层序地层理论及应用

1、第四部分、层序地层学及在油气勘探中的应用层序地层学层序地层学概念在沉积岩上的应用有可概念在沉积岩上的应用有可能提供一个完整统一的地层学概念，能提供一个完整统一的地层学概念，就象板块构造就象板块构造曾经提供了一个完整统一曾经提供了一个完整统一的构造概念一样的构造概念一样, ,层序地层学改变层序地层学改变了分析世界地层记录的基本原则。因此，了分析世界地层记录的基本原则。因此，它可能是地质学中的它可能是地质学中的一次革命一次革命，它开创了了解地球历史的一个新阶段。它开创了了解地球历史的一个新阶段。 P. R. VailP. R. Vail地层单元的界面、旋回性及成因 盆地充填是沉积盆地的实体，由一系

2、列被特定的地质界面分隔的、不同规模的沉积地层所构成，是盆地构造作用、沉积作用及气候变化等的综合产物。 区分和识别这些地质界面、划分和对比不同级别地层单元是进行盆地充填分析的首要任务。盆地的充填分析必须置于整体的等时地层框架中进行。 地层单元界面的识别、定年、划分和对比是一项艰巨的任务，要结合 生物地层学、放射性地层学、磁性地层学、沉积学、层序地层学等方法进行综合分析。是当前地球科学中一门新兴的、研究沉积盆地沉积地层和进行资源预测的重要理论和方法体系。层序地层学源于上世纪的地震地层学，在其发展过程中不断汲取了相模式、沉积体系、盆地分析等领域的研究成果，上世纪形成的一套完善的盆地充填分析的方法和理

3、论体系，对沉积地质学、地层学、盆地充填分析、煤油气地质及其它相关的地学领域的近代发展产生了深刻的影响。 层序地层学是研究以不整合面、无沉积作用面、或与之对应的整合面为界的、成因上有联系的地层的岩石关系的一门新兴的学科。-以Vail等为代表的Exxon石油公司的研究学者 全球海平面变化 层序的级次和界面 层序界面的等时性 沉积基准面 可容纳空间 强制性海退基本原理基本原理1 1、全球海平面变化、全球海平面变化Eustasy这个词最早是由Suess(1906)引入的，称为全球海平面变化（global sea level change), 作为引起海岸海进或海退的原因。这个概念当时没有得到广泛的接受

4、和重视，因为在不同大陆上的研究表明，海进海退不具有全球性，而与局部的构造隆起和沉降有关。Vail等提出的全球海平面变化引起了国际地学界广泛的兴趣和争论。Haq等建立的海岸上超和全球海平面变化曲线Vail等提出全球海平面的变化具有五个级别，控制着五个级别的层序发育。全球海平面变化海底扩张、板块聚合速率变化、海底火山作用、大陆破裂解体气候-冰期大洋盆地体积和形态发生变化水体体积变化-冰川、洋盆蒸发 尽管层序地层学的一些概念的提出已有相当长的历史，但古代沉积物的研究一直传统地依赖于建立相模式与现代沉积环境和沉积物搬运过程的比较和Walther相序分析。 广泛应用建立等时地层格架的方法进行沉积充填分析

5、是自地震地层学的出现才开始的。通过建立层序地层格架进而在等时的地层格架中进行沉积体系分析的方法得到了空前的应用和发展，对盆地沉积充填分析和资源预测勘探产生了深刻的影响。 可以是把较新地层与较老地层分开的侵蚀面或无沉积作用面、沉积间断； 或是一个将较新地层与较老地层分开的整合层面，沿此面没有侵蚀作用，它包括了沉积作用极缓慢、具有由很薄的沉积所代表的界面。层序界面分开较新与较老地层的界面。界面本身往往是不等时的。3、层序的级次和界面Haq等1991一级层序：巨层序组、巨层序：巨（长）周期的海平面变化二级层序：超层序组、超层序：超（中）周期的海平面变化三级层序：层序组、层序：短周期的海平面变化 层序

6、划分的级别（Vail等，1991）一级层序 50Ma 区域性不整合二级层序 3-50Ma 区域性不整合三级层序 0.5-3Ma 不整合与对应的整合四级层序 0.08-0.5Ma 主要海泛面五级层序 0.03-0.08Ma 次级要海泛面六级层序 0.01-0.03Ma 次级要海泛面全盆地范围的角度或微角度不整合面。 一个原型盆地从形成、演化到衰亡的沉积充填序列（旋回）。盆地范围在部分地带可追踪的局部角度或微角度不整合面、区域性沉积间断和沉积突变界面。 盆地阶段性演化（幕式构造作用等）或一个长周期海平面变化形成的沉积序列，一般为二级的区域性沉积旋回所构成。由不整合和与其对应的整合面所限定。界面具有

7、明显冲刷下切的水道砂砾岩或下切谷沉积、沉积体系叠置样式的转化或沉积环境的突变。盆地规模的海（湖）或沉积基准面旋回、盆内构造作用等形成的沉积层序，由盆内三级的沉积旋回所构成。四级的海或湖泛形成的水进界面，有时表现为水进形成的侵蚀面或无沉积作用面。盆地规模的海（湖）或沉积基准面旋回等形成的沉积层序，由盆内四级的沉积旋回所构成。五级的海或湖泛、主要碎屑沉积体系的废弃等形成的水进界面或无沉积作用面。盆地规模的海（湖）或沉积基准面旋回等形成的沉积层序，由盆内五级的沉积旋回所构成。高位域层序（三级）内最大水进期后的沉积体系组合水进 域层序（三级）内初始水进至最大水进期的沉积体系组合低位域层序（三级）内初始

8、水进前的沉积体系组合沉积体系域米氏周期四级层序 0.08-0.5Ma (偏 心率周期0.095Ma）五级层序 0.03-0.08Ma (倾斜率周期0.040）六级层序 0.01-0.03Ma (岁差周期0.019-0.021Ma) 层序是层序地层学的基本单位，它以不整合和与之可以对比的整合为界。 体系域、准层序组：在层序内的位置以及以海泛面为界的准层序组和准层序的叠置方式来定义的。 层序、准层序组与准层序是通过地层的物理关系定义和确认的；绝对厚度、形成它们的时间长度、以及区域和全球成因的解释没有用于定义层序地层单位。 准层序和准层序组是层序的基本构筑单位。一个准层序是以海泛面和与之可以对比的面

9、为界的成因上有联系的、相对整一的一套岩层(beds)或岩层组 (bedsets) (VanWagoner，1985)。低水位体系域：处于1型边界之上的最低体系域。通常可以分成三个的单位，盆底扇、陆坡扇和低水位楔。海进体系域：最大和初始海泛面之间的的体系域。以一个或多个退积式准层序组为特征。高水位体系域：最大海泛面之上的体系域。从加积式准层序组到一个或多个具有前积准层序组为特征。可容空间可容空间对对 沉沉 积积 的的 控控 制制 决定了沉积物的体积分配决定了沉积物的体积分配 形成了地层叠加样式形成了地层叠加样式 导致了相分异导致了相分异基基 准准 面面 基准面是一个相对于地球物理面上下振动并横向

10、摆动的抽基准面是一个相对于地球物理面上下振动并横向摆动的抽象等势面象等势面 在一个能量、物质、时间和空间被保存的封闭地层系统中，在一个能量、物质、时间和空间被保存的封闭地层系统中，基准面代表沉积物通量基准面代表沉积物通量(sediment flux)的能量最小的面的能量最小的面 基准面就是一个在其上即不发生沉积作用，亦不发生剥蚀基准面就是一个在其上即不发生沉积作用，亦不发生剥蚀作用，从而沉积物通量不发生变化的抽象面作用，从而沉积物通量不发生变化的抽象面基准面并不是一个水平面基准面并不是一个水平面基准面与海平面及地面的关系基准面与海平面及地面的关系基准面旋回特点基准面旋回特点 基准面升降旋回，包

11、括上升和下降两部分记录了可容基准面升降旋回，包括上升和下降两部分记录了可容空间由最小向最大方向或由最大向最小方向单向变化空间由最小向最大方向或由最大向最小方向单向变化的过程的过程 整个盆地或大规模的区域内同时发生的整个盆地或大规模的区域内同时发生的 层次性层次性 不同区域可以进行不同的层次划分不同区域可以进行不同的层次划分基准面下降辨识标准基准面下降辨识标准相域向海迁移相域向海迁移可容纳空间：在沉积基准面之下可供潜在沉积物堆积的空间，它是海/湖平面（沉积基准面）升降和构造沉降的函数。1）不整合（unconformity） 角度不整合 微角度和平行不整合（disconformity) 不连续或间

12、断面 (discontinuity) 区域性冲刷面、同沉积侵蚀面 (erosional nuconformity)2) 无沉积作用面/低速沉积面（层） 暴露面、风化壳 水下无沉积作用面，如前三角洲底超面 浅、深海（湖）暗色、黑色泥质沉积 煤层古土壤层4）标志沉积层或事件沉积（灾变、缺氧） 火山灰层 黑色页岩5）生物演化界面灾变性、生物组合变化几种方法理论的比较Cross 的高分辩层序地层-不整合面、无低位域Embery 的T-R旋回-初始海进面成因地层学（Galloway）-最大的海泛面Exxon的层序地层-不整合面、对应的整合面SequenceStratigraphyModelTree三大学

13、派层序和层序边界三大学派层序和层序边界Crosss high resolution sequence上升下升沉积基准面A A 以过程以过程- -响应动力学原理为指导，以多级次基准面旋回响应动力学原理为指导，以多级次基准面旋回 为参照格架为参照格架B B 层序地层学与沉积学紧密结合，以露头、岩心、地震、层序地层学与沉积学紧密结合，以露头、岩心、地震、 测井资料为基础测井资料为基础C C 依据依据A/SA/S比值变化趋势识别多级次基准面旋回比值变化趋势识别多级次基准面旋回D D 层序界面可以是不整合面，还可以是沉积作用转换面层序界面可以是不整合面，还可以是沉积作用转换面E E 高频或高精度层序地层

14、格架的建立以及储层精细预测高频或高精度层序地层格架的建立以及储层精细预测 高分辨率层序地层学高分辨率层序地层学利用基准面旋回进行地层对比利用基准面旋回进行地层对比两个优点两个优点 在不同沉积环境中是等时的在不同沉积环境中是等时的 不需要知道海平面的位置沉降史及沉积物不需要知道海平面的位置沉降史及沉积物的供给情况的供给情况表表1 海陆相盆地层序地层研究影响因素对比海陆相盆地层序地层研究影响因素对比盆地类型：海相盆地陆相盆地盆地类型：海相盆地陆相盆地控制因素：控制因素：主要受全球海平面变化、盆地沉降、主要受全球海平面变化、盆地沉降、主要受构造沉降、物源供给、气候、古地形主要受构造沉降、物源供给、气

15、候、古地形沉积速率和气候四种因素影响；沉积速率和气候四种因素影响；沉积水动力条件等因素影响；沉积水动力条件等因素影响；主要作用营力：主要作用营力：波浪、潮汐、海流、风暴、海底火山等；波浪、潮汐、海流、风暴、海底火山等；主要受大陆水流、波浪、潮流等影响；主要受大陆水流、波浪、潮流等影响；沉积范围：沉积范围：海岸带、陆架、陆坡、深海，横向穿越距离海岸带、陆架、陆坡、深海，横向穿越距离冲积扇区、河流沉积区、湖泊沉积区；冲积扇区、河流沉积区、湖泊沉积区；数十米至数百千米；数十米至数百千米；（包括滨湖、浅湖、深湖区），沉积范围相对窄；（包括滨湖、浅湖、深湖区），沉积范围相对窄；沉积层横向连续性：沉积层横

16、向连续性：横向延伸距离大，连续性好；横向延伸距离大，连续性好；横向延伸距离较短，连续性较差；横向延伸距离较短，连续性较差；层序厚度及变化：层序厚度及变化：层序厚度大，一般为十几米至数百米，层序厚度大，一般为十几米至数百米，层序厚度相对较小，一般为数十米至百余米，层序厚度相对较小，一般为数十米至百余米，厚度较稳定；厚度较稳定；厚度变化较大；厚度变化较大；沉积相变：沉积相变：沉积相连续、稳定、相变逐渐过渡；沉积相连续、稳定、相变逐渐过渡；沉积相变化较快，常见相的突变；沉积相变化较快，常见相的突变；体系域特征：体系域特征：海侵、海退幅度大，体系域特征明显，海侵、海退幅度大，体系域特征明显，湖水进退频

17、繁、幅度较小，体系域特征；湖水进退频繁、幅度较小，体系域特征；凝缩层易确定；凝缩层易确定；不太明显，凝缩层难以确定；不太明显，凝缩层难以确定；构造影响：构造影响：大范围影响，相对较弱；大范围影响，相对较弱；频繁影响；频繁影响；对比难程度：对比难程度：相对较易：相对较易：相对而言更复杂、困难；相对而言更复杂、困难； 陆相湖盆层序地层学研究难点陆相湖盆层序地层学研究难点1陆相湖平面变化的敏感性；2 陆相湖盆分布的孤立性；3敞流湖盆与闭流湖盆的差别 ；4湖平面升降曲线的确定依据；5海侵的影响。 1陆相湖平面变化的敏感性；1）湖平面受构造控制；（上下掀斜走滑断裂和地震）湖平面受构造控制；（上下掀斜走滑

18、断裂和地震等）。等）。2）湖平面受气候控制；（长周期短周期年季节和甚）湖平面受气候控制；（长周期短周期年季节和甚至干旱的月份）。至干旱的月份）。3）湖平面受物源控制；）湖平面受物源控制；（剥蚀的难易多少流路的变（剥蚀的难易多少流路的变化堆积后的改道洪水的决口等）。化堆积后的改道洪水的决口等）。4陆地植被水生生物介质盐度风向。陆地植被水生生物介质盐度风向。5受海洋的影响。受海洋的影响。2 陆相湖盆分布的孤立性；陆相湖盆分布的孤立性；1）没有统一的水域变化；（数平方千米至几十万）没有统一的水域变化；（数平方千米至几十万平方午千米深度化大）。平方午千米深度化大）。2）高差相对大；（海拔差异大）。）高差相对大；（海拔差异大）。3水体性质差异大；水体性质差异大；（温度密度含氧量等）。（温度密度含氧量等）。4沉积体大小不同；沉积体大小不同；具体来说：具体来说：1凝缩层难以确定；凝缩层难以确定；2沉积物难以对比；沉积物难以对比；3初始湖泛面和最大湖泛面难以确定；初始湖泛面和最大湖泛面难以确定；4由于各湖盆不连，难以进行相互间的对比；由于各湖盆不连，难以进行相互间的对比；5物源变化快，叠合后难以分清先后。物源变化快，叠合后难以分清先后。6断层复杂化后更难等时对比；断层复杂化后更难等时对比；7湖盆周围沉积体的等时性