层序地层学国内外研究现状及发展趋势

层序地层学研究现状及进展~

2.1.2.1 层序地层学研究现状
（1）层序地层学的研究领域不断扩大
其研究领域由被动大陆边缘盆地扩展到前陆盆地（Krystinik等，1995；Schwans P，1995），裂谷盆地（如Muto等（1997）对北海裂谷盆地中侏罗统Oserberg三角洲的层序地层学研究）和各种类型的陆相盆地（如Shanley等（1994）研究了陆相断陷盆地、山间盆地、滨海盆地等不同类型盆地的层序地层样式和层序形成的控制作用）。
（2）层序地层的研究精度不断提高
由以研究三级层序（1～5Ma）为主逐渐转向高频层序地层（0.12～0.5Ma）和高分辨率层序地层。高频层序地层学的概念最早由Van Wagoner等（1990）提出。他们把四级海平面旋回以下的高频海平面旋回所形成的层序或准层序叫高频层序。随后，Brown等（1995）在南非Pletmos盆地、Bredasdrop盆地，Orange盆地白垩纪后期地层的三级层序中划分出了10～12个时限在0.2～0.5Ma的低位体系域（LST）、海侵体系域（TST）、高位体系域（HST）发育完整的三级层序。高分辨率层序地层学最早由科罗拉多矿业学院的Cross等（1994）提出，他们把基准面旋回作为理解层序成因并进行层序划分的主要依据，按基准面的长周期和短周期旋回的地层沉积过程响应来实现高分辨率成因层序地层对比。
（3）层序形成的主控因素复杂性
由以经典层序地层学派所认为的全球海平面升降（Eustasy）为主，逐步被扩展为受海平面升降、构造运动、沉积物供给等多种因素共同作用。如Sissingh（1997）分析了阿尔卑斯前陆盆地构造地层的沉积历史后指出：新生界层序明显与前陆盆地造山变形事件和全球海平面变化一致。Muto等（1997）把受构造控制的相对海平面变化作为控制层序形成的动力学原因。Ravnas等（1998）进一步认为，作为地层层序主控因素的构造活动对层序形成的控制作用远大于海（湖）平面的变化，特别是在大陆环境中，海平面变化对层序形成的意义不大，而构造活动变为主控因素。
大于1Ma的长周期的气候旋回与海平面变化周期具有同步性。他们都受控于全球构造、冰川的消融等因素，其对层序的控制与海平面升降具有相同的特征。四级以下的高频层序的形成与米兰科维奇气候旋回有关，这一点已被Juha'sz E'（1997）对Pannonian盆地的研究所证实。沉积物供给作用对层序形成的控制作用主要体现在沉积物供给速率与可容空间的关系决定了层序体系域的叠加方式。
把导致层序形成的海平面旋回、构造旋回、气候旋回与地球演化的节律联系起来，使层序地层学的研究成为再造板块构造及地球演化史的有力工具。因为地球深部过程引起板块运动，板间、板缘及板内构造过程造成沉积盆地，盆地充填演化导致沉积层序，从该意义上讲，层序反映盆地，盆地揭示板块，板块揭示深部过程。
（4）层序地层学在陆相断陷盆地的成功应用
层序地层学在陆相断陷盆地的成功应用是对层序地层学理论的完善和发展，并取得了一定的进展。这些进展主要体现在两个方面：①陆相断陷盆地层序形成的动力学机制更加强调盆地构造、气候、沉积物供给、基准面变化对层序形成的控制作用；②陆相断陷盆地层序的对比与划分、层序级别的确定、层序模式及体系域构成形成了自己的特点。
总体来看，陆相断陷盆地层序地层学的研究把盆地构造运动和气候变化作为层序形成的主控因素，用沉积基准面旋回的概念代替海平面（或湖平面）升降旋回来解释层序的形成过程。针对不同的沉积盆地建立不同的层序模式。
由于中国主要的油气都产于陆相盆地中，在层序地层理论引入中国后，中国的地质专家将层序地层学理论应用到陆相盆地的实践中，大大发展了陆相层序地层学，致使我国陆相层序地层学研究处于国际领先地位。赵国连（2000）将陆相层序地层研究分为四个学派：
1）类海派
该派认为，湖泊与海洋类似，湖平面变化是整个湖盆层序发育的主要控制因素，它不仅控制着自身的沉积发育，也控制着相邻的河流及风成沉积，故可把海相层序地层学的模式灵活应用到陆相沉积盆地。
2）构造派
该学派认为陆相层序的充填风格、沉积体系都有其自身的特点，其层序的控制因素不同于海相层序，构造作用在其层序发育过程中有很大的作用。
李思田等（1992）提出了不同于海相层序地层学模式的陆相层序地层学。他们认为层序具有三分性，层序的顶界面是古构造运动面，其下部反映了初始充填或早期充填特征，古地貌复杂，冲积体系发育；中部为相对稳定阶段周期性的水进，主要是三角洲—湖泊发育期；顶部河流作用强化，分异性强，是新构造演化的前奏，是划分层序的依据，并认为体系域可以划分为：沉积体系单元、成岩相、成因相内部单元、岩性-能量单元等一系列不同级别的建造。
解习农认为，陆相断陷盆地受构造的控制明显，物源近，堆积快，突发事件沉积比例大，气候变化对沉积影响明显。而中国中新代的盆地多数为叠合盆地，盆地的每一个原型代表一个构造层序，因而对盆地原型的识别就比较重要。他把断陷盆地的层序样式根据其应力场的状况划分为拉张/张扭型层序、走滑伸展型层序和热沉降型层序，并认为不同的构造层序样式具有不同的体系域，拉张/张扭型层序由初始充填体系域（PST）、湖扩展体系域（EST）和湖萎缩体系域（CST）三个体系域构成，主要以冲积扇、扇三角洲、三角洲和湖泊沉积体系为主；挤压/压扭型层序由冲积扇、河流和洪泛平原沉积组成；走滑-伸展型层序及热沉降型层序与拉张型层序相似，只是少见了三角洲沉积体系。
3）综合派
该学派认为层序受海平面变化、湖平面变化、沉积物供给、构造作用及气候作用等因素的综合影响。他们把湖盆分为敞流湖盆、闭流湖盆，各自有自己的沉积模式。他们研究了陆相盆地的沉积基准面和可容纳空间，认为地层的展布形成和沉积相的分布取决于可容纳空间的大小和新增可容纳空间的变化率，陆相断陷盆地中的沉积基准面是湖平面的递降水流平衡剖面/河流平衡剖面。
层序是构造作用、气候变化、沉积物供给和湖平面变化等综合作用的结果，但是构造和气候在层序形成的过程中是主要影响因素，对敞流湖盆，构造作用与相的形成呈镜像关系；而对闭流湖盆，盆地基底的整体构造作用对其相对湖平面变化没有影响，气候作用主要表现在潮湿气候使湖平面上升，使闭流湖盆转化为敞流湖盆，而干燥气候的作用则相反，在敞流湖盆中，层序边界的形成主要受构造因素的控制，叫构造层，而闭流湖盆层序主要受气候作用的影响，叫气候层。
4）高分辨率层序地层学
以郑荣才、邓宏文为代表的专家将高分辨率层序地层的理论运用到中国含油气储层预测的实践中，并极大地丰富和发展了高分辨率层序地层学理论，郑荣才将不同构造性质的湖盆在盆地构造——沉积演化序列中的控制因素进行了分类，根据界面成因特征提出了“巨旋回、超短期旋回、长周期旋回、中期旋回、短期旋回和超短期旋回”的划分方案。而邓宏文（1995）首先将高分辨率层序地层学引入到中国来，其基本思路是：基准面变化旋回中，随着A/S的变化，可容纳空间在不同空间部位迁移，同时伴随空间中的体积分配，进而形成了相分异，储层物性产生相应的变化，因此，可容纳空间、基准面及基准面旋回地层叠加样式、体积分配、相分异构成了高分辨率层序地层学完整的概念体系和理论基础。
T.A.Cross（1994）等认为基准面可以看作是一个势能面，它反映了地球表面与力求其平衡的地表过程间的不平衡程度。要达到平衡，地表要不断地通过沉积或侵蚀作用，改变其形态向更靠近基准面的方向运动。因此，基准面在变化中总是有向其幅度的最小值或最大值单向移动的趋势，构成一个完整的上升与下降旋回。一个基准面旋回是等时的，在一个基准面旋回变化过程中（可理解为时间域）保存下来的岩石为一个成因地层单元，即成因层序，其以时间为界面，因而为一个时间地层单元。基准面相对于地表的波状升降伴随着沉积物可容纳空间的变化。当基准面位于地表之上时，提供了可供沉积物沉积的空间，沉积作用发生，任何侵蚀作用均是局部的或暂时的；当基准面位于地表之下时，可容纳空间消失，任何沉积作用均是暂时的或局部的；当基准面与地表一致（重合）时，既无沉积作用也无侵蚀作用发生，沉积物仅仅路过（Sediment bypass）而已。因而在基准面变化的时间域内（注意：时间是连续的），在地表的不同地理位置上表现出四种地质作用状态，即沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过时产生的非沉积作用及沉积物非补偿产生的饥饿性沉积作用乃至非沉积作用。在地层记录中代表基准面旋回变化的全部时间内的这些时间空间事件表现为岩石+界面（间断面）。因此一个成因层序可以由基准面上升半旋回和基准面下降半旋回所形成的岩石组成，也可由岩石+界面组成。基准面处于不断的运动中，当其位于地表之上并相对于地表进一步上升时，可容纳空间增大，沉积物在该可容纳空间内堆积的潜在速度增快，但沉积物堆积的实际速度还受物质搬运速度的地表过程所限制。也就是说，可容纳空间控制了某一时间内在某一地理位置沉积物堆积的最大值，可容纳空间与沉积物供给量之间的比值（A/S）决定了在可容纳空间内沉积物的实际堆积保存程度及内部结构特征。如对于陆相湖盆来说，当沉积物补给速率大于可容纳空间的增加速率时（A/S＜1），湖岸线向盆地方向退缩，地层呈进积叠加样式；当沉积物的补给速率小于可容纳空间的增加速率时（A/S＞1），地层呈退积叠加样式，湖侵作用发生；当沉积物补给速率等于可容纳空间的增加速率时（A/S≌1），地层呈加积叠加样式。由A/S值变化导致的沉积物叠加样式的变化在高分辨率地震、测井及录井剖面中均可清晰地反映出来。
基准面旋回作用及伴随的可容纳空间的动力学变化，以及潜在的可容纳空间的A/S值的变化，导致在一个基准面旋回中沉积物沉积作用、过路或侵蚀作用的地理位置的前后迁移，不同沉积环境中沉积物堆积体积的变化及至内部结构（进积、加积、退积）和相分布的变化。尽管基准面是一个抽象的非物理面，但在地质记录中出现的反映基准面运动到地表之下的不整合面或穿越地表时形成的沉积间断面或非沉积作用面，以及反映基准面运动到地表之上发生的沉积作用与保存程度等的地层记录、地层沉积的旋回性、几何形态、沉积厚度、内部构型、相分布与相组合等都切实地说明这一潜在的势能面的存在及其对盆地充填演化特征的根本性控制作用。Vail提出，层序地层学中地层单元的几何形态和岩性受构造沉降、全球海平面升降、沉积物供给速率和气候四个基本因素的控制，其中，构造沉降提供了可供沉积物沉积的可容空间，全球海平面变化控制了地层和岩相分布模式，沉积物的供给速率控制了沉积物的充填过程和盆地古水深变化。
与此论点相近，Cross T A认为在海相盆地中，基准面旋回的变化主要受海平面升降，构造沉降，沉积物补给，沉积地形等诸多因素的控制，地层基准面的变化正是上述变量变化的综合反映。其中，海平面升降是控制层序形成和发育的主要机制，特别是在大陆边缘盆地中。与海相盆地不同，陆相盆地中层序的形成受盆地基底构造升降、沉积物补给、古气候及其导致的湖平面变化所控制。在近海盆地中，海平面的变化和海侵作用导致的基准面的变化显著地影响了陆相层序的发育特征。随着沉积盆地距离海盆越来越远，湖盆受海平面的影响渐趋减弱，而构造作用、古气候和源区抬升渐成为基准面变化的主控因素，其中构造运动是各影响因素之首。陆相沉积中高级次的旋回（巨旋回或长期旋回）多与古构造运动、构造应力场的转换或大的构造活动造成的区域基准面的升降有关，具构造旋回的性质。较高级次的旋回（长期旋回或中期旋回）的形成多是明显的湖平面升降或局部性、地区性构造活动导致的。较低级次旋回（中期旋回和较短期旋回）受湖平面升降、沉积物补给速率、气候变化等多种因素的控制。构造运动控制层序、层序界面的形成与内部充填序列特征。构造运动导致的基底沉降提供了沉积物堆积的可容纳空间，而可容纳空间变化速率和沉积补给速率的比值决定该可容纳空间内沉积物充填特征。因而构造运动控制着层序的发育和层序充填序列特征。构造运动，特别是区域构造运动引起的盆地基底沉降是高级次层序（构造层序）形成的主导因素。构造运动的多期性导致盆地充填地层层序的多级次性。以断陷盆地为例，在断陷盆地中盆缘同生正断事件是构造运动的主要形式。断层活动中应力的积累与释放决定了其是以不连续的间歇式活动来完成的，或称幕式活动。断层的幕式活动产生基底沉降的阶段性及导致可容纳空间的周期性变化。断层幕式活动的规模、幅度、强度（沉降速率）则控制着可容纳空间的大小及变化速率。具区域规模的断层高级次的幕式活动形成长期地层旋回，其间产生的次级幕式运动则形成级次较小的地层旋回，如中期或较短期的地层旋回，由此形成断陷盆地充填地层的多级次旋回特征。气候变化控制着湖平面的变化，因而在基底构造沉降所提供的可容纳空间上又增加或减少着沉积物堆积的空间，特别是近岸线部位。因此可以说构造运动和古气候是湖相层序发育特征的重要控制因素。除构造因素外，古气候同时控制着沉积物供给和层序内充填沉积的类型。在可供沉积物堆积的可容纳空间内，沉积物补给则直接控制着地层的内部结构特征。上述各因素的相互影响使陆相层序地层较海相地层要复杂。
纪友亮特别强调构造沉降和气候对层序的控制作用，认为湖盆可划分为敞流湖盆和闭流湖盆，沉积物供应对闭流湖盆湖平面影响较大，对敞流湖盆湖平面无影响。构造运动不会影响闭流湖盆的湖平面，只影响敞流湖盆的相对湖平面，湖盆中的局部构造沉降无实际意义。气候对敞流湖盆的湖平面无影响，但对闭流湖盆的湖平面影响大。河水注入量对闭流湖盆的湖平面影响大，对敞流湖盆的湖平面无影响。
2.1.2.2 层序地层学研究进展
（1）在理论上的研究进展
1）地球半径变化与海平面旋回关系的假设
使用侧向扫描成像设备，在佛罗里达州的 De Soto峡谷和加利福尼亚州的Monterey海湾，观察到水深超过3km的海底曲流河样式的峡谷地貌被远洋软泥覆盖，而要淹没它们，海平面波动至少要达3km，假设洋底扩大的裂缝体积是因为地球半径扩大而增加的体积，据此计算地球半径的增加量，认为地球半径的周期性变化可以引起深海盆地千米级规模的海平面变化和海洋低水位期的剥蚀、运移与沉积作用。
2）气候变化是高频层序的主要控制因素
米兰科维奇地球轨道旋回理论对分析层序很有用。有证据表明，40Ma的离心率周期造成了白垩纪—古新世全球海平面变化。巴西大西洋边缘中生代裂谷沉积研究表明，气候变化与高频的米兰科维奇震荡旋回关系密切。
3）深水页岩层序地层
深水页岩对海平面的响应及层序划分历来是高难度的课题。在晚泥盆世Chattanooga黑色页岩中发现了含黄铁矿的滞后沉积物，页岩中的牙形石可记录1Ma内的海平面波动。滞后沉积物具有波浪形成特征，反映存在海平面下降形成的剥蚀面。覆盖剥蚀面的黑色页岩记录了海平面上升，鲕绿泥石层反映海平面低位期，大量藻类孢囊充填丰富的二氧化硅和黄铁矿，与高水位条件一致，可能反映海平面的高水位期。
4）旋回层序地层
在20世纪90年代，旋回与层序有了更深层次的发展，主要进展有：①旋回层序为异成因机制下的自旋回产物，与其他内外及宇宙各因素密切相关；②强迫性海退及强迫性海退体系域的提出对传统EXXON层序模式进行了修证；③淹没不整合为底界的Ⅲ型层序的建立。
（2）在方法上的研究进展
1）古生物学分析
古生物学是层序地层学研究的支柱之一，生物种群及其丰度可指示层序地层界面，生物形态、生物地层的顶底和孢粉学都可在层序地层研究中应用。
生物地层模型由多种生物地层事件组成，根据生物标志物的种类、组合及丰度变化确定其顶底。先通过形态对比建立区域复合标准剖面，消除大的地理范围内层序构型及构造作用对生物事件的影响；然后建立局部的复合标准，识别削截模型，定义局部的层序构型，预测层序构型对生物事件的影响。有两种方法研究孢子对海平面的反应：①现代模拟方法，就是比较岩心分析资料与现代花粉、孢囊分布；②实验方法，在实验过程中不断增加化石埋藏深度，定量模拟地质时代对孢子收集的影响。
2）三维可视化技术
三维可视化技术可以直观展现地震勘探以及钻井、测井、沉积相及生物地层研究成果，可用于分析层序地层格架内储层与圈闭条件。如在墨西哥湾，应用高分辨率的AUV海底成像和三维地震可视化技术描述深水浊积扇的要素，鉴别沉积凸起、堤成谷、剥蚀谷、滑塌块和滑塌断崖等。
3）数理统计和神经网络分析
应用人工神经网络技术建立地质相、储层特性和地震参数的联系后进行三维可视化分析，可以预测孔隙度、储层流体和岩性，也可以进行烃类检测。对高分辨率地震数据及其派生的地震属性进行数理统计及神经网络分析，可以识别体系域中的冲刷面及古河道。如在墨西哥湾MarCh地区应用这种方法发现了中新统的地层圈闭。
4）有机相研究
煤层的形成依赖于基准面或海平面上升，因为上升的基准面会为泥炭或煤的堆积提供可容纳空间，PeterSer等在研究丹麦中央地堑中侏罗统煤层沉积环境时，通过对岩心样品作有机岩石学及有机地球化学研究分析，识别出了发育于低位体系域晚期及海侵体系域早期的“海退型煤”（海平面缓慢上升期形成的）和发育于海侵体系域晚期及高位体系域早期的“海侵型煤”（海平面迅速上升期形成的）。
而对于泥岩的有机相与海平面的关系，在低位体系域中，早期陆源有机质容易遭受氧化，沉积物一般只是越过陆棚和上部斜坡，陆棚有机质供应局限于局部再作用的盆底扇，故在此处源岩的生烃潜力是很小的，如果盆地能保持缺氧环境，可能形成远离沉积物输入点的源岩相，在晚期低水位加积期间，基准面开始缓慢上升，陆源物质供应量逐渐减弱，其展布区域局限在深切谷及相关的谷地内，分布范围很小。
在海侵体系域中，区域性海侵和富氢的有机相形成之间的关系十分密切，但不是所有的海侵体系域都能形成有利于生油的有机相。在海平面上升期间，河流萎缩，导致碎屑沉积物输入量减少，相应地供应到陆棚和斜坡上的陆源有机质供应量减少，这有利于海相有机质的集中沉积，但这个条件并不一定能生成有利于生油的有机相，还需要有合适的氧化还原体制。在风暴浪基面上，风暴流和潮汐可以扰动水体，使其含氧量上升，不利海相有机质的保存。
在高位体系域中，早期河流作用比较弱，如果盆地内条件合适，可以形成有机质相，在晚期高水位期间，河流输入陆源物质的作用较强，沉积速度较快，导致海相有机质被稀释，一般最好也只能形成气源岩。
5）数学模拟法
层序地层数学模拟着重于沉积充填及圈闭形成历史，可看作为盆地模拟的延伸，约束条件主要有：①地层剖面层序边界几何形态深度转换；②生物标定的层序边界年龄；③根据生物地层学、地震剖面时深转换和地层几何形态重建的古水深剖面；④测井岩性分析；⑤根据地震属性推断的砂岩分布等。

对研究区奥陶系层序划分的研究，各家意见分歧较大：孟祥化（1993）将华北下、中奥陶统概括为 5 个三级层序；田树刚（1997）以河北唐山、北京西山和河北曲阳野外露头剖面为依据，将华北北部奥陶系划分为 7 个层序；马学平等（1998）、李增学（1996）将华北地台冶里组—亮甲山组划分为 2 个层序；王鸿祯等（2000）将中朝地台中东部华北地区划分为 11 个三级层序；陈建强等（2001）将山东淄博地区中、下奥陶统划分为 8 个三级层序；郭绪杰等（2002）在对华北地区下古生界层序地层研究中，将奥陶系划分出 6 个三级层序；李君文（2007）在研究环渤海湾地区下古生界层序岩相古地理特征及演化过程中涉及该区，将下古生界奥陶系划分为11个三级层序和2个超层序。这些研究成果为本次开展层序地层研究工作提供了重要的参考。

层序地层学是研究一套由不整合面及其相当的整合面为界的、具有成因联系的年代地层格架内岩层间相互关系的一门学科(Vail P R,1988),其中心思想是建立盆地等时性地层格架。它是在地震地质学基础上发展起来的新的地球科学分支学科(Vail P R et al.,1977)。由于地层是四度空间地质体,地层间断测定或沉积间断的定量研究对沉积盆地分析是必不可少的。层序地层学迅速发展的根本原因在于层序边界的年代地层学意义,根据层序地层研究可建立一个等时地层格架,确定盆地中沉积体系的三维配置关系,统一了传统的生物地层、岩石地层和年代地层间的关系,消除了地层多重分类系统间的矛盾。

层序地层学理论发展是建立在地震地层学与被动大陆边缘海相地层序列研究成果基础上。其基本理论是海平面升降旋回控制着海洋和海岸环境重大沉积层的分布,并作为划分层序及沉积体系域的依据。层序地层学以全球海平面变化的思想为基础,根据露头、钻井、测井和地震资料,结合沉积学解释,对地层层序格架进行综合解释。层序地层学从四维时空来认识沉积记录,并将其和全球海平面变化与地壳沉降联系起来,从而增强了全球不同地域、不同时代地层间的可对比性。当它与生物地层学结合时,可提供一个更为精确的不整合界面及与之相当的整合界面为界限的年代地层格架,并成为分析全球海平面变化及盆地演化的基础。由于层序地层具有预测地层、沉积体系和沉积体系域叠置及分布样式的作用,因此对恢复能源盆地的沉积格架、预测油气藏的分布,以及恢复盆地的充填序列和演化均具有重要意义。国内一些地质学家已成功地将层序地层学理论运用到大部分沉积盆地分析及找矿当中,并取得了丰硕的成果。层序地层学自1988年真正面世至今的二十多年来,在海相和陆相地层的研究及层序发育的控制因素等方面皆取得了举世瞩目的成就,主要表现在研究领域的拓宽、研究深度的加深,同时也派生了一些新的学派和边缘学科。

传统岩石地层具有较强的填图性,但其对盆地分析、沉积矿产的生、储、盖预测等缺少有效的分析方法和理论,更易造成地层等时对比的矛盾(刘招君等,2002),而层序地层学以它的科学性、定量性、预测性和综合性越来越被广大地质学者所重视。尤其是高分辨率层序地层学理论自创建以来,以其全新的技术方法和显著的实际应用效果,引起了国内外众多学者的高度重视。它是由Corss T A为首的美国科罗拉多矿业学院成因地层研究小组在1994年首次提出的(Cross T A,1994a),是近年来崛起的层序地层学新学派,其理论核心是:在基准面旋回的升降过程中,由可容纳空间和沉积物供给量比值的变化,由相同沉积体系域或相域中发生的沉积物体积分配过程,可导致沉积物的保存程度、地层堆积方式、相序、相类型及岩石结构发生变化,这些变化是基准面旋回过程中所处位置的可容纳空间与沉积物供给量比值的函数,因而由基准面旋回所控制的等时地层单元在三维空间中的保存程度、堆积样式、沉积相类型和演化序列不仅是有规律可循的,而且是可以预测的。高分辨率层序地层学是以露头、测井、岩心和三维高分辨率地震反射资料为基础,以高分辨率层序地层理论为指导,运用精细地层划分和对比技术,建立区域高精度地层对比格架,在成因地层格架内对地层和油藏进行评价和预测的一项理论和技术。

邓宏文教授在1995年引入了高分辨率层序地层学理论(邓宏文,1995),并较为系统地介绍了该学派的基本原理,将其基本原理总结为基准面原理、体积分配原理、相分异原理和等时对比法则,引起了国内地质学家,尤其是石油地质学家的关注。1996年邓宏文教授结合研究成果,总结了在陆相层序中识别地层基准面旋回进行等时对比的方法,给出了在岩性剖面、测井曲线、地震剖面三种常用的地质资料中识别基准面旋回的可操作的方法(邓宏文等,1996)。1997年邓宏文等给出了如何在河流相和湖相地层中识别基准面旋回,进行高分辨率层序地层学研究的实例,认为高分辨率层序地层划分与对比技术适用于陆相地层研究,可以加深对冲积河流相地层形成、发育、演化及相分布特征的认识,提高河流相储层预测的精度(邓宏文等,1997;王洪亮等,1997)。高分辨率层序地层学通过精细层序划分和对比技术,建立各种级别的成因地层格架,对各种级别沉积体进行评价和预测,更具有客观、动态、准确、精细等特点(李增学等,2000)。在中国广泛分布的中新生代油气盆地及含煤盆地研究中取得了巨大成功,并且已经证实该理论体系及技术方法(池秋鄂等,2001;罗立民,1999),相对Vail等沉积层序地层学及Galloway等(Vail P R,1988;Galloway W,1989a,1989b)成因层序地层学理论更适合陆相盆地的层序地层学分析。其后,关于高分辨率层序地层研究的成果屡见报道,基本形成了高分辨率层序地层学研究的高潮。

通过国内外的研究成果看,高分辨率层序地层学具有以下特点:①非海相沉积研究是高分辨率层序地层研究的特长,大部分研究都是陆相或近海平原沉积;②多种资料的综合应用是进行高分辨率层序地层研究的前提;③建立高精度的开发地质格架,预测储层非均质性是高分辨率层序地层学研究的主要目标;④地层沉积过程模拟是目前高分辨率层序地层学研究的热点。

层序地层学作为新兴地层学的很重要分支,如果只适用于海相地层而不适用于陆相地层层序分析,则其是局限的,不完整的。20世纪80年代以来,多数地层学家认为:源于被动大陆边缘的层序理论也适用于陆相地层,但不能机械地照搬,这是由于湖泊等陆相沉积环境的异旋回沉积作用与受控于海平面相对变化的海相盆地沉积作用具有相似性,因此层序地层学的理论和方法同样可以运用于陆相湖盆的研究和陆相盆地石油天然气的勘探。但由于湖相盆地的沉积特征受构造、气候作用影响较大,盆地结构类型复杂,湖盆水域浅、小,湖盆地形坡折缺乏、陆源供给类型、方式复杂,湖平面变化频繁从而造成沉积体系类型多、相变快,因此层序地层学的理论和方法在陆相湖盆中的应用与海相盆地存在明显差异。要成功应用层序地层学的原理,就需要对陆相盆地的构造活动、气候变化、湖平面变化、沉积物供给及基准面变化进行全面了解和研究,才能根据陆相湖盆的地质特征作出反映陆相盆地的层序地层研究成果。

由于陆相盆地的地质结构明显不同于大陆边缘盆地,因此陆相盆地层序地层的研究与大陆边缘盆地相比具有较大差异。陆相盆地层序地层发育的主要特点表现为:①构造是控制陆相盆地形成的主导因素,它不但明显控制盆地性质、规模和形态,而且也控制沉积作用的旋回性,构造控制下所形成的盆地性质类型不同,其层序地层发育特征也不同。我国东部中新生代陆相盆地层序地层形成与演化主要受控于特定构造背景下的区域构造事件或幕式构造旋回,所形成的断陷式或断坳式盆地分割性强,并主要受盆缘断裂带控制;盆地蓄水空间、湖盆扩展和萎缩、体系域面貌等明显受控于不同时期构造样式或构造格架;幕式构造的旋回性决定沉积作用的旋回性,并制约着充填物具有物源近、堆积速度快、沉积物中含突发性事件的特点。②气候周期性变化导致大陆地表水流量及沉积速率周期性变化明显,它与构造作用共同控制盆地蓄水区水体的规模及搬运方式,决定着沉积物类型,从而制约盆地内层序地层的发育。③陆相盆地具有多物源、多沉积中心、相变快、相带窄、水域面积小和变化大等特点,其沉积体系域类型比海相大陆边缘盆地更多样化和复杂化;陆相盆地在纵向上演化快、不稳定系数大,盆地发育的不同时期,不同方向的物源相对作用的能量和沉积物的类型不断变化,决定了陆相盆地层序地层分布的复杂性和多样性。④湖盆沉积受地表水影响较大,在湖盆消亡期表现尤为明显;另外,除湖泊沉积区(滨浅湖—深湖)外,还包括风成区、冲积扇区、河流冲积平原及河流沼泽区,这些沉积区形成的陆相层序地层特点显然与海相层序有明显差别。

基于上述陆相层序地层特点,决定了在对其研究中要注重以下几点:①陆相盆地研究范围不仅要研究湖盆,还研究河流沉积和冲积扇沉积;②要注意研究不同类型盆地、不同环境盆地,它们的层序地层特征也不相同,要针对具体情况具体分析,总结不同类型和环境下盆地的层序地层学特征和模式;③陆相沉积盆地的分割性决定了不可能在很大区域内进行完整的地层对比,只能尽可能地寻找某一特定区域对比层,建立该区域的等时地层格架;④湖泊相是陆相盆地有利于层序分析的因素之一,但也只能当湖泊在盆地中占主导地位时才可以把它与“海”相类比;⑥由于陆相盆地的多物源性,因此就从三度空间分析层序的演化与分布特征,总结出相对具有普遍意义的层序模式(顾家裕等,1997;吴因业,1996;吴因业等,2002)。

陆相层序地层学问世以来,发展很快,其发展趋势主要表现以下几方面:

(1)随着陆相层序地层学研究的不断深入,以及计算机技术的广泛应用,计算机模拟层序地层学分析已经成为陆相层序地层学的一个新的发展方向。从而可以更精确地研究陆相层序的形成、相带的组合与分异、主要控制因素,及其对层序的几何形态、沉积相、地震层序(层序组)等的影响,促使地层学由定性到定量方向发展。

(2)从成因上来分析陆相地层中各种类型层序的形成与演化,特别强调地震地层学、测井地层学以及与生物地层学与钻井资料相结合的综合研究。

(3)将构造运动、沉积体系、相分析和含油气系统相结合,综合分析地层的形成、演化、相带匹配以及岩性分布规律。

陆相层序地层学在高科技条件下诞生,丰富的地震与测井资料以及岩心等资料提供了大量的三维、四维信息,陆相层序地层学就是要充分利用和正确解释这些信息,使之与煤田、油气的勘探与开发相结合。可以预言,21世纪是陆相层序地层学蓬勃发展的时期。

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