)油氣 藏的開發(fā)非常重要。低

7、水位體系域中的斜坡扇是由有堤水道復(fù)合體和漫灘砂組成的。海底水道砂體往往是很 好的勘探對(duì)象。它們由于受天然堤的限制而易于形成地層圈閉或構(gòu)造一地層圈閉。漫灘砂層 通常很薄，但其孔隙度和滲透率可以很高，受天然堤的限制并在扇的邊部尖滅，易于形成地 層圈閉。這類油氣藏往往是由許多薄砂層組成的，但產(chǎn)量可以很高。辨認(rèn)和評(píng)價(jià)這些圈閉需 要高水平的巖石物理學(xué)技術(shù)和試井技術(shù)。海進(jìn)體系域是在陸架被逐步淹沒的背景下形成的。根據(jù)Vail和Sangree(1988)，該體系 域中的砂體大都經(jīng)過海岸作用的改造，分選變得很好。海岸作用有助于使廣布的砂體平行于 古海岸重新分布。如果較高的沉積物供給速度和適中的海進(jìn)速度相結(jié)合，海

8、進(jìn)早期的沉積物 就可以覆蓋陸架上的大部分地區(qū)，從而形成極好的席狀儲(chǔ)集砂層。該體系域階狀后退的性質(zhì) 有助于形成砂體和泥巖的互層，也即儲(chǔ)集層和潛在生油層的互層。這種互層和上超的性質(zhì)有 利于形成地層圈閉，尤其是那些孤立的砂體容易形成地層圈閉，而底部連續(xù)的砂體則要求構(gòu) 造圈閉。海進(jìn)體系域的沉積物趨向于被連續(xù)的密集段泥巖所覆蓋，這些泥巖可能是有潛力的 生油巖。高水位體系域是以沉積物向盆地方向進(jìn)積而使得海岸線逐步后退為特征的。這一時(shí)期往 往可出現(xiàn)大型的三角洲，因此，與三角洲有關(guān)的圈閉類型是油氣勘探的目標(biāo)。分流河道砂和 三角洲前緣砂是最常見的儲(chǔ)層類型，另外還可能有些濱面砂層。底部的前三角洲泥巖和密集 段泥巖

9、通常具有生油能力，油氣可向上運(yùn)移到砂體中去。斷層的存在往往有利于運(yùn)移。高水 位體系域的頂部是構(gòu)成層序界面的不整合，常缺乏連續(xù)的蓋層。油氣可能在上傾方向滲漏到 海進(jìn)體系域。該體系域往往以構(gòu)造圈閉為主，生長(zhǎng)斷層的底辟隆起和滑動(dòng)背斜可形成油氣圈 閉。1.2.2被動(dòng)大陸邊緣盆地層序地層學(xué)層序地層學(xué)的概念模式雖然是在被動(dòng)大陸邊緣海洋盆地中沉積的碎屑巖地層的基礎(chǔ)上提出 的，然而這種理論和思維方式卻被推廣到了其它的沉積物類型和構(gòu)造背景，甚至被運(yùn)用到陸 相地層的研究之中。層序地層學(xué)正在以很快的速度被運(yùn)用到與沉積作用有關(guān)的各個(gè)地學(xué)研究 領(lǐng)域和沉積礦產(chǎn)的勘探開發(fā)工作中去，新的認(rèn)識(shí)和新的理論不斷出現(xiàn)。下面就近幾年來(lái)

10、層序 地層學(xué)在碎屑巖、碳酸鹽巖、非海相地層以及非被動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景盆地研究方面的新進(jìn) 展做一簡(jiǎn)單介紹。1.2.2.1碎屑巖層序地層學(xué)層序地層學(xué)的概念模式是根據(jù)地層的空問幾何形態(tài)及其與相對(duì)海平面變化、構(gòu)造沉降和 物源供給等因素的關(guān)系提出的。地層的宏觀幾何形態(tài)一般只有在地震剖面上才能觀察到。如 何運(yùn)用地面露頭和鉆井資料等高分辨率的地質(zhì)資料來(lái)進(jìn)行層序地層學(xué)研究，以及如何把層序 的宏觀幾何形態(tài)與沉積相聯(lián)系起來(lái)，這些問題在層序地層學(xué)出現(xiàn)后受到了人們的關(guān)注。VanWagoner等人1990年發(fā)表了碎屑巖層序地層學(xué)在測(cè)井資料、巖心和野外露頭上的 應(yīng)用一書，較系統(tǒng)和詳細(xì)地介紹了根據(jù)測(cè)井和地面露頭資料劃分層序

11、和進(jìn)行高分辨率年代 地層學(xué)對(duì)比的方法。他們認(rèn)為，準(zhǔn)層序和準(zhǔn)層序組是層序的基本組成部分。準(zhǔn)層序是被海平 面所限定的、內(nèi)部相對(duì)整一的，并在成因上有聯(lián)系的一套地層。在碎屑巖地層中，準(zhǔn)層序可 以是一段向上變粗的地層序列（如三角洲或海岸沉積序列），也可以是一段向上變細(xì)的地層序 列（如潮坪沉積），然而它們都表現(xiàn)為向上變淺的沉積相組合。準(zhǔn)層序的形成一般被認(rèn)為是與 那些較高頻率的海平面升降旋回有關(guān)。如果沉積速度大于可容納空間的增加速度，即會(huì)形成 前積式的準(zhǔn)層序組，一個(gè)個(gè)更年輕的準(zhǔn)層序逐步向海的方向建造。在垂向剖面上，年輕的準(zhǔn) 層序含有更多的海岸平原上的沉積物，各準(zhǔn)層序的砂/泥比向上變高；當(dāng)沉積速度小于可容 納

12、空間的增加速度時(shí)形成退積式準(zhǔn)層序組，一個(gè)個(gè)更年輕的準(zhǔn)層序逐步向陸地方向建造，從 而形成階狀后退的模式。在垂向剖面上，年輕的準(zhǔn)層序含有更多的沉積征較深水環(huán)境中的海 相泥巖，即各準(zhǔn)層序的砂/泥比向上變低;如果沉積速度與可容納空間的增加速度大致相當(dāng)， 則會(huì)形成加積式準(zhǔn)層序組，準(zhǔn)層序彼此疊置起來(lái)，沒有明顯的向陸或向海的遷移。在垂向剖 面上，各準(zhǔn)層序在相組合、厚度和砂泥比值等方面無(wú)明顯的差別。體系域和準(zhǔn)層序組之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。海進(jìn)體系域一般為退積式的準(zhǔn)層序組，反映 了海水變深的過程。其頂部為最大海泛面，常為含有大量海相化石的泥巖密集段。高水位體 系域由早期的加積式和后期的前積式準(zhǔn)層序組組成。低水位體

13、系域中的盆底扇為濁流沉積， 斜坡扇由帶有天然堤的濁流水道沉積和溢岸沉積組成。盆底扇和斜坡扇中一般無(wú)法辨認(rèn)出準(zhǔn) 層序。低水位楔狀體由進(jìn)積式準(zhǔn)層序組組成。II型層序中的陸架邊緣體系域由加積式或微弱 前積的準(zhǔn)層序組構(gòu)成。1.2.2.2碳酸鹽巖層序地層學(xué)碳酸鹽巖大多是在盆地內(nèi)部新生成的，不象硅質(zhì)碎屑巖那樣由盆地以外地區(qū)輸人。碳酸 鹽對(duì)沉積環(huán)境的變化更為敏感，其沉積速度受溫度、光度、養(yǎng)料、水動(dòng)力條件和碎屑物質(zhì)的 量等因素的影響。基底沉降、全球海平面的變化、碳酸鹽產(chǎn)率和氣候等四大因素控制碳酸鹽 巖地層的展布模式和巖相分布?；椎某两禐槌练e物的堆積創(chuàng)造可容納空間，海平面的變化 會(huì)改造可容納空間，沉積物的堆積

14、速率會(huì)影響古水深，而氣候則會(huì)控制沉積物的類型。 Sarg（1988）在被動(dòng)大陸邊緣硅質(zhì)碎屑巖層序模式的基礎(chǔ)上提出了碳酸鹽巖的層序模式。他把 碳酸鹽臺(tái)地上的高水位體系域分為并進(jìn)和追補(bǔ)型兩種類型的沉積。并進(jìn)型的沉積被解釋為具 有相對(duì)快的沉積速率，能夠與海平面的上升基本保持一致，多呈丘形或斜交的地層結(jié)構(gòu)。并 進(jìn)碳酸鹽在臺(tái)地邊緣表現(xiàn)為富砂、貧泥和沒有廣泛發(fā)育的海底膠結(jié)作用。追補(bǔ)型的臺(tái)地沉積 代表著相對(duì)慢的沉積速率，不能與海面的上升保持一致，以富含泥晶和在臺(tái)地邊緣廣泛發(fā)育 的早期海底膠結(jié)作用為特征，并在臺(tái)地或?yàn)┻吘壉憩F(xiàn)為“S”型的地層結(jié)構(gòu)。當(dāng)臺(tái)地或?yàn)┻?緣的沉降速率小于全球海平面的下降速率時(shí)，相對(duì)海平面

15、迅速降到臺(tái)地或?yàn)┻吘壱韵碌母?度，陸架將暴露地表，區(qū)域性的淡水透鏡體會(huì)大規(guī)模地向海的方向遷移，斜坡前緣也會(huì)出現(xiàn) 侵蝕，從而形成從陸架到斜坡以侵蝕不整合為特征的工型層序邊界。形成II型層序邊界時(shí)， 海平面的下降速率不會(huì)明顯地超過臺(tái)地或?yàn)┻吘壍幕壮两邓俾?，只有臺(tái)地上靠近陸地的潮 緣地區(qū)和外臺(tái)地的淺灘地區(qū)才會(huì)暴露地表。淡水的影響主要集中在臺(tái)內(nèi)區(qū)。I型層序的低水 位體系域中可以分出來(lái)自陸坡侵蝕的異地沉積物（如碎屑席和異地砂）及陸坡上部的自生碳 酸鹽楔。II型層序的低水位期沉積由臺(tái)地或?yàn)┻吘壭?gòu)成。海進(jìn)體系域在陸架上為退積式沉 積，覆蓋于下部的低水位楔之上；在向海的方向，由于海水迅速變深，沉積速率降低

16、，形成 密集段，通常為泥質(zhì)微晶灰?guī)r和大量的海底石化硬地。海進(jìn)體系域也可以表現(xiàn)為并進(jìn)或追補(bǔ) 型的沉積。在工型或II型的層序邊界之上都可能出現(xiàn)低水位蒸發(fā)鹽楔，層序界面之下的高水 位臺(tái)地沉積中可能會(huì)出現(xiàn)白云巖化作用、蒸發(fā)巖的交代作用和溶解作用。1.2.3非被動(dòng)大陸邊緣盆地層序地層學(xué)活動(dòng)大陸邊緣是以強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)為特征的?；椎奶统两档乃俣瓤梢詳?shù)倍于甚至 十倍于被動(dòng)大陸邊緣。Okamura和Blum(1993)研究了日本西南部九州和四國(guó)島前的三個(gè)弧 前盆地第四紀(jì)沉積的地震層序特征?；∏芭璧鼗椎目焖俪两狄鹂扇菁{空間的迅速增長(zhǎng)， 從而造成層序逐個(gè)向陸地方向超覆的退積式的層序疊加方式。層序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

17、可以反映海平 面的變化。層序一般是由底部的加積單元和上部的前積單元組成的，缺少退積單元。這種層 序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是與相對(duì)海平面的快速上升聯(lián)系在一起的。由于可容納空間的快速增 長(zhǎng)，四級(jí)或更高頻率的基準(zhǔn)面變化旋回可以形成相當(dāng)厚的層序，并且可以在地震剖面上識(shí)別 出來(lái)。前陸盆地也是受構(gòu)造活動(dòng)影響強(qiáng)烈的沉積場(chǎng)所。山前逆沖帶的活動(dòng)期和靜止期的相間出 現(xiàn)，以及盆地基底的沉降和抬升的旋回都會(huì)影響到可容納空間的旋回性變化。另外，造山帶 的構(gòu)造活動(dòng)也會(huì)影響到物源的物質(zhì)供應(yīng)量。如果再考慮到海平面的變化，前陸盆地中的地層 層序可能非常復(fù)雜。構(gòu)造、物源和海平面變化都可能對(duì)層序的形成起重要的控制作用。如果 仔細(xì)分析沉積

18、記錄，并研究各種影響因素變化，便可建立起合理的層序地層學(xué)框架。Devlin 等人(1993)研究了美國(guó)懷俄明州西南部晚白堊世的前陸盆地層序地層學(xué)特征，認(rèn)為該地區(qū)晚 白堊世的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的可容納空間變化的周期為1. 5-4. 0百萬(wàn)年，與三級(jí)海平面旋回 的周期相當(dāng)。然而，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可引起可容納空間的變化幅度達(dá)300-500m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三級(jí)海 平面旋回的50-70m的變化幅度。因此，可以認(rèn)為這種周期的層序主要是受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制的。 頻率更高的層序很難與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的周期聯(lián)系在一起，而是受頻率更高的全球海平面旋回的控 制。1. 2. 4非海相層序地層學(xué)研究新進(jìn)展陸相地層中的旋回性和不整合面早已被認(rèn)識(shí)到了。然

19、而，長(zhǎng)期以來(lái)人們的注意力主要集 中在研究沉積作用自身的機(jī)理上，以解釋沉積體系和沉積相組合的成因。很少有人把沉積作 用與構(gòu)造活動(dòng)、氣候變遷等外在因素結(jié)合起來(lái)在區(qū)域上進(jìn)行綜合研究。自從層序地層學(xué)的理 論出現(xiàn)以后，許多沉積學(xué)者嘗試把這種思路和方法運(yùn)用到陸相地層中去，試圖從沉積作用與 他生旋回的聯(lián)系上人手，在陸相地層中劃分出被區(qū)域性的不整合面所限定的層序，以便更好 地解決地層對(duì)比和沉積相分布規(guī)律的問題。層序地層學(xué)在海岸平原上的海陸交互相地層中的應(yīng)用似乎要比在那些遠(yuǎn)離海洋的內(nèi)陸 盆地中沉積的地層中要容易一些。一方面是因?yàn)楹０镀皆系某练e中含有海相夾層，可以與 相鄰的海相層序中的某些部分(如密集段)進(jìn)行追蹤對(duì)比，另一方面，控制海相層序形成的全 球海平面的變化會(huì)直接影響到海岸平原的沉積基準(zhǔn)面和河流平衡剖面的變化。Jervey(1988) 及Posamentier和Vail(1988)對(duì)海岸平原沉積與全球海平面升降的關(guān)系進(jìn)行了模擬，通過可容 納空間、均衡點(diǎn)和河流平衡剖面的變化闡述了海岸平原沉積與海洋范圍層序的聯(lián)系。層序地層學(xué)的許多概念和原理都適用于湖泊相沉積