陆相层序地层学的研究现状及发展趋势

1、陆相层序地层学的研究现状及发展趋势1 层序地层学的发展简史 层序地层学是在地震地层学的基础上发展起来的，它凝聚了半个世纪的研究成果，是“莱依尔以来在地层、沉积领域的最大贡献”(Brown等)，其发展历史大体经历了以下4个阶段：1.1 层序地层学的初期阶段 自从Sloss于1948年正式提出层序的概念后，层序地层学便诞生了。Sloss认为层序是“比群和超群更高一级的岩石地层学单位”，而没有现代层序地层学的概念。其观点在20世纪5070年代没有受到足够的重视而长期进展不大。所以该时期可称为层序地层学的初期阶段。1.2 地震层序地层学阶段 PRVail等1977年在第26集AAPG杂志上发表了地震地

2、层学论文集，这算是层序地层学的萌芽阶段。在论文集中，作者们提出并强调了海平面升降的概念，并认为“层序地层的形成基本上或完全受全球性海平面升降变化的控制”，这为层序地层学的诞生播下了种子。尽管地震地层学理论代表了层序应用发展历史过程中的重大一步，但此阶段层序的划分主要是用地震资料，测井、岩心和露头一般不能单独用来分析层序。1.3 层序地层学的形成阶段 地震地层学使人们开始利用地震速度来提取岩性信息，并能够在盆地规模上对地层结构、沉积相的展布及其变化进行分析研究和预测，并在此基础上产生了层序地层学。1987年，PRVail及JCWagoner在AAPG杂志上发表的论文中明确使用了“层序地层学”这一

3、新的概念。1988年JCWagoner主编了SEPM层序地层学特刊(中译本名为“层序地层学原理(海平面综合分析)；它系统全面地讨论了层序地层学的理论、方法，厘定了名次和术语的定义。从此掀起了全球性的层序地层学热潮。1.4 层序地层学发展阶段 从1988年至今，层序地层学得到不断发展和广泛应用，特别是陆相层序地层学研究又有了新的进展，在发展过程中还产生了层序生物地层学、细碎屑岩层序地层学、成岩层序地层学、高频层序地层学、层序充填动力学、高分辨率层序地层学等分支学科。2 陆相盆地层序地层学研究现状2.1 国内外陆相层序地层学术语研究概况 由于经典的层序地层学理论把海平面作为层序成因的主导因素，所以

4、该理论如何推广到陆相地层的研究中成了地学界关注的焦点。自20世纪80年代，国外一些学者开始了陆相地层的层序地层学研究。如：Posamentier和Vail(1988)、Legarretah和Gu1isano(1989)、Shanley和McCabe(1989，1991，1993)、Vagoner(1995，1998)等先后对近海冲积地层进行了层序地层学的研究。Shanley和McCabe(1989，1991，1993)在描述美国尤它州南部Kaiparowits高原与海相地层可追踪对比的冲积相层序地层时，使用的是海进体系域及高水位体系域术语；O1sen(1990，1991)在其断陷湖盆层序地层模

5、式中使用的是低水位体系域、水进体系域及高水位体系域；此外，在其它层序地层用语方面，国外学者也不尽相同。如：Van Wagoner等(1990)将层序地层单元划分为九级，而Brett等(1990)则将Van Wagoner的“超层序”级别的地层单元命名为全层序。在三级层序单元“层序”概念的认识上，Vail(1991)将三级层序地层单元“层序”的时限定义在0.55Ma，而Brett(1990)则将“层序”时限所对应的单元进一步细分，将23Ma时限对应的层序地层单元命名为“层序”，将11.5Ma的层序地层单元命名为“亚层序”。虽然国外学者所用术语不同，基本沿用了传统的术语体系，基本保持了经典层序地层

6、学理论中关于海平面升降控制层序发育的研究思路。 在我国，许多学者结合自己的科研实践提出了不同的术语体系，其中主要包括三分观点和四分观点。三分观点中，徐怀大(1993)主张陆相层序地层采用“低水位体系域、湖进体系域、高水位体系域”术语；魏魁生等(1993，1996)主张使用的是“低水位体系域、水进体系域、高水位体系域”术语；李(1992，1994)建议使用“低水位体系域、湖泊扩展体系域、湖泊萎缩体系域”等术语。四分观点中，刘招君等(1994，1995，1997)在其陆相层序地层模式中首次提出了“低水位体系域、高水位体系域和水退体系域”三级层序内体系域四分的术语体系；纪友亮等(1996，1998)

7、在其气候层序学模式中也使用了“低水位体系域，湖泊扩张体系域、湖泊收缩体系域和非湖泊体系域”四分方案术语。 综上所述，我国学者在陆相层序地层学术命名方面较少受经典层序地层学关于海平面变化影响作用的束缚。但是所用术语差异较大，有待进一步统完善。2.2 国内外陆相层序地层模式研究概况 国外一些学者自20世纪80年代末以来便开始 尝试层序地层学在陆相地层研究中的运用。Posamentier和Vail(1998)提出了一个非海相(冲积)层序地层学模式；Shanley和McCabe(1994)的研究也提出了一个较为完整的河流相层序地层模式，Kaven等(1994)通过对美国西部前陆湖泊盆地的研究得出了湖水

8、“超补偿期、补偿期和非补偿期”不同阶段的层序地层特征和模式。Shanley(1994)和Risch (1996)在回顾前人研究成果的基础上，还对非海相层序地层模式的研究进行了总结。但是国外学者对陆相地层的研究大多仍局限在近海环境中，通过海相夹层或海陆交互相来揭示陆相地层的层序地层特征，并没有摆脱经典层序地层学理论中关于海平面升降控制层序(包括陆相层序)发育的思路而完全深入到真正的陆相盆地之中。在我国，陆相层序地层学研究是以含油气盆地展开的，我国的学者根据自己的科研实践提出了各自的观点。顾家裕等(1992)提出了两种陆相盆地层序地层模式，即塌陷盆地层序模式和陆相断陷盆地层序地层模式，并进一步将断

9、陷盆地模式细分为陡坡型和缓坡型两种不同类型；纪友亮等(1996)注意到了湖盆水文地质分类中的开放湖盆和闭流湖盆其湖平面变化机制和规律不同，进而对层序形成的机制进行了层序分类，划分出构造层序和气候层序两类层序，相应地建立起了不同的模式。魏魁生、邓洪文等也结合自己的科研成果提出了不同的陆相层序模式。 在目前的陆相层序中，讨论最多的便是陆相断陷湖盆。代表性模式包括：Scho1z的模式、O1sen的模式、Prosser的模式、顾家裕的模式。这四种模式虽各具特点，但存在明显的问题：一是典型性不强，各自强调某一方面作为模式的建立依据，使之缺乏典型性；二是这些层序地层模式中内部体系域的划分上差别很大。鉴于此

10、，国内外学者应从层序的形成机制入手，搞清控制断陷湖盆层序发育的基准面的周期性运动规律，才能客观的概括出具有普遍意义和典型性的断陷湖盆层序地层模式。 2.3 陆相层序地层的控制因素 sloss提出构造层序地层学的主要控制因素的观点，他认为大陆及大陆边缘经受上升和沉降单元构造演化的影响，这些单元控制着相对海平面的变化和沉积环境的分布。近年来，Vail等对构造作用、全球海平面变化及沉积作用的关系重新剖析，把构造作用按幕式事件分成一、二、三级，分别是盆地形成及演化(50Ma以上)、盆内构造沉降速率和补给速度(350Ma)、事件沉积的形成(0.53Ma)的主控或主导因素；同时认为海平面变化也具有与构造事

11、件相对应的级别，主体海侵海退旋回变化与二级构造事件对应，并决定沉积作用的方式和充填物的类型。结论是构造和全球海平面变化是层序的主导因素。我国陆相盆地占有相当的数量，许多学者认为我国陆相盆地层序地层学的主要控制因素是构造作用(李思田等，魏魁生，徐怀大)。 纪友亮等人通过研究提出，在某些地质背景下，气候因素可以成为控制层序发育主导因素，影响湖盆的沉积演化。并明确指出气候的变化只对闭流湖平面产生影响，而闭流湖盆的湖平面又受盆地基底整体构造沉降因素的影响。 2.4 高分辨宰层序地层学 随着盆地油气勘探与开发向更复杂和更深入的方向发展，以及隐蔽油气藏勘探风险的不断增加，石油地质学家需要更精确的技术，以提

12、高层序地层分析的分辨率和储层预测的准确性。在这种背景下，高分辨率层序地层学分析理论与方法应运而生，高分辨率层序地层学是以Cross领导的科罗拉多矿业学院成因地层研究组为代表提出的，邓洪文教授首次将该理论体系在国内作了较为详细的介绍，随后引起了许多地质学家的重视，并逐步在实践中得到应用。高分辨率层序地层学就是利用高分辨率地震剖面、测井、岩心和露头资料，通过对层序地层基准面的分析，运用精细的层序地层划分对比技术，建立油田乃至油藏级储层的成因地层对比骨架。由于时间分辨率的增加，地层预测的准确性大为提高，并能为油藏数值模拟提供可靠的岩石物理模型。这里的“高分辨率”系指“对不同级次地层基准面旋回进行划分

13、和等时对比的高精度时间分辨率，也即高分辨率的时间地层单元即可应用于油气田勘探阶段长时间尺度的层序单元划分和等时对比，也适用于开发阶段时间尺度的砂层组、砂层和单砂体层序单元划分和等时对比”。 目前，国内外高分辨研究成果不少，如TACross领导的科罗拉多矿业学院成因地层研究组的报道：美国中西部尤因塔盆地南部始新统绿河组河流三角洲湖泊相地层、哥伦比亚L5aMos盆地第三系MiMdor组河流相地层等。国内以郑荣才、邓洪文两位教授为代表的高分辨率层序地层专家将高分辨层序地层的理论运用于我国含油气盆地储层预测的实践中，极大地丰富和发展了高分辨率层序地层学理论。 3 陆相层序地层学存在问题 虽然陆相层序地

14、层学的研究取得了一定的成果，但是我们也要看到陆相层序地层学研究毕竞起步较晚，尚存在许多问题有待于探索： 陆相层序发育的控制因素及诸因素之间的辩证关系；沉积基准面；湖平面变化与全球海平面升降的相关性及其对比问题；不同的陆相盆地在其形成过程中究竟哪种因素起主要作用。 陆相层序级别的厘定及其主导因素；层序界面及界面类型；体系域划分及其命名。 陆相层序地层学模式。对于陆相层序地层学模式，国外报道较少；我国的地质工作者对此进行了有益的探讨，但模式各异、有待统一。究其原因，其一，陆相盆地盆间地质背景差异很大，类型多样，且控制陆相层序发育的因素十分复杂；其二，这些模式大多是在某些地区研究的基础上总结出来的，

15、难免带有局限性。因此，建立和完善不同地质背景下陆相盆地层序地层学模式、倡导一套适应于大多数陆相盆地的层序地层学术语体系，乃当今该领域的重要课题之一。 应用高分辨率层序地层学原理和方法研究高频层序，预测油藏级储层的时空分布，以拓宽层序地层学在陆相湖盆中的应用前景，因为陆相湖盆中岩相变化大、储层非均质性严重、砂泥薄互层发育。 层序地层学原理在陆相盆地研究中发挥了重要的作用，但是由于沉积盆地类型复杂、发育特征不同、使层序地层学工作受到了限制，尤其是对一些深水地区、构造活动地区以及岩性、岩相变化不大的区带工作，它的功能并不显著，因此应加强与其它盆地研究学科的有机结合。如：事件地层学、生物地层学等。 陆

16、相层序地层学定量研究和计算机模拟的研究需要加强。20世纪80年代后，地球动力学及盆地分析等理论学科的兴起和高新技术在沉积学中的广泛应用，为模拟层序地层学的发展提供了可能，但从目前研究状况看，无论是理论上还是方法上都不是很成熟。 在油气勘探与开发方面，层序地层学的广泛应用，对提高油气勘探精度，降低油气勘探风险，改善老油气区油气田开发条件，提高采收率和降低成本上，取得了巨大的成就，但是某些方面还有不足，表现在：层序地层学与实际的油气勘探和开发没有统一的工作方法；陆相层序的勘探模式和开发模式尚需完善；加强勘探成熟区的层序地层学研究以发现更多的隐蔽油气藏；加强油气田开发过程中的层序地层学的研究，尤其是

17、高分辨率层序地层学的研究，摘清油藏级储层时空分布及连通情况，提高油气采收率。4 陆相层序地层学发展趋势 陆相湖盆层序地层学在下列几个方面还需作更深入的研究： 深入研究不同构造、古地理背景下层序地层格架的发育特征和模式； 加强陆相湖盆层序形成时构造作用的研究； 在明确海相层序地层学理论能够应用于陆相盆地层序地层学研究的基础上，对不同构造背景、不同岩石类型的陆相盆地或同一类型盆地不同构造单元进行层序地层学研究，建立相应的层序地层学模式，恢复能够用于相互对比的基准面变化曲线和湖平面升降变化曲线； 以不同级别的层序为单元，开展岩相古地理研究，建立不同类型盆地的沉积体系分布模式和地层圈闭分布模式，以提高

18、有效储集体和地层圈闭的预测能力； 在开展油气勘探阶段层序地层学工作的同时，开展重点目标区的高分辨层序地层学的研究，应用高分辨层序地层学原理和方法研究高频层序，预测油藏级储层的时空展布； 探讨不同类型盆地、同一类型盆地不同构造单元的层序地层构型的主控因素，指出不同级别层序周期的嵌套和藕合特征，确定不同周期的层序地层与生储盖组合和隐蔽圈闭间的对应关系，提高隐蔽圈闭的识别技术，确定有利勘探区块； 成岩层序地层学的研究。长期以来，人们在进行层序地层学的研究过程中，往往只注重钻井、地震及野外露头资料的宏观分析，而忽略沉积记录中各种微观信息。近年来的研究表明，在沉积岩粒间胶结物、次生加大边、次生矿物和孔洞充填矿物中，准确记载着当时地球动力学和物理化学