層序地學研究方法

1. 層序地層學方法

20世紀80年代中期以來，在地震地層學的基礎上誕生了層序地層學，使古老的地層學的研究產生了新的飛躍，同時對油氣勘探也產生了重大影響。層序地層學方法是裂谷盆地地層岩性圈閉發育有利區帶評價的基本方法。

層序地層學的基本原理主要為，周期性的海（或湖）平面變化控制旋迴性的沉積作用；層序是同一周期同一旋迴的沉積作用所構成的年代地層格架內的一套岩石組合；層序界面代表的是等時面，它既是前一沉積旋迴的最終表現，又是後一沉積旋迴沉積作用的開始，因而也是一個沉積事件面。層序地層學的周期性、旋迴性和等時性原則為岩相的分布模式和生儲蓋層的分布規律做出了有效預測。

（一）層序地層框架是識別和預測地層岩性圈閉發育有利區帶的基礎

1.地層及岩性圈閉發育有利區帶與地層不連續面有關

地層不連續面主要分為剝蝕面、上超面、下超面和頂超面四大類。而地層及岩性圈閉基本上都發育在這幾類不連續面附近。如不整合圈閉發育在地層剝蝕面之下；上超圈閉位於地層上超面之上；高角度前積砂岩透鏡體發育在頂超面和下超面之間；丘狀砂礫岩體發育在雙向下超面之上；層狀淋濾溶蝕孔隙砂岩層發育在剝蝕面之下等。因此，正確識別和追蹤具有年代地層意義的不連續面就會對發現地層及岩性圈閉產生很重要的作用，而這些不連續面將分別是層序或其內部體系域的邊界。

2.地層及岩性圈閉是相對獨特的地層成因單元

上超砂岩體圈閉是由於相對海（或湖）平面升高過程中產生的退積式砂體單元；前積砂岩透鏡體則主要發育在高水位期的三角洲前緣部位。這些局部發育的地層或岩性圈閉主要是因為沉積環境中水動力強度、碎屑物供給量、古地形、構造活動方式強度以及氣候條件變化所產生，而層序地層框架所代表的層序邊界和類型以及體系域邊界和類型也正是地層成因的結果：由構造活動、海（或湖）平面變化、沉積物注入量變化和氣候條件所控制。因此，研究地層及岩性圈閉離不開地層成因分析，也就必須依靠層序地層框架。

（二）層序及體系域預測地層及岩性圈閉發育有利區帶

1.地層及岩性圈閉的類型受控於沉積體系域

一般地，一種地層或岩性圈閉雖然也可以在幾種體系域內出現，但它往往主要發育在某種特定的沉積體系域內部。如地層不整合圈閉主要發育在高水位體系域的頂部；上傾尖滅砂岩體主要出現在高水位體系域內部，有時也可以出現在海進（或湖侵）體系域內部；地層超覆圈閉主要發育在海進（或湖侵）體系域內部；河道帶狀砂岩體圈閉在低水位體系域中比較多見，另外在高水位體系域的三角洲分流平原上也有發育。

在勘探中，可以根據不同體系域中應有的優勢地層或岩性圈閉類型，有針對性地去尋找和識別地層及岩性圈閉。

2.地層及岩性圈閉發育有利區帶受控於層序及其體系域的分布

在橫向上，某一種體系域的內部的沉積體系之間存在規律性的組合關系，因此決定了地層及岩性圈閉的類型在橫向上也存在一定的排列規律。例如，在湖侵體系域發育時期，湖岸線附近發育湖岸地層上超砂岩體；在岸上沖積平原區可能發育透鏡狀河道充填砂體；而在靠近物源區的山前則可能存在楔狀前積砂礫岩體。據此，可以在一種體系域內部去尋找和發現某幾種地層或岩性圈閉，從而提高勘探效益。

在縱向上，由於層序本身的旋迴性特徵，某一套岩性和岩相組合可能在相鄰的層序中重復出現，因而造成一個層序內某一體系域中的地層及岩性圈閉序列可以在另一個層序內相同體系域中重現。這就是說，某個層序中地層或岩性圈閉勘探的突破，也就意味著其他所有層序中地層或岩性圈閉勘探的巨大潛力。

（三）實例

沉積層序中不同體系域內具有不同的沉積體系，同時在各體系域內發育的地層岩性圈閉類型也有差異，因此建立層序地層框架可以預測不同層序中各體系域內有利岩性圈閉的發育部位。

通過歧北凹陷沙河街組沉積地層特徵詳細研究之後，建立了沙河街組層序地層框架與地層岩性圈閉發育模式（圖7-1），預測了地層岩性圈閉發育區帶。陡坡帶和緩坡帶的低位體系域多發育岩性圈閉，包括盆底扇、濁積岩、下切河道充填、岩性上傾尖滅等類型的圈閉：緩坡帶的水進與高位體系域則更有利於形成地層圈閉，包括不整合遮擋圈閉、地層超覆圈閉、古潛山圈閉等，也會發育湖相灘壩砂體、三角洲環境下的河口壩砂體、前緣席狀砂等圈閉類型。

圖7-1 歧北凹陷沙河街組層序地層框架與地層岩性圈閉發育模式

（據劉震等，1999）

二連盆地通過層序地層學方法，建立層序地層框架預測地層岩性圈閉有利發育區帶也取得了很好的效果。如在烏里雅斯太凹陷、巴音都蘭凹陷的層序地層框架建立過程中，充分利用地震反射資料來追蹤層序和體系域的邊界，劃分出了該凹陷的層序地層框架，並預測了地層岩性圈閉有利發育區帶。烏里雅斯太凹陷地層岩性圈閉發育區帶主要為靠近窪槽帶的緩坡帶騰一段高位體系域，發育透鏡狀或上傾尖滅狀的湖底扇岩性圈閉；巴音都蘭凹陷地層岩性圈閉發育區帶主要為靠近窪槽帶的陡坡帶阿四段高位體系域，發育上傾尖滅狀扇三角洲岩性圈閉（圖7-2）。

圖7-2 巴音都蘭凹陷地震層序框架圖

（據杜金虎，2003）

2. 研究思路、研究內容與研究方法

層序地層分析的基本思路可概括為:從地表露頭或鑽孔岩心的研究入手，綜合利用鑽孔測井曲線和地震剖面資料，以沉積盆地整體性為著眼點，根據構造－沉積－熱體制以及沉積間斷和沉積環境演化特點將盆地劃分為不同層次結構的建造塊，然後詳細解剖不同層次或級別的建造塊的內外沉積構成，綜合解釋沉積體系和成因相的空間配置關系，在此基礎上，建立沉積盆地的等時地層格架和盆地演化模式，進而達到對盆地含油氣特徵的評價和預測。簡單地說，層序地層分析就是從沉積學和地層學兩方面對沉積盆地進行系統工程的研究，因此，層序地層分析更好地揭示了沉積體的空間分布規律，也更有利於含油氣盆地生儲蓋配套研究和儲集層的預測。

本書以層序地層學為研究主線，研究三亞組、梅山組、黃流組和鶯歌海組沉積體系構成，建立盆地等時地層格架，查明不同體系域內主要儲層砂體的分布，為該區儲層(儲集體)和有利的構造－岩性圈閉的預測提供地質依據。同時結合天然氣成藏條件分析，研究隱蔽油氣藏成藏特徵和規律，構建構造活動型盆地層序地層分析和油氣成藏模式研究的系統思路和方法體系。具體的研究內容和研究路線如下(圖1－5)。

1.區域構造與盆地內部構造演化特徵研究

考慮到鶯歌海盆地演化受區域構造活動的控製作用顯著，本書從區域構造活動入手，著重分析印支地塊的構造活動特徵以及對鶯歌海盆地的形成與演化的控制，以助於探討鶯歌海盆地的發育機制。此外，鶯歌海盆地內部構造特徵的分析是進行構造古地貌恢復以及層序地層解釋的基礎。

2.層序地層格架分析

應用層序地層學的基本觀點，以研究區常規地震剖面資料和高解析度地震剖面資料為基礎，根據層序界面的地震相特徵，並綜合考慮全球海平面變化特徵、鑽井標定等，進行層序地層的劃分與對比;根據地震反射特徵，結合強制海退的概念，進行層序單元內部構成的識別與解釋，通過地震資料的解釋建立盆地層序地層格架，以及反映各沉積體系域構成特徵的平面圖、剖面圖的編制。

同時，選取具有代表性的鑽井資料進行精細的觀察、分析，劃分不同級別的層序單元和沉積體系域。具體包括從岩性相、測井相、地震相等方面進行沉積環境和層序地層單元的分析，通過各個基本要素的綜合分析，確定各級層序地層單元的各種沉積體系沉積特徵及內部構成特徵。研究過程突出了以下幾個方面:①單井沉積相分析:一方面是通過鑽井岩心提取各種相標志信息，包括岩石顏色、岩石類型、碎屑顆粒結構、沉積構造、古生物、地球化學標志等，繪制代表層段的高頻層序關系圖;另一方面根據多種電性曲線形態特徵及其組合特點、准層序的疊加方式，繪制其層序展布、體系域類型、沉積相特徵及其各微相類型圖;②強調利用高解析度過井地震剖面配合，強調剖面的分析與單井分析的相互校正與驗證;③井間的層序地層和沉積相的對比分析，可進行四級層序或體系域的劃分和對比。

圖1－5 層序構成樣式及構造控製作用的研究流程

3.層序內部構成特徵、層序類型、層序發育樣式分析

綜合地震與鑽井的層序地層解釋結果，進行層序地層的構成特徵分析，包括各沉積體系域構成特徵、時空展布規律等。重點研究對象放在與油氣勘探關系密切的低位域沉積特徵的研究之上。將層序地層分析與構造地層分析相結合，以大量的地震解釋為基礎，以盆地內不同構造發育部位對沉積的控制為出發點，對鶯歌海盆地層序類型、發育樣式等進行分析。

4.沉降史模擬與盆地古地貌恢復

通過定量－半定量的分析方法，採用回剝分析原理，以地層解釋、沉積環境解釋為基礎，以沉降史二維模擬軟體為依託，對盆地3個主要沉積時期的構造古地貌進行定量－半定量的恢復，重建沉積時期的地貌形態。通過總沉降量等值線圖的編制，進行盆地構造活動強弱差異性分析。通過構造古地貌圖的編制，進行構造單元特徵研究與劃分。

5.構造對沉積的控製作用分析

綜合層序地層解釋結果、體系域構成特徵、層序類型以及層序發育樣式的研究與構造地層分析相結合，進行構造對體系域發育特徵、層序類型以及層序發育樣式的控製作用分析，探討低位域的形成模式與主要控制因素。

6.天然氣成藏模式分析與有利儲集體預測

根據以上研究內容取得的認識，綜合前人在該區域已經取得的成果，從烴源岩、儲集體、生儲蓋組合特徵分析入手，進行成藏組合特徵分析，並在此基礎上，提煉出本區的成藏模式，預測有利的區帶。

3. 層序地層學的研究方法

2.4.1.1 地震資料的層序地層學研究

地震資料以其覆蓋面積大，能反映地層相互接觸關系和沉積體宏觀的三維形態為特徵，雖然地震資料的垂向解析度比測井和岩心資料的低，但其連續的地震反射具有相對年代地層意義。地震資料的反射終止關系，如上超、下超、頂超、削截和同相軸的振幅強弱、連續性及橫向延展方向的變化等能提供有關層序、沉積、構造等方面的地質信息。

依據常規地震資料可以在斷陷盆地劃分層序、體系域等層序單元，研究地層疊加方式、體系域內的沉積體系組成，分析基準面變化規律。通過井震層位的標定，建立層序地層格架。在湖陷盆地，由於其地層厚度較小，利用常規地震資料可以劃分出層序單元，而劃分出體系域較難，但如果利用高解析度地震資料，將測井層序分析的結果進行標定，可研究層序內部體系域特徵。

2.4.1.2 鑽井高解析度地層學研究

鑽井資料的分析主要是通過對井中的岩心、測井資料進行分析研究，劃分井中地層的准層序、體系域、各級層序，分析其沉積相和沉積體系的配置關系，再配合岩心中的生物地層學資料和同位素年齡資料，確定井中地層年代、地層格架，為聯井層序地層的對比奠定基礎。在測井曲線上的分析中，應著重識別層序界面（Sequence Boundary）、首次洪泛面（First Flooding Surface）和密集段（Condensed Section）的標志，因為它們不僅是體系域的邊界，同時也是層序劃分的基礎。

鑽井層序地層的聯井對比，主要是以鑽井資料分析為基礎，對比研究井間的層序地層格架中各沉積相、沉積體系的側向（空間）展布特徵。在地震剖面上識別的層序界面、體系域和沉積相的特點要與鑽井資料分析中所識別的相能相互間得到印證。

對研究區的每一個重要構造選擇代表性的鑽井（較深，鑽遇目標層位的）進行觀察、分析，劃分高級別層序單元（高頻層序）和識別其體系域。鑽井層序地層分析主要包括以下主要內容：

（1）岩心相分析

提取各種相標志信息，包括岩石顏色、岩石類型、碎屑顆粒結構、沉積構造、古生物、地球化學標志等，繪制代表層段的高頻層序關系圖。

（2）測井相分析

根據多種電性曲線形態特徵及其組合特點、准層序的疊加方式，繪制其層序展布、體系域類型、沉積相特徵及其各微相類型圖。對剖面分析與鑽井分析相結合應強調利用高解析度過井地震剖面配合，尤其是在確定層序界面、最大湖泛面、初始湖泛面和確定古水深時，更應強調剖面分析與鑽井分析的相互校正與印證。

（3）井間的層序地層和沉積相的對比分析

對劃分的四級層序或體系域進行對比，標定層序界面、最大湖泛面、初始湖泛面及其橫向變化。

（4）沉積體系和沉積相的空間配置分析

沉積體系和相的分布是指沉積體系分布和構成樣式、沉積相展布、沉積環境分區等。引用鑽井的層序地層學解釋結果，並結合地震剖面的解釋，以三級層序的體系域為單元進行平面沉積相、沉積體系圖的編繪工作。在地震資料完善區（三維地震區），可採用加密的測網密度進行高精度地震剖面的解釋，以服務於重點研究區塊的四級層序劃分和更精細的沉積體系、沉積相及重要的儲集體描述和作圖。其主要目的是展示研究區內沉積期的古地貌、主要沉積體的分布、物源方向、沉積分區等，為在盆地中預測隱蔽砂體、生油岩段、蓋層的分布提供地質依據。

2.4.1.3 層序地層及沉積體系研究中的三維圖示

層序地層及沉積體系研究中的三維圖示研究應包括沉積模式的立體圖、沉積相-沉積體系的立體圖、古地貌-古環境立體圖。它們是將研究區沉積時的沉積相-沉積體系的平面分布，具體展現在研究區同沉積期的立體古地貌圖上。其中，結合古地貌、古氣候、古沉降速率等資料，作同沉積期古地貌圖。在同沉積期古地貌圖上分析研究區內同沉積期的地貌特點、沉積分區、重要沉積體分布、物源方向等。並在古地貌圖上表示出主要沉積體的分布、沉積坡折帶的位置、物源方向等。三維立體展示能直觀地反映同沉積期的地貌特點，這些圖件能為預測隱蔽油氣藏的低位體系域的各種儲層（體）提供有力的地質基礎。

2.4.1.4 層序地層演化分析

演化分析是對研究區層序地層、准層序組、准層序及沉積體系等在時間上的演化過程的分析。其具體的研究方法是，分別對研究區每一個層序的沉積相、沉積環境作圖，通過時間、空間的疊置、對比和分析，在層序地層格架圖的基礎上，作等時地層格架圖。在時間上，對不同類型的等時地層格架進行層序地層演化的動態分析。最後，應用高解析度-高頻層序地層分析手段，對有利儲、蓋及主力烴源岩區（或層段）進行判斷，並對其三維展布關系、儲層的物性特徵、重要蓋層的平面展布等做出合理的判別和分析。

2.4.1.5 地震勘探及其在油氣勘查中的應用

在目前的地震勘探技術中，三維地震仍是主流技術，提高三維地震的解析度是進一步提高三維地震技術解決地質問題能力的主要發展方向。三維疊前深度偏移技術將進一步發展並成為常規處理技術，全三維可視化解釋將使三維地震信息得到更充分的利用。多波地震將全面應用於油氣勘探。該項技術的應用，將使地震勘探技術從構造勘探真正推向岩性勘探，推向直接找油找氣（何漢滴，2000）。

三維地震數據最大，可抽取任意方向、任何深度的連續的剖面或切片，能比較精細地反映地下地質情況；三維數據體經過了三維偏移，空間歸位正確，使地震與地質的空間對應關系簡單化。

三維地震是比較成熟的技術。高解析度地震技術的優越性表現在：①精細的構造解釋，由於解析度的提高，地震剖面更清晰，小斷層、小幅度構造、水道等細微的地質現象都表現出來了，有利於精細的構造解釋。②含氣層的直接標志亮點和平點，高解析度地震能得到較好的平點反射，可利用亮點和平點直接找油氣藏。層序地層學和沉積相研究及岩性預測，高解析度地震表現了層序內部結構，有利於岩性的推斷。③正確的反演，高解析度地震正是只有頻譜寬、頻率成分齊全的優點，是正確反演的先決條件，無論是岩性預測，還是油氣田的評價和油藏描述，正確的反演無疑都是極其重要的，高解析度地震在頻率域增加了信息量，其地質效果是顯著的三維疊前深度偏移。疊前深度偏移的難點是速度模型的建立，目前有兩種建模思路，一是層析法，根據地質模型，逐層分析其層速度，其精度較高，但在復雜斷塊區、潛山內幕區等建立正確的地質模型是非常困難的，二是偏移掃描法，方法比較簡單，不需要地質模型，但精度不太高。④全三維可視化解釋，例如應用相關數據體解釋斷層，能使斷層解釋從二維剖面斷點解釋變成三維切片的斷層解釋，從而提高了斷層解釋的可靠性。

4. 　研究內容、技術路線

層序地層學是根據地震、鑽井、岩心和露頭資料以及有關的沉積環境和岩相並綜合考慮構造升降、氣候變化和沉積物輸入等參數進行綜合解釋，建立以地層不連續面為邊界的成因上有聯系的旋迴性地層的年代地層學體系。層序地層學研究對於石油勘探和開發具有非常實際的影響，尤其在勘探成熟區，尋找隱蔽油氣藏已成為老油田增儲上產的主要手段。層序地層學分析的技術核心是在全盆地建立起等時性地層格架，在此基礎上將盆地充填序列解釋為不同級別的層序地層單元，並進一步研究各級沉積層序地層單元的劃分、對比、橫向展布以及沉積模式、沉積演化史、生儲蓋組合和地層、岩性圈閉等問題。

惠民凹陷構造活動頻繁、斷裂體系復雜，由於傳統的地層單元劃分和對比在局部地區存在著一定的穿時現象，一些儲集砂體和含油層系的橫向展布關系不清。這些問題直接影響著我們對盆地演化規律、油氣的生成、運移、聚集和保存規律以及對全凹陷的整體評價的正確認識。同時惠民凹陷還存在著①地質儲量低，與其面積不相稱；②油藏類型單一，以構造油氣藏為主，缺乏其它類型的油氣藏；③構造演化對地層發育的控制關系不清；④勘探程度和研究程度都較低等問題。另外將層序地層學理論應用於陸相地層研究的理論和方法都不成熟，還存在著許多問題，比如控制因素、沉積基準面、可容空間和體系域的劃分等。為了探討現存的這些問題並對其有一個更深刻的了解，我們承擔了對惠民凹陷中央隆起帶西部老第三系的層序地層學研究工作，同時結合油氣勘探開發中的問題，所有這些問題也就決定了本課題在研究工作中所要進行的主要研究內容和技術路線的特點。

一、主要研究內容

本研究工區位於惠民凹陷中央隆起帶西部，目的層段為老第三系沙河街組三段、四段，同時亦對孔店組地層作了初步探討，具體研究內容主要包括以下幾個方面：

1.地震層序分析

地震資料被廣泛地應用於盆地的構造特徵研究，隨著科學技術的進步和採集手段、處理、解釋手段的不斷提高，大量地震資料，尤其是高解析度的三維地震資料可以給我們提供一個全盆地四維空間的層序地層關系。因此我們可以充分利用地震資料的相對成本低廉、數據量大、內容豐富、解析度高等特點並結合盆地地質背景資料和區域構造演化資料建立起全盆地的等時性區域性層序地層格架。在建立層序地層格架時可以通過識別地震剖面上的削蝕、頂超、上超、下超等不整合面的地震反射特徵，並進一步根據地震相的外部幾何形態、內部反射結構以及反射波的各種參數特徵劃分體系域，然後同單井資料進行對比、驗證，從而進一步完善層序地層的劃分方案。

2.測井層序地層分析

測井資料具有比地震資料高得多的解析度，特別是對於開發中的油田來說各種測井資料特別豐富，在開展高解析度層序地層學研究時大量測井資料為此提供了堅實的物質基礎，但是測井資料主要反映地層的岩性特徵，為了保證沉積地層單元的等時性劃分和對比，必須把測井資料約束在地震資料和地質背景資料所劃出的等時性層序地層格架內。不同岩性的地層對應著不同的電性特徵，不同體系域的沉積地層組合也對應著不同形態的測井曲線的組合。利用測井資料進行層序、體系域、准層序組、准層序等各級地層單元的識別，並同地震、地質資料相驗證以達到高解析度的等時性地層對比，為正確建立油藏模型、儲層評價、開發方案調整提供了可靠的保證。

3.標准地層剖面層序地層分析

我國東部斷裂復雜的伸展型斷陷盆地，雖然具有非常豐富的地震資料和測井資料，但進行層序地層學分析時往往存在一個巨大的缺陷，就是不能保證地層關系的自然完整性。層序地層學對於地層的自然缺失現象可以給出很好的解釋，但對於後期的斷裂作用所造成的地層缺失，層序地層學就顯得力不從心了。而且陸相湖盆內部還存在構造分異程度大、不同構造部位層序演化也不相同的特點。因此我們在張性斷陷湖盆中首先應該在全盆地不同構造部位綜合地質、地震資料並結合其它古生物、地化分析資料建立起局部地區的標准地層剖面，從而才能進行正確的層序地層劃分，並在此基礎上進行層序地層的橫向對比，建立起全盆地等時性地層格架。

4.生物地層分析

對於傳統的用於年代地層分析的古生物資料，在層序地層學研究中具有重要的意義。通過研究古生物化石帶的缺失、生物群的豐度和分異度來識別層序邊界和最大湖泛面，可以幫助我們確定層序的年齡以及進行沉積盆地的岩相古地理恢復工作。

5.地球化學分析

地球化學指標對於沉積環境具有非常高的靈敏性，通過研究常量元素、微量元素、穩定同位素、稀土元素以及有機地化分析資料，同樣可以幫助解釋層序、體系域邊界和內部特徵，以及對古溫度、古鹽度和氧化還原程度的恢復。

6.綜合層序地層分析

綜合地質、地震、鑽井、測井、岩心、古生物和地球化學資料，通過相互驗證，修改完善，在全盆地建立起等時性層序地層格架，並對各級地層單元進行劃分和橫向等時性對比，從而進一步恢復盆地構造演化史、沉積充填史、實現岩相古地理再造並評價生儲蓋組合，預測有利油氣聚集帶。

7.層序地層模式研究

通過對惠民凹陷老第三系沙河街組、孔店組地層的層序地層分析，對陸相張性斷陷湖盆的層序演化動力機制、控制因素進行了剖析，對於構造沉降、氣候變化、沉積物供應及湖平面升降對層序發展演化的影響作用有了新的認識，並對沉積基準面和可容空間的概念進行了初步的探討，總結出陸相湖盆不同演化階段的層序演化模式。

二、技術路線

運用層序地層學的基本原理和方法，首先根據區域地質背景和地震資料，參考鄰區沉積地層旋迴規律，在全盆地建立層序地層格架，在此層序地層格架的約束下利用測井資料、岩心資料、古生物資料和地球化學分析資料，在分區標准剖面上對層序體內部的體系域、准層序組、准層序進行識別和劃分，並與地震資料、地質資料相互驗證、修改和完善，然後從標准剖面出發，由點到面、點面結合、平面與剖面結合，對於出現的一些問題詳細推敲、反復論證，從而在全盆地建立起等時性層序地層格架，並綜合地質、地震、測井、岩心、古生物和地球化學資料，根據沉積岩石學、地層學、構造地質學、沉積地球化學、古生物和古生態學以及石油地質學的基礎理論和方法，恢復盆地古地理、古氣候、古環境，並對層序類型、成因機制、控制因素進行詳細剖析，總結出陸相湖盆層序地層演化模式及其對生儲蓋層的控制規律，評價有利生儲蓋相帶。具體研究流程見圖1-3。

圖1-3研究方法和技術路線圖

5. 　層序地層學研究方法

一、層序地層分析的總體思路和技術路線

1.總體分析方法

在層序地層研究方面，總體分析包括選區或盆地屬性分析、盆地發育史分析、構造運動史分析、盆地沉降史分析等等。

盆地屬性分析，首先是盆地的成因性質分析，即確定研究對象的原型特徵（即盆地原型特徵）。這是因為不同性質的盆地有不同的發育歷史、不同的沉積特徵、不同的構造控制，掌握了這些，將有助於在盆地的不同部位識別層序界面，更有利於不同盆地之間的層序地層劃分與對比。另一分析要點是研究盆地是否曾與外海有聯系，與外海有聯系的盆地在基準面升降、全球變化、控制沉積物分布形態的因素等方面與海相盆地有千絲萬縷的關系。盡管這類盆地有其自身獨特特徵，但是由於與海相盆地具有某種共性和全球變化的規律性，所以相對容易開展層序地層學工作。對於完全封閉的內陸盆地，盡管它可能存在某種全球變化的規律性，但往往由於局部影響因素較大而自成體系，所以進行層序地層學研究的困難更大。非海相沉積層序的分布形態與盆地演化階段息息相關，而大多數情況下盆地的演化階段與區域構造運動、全球海平面變化有明顯的相關性，這是進行陸相層序地層研究的基礎。

盆地的發育史（充填、沉降史）、構造運動史都對地層分布形式有一定的影響，特別是陸相盆地，構造運動可能是主控因素。如構造運動強烈的盆地，不僅其埋藏及沉降強度受到影響，而且局部構造運動可以增強或壓縮基準面升降變化的信息。

2.具體技術路線

無論是海相沉積還是湖泊沉積，研究層序地層的第一手資料是地震、鑽井和露頭資料。層序地層學的工作步驟是（圖1-7）：

圖1-7含煤盆地層序地層綜合研究工作流程圖（據龔紹禮等，1998）

（1）首先應對研究區作為研究對象的地層有一個初步了解，主要內容包括：地層層序及厚度、構造對地層的影響、沉積物粒度變化、主要沉積層段的沉積環境、海相沉積發育層位及分布、生物地層與年代地層劃分的界線、主要地層層段的物理特性等方面。

（2）從測井資料入手，選擇大量高質量的鑽孔曲線，劃分測井相和測井曲線類型，識別小層序（組）、密集段；通過測井剖面分析，編制測井剖面對比圖，以測井曲線類型進行橫向對比。

（3）在地震剖面上尋找反射終止點，識別不整合面（削截、頂超等），結合測井信息和古生物資料劃分超層序、層序，做合成地震記錄，將地震和測井結果聯系起來，建立層序地層格架。

（4）露頭、岩心的觀察和研究，對地震、測井分析結果進行檢驗和完善。

（5）將測井相、地震相轉化為沉積相，並與地質上沉積相劃分相對照，最後確定沉積體系。

（6）以體系域或小層序（組）為編圖單元，編制單因素圖件，以確定沉積模式及沉積體系的平面展布。

（7）室內鏡下鑒定、分析測試和計算機自動判別及解釋，從微觀角度提取層序界面及主要沉積單元、海平面變化所帶來的信息反饋，豐富研究內容，提高研究深度。

（8）總結、歸納層序界面、初始海泛面、最大海泛面、各種不同的體系域的綜合特徵（同時考慮主控因素的影響）。

（9）建立層序地層學地質、測井模式。

（10）應用層序地層學原理及已有的研究成果，探討層序地層學原理在含煤盆地中的應用問題；總結研究區含煤岩系層序地層單元的聚煤規律，並提出煤田預測意見。

二、層序地層學解釋方法

層序地層學就是根據地震、鑽井與測井和露頭資料，結合有關沉積環境和岩相特徵，對地層分布形式作出綜合解釋。因此，從資料類型角度出發，露頭、鑽井與測井和地震資料的層序地層學研究是基本的層序地層學解釋方法。

1.露頭資料的層序地層學分析

露頭資料是層序地層學最直觀、最真實、最詳細的資料，具有鑽井與測井和地震資料所不具備的高解析度的特點，因而露頭資料的層序地層學研究應該是盆地層序地層學的出發點。在考慮研究區露頭的覆蓋性、不連續性以及被構造運動後期改造變形的基礎上，選擇那些地層出露齊全且能連續追蹤、易於觀察的露頭，進行野外露頭勘探、分層和丈量，收集層序邊界、體系域和凝縮層及沉積相標志，進而進行高解析度的層序地層學解釋。基本研究內容如下：

（1）識別層序界面、劃分層序類型。層序界面的識別標志有構造不整合面、鐵質和鋁質風化殼、古土壤和植物根土層、底礫岩層、深切谷及其充填物、地層接觸關系、顏色和岩性的垂向變化、沉積物水深突然向上變淺或地層堆疊樣式突然變化等。

（2）從生物地層學的角度確定層序單元的年代，並努力使之與全球海平面升降曲線擬合。

（3）以岩性、岩相以及地層堆疊樣式來確定各地層層序的凝縮層、體系域和小層序組特徵，運用可容空間概念進行沉積相分析。明確各層序中體系域組合特徵、小層序的疊置樣式以及沉積體系的時空分布。

（4）編制露頭層序地層學綜合分析圖及不同露頭的層序地層對比圖，並努力建立與鑽井、測井和地震層序的對應關系。

（5）露頭層序的生儲蓋初步評價，指出較有利的生儲蓋組合。

（6）含煤層序的層序單元劃分，區分海侵成煤和海退成煤類型。

2.鑽井、測井資料的層序地層學分析

鑽井、測井資料是盆地覆蓋區較好的層序地層分析資料，它主要包括系統的岩心和岩屑、各種測井資料、各種室內分析化驗資料、合成地震記錄等。在對鑽井、測井資料進行層序地層學解釋時，應選擇那些地層序列完整、取心井段長、室內分析資料豐富、測井序列齊全的井作為關鍵井，進而進行不同維數域內的層序地層分析，具體層序地層研究內容與解釋方法如下：

（1）關鍵井岩性序列、沉積旋迴和沉積相研究，並建立岩性及其序列與電測曲線的響應關系。

（2）依據風化殼、底礫岩、古土壤、生物化石的斷帶和岩性、沉積相的垂向突變以及地層產狀的不一致性確定層序邊界，並進行多井層序邊界對比，通過古生物組合和同位索測年等方法，確定層序的年代，建立盆地覆蓋區年代地層框架。

（3）識別最大海泛面或湖泛面，確定體系域類型。最大海泛面往往是由較深水環境下沉積的、質純色暗的、富含有機質和古生物化石的、廣泛分布的薄層沉積物組成的。據此可將海侵體系域與高水位體系域區分開來。然後再根據小層序組的疊置樣式和初次海泛面的位置來確定低水位、海侵和高水位體系域。

（4）測井資料的時頻分析，以確定層序旋迴周期的規律，探討形成層序的主控因素。

（5）測井資料的處理與解釋，以確定小層序組的疊置樣式、古水流流向以及砂體的展布方向。

（6）沉積環境和古氣候詳細分析，編繪單井和多井層序地層綜合分析圖以及以層序或體系域為作圖單元的地層等厚圖、砂體圖、沉積相圖。確定有利的烴源岩、儲集層和蓋層分布區；富煤帶的分布特徵等。

（7）建立岩性序列、沉積相類型、層序和體系域與地震反射之間的響應關系，為地震資料的層序地層分析作好准備。

3.地震資料的層序地層學分析

地震資料的地層學和沉積相研究是地震地層學和層序地層學研究的重要方面。地震資料以其覆蓋面積大、能反映地層相互接觸關系、能反映沉積體宏觀的三維形態為其顯著特徵。雖然地震資料的垂向解析度不如露頭和鑽測井資料，但是其連續的地震反射具有相對年代地層意義，這為我們建立盆地范圍內的年代地層框架提供了良好的基礎。在利用地震資料進行層序地層學研究時，一定要選擇來自同一採集系統、同一處理系統的地震剖面，選擇那些地層發育齊全、構造簡單、地震反射清楚、又能反映全區的地震剖面，建立地震測網，地震資料的層序地層綜合研究主要包括以下內容和方法：

（1）根據地震反射削蝕、頂超和下超、上超等地震反射終止關系，考慮露頭和鑽測井層序劃分方案，對地震資料進行地震層序劃分，進而利用合成地震記錄、古生物和同位索測年資料對地震層序進行年代地層標定，並建立露頭、鑽井與測井層序和地震層序的一致關系。

（2）根據初次和最大海泛面的位置以及上超點的遷移規律、地震反射形態，區分低水位、海侵和高水位體系域，並努力在全區追蹤閉合。

（3）以層序或體系域為作圖單元，研究地層厚度的展布特徵、地震相類型及其分布規律。

（4）利用地震層速度製作砂泥岩量板，求得不同層序、體系域中的砂泥岩百分含量或確定砂岩相對富集區。

（5）以關鍵井岩心相分析為依據，考慮盆地結構和古地形特徵，有機地將地震相轉換為沉積相並進行沉積環境解釋。

（6）依據地震反射上超點的遷移特徵，製作海平面相對升降變化曲線，結合古氣候、盆地構造沉降速率的研究成果，探討控制層序構型的主控因素。

（7）結合露頭和鑽測井層序地層學研究成果，建立研究區層序地層模式並進行計算機模擬，進而確定層序與成煤體系域單元或生儲蓋層、非構造圈閉之間的關系，總結成藏特點和油氣藏分布規律，指出有利的油氣勘探區帶，提供油氣勘探部署意見；對於含煤盆地，則以層序地層劃分成果為指導，進行煤聚積規律分析，指出煤聚積帶及富煤帶分布區域，進行煤田預測。

三、層序邊界識別與層序年代標定方法

（一）層序邊界的識別標志

根據層序的定義，層序邊界是不整合及與之對應的整合面，層序邊界應該在平面上廣泛連續分布，並覆蓋整個盆地。盡管盆地不同部位不整合面上、下地層之間地層缺失量是不同的，但這個不整合面和與之對應的整合面確實可將上、下的新老地層分開，構成了具有年代地層意義的一個界面。層序邊界在露頭、鑽井、測井和地震資料上均有不同程度的響應，在識別層序邊界時，應該利用多種資料進行綜合判斷。

1.Ⅰ型層序的識別標志

（1）廣泛出露地表的陸上侵蝕不整合面。這個不整合面可分布於整個陸棚地區，也可分布於盆地緩坡，甚至分布於整個盆地（圖1-8）。不整合之上可存在成分和結構成熟度均較高的、厚幾十厘米級的底礫岩，可存在厚幾厘米至幾十厘米的含褐鐵礦、鋁土礦的古土壤和根土層；不整合面波狀起伏，在平面上可長距離追蹤；不整合面上下地層產狀可明顯不同。

（2）層序界面上下地層顏色、岩性以及沉積相的垂向不連續或錯位。如雜色泥岩與上覆灰色砂岩接觸。沉積相的垂向錯位意味著淺水沉積間斷性地上覆在較深水的沉積之上，如煤層上覆在外陸棚泥岩之上；也可以是上臨濱亞相直接上覆在下臨亞相之上，中間缺失中臨濱亞相。相的垂向錯位往往伴生著沉積物粒度突然增加，反映了海平面的相對下降和陸上不整合的發育。相序錯位多出現在高水位體系域的前積層處和頂積層向盆地一側。

（3）伴隨海平面相對下降，由河流回春作用形成的深切谷是層序邊界的典型標志。深切谷充填物與其下伏沉積層存在明顯的沉積相錯位。當海平面發生相對下降時，由於侵蝕到陸棚地區的河流數量、河流規模不同，因而形成了具不同特徵的深切谷充填物。若侵蝕到陸棚區的河流規模大或河流數量多，則形成的深切谷充填物砂岩分布廣泛，河間古土壤或根土層不太發育；反之，則深切谷充填物砂岩不太發育，而河間古土壤層較發育。深切谷規模較大，可寬達數千米或幾十千米，長達幾十千米，深達數十米。深切谷中可充填砂岩，也可充填礫岩和泥岩，這取決於後來的海平面相對上升速率和沉積物供給情況。另外，可根據深切谷的規模和深切谷的垂向序列錯位把它與分支河道區分開來。

圖1-8Ⅰ型不整合（據Posamentier,1988）

（4）層序界面處的古生物化石斷帶或絕滅。

（5）在層序界面處具有明顯的測井曲線的突變響應，如自然電位和自然伽馬值的突變、地層傾角測井反映的地層產狀突變等。

（6）層序界面上、下體系域類型或小層序類型的突變，例如層序界面之下為高水位體系域沉積，層序界面之上為海侵體系域沉積，其間缺少低水位體系域。這種體系域的垂向突變在測井曲線上也有良好的響應。

（7）伴隨著沉積相向盆地方向的遷移，在地震剖面上識別出一個層序的頂部海岸上超的向下遷移現象和一個層序下部層序界面之上的海岸上超向陸遷移現象，它們與地震剖面上的地震反射終止關系構成層序邊界的識別標志。

另外，層序邊界上下地層的地球化學微量元素類型和含量以及古地磁極性也有明顯變化。大多數硅質碎屑岩的層序邊界均為Ⅰ型層序邊界。並不是在盆地任何地方都能找到上述的層序識別標志，這就取決於觀察點的位置以及盆地沉積物供給速率與海平面相對變化速率之間的關系。

2.Ⅱ型層序的識別標志

由於地質歷史時期形成的Ⅱ型層序界面難以保存以及現今對Ⅱ型層序邊界研究較少，Ⅱ型層序的識別標志相對少一些。

（1）層序上傾方向沉積濱線坡折帶向陸一側的、分布范圍相對較小的陸上暴露及其不整合（圖1-9）。由於沉積濱線坡折帶處未發生海平面相對下降，所以Ⅱ型層序邊界之上未發生河流回春侵蝕作用，也不發育海底扇沉積。

（2）海岸上超向下遷移至沉積濱線坡折帶向陸一側並形成由進積到加積准層序構成的陸棚邊緣體系域。若井網較密，可通過鑽井、測井資料的陸棚邊緣體系域的研究來確定Ⅰ型層序邊界。在一個盆地中，由於構造沉降作用的差異，Ⅱ型層序邊界可以橫向變為Ⅰ型層序邊界。

圖1-9Ⅱ型不整合（據Posamentier,1988）

（二）層序年代標定方法

利用多種標志確定了層序邊界、劃分了層序以後，應該賦予具有相對年代地層意義的層序地質時代的概念。常用於確定地質年代的方法有以下幾種。

1.生物地層學方法

不同地質時代和不同沉積環境的古生物組合是不同的，在不同的地質時代或層序邊界處，某些古生物種屬會發生滅絕、古生物組合會發生明顯變化。因此，可以通過比較密集的古生物采樣分析來確定不同古生物組合特徵的層序地質年代。

2.同位素地層學方法

同位素測年方法能夠測定不同時代地層的絕對年齡，對於較新的地層來說，同位素測定年齡就更准確。人們可利用自生粘土礦物伊利石、火山岩中的固、液、氣包裹體對地層進行地質年代測定。

3.古地磁地層學方法

由於大陸漂移和地球極性的倒轉，在不同地質歷史時間，古地磁的極性是不同的，特點是距今65Ma以來的古地磁極性反轉比較明顯。因此，在考慮沉積速率的基礎上，可以定向採集野外或岩心樣品進行古地磁極性分析，進而與標准古地磁剖面進行對比，以確定層序的地質時代。

4.海平面升降曲線對比方法

在了解了顯生宙全球海平面升降變化曲線之後，可以製作研究區的區域海平面升降變化曲線，並將其與全球海平面曲線進行對比，來推斷各層序的地質年代。

5.地球物理標定方法

根據覆蓋區地震資料劃分了地震層序以後，常採用合成地震記錄和VSP等方法對己劃分的地震層序進行地質年代的標定，建立鑽井地質層序與地震層序的對應關系，賦予地震層序地質年代意義。實踐證明這是一種行之有效的方法。

四、可容空間分析方法

可容空間分析實際上是分析海平面升降、構造沉降和沉積物注入量等三種主要地質變數的時空作用的關系。沉積物要堆積下來，就必須存在一個可供沉積物堆積的可容空間，這個可容空間是全球海平面升降變化和構造沉降的函數。也就是說海平面的相對升降變化特徵決定了是否存在可供沉積物沉積的可容空間。許多沉積盆地地質歷史分析表明，全球性海平面變化比構造沉降作用變化的頻率要大。因此，在一個有限的時間段內分析可容空間的增加與減少，可假定某一地區具有恆定的構造沉降速率。然而，在一個沉積盆地中，盡管海平面升降變化特徵相同，但構造沉降速率的變化也會影響可容空間的增加與減少（圖1-10）。可容空間隨時間的增減變化曲線可以通過構造沉降曲線和海平面升降曲線疊加而獲得。在構造沉降比較緩慢的盆地部位，最大可容空間位於最高海平面處。在海平面剛開始上升的時間零點處，可容空間僅僅由構造沉降的數值所表示。在中等構造沉降的部位，最大可容空間出現的時間滯後於最大海平面出現的時間。在快速構造沉降的盆地部位，即使海平面處於下降狀態，可容空間也未發生減少，這是由於構造沉降幅度大於海平面下降幅度的緣故。如果自盆地邊緣向中心方向構造沉降速率增加，則上述三種情況可以反映盆地邊緣、中間和遠離盆地邊緣三個不同位置的可容空間變化情況。

圖1-10沉積物可容空間與海平面變化和構造沉降的關系（據Jervey,1988）

盆地中堆積沉積物的多少是沉積物注入盆地總速率和盆地臨近物源程度的函數。若一個盆地不同部位具有相同的相對海平面變化速率，但沉積物供給速度不同，那麼就會產生不同的古水深和岩相變化。圖1-11代表了距物源不同距離的、不同沉積物注入速率的、三個特定位置處可容空間與沉積物堆積速率和水深的關系。在沉積物注入速率較慢的部位，沉積物可容空間大於沉積物的體積，岸線向陸遷移並隨之發生海侵，水體深度明顯增加，偏泥的海相地層沉積於距海岸線有一段距離的部位。由於這些偏泥的海相地層沉積堆積於基準面之下，所以沉積物堆積速率受沉積物注入速率的控制，而不反映可容空間發育速率的變化。對於中等沉積物注入速率來說，海底可以加積到海平面。開始可容空間的增加速率大於沉積物供給使沉積表面處於海平面處的能力，隨之發生海侵和水體的加深，沉積了海相。隨著相對海平面上升速率的降低，開始發生了岸線海退，直至海相沉積加積到海平面，岸線又回退到初始位置。此後，沉積物的供給速率已超過可容空間增長速率，沉積物表面保持在海平面處，堆積了海岸平原相沉積物。未能被海岸平原容納的過剩沉積物向盆地方向搬運。隨著可容空間減小（相對海平面降低），先前沉積的沉積物可能會遭受剝蝕，在快速的沉積物注入處，沉積物的供給速率總是大於可容空間的增長速率，從而堆積了海岸平原或三角洲平原沉積物。在整個海平面變化旋迴中持續發育了岸線的海退。在快速沉積物注入處的堆積速率受限於可容空間增長的速率。在海平面相對下降期間，可容空間消失，原沉積處發生了侵蝕作用。

圖1-11在沉積物注入速率變化的條件下沉積相和可容空間的關系（據Jervey,1988）

1—偏砂海岸平原相；2—偏泥海相；3—水

6. 　高解析度層序地層分析方法應用實例

一、研究方法

高解析度層序地層學是對地層記錄中反映基準面變化旋迴的時間地層單元的二元劃分，因而其理論與技術應用的關鍵在於如何在地層記錄中識別代表多級次基準面旋迴的多級次地層旋迴，並進行高解析度的等時地層對比。層序的邊界可以是基準面上升到下降的轉換點，如含煤地層中的泥岩、煤層或石灰岩，也可以是基準面下降到上升的轉換點，如砂體沖刷底面。但是，如何將與異旋迴事件有關的砂體（區域上是等時的）與沖積砂體區別開來是非常重要的。一般認為，側向上和垂向上疊置砂體的底面與異旋迴事件有關（Sharley等，1994）。

通過體積比分析和相分異分析可以反演出可容納空間的單向遷移方向、地層堆積樣式、基準面升降及界面位置，進而劃分出最基本的基準面旋迴（簡稱短期旋迴）。然後依據各短期旋迴的體積劃分和疊置樣式，又可劃分出中期基準面旋迴（簡稱中期旋迴）。依次還可劃分出長期基準面旋迴（簡稱長旋迴），這是高級別的層序和基準面旋迴。然而，更關鍵的工作是在不同級次界面識別和不同級別基準面旋迴劃分的基礎上，由長周期到短周期逐級進行基準面旋迴的對比。

高解析度層序地層學研究是岩心、測井、露頭、地震測量資料相結合的綜合層序地層學研究方法（Wan Wagoner等，1990、1991）。地震勘探的採集、處理和顯示技術在不斷改進、提高，提高解析度後的地震資料，將會給層序地層學分析帶來一些出乎意料的效果（徐懷大，1997）。有的研究者強調露頭的高解析度層序地層研究，在出露良好的典型露頭建立典型的高解析度層序地層樣式，是十分有意義的。國外應用一種露頭伽瑪射線強度測量方法（Davies,1996），將地面測得的曲線和附近鑽井中伽瑪測井曲線進行對比，找出其間的關系。但這種對比有可能存在一定程度的穿時現象。目前最流行的是將測井資料用於高解析度層序地層研究（Cross,1994）；也有的學者採用高密度微體和超微體古生物方法（Armentrout,1996）；還有的學者採用高密度碳氧同位素法（Mtizchell等，1996）。而上述這些方法都是與測井、地震資料相結合的，因而，綜合方法是高解析度層序地層學的關鍵。

二、基準面旋迴的識別與對比技術

根據基準面旋迴和可容納空間變化原理，地層的旋迴性是基準面相對於地表位置的變化產生的沉積作用、侵蝕作用、沉積物路過形成的非沉積作用和沉積欠補償造成的飢餓性乃至非沉積隨時間發生遷移的地層響應。地層記錄中不同級次的地層旋迴記錄了相應級次的基準面旋迴，每一級次的地層旋迴內必然存在著能反映相應級次基準面旋迴所經歷時間的痕跡（或軌跡）。如何根據鑽井資料或露頭剖面上的這些記錄痕跡識別基準面旋迴，是高解析度層序劃分與對比的基礎。而測井資料（尤其多類型測井曲線）也提供了信息豐富的識別標志。

（一）基準面旋迴的識別

用來識別基準面旋迴的沉積與地層特徵可以概括為：（1）單一相物理性質的垂向變化；（2）相序與相組合變化：（3）旋迴疊加樣式的改變；（4）地層幾何形態與接觸關系。這些特徵均反映著可容納空間和沉積物補給通量比值（A/S）的變化。

1.岩性剖面上的識別標志

岩心、鑽井剖面，特別是三維露頭剖面，較測井、地震反射剖面具有更高的解析度，因而是最高級次旋迴識別的基礎。在岩性剖面上，旋迴界面識別標志如下：

（1）地層剖面中的沖刷現象及其上覆的滯留沉積物，其或代表基準面下陷於地表之下的侵蝕沖刷作用，或代表基準面上升時的水進沖刷面。後者與前者的區別是沖刷面之上多見盆內屑，且幅度較小。

（2）作為層序界面的濱岸上超的向下遷移，在鑽井剖面中常表現為沉積相朝盆地方向移動，如淺水沉積物直接覆於較深水沉積物之上，河流、濁流砂礫岩直接覆於深水泥岩之上，兩類沉積之間往往缺失過渡環境沉積。

（3）岩相類型或相組合在垂向剖面上轉換的位置，如水體向上變淺的相序或相組合向水體逐漸變深的相序或相組合的轉換處。

（4）砂、泥岩厚度旋迴性變化，如層序界面之下，砂岩粒度向上變粗，砂泥比向上變大；層序界面之上則反之。這種旋迴的變化特徵常以疊加樣式的改變表現出來。

根據上述特徵可在不同沉積環境中識別短期基準面旋迴（圖4-7）。

2.測井曲線識別標志

測井曲線基準面旋迴的確定，特別是旋迴界面的確定，是在對取心井段標定的基礎上進行的。也就是說，首先要利用取心井段建立短期旋迴及界面的測井響應模型，用以指導區域非取心井測井曲線的旋迴劃分。測井曲線對於較長期基準面旋迴疊加樣式的分析確定尤為有效，這是因為組成較長期旋迴的短期旋迴具有特定的疊加樣式，是在較長期基準面旋迴上升與下降過程中向其幅度的最大值（最大可容納空間）或最小值（最小可容納空間）單向移動的結果，也就是說是在大致相似的地質背景下形成的一套成因上有聯系的岩石組合。這些疊加樣式常常具有鮮明的測井響應（圖4-8），向湖（海）盆方向推進的疊加樣式（進積）形成於較長期基準面下降期，此時A/S＜1，即沉積物供給速率大於可容納空間的增加速率，岩石學方面的性質與下伏旋迴相比具可容納空間減小的特徵；向陸推進的疊加樣式（退積）形成於較長期基準面旋迴的上升時期，此時A/S＞1，即可容納空間增加速率大於沉積面供給速率，上覆短期旋迴的性質與相鄰下伏旋迴相比，在沉積學、岩石學方面表現出可容納空間增大的特徵；短期旋迴呈加積疊加樣式，則出現在較長期准面旋迴上升到下降的轉換時期，A/S=1，相鄰短期旋迴形成時可容納空間變化不大。東濮凹陷前梨園窪陷沙河街組三段，是說明如何運用測井曲線中短期旋迴的疊加樣式分析中期基準面旋迴（圖4-9）的典型例子。

圖4-7不同沉積環境下識別出的短期旋迴特徵（據鄧宏文等，1996）

圖4-8短期旋迴疊加樣式及其測井響應（據Cross,1994）

1—海岸平原砂岩和泥岩；2—淺海砂岩；3—海相泥岩；4—短期地層旋迴

圖4-9進積－退積對稱型中期基準面旋迴的岩性－電性響應（據鄧宏文等，1996）

3.地震剖面上的識別標志

地震反射界面基本是等時的或平行於地層內的時間面，因而可以運用地震反射剖面進行基準面旋迴分析，但受地震信息解析度的限制，地震反射剖面通常只能用來識別長期基準面旋迴。用於識別旋迴界面的主要地震標志如下：

（1）區域分布的不整合或反映地層不協調關系的地震反射終止類型，即常規的地震地層分析標志。

（2）與中期或長期基準面旋迴上升到下降轉換位置（最大可容納空間）相對應的高振幅連續反射界面或一組反射。

（3）與測井曲線和岩心觀察到的區域相變可對比的地震反射特徵（振幅、連續性、頻率、地震相等），在區域上發生重大變化。

（4）與測井曲線和岩心中可觀察到的地層疊加樣式變化可對比的地震反射幾何形態的變化（如由高振幅、水平反射到低振幅S形反射）。

圖4-10為運用地震剖面識別出的中期基準面旋迴（東濮凹陷沙河街組三段）。

圖4-10地震剖面上識別出的中期基準面旋迴（據鄧宏文等，1996）

1—斷層；2—旋迴界線；3—最大洪泛面

依據露頭、岩心、測井與地震剖面確定的基準面旋迴要互相驗證。較低級次的測井旋迴的識別須在岩心、露頭標定的基礎上進行，其劃分結果還可以通過合成地震記錄及轉換成雙程旅行時間的測井曲線，將地震不整合或其它類型界面標定到鑽井中去驗證。而地震旋迴邊界的識別也要以鑽井剖面上的測井旋迴分析為基礎。

（二）地層旋迴等時對比技術

高解析度地層對比是同時代地層與界面的對比，不是旋迴幅度和岩石類型的對比，一個完整的基準面穿越旋迴及與其伴生的可容納空間的增加與減少，在地層記錄中由代表二分時間單元（每部分分別代表基準面上升與下降）的完整的地層旋迴組成，有時僅由不對稱的半旋迴和代表侵蝕作用和非沉積作用的界面構成。

Cross（1994）認為，在成因層序的對比中，基準面旋迴的轉換點（turnround point），即基準面由下降到上升或由上升到下降的轉變位置，可作為時間地層對比的優選位置。因為轉換點為可容納空間增加到最大值或減少到最小值的單向變化的極限位置，即基準面旋迴的二分時間為連續的岩石序列。岩石與界面出現的位置和比例，是可容納空間和沉積物供給的函數。因而在對比中，要通過地層過程的分析掌握什麼時候岩石與岩石對比、岩石與界面對比或面與面對比。時間—空間圖解是對地層剖面進行時間空間反演的最有效的方法，極有助於對地質過程（時間十空間）的地層響應（岩石＋界面）的理解，並有助於確定什麼時候岩石對比岩石、岩石對比界面或面面對比，以檢驗層序對比的可靠性。

由於基準面變化的地層記錄是以多級次頻率（多級次旋迴）出現在區域范圍內，可跨越各種沉積環境，因而以地層基準面識別為基礎的地層對比不依賴於沉積環境，也不需要了解海平面的位置與運動方向。

圖4-11為海岸平原－淺海沉積環境地層層序的堆積模式、厚度的時空變化以及層序地層對比。

圖4-11淺海沉積環境成因地層動態對比概略圖（據Cross,1994）

三、應用實例

（一）海相地層的高解析度層序地層

Cross（1994）成因地層組建立的海岸平原－淺海硅質碎屑岩的對比模式，說明體系域的體積劃分及對比方法。由圖4-12可以看出，伴隨長期和短期基準面旋迴發生的可容納空間地理位置的遷移，在海岸平原－淺海相的不同地理位置沉積了不同的地層剖面。地層的加厚與減薄以及相序對稱性是有規律可循的。海岸平原沉積的垂向旋迴在基準面上升期加厚，在基準面下降時期減薄。厚度變化反映了可容納空間與充填此空間的沉積物比值（A/S）的變化。就旋迴對稱性而言，基準面上升期間沖積平原具「向上變深」的非對稱旋迴，基準面下降旋迴通常表現為不整合。海岸平原位置同時發育基準面上升和下降組成的對稱旋迴，具有由「向上變淺」和「向上變深」相序組成的對稱性旋迴。淺海濱面相通常僅發育基準面下降時沉積的非對稱的「向上變淺」的相序，而基準面上升時期以海侵沖刷面為代表。向海方向旋迴的對稱性增加。相序的對稱性反映了基準面上升與下降旋迴中，沉積物比值和沉積物所代表的時間與「面」所代表的時間比值的變化，與古地形關系較為密切。

圖4-11展示的是海岸平原－淺海沉積環境地層層序堆積模式、厚度的時空變化以及層序地層對比。由海岸平原經淺海陸架至斜坡位置，成因層序及組成該層序的相序隨時間發生遷移。在基準面長期下降期間，盡管短期旋迴具周期性變化特徵，可空納空間總的趨勢是逐漸減小。隨可容納空間逐漸減小，淺海陸架旋迴逐漸加厚，更多的基準面下降非對稱旋迴出現。當可容納空間減小到接近或處於可容納空間極小值時，旋迴厚度減小，頂部為基準面下降不整合面或沉積物路過時形成的非沉積作用面。海岸平原沉積則相反，旋迴厚度逐漸變薄，並以非對稱性的基準面的上升旋迴為主。從長期基準面下降到上升的轉變，標志著另一時間幕的開始，但可容納空間總的趨勢是增加。隨可容納空間的增加，淺海陸架旋迴由不對稱到對稱旋迴，厚度逐漸減薄。而海岸平原旋迴，對稱性增加，厚度逐漸變大，基準面旋迴上升與下降期間會有更多的沉積物沉積和保存。

圖4-12基準面穿越旋迴沿岸平原—淺海相域體積劃分與旋迴對稱性變化（據Cross,1994）

1—最大洪泛面；2—海侵沖刷面；3—基準面下降不整合；4—沉積作用；5—侵蝕作用

（二）非海相地層的高解析度層序地層學應用

這里選擇河流三角洲－湖泊相地層、沖積地層、湖泊沉積物及風成沉積等沉積地層類型進行高解析度層序地層分析的實例，作為典型代表，以說明高解析度層序地層分析理論和方法的應用。

1.實例之一：美國中西部第三紀尤英塔盆地

位於美國中西部落基山脈的尤英塔盆地，為在早白堊世前陸盆地背景上發展起來的大型山間坳陷盆地。

通過對美國中西部尤英塔盆地南部始新統綠河組河流三角洲－湖泊相進行高解析度地層研究，識別出四個長期基準面旋迴，並建立了成因層序對比模式。在地層基面旋迴中，伴隨著可容納空間與沉積物供應比值的變化，相同的沉積環境，如三角洲、邊緣湖泊及開闊湖泊，可發育不同的岩石類型、相序與相組合。在同一成因層序內，旋迴特徵也有明顯規律可循。三角洲平原相主要為基準面上升時期形成的分支河道相和河道間沉積組成的不對稱旋迴。三角洲發育的湖泊邊緣相，為基準面上升時期沉積的分支河道相和下降時期的濱湖相或河口壩相構成的對稱旋迴。三角洲向淺水湖泊相方向，則表現為基準面上升期間形成的碳酸鹽灘壩相和基準面下降期形成的泥坪相組成的對稱旋迴，向盆地方向主要由基準面下降時期淺水湖泊相非對稱旋迴組成。在盆地的不同演化階段，長期基準面旋迴的地層結構、沉積模式、短期旋迴的對稱性、沉積相域的體系域劃分均有顯著差異。進一步研究還證明，分支河道砂岩的孔隙度與滲透率的變化，也與其所屬的成因地層單元在長期基準面旋迴中的位置有關。尤英塔盆地始新統河湖相研究說明，可以根據成因地層的體積劃分、堆積模式、旋迴對稱性及相分異原理，對湖相地層與油氣儲層進行高解析度層序劃分、對比與預測。

圖4-13尤英塔盆地南部始新世河流三角洲－湖泊相域體積劃分與旋迴對稱變化（據Cross,1994）

2.實例之二：哥倫比亞第三系Lianos盆地

哥倫比亞Lianos盆地Cusiana油田是近10年發現的大油田。最初認為始新世Mirador組儲層主要為下切於沖積平原中的河道砂岩和下切於海灣砂泥岩中的微鹹水河道砂岩。由於以陸相沉積為主，對比十分困難，砂岩展布規律難尋，但運用基準面旋迴反演和對比技術，在Mirador組內識別出兩個不對稱的長期基準面旋迴（圖4-14），每個長期旋迴中又可識別出3～4個中期旋迴。下部長期旋迴由上超到古新世不整合之上的3個向陸方向進積的中期旋迴組成，每個中期旋迴的上升半旋迴均由槽狀交錯層河道砂岩→小型槽狀交錯層理粉細砂岩→波狀層理決口扇粉細砂岩→生物擾動發育的紋層狀湖相泥岩組成，反映可容納空間逐漸增大；中期下降半旋迴則為洪積平原雜色緻密泥岩。由此，兩個中期旋迴可能成為獨立的流體流動單元。上部長期旋迴由上超在Mirador組中部頁岩內間斷面之上的、一系列向陸方向進積的由微鹹水河道（上升半旋迴）和灣頭三角洲砂岩（下降半旋迴）組成的中期旋迴構成，頂部則以區域分布的海相泥岩（洪泛面）告終。

圖4-14哥倫比亞Cuslana油田Mirador組高解析度層序地層對比格架（據Cross,1994）

1—河口灣砂岩；2—灣頭三角洲；3—河道（微鹹水影響）；4—湖－洪泛平原－決口扇復合體；5—沖積河道帶；6—前始新世岩屑砂岩和泥岩

上述解釋和對比表明，海岸平原相帶以砂泥岩充填作用為主的地層堆積樣式並非「迷宮式」，而是有規律可尋的。由此以有限的測井和少量岩心資料建立的高解析度對比格架及儲層分布特徵的解釋，不僅可以直接導油氣區勘探開發，而且可以對非鑽井區儲層成因類型及展布特徵進行預測（圖4-14左）。

3.沖積地層層序地層分析

（1）沖積層序界面的識別

在下切作用深至下伏海相地層的薄層沖積地層序列中，識別與地層基準面變化有關的區域性層序邊界或疊置在海相頁岩之上的辮狀河沉積，或海相頁岩中的根土岩和煤層，相對容易。識別沖積地層層序界面的依據主要有：

A.通過角度關系識別層序界面。這在標志層廣泛分布的近濱海相地層中，尤為可靠。但在陸相地層內特別是沖積地層中，由於標志層稀少，缺乏生物地層資料，大部分沖積地層既不連續又缺乏區域分布的露頭，除了其明顯的角度關系外，要識別層序邊界更加困難。Keith等（1994）認為，通過揭示可容納空間變化速率突變的地層幾何形態的研究，可識別出反映異旋迴驅動的層序邊界，這幾乎沒有什麼明確的標准，但是局部的下切作用在寬度和深度上大於河道沖刷作用，表明曾發生過沖積下切作用，特別是在沉積物顆粒大小及構成發生明顯變化的層位；

B.通過河谷砂體的疊置型式識別層序邊界。砂體疊置型式反映容納空間形成速率的變化，純砂岩及粗砂岩互層的多側向及多層河道砂單元通常代表地層基準面的低速上升。沖積容納空間形成速率控制河流相砂岩的混合程度。多層、多側向混合砂體通常直接覆蓋在由異旋迴現象驅動的層序邊界不整合面上，或直接超覆在主煤層之上，沿走向可追蹤數公里，如Keith等（1994）在阿根廷白堊系地層的側向混合砂至礫質河道充填復合體中，識別出明顯的局部深切的侵蝕面；

C.依據沖積下切作用識別區域性層序邊界，由地層基準面造成的下切作用，通常受淺海陸棚和沖積平原之間的坡度控制，若淺海陸棚坡度大於沖積平原的坡度，則相對海平面變化通常導致下切作用；在淺海陸棚和沖積平原坡度相近的緩坡背景，地層基準面下移僅導致輕微的河流下切作用，河流剖面僅向海延伸或伴隨河谷型式的變化，基準面下移的結果使進入海盆的細粒沉積物含量增加；若淺海陸棚坡度小於河流剖面坡度，基準面下降僅伴隨明顯的沉積作用而無下切作用發生；

D.根據古土壤層識別層序邊界。在河間地區，古土壤層分布對層序邊界的識別具重要念義，古土壤發育的深度及其成熟度，部分反映了地表暴露時間長短及沉積速率較低。

（2）「最大沖積海泛面」的識別

前人對最大海泛面特徵進行了詳細研究，那麼在沖積地層中什麼樣的地層與最大海泛面同期呢？Posamentier等的概念模式結合Jurvey（1988）、Ross（1990）和Lawrence（1990）的數值模擬表明，最大海泛面反映了地層基準面快速上升，並把向陸退蝕濱面小層序和近濱地層中加積小層序隔開。在沖積地層中，最大海泛時期並非以凝縮作用為標志，而以潮汐作用向原先由純河流過程式控制制的地區侵入程度為代表。Shanley等（1994）證實在河流相地層中，潮汐影響范圍可從同期濱面沉積延伸至內陸65km范圍，並可與海相地層中最大海泛面建立時間對比關系，潮汐過程向內陸的最大海泛面由河流排水量、地層基準面上升速率、自然地理及潮汐范圍的綜合作用所控制。現代河口灣和河系研究也證實，潮汐的影響可從周期濱線延至內陸數萬米。在受潮汐影響的海岸河流地區，水體逆流並產生「液態泥」，或濁度最大值帶沉積有泥蓋層，發育撕裂碎屑、壓扁層理及傾斜的異粒相岩層。沿美國東南部，充填深切谷的第四紀海岸平原沉積物，記載著更新世相對海平面變化時期覆蓋在河流相之上的河口灣沉積。

根據海泛面是局限於河谷還是漫延到河間地，陸相沉積記錄的型式有相當大的差異。若海侵幅度很小未影響到河間地，則河谷中超覆於河流相之上的河口灣沉積物，在橫向上與河間地的泥岩層相當。基準面的上升通常導致潛水面的相應上升，並使沿河谷邊緣形成極差的排水條件：當先期排水條件良好和氧化的泥質沉積被淹沒時，可形成不良的排水沼澤泥質沉積；若海侵幅度較大並使河間地被淹沒時，泥質沉積被淺海相沉積所超覆。河谷和河間地海泛事件，以河系下游排水條件逐漸變差的沉積組合為特徵。

（3）沖積體系域的識別

Sinclair等（1993）通過對猶他州南部凱佩羅維茨沖積地層的研究，建立了地層基準面變化和河流層序格架之間的關系（圖4-15），識別出了沖積地層中的低水位、海侵及高水位體系域，通過相幾何形態及沉積學標準的研究，這些地層可追溯至旋迴性海相地層。低水位體系域以深切谷中的河流相沉積為特徵，分布有限，向盆地邊緣發生側向尖滅，體系域內部格架以底荷的砂－礫質沉積為主，具有混合化、向上變粗變厚的河道充填復合體序列；海侵體系域通常直接超覆在層序界面之上，底部通常由側向混合河流席狀砂沉積構成，其中含有較高比例的相互連通的粗粒河道充填砂岩，向上逐漸變為相對孤立的薄層河道沉積，該河道沉積與細粒沖積平原地層和潮汐控制的異粒岩相河道充填沉積互層產出，這種從混合砂岩向孤立的潮控沉積的漸變現象，或從底荷沉積向懸浮載荷混合沉積的向上變細變薄序列，揭示了海岸超覆和河流海侵體系域上部的特徵，即反映了地層基準面上升時期容納空間不斷增大，這些潮控河流相地層，為同期海相和近濱地層最大海泛面向陸的同期地層；高水位體系域主要由懸浮載荷構成，並以大量的泥質剖面分布為特徵，具體包括細粒洪泛盆地沉積、孤立河流相砂岩、斷續分布的薄層煤及碳質頁岩等，表明為有限容納空間沉積產物，並呈現很小河面比降的自然景觀。

圖4-15作為基準面變化函數的濱面和河流層序格架間的關系（據Sinclair等，1993）

4.湖泊沉積層序地層學

相對海平面變化明顯影響著近濱及海岸平原均衡界面的位置，從而控制著相應的地層格架。然而，隨著逐漸向內陸方向，相對海平面變化對容納空間和均衡界面的影響不斷減弱，事實上，陸相地層幾何形態與相對海平面之間的關系已很模糊。在湖泊背景中，無論湖泊具開口還是封閉的，湖水面變化均影響著湖泊相地層格架。首先表現為湖平面對容納空間及湖泊環境中物理能量分布的影響。在這一點上，湖水面變化對湖泊和近鄰河流相地層的影響，與相對海平面對海洋及海岸平原的影響相似。湖水面變化決定了受風浪影響的水域范圍，並控制著水柱密度分層或混合的程度。首先，湖泊相地層格架反映了沉積物注入量和由湖水面變化造成的容納空間的變化之間的相互作用的產物。其次，湖平面變化亦影響著匯水盆地的河系。這與海平面變化對匯入海盆的河系的影響效應相似。結果，鄰近湖岸的河流侵蝕和加積作用時間與湖平面相一致，隨著不斷遠離湖岸，其相關性遞減。Shanley等（1994）通過阿根廷白堊系地層高解析度地層研究揭示，由於地層基準面變化，造成廣泛分布的層序邊界及其間沉積單元，而地層基準面是湖平面、氣候、物源及相對海平面變化的函數。Olsen（1991）對與氣候旋迴有關的荷蘭二疊系Rotliegends群進行研究認為（圖4-16），湖泊沉積層序邊界代表了氣候逐漸乾旱條件下形成的低湖平面產物。低水位體系域以湖盆中心蒸發岩系和過渡地區分布廣泛的風蝕沉積為特徵；海侵體系域在湖盆中心由湖泊和泥坪沉積組成，過渡區由潮濕砂坪組成，而沿盆地邊緣分布有旱谷和砂坪。在這些地層內，最大海泛面的標志是：湖泊中心有廣泛分布的湖泊相組合，沿盆地邊緣有廣泛分布的內陸薩布哈及河流相沉積；高水位體系域在盆地中心以泥坪和湖泊相沉積為主，而過渡區及盆地邊緣分別由潮濕和旱谷型砂坪沉積構成。

5.風成沉積層序地層學

在風成體系中，大量沉積物的保存與受潛水面控制的廣泛分布的風蝕面有關。這些區域性風蝕面，即所謂的斯托克斯面，在包括岸進沙海及大陸沙海在內的各種風成沉積環境中均有分布。研究表明，單一的斯托克斯面所覆蓋的范圍可達數十平方公里。因此，在均衡范圍內，與侵蝕、潛水面高度比較，它可視為風成體系中的一種地層基準面。不同類型的斯托克斯面（即越界面，supersurface）反映了地層基準面上升速率的變化，並提供了一種風成地層分析的系統框架。因為斯托克斯面是氣候變化、海平面變化、構造運動或沙海遷移的函數（Michael等，1992）。在與海盆或湖泊共生的風成體系中，潛水面高度與湖水面或相對海平面變化緊密相關，更進一步說，局部潛水面可作為地層基準面的區域等勢面。顯然，風成體系中這些等勢面未必與海平面有關，而實際上很可能反映了附近高地長期的氣候變遷。

圖4-16半地塹湖泊層序發育模式（據Olsen,1991）

目前，有關層序地層學概念在風成地層中的應用研究，僅局限於湖相與風成交互層地層中。然而，風成和海相互層地層已從全新世和古代地層得到論證，它有可能揭示海相沉積體系與同期風成地層的關系。由於在風成背景中，潛水面控制著容納空間，並可能與相對海平面的變化有關。這些地層的研究有可能將層序地層學概念應用於風成地層中。

風成體系層序地層研究的少數實例之一，來自科羅拉多地台中侏羅系砂岩。研究結果表明，風成體系層序的發育受沉積物供給、潛水面波動、構造沉降及氣候變化綜合作用的控制。其中，那些具有少量超界面的交錯層厚層砂岩，被認為是形成於相對海平面低水位時期，這些地層被稱為「乾旱型」風成體系，並反映了較低的潛水面和較多的沉積物注入。反之，被多個超界面截切的相對薄層交錯層砂岩，叫作「潮濕型」風成體系，它代表沉積物注入量少，並反映出相對海平面高水位期的較高和波動的潛水面。這些研究證實，在某些風成地層序列中，同樣可識別出與海相及河流相沉積中相似的體系域。