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1、西南石油学院资源与环境学院,彭 军,二零零二年十二月,层序地层学,绪论 第章 层序地层学理论框架 第节 理论基础和概念体系 第二节 全球海平面变化周期 第二章 层序地层学研究方法 第一节 层序地层学研究基础 第二节 层序地层学研究方法 第三章 海相层序地层学 第节 碎屑岩层序地层样式 第二节 碳酸盐岩层序地层样式 第四章 陆相层序地层学 第一节 陆相湖盆地质特征 第二节 陆相湖盆层序地层学 第五章 高分辨率层序地层学 第一节 理论基础和研究方法 第二节 在油气勘探和开发中的应用 结论,讲 课 提 纲,第一节 层序地层学研 究基础 一、层序地层学研究内容和 程序 1层序地层学研究内容 2层序地层
2、学研究程序 二、海平面升降变化分析 1估算全球海平面变迁幅度的方法 2利用海岸沉积物上超确定海平面 的相对变化 三、沉积速率、古气候和构造 沉降分析 1，沉积速率分析 2古气候分析 3构造沉降分析,第二节 层序地层学研 究方法 一、层序地层学解释方法 1露头资料的层序地层学分析 2钻测井资料的层序地层学分析 3地震资料的层序地层学分析 二、层序边界识别与层序年代 标定方法 1层序边界的识别标志 2层序年代标定方法 三、可容空间分析方法 1可容空间 2可容空间与沉积物堆积速率之间 的关系,第二章 层序地层学研究方法,层序地层学研究基础,一、层序地层学研究内容和程序 1层序地层学研究内容 从资料来
3、源角度认为，层序地层学的研究内容包括露头资料的层序分析、钻测井资料的层序分析、地震资料的层序分析以及层序地层学研究结果在油气勘探开发中的应用 从层序地层学的基本理论出发，考虑实际资料来源情况，认为层序地层学的主要研究内容应该包括不同资料的层序划分与对比、建立年代地层格架、分析控制层序构型的主控因素、研究各层序不同体系域的沉积体系特征、预测不同层序或不同体系域有利的生储盖层分布和有利的成藏组合,2层序地层学研究程序 在实际工作中，应针对研究对象的具体地质特征和实际资料情况确定层序地层学研究流程。层序地层学工作流程的制定应遵循这样的原则，即既能反映层序地层 理论的先进性和综合性，又能反映工作流程的
4、实用性。,二、海平面升降变化分析 1估算全球海平面变迁幅度的方法 全球海平面升降变化是在全球规模上，海平面相对一个固定基准面如地表的高程变化。但是，全球表面永恒的运动使人们不可能确定固定基准面地心相对于古老沉积物的位置。因此，人们只能确定全球海平面的相对变化。由于全球海平面的升降幅度不能直接测定，所以，众多地质学家提出了许多估算全球海平面相对变化的方法 。 然而，迄今为止，尚无一种方法能准确确定海平面变化的规模以及构造运动幅度和沉降速率的变化,第一节 层序地层学研 究基础 一、层序地层学研究内容和 程序 1层序地层学研究内容 2层序地层学研究程序 二、海平面升降变化分析 1估算全球海平面变迁幅
5、度的方法 2利用海岸沉积物上超确定海平面 的相对变化 三、沉积速率、古气候和构造 沉降分析 1，沉积速率分析 2古气候分析 3构造沉降分析,2利用海岸沉积物上超确定海平面的相对变化 1)海平面相对变化的标志 连续地震反射近似相当于地层年代界面，上超地震反射的位置受控于标志着平均高水位的沉积界面，因此，可将大陆边缘海岸上超作为海平面变化的可靠标志。海平面相对上升的可靠标志是海岸上超向陆迁移，海平面相对静止的可靠标志是海岸沉积物的顶超现象，海平面下降的标志是海岸上超向盆地中央方向的迁移。显然，盆地边缘的高分辨率地震剖面是确定海岸上超迁移规律和海岸顶超位置的最好资料,海平面相对上升的可靠标志是海岸上
6、超向陆迁移,海平面相对静止的可靠标志是海岸沉积物的顶超现象,海平面下降的标志是海岸上超向盆地中央方向的迁移,海平面的相对上升与海进、海退之间没有必然的联系。当海平面相对上升，由于沉积物供给速率的差异，可以发生海进、海退以及海岸线的停滞不动,一个海岸线的海进以一定地层单元中滨海相向陆地方向迁移为标志，而海退以滨海向海方向迁移为标志,2)区域海平面相对变化曲线的编制 区域性海平面相对变化曲线的编制是在掌握区域地质背景的基础上进行的，具体步骤如下： (1)选择那些穿过不同构造单元和不同盆地地形带的高分辨率地震测线构成区域地震测网。地震剖面应具有清楚的海岸上超记录、较为简单的构造变形和较充足的控制井
7、（2)根据不整合的地震反射终止关系、结合钻测井资料划分沉积层序，并追踪反映海岸沉积的海岸上超点和顶超点的靠近物源方向的沉积边界。利用同位素测年、古生物组合和合成地震记录对沉积层序进行尽可能详细的年代标定 （3)编制层序年代地层对比图，将地震剖面上解释的层序地层剖面转换成纵坐标为地质年代、横坐标为距离的剖面图上，以反映各个层序的地质时代范围、各层序相对接触关系及其空间展布,(4)确定海平面相对升降周期，确定海岸上超的垂向分量即海岸加积量及其与地质年代的对应关系，进而确定同一层序内各个海岸上超点处的海岸加积量以及它们的累计量，即这个层序的海平面相对上升幅度。测定该层序的最远上超点与上覆另一个层序的
8、最低海岸上超点之间的海岸加积量，并以此作为海平面下降的幅度，然后重复上述步骤，便可得出各层序的海平面相对变化曲线,第一节 层序地层学研 究基础 一、层序地层学研究内容和 程序 1层序地层学研究内容 2层序地层学研究程序 二、海平面升降变化分析 1估算全球海平面变迁幅度的方法 2利用海岸沉积物上超确定海平面 的相对变化 三、沉积速率、古气候和构造 沉降分析 1，沉积速率分析 2古气候分析 3构造沉降分析,三、沉积速率、古气候和构造沉降分析 1，沉积速率分析 沉积速率研究可以分析盆地沉积物的充填历史，为层序地层学的地层叠置样式研究、可容空间分析提供资料。沉积速率系指单位时间沉积的沉积物厚度。对于层
9、序地层学研究来说，应该求取不同地质历史时期沉积的原始地层厚度，这就要求做盆地埋藏史分析。目前，用于盆地埋藏史分析的方法有沉积速率法，回剥法和岩石骨架纵坐标法，其中回剥法是最常见的方法。所谓回剥法就是忽略地层横向拉伸等问题，认为单位地层在埋藏过程中其骨架厚度不发生变化，然后从地层分层出发，依据孔隙度与深度关系，自新到老逐层进行压实校正，恢复各层在不同地质历史时期的地层厚度，进而确定各地质时期的沉积速率,2古气候分析 沉积盆地的古气候直接影响盆地内外的多种地质作用，影响海(湖)平面的变化、沉积物的类型直至可容空间的变化，古气候是控制地层构型的主控因素之一。常用的有利用 特殊岩石类型、岩石的颜色、特
10、定自生矿物组合、古生物特征、有孔虫的氧同位素比值来分析古气候,3构造沉降分析 构造沉降是指由于地壳岩石圈的弹性变化和地应力方式的变化而产生的地壳下沉，而不是指由于上覆沉积物的负载作用而产生的盆地下沉。是控制地层构型的主要因素，它与全球海平面变化、气候和沉积速率等因素一道影响可容空间的变化。构造沉降往往是长期的，并具有旋回性。较大规模的构造沉降往往与全球地质历史中的重大事件密切相关，在某些类型的盆地中，构造沉降往往是控制层序地层构型的主要因素,第二节 层序地层学研 究方法 一、层序地层学解释方法 1露头资料的层序地层学分析 2钻测井资料的层序地层学分析 3地震资料的层序地层学分析 二、层序边界识
11、别与层序年代 标定方法 1层序边界的识别标志 2层序年代标定方法 三、可容空间分析方法 1可容空间 2可容空间与沉积物堆积速率之间 的关系,一、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，具有钻测井和地震资料所不具备的高分辨率的特点。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砌样式突然变化等,(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
12、拟合 (3)以岩性、岩相以及地层堆砌样式来确定各地层层序的凝缩层、体系域和准层序组特征，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、准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建立于钻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,2钻测井资料的层序地层学分析 钻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、VSP等 。具体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
13、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素测年等方法，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。,(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)测井资料处理与解释，以确定准层序组的叠置样式、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、沉积相图。确定有利的烃源岩、储集层和盖层分布区
14、(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著特征。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，这为建立盆地范围内的年代地层框架提供了良好的基础。主要包括以下研究内容和方法 ： (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、VSP、古生物和同位素测年资料对地震层序进行年代地层标定，并建立露头
15、和钻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，区分低位、海侵和高位体系域，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环境解释。 (6)依据地震反射上超点的的迁移特征，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
16、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,第二节 层序地层学研 究方法 一、层序地层学解释方法 1露头资料的层序地层学分析 2钻测井三、可容空间分析方法 1可容空间 资料的层序地层学分析 3地震资料的层序地层学分析 二、层序边界识别与层序年代 标定方法 1层序边界的识别标志 2层序年代标定方法 三、可容空间分析方法 1可容空间 2可容空间与沉积物堆积速率之间 的关系,二、层序边界识别与层序年代标定方法 1层序边界的识别标志 层序边界在露头、钻测井和地震资料上均有不
17、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。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、铝上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。,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。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
18、、铝上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。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，相序错位多出现在高位体系域的前积层处和顶积层向盆地一侧 。,(3)层序界面处的古生物化石断带或绝灭 (4)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,(5)层序界面上、下体系域类型或准层序类型的突变，比如层序界面之下为高位体系域沉积，层序界面之上为海侵体系域沉积，其间缺少低位体系域。这种体系域的垂向突变在测井曲线
19、上也有良好的响应。 (6)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，另外还可见明显的削蚀反射结构。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。 （7）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,(8)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 。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
20、，长达几十千米，深达数十米。下切谷分为形成和充填两个阶段。 形成阶段：对应于海平面的相对下降时期，发生侵蚀作用、沉积物过路。 充填阶段：对应于海平面的相对上升时期，即是在低水位晚期或海侵体系域发育时期，谷内发生沉积作用。在上游区域，常见辩状河砂岩、河流砂岩以及或滨岸平原砂岩、泥岩或煤充填。在下游区域，见低水位三角洲及潮坪砂岩和泥岩、滨岸及河口湾砂岩。,三种类型层序边界的特征,除上述列出的各种鉴别特征之外，还可用各种滞留沉积来指示I类层序边界。这些滞流沉积包括： 沉积在海泛面之上的钙质结核海进滞留沉积与层序边界重合或在深切谷内部覆于边界之上。钙质结核是层序边界暴露地表时被临滨侵蚀作用从土壤中剥蚀
21、出来的。 沉积在海泛面之上的生物或非生物碳酸盐与层序边界一致。 沉积在深切谷内部层序边界之上的底部河道滞留沉积。,2）II类层序的识别 II类层序边界的识别标志为： （1）上覆地层的上超； （2）没有显著的侵蚀削截和下切谷； （3）层序上倾方向及滨岸平原部分内沉积岸线坡折向陆迁移； （4）滨岸上超向下迁移； （5）微弱的加积或进积准层序。 II类层序边界的识别难度转大，并且在硅质碎屑岩盆地中II类层序并不多见。,2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：可以通过比较
22、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 ：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 ：野外或岩心样品进行古地磁极性分析，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 ：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 ：采用合成地震记录和VSP等方法对已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,第二节 层序地层学研 究方法 一、层序地层学解释方法 1
23、露头资料的层序地层学分析 2钻测井三、可容空间分析方法 1可容空间 资料的层序地层学分析 3地震资料的层序地层学分析 二、层序边界识别与层序年代 标定方法 1层序边界的识别标志 2层序年代标定方法 三、可容空间分析方法 1可容空间 2可容空间与沉积物堆积速率之间 的关系,三、可容空间分析方法 1可容空间 形成储集层的沉积物要堆积下来，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。 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部位，最大可容空间位于最高海平面处。在中等构造沉降的部位，最大可容空间出现
24、的时间滞后于最大海平面出现的时间。在快速构造沉降的部位，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,在同一个盆地，全球海平面变化是一致的或近似一致，因此构造沉降速率越大可容纳空间增长的可能性越大。,构造沉降与可容纳空间的关系,海平面最高点附近的可容纳空间最大，当海平面下落到起始位置，可容纳空间仅仅表现为构造沉降的幅度。,其中构造沉降用直 线表示，直线的斜率等于构造沉降的速率,随着构造沉降速率的增加，最大可容纳空间出现的时间渐次滞后。,在盆地构造沉降速率高的部位，即使海平面还在下降，可容纳空间也不会降低。,2可容空间与沉积物堆积速率 之间的关系 盆
25、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,在低沉积物注入速率的条件下，可容纳空间总是超过沉积物的堆积，岸线向陆迁移并随之发生海侵，水体深度明显增加。在距海岸线有一定距离、基准面之下沉积了偏泥的海相地层，其堆积速度受控于供应速率，它不会对可容纳空间发育速率有影响。在这种状况下，可容纳空间的增减取决于构造沉降和海平面变化速率。,在中等沉积物注入速率的背景下，沉积物可以由海底加积到海平面。在起始点上，可容纳空间的增长速率超过了沉积速率，随之发生海侵和水体的加深，并在陆架
26、上沉积了海相泥页岩。当海平面上升速率降低，可容纳空间增长速率随之减小，发生滨线的海退，形成偏泥的前三角洲沉积。随后出现快速沉积、发生持续海退，沉积物供给超过了可容纳空间，形成砂质滨岸或三角洲平原沉积，过剩沉积物过路（bypass）冲到深水盆地中。当可容纳空间增长速率趋近于零并出现负值时，出现侵蚀作用，形成沉积层序的边界。,在快速沉积物注入的部位，沉积物供给量总是超过了可容纳空间。在可容纳空间增长期，偏砂的滨岸平原相或三角洲平原相形成于海平面或近海平面位置，。在这种情况下，堆积作用速率是可容纳空间的函数。在可容纳空间减少期，发育先前滨岸沉积物的侵蚀作用及陆上侵蚀面。在整个海平面变化旋回中持续发育了岸线的海退 以上论证也说明，沉积层序边界形成于可容纳空间减少期或负向增长期，密集段形成于可容纳空间快速增长期,第二章结束,