目 录
1 概述..................................................................................................................... 2 2 “高分辨率层序地层学”概念的剖析............................................... 2 3 高分辨率层序地层学的基本原理....................................................... 2
3.1基准面变化原理 .................................................................................. 3
3.2沉积物体积分配原理 ........................................................................ 5
3.3相分异原理............................................................................................. 6
3.4物质守恒原理........................................................................................ 6 4 在油气勘探中的应用 ................................................................................ 6
4.1 储层对比 .............................................................................................. 7
4.2 储层分布预测.................................................................................... 7 5 总结..................................................................................................................... 8 参考文献 . ................................................................................................................. 9
1 概述
高分辨率层序地层学是由美国科罗拉多矿业学院Cross 教授(1988)带领的研究组所提出, 它以野外露头、钻井岩芯、测井和高分辨率地震反射剖面资料为基础, 根据地层的过程响应沉积动力学原理, 通过精细地层层序划分和对比技术将钻井的一维信息转变为三维地层叠置关系, 从而建立区域、油田乃至油藏等不同规模层次的储层、隔(夹) 层及烃源岩层的成因地层对比格架。
高分辨率层序地层学理论核心为:在基准面变化过程中, 由于可容纳空间和沉积物供给量比值(A/S)的变化, 在相同的沉积体系域或相域中发生沉积物的体积分配作用, 导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型以及岩石结构和相组合类型发生变化。基本理论包括基准面原理、体积划分原理、相分异原理和旋回等时对比法则。其理论的关键点是基准面变化控制了层序地层的发育。 2 “高分辨率层序地层学”概念的剖析
由于“层序地层学”概念诞生于前, “高分辨率层序地层学”概念诞生于后, 在“层序地层学”概念先入为主的情况下, 可能会有人认为“高分辨率层序地层学”一词的核心是“层序地层学”。其实不然, 只要深刻地理解了高分辨率层序地层学的理论方法体系构成, 不难得出, 它与经典的层序地层学是有质的差异的, 二者之间无论是在概念、理论体系构成上, 抑或是在方法体系构成上都有不同。高分辨率层序地层学虽然借鉴了经典层序地层学的某些思想, 但它不是对经典的层序地层学的一种简单升级, 而是质的革新, 具有一套完全独立于经典层序地层学的、不但适用于海相地层而且适用于陆相地层的理论方法体系, 它摆脱了经典层序地层学关于海平面变化控制层序形成这一思想对陆相层序地层研究的束缚, 通过对基准面旋回的不同层次性分析, 实现不同级次的层序地层划分与对比, 从而构建起高分辨率层序地层格架。从实践中也可以发现, 高分辨率层序地层学从理论到方法, 无一不是围绕着“高分辨率层序地层”在做文章, 而不是“层序地层学”, “高分辨率层序地层”是它所研究的全部内涵。可见, 作为一种学说, “高分辨率层序地层学”首先是一种“学”, 是“高分辨率层序地层”之“学”, “高分辨率层序地层”是这种“学”的本质内涵。
3 高分辨率层序地层学的基本原理
高分辨率层序地层学一门以露头、测井、岩心和三维高分辨率地震反射资料为基础，精细地划分地层层序、进行层序对比，从而建立高精度的区域、油田乃至油藏级别的地层对比格架，最终实现在成因地层格架内评价和预测生、储、盖层的一项理论和技术。
高分辨率层序地层学具有四大基本原理，即基准面变化原理、沉积物体积分配原理、相分异原理和物质守恒原理。
这四个原理的地位是不平等的:基准面原理是最重要的，由基准面的变化(即可容纳空间与沉积物供给的比值的变化) 产生了体积分配和相分异原理。体积分
配原理又可看成是相分异的第一种类型(单个相属性改变) 的控制因素，若将第二种相分异类型(地貌要素的保存程度) 视为短期旋回内体积分配的结果，则相分异都是由体积分配作用引起的。
3.1基准面变化原理
高分辨率层序地层学认为层序的形成受控于基准面的上升、下降的旋回。基准面不是一个实在的物理界面，它不是海平面，也不是海平面向陆地方向的延伸，而是一个相对于地表波状起伏的、连续的、略向盆地下倾的抽象面，它的位置、运动方向及升降幅度不断地随时间变化。可以将基准面看成一个势能面，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，地表要通过沉积或搬运作用改变其形态来向靠近基准面的方向运动。在基准面位于地表之上的地理位置，可以发生沉积物的堆积作用(也可发生饥饿性沉积作用或非沉积作用); 在基准面位于地表之下的地理位置，不会发生堆积作用，只能发生物质剥蚀作用; 在二者正好重合的位置，沉积物发生路过不留作用，继续向下搬运。
图1 基准面模式及沉积特征(据Cross ，1996修改)
使基准面升降的地质因素有沉积地形、海平面的升降、盆地的构造沉降、沉积负荷的补偿等速率的变化困。要单独分析单个因素对于基准面的影响是很困难的，但是这些因素的综合作用所反映的dA/dS变化却可以通过相同体系域或相域中沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型以及岩石结构的变化反映出来。
地表和基准面之间可供沉积物沉积的空间构成可容纳空间，基准面相对于地表的运动使其发生变化，从而限定了沉积物堆积的最大潜在空间(但不代表沉积物真正堆积的体积) 。沉积物真正堆积的体积受控于可容纳空间和沉积物供给的比值，即在剥蚀和堆积过程中可容纳空间变化速率和沉积物供给速率的相对变化。沉积物的供给速率一般是不易确定的，它和区域地貌、构造运动等有关，和可容纳空间的变化相比，其变化相对较小，所以容易操作的是二者变化速率的比值。进一步假定沉积物质供给速度不变，则可容纳空间的变化即近似等于可容纳空间与沉积物供给量变化的比值dA/dS，就决定了可容纳空间内(有效可容纳空间) 沉积物的堆积速度、保存程度及内部结构特征，所以可认为可容纳空间的变化速率决定了上述沉积特征。
基准面在变化中有总是向其幅度最大值或最小值单向移动的趋势，其变化构
成一个个完整的上升与下降旋回，每个旋回称为基准面旋回。基准面穿越地表摆动到地表之下再返回，称为基准面穿越旋回。它的基准面下降半旋回会形成不整合面，而基准面完全在地表之下，或地表之下的摆动产生剥蚀作用，不会形成不整合面。高级次的基准面旋回包含着低级次的旋回，相应地形成了不同级次的地层旋回。
地层旋回是在基准面旋回期间堆积在成因上相联系的沉积环境内并保存下来的所有沉积物。基准面旋回所经历的全部时间由地层记录(岩石) 和沉积间断面组成，伴随旋回的dA/dS变化均在地层旋回的沉积或岩石性质表现出来，所以在地层记录中识别不同级次的基准面旋回并进行地层对比是可以实现的。
基准面旋回控制了可容纳空间的增减，而充填于其中的沉积物体积变化是Va/Vs作用的结果。Va/Vs的变化还控制了相分异、不连续界面出现的频率、沉积物的保存程度、旋回对称性、沉积物内部结构、流体流动单元连通性及岩石非均质性。
基准面升降变化的沉积动力学响应是:当基准面从最高点开始下降直到最低点，海岸平原被剥蚀，海岸线向盆地方向迁移，河口湾逐渐消失，三角洲的类型由海湾状潮控型转变为浪控型继之以河控型(理想情况下由尖头状~朵状~鸟足状) ，三角洲不发育的临滨由潮汐作用为主变为波浪作用为主。伴随蚀源区扩大，更多的沉积物堆积在向盆地的位置，滨岸和盆地依次出现高位加积、高位进积和低位加积(滨岸可能无沉积而发生剥蚀) 形式的沉积。当基准面从最低点开始上升直到最高点，海岸平原被海进侵蚀，海岸线向陆地方向迁移，河流变成河口湾，三角洲类型由河控型变为浪控型(理想情况下由鸟足状，朵状，尖头状) 继之以潮控型，三角洲不发育的临滨由波浪作用为主变为潮汐作用为主。伴随蚀源区收缩，沉积物更多地堆积在靠陆的位置，滨岸和盆地依次出现低位加积(滨岸可能发生剥蚀) 、海进进积和高位加积形式的沉积。
Swift 和Thorne 利用可容纳空间与沉积物的比值来描述海洋陆架的动态响应及响应机制，Schlager 用可容纳空间与碳酸盐岩生长速率的比值来解释碳酸盐岩陆架、台地、斜坡地层的大规模几何形态和堆积样式。
图2 海岸平原-浅海沉积环境成因地层动态对比概略图(据Cross ，1996修改)
3.2沉积物体积分配原理
沉积物体积分配原理是指基准面旋回过程中，沉积物以不同的体积被分配到不同的相域。由于沉积物的体积分配作用，导致在基准面升降变化的过程中，在同一沉积体系内的不同地理位置堆积的沉积物体积发生变化。其具体表现是困:在基准面上升期间，地表和基准面的交点(沉积物过路不留的沉积和侵蚀作用的分界位置) 向盆地上坡移动，横向上可容纳空间的范围扩大，盆地边缘相域储存沉积物的能力增加而沿斜坡向下搬运的沉积物减少，结果堆积在更靠盆地中心位置的沉积物减少；基准面下降期间，地表和基准面的交点向下坡移动，横向上可容纳空间的范围缩小，盆地边缘相域储存沉积物的能力下降，沿斜坡向下搬运的沉积物增加，结果更多的沉积物堆积在更靠盆地中心的位置。
体积分配作用是在基准面变化过程中不同沉积环境内可容纳空间的四维(空间+时间) 动力学变化的产物。基准面的升降运动控制了可容纳空间的增减，为沉积物体积分配提供了基本的背景，而可容纳空间与沉积物供给的共同作用(以Va/Vs表示) 是沉积物体积分配过程发生的根本动力。以下序列描绘了沉积物体积分配作用的实现过程:同一相域的不同沉积环境中可容纳空间发生变化，单个相域的可容纳空间变化，不同相域的可容纳空间变化，和沉积物供给共同作用，体积分配作用实现。
体积分配作用在沉积地层中留下了沉积学和地层学方面的记录:①地层旋回对称性的时空变化；②相分异作用; ③加积/进积地层单元的叠置样式。它们构成了划分与对比高分辨率地层层序的基础。地层旋回的对称性是指基准面上升和下降时期保存的沉积物所代表的时间的比例关系(近似的结果可以不作去压实校正) 。若在基准面旋回上升半周期和下降半周期沉积了大致相等的岩石厚度，相序呈对称式分布，这种旋回称为对称性旋回; 不对称性旋回或者以基准面上升半周期的沉积物为主，或以下降半周期的沉积物为主，相序组成也不对称。地层单元的叠置样式指在长期基准面旋回的上升和下降过程中，不同的环境(地理位置) 短期地层旋回的厚度和对称性的变化。郑荣才将中期基准面分为缓慢上升、加速上升、由上升折向下降和快速下降四个演化阶段，在各个阶段中，短期旋回的结构类型、叠加样式及其在中期基准面旋回过程中的分布规律各不相同。
图3 A/S值变化与沉积地质特征的关系(据Cross ，1996修改)
3.3相分异原理
相分异指的是在可容纳空间的变化过程中，保存在相同沉积环境中的相类型、相组合、相序、地层结构(堆积样式) 和岩石物性的变化。根据上文对沉积物体积分配作用的论述，可知相分异在很大程度上(甚至全部) 是由沉积物体积分配的结果。
相分异有两种类型，一种是在不同的Va/Vs情况下，沉积剖面上相同环境(地理位置) 的沉积相和/或相序的变化，如基准面下降半旋回的滨岸在上升半旋回可以变为滨岸一陆棚过渡带或者陆棚; 另一种是在不同的Va/Vs情况下，基准面变化周期中原始地貌要素的保存程度(包括单个相属性) 及地貌要素相对比率的变化。一般来说，进积旋回的典型特征是相的多样性和保存程度的增加，而退积旋回的典型特点是相的叠置、相互吞并导致相类型减少，保存程度差。如高可容纳空间退积旋回的滨面沉积由均质的砂岩组成，而低可容纳空间进积旋回的滨面沉积相多样性增加，原始地貌要素保存程度好，岩性非均质性明显。但是，对于分流河道砂岩，其情形恰好相反:退积旋回的分流河道砂岩具有明显的相多样性、复合底形组合和保存较好的底形; 而进积旋回的分流河道砂岩发生强烈的相叠置和相吞并，相多样性低，滞留沉积物少，底形较少且保存程度差，砂体连通好，宽厚比小，均质性好，是较好的油气储层。
3.4物质守恒原理
其主要含义是地层在时间上是连续的，没有间断，连续的时间表现为岩石+不整合面，而地层的沉积却不是总连续的。
在一个地层旋回内，有的地理位置地层连续沉积，中间没有不连续界面(或沉积间断面) ，有的位置地层的沉积是不连续的。但是，物质在一个完整的旋回内是守恒的，只是其地理位置发生了迁移。一个地区不整合面的存在，意味着在其下方的终止位置上必然堆积着对应此不整合发育期被剥蚀的物质。
高分辨率层序地层的对比，并非等厚岩层的对比，而是岩石对岩石，岩石对界面或界面对界面的对比。
4 在油气勘探中的应用
由于油气田勘探的工作量大, 成本高, 并且缺少系统详细的资料可供参考。各大油田在诸如地层划分、定年和区域对比、地层格架中的生储盖组合特征、有利储集砂体或砂层组的时空展布和追踪对比、以及有利区块的选择和油气藏预测评价等方面, 不同程度上存在着难以正确区分地层等棘手的问题。因此采用高分辨率层序地层学的观点来解决这些地质问题, 将会更有效地进行油气的开采。
利用高分辨率层序地层分析将鄂尔多斯盆地上古生界划分为3个超长期、8个长期、19个中期基准面旋回, 建立了以长期旋回层序为年代地层框架, 中期旋回层序为等时地层对比单元的层序地层格架; 并讨论了高分辨率层序地层与天然气藏的关系。刘云田等利用高分辨率层序地层学从库车坳陷下侏罗统阿合组中识别出6个长期基准面旋回以及20～23个中期基准面旋回, 认为长期基准面旋回是
建立高分辨率层序地层对比格架的基础和关键。赵俊兴等认为应用高分辨率层序地层学方法进行地层对比能使对比的等时性更强、精度更高, 进而可更好地反映原始古地貌特征。归纳前人在油气田勘探阶段高分辨率层序地层学的研究成果, 可以看出, 低频高级次基准面旋回层序可较好地应用于盆地勘探阶段地层组段的划分、区域地层对比、盆地古地貌分析、中小比例尺等时岩相古地理图的编制、生储盖组合分析、有利勘探目标的优选和评价、进而确定有利的开发区块、预测评价油气层等地质研究工作。
4.1储层对比
高分辨率储层对比技术包括两个方面:一是适用于盆地范围的地层对比技术, 主要用于勘探阶段的地层分析和盆地模拟, 主要利用露头、钻井、测井地震、地层古生物、地球化学等多种资料综合分析另一方面是适用于油藏规模的地层对比技术。储层岩性、几何形态、连续性及岩石物理特征等是在沉积物堆积过程中产生的, 精确的地层对比可以在四维空间中对这些特征有更清楚的认识, 高分辨率地层对比是识别非均质性的有效方法。另外, 具时间意义的地层界面通常与流体流动单元的岩石物理面相一致, 可通过精细地层对比, 划分流动单元。随着时间分辨率的提高, 对地层形态和规模, 相的位置和岩石物理特征的预测也就更加精确。
4.2储层分布预测
在基准面旋回变化过程中, 由于可容纳空间与沉积物供给通量比值(A/S)的变化, 相同沉积体系域或相域中发生沉积物的体积分配作用和相分异作用, 导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型及岩石结构发生变化。这些变化是其在基准面旋回中所处的位置和可容纳空间的函数。因此, 由基准面旋回所控制的等时地层单元的地层分布是有规律可循的, 因而也是可以预测的。不同级次基准面旋回的叠加控制了有利储集层段的展布。从基准面旋回理论和可容纳空间变化的动力学观点出发, 较低级次的基准面旋回在高级次基准面旋回中的位置在很大程度上控制了旋回内部沉积物的地层学和沉积学特征, 包括旋回内部沉积物厚度、地层保存程度、体系域类型、地层堆积样式、旋回的对称性、岩相分布与相类型及体系岩石物理特征等, 当长期基准面旋回叠置在盆地更高级次的基准面旋回上升的早期时, 沉积物以粗碎屑为主, 储集层发育, 但缺乏良好的生油层段; 当叠置在上升到下降的转换期, 即最大可容纳空间发育期时, 以水进期泥岩发育为特征, 构成盆地主要生油层段; 当叠置在下降期, 特别是晚期时, 以陆源碎屑进积作用为主, 储集层发育。因而, 不同层序具有不同的储层类型及生、储、盖配置关系。
以松辽盆地肇州南某区块为例, 通过对该区块取心井段的分析和研究, 可以大致表现出四种相域, 曲流河道; 决口扇, 决口河道复合体; 远源决口扇, 冲积平原垂向加积及钙质土壤; 湖泊及小池塘。岩心自始至终决口扇的大量存在说明它处于高的A/S条件下, 河道属性也表明此地区地形梯度小。在同一地理位置, 基准面上升期河道集中发育部位, 在基准面下降以冲积平原及充填其间的决口扇发育为主。反之, 基准面上升期冲积平原教发育区, 在基准面下降期河道迁移至该区。河道集中分布区空间演化的这种规律性的产生, 主要是地形高差效应。而地形的高
低随时间的迁移可能有两个原因:一是河道发育的地理位置是多期曲流河砂体叠加的综合结果, 当沉积物补给充分, 则使地形增高, 造成河流改道或发生决口, 在基准面下降期河道集中出现在原来的地形洼地上, 即冲积平原位置; 二是河道砂岩与冲积平原沉积差异压实的结果造成厚度差, 由此也导致地形的变化。这种规律为河道储层横向预测提供了依据。经常在旋回上升与下降半旋回主河道砂体的分布特征可以看出在基准面旋回变化过程中主河道砂体分布地理位置的迁移。 5 总结
高分辨率层序地层学理论的提出不仅有可能将地层定量研究的精度在时限上提高到万年至千年级, 甚至更精确, 而且由体积分配和相分异原理所决定的地层空间展布也变得可以更好地预测, 这为地层的精细对比和砂体分布的精确预测提供了强有力的分析工具。该理论的重要贡献还在于, 它摆脱了经典层序地层学关于海平面变化控制层序形成这一思想对陆相层序地层研究的束缚, 从而可以对基准面的分析实现高分辨率陆相层序地层格架的构建研究。但是高分辩率层序地层学在以下几个方面, 还明显存在着不足:①目前主要应用于陆相的碎屑岩地区, 而在碳酸盐岩地层中的应用还在进一步研究之中; ②高分辨率层序地层学中基准面旋回划分时, 自旋回或异旋回的识别非常重要, 异旋回是基准面变化的响应, 而自旋回本身与基准面无关, 因此该理论也就无法很好地解释自旋回的沉积过程, 如非周期的风暴沉积、浊流沉积以及冲积环境的河流改道等。③对于基准面旋回级次的划分和识别上还存在着一定的异议。④国内在陆相地区的研究中取得了丰硕的成果, 而对海相方面的研究还很少。
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