層序地層學研究進展,層序地層學發展階段

2021-03-04 04:44:07 字數 5410 閱讀 4817

1樓:中地數媒

層序地層學研究取得的進展,主要集中於從2023年以來的第三發展階段。此間,層序地層學真正成為了地學一大亮點和熱點,並取得了多方面、多層次的巨大進展。

1.學派紛呈

從傳統層序地層學發展到經典層序地層學、成因層序地層學、高解析度層序地層學,三大主要理論體系齊放異彩,並成為層序地層學的三大主要流派和支柱技術體系。現在,還出現了不少新的層序地層學概念和發展方向。主要有:

1)高頻率層序地層學(van wagoner等,1990)。其主要研究相當於miall等(1991)和posamentier(1992)劃分的四至六級高頻旋迴層序的層序地層學。它不同於高解析度層序地層學(posamentier,1992;cross,1994)。

高解析度強調的是不同級次的基準面層序旋迴的等時對比的高解析度、高精度;而高頻層序旋迴是週期為公尺蘭科維奇驅動的氣候變化和高頻短週期海平面的產物,大量發育於多數為自旋回的碳酸鹽巖中,它具有區域性或區域對比意義,如巴哈馬群島新近系泥灰岩、灰岩互動的進積型碳酸鹽巖高頻旋迴的主要控制機制就是軌道歲差/旋迴。

2)生物層序地層學(殷鴻福等,1997)。它將層序地層學與生物地層學緊密結合,通過生物帶「頂」、「底」相對位置,更精確地確定層序年齡、劃分對比層序和恢復層序沉積環境。

3)成岩層序地層學。它是把成巖作用和孔隙演化與海平面變化相聯絡的產物,它強調成巖微觀資料在層序形成演化研究中的重要意義,因為成巖事件和成巖現象在層序介面的特徵表現在一定程度上響應了沉積時期的海平面變化、構造抬公升、氣候變化等資訊,因而能夠為層序研究提供更有用的微觀資訊。如在挪威海域埋深很大(大於5 000 m)的早中侏羅世地層中,受層序地層的控制,進積作用期海水與淡水混合帶向海方向遷移,而不大可能滲入濱海相砂岩形成高孔隙度儲層;而在強烈加積作用時期,海水與大氣淡水混合強烈並使濱海相砂岩發生較強的綠泥石沉澱作用,形成厚厚的綠泥石包殼而阻止後期矽質膠結作用的發生,從而區域性發育高孔隙度(>30%)的優質儲層。

此外,還湧現出了露頭層序地層學、測井層序地層學、化學層序地層學、應用層序地層學以及層序充填動力學等新概念。

這些新的層序地層學概念的大量湧現,無一不是層序地層學引起人們廣泛興趣、百家爭鳴的結果,無疑是它特有的魅力的具體體現,是人們傾注大量思索和實踐的最好表白。

2.研究物件與理論模式拓廣

從被動大陸邊緣盆地拓展到活動大陸邊緣盆地(包括造山帶沉積盆地)、克拉通內陸坳陷盆地、裂谷盆地、斷陷盆地等,從海相盆地拓展到陸相盆地,從濱淺海相矽質碎屑岩沉積拓展到海相碳酸鹽巖沉積及海陸混合沉積,甚至發展到冰川沉積的層序地層學研究,層序地層學研究領域不斷拓展。如davila和roberto對巴西潘雪拉盆地冰蝕谷充填的拉伯砂岩,對威斯特伐利亞階(c2)/史蒂芬階(c3)進行層序地層學研究認為,冰積區的層序地層概念模型不同於一般的被動邊緣盆地,主要區別在於冰積區海侵期具有很高的沉積供給和前積速率,而盆地中的主要退積作用和細粒物質沉積遠離冰川中心。camana等對阿爾卑斯、撒丁島、庇里牛斯山脈、西班牙、瑞典和中國不同地質構造背景元古宙到中生代的矽化螢石、重晶石、含硫化物岩層矽化和礦化碳酸鹽巖宿主岩層進行了層序地層研究。

相應地,層序地層模式的建立也取得很大發展,從最初被動大陸邊緣層序地層模式的建立發展到適合不同構造沉積背景盆地、不同型別沉積的層序地層模式。

3.研究手段多樣化

從最初主要依靠**、鑽井資料,發展到**、鑽井、測井、露頭剖面、古生物組合及古生態、地球化學、成巖演化、磁性地層以及現代計算機技術等多種手段綜合應用,研究手段越來越多樣化,並開始實現巨集觀地質調查與微觀測試分析、定性描述與定量刻畫-模擬的充分結合,更加強調多學科的交叉滲透與整合發展。如利用地面穿透雷達(gpr)對巴西潘雪拉盆地vila velha砂岩中冰川河道舌形體進行**沉積層序海侵體系域的內部組成分析和三維幾何形態的描述;利用深度解析度相當於10 m的三維**影象和測井資料進行四級高頻層序體系域、層序邊界和層序的識別與編圖;用定量化的 fmi影象測井資料校正高解析度層序地層圖,標定不同等級的沉積旋迴,得出海侵期沉積較細、儲層不發育,僅在海侵旋迴的白雲岩化部分發育高滲透儲層,而海退期沉積物較粗、發育高孔滲儲層,尤其是海退的淋溶帶發育高滲透儲層;用碳酸鹽巖碳、氧、鍶穩定同位素定量測試手段(李儒峰;鄭榮才等,1997;謝淵等,2002)研究海相層序地層的形成演化,揭示穩定同位素組成變化與海平面公升降、層序形成演化的關係。

4.研究精度極大提高

從最先主要研究**層序,發展到對包括四至六級高頻層序在內的多級別層序地層的研究,並以高解析度**、測井和精細露頭層序地層學分析、高新測年技術等為依託,研究高頻沉積旋迴的成因與控制因素,對沉積演化史的刻畫與層序地層的垂向演化及空間展佈形態和樣式的模擬再現更趨深刻與真實。如保加利亞東北部 cape kaliacra剖面薩爾馬特階11 m厚,由6個風暴層(碳酸鹽巖風暴層)與微晶灰岩互動沉積的高頻層序旋迴,每個風暴層沉積從乙個侵蝕面開始,侵蝕面上由風暴流高峰期塊狀滯留沉積組成(灰質礫石),向上很快變為風暴回流的最後階段砂粒級鮞粒灰岩(交錯層理),風暴層上部由正常氣候下海侵時期的微晶灰岩退積層序蓋住;德國三疊紀幹鹽湖公尺級的砂岩-碳酸鹽巖-頁岩韻律旋迴性沉積所反映的海侵-海退或更好地解釋氣候潮濕-乾旱變化形成的沉積旋迴是受1萬年的公尺蘭科維奇氣候週期性變化的控制。

5.生產應用要求提高及領域拓寬

層序地層學研究初期主要是為沉積盆地分析、儲集體-烴源巖-蓋層發育與分布的巨集觀**等提供指導,現今已發展到為精細油藏描述、儲集小層識別與對比,次生孔隙發育帶**、儲層巨集觀-微觀非均質性描述、岩性-地層型隱蔽油氣藏的勘探,甚至油田開發動態模擬等多個領域服務;從服務於油氣勘探程度低的地區發展到為勘探程度高的油氣開發區甚至油氣老區的促產挖潛提供技術支援。從最初主要為油氣勘探服務發展到服務於煤田、油氣以及其他礦產的資源評價、勘探開發等多個方面。

此外,還有學者對黑色頁岩是海(湖)侵沉積的經典結論提出了疑義,認為湖泊相黑色頁岩更有可能記錄的是碎屑湖泊中低水位期間的沉積。因為根據包括瑞典下白堊統在內的全世界的湖泊相黑暗色頁岩的描述,有乙個共同的特點:它們均直接與含鹽和低水深環境相聯絡,沉積中發育泥裂、蒸發巖、白雲岩、燧石、疊層石,具碳酸鹽巖氧同位素正偏移以及高鹽度的生物地球化學標誌。

氣候變乾旱也同時減少了碎屑溶解的供給和底水的通風換氣性,從而有利於有機質的聚集和儲存。因此,氣候變化所決定的底水氧化作用強度和水/沉積物的注入情況的變化,是控制湖泊小級別沉積旋迴的主要因素,有機質的沉積是介於碎屑沉積作用和化學沉積作用之間的一種地質作用。

綜上所述,20多年來層序地層學理論的巨大發展及其在國內外油氣勘探和地質研究等領域中的廣泛而又有效的應用表明,它在許多方面明顯優越於其他分支的地層學科:①沉積解釋比其他地層學更加符合客觀地質實際;②對生、儲、蓋層的時空展佈具有更強的**性和更高的**精度;③更有助於在油氣勘探成熟的盆地和新的油氣勘探盆地中發現新的油層;④能幫助更為準確地計算盆地油氣資源量和發現常規解釋所遺漏的隱蔽油氣圈閉及含油氣遠景區。正是由於層序地層學具有這些優越性,鑄就了它旺盛的生命力,使它已經和正在並即將給地層學、沉積學及油氣勘探等帶來更具革命性的飛躍和發展。

層序地層學發展階段

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20多年來,地學領域所取得的意義重大的革命性進展之一,就是層序地層學的蓬勃興起和廣泛應用。層序地層學在對各種不同的盆地和構造位置中的相和環境變化的**效果,以及對地層解釋等許多方面的積極影響程度,不亞於板塊構造對構造地質的影響。不僅如此,它還為油氣勘探中烴源巖、蓋層、油氣儲層的**、圈定及描述提供了強有力的技術支撐。

層序地層學,是研究一系列以侵蝕不整合面或無沉積作用面及與之可對比的整合面為界的,具旋迴性的,成因上有聯絡的,並可置於年代地層格架內的沉積岩層關係的一門地層學分支學科。它通過綜合分析**、岩心、測井、古生物及地球化學等資料,進行沉積盆地不同級序沉積地層單元的劃分與等時性對比,建立層序地層格架,在整體統一的格架中研究沉積體系、沉積相的時空展佈,重塑盆地沉積充填演化史,**生儲蓋組合及地層、岩性油氣圈閉的空間分布。它作為一種非常有效的理論和方法,已被廣泛應用於沉積地層分析和油氣勘探開發等許多領域。

回顧它的發展歷程,大致可分為3個階段。

1.層序地層學萌芽階段(1948~1977)

2.**地層學成熟、層序地層學形成及發展階段(1977~1988)

20世紀70年代末,《**地層學》(vail等,1977)和《**地層學在油氣勘探中的應用》(payton等,1977)等著作的出版,標誌著**地層學已進入發展成熟期。直到80年代末的這一時期,**地層學進一步完善和發展了層序的概念,明確層序是以不整合面及其與之可對比的整合面為邊界,在成因上有聯絡的具有旋迴結構的,並可置於年代地層框架的一套沉積地層;建立了一套主要依據**資料進行層序分析的技術系統和方法體系(vail等,1977);提出了利用**反射介面上超點的遷移幅度研究海平面變化的方法(vail等,1977),闡明了全球海平面變化具有相對一致性和海平面變化控制層序發育的觀點;應用**、鑽測井資料確定和**盆地地層結構、沉積相型別及其區域分布,建立了被動大陸邊緣盆地地層分布模式,為此後建立具有成因意義的層序演化模式(posamentier等,1988;galloway,1989)奠定了基礎。因此,這一階段對層序地層學的發展極其重要(van wagoner等,1990)。

3.層序地層學理論系統化與綜合化發展階段(2023年至今)

《海平面變化綜合分析》(vail,1988)、《層序地層學工作手冊》、《層序地層學基礎》(sangree和vail,1988)、sepm《層序地層學特刊》(van wagoner等,1988),以及mitchum等(1991)有關層序地層學著作的問世,標誌著層序地層學進入了全面發展的新階段。

2023年,經典層序地層學理論體系宣告形成(posamentier等,1988)。它發展了沉積學中的層序、體系域等概念(mitchum,1977;brown等,1977),並分別以初次海泛面和最大海泛面把乙個完整的層序劃分為3個體系域,詳細定義了層序與層序型別、層序介面及型別、沉積體系域、初始和最大海泛面、層序級別、準層序和準層序組以及凝縮層和可容納空間等一系列相關概念,突出地強調海平面公升降變化的全球性和週期性,同時還強調構造沉降、全球海平面公升降、沉積物供給速率及氣候等4個基本變數對地層單元的幾何形態與巖相組合的控制作用。

2023年,出現了以galloway為代表的成因層序地層學新學派。它以最大水進面(海泛面或湖泛面)泥岩沉積作為層序邊界,強調在海平面或湖平面從下降到上公升所完成的進積-退積-加積作用過程,形成乙個完整的成因地層單元,層序內部具有向上變粗再變細的演化序列。由於最大水進面處的泥岩沉積在鑽井岩心和露頭剖面上易於識別,在測井剖面上有特徵的響應,在區域上展佈穩定,厚度薄並具極好的等時性,因而成因層序地層學被廣大油氣地質工作者較容易地應用於科研與生產實踐中。

到2023年,cross等提出了高解析度層序地層學這一新理論。它以全新的思路和技術方法,根據基準面旋迴原理和可容空間變化原理,揭示基準面旋迴層序與沉積動力學和地層響應過程的關係,研究相對應的沉積相演化序列,**有利儲集砂體的產出位置和發育情況。它強調基準面公升降旋迴取決於海(湖)平面變化、構造沉降、沉積負荷、沉積通量及沉積地形等綜合因素,在乙個基準面公升降過程中形成的沉積充填序列即為乙個差異層序單元,而層序介面對應於基準面下降到最低點的位置,既可位於沉積介面之上(相關整合面),也可位於沉積介面之下(不整合面或沖刷面),基準面旋迴層序級次取決於地層基準面旋迴週期的長短。

該理論較好地解決了陸相盆地沉積層序對比分析的一些難題。

上述三大主要理論體系各放異彩,基本上代表了這一階段層序地層學的突出進展,也代表了層序地層學進入到全面蓬勃發展、真正廣泛應用的乙個輝煌時期。