陸相層序地層學

陸相層序地層學是指根據露頭、岩心、測井和地震資料，結合有關沉積環境和岩相古地理解釋，對地層層序格架進行地質綜合解釋的一門新興學科。

基本介紹

• 中文名：陸相層序地層學
• 外文名：continental sequence stratigraphy
• 難點：與實際結合等
• 依據：露頭、岩心、測井和地震資料
• 控制因素：沉積速率與可容納空間變化速率
• 學科：沉積學

研究現狀

國內外陸相層序地層學術語研究概況

由於經典的層序地層學理論把海平面作為層序成因的主導因素，所以該理論如何推廣到陸相地層的研究中成了地學界關注的焦點。自20世紀80年代，國外一些學者開始了陸相地層的層序地層學研究。如：Posamentier和Vail(1988)、Legarretah和Gu1isano(1989)、Shanley和McCabe(1989，1991，1993)、Vagoner(1995，1998)等先後對近海沖積地層進行了層序地層學的研究。Shanley和McCabe(1989，1991，1993)在描述美國尤它州南部Kaiparowits高原與海相地層可追蹤對比的沖積相層序地層時，使用的是海進體系域及高水位體系域術語；O1sen(1990，1991)在其斷陷湖盆層序地層模式中使用的是低水位體系域、水進體系域及高水位體系域；此外，在其它層序地層用語方面，國外學者也不盡相同。如：Van Wagoner等(1990)將層序地層單元劃分為九級，而Brett等(1990)則將Van Wagoner的“超層序”級別的地層單元命名為全層序。在三級層序單元“層序”概念的認識上，Vail(1991)將三級層序地層單元“層序”的時限定義在0.5——5Ma，而Brett(1990)則將“層序”時限所對應的單元進一步細分，將2—3Ma時限對應的層序地層單元命名為“層序”，將1—1.5Ma的層序地層單元命名為“亞層序”。雖然國外學者所用術語不同，基本沿用了傳統的術語體系，基本保持了經典層序地層學理論中關於海平面升降控制層序發育的研究思路。

在我國，許多學者結合自己的科研實踐提出了不同的術語體系，其中主要包括三分觀點和四分觀點。三分觀點中，徐懷大(1993)主張陸相層序地層採用“低水位體系域、湖進體系域、高水位體系域”術語；魏魁生等(1993，1996)主張使用的是“低水位體系域、水進體系域、高水位體系域”術語；李(1992，1994)建議使用“低水位體系域、湖泊擴展體系域、湖 泊萎縮體系域”等術語。四分觀點中，劉招君等(1994，1995，1997)在其陸相層序地層模式中首次提出了“低水位體系域、高水位體系域和水退體系域”三級層序內體系域四分的術語體系；紀友亮等(1996，1998)在其氣候層序學模式中也使用了“低水位體系域，湖泊擴張體系域、湖泊收縮體系域和非湖泊體系域”四分方案術語。

綜上所述，我國學者在陸相層序地層學術命名方面較少受經典層序地層學關於海平面變化影響作用的束縛。但是所用術語差異較大，有待進一步統—完善。

國內外陸相層序地層模式研究概況

國外一些學者自20世紀80年代末以來便開始 嘗試層序地層學在陸相地層研究中的運用。Posamentier和Vail(1998)提出了一個非海相(沖積)層序地層學模式；Shanley和McCabe(1994)的研究也提出了一個較為完整的河流相層序地層模式，Kaven等(1994)通過對美國西部前陸湖泊盆地的研究得出了湖水“超補償期、補償期和非補償期”不同階段的層序地層特徵和模式。Shanley(1994)和Risch (1996)在回顧前人研究成果的基礎上，還對非海相層序地層模式的研究進行了總結。但是國外學者對陸相地層的研究大多仍局限在近海環境中，通過海相夾層或海陸互動相來揭示陸相地層的層序地層特徵，並沒有擺脫經典層序地層學理論中關於海平面升降控制層序(包括陸相層序)發育的思路而完全深入到真正的陸相盆地之中。在我國，陸相層序地層學研究是以含油氣盆地展開的，我國的學者根據自己的科研實踐提出了各自的觀點。顧家裕等(1992)提出了兩種陸相盆地層序地層模式，即塌陷盆地層序模式和陸相斷陷盆地層序地層模式，並進一步將斷陷盆地模式細分為陡坡型和緩坡型兩種不同類型；紀友亮等(1996)注意到了湖盆水文地質分類中的開放湖盆和閉流湖盆其湖平面變化機制和規律不同，進而對層序形成的機制進行了層序分類，劃分出構造層序和氣候層序兩類層序，相應地建立起了不同的模式。魏魁生、鄧洪文等也結合自己的科研成果提出了不同的陸相層序模式。

在目前的陸相層序中，討論最多的便是陸相斷陷湖盆。

代表性模式包括：Scho1z的模式、O1sen的模式、Prosser的模式、顧家裕的模式。這四種模式雖各具特點，但存在明顯的問題：一是典型性不強，各自強調某一方面作為模式的建立依據，使之缺乏典型性；二是這些層序地層模式中內部體系域的劃分上差別很大。鑒於此，國內外學者應從層序的形成機制入手，搞清控制斷陷湖盆層序發育的基準面的周期性運動規律，才能客觀的概括出具有普遍意義和典型性的斷陷湖盆層序地層模式。

控制因素

根據層序地層學原理，沉積速率與可容納空間變化速率的比值決定層序格架的結構和層序界面的形成。沉積基準面的升降速率決定著可容納空間的變化速率。陸相湖盆中的水下沉積基準面是湖平面和河流平衡面及其在湖盆中的延伸部分。目前認為，構造升降所控制的湖平面變化、氣候和沉積物的供給對陸相湖盆層序發育的範圍、沉積厚度、演化階段及層序界面的形成起主要控制作用。

地質歷史上，對於同一湖盆，不同時期有不同的主控因素，同一時期存在不同的控制因素。一方面，在湖盆演化的不同階段，不同因素分別起卞要控制作用，這和盆地類型的轉化有關，即在盆地發育的不同時期，敞流湖盆和閉流湖盆可以相互轉化。某一時期，形成敞流湖盆，構造因素決定著層序界面的形成;另一時期，形成閉流湖盆，氣候因素起重要作用。另一方面，同一時期不同因素共同影響層序的發育。

陸相湖盆層序地層對各種因素的變化較為敏感，非主控因素極容易模糊主控因素的主導作用。這都增加了層序發育主控因素研究的難度。

儘管如此，許多學者認為，我國陸相盆地層序地層的主要控制因素是構造作用，構造因素不僅直接控制可容納空間的變化，而且，陸相盆地的產生、發展與演化都受控於不同序次的構造運動。此外，構造因素還會通過改造地貌特徵等方式，間接影響剝蝕速率、沉積物類型、沉積物供給速率，甚至局部的氣候條件。

級別劃分

陸相層序地層的級別劃分需要將各類識別標誌與盆地的沉積旋迴及構造演化特徵綜合起來考慮，進行井剖面的精細層序與地震剖面上的巨觀層序的結合對比，以準確確定層序界面的級別。

Vail等人(1991)將沉積層序分為6個級別，其中1—3級的層序為構造成因，或全球性海平面變化引起的，而4級層序則是局部作用過程引起的小範圍分布的(下表）根據層序界面的性質及分布等可將陸相層序地層劃分為不同的級別。

不同級別陸相層序單元的特徵、不同級別層序的厚度範圍、橫向分布範圍及形成的時間範圍各不相同。在技術精度上，岩心和露頭可識別層序到紋層之間所有級別的層序，測井識別的精度只能達到“層”級，而地震勘探最多只能識別準層序組級別的層序。在進行層序地層學研究中，需將井剖面上的精細層序地層學研究與地震剖面上的巨觀地震層序地層學研究相結合，相互補充並對比驗證。

不同層序級別劃分表(據Vail, 1991)

級別	一	二	三	四	五	六
時間區間（MPa）	>50	3~50	0.5~3	0.08~0.5	0.03~0.08	0.01~0.03

因而一般意義上的層序即為三級層序，而體系域及準層序組級別為四級層序，準層序一般為五級層序。對於陸相湖盆體系域的劃分可採取三分法，即低位體系域((LST)、湖侵(或湖擴展)體系域(TST或EST)、高位體系域(HST)。也可採取四分法，即低位體系域、湖侵(或湖擴展)體系域、高位體系域與湖泊收縮體系域(FFST)。而高解析度層序地層學通常並不劃分體系域，而是依據基準面旋迴的級別進行劃分，可劃分為六級:巨旋迴、超長期、長期、中期、短期和超短期。

存在問題

雖然陸相層序地層學的研究取得了一定的成果，但是我們也要看到陸相層序地層學研究畢競起步較晚，尚存在許多問題有待於探索：

①陸相層序發育的控制因素及諸因素之間的辯證關係；沉積基準面；湖平面變化與全球海平面升降的相關性及其對比問題；不同的陸相盆地在其形成過程中究竟哪種因素起主要作用。

②陸相層序級別的厘定及其主導因素；層序界面及界面類型；體系域劃分及其命名。

③陸相層序地層學模式。對於陸相層序地層學模式，國外報導較少；我國的地質工作者對此進行了有益的探討，但模式各異、有待統一。究其原因，其一，陸相盆地盆間地質背景差異很大，類型多樣，且控制陸相層序發育的因素十分複雜；其二，這些模式大多是在某些地區研究的基礎上總結出來的，難免帶有局限性。因此，建立和完善不同地質背景下陸相盆地層序地層學模式、倡導一套適應於大多數陸相盆地的層序地層學術語體系，乃當今該領域的重要課題之一。

④套用高解析度層序地層學原理和方法研究高頻層序，預測油藏級儲層的時空分布，以拓寬層序地層學在陸相湖盆中的套用前景，因為陸相湖盆中岩相變化大、儲層非均質性嚴重、砂泥薄互層發育。

⑤層序地層學原理在陸相盆地研究中發揮了重要的作用，但是由於沉積盆地類型複雜、發育特徵不同、使層序地層學工作受到了限制，尤其是對一些深水地區、構造活動地區以及岩性、岩相變化不大的區帶工作，它的功能並不顯著，因此應加強與其它盆地研究學科的有機結合。如：事件地層學、生物地層學等。

⑥陸相層序地層學定量研究和計算機模擬的研究需要加強。20世紀80年代後，地球動力學及盆地分析等理論學科的興起和高新技術在沉積學中的廣泛套用，為模擬層序地層學的發展提供了可能，但從目前研究狀況看，無論是理論上還是方法上都不是很成熟。

⑦在油氣勘探與開發方面，層序地層學的廣泛套用，對提高油氣勘探精度，降低油氣勘探風險，改善老油氣區油氣田開發條件，提高採收率和降低成本上，取得了巨大的成就，但是某些方面還有不足，表現在：層序地層學與實際的油氣勘探和開發沒有統一的工作方法；陸相層序的勘探模式和開發模式尚需完善；加強勘探成熟區的層序地層學研究以發現更多的隱蔽油氣藏；加強油氣田開發過程中的層序地層學的研究，尤其是高解析度層序地層學的研究，摘清油藏級儲層時空分布及連通情況，提高油氣採收率。

研究難點

陸相層序地層學是一門新興的層序地層學分支學科，自它誕生以來，一直就受到相關研究人員的廣泛關注，並引起不同觀點的學術爭論。這一方面說明陸相層序地層學研究具有旺盛的生命力，可以發展成為層序地層學的一個分支，另一方面也說明陸相層序地層學與海相層序地層學有著一定的差異，對其研究具有相當大的難度，尚需創立一套完整的陸相層序地層學理論體系和方法，並不斷加以完善，尤其要運用到油氣田實際勘探開發之中。

陸相層序地層學研究的難度主要體現在兩大方面:

一是由於陸相湖盆沉積面積小，地層變化大，相變快，層序地層分布複雜，直接套用海相層序地層學的概念體系會出現很多問題;

二是實際套用中，與油氣勘探開發等生產的直接結合上，由於大多數油田單位多採用岩性地層的分類方法並廣泛用於油氣田生產，這樣如何使層序地層學劃分方案直接用於生產上，並使廣大石油工作者能易於掌握和運用是一個難點。

發展趨勢

陸相層序地層學在下列幾個方面還需作更深入的研究：

①深入研究不同構造、古地理背景下層序地層格架的發育特徵和模式；

②加強陸相湖盆層序形成時構造作用的研究；

③在明確海相層序地層學理論能夠套用於陸相盆地層序地層學研究的基礎上，對不同構造背景、不同岩石類型的陸相盆地或同一類型盆地不同構造單元進行層序地層學研究，建立相應的層序地層學模式，恢復能夠用於相互對比的基準面變化曲線和湖平面升降變化曲線；

④以不同級別的層序為單元，開展岩相古地理研究，建立不同類型盆地的沉積體系分布模式和地層圈閉分布模式，以提高有效儲集體和地層圈閉的預測能力；

⑤在開展油氣勘探階段層序地層學工作的同時，開展重點目標區的高分辨層序地層學的研究，套用高分辨層序地層學原理和方法研究高頻層序，預測油藏級儲層的時空展布；

⑥探討不同類型盆地、同一類型盆地不同構造單元的層序地層構型的主控因素，指出不同級別層序周期的嵌套和藕合特徵，確定不同周期的層序地層與生儲蓋組合和隱蔽圈閉間的對應關係，提高隱蔽圈閉的識別技術，確定有利勘探區塊；

⑦成岩層序地層學的研究。長期以來，人們在進行層序地層學的研究過程中，往往只注重鑽井、地震及野外露頭資料的巨觀分析，而忽略沉積記錄中各種微觀信息。近年來的研究表明，在沉積岩粒間膠結物、次生加大邊、次生礦物和孔洞充填礦物中，準確記載著當時地球動力學和物理化學及各種自然變遷的信息，這些信息對於層序地層的分析具有很強的指示作用；

⑧加強陸相層序地層學定量研究和計算機模擬的研究；

⑨油氣田勘探和開發中的研究。層序地層學和油氣勘探之間應有更多的交流，工作方法要逐步統一和規範化；層序地層預測油氣生、儲、蓋、圈閉的模式需要不斷完善和豐富；在勘探成熟區；套用層序地層學理論尋找和預測非構造圈閉和隱蔽油氣藏的研究力度應加強。開發方面，通過對層序中儲層的非均一性、油氣的採收率等有關問題的研究，來指導油藏預測和開發。如沙烏地阿拉伯的Shuiba油田通過層序地層學研究，調整了注水層位，明顯的降低了油水比，提高了採收率。