《高分辨率层序地层学》绪论
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高分辨率层序地层学在油藏数值模拟中的应用一、前言层序地层学是地质学中的一个重要分支,它研究的是地层中不同岩性的分布规律和特征。
高分辨率层序地层学则是在传统层序地层学基础上,通过使用高分辨率的数据采集技术和先进的数据处理方法,对地质结构进行更加精细和深入的研究。
本文将介绍高分辨率层序地层学在油藏数值模拟中的应用。
二、高分辨率层序地层学简介1. 高分辨率数据采集技术高分辨率数据采集技术主要包括测井、岩心、露头等多种方法。
其中,测井是最常用的一种方法,它通过向井眼内发送一定频率的电磁波或声波,并记录反射回来的信号来获取井壁周围岩石性质和含油气性质等信息。
岩心则是通过从钻孔中取出样品进行实验室测试来获取岩石性质信息。
露头则是在露天矿山或山区等自然裸露出来的断面上进行观察和采样。
2. 数据处理方法高分辨率层序地层学的数据处理方法主要包括数据解释、统计分析、图像处理等。
其中,数据解释是指对采集到的原始数据进行初步处理和解释,包括去除噪声、修正误差、提取特征等。
统计分析则是对处理后的数据进行统计学分析,以获取更加精确和可靠的结论。
图像处理则是将采集到的数据转化为可视化图像,以便于人类观察和理解。
三、高分辨率层序地层学在油藏数值模拟中的应用1. 优化油藏模型高分辨率层序地层学可以帮助研究人员更加准确地了解油藏中不同岩性和含油气性质的分布规律和特征。
通过将这些信息输入到数值模拟软件中,可以生成更加真实和准确的油藏模型。
这些模型可以用于预测油藏产量、评估开发效果等。
2. 模拟流体运移过程高分辨率层序地层学可以提供更加详细和准确的岩石性质信息,包括孔隙度、渗透率等。
这些信息可以被用来构建数值模拟模型,模拟流体在岩石中的运移过程。
通过调整模型参数,可以预测油藏中不同阶段的产量和开采效果。
3. 优化开发方案高分辨率层序地层学可以提供更加精细和准确的油藏结构信息,包括岩性、构造等。
这些信息可以被用来优化开发方案,包括确定井位、井距、注水量等。
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。
第一章高分辨率层序地层学的理论基础与海相盆地或大区域规模级的经典层序地层学分析不同,高分辨率层序地层分析以地表三维露头、钻井岩芯、测井和高分辨率地震反射剖面为主要研究对象,其中尤以钻井岩芯和测井剖面资料为最重要的研究基础。
通过各种资料的精细层序划分和对比技术,将钻井或露头,以及地震剖面中的一维或二维信息转换为三维地层关系的信息,从而建立区域、油田乃至区块或油藏级规模储层的等时成因地层对比骨架,大大提高储层、隔层及油层分布的预测和评价精度。
这一层序分析工作主要基于下述4个基本原理。
第一节基本原理一、地层基准面原理基准面是一个较古老的概念,Davis早在1902年就总结了关于基准面的不同定义,多达十几种。
目前在地质学中引用的基准面概念主要有3种:①地貌学上的平衡剖面或侵蚀基准面,即基准面是侵蚀作用的终极状态;②地理学上的临界面,即基准面是一个颗粒在其之上无法停留下来,而在其下则发生沉积与埋藏作用的界面(Sloss,1962),在实际应用中,人们常将沉积基准面看作是海洋环境中的海平面和陆地环境中的湖平面等具体物理面;③地层基准面(图1-1,Wheele,1964),在高分辨率层序地层学理论体系中,以T.A.Cross,教授为主的成因地层研究小组(1994)引用并发展了Wheele的基准面概念认为基准面既不是海平面(或湖平面),也不是相当海平面(或湖平面)向陆地延伸的一个水平面,而是一个相对于地球表面波状升降的、连续的、略向盆地方向下倾和呈抛物线状的抽象面(非物理面),其位置、运动方向及升降幅度不断随时间延续而变化(图1-1)。
基准面在升、降变化过程中具有向其幅度的最大值或最小值单向移动的趋势,由此构成一个完整的上升与下降基准面旋回,是一个受湖平面(或海平面)升降和构造沉降,沉积负荷补偿,沉积物补给和沉积地形条件等多种综合因素制约的地层基准面旋回,因此,地层基准面并非为简单的海平面(或湖平面),分析基准面旋回与成因层序形成的过程-响应原理,是理解地层层序成因并进行层序划分的主要依据。
1.论述层序地层学发展的主要学派,并阐述他们之间的关键不同点,着重从其形成机制、模式和研究方法论述。
1. 高分辨率层序地层学:是以Cross领导的科罗拉多矿业学院成因地层研究组为代表提出的,邓洪文教授首次将该理论体系在国内作了较为详细的介绍,随后引起了许多地质学家的重视,并逐步在实践中得到应用。
高分辨率层序地层学就是利用高分辨率地震剖面、测井、岩心和露头资料,通过对层序地层基准面的分析,运用精细的层序地层划分对比技术,建立高分辨率层序地层框架,由于时间分辨率的增加,地层预测的准确性大为提高,并能为油藏数值模拟提供可靠的岩石物理模型。
1.理论基础:高分辨率层序地层学理论的核心是:在基准面变化过程中,由于可容纳空间与沉积物通量比值(A/S)的变化,相同沉积体系域或相域中发生沉积物的重新分配作用,导致沉积物的保存程度、地层堆积样式、相序、相类型及岩石结构发生变化。
这些变化是基准面旋回中所处的位置和可容纳空间的函数。
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。
1.1 高分辨率层序地层学基准面旋回简介:作为对一个基准面旋回变化过程中形成的沉积体进行研究的分支学科,高分辨率层序地层学研究的基本单元是成因层序,即以等时面为界的时间地层单元,研究的基本原理是地层基准面或平衡剖面理论。
地层基准面为一抽象的、动态的非物理界面它是海平面、古构造(区域、局部)、古气候、古物源及沉积物供给速率、古地理等多种影响因子的函数。
基准面位置运动轨迹及方向、波动振幅及频率随时间而变化,并能准确地、动态地反映空间及沉积过程。
基准面在变化中总具有向其幅度的最大值或最小值单向移动的趋势,构成一个完整的上升下降旋回。
一个基准面旋回是等时的,在一个基准面旋回变化过程中(可理解为时代域)保存下来的一套岩石为一个成因地层单元,即成因层序,它以时间面为界,因而为一个时间地层单元。
高分辨率层序地层学基本概要一、高分辨率层序地层学的基本原理高分辨率层序地层学是以地层基准面升降旋回为沉积的主控因素的成因地层学。
它以岩心、测井、露头和高分辨率地震反射剖面为基础,通过精细层序划分和对比技术,建立各种高级别的成因地层格架,对各种级别沉积体进行四维评价和预测,因而具有客观、动态、准确、精细等优点。
它包括以下四大基本原理: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,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。
基准面可被看成一个势能面,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。
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。
沉积物的供给速率和可容纳空间的变化相比,其变化相对较小,所以假定沉积物质供给速度不变,则可容纳空间的变化近似等于可容纳空间与沉积物供给量变化的比值。
可容纳空间随基准面的变化而不断变化,并产生沉积物保存、剥蚀、过路不留和非补偿四种地质作用。
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,伴随旋回的可容空间与沉积物供给量变化的比值变化,在地层旋回的沉积或岩石性质中表现出来,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。
陆相盆地高分辨率层序地层学概述作者简介:谭㊀平(1994-),男,山东滨州人,硕士研究生在读,从事石油地质及地层学研究㊂谭㊀平(中国地质大学(武汉)地球科学学院,湖北武汉430074)摘㊀要:从1995年高分辨率层序地层学被引入国内以来,经过理论研究与探讨后,进入应用研究为主的阶段,在实际应用中发现该理论对于陆相盆地研究具有重要意义㊂其中,识别不同级次基准面旋回为其应用关键㊂在陆相高精度地层格架的建构中,高分辨率层序地层学具有准确㊁实用的特点㊂然而此理论也有不足之处,在未来的研究中应向定量化㊁模式化发展㊂关键词:高分辨率层序地层学;陆相盆地;基准面;定量化;模式化中图分类号:P539文献标识码:A文章编号:2096-2339(2019)03-0013-02㊀㊀1987年HaqBU,HardenbolJ,VailPR发表了题为ChronologyofFluctuatingSeaLevelsSincetheTriassic的文章,标志着层序地层学正式诞生㊂随着对层序地层学的深入研究,在理论上逐步形成Vail层序地层学学派㊁Galloway成因层序地层学学派和Cross高分辨率层序地层学学派㊂其中,高分辨率层序地层学自1995年由邓宏文教授引入中国后,一直备受石油地质工作者的关注㊂1㊀对高分辨率层序地层学的认识本文所述高分辨率层序地层学源于经典层序地层学,由科罗拉多T.A.Cross教授提出㊂高分辨率层序地层学以岩芯㊁测井和高分辨率地震资料等为基础,将地层进行高精度划分对比,从而建立区域地层对比格架㊂这套理论为陆相盆地地层的划分和对比提供了更为准确㊁实用的理论依据和方法㊂经典层序地层学主要是依据海(湖)平面的升降变化来控制地层内部层序划分,将层序或体系域作为其基本单元,以三分体系域作为有利地层预测的基本单位㊂高分辨率层序地层学则是依据基准面的旋回变化来进行地层的划分和对比㊂其中,高分辨率层序地层学中所涉及的基准面,并不等同于海(湖)平面,也不是海(湖)平面向陆地方向的延伸,它是一个相对于地球表面连续的㊁波状起伏的㊁延盆地向海(湖)方向下倾的假想面㊂基准面的位置㊁升降变化受全球或区域性构造运动㊁海平面升降㊁沉积负荷及沉积通量等因素影响㊂高分辨率层序地层学基本原理包括地层基准面原理㊁体积划分原理㊁相分异原理和旋回等时对比法则㊂其理论核心为在旋回基准面变化过程中,由于沉积物可容纳空间和沉积物供给量变化,使得在相同的沉积体系域中沉积物发生体积分配作用,进而导致沉积物的相序㊁堆积样式㊁岩石类型及相组合等产生差异㊂不论是在海相地层还是在陆相地层中,沉积作用都具有旋回性,并且可以划分出不同级次的旋回,高分辨率层序地层学正是利用这一点㊂在地层记录中,不同级次的旋回反映了对应基准面的旋回,基准面的全旋回变化可以由基准面上升㊁下降这一个二分时间单元组成㊂但在实际研究中,这一变化过程可能会呈现全旋回形式,也可能只由不对称的半旋回或反映侵蚀和非沉积作用的界面构成㊂2㊀基准面旋回2.1㊀基准面旋回级次划分高分辨率层序地层学理论在陆相盆地中应用的关键就是要识别出不同级次的基准面旋回㊂在Cross提出高分辨率层序地层学时,并未对基准面旋回级次进行详细的划分,仅仅是分为长期㊁中期㊁短期三种基准面旋回类型㊂后来经过长期的研究,中国地质石油工作者依据中国陆相盆地地层发育特点提出了更为详细和实用的层序划分方案㊂郑荣才等人(2001)在详细研究辽河断陷盆地㊁川西前陆盆地㊁百色走滑盆地等地区的地层之后,应用高分辨率层序地层学方法提出6种基准面旋回划分类型,分别为基准面巨旋回㊁超长期旋回㊁长期旋回㊁中期旋回㊁短期旋回和超短期旋回㊂前三类为低频长周期旋回,后三类为高频短周期旋回㊂一般来说,低频长周期基准面旋回主要受控于全球性或区域性的构造运动及区域气候变化,主要控制因素为构造因素;高频短周期基准面旋回则主要受控于特定区域的气候变化及局部构造运动,主要控制因素为天文因素㊂这种划分方法将Cross高分辨率地层学地层层序划分提高到高时间精度,并且完善了在旋回级次上层序划分的标准㊂在实际勘探开发中,这种高频中期㊁短期㊁超短期旋回与油气田开发所涉及的砂组㊁小层砂体及单砂体具有良好的对应关系㊂2.2㊀自旋回与他旋回在高分辨率层序地层学中,基准面旋回是其理论核心,并且高分辨率层序地层主要是在三级层序内部识别出高频层序旋回㊂三级层序内识别高频基准面旋回时要注意区分自旋回和他旋回㊂31致使基准面旋回的因素有许多,包括基底沉降㊁气候变化㊁沉积物供给量变化等㊂这些因素属于外界控制因素,由外界因素控制的旋回层序为他旋回㊂当基准面处于上升的初期或下降晚期时,基准面处于低位,该段时期可容空间缩小,侵蚀范围扩大,能够沉积较大厚度的粗粒碎屑岩,当基准面上升,沉积区范围扩大,可容空间增加,到达最大洪泛面位置时,该时期应该以泥岩沉积为主㊂但在实际观测中可以发现,盆地沉积情况与理论存在差异,这是因为在高频基准面旋回中,有自旋回的存在㊂自旋回作用在事件沉积㊁基准面升降缓慢沉积㊁高频短周期旋回沉积或浅水湖盆沉积中对地层层序的影响较大㊂因此,在识别中长期旋回中的他旋回或自旋回所形成的粗碎屑岩性段时,要充分分析岩芯样品,进行沉积相恢复,利用粒度㊁物性等研究区分自旋回与他旋回㊂3㊀高分辨率层序地层学应用高分辨率层序地层学的研究为区域地层高精度划分和对比提供了方案,这一点恰恰满足油气田勘探开发过程中的应用㊂上世纪90年代,高分辨率层序地层学刚刚被引入国内时,部分学者认为该方法在陆相含油气盆地研究中具有一定适应性,但其研究方法对于钻测井资料依赖程度较高,研究范围有所局限,并且对局部出现的自旋回现象考虑不多㊂在该阶段高分辨率层序地层学主要以理论研究为主,在实际应用中并未得到充分发挥㊂但是经过引入初期的理论探索,研究者发现高分辨率层序地层学将会在我国陆相含油气盆地研究中发挥重要作用㊂该理论对指导剩余油气藏的开发,隐蔽油气藏的寻找,储层精细描述预测及储层非均质性的研究等方面都有重要意义㊂自二十一世纪初期,高分辨率层序地层学在全国各大含油气盆地进行了实际操作应用,取得了大量的研究成果㊂以松辽盆地研究为例,孙春燕㊁胡明毅等人(2017)将松辽盆地北部州311地区泉三㊁四段划分出2个长期基准面旋回㊁5个中期基准面旋回和12个短期基准面旋回,并在此基础上进行沉积相和沉积砂体的精细刻画㊂这些研究为区域乃至整个盆地地层的划分和对比提供了更加详尽的理论依据㊂4㊀问题与展望在油田开发进入中后期阶段,岩性油气藏的预测㊁储层非均质性的研究㊁储层流动单元分析等都显得尤为重要,高分辨率层序地层学在这些方面的应用上都取得了不错的效果㊂但是,在目前的发展来看,高分辨率层序地层学在其基准面旋回划分上还存在问题㊂总的来说,基准面旋回层序的识别和划分还是以定性分析为主,因此对同一剖面的划分也会因人而异㊂另外,对不同类型的盆地,其构造作用的机制㊁幅度不同从而使盆地基准面旋回的判断具有独特性,因此应该更加系统地探讨不同盆地基准面旋回的响应机制㊂在高分辨率层序地层学未来的发展中,定量分析将成为其发展趋势,已有不少学者在此方面取得了成就,苗小龙,王红亮等人(2013)曾提出A/S(可容空间增速/沉积物供给速率)量化方法,对辫状河沉积岩进行标准A/S定量研究从而划分短期基准面旋回;李晨,樊太亮等人(2016)应用小波变换结合Fischer图解方法来定量分析我国东部某油田X油层长期基准面旋回变化;杨应,杨巍等人(2018)应用总体经验模态分解(EMMD)方法及Hilbert变换方法对东营凹陷地层进行定量层序划分取得不错效果,为层序划分提供了新思路㊂另外,对不同类型陆相含油气盆地,可以建立不同盆地基准面旋回模型,从而进行更为科学系统的层序划分㊂参考文献:[1]㊀邓宏文.美国层序地层研究中的新学派 高分辨率层序地层学[J].石油与天然气地质,1995(2):89-97.[2]㊀王振奇,张昌民,张尚锋,等.油气储层的层次划分和对比技术[J].石油与天然气地质,2002(1):20-25.[3]㊀郑荣才,彭㊀军,吴朝容.陆相盆地基准面旋回的级次划分和研究意义[J].沉积学报,2001(2):249-255.[4]㊀黄彦庆,张尚锋,张昌民,等.高分辨率层序地层学中自旋回作用的探讨[J].石油天然气学报,2006(2):6-8.[5]㊀孙春燕,胡明毅,胡忠贵,等.高分辨率层序格架内储层砂体发育特征 以松辽北部州311地区泉三㊁泉四段为例[J].石油与天然气地质,2017(6):1019-1031.[6]㊀苗小龙,王红亮,于㊀波,等.高分辨层序地层学中A/S值量化方法的研究与讨论[J].沉积学报,2013(6):1088-1093.[7]㊀李㊀晨,樊太亮,谢伟伟.应用小波变换结合Fischer图解识别长期基准面旋回 以中国东部某油田X油层为例[J].地球物理学进展,2016(5):2116-2123.[8]㊀杨㊀应,杨㊀巍,朱仕军.基于EEMD的高分辨率层序地层划分方法[J].岩性油气藏,2018(5):59-67.41。
绪论层序一词(sequence),由Sloss在1949年第一次引入地质学中,认为它是“比群和超群更高一级的岩石地层学单位”,而没有现代层序地层学的概念.70年代初,北美、西欧一些国家,把地震地层学方法广泛应用于石油和天然气的勘探,取得了显著的经济效益,同时也积累了大量的地震资料和分析解释经验。
许多地质学家从中发现了许多在以往地面露头、岩芯和测井资料研究中忽视了的,或从未发现过的一些重要现象,认识到他们长期信守的某些基本地质概念需要加以修正。
美国石油地质学家协会(AAPG)于1975年以地震地层为中心召开年会,专门讨论这些问题并进行理论总结,随后,于1977年公开出版了由佩顿主编的‘地震地层学”。
层序地层学的主要奠基者P.R.Vail教授在这本书中,发表了他的两篇经典论文,对层序地层学中的众多基本概念、定义和关键性术语,首次作出了明确和系统的说明,因此,从P.R.Vail的两篇经典论文发表时期开始,意味着层序地层学的正式诞生。
80年代初期,以美国埃克森石油公司(EXXON) P.R.Vail为首的研究集体,在这一新的思想指导下进行了大量工作,发表了许多研究成果,同时利用层序地层、磁性地层、年代地层以及生物地层中所反映的海平面变化和同位素年龄等大量资料,编辑了全球中生代以来的年代地层和海平面旋回曲线图,厘定了不整合面与海平面变化的概念,并强调地震剖面、测井和地面露头的综合研究,是识别海平面变化的重要手段;1986年,第12届全球沉积学大会上正式公布的全球沉积学计划(GSGP)中指出,“长期以来,地质学家对地球历史中的韵律和特殊事件的发现和解释,具有浓厚的兴趣,近10年来,有几个方面的进展,已为从全球规模来考虑问题提供了一个新的超常的良机,其中最有希望的进展是层序地层学”;1988年9月,全球沉积地质委员会(GSGC)正式将层序地层学和全球海平面变化纳入GSGC研究计划中,层序地层学被推向“学科研究的前沿”,在1988年正式出版了由C.K.威尔格斯主编的《海平面变化综合分析》(1993年由徐怀大和魏魁生等人译为中译本,译名为“层序地层学原理”),之后在1989年又相继出版了桑格瑞和维尔等主编的《应用层序地层学》。
在这两本专著中,他们以全球性海平面变化为主导因素,系统和全面地阐明了层序地层学的基本理论、关键性术语的定义、解释程序和工作流程,以至于AAPG在1989年出版的《层序地层学应用》一书的前言中提出:“你要成为90年代的石油地质学家、地球物理学家、石油公司经理和管理人员吗?那么,务必请你读一读《层序地层学应用》这本书吧”。
当前,层序地层学已成为国际地质科学研究的热门课题,如在1989年以来的历届AAPG年会中,1992年第29届和30届国际地质学大会上,层序地层学都成为最重要的讨论内容之一,充分显示了层序地层学在理论研究和实践应用中所取得的长足进展,以及该理论对发展基础地质学科,如地层学、沉积学和构造地质学的重大贡献,及其大幅度提高矿产资源普查勘探的工作效率和经济效益。
一、层序地层学研究现状层序地层学是近几十年来地学领域所取得的一项意义重大的革命性进展,它凝聚了半个世纪的研究成果,是继“莱依尔以来在地层学和沉积学领域的最大贡献”(Brown 等)。
层序地层学使古老的地层学研究产生了新的飞跃,使得20世纪80年代以来的地学领域充满活力,形成地层学与沉积学高度综合的新概念和前缘研究热点,呈蓬勃发展之势。
在生产与科研实践中,层序地层学已作为一种非常有效的理论和技术方法被广泛应用于沉积地层分析和矿产资源勘探开发等诸多领域,由于其研究思路的先进性及其在生产实践中的有效性已被众多数地质学家接受,成为一种被公认的新理论、新技术、新方法,特别是在油气勘探开发领域已成为最重要的研究方法和技术手段之一,因此,它被认为是地层学的一场革命(Brown,L.F.Jr,1990)。
纵观目前国内外层序地层学的研究动态和主流思想,大体上可归结为海相学、陆相学和高分辨率层序地层学三个主要方面的流派,其中海相学流派以国外学者为主,陆相学流派以国内学者为主,高分辨率层序地层学派以美国科罗拉多矿业学院的T.A.Cross为主。
1.海相学派该学派特别重视海平面升降周期对地层层序形成的重要影响,通过年代地层格架的建立,可对地层分布模式作出更为合理的解释,对同时代成因地层内的沉积体系域进行划分,从而为含油气盆地的地层分析和盆地规模的储层预测提供了坚实的理论基础和油气勘探的有效手段,有力地推动了地质学,特别是石油地质学的发展。
根据其层序划分方案可将各家研究者分为三大学派:①以Exxon公司为代表的P.R.Vail学派(1987),将地表不整合面或与此不整合面可以对比的整合面作为划分层序的边界;②以Galloway为代表的学派(1989),采用最大洪泛面作为层序边界;③Johnson所强调的层序(Johnson J.G.,Klapper G & Sandberg C.A.,1985),是以地表不整合或海进冲刷不整合为边界的海进-海退旋回沉积层序。
虽然上述划分层序类型的三种方法各不相同,但均以强调海平面变化是控制层序成因和相分布的内在机制,可用于全球范围内的地层对比。
在层序控制方面将构造运动、全球海平面变化、沉积物供给、气候变化作为影响层序产生和发展演化特征的四大控制因素,但对于构造沉降作用、成岩作用的影响考虑较少,这是其局限所在。
2.陆相学派层序地层学已成功地应用于河流、湖泊、沼泽、冰川等板块内部的陆相环境中,由于陆相盆地所具有的沉积充填作用的特殊性及其与海相盆地之间所存在的沉积环境与构造背景的巨大差异性,层序地层学在陆相盆地中的应用,被R.J.Weimer(1992)称之为现代地球科学的一场革命。
我国中、新生代含油气盆地以陆相地层为主,油、气田储层绝大部分属于陆相沉积的砂岩储层,不仅在愈半个世纪的勘探开发史中积累有丰富的经验、资料和科学研究成果,而且已形成了系统和完整的“陆相生油理论”与勘探开发技术,在有关陆相盆地的油气地质研究方面位于世界前列。
然而,在陆相盆地中,由于受层序地层发育条件、控制因素和沉积作用的特殊性的影响,存在相变快、厚度变化大和层位不稳定等复杂地质因素,在油、气成藏条件和成藏规律等方面有着不同于海相盆地的特点,因此,研究陆相层序地层学特征及其层序地层格架中的生、储、盖组合规律和控制因素,已成为预测评价陆相含油、气盆地中油气聚集规律与油气藏类型的重要研究思路和技术方法之一,也是当前我国层序地层学研究的前沿课题之一。
我国地质学家们对陆相盆地层序地层学理论体系的建立和完善做出了突出贡献,主要表现在陆相层序地层学概念与理论术语体系、陆相层序地层研究技术方法、陆相层序地层学应用研究三个方面。
按层序形成时的控制因素不同,陆相层序地层研究者也可分为四个学派:(1)“类海相”学派认为湖泊和海洋类似,是陆相沉积的主导控制体,其不仅控制自身的沉积发展,也控制毗邻的的河流及风成沉积,湖平面的变化类似海平面的变化,控制整个盆地的发育,因此,P.R.Vail海相学派源自被动大陆边缘的经典层序地层学理论可同样应用于陆相地层的层序分析。
如,Shanley和McCabe(1989,1991,1993)在描述美国尤他洲南部Kaiparowits高原与海相地层可追踪对比的冲积相层序地层时,使用的是海进体系域及高水位体系域术语;Mancilla等(1988,1991)在研究阿根廷内陆盆地的冲积相时使用的是低水位体系域、海进体系域及高水位体系域术语;HavhoLm(1990,1991)在其风成沉积层序地层研究中使用的是低水位期、高水位期等术语;Scholz(1991)在其半地堑式湖盆层序地层模式中使用的是低水位体系域和高位体系域术语;Olsen(1990,1991)在其断陷湖盆层序地层模式中使用的是低水位体系域、水进体系域及高水位体系域术语;Shanley等 (1994)在描述荷兰湖泊盆地时使用的也是低水位体系域、水进体系域及高水位体系域等术语。
类似的研究成果在我国有着非常为广泛的应用和相关文献资料的发表,并在科研和生产实践中发挥了重要的作用。
但在上述众多研究成果中,大多数研究者简化了陆相沉积盆地的复杂性和淡化了陆相沉积盆地与海相沉积盆地之间的巨大差异性,在描述复杂的陆相沉积层序的特征时,在认识上往往存在较大的局限性,主要适用于大型湖泊沉积体系的层序地层分析;(2)“单一”成因学派主要针对河流相地层学进行层序地层研究(张周良,1996),提出低水位体系域主要由辫状河流的砂砾质沉积物组成,低水位体系域后期可能出现曲流河沉积,水进体系域有利于网状河流沉积,高水位体系域主要是由曲流河沉积物组成,也可能发育有网状河沉积。
这一学派更加强调了河流为主的控制因素,忽略了构造和气候因素,将沉积物供给速度与河流作用的重要性相等同,而将湖相或海相沉积归为夹层,为次要因素。
由于该学派没有考虑到在同一个地区不可能出现仅由一系列河流相沉积所组成的、包括各个沉积体系域在内的地层层序,或仅由单纯的河流相沉积所组成的完整的沉积层序,因而在使用中存在更大的局限性,主要适用于大型冲积扇和河流沉积体系的层序地层分析;(3)“构造”学派认为构造活动在陆相盆地发育及演化历史中占有最重要的支配地位(李思田,1992、解习农,1996),构造旋回就是层序的基本成因,主张层序分析是把相、沉积体系放在盆地的整体地层格架中进行研究。
由于这种地层格架主要是根据具有等时地层意义的界面来划分的,因此,层序地层分析的核心是建立全盆地等时的构造—地层格架,在此基础上将盆地充填序列解析为不同级别的建造块体。
李思田(1992)在对鄂尔多斯盆地东北部进行层序地层学研究中,提出了盆地充填序列和构造层序的概念,这一认识突破经典层序地层学的束缚,全面考虑了盆地构造发展史和沉积演化史,强调了构造作用与沉积作用的相互关系,并从不同级别的构造旋回角度对沉积层序和沉积体系域进行了划分,大大突出了陆相沉积层序的发育特征和促进了陆相层序地层学的发展。
这一研究思路在我国中、新生代断陷湖盆的层序分析中有着非常广泛的应用,虽然对不同成因类型的陆相沉积体系层序地层分析都适用,但因其仅强调了构造对较长时间尺度的层序发育和演化过程的控制作用,而缺乏考虑气候因素和沉积物供给速度与较短时间尺度的层序之间的关系,因此,主要适用于煤田和油气田勘探阶段粗框架的层序地层分析,而不能满足开发阶段的精细地质研究要求;(4)综合学派认为陆相湖盆层序的形成及特征受构造运动、气候变化、沉积物供给和湖平面变化的控制,以前两者为主导因素,后两者为影响因素(纪友亮,1996),并明确指出气候的变化只对闭流湖盆产生影响,而闭流湖盆的湖平面不受盆地基底整体构造沉降因素的影响。