层序地学研究方法

1. 层序地层学方法

20世纪80年代中期以来，在地震地层学的基础上诞生了层序地层学，使古老的地层学的研究产生了新的飞跃，同时对油气勘探也产生了重大影响。层序地层学方法是裂谷盆地地层岩性圈闭发育有利区带评价的基本方法。

层序地层学的基本原理主要为，周期性的海（或湖）平面变化控制旋回性的沉积作用；层序是同一周期同一旋回的沉积作用所构成的年代地层格架内的一套岩石组合；层序界面代表的是等时面，它既是前一沉积旋回的最终表现，又是后一沉积旋回沉积作用的开始，因而也是一个沉积事件面。层序地层学的周期性、旋回性和等时性原则为岩相的分布模式和生储盖层的分布规律做出了有效预测。

（一）层序地层框架是识别和预测地层岩性圈闭发育有利区带的基础

1.地层及岩性圈闭发育有利区带与地层不连续面有关

地层不连续面主要分为剥蚀面、上超面、下超面和顶超面四大类。而地层及岩性圈闭基本上都发育在这几类不连续面附近。如不整合圈闭发育在地层剥蚀面之下；上超圈闭位于地层上超面之上；高角度前积砂岩透镜体发育在顶超面和下超面之间；丘状砂砾岩体发育在双向下超面之上；层状淋滤溶蚀孔隙砂岩层发育在剥蚀面之下等。因此，正确识别和追踪具有年代地层意义的不连续面就会对发现地层及岩性圈闭产生很重要的作用，而这些不连续面将分别是层序或其内部体系域的边界。

2.地层及岩性圈闭是相对独特的地层成因单元

上超砂岩体圈闭是由于相对海（或湖）平面升高过程中产生的退积式砂体单元；前积砂岩透镜体则主要发育在高水位期的三角洲前缘部位。这些局部发育的地层或岩性圈闭主要是因为沉积环境中水动力强度、碎屑物供给量、古地形、构造活动方式强度以及气候条件变化所产生，而层序地层框架所代表的层序边界和类型以及体系域边界和类型也正是地层成因的结果：由构造活动、海（或湖）平面变化、沉积物注入量变化和气候条件所控制。因此，研究地层及岩性圈闭离不开地层成因分析，也就必须依靠层序地层框架。

（二）层序及体系域预测地层及岩性圈闭发育有利区带

1.地层及岩性圈闭的类型受控于沉积体系域

一般地，一种地层或岩性圈闭虽然也可以在几种体系域内出现，但它往往主要发育在某种特定的沉积体系域内部。如地层不整合圈闭主要发育在高水位体系域的顶部；上倾尖灭砂岩体主要出现在高水位体系域内部，有时也可以出现在海进（或湖侵）体系域内部；地层超覆圈闭主要发育在海进（或湖侵）体系域内部；河道带状砂岩体圈闭在低水位体系域中比较多见，另外在高水位体系域的三角洲分流平原上也有发育。

在勘探中，可以根据不同体系域中应有的优势地层或岩性圈闭类型，有针对性地去寻找和识别地层及岩性圈闭。

2.地层及岩性圈闭发育有利区带受控于层序及其体系域的分布

在横向上，某一种体系域的内部的沉积体系之间存在规律性的组合关系，因此决定了地层及岩性圈闭的类型在横向上也存在一定的排列规律。例如，在湖侵体系域发育时期，湖岸线附近发育湖岸地层上超砂岩体；在岸上冲积平原区可能发育透镜状河道充填砂体；而在靠近物源区的山前则可能存在楔状前积砂砾岩体。据此，可以在一种体系域内部去寻找和发现某几种地层或岩性圈闭，从而提高勘探效益。

在纵向上，由于层序本身的旋回性特征，某一套岩性和岩相组合可能在相邻的层序中重复出现，因而造成一个层序内某一体系域中的地层及岩性圈闭序列可以在另一个层序内相同体系域中重现。这就是说，某个层序中地层或岩性圈闭勘探的突破，也就意味着其他所有层序中地层或岩性圈闭勘探的巨大潜力。

（三）实例

沉积层序中不同体系域内具有不同的沉积体系，同时在各体系域内发育的地层岩性圈闭类型也有差异，因此建立层序地层框架可以预测不同层序中各体系域内有利岩性圈闭的发育部位。

通过歧北凹陷沙河街组沉积地层特征详细研究之后，建立了沙河街组层序地层框架与地层岩性圈闭发育模式（图7-1），预测了地层岩性圈闭发育区带。陡坡带和缓坡带的低位体系域多发育岩性圈闭，包括盆底扇、浊积岩、下切河道充填、岩性上倾尖灭等类型的圈闭：缓坡带的水进与高位体系域则更有利于形成地层圈闭，包括不整合遮挡圈闭、地层超覆圈闭、古潜山圈闭等，也会发育湖相滩坝砂体、三角洲环境下的河口坝砂体、前缘席状砂等圈闭类型。

图7-1 歧北凹陷沙河街组层序地层框架与地层岩性圈闭发育模式

（据刘震等，1999）

二连盆地通过层序地层学方法，建立层序地层框架预测地层岩性圈闭有利发育区带也取得了很好的效果。如在乌里雅斯太凹陷、巴音都兰凹陷的层序地层框架建立过程中，充分利用地震反射资料来追踪层序和体系域的边界，划分出了该凹陷的层序地层框架，并预测了地层岩性圈闭有利发育区带。乌里雅斯太凹陷地层岩性圈闭发育区带主要为靠近洼槽带的缓坡带腾一段高位体系域，发育透镜状或上倾尖灭状的湖底扇岩性圈闭；巴音都兰凹陷地层岩性圈闭发育区带主要为靠近洼槽带的陡坡带阿四段高位体系域，发育上倾尖灭状扇三角洲岩性圈闭（图7-2）。

图7-2 巴音都兰凹陷地震层序框架图

（据杜金虎，2003）

2. 研究思路、研究内容与研究方法

层序地层分析的基本思路可概括为:从地表露头或钻孔岩心的研究入手，综合利用钻孔测井曲线和地震剖面资料，以沉积盆地整体性为着眼点，根据构造－沉积－热体制以及沉积间断和沉积环境演化特点将盆地划分为不同层次结构的建造块，然后详细解剖不同层次或级别的建造块的内外沉积构成，综合解释沉积体系和成因相的空间配置关系，在此基础上，建立沉积盆地的等时地层格架和盆地演化模式，进而达到对盆地含油气特征的评价和预测。简单地说，层序地层分析就是从沉积学和地层学两方面对沉积盆地进行系统工程的研究，因此，层序地层分析更好地揭示了沉积体的空间分布规律，也更有利于含油气盆地生储盖配套研究和储集层的预测。

本书以层序地层学为研究主线，研究三亚组、梅山组、黄流组和莺歌海组沉积体系构成，建立盆地等时地层格架，查明不同体系域内主要储层砂体的分布，为该区储层(储集体)和有利的构造－岩性圈闭的预测提供地质依据。同时结合天然气成藏条件分析，研究隐蔽油气藏成藏特征和规律，构建构造活动型盆地层序地层分析和油气成藏模式研究的系统思路和方法体系。具体的研究内容和研究路线如下(图1－5)。

1.区域构造与盆地内部构造演化特征研究

考虑到莺歌海盆地演化受区域构造活动的控制作用显着，本书从区域构造活动入手，着重分析印支地块的构造活动特征以及对莺歌海盆地的形成与演化的控制，以助于探讨莺歌海盆地的发育机制。此外，莺歌海盆地内部构造特征的分析是进行构造古地貌恢复以及层序地层解释的基础。

2.层序地层格架分析

应用层序地层学的基本观点，以研究区常规地震剖面资料和高分辨率地震剖面资料为基础，根据层序界面的地震相特征，并综合考虑全球海平面变化特征、钻井标定等，进行层序地层的划分与对比;根据地震反射特征，结合强制海退的概念，进行层序单元内部构成的识别与解释，通过地震资料的解释建立盆地层序地层格架，以及反映各沉积体系域构成特征的平面图、剖面图的编制。

同时，选取具有代表性的钻井资料进行精细的观察、分析，划分不同级别的层序单元和沉积体系域。具体包括从岩性相、测井相、地震相等方面进行沉积环境和层序地层单元的分析，通过各个基本要素的综合分析，确定各级层序地层单元的各种沉积体系沉积特征及内部构成特征。研究过程突出了以下几个方面:①单井沉积相分析:一方面是通过钻井岩心提取各种相标志信息，包括岩石颜色、岩石类型、碎屑颗粒结构、沉积构造、古生物、地球化学标志等，绘制代表层段的高频层序关系图;另一方面根据多种电性曲线形态特征及其组合特点、准层序的叠加方式，绘制其层序展布、体系域类型、沉积相特征及其各微相类型图;②强调利用高分辨率过井地震剖面配合，强调剖面的分析与单井分析的相互校正与验证;③井间的层序地层和沉积相的对比分析，可进行四级层序或体系域的划分和对比。

图1－5 层序构成样式及构造控制作用的研究流程

3.层序内部构成特征、层序类型、层序发育样式分析

综合地震与钻井的层序地层解释结果，进行层序地层的构成特征分析，包括各沉积体系域构成特征、时空展布规律等。重点研究对象放在与油气勘探关系密切的低位域沉积特征的研究之上。将层序地层分析与构造地层分析相结合，以大量的地震解释为基础，以盆地内不同构造发育部位对沉积的控制为出发点，对莺歌海盆地层序类型、发育样式等进行分析。

4.沉降史模拟与盆地古地貌恢复

通过定量－半定量的分析方法，采用回剥分析原理，以地层解释、沉积环境解释为基础，以沉降史二维模拟软件为依托，对盆地3个主要沉积时期的构造古地貌进行定量－半定量的恢复，重建沉积时期的地貌形态。通过总沉降量等值线图的编制，进行盆地构造活动强弱差异性分析。通过构造古地貌图的编制，进行构造单元特征研究与划分。

5.构造对沉积的控制作用分析

综合层序地层解释结果、体系域构成特征、层序类型以及层序发育样式的研究与构造地层分析相结合，进行构造对体系域发育特征、层序类型以及层序发育样式的控制作用分析，探讨低位域的形成模式与主要控制因素。

6.天然气成藏模式分析与有利储集体预测

根据以上研究内容取得的认识，综合前人在该区域已经取得的成果，从烃源岩、储集体、生储盖组合特征分析入手，进行成藏组合特征分析，并在此基础上，提炼出本区的成藏模式，预测有利的区带。

3. 层序地层学的研究方法

2.4.1.1 地震资料的层序地层学研究

地震资料以其覆盖面积大，能反映地层相互接触关系和沉积体宏观的三维形态为特征，虽然地震资料的垂向分辨率比测井和岩心资料的低，但其连续的地震反射具有相对年代地层意义。地震资料的反射终止关系，如上超、下超、顶超、削截和同相轴的振幅强弱、连续性及横向延展方向的变化等能提供有关层序、沉积、构造等方面的地质信息。

依据常规地震资料可以在断陷盆地划分层序、体系域等层序单元，研究地层叠加方式、体系域内的沉积体系组成，分析基准面变化规律。通过井震层位的标定，建立层序地层格架。在湖陷盆地，由于其地层厚度较小，利用常规地震资料可以划分出层序单元，而划分出体系域较难，但如果利用高分辨率地震资料，将测井层序分析的结果进行标定，可研究层序内部体系域特征。

2.4.1.2 钻井高分辨率地层学研究

钻井资料的分析主要是通过对井中的岩心、测井资料进行分析研究，划分井中地层的准层序、体系域、各级层序，分析其沉积相和沉积体系的配置关系，再配合岩心中的生物地层学资料和同位素年龄资料，确定井中地层年代、地层格架，为联井层序地层的对比奠定基础。在测井曲线上的分析中，应着重识别层序界面（Sequence Boundary）、首次洪泛面（First Flooding Surface）和密集段（Condensed Section）的标志，因为它们不仅是体系域的边界，同时也是层序划分的基础。

钻井层序地层的联井对比，主要是以钻井资料分析为基础，对比研究井间的层序地层格架中各沉积相、沉积体系的侧向（空间）展布特征。在地震剖面上识别的层序界面、体系域和沉积相的特点要与钻井资料分析中所识别的相能相互间得到印证。

对研究区的每一个重要构造选择代表性的钻井（较深，钻遇目标层位的）进行观察、分析，划分高级别层序单元（高频层序）和识别其体系域。钻井层序地层分析主要包括以下主要内容：

（1）岩心相分析

提取各种相标志信息，包括岩石颜色、岩石类型、碎屑颗粒结构、沉积构造、古生物、地球化学标志等，绘制代表层段的高频层序关系图。

（2）测井相分析

根据多种电性曲线形态特征及其组合特点、准层序的叠加方式，绘制其层序展布、体系域类型、沉积相特征及其各微相类型图。对剖面分析与钻井分析相结合应强调利用高分辨率过井地震剖面配合，尤其是在确定层序界面、最大湖泛面、初始湖泛面和确定古水深时，更应强调剖面分析与钻井分析的相互校正与印证。

（3）井间的层序地层和沉积相的对比分析

对划分的四级层序或体系域进行对比，标定层序界面、最大湖泛面、初始湖泛面及其横向变化。

（4）沉积体系和沉积相的空间配置分析

沉积体系和相的分布是指沉积体系分布和构成样式、沉积相展布、沉积环境分区等。引用钻井的层序地层学解释结果，并结合地震剖面的解释，以三级层序的体系域为单元进行平面沉积相、沉积体系图的编绘工作。在地震资料完善区（三维地震区），可采用加密的测网密度进行高精度地震剖面的解释，以服务于重点研究区块的四级层序划分和更精细的沉积体系、沉积相及重要的储集体描述和作图。其主要目的是展示研究区内沉积期的古地貌、主要沉积体的分布、物源方向、沉积分区等，为在盆地中预测隐蔽砂体、生油岩段、盖层的分布提供地质依据。

2.4.1.3 层序地层及沉积体系研究中的三维图示

层序地层及沉积体系研究中的三维图示研究应包括沉积模式的立体图、沉积相-沉积体系的立体图、古地貌-古环境立体图。它们是将研究区沉积时的沉积相-沉积体系的平面分布，具体展现在研究区同沉积期的立体古地貌图上。其中，结合古地貌、古气候、古沉降速率等资料，作同沉积期古地貌图。在同沉积期古地貌图上分析研究区内同沉积期的地貌特点、沉积分区、重要沉积体分布、物源方向等。并在古地貌图上表示出主要沉积体的分布、沉积坡折带的位置、物源方向等。三维立体展示能直观地反映同沉积期的地貌特点，这些图件能为预测隐蔽油气藏的低位体系域的各种储层（体）提供有力的地质基础。

2.4.1.4 层序地层演化分析

演化分析是对研究区层序地层、准层序组、准层序及沉积体系等在时间上的演化过程的分析。其具体的研究方法是，分别对研究区每一个层序的沉积相、沉积环境作图，通过时间、空间的叠置、对比和分析，在层序地层格架图的基础上，作等时地层格架图。在时间上，对不同类型的等时地层格架进行层序地层演化的动态分析。最后，应用高分辨率-高频层序地层分析手段，对有利储、盖及主力烃源岩区（或层段）进行判断，并对其三维展布关系、储层的物性特征、重要盖层的平面展布等做出合理的判别和分析。

2.4.1.5 地震勘探及其在油气勘查中的应用

在目前的地震勘探技术中，三维地震仍是主流技术，提高三维地震的分辨率是进一步提高三维地震技术解决地质问题能力的主要发展方向。三维叠前深度偏移技术将进一步发展并成为常规处理技术，全三维可视化解释将使三维地震信息得到更充分的利用。多波地震将全面应用于油气勘探。该项技术的应用，将使地震勘探技术从构造勘探真正推向岩性勘探，推向直接找油找气（何汉滴，2000）。

三维地震数据最大，可抽取任意方向、任何深度的连续的剖面或切片，能比较精细地反映地下地质情况；三维数据体经过了三维偏移，空间归位正确，使地震与地质的空间对应关系简单化。

三维地震是比较成熟的技术。高分辨率地震技术的优越性表现在：①精细的构造解释，由于分辨率的提高，地震剖面更清晰，小断层、小幅度构造、水道等细微的地质现象都表现出来了，有利于精细的构造解释。②含气层的直接标志亮点和平点，高分辨率地震能得到较好的平点反射，可利用亮点和平点直接找油气藏。层序地层学和沉积相研究及岩性预测，高分辨率地震表现了层序内部结构，有利于岩性的推断。③正确的反演，高分辨率地震正是只有频谱宽、频率成分齐全的优点，是正确反演的先决条件，无论是岩性预测，还是油气田的评价和油藏描述，正确的反演无疑都是极其重要的，高分辨率地震在频率域增加了信息量，其地质效果是显着的三维叠前深度偏移。叠前深度偏移的难点是速度模型的建立，目前有两种建模思路，一是层析法，根据地质模型，逐层分析其层速度，其精度较高，但在复杂断块区、潜山内幕区等建立正确的地质模型是非常困难的，二是偏移扫描法，方法比较简单，不需要地质模型，但精度不太高。④全三维可视化解释，例如应用相关数据体解释断层，能使断层解释从二维剖面断点解释变成三维切片的断层解释，从而提高了断层解释的可靠性。

4. 　研究内容、技术路线

层序地层学是根据地震、钻井、岩心和露头资料以及有关的沉积环境和岩相并综合考虑构造升降、气候变化和沉积物输入等参数进行综合解释，建立以地层不连续面为边界的成因上有联系的旋回性地层的年代地层学体系。层序地层学研究对于石油勘探和开发具有非常实际的影响，尤其在勘探成熟区，寻找隐蔽油气藏已成为老油田增储上产的主要手段。层序地层学分析的技术核心是在全盆地建立起等时性地层格架，在此基础上将盆地充填序列解释为不同级别的层序地层单元，并进一步研究各级沉积层序地层单元的划分、对比、横向展布以及沉积模式、沉积演化史、生储盖组合和地层、岩性圈闭等问题。

惠民凹陷构造活动频繁、断裂体系复杂，由于传统的地层单元划分和对比在局部地区存在着一定的穿时现象，一些储集砂体和含油层系的横向展布关系不清。这些问题直接影响着我们对盆地演化规律、油气的生成、运移、聚集和保存规律以及对全凹陷的整体评价的正确认识。同时惠民凹陷还存在着①地质储量低，与其面积不相称；②油藏类型单一，以构造油气藏为主，缺乏其它类型的油气藏；③构造演化对地层发育的控制关系不清；④勘探程度和研究程度都较低等问题。另外将层序地层学理论应用于陆相地层研究的理论和方法都不成熟，还存在着许多问题，比如控制因素、沉积基准面、可容空间和体系域的划分等。为了探讨现存的这些问题并对其有一个更深刻的了解，我们承担了对惠民凹陷中央隆起带西部老第三系的层序地层学研究工作，同时结合油气勘探开发中的问题，所有这些问题也就决定了本课题在研究工作中所要进行的主要研究内容和技术路线的特点。

一、主要研究内容

本研究工区位于惠民凹陷中央隆起带西部，目的层段为老第三系沙河街组三段、四段，同时亦对孔店组地层作了初步探讨，具体研究内容主要包括以下几个方面：

1.地震层序分析

地震资料被广泛地应用于盆地的构造特征研究，随着科学技术的进步和采集手段、处理、解释手段的不断提高，大量地震资料，尤其是高分辨率的三维地震资料可以给我们提供一个全盆地四维空间的层序地层关系。因此我们可以充分利用地震资料的相对成本低廉、数据量大、内容丰富、分辨率高等特点并结合盆地地质背景资料和区域构造演化资料建立起全盆地的等时性区域性层序地层格架。在建立层序地层格架时可以通过识别地震剖面上的削蚀、顶超、上超、下超等不整合面的地震反射特征，并进一步根据地震相的外部几何形态、内部反射结构以及反射波的各种参数特征划分体系域，然后同单井资料进行对比、验证，从而进一步完善层序地层的划分方案。

2.测井层序地层分析

测井资料具有比地震资料高得多的分辨率，特别是对于开发中的油田来说各种测井资料特别丰富，在开展高分辨率层序地层学研究时大量测井资料为此提供了坚实的物质基础，但是测井资料主要反映地层的岩性特征，为了保证沉积地层单元的等时性划分和对比，必须把测井资料约束在地震资料和地质背景资料所划出的等时性层序地层格架内。不同岩性的地层对应着不同的电性特征，不同体系域的沉积地层组合也对应着不同形态的测井曲线的组合。利用测井资料进行层序、体系域、准层序组、准层序等各级地层单元的识别，并同地震、地质资料相验证以达到高分辨率的等时性地层对比，为正确建立油藏模型、储层评价、开发方案调整提供了可靠的保证。

3.标准地层剖面层序地层分析

我国东部断裂复杂的伸展型断陷盆地，虽然具有非常丰富的地震资料和测井资料，但进行层序地层学分析时往往存在一个巨大的缺陷，就是不能保证地层关系的自然完整性。层序地层学对于地层的自然缺失现象可以给出很好的解释，但对于后期的断裂作用所造成的地层缺失，层序地层学就显得力不从心了。而且陆相湖盆内部还存在构造分异程度大、不同构造部位层序演化也不相同的特点。因此我们在张性断陷湖盆中首先应该在全盆地不同构造部位综合地质、地震资料并结合其它古生物、地化分析资料建立起局部地区的标准地层剖面，从而才能进行正确的层序地层划分，并在此基础上进行层序地层的横向对比，建立起全盆地等时性地层格架。

4.生物地层分析

对于传统的用于年代地层分析的古生物资料，在层序地层学研究中具有重要的意义。通过研究古生物化石带的缺失、生物群的丰度和分异度来识别层序边界和最大湖泛面，可以帮助我们确定层序的年龄以及进行沉积盆地的岩相古地理恢复工作。

5.地球化学分析

地球化学指标对于沉积环境具有非常高的灵敏性，通过研究常量元素、微量元素、稳定同位素、稀土元素以及有机地化分析资料，同样可以帮助解释层序、体系域边界和内部特征，以及对古温度、古盐度和氧化还原程度的恢复。

6.综合层序地层分析

综合地质、地震、钻井、测井、岩心、古生物和地球化学资料，通过相互验证，修改完善，在全盆地建立起等时性层序地层格架，并对各级地层单元进行划分和横向等时性对比，从而进一步恢复盆地构造演化史、沉积充填史、实现岩相古地理再造并评价生储盖组合，预测有利油气聚集带。

7.层序地层模式研究

通过对惠民凹陷老第三系沙河街组、孔店组地层的层序地层分析，对陆相张性断陷湖盆的层序演化动力机制、控制因素进行了剖析，对于构造沉降、气候变化、沉积物供应及湖平面升降对层序发展演化的影响作用有了新的认识，并对沉积基准面和可容空间的概念进行了初步的探讨，总结出陆相湖盆不同演化阶段的层序演化模式。

二、技术路线

运用层序地层学的基本原理和方法，首先根据区域地质背景和地震资料，参考邻区沉积地层旋回规律，在全盆地建立层序地层格架，在此层序地层格架的约束下利用测井资料、岩心资料、古生物资料和地球化学分析资料，在分区标准剖面上对层序体内部的体系域、准层序组、准层序进行识别和划分，并与地震资料、地质资料相互验证、修改和完善，然后从标准剖面出发，由点到面、点面结合、平面与剖面结合，对于出现的一些问题详细推敲、反复论证，从而在全盆地建立起等时性层序地层格架，并综合地质、地震、测井、岩心、古生物和地球化学资料，根据沉积岩石学、地层学、构造地质学、沉积地球化学、古生物和古生态学以及石油地质学的基础理论和方法，恢复盆地古地理、古气候、古环境，并对层序类型、成因机制、控制因素进行详细剖析，总结出陆相湖盆层序地层演化模式及其对生储盖层的控制规律，评价有利生储盖相带。具体研究流程见图1-3。

图1-3研究方法和技术路线图

5. 　层序地层学研究方法

一、层序地层分析的总体思路和技术路线

1.总体分析方法

在层序地层研究方面，总体分析包括选区或盆地属性分析、盆地发育史分析、构造运动史分析、盆地沉降史分析等等。

盆地属性分析，首先是盆地的成因性质分析，即确定研究对象的原型特征（即盆地原型特征）。这是因为不同性质的盆地有不同的发育历史、不同的沉积特征、不同的构造控制，掌握了这些，将有助于在盆地的不同部位识别层序界面，更有利于不同盆地之间的层序地层划分与对比。另一分析要点是研究盆地是否曾与外海有联系，与外海有联系的盆地在基准面升降、全球变化、控制沉积物分布形态的因素等方面与海相盆地有千丝万缕的关系。尽管这类盆地有其自身独特特征，但是由于与海相盆地具有某种共性和全球变化的规律性，所以相对容易开展层序地层学工作。对于完全封闭的内陆盆地，尽管它可能存在某种全球变化的规律性，但往往由于局部影响因素较大而自成体系，所以进行层序地层学研究的困难更大。非海相沉积层序的分布形态与盆地演化阶段息息相关，而大多数情况下盆地的演化阶段与区域构造运动、全球海平面变化有明显的相关性，这是进行陆相层序地层研究的基础。

盆地的发育史（充填、沉降史）、构造运动史都对地层分布形式有一定的影响，特别是陆相盆地，构造运动可能是主控因素。如构造运动强烈的盆地，不仅其埋藏及沉降强度受到影响，而且局部构造运动可以增强或压缩基准面升降变化的信息。

2.具体技术路线

无论是海相沉积还是湖泊沉积，研究层序地层的第一手资料是地震、钻井和露头资料。层序地层学的工作步骤是（图1-7）：

图1-7含煤盆地层序地层综合研究工作流程图（据龚绍礼等，1998）

（1）首先应对研究区作为研究对象的地层有一个初步了解，主要内容包括：地层层序及厚度、构造对地层的影响、沉积物粒度变化、主要沉积层段的沉积环境、海相沉积发育层位及分布、生物地层与年代地层划分的界线、主要地层层段的物理特性等方面。

（2）从测井资料入手，选择大量高质量的钻孔曲线，划分测井相和测井曲线类型，识别小层序（组）、密集段；通过测井剖面分析，编制测井剖面对比图，以测井曲线类型进行横向对比。

（3）在地震剖面上寻找反射终止点，识别不整合面（削截、顶超等），结合测井信息和古生物资料划分超层序、层序，做合成地震记录，将地震和测井结果联系起来，建立层序地层格架。

（4）露头、岩心的观察和研究，对地震、测井分析结果进行检验和完善。

（5）将测井相、地震相转化为沉积相，并与地质上沉积相划分相对照，最后确定沉积体系。

（6）以体系域或小层序（组）为编图单元，编制单因素图件，以确定沉积模式及沉积体系的平面展布。

（7）室内镜下鉴定、分析测试和计算机自动判别及解释，从微观角度提取层序界面及主要沉积单元、海平面变化所带来的信息反馈，丰富研究内容，提高研究深度。

（8）总结、归纳层序界面、初始海泛面、最大海泛面、各种不同的体系域的综合特征（同时考虑主控因素的影响）。

（9）建立层序地层学地质、测井模式。

（10）应用层序地层学原理及已有的研究成果，探讨层序地层学原理在含煤盆地中的应用问题；总结研究区含煤岩系层序地层单元的聚煤规律，并提出煤田预测意见。

二、层序地层学解释方法

层序地层学就是根据地震、钻井与测井和露头资料，结合有关沉积环境和岩相特征，对地层分布形式作出综合解释。因此，从资料类型角度出发，露头、钻井与测井和地震资料的层序地层学研究是基本的层序地层学解释方法。

1.露头资料的层序地层学分析

露头资料是层序地层学最直观、最真实、最详细的资料，具有钻井与测井和地震资料所不具备的高分辨率的特点，因而露头资料的层序地层学研究应该是盆地层序地层学的出发点。在考虑研究区露头的覆盖性、不连续性以及被构造运动后期改造变形的基础上，选择那些地层出露齐全且能连续追踪、易于观察的露头，进行野外露头勘探、分层和丈量，收集层序边界、体系域和凝缩层及沉积相标志，进而进行高分辨率的层序地层学解释。基本研究内容如下：

（1）识别层序界面、划分层序类型。层序界面的识别标志有构造不整合面、铁质和铝质风化壳、古土壤和植物根土层、底砾岩层、深切谷及其充填物、地层接触关系、颜色和岩性的垂向变化、沉积物水深突然向上变浅或地层堆叠样式突然变化等。

（2）从生物地层学的角度确定层序单元的年代，并努力使之与全球海平面升降曲线拟合。

（3）以岩性、岩相以及地层堆叠样式来确定各地层层序的凝缩层、体系域和小层序组特征，运用可容空间概念进行沉积相分析。明确各层序中体系域组合特征、小层序的叠置样式以及沉积体系的时空分布。

（4）编制露头层序地层学综合分析图及不同露头的层序地层对比图，并努力建立与钻井、测井和地震层序的对应关系。

（5）露头层序的生储盖初步评价，指出较有利的生储盖组合。

（6）含煤层序的层序单元划分，区分海侵成煤和海退成煤类型。

2.钻井、测井资料的层序地层学分析

钻井、测井资料是盆地覆盖区较好的层序地层分析资料，它主要包括系统的岩心和岩屑、各种测井资料、各种室内分析化验资料、合成地震记录等。在对钻井、测井资料进行层序地层学解释时，应选择那些地层序列完整、取心井段长、室内分析资料丰富、测井序列齐全的井作为关键井，进而进行不同维数域内的层序地层分析，具体层序地层研究内容与解释方法如下：

（1）关键井岩性序列、沉积旋回和沉积相研究，并建立岩性及其序列与电测曲线的响应关系。

（2）依据风化壳、底砾岩、古土壤、生物化石的断带和岩性、沉积相的垂向突变以及地层产状的不一致性确定层序边界，并进行多井层序边界对比，通过古生物组合和同位索测年等方法，确定层序的年代，建立盆地覆盖区年代地层框架。

（3）识别最大海泛面或湖泛面，确定体系域类型。最大海泛面往往是由较深水环境下沉积的、质纯色暗的、富含有机质和古生物化石的、广泛分布的薄层沉积物组成的。据此可将海侵体系域与高水位体系域区分开来。然后再根据小层序组的叠置样式和初次海泛面的位置来确定低水位、海侵和高水位体系域。

（4）测井资料的时频分析，以确定层序旋回周期的规律，探讨形成层序的主控因素。

（5）测井资料的处理与解释，以确定小层序组的叠置样式、古水流流向以及砂体的展布方向。

（6）沉积环境和古气候详细分析，编绘单井和多井层序地层综合分析图以及以层序或体系域为作图单元的地层等厚图、砂体图、沉积相图。确定有利的烃源岩、储集层和盖层分布区；富煤带的分布特征等。

（7）建立岩性序列、沉积相类型、层序和体系域与地震反射之间的响应关系，为地震资料的层序地层分析作好准备。

3.地震资料的层序地层学分析

地震资料的地层学和沉积相研究是地震地层学和层序地层学研究的重要方面。地震资料以其覆盖面积大、能反映地层相互接触关系、能反映沉积体宏观的三维形态为其显着特征。虽然地震资料的垂向分辨率不如露头和钻测井资料，但是其连续的地震反射具有相对年代地层意义，这为我们建立盆地范围内的年代地层框架提供了良好的基础。在利用地震资料进行层序地层学研究时，一定要选择来自同一采集系统、同一处理系统的地震剖面，选择那些地层发育齐全、构造简单、地震反射清楚、又能反映全区的地震剖面，建立地震测网，地震资料的层序地层综合研究主要包括以下内容和方法：

（1）根据地震反射削蚀、顶超和下超、上超等地震反射终止关系，考虑露头和钻测井层序划分方案，对地震资料进行地震层序划分，进而利用合成地震记录、古生物和同位索测年资料对地震层序进行年代地层标定，并建立露头、钻井与测井层序和地震层序的一致关系。

（2）根据初次和最大海泛面的位置以及上超点的迁移规律、地震反射形态，区分低水位、海侵和高水位体系域，并努力在全区追踪闭合。

（3）以层序或体系域为作图单元，研究地层厚度的展布特征、地震相类型及其分布规律。

（4）利用地震层速度制作砂泥岩量板，求得不同层序、体系域中的砂泥岩百分含量或确定砂岩相对富集区。

（5）以关键井岩心相分析为依据，考虑盆地结构和古地形特征，有机地将地震相转换为沉积相并进行沉积环境解释。

（6）依据地震反射上超点的迁移特征，制作海平面相对升降变化曲线，结合古气候、盆地构造沉降速率的研究成果，探讨控制层序构型的主控因素。

（7）结合露头和钻测井层序地层学研究成果，建立研究区层序地层模式并进行计算机模拟，进而确定层序与成煤体系域单元或生储盖层、非构造圈闭之间的关系，总结成藏特点和油气藏分布规律，指出有利的油气勘探区带，提供油气勘探部署意见；对于含煤盆地，则以层序地层划分成果为指导，进行煤聚积规律分析，指出煤聚积带及富煤带分布区域，进行煤田预测。

三、层序边界识别与层序年代标定方法

（一）层序边界的识别标志

根据层序的定义，层序边界是不整合及与之对应的整合面，层序边界应该在平面上广泛连续分布，并覆盖整个盆地。尽管盆地不同部位不整合面上、下地层之间地层缺失量是不同的，但这个不整合面和与之对应的整合面确实可将上、下的新老地层分开，构成了具有年代地层意义的一个界面。层序边界在露头、钻井、测井和地震资料上均有不同程度的响应，在识别层序边界时，应该利用多种资料进行综合判断。

1.Ⅰ型层序的识别标志

（1）广泛出露地表的陆上侵蚀不整合面。这个不整合面可分布于整个陆棚地区，也可分布于盆地缓坡，甚至分布于整个盆地（图1-8）。不整合之上可存在成分和结构成熟度均较高的、厚几十厘米级的底砾岩，可存在厚几厘米至几十厘米的含褐铁矿、铝土矿的古土壤和根土层；不整合面波状起伏，在平面上可长距离追踪；不整合面上下地层产状可明显不同。

（2）层序界面上下地层颜色、岩性以及沉积相的垂向不连续或错位。如杂色泥岩与上覆灰色砂岩接触。沉积相的垂向错位意味着浅水沉积间断性地上覆在较深水的沉积之上，如煤层上覆在外陆棚泥岩之上；也可以是上临滨亚相直接上覆在下临亚相之上，中间缺失中临滨亚相。相的垂向错位往往伴生着沉积物粒度突然增加，反映了海平面的相对下降和陆上不整合的发育。相序错位多出现在高水位体系域的前积层处和顶积层向盆地一侧。

（3）伴随海平面相对下降，由河流回春作用形成的深切谷是层序边界的典型标志。深切谷充填物与其下伏沉积层存在明显的沉积相错位。当海平面发生相对下降时，由于侵蚀到陆棚地区的河流数量、河流规模不同，因而形成了具不同特征的深切谷充填物。若侵蚀到陆棚区的河流规模大或河流数量多，则形成的深切谷充填物砂岩分布广泛，河间古土壤或根土层不太发育；反之，则深切谷充填物砂岩不太发育，而河间古土壤层较发育。深切谷规模较大，可宽达数千米或几十千米，长达几十千米，深达数十米。深切谷中可充填砂岩，也可充填砾岩和泥岩，这取决于后来的海平面相对上升速率和沉积物供给情况。另外，可根据深切谷的规模和深切谷的垂向序列错位把它与分支河道区分开来。

图1-8Ⅰ型不整合（据Posamentier,1988）

（4）层序界面处的古生物化石断带或绝灭。

（5）在层序界面处具有明显的测井曲线的突变响应，如自然电位和自然伽马值的突变、地层倾角测井反映的地层产状突变等。

（6）层序界面上、下体系域类型或小层序类型的突变，例如层序界面之下为高水位体系域沉积，层序界面之上为海侵体系域沉积，其间缺少低水位体系域。这种体系域的垂向突变在测井曲线上也有良好的响应。

（7）伴随着沉积相向盆地方向的迁移，在地震剖面上识别出一个层序的顶部海岸上超的向下迁移现象和一个层序下部层序界面之上的海岸上超向陆迁移现象，它们与地震剖面上的地震反射终止关系构成层序边界的识别标志。

另外，层序边界上下地层的地球化学微量元素类型和含量以及古地磁极性也有明显变化。大多数硅质碎屑岩的层序边界均为Ⅰ型层序边界。并不是在盆地任何地方都能找到上述的层序识别标志，这就取决于观察点的位置以及盆地沉积物供给速率与海平面相对变化速率之间的关系。

2.Ⅱ型层序的识别标志

由于地质历史时期形成的Ⅱ型层序界面难以保存以及现今对Ⅱ型层序边界研究较少，Ⅱ型层序的识别标志相对少一些。

（1）层序上倾方向沉积滨线坡折带向陆一侧的、分布范围相对较小的陆上暴露及其不整合（图1-9）。由于沉积滨线坡折带处未发生海平面相对下降，所以Ⅱ型层序边界之上未发生河流回春侵蚀作用，也不发育海底扇沉积。

（2）海岸上超向下迁移至沉积滨线坡折带向陆一侧并形成由进积到加积准层序构成的陆棚边缘体系域。若井网较密，可通过钻井、测井资料的陆棚边缘体系域的研究来确定Ⅰ型层序边界。在一个盆地中，由于构造沉降作用的差异，Ⅱ型层序边界可以横向变为Ⅰ型层序边界。

图1-9Ⅱ型不整合（据Posamentier,1988）

（二）层序年代标定方法

利用多种标志确定了层序边界、划分了层序以后，应该赋予具有相对年代地层意义的层序地质时代的概念。常用于确定地质年代的方法有以下几种。

1.生物地层学方法

不同地质时代和不同沉积环境的古生物组合是不同的，在不同的地质时代或层序边界处，某些古生物种属会发生灭绝、古生物组合会发生明显变化。因此，可以通过比较密集的古生物采样分析来确定不同古生物组合特征的层序地质年代。

2.同位素地层学方法

同位素测年方法能够测定不同时代地层的绝对年龄，对于较新的地层来说，同位素测定年龄就更准确。人们可利用自生粘土矿物伊利石、火山岩中的固、液、气包裹体对地层进行地质年代测定。

3.古地磁地层学方法

由于大陆漂移和地球极性的倒转，在不同地质历史时间，古地磁的极性是不同的，特点是距今65Ma以来的古地磁极性反转比较明显。因此，在考虑沉积速率的基础上，可以定向采集野外或岩心样品进行古地磁极性分析，进而与标准古地磁剖面进行对比，以确定层序的地质时代。

4.海平面升降曲线对比方法

在了解了显生宙全球海平面升降变化曲线之后，可以制作研究区的区域海平面升降变化曲线，并将其与全球海平面曲线进行对比，来推断各层序的地质年代。

5.地球物理标定方法

根据覆盖区地震资料划分了地震层序以后，常采用合成地震记录和VSP等方法对己划分的地震层序进行地质年代的标定，建立钻井地质层序与地震层序的对应关系，赋予地震层序地质年代意义。实践证明这是一种行之有效的方法。

四、可容空间分析方法

可容空间分析实际上是分析海平面升降、构造沉降和沉积物注入量等三种主要地质变量的时空作用的关系。沉积物要堆积下来，就必须存在一个可供沉积物堆积的可容空间，这个可容空间是全球海平面升降变化和构造沉降的函数。也就是说海平面的相对升降变化特征决定了是否存在可供沉积物沉积的可容空间。许多沉积盆地地质历史分析表明，全球性海平面变化比构造沉降作用变化的频率要大。因此，在一个有限的时间段内分析可容空间的增加与减少，可假定某一地区具有恒定的构造沉降速率。然而，在一个沉积盆地中，尽管海平面升降变化特征相同，但构造沉降速率的变化也会影响可容空间的增加与减少（图1-10）。可容空间随时间的增减变化曲线可以通过构造沉降曲线和海平面升降曲线叠加而获得。在构造沉降比较缓慢的盆地部位，最大可容空间位于最高海平面处。在海平面刚开始上升的时间零点处，可容空间仅仅由构造沉降的数值所表示。在中等构造沉降的部位，最大可容空间出现的时间滞后于最大海平面出现的时间。在快速构造沉降的盆地部位，即使海平面处于下降状态，可容空间也未发生减少，这是由于构造沉降幅度大于海平面下降幅度的缘故。如果自盆地边缘向中心方向构造沉降速率增加，则上述三种情况可以反映盆地边缘、中间和远离盆地边缘三个不同位置的可容空间变化情况。

图1-10沉积物可容空间与海平面变化和构造沉降的关系（据Jervey,1988）

盆地中堆积沉积物的多少是沉积物注入盆地总速率和盆地临近物源程度的函数。若一个盆地不同部位具有相同的相对海平面变化速率，但沉积物供给速度不同，那么就会产生不同的古水深和岩相变化。图1-11代表了距物源不同距离的、不同沉积物注入速率的、三个特定位置处可容空间与沉积物堆积速率和水深的关系。在沉积物注入速率较慢的部位，沉积物可容空间大于沉积物的体积，岸线向陆迁移并随之发生海侵，水体深度明显增加，偏泥的海相地层沉积于距海岸线有一段距离的部位。由于这些偏泥的海相地层沉积堆积于基准面之下，所以沉积物堆积速率受沉积物注入速率的控制，而不反映可容空间发育速率的变化。对于中等沉积物注入速率来说，海底可以加积到海平面。开始可容空间的增加速率大于沉积物供给使沉积表面处于海平面处的能力，随之发生海侵和水体的加深，沉积了海相。随着相对海平面上升速率的降低，开始发生了岸线海退，直至海相沉积加积到海平面，岸线又回退到初始位置。此后，沉积物的供给速率已超过可容空间增长速率，沉积物表面保持在海平面处，堆积了海岸平原相沉积物。未能被海岸平原容纳的过剩沉积物向盆地方向搬运。随着可容空间减小（相对海平面降低），先前沉积的沉积物可能会遭受剥蚀，在快速的沉积物注入处，沉积物的供给速率总是大于可容空间的增长速率，从而堆积了海岸平原或三角洲平原沉积物。在整个海平面变化旋回中持续发育了岸线的海退。在快速沉积物注入处的堆积速率受限于可容空间增长的速率。在海平面相对下降期间，可容空间消失，原沉积处发生了侵蚀作用。

图1-11在沉积物注入速率变化的条件下沉积相和可容空间的关系（据Jervey,1988）

1—偏砂海岸平原相；2—偏泥海相；3—水

6. 　高分辨率层序地层分析方法应用实例

一、研究方法

高分辨率层序地层学是对地层记录中反映基准面变化旋回的时间地层单元的二元划分，因而其理论与技术应用的关键在于如何在地层记录中识别代表多级次基准面旋回的多级次地层旋回，并进行高分辨率的等时地层对比。层序的边界可以是基准面上升到下降的转换点，如含煤地层中的泥岩、煤层或石灰岩，也可以是基准面下降到上升的转换点，如砂体冲刷底面。但是，如何将与异旋回事件有关的砂体（区域上是等时的）与冲积砂体区别开来是非常重要的。一般认为，侧向上和垂向上叠置砂体的底面与异旋回事件有关（Sharley等，1994）。

通过体积比分析和相分异分析可以反演出可容纳空间的单向迁移方向、地层堆积样式、基准面升降及界面位置，进而划分出最基本的基准面旋回（简称短期旋回）。然后依据各短期旋回的体积划分和叠置样式，又可划分出中期基准面旋回（简称中期旋回）。依次还可划分出长期基准面旋回（简称长旋回），这是高级别的层序和基准面旋回。然而，更关键的工作是在不同级次界面识别和不同级别基准面旋回划分的基础上，由长周期到短周期逐级进行基准面旋回的对比。

高分辨率层序地层学研究是岩心、测井、露头、地震测量资料相结合的综合层序地层学研究方法（Wan Wagoner等，1990、1991）。地震勘探的采集、处理和显示技术在不断改进、提高，提高分辨率后的地震资料，将会给层序地层学分析带来一些出乎意料的效果（徐怀大，1997）。有的研究者强调露头的高分辨率层序地层研究，在出露良好的典型露头建立典型的高分辨率层序地层样式，是十分有意义的。国外应用一种露头伽玛射线强度测量方法（Davies,1996），将地面测得的曲线和附近钻井中伽玛测井曲线进行对比，找出其间的关系。但这种对比有可能存在一定程度的穿时现象。目前最流行的是将测井资料用于高分辨率层序地层研究（Cross,1994）；也有的学者采用高密度微体和超微体古生物方法（Armentrout,1996）；还有的学者采用高密度碳氧同位素法（Mtizchell等，1996）。而上述这些方法都是与测井、地震资料相结合的，因而，综合方法是高分辨率层序地层学的关键。

二、基准面旋回的识别与对比技术

根据基准面旋回和可容纳空间变化原理，地层的旋回性是基准面相对于地表位置的变化产生的沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过形成的非沉积作用和沉积欠补偿造成的饥饿性乃至非沉积随时间发生迁移的地层响应。地层记录中不同级次的地层旋回记录了相应级次的基准面旋回，每一级次的地层旋回内必然存在着能反映相应级次基准面旋回所经历时间的痕迹（或轨迹）。如何根据钻井资料或露头剖面上的这些记录痕迹识别基准面旋回，是高分辨率层序划分与对比的基础。而测井资料（尤其多类型测井曲线）也提供了信息丰富的识别标志。

（一）基准面旋回的识别

用来识别基准面旋回的沉积与地层特征可以概括为：（1）单一相物理性质的垂向变化；（2）相序与相组合变化：（3）旋回叠加样式的改变；（4）地层几何形态与接触关系。这些特征均反映着可容纳空间和沉积物补给通量比值（A/S）的变化。

1.岩性剖面上的识别标志

岩心、钻井剖面，特别是三维露头剖面，较测井、地震反射剖面具有更高的分辨率，因而是最高级次旋回识别的基础。在岩性剖面上，旋回界面识别标志如下：

（1）地层剖面中的冲刷现象及其上覆的滞留沉积物，其或代表基准面下陷于地表之下的侵蚀冲刷作用，或代表基准面上升时的水进冲刷面。后者与前者的区别是冲刷面之上多见盆内屑，且幅度较小。

（2）作为层序界面的滨岸上超的向下迁移，在钻井剖面中常表现为沉积相朝盆地方向移动，如浅水沉积物直接覆于较深水沉积物之上，河流、浊流砂砾岩直接覆于深水泥岩之上，两类沉积之间往往缺失过渡环境沉积。

（3）岩相类型或相组合在垂向剖面上转换的位置，如水体向上变浅的相序或相组合向水体逐渐变深的相序或相组合的转换处。

（4）砂、泥岩厚度旋回性变化，如层序界面之下，砂岩粒度向上变粗，砂泥比向上变大；层序界面之上则反之。这种旋回的变化特征常以叠加样式的改变表现出来。

根据上述特征可在不同沉积环境中识别短期基准面旋回（图4-7）。

2.测井曲线识别标志

测井曲线基准面旋回的确定，特别是旋回界面的确定，是在对取心井段标定的基础上进行的。也就是说，首先要利用取心井段建立短期旋回及界面的测井响应模型，用以指导区域非取心井测井曲线的旋回划分。测井曲线对于较长期基准面旋回叠加样式的分析确定尤为有效，这是因为组成较长期旋回的短期旋回具有特定的叠加样式，是在较长期基准面旋回上升与下降过程中向其幅度的最大值（最大可容纳空间）或最小值（最小可容纳空间）单向移动的结果，也就是说是在大致相似的地质背景下形成的一套成因上有联系的岩石组合。这些叠加样式常常具有鲜明的测井响应（图4-8），向湖（海）盆方向推进的叠加样式（进积）形成于较长期基准面下降期，此时A/S＜1，即沉积物供给速率大于可容纳空间的增加速率，岩石学方面的性质与下伏旋回相比具可容纳空间减小的特征；向陆推进的叠加样式（退积）形成于较长期基准面旋回的上升时期，此时A/S＞1，即可容纳空间增加速率大于沉积面供给速率，上覆短期旋回的性质与相邻下伏旋回相比，在沉积学、岩石学方面表现出可容纳空间增大的特征；短期旋回呈加积叠加样式，则出现在较长期准面旋回上升到下降的转换时期，A/S=1，相邻短期旋回形成时可容纳空间变化不大。东濮凹陷前梨园洼陷沙河街组三段，是说明如何运用测井曲线中短期旋回的叠加样式分析中期基准面旋回（图4-9）的典型例子。

图4-7不同沉积环境下识别出的短期旋回特征（据邓宏文等，1996）

图4-8短期旋回叠加样式及其测井响应（据Cross,1994）

1—海岸平原砂岩和泥岩；2—浅海砂岩；3—海相泥岩；4—短期地层旋回

图4-9进积－退积对称型中期基准面旋回的岩性－电性响应（据邓宏文等，1996）

3.地震剖面上的识别标志

地震反射界面基本是等时的或平行于地层内的时间面，因而可以运用地震反射剖面进行基准面旋回分析，但受地震信息分辨率的限制，地震反射剖面通常只能用来识别长期基准面旋回。用于识别旋回界面的主要地震标志如下：

（1）区域分布的不整合或反映地层不协调关系的地震反射终止类型，即常规的地震地层分析标志。

（2）与中期或长期基准面旋回上升到下降转换位置（最大可容纳空间）相对应的高振幅连续反射界面或一组反射。

（3）与测井曲线和岩心观察到的区域相变可对比的地震反射特征（振幅、连续性、频率、地震相等），在区域上发生重大变化。

（4）与测井曲线和岩心中可观察到的地层叠加样式变化可对比的地震反射几何形态的变化（如由高振幅、水平反射到低振幅S形反射）。

图4-10为运用地震剖面识别出的中期基准面旋回（东濮凹陷沙河街组三段）。

图4-10地震剖面上识别出的中期基准面旋回（据邓宏文等，1996）

1—断层；2—旋回界线；3—最大洪泛面

依据露头、岩心、测井与地震剖面确定的基准面旋回要互相验证。较低级次的测井旋回的识别须在岩心、露头标定的基础上进行，其划分结果还可以通过合成地震记录及转换成双程旅行时间的测井曲线，将地震不整合或其它类型界面标定到钻井中去验证。而地震旋回边界的识别也要以钻井剖面上的测井旋回分析为基础。

（二）地层旋回等时对比技术

高分辨率地层对比是同时代地层与界面的对比，不是旋回幅度和岩石类型的对比，一个完整的基准面穿越旋回及与其伴生的可容纳空间的增加与减少，在地层记录中由代表二分时间单元（每部分分别代表基准面上升与下降）的完整的地层旋回组成，有时仅由不对称的半旋回和代表侵蚀作用和非沉积作用的界面构成。

Cross（1994）认为，在成因层序的对比中，基准面旋回的转换点（turnround point），即基准面由下降到上升或由上升到下降的转变位置，可作为时间地层对比的优选位置。因为转换点为可容纳空间增加到最大值或减少到最小值的单向变化的极限位置，即基准面旋回的二分时间为连续的岩石序列。岩石与界面出现的位置和比例，是可容纳空间和沉积物供给的函数。因而在对比中，要通过地层过程的分析掌握什么时候岩石与岩石对比、岩石与界面对比或面与面对比。时间—空间图解是对地层剖面进行时间空间反演的最有效的方法，极有助于对地质过程（时间十空间）的地层响应（岩石＋界面）的理解，并有助于确定什么时候岩石对比岩石、岩石对比界面或面面对比，以检验层序对比的可靠性。

由于基准面变化的地层记录是以多级次频率（多级次旋回）出现在区域范围内，可跨越各种沉积环境，因而以地层基准面识别为基础的地层对比不依赖于沉积环境，也不需要了解海平面的位置与运动方向。

图4-11为海岸平原－浅海沉积环境地层层序的堆积模式、厚度的时空变化以及层序地层对比。

图4-11浅海沉积环境成因地层动态对比概略图（据Cross,1994）

三、应用实例

（一）海相地层的高分辨率层序地层

Cross（1994）成因地层组建立的海岸平原－浅海硅质碎屑岩的对比模式，说明体系域的体积划分及对比方法。由图4-12可以看出，伴随长期和短期基准面旋回发生的可容纳空间地理位置的迁移，在海岸平原－浅海相的不同地理位置沉积了不同的地层剖面。地层的加厚与减薄以及相序对称性是有规律可循的。海岸平原沉积的垂向旋回在基准面上升期加厚，在基准面下降时期减薄。厚度变化反映了可容纳空间与充填此空间的沉积物比值（A/S）的变化。就旋回对称性而言，基准面上升期间冲积平原具“向上变深”的非对称旋回，基准面下降旋回通常表现为不整合。海岸平原位置同时发育基准面上升和下降组成的对称旋回，具有由“向上变浅”和“向上变深”相序组成的对称性旋回。浅海滨面相通常仅发育基准面下降时沉积的非对称的“向上变浅”的相序，而基准面上升时期以海侵冲刷面为代表。向海方向旋回的对称性增加。相序的对称性反映了基准面上升与下降旋回中，沉积物比值和沉积物所代表的时间与“面”所代表的时间比值的变化，与古地形关系较为密切。

图4-11展示的是海岸平原－浅海沉积环境地层层序堆积模式、厚度的时空变化以及层序地层对比。由海岸平原经浅海陆架至斜坡位置，成因层序及组成该层序的相序随时间发生迁移。在基准面长期下降期间，尽管短期旋回具周期性变化特征，可空纳空间总的趋势是逐渐减小。随可容纳空间逐渐减小，浅海陆架旋回逐渐加厚，更多的基准面下降非对称旋回出现。当可容纳空间减小到接近或处于可容纳空间极小值时，旋回厚度减小，顶部为基准面下降不整合面或沉积物路过时形成的非沉积作用面。海岸平原沉积则相反，旋回厚度逐渐变薄，并以非对称性的基准面的上升旋回为主。从长期基准面下降到上升的转变，标志着另一时间幕的开始，但可容纳空间总的趋势是增加。随可容纳空间的增加，浅海陆架旋回由不对称到对称旋回，厚度逐渐减薄。而海岸平原旋回，对称性增加，厚度逐渐变大，基准面旋回上升与下降期间会有更多的沉积物沉积和保存。

图4-12基准面穿越旋回沿岸平原—浅海相域体积划分与旋回对称性变化（据Cross,1994）

1—最大洪泛面；2—海侵冲刷面；3—基准面下降不整合；4—沉积作用；5—侵蚀作用

（二）非海相地层的高分辨率层序地层学应用

这里选择河流三角洲－湖泊相地层、冲积地层、湖泊沉积物及风成沉积等沉积地层类型进行高分辨率层序地层分析的实例，作为典型代表，以说明高分辨率层序地层分析理论和方法的应用。

1.实例之一：美国中西部第三纪尤英塔盆地

位于美国中西部落基山脉的尤英塔盆地，为在早白垩世前陆盆地背景上发展起来的大型山间坳陷盆地。

通过对美国中西部尤英塔盆地南部始新统绿河组河流三角洲－湖泊相进行高分辨率地层研究，识别出四个长期基准面旋回，并建立了成因层序对比模式。在地层基面旋回中，伴随着可容纳空间与沉积物供应比值的变化，相同的沉积环境，如三角洲、边缘湖泊及开阔湖泊，可发育不同的岩石类型、相序与相组合。在同一成因层序内，旋回特征也有明显规律可循。三角洲平原相主要为基准面上升时期形成的分支河道相和河道间沉积组成的不对称旋回。三角洲发育的湖泊边缘相，为基准面上升时期沉积的分支河道相和下降时期的滨湖相或河口坝相构成的对称旋回。三角洲向浅水湖泊相方向，则表现为基准面上升期间形成的碳酸盐滩坝相和基准面下降期形成的泥坪相组成的对称旋回，向盆地方向主要由基准面下降时期浅水湖泊相非对称旋回组成。在盆地的不同演化阶段，长期基准面旋回的地层结构、沉积模式、短期旋回的对称性、沉积相域的体系域划分均有显着差异。进一步研究还证明，分支河道砂岩的孔隙度与渗透率的变化，也与其所属的成因地层单元在长期基准面旋回中的位置有关。尤英塔盆地始新统河湖相研究说明，可以根据成因地层的体积划分、堆积模式、旋回对称性及相分异原理，对湖相地层与油气储层进行高分辨率层序划分、对比与预测。

图4-13尤英塔盆地南部始新世河流三角洲－湖泊相域体积划分与旋回对称变化（据Cross,1994）

2.实例之二：哥伦比亚第三系Lianos盆地

哥伦比亚Lianos盆地Cusiana油田是近10年发现的大油田。最初认为始新世Mirador组储层主要为下切于冲积平原中的河道砂岩和下切于海湾砂泥岩中的微咸水河道砂岩。由于以陆相沉积为主，对比十分困难，砂岩展布规律难寻，但运用基准面旋回反演和对比技术，在Mirador组内识别出两个不对称的长期基准面旋回（图4-14），每个长期旋回中又可识别出3～4个中期旋回。下部长期旋回由上超到古新世不整合之上的3个向陆方向进积的中期旋回组成，每个中期旋回的上升半旋回均由槽状交错层河道砂岩→小型槽状交错层理粉细砂岩→波状层理决口扇粉细砂岩→生物扰动发育的纹层状湖相泥岩组成，反映可容纳空间逐渐增大；中期下降半旋回则为洪积平原杂色致密泥岩。由此，两个中期旋回可能成为独立的流体流动单元。上部长期旋回由上超在Mirador组中部页岩内间断面之上的、一系列向陆方向进积的由微咸水河道（上升半旋回）和湾头三角洲砂岩（下降半旋回）组成的中期旋回构成，顶部则以区域分布的海相泥岩（洪泛面）告终。

图4-14哥伦比亚Cuslana油田Mirador组高分辨率层序地层对比格架（据Cross,1994）

1—河口湾砂岩；2—湾头三角洲；3—河道（微咸水影响）；4—湖－洪泛平原－决口扇复合体；5—冲积河道带；6—前始新世岩屑砂岩和泥岩

上述解释和对比表明，海岸平原相带以砂泥岩充填作用为主的地层堆积样式并非“迷宫式”，而是有规律可寻的。由此以有限的测井和少量岩心资料建立的高分辨率对比格架及储层分布特征的解释，不仅可以直接导油气区勘探开发，而且可以对非钻井区储层成因类型及展布特征进行预测（图4-14左）。

3.冲积地层层序地层分析

（1）冲积层序界面的识别

在下切作用深至下伏海相地层的薄层冲积地层序列中，识别与地层基准面变化有关的区域性层序边界或叠置在海相页岩之上的辫状河沉积，或海相页岩中的根土岩和煤层，相对容易。识别冲积地层层序界面的依据主要有：

A.通过角度关系识别层序界面。这在标志层广泛分布的近滨海相地层中，尤为可靠。但在陆相地层内特别是冲积地层中，由于标志层稀少，缺乏生物地层资料，大部分冲积地层既不连续又缺乏区域分布的露头，除了其明显的角度关系外，要识别层序边界更加困难。Keith等（1994）认为，通过揭示可容纳空间变化速率突变的地层几何形态的研究，可识别出反映异旋回驱动的层序边界，这几乎没有什么明确的标准，但是局部的下切作用在宽度和深度上大于河道冲刷作用，表明曾发生过冲积下切作用，特别是在沉积物颗粒大小及构成发生明显变化的层位；

B.通过河谷砂体的叠置型式识别层序边界。砂体叠置型式反映容纳空间形成速率的变化，纯砂岩及粗砂岩互层的多侧向及多层河道砂单元通常代表地层基准面的低速上升。冲积容纳空间形成速率控制河流相砂岩的混合程度。多层、多侧向混合砂体通常直接覆盖在由异旋回现象驱动的层序边界不整合面上，或直接超覆在主煤层之上，沿走向可追踪数公里，如Keith等（1994）在阿根廷白垩系地层的侧向混合砂至砾质河道充填复合体中，识别出明显的局部深切的侵蚀面；

C.依据冲积下切作用识别区域性层序边界，由地层基准面造成的下切作用，通常受浅海陆棚和冲积平原之间的坡度控制，若浅海陆棚坡度大于冲积平原的坡度，则相对海平面变化通常导致下切作用；在浅海陆棚和冲积平原坡度相近的缓坡背景，地层基准面下移仅导致轻微的河流下切作用，河流剖面仅向海延伸或伴随河谷型式的变化，基准面下移的结果使进入海盆的细粒沉积物含量增加；若浅海陆棚坡度小于河流剖面坡度，基准面下降仅伴随明显的沉积作用而无下切作用发生；

D.根据古土壤层识别层序边界。在河间地区，古土壤层分布对层序边界的识别具重要念义，古土壤发育的深度及其成熟度，部分反映了地表暴露时间长短及沉积速率较低。

（2）“最大冲积海泛面”的识别

前人对最大海泛面特征进行了详细研究，那么在冲积地层中什么样的地层与最大海泛面同期呢？Posamentier等的概念模式结合Jurvey（1988）、Ross（1990）和Lawrence（1990）的数值模拟表明，最大海泛面反映了地层基准面快速上升，并把向陆退蚀滨面小层序和近滨地层中加积小层序隔开。在冲积地层中，最大海泛时期并非以凝缩作用为标志，而以潮汐作用向原先由纯河流过程控制的地区侵入程度为代表。Shanley等（1994）证实在河流相地层中，潮汐影响范围可从同期滨面沉积延伸至内陆65km范围，并可与海相地层中最大海泛面建立时间对比关系，潮汐过程向内陆的最大海泛面由河流排水量、地层基准面上升速率、自然地理及潮汐范围的综合作用所控制。现代河口湾和河系研究也证实，潮汐的影响可从周期滨线延至内陆数万米。在受潮汐影响的海岸河流地区，水体逆流并产生“液态泥”，或浊度最大值带沉积有泥盖层，发育撕裂碎屑、压扁层理及倾斜的异粒相岩层。沿美国东南部，充填深切谷的第四纪海岸平原沉积物，记载着更新世相对海平面变化时期覆盖在河流相之上的河口湾沉积。

根据海泛面是局限于河谷还是漫延到河间地，陆相沉积记录的型式有相当大的差异。若海侵幅度很小未影响到河间地，则河谷中超覆于河流相之上的河口湾沉积物，在横向上与河间地的泥岩层相当。基准面的上升通常导致潜水面的相应上升，并使沿河谷边缘形成极差的排水条件：当先期排水条件良好和氧化的泥质沉积被淹没时，可形成不良的排水沼泽泥质沉积；若海侵幅度较大并使河间地被淹没时，泥质沉积被浅海相沉积所超覆。河谷和河间地海泛事件，以河系下游排水条件逐渐变差的沉积组合为特征。

（3）冲积体系域的识别

Sinclair等（1993）通过对犹他州南部凯佩罗维茨冲积地层的研究，建立了地层基准面变化和河流层序格架之间的关系（图4-15），识别出了冲积地层中的低水位、海侵及高水位体系域，通过相几何形态及沉积学标准的研究，这些地层可追溯至旋回性海相地层。低水位体系域以深切谷中的河流相沉积为特征，分布有限，向盆地边缘发生侧向尖灭，体系域内部格架以底荷的砂－砾质沉积为主，具有混合化、向上变粗变厚的河道充填复合体序列；海侵体系域通常直接超覆在层序界面之上，底部通常由侧向混合河流席状砂沉积构成，其中含有较高比例的相互连通的粗粒河道充填砂岩，向上逐渐变为相对孤立的薄层河道沉积，该河道沉积与细粒冲积平原地层和潮汐控制的异粒岩相河道充填沉积互层产出，这种从混合砂岩向孤立的潮控沉积的渐变现象，或从底荷沉积向悬浮载荷混合沉积的向上变细变薄序列，揭示了海岸超覆和河流海侵体系域上部的特征，即反映了地层基准面上升时期容纳空间不断增大，这些潮控河流相地层，为同期海相和近滨地层最大海泛面向陆的同期地层；高水位体系域主要由悬浮载荷构成，并以大量的泥质剖面分布为特征，具体包括细粒洪泛盆地沉积、孤立河流相砂岩、断续分布的薄层煤及碳质页岩等，表明为有限容纳空间沉积产物，并呈现很小河面比降的自然景观。

图4-15作为基准面变化函数的滨面和河流层序格架间的关系（据Sinclair等，1993）

4.湖泊沉积层序地层学

相对海平面变化明显影响着近滨及海岸平原均衡界面的位置，从而控制着相应的地层格架。然而，随着逐渐向内陆方向，相对海平面变化对容纳空间和均衡界面的影响不断减弱，事实上，陆相地层几何形态与相对海平面之间的关系已很模糊。在湖泊背景中，无论湖泊具开口还是封闭的，湖水面变化均影响着湖泊相地层格架。首先表现为湖平面对容纳空间及湖泊环境中物理能量分布的影响。在这一点上，湖水面变化对湖泊和近邻河流相地层的影响，与相对海平面对海洋及海岸平原的影响相似。湖水面变化决定了受风浪影响的水域范围，并控制着水柱密度分层或混合的程度。首先，湖泊相地层格架反映了沉积物注入量和由湖水面变化造成的容纳空间的变化之间的相互作用的产物。其次，湖平面变化亦影响着汇水盆地的河系。这与海平面变化对汇入海盆的河系的影响效应相似。结果，邻近湖岸的河流侵蚀和加积作用时间与湖平面相一致，随着不断远离湖岸，其相关性递减。Shanley等（1994）通过阿根廷白垩系地层高分辨率地层研究揭示，由于地层基准面变化，造成广泛分布的层序边界及其间沉积单元，而地层基准面是湖平面、气候、物源及相对海平面变化的函数。Olsen（1991）对与气候旋回有关的荷兰二叠系Rotliegends群进行研究认为（图4-16），湖泊沉积层序边界代表了气候逐渐干旱条件下形成的低湖平面产物。低水位体系域以湖盆中心蒸发岩系和过渡地区分布广泛的风蚀沉积为特征；海侵体系域在湖盆中心由湖泊和泥坪沉积组成，过渡区由潮湿砂坪组成，而沿盆地边缘分布有旱谷和砂坪。在这些地层内，最大海泛面的标志是：湖泊中心有广泛分布的湖泊相组合，沿盆地边缘有广泛分布的内陆萨布哈及河流相沉积；高水位体系域在盆地中心以泥坪和湖泊相沉积为主，而过渡区及盆地边缘分别由潮湿和旱谷型砂坪沉积构成。

5.风成沉积层序地层学

在风成体系中，大量沉积物的保存与受潜水面控制的广泛分布的风蚀面有关。这些区域性风蚀面，即所谓的斯托克斯面，在包括岸进沙海及大陆沙海在内的各种风成沉积环境中均有分布。研究表明，单一的斯托克斯面所覆盖的范围可达数十平方公里。因此，在均衡范围内，与侵蚀、潜水面高度比较，它可视为风成体系中的一种地层基准面。不同类型的斯托克斯面（即越界面，supersurface）反映了地层基准面上升速率的变化，并提供了一种风成地层分析的系统框架。因为斯托克斯面是气候变化、海平面变化、构造运动或沙海迁移的函数（Michael等，1992）。在与海盆或湖泊共生的风成体系中，潜水面高度与湖水面或相对海平面变化紧密相关，更进一步说，局部潜水面可作为地层基准面的区域等势面。显然，风成体系中这些等势面未必与海平面有关，而实际上很可能反映了附近高地长期的气候变迁。

图4-16半地堑湖泊层序发育模式（据Olsen,1991）

目前，有关层序地层学概念在风成地层中的应用研究，仅局限于湖相与风成交互层地层中。然而，风成和海相互层地层已从全新世和古代地层得到论证，它有可能揭示海相沉积体系与同期风成地层的关系。由于在风成背景中，潜水面控制着容纳空间，并可能与相对海平面的变化有关。这些地层的研究有可能将层序地层学概念应用于风成地层中。

风成体系层序地层研究的少数实例之一，来自科罗拉多地台中侏罗系砂岩。研究结果表明，风成体系层序的发育受沉积物供给、潜水面波动、构造沉降及气候变化综合作用的控制。其中，那些具有少量超界面的交错层厚层砂岩，被认为是形成于相对海平面低水位时期，这些地层被称为“干旱型”风成体系，并反映了较低的潜水面和较多的沉积物注入。反之，被多个超界面截切的相对薄层交错层砂岩，叫作“潮湿型”风成体系，它代表沉积物注入量少，并反映出相对海平面高水位期的较高和波动的潜水面。这些研究证实，在某些风成地层序列中，同样可识别出与海相及河流相沉积中相似的体系域。