高分辨率層序地層劃分在辮狀河沉積相中的應(yīng)用
——以北京延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面為例

吳　鵬，樊太亮，王紅亮

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京　100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)“海相儲層演化與油氣富集機(jī)理”教育部重點實驗室，北京　100083；3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京　100011)

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高分辨率層序地層劃分在辮狀河沉積相中的應(yīng)用
——以北京延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面為例

吳鵬1,2,3，樊太亮1,2，王紅亮1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)“海相儲層演化與油氣富集機(jī)理”教育部重點實驗室，北京100083；3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京100011)

通過對延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面的觀察實測、剖面精細(xì)解剖及沉積觀察描述，識別出了辮狀河道、決口扇、泛濫平原三種辮狀河沉積的微相類型，并分析了其沉積特征。利用高分辨率層序地層學(xué)的基準(zhǔn)面旋回變化原理，在所測剖面中劃分出了兩個完整的中期旋回和多個構(gòu)成中期旋回的短期旋回，在研究區(qū)建立了高分辨率層序地層格架。總結(jié)了辮狀河野外露頭基準(zhǔn)面旋回轉(zhuǎn)換面的兩類識別標(biāo)志：洪泛面及層序界面。洪泛面，包括河間潮濕泛濫平原泥巖發(fā)育段(需要具有一定厚度和分布范圍)，河道之間疊置的決口扇(厚度較大處)及孤立的辮狀河道層段。層序界面，包括泛濫平原泥巖段較少或不發(fā)育段，沖刷面之上具有相互疊置特征的河道沉積位置及在一定范圍內(nèi)具有可對比性且規(guī)模較大河道的位置。在低A/S比值條件下產(chǎn)生的橫向上疊加成片、縱向上相互疊置的辮狀河道砂體，其連通性相對較好，砂巖的厚度較大，泥質(zhì)含量少，均質(zhì)性較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的可對比性。而在高A/S比值條件下產(chǎn)生的較少疊置或孤立河道砂巖，厚度較薄，橫向上延伸范圍有限，泥質(zhì)含量高，可對比性較差。由此，初步形成了露頭辮狀河沉積相中高分辨率層序地層劃分的方法，為辮狀河沉積體系內(nèi)高精度等時對比格架的建立、儲層的識別與預(yù)測提供了依據(jù)。

辮狀河；露頭；高分辨率層序地層；基準(zhǔn)面旋回；沉積相；延慶

0　引　言

自20世紀(jì)80年代層序地層學(xué)理論和分析技術(shù)提出并逐漸成熟之后，層序地層學(xué)分析方法就被國外的一些學(xué)者嘗試著應(yīng)用到河流相研究中，如POSAMENTIER、VAIL、JERVER和WEIMER等[1-3]通過對近海沖積-河流環(huán)境進(jìn)行層序地層學(xué)研究，建立了沖積層序地層學(xué)模式；SAUCIER[4]對密西西比河沉積控制因素的研究；MITCHUM等[5]通過對阿根廷多個內(nèi)陸盆地三疊紀(jì)和白堊紀(jì)的沖積地層進(jìn)行層序地層學(xué)研究，識別出低水位、海侵和高水位體系域；在POSAMENTIER和VAIL等研究的基礎(chǔ)上，WRIGHT等[6]提出了一個河流相層序地層模式，該模式與海平面變化、可容納空間、沖積建造和古土壤發(fā)育相關(guān)，強(qiáng)調(diào)了沖積體系成因的復(fù)雜性。

國內(nèi)陸相含油盆地中沖積-河流相層序地層學(xué)的研究越來越受到關(guān)注。張周良、羅立民、方石等[7-10]利用經(jīng)典層序地層學(xué)原理，通過對河流相層序地層的相關(guān)概念以及河流類型的變化規(guī)律進(jìn)行分析，總結(jié)出了與河流相地層相關(guān)的層序地層模式，并對不同層序演化時期、不同沉積體系域內(nèi)河型的變化特點及其演化規(guī)律進(jìn)行了相關(guān)探討。陳代釗、羅立民等[11-12]對河流相地層的高頻層序地層研究和應(yīng)用開展了進(jìn)一步的分析研究。鄧宏文等[13-18]則通過對高分辨率層序地層學(xué)理論方法的運(yùn)用，對沖積-河流相層序地層的構(gòu)成樣式和相關(guān)變化規(guī)律進(jìn)行了探討，并對河流相地層建立了高分辨率層序地層模式，進(jìn)而對河流相儲集砂體的發(fā)育和分布規(guī)律進(jìn)行研究，并將相關(guān)研究應(yīng)用于油氣儲層勘探與開發(fā)實踐中，取得了顯著成效并得到學(xué)界的一致認(rèn)同。

目前國內(nèi)外河流相層序地層分析研究思路和方法不一，層序地層界面的識別、級次劃分各有所長，河流相層序地層構(gòu)成與層序地層模式差異也不盡相同。尤其是針對不同成因類型河流沉積體系的層序?qū)Ρ扰c劃分方法及技術(shù)還處在探索階段。本文通過對北京延慶硅化木國家地質(zhì)公園內(nèi)發(fā)育的侏羅系辮狀河沉積野外露頭剖面進(jìn)行觀察實測研究，以基準(zhǔn)面旋回作為參照面，通過對高分辨率層序地層學(xué)分析方法的運(yùn)用，對小型斷陷湖盆內(nèi)辮狀河沉積體系中高分辨率層序地層的劃分依據(jù)及沉積特征和演化模式進(jìn)行了初步探索，總結(jié)出了小型斷陷湖盆內(nèi)辮狀河沉積體系層序地層界面識別標(biāo)志和對比原則，為辮狀河沉積體系內(nèi)高精度等時對比格架的建立、儲層的識別與預(yù)測提供了依據(jù)。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于北京市延慶區(qū)千家店鎮(zhèn)辛柵子村北坡的硅化木國家地質(zhì)公園中心區(qū)及其附近，隸屬于千家店盆地。千家店盆地位于赤城—古北口斷裂南部，燕山褶皺帶花盆—四海凹褶的東側(cè)，沿白河兩岸，盆地東西長26 km，南北寬6～8 km，總面積約226 km2，大致為北北東—南南西向的不規(guī)則四邊形。出露地層主要為中元古代薊縣系霧迷山組和中生代侏羅系后城組。本次研究的延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面處在延慶硅化木公園內(nèi)，主要出露地層為第二成盆期的中侏羅系的后城組(圖1)[19]。

圖1　延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面位置圖(據(jù)北京市區(qū)域地質(zhì)志修改，1991年)Fig.1　Location map of the Yanqing Silicified Wood National Geopark section (Modified from Regional Geology Record of Beijing, 1991)

2　微相類型

本次對延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面研究以野外露頭觀察與實測為主，選取了3個出露好的地點進(jìn)行了剖面精細(xì)解剖及沉積觀察描述，并繪制了3條巖心柱子。通過對露頭的巖性特征、構(gòu)造特征、沉積特征和疊加樣式的觀察，共識別出辮狀河道、決口扇、泛濫平原3種沉積微相。具體特征詳述如下。

2.1辮狀河道

辮狀河道為本次的主要觀測研究對象，野外工作中，對河道的巖性、粒度、厚度、延伸寬度、節(jié)理發(fā)育情況、沉積構(gòu)造等方面進(jìn)行了詳細(xì)的觀察描述。筆者認(rèn)為，該剖面中河道沉積及心灘沉積是伴生發(fā)育的，所以可以統(tǒng)稱為辮狀河道。研究區(qū)辮狀河道沉積物整體粒度較粗、分選較差；底部多為砂礫巖，河道沖刷現(xiàn)象明顯，向上逐漸變?yōu)楹[粗砂巖、粗砂巖、中砂巖(較少見)；河道厚度從幾十厘米到幾米變化不等，河道相互切割疊置現(xiàn)象明顯，側(cè)向延伸較遠(yuǎn)；有節(jié)理發(fā)育；河道中發(fā)育大量大型槽狀交錯層理、小型槽狀交錯層理，常見板狀交錯層理及平行層理，筆者認(rèn)為交錯層理的如此發(fā)育可以作為區(qū)別沖積扇的主要標(biāo)志之一(圖2)。

圖2　辮狀河道沉積現(xiàn)象Fig.2　Deposition phenomenon of braided rivera.辮狀河道多期疊加；b.平行層理；c.板狀交錯層理；d槽狀交錯層理

圖3　沖積扇及泛濫平原沉積現(xiàn)象Fig.3　Deposition phenomenon of splay and floodplaina.大型決口扇；b.決口扇中的水平層理；c.泛濫平原；d.泛濫平原中的水平層理

2.2決口扇

在剖面靠下位置發(fā)育了大型的決口扇沉積，研究區(qū)決口扇沉積物總體表現(xiàn)粒度較細(xì)，呈向上變粗的反粒序，巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖和中砂巖為主，偶爾可見一些礫石滯留沉積，但礫石的直徑明顯比辮狀河道底礫沉積物要小，可見小型的槽狀交錯層理以及平行層理，筆者認(rèn)為決口扇的發(fā)育可以作為區(qū)別沖積扇的標(biāo)志之一(圖3)。

需要特殊強(qiáng)調(diào)的一點是，國內(nèi)很多學(xué)者認(rèn)為辮狀河沉積中不會發(fā)育決口扇，但是本次野外工作發(fā)現(xiàn)了辮狀河沉積中有決口扇沉積，而且規(guī)模較大，類似情況在CROSS及MAILL等[20-21]的研究中也有出現(xiàn)。筆者認(rèn)為由于辮狀河與曲流河的在空間上的沉積演化是沒有嚴(yán)格界限的，它們會同時存在于一個地質(zhì)時期內(nèi)，條件允許的情況下在地質(zhì)歷史的發(fā)展中二者是可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的；在可容納空間相對較高且距離物源較近的位置，在二者的轉(zhuǎn)化過程中，辮狀河沉積中出現(xiàn)決口扇沉積是一種正常現(xiàn)象。

2.3泛濫平原

研究區(qū)泛濫平原整體為一套暗色的細(xì)粒沉積，但是不同地方顏色深淺不一，主要為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，多呈現(xiàn)黑色、灰黑色、灰綠色、灰白色和土黃色等，厚度從幾十厘米到幾米厚度不等，其間水平層理較發(fā)育(圖3)。泛濫平原沉積物在所測剖面中普遍存在，與辮狀河道相伴而生，厚度不等，其發(fā)育程度和展布范圍由河道間的可容納空間決定，高可容納空間時，泛濫平原發(fā)育程度和范圍較大，反之，厚度和展布范圍較小。

3　基準(zhǔn)面旋回的劃分

3.1轉(zhuǎn)換面的識別

3.1.1基準(zhǔn)面上升到下降轉(zhuǎn)換面的識別

通過野外觀察實測、剖面精細(xì)解剖及沉積觀察描述，總結(jié)出在辮狀河沉積露頭中識別基準(zhǔn)面上升到下降的轉(zhuǎn)換面(即最大可容納空間位置)的標(biāo)志如下。

(1)具有一定厚度且連續(xù)穩(wěn)定分布的河間潮濕泛濫平原的泥巖發(fā)育段。在辮狀河沉積剖面中，河間潮濕沖積平原泥巖段的發(fā)育常與基準(zhǔn)面上升、可容納空間的增大有關(guān)，而厚度足夠大且分布范圍穩(wěn)定，說明基準(zhǔn)面上升到一定高度，可容納空間增加速率與沉積物供給速率(A/S值)趨于最大，形成最大洪(湖)泛面，因此該位置可以作為基準(zhǔn)面上升與下降轉(zhuǎn)換面的地層響應(yīng)(圖4和圖5)。

圖4　A/S值控制下的地層疊加樣式圖(據(jù)Audun，2008，修改)Fig.4　Stratigraphic superposition styles under the control of A/S ratio(Modified from Audun，2008)

(2)河道之間疊置的決口扇厚度較大的位置。決口扇的形成往往是因為基準(zhǔn)面的上升引起的水量增大而形成的。高A/S比值(可容納空間較高)時，形成的決口扇厚度相對較大，且鄰近河道分布；低A/S比值(可容納空間較低)時，形成的決口扇厚度較薄、坡度相對平坦。區(qū)域厚層決口扇發(fā)育是因持續(xù)基準(zhǔn)面的上升造成的，故可以看作是最大基準(zhǔn)面的發(fā)育位置，即基準(zhǔn)面上升與下降的轉(zhuǎn)換作用面[6](圖4和圖5)。

(3)孤立的辮狀河道層段。由于辮狀河道常發(fā)育于基準(zhǔn)面較低、A/S值較低的位置，且相互切割疊置、厚度大、連片分布，因此如果河道較少疊置或孤立存在且厚度較薄，那此時基準(zhǔn)面位置應(yīng)該相對較高，可容納空間相對較大，因此可以作為基準(zhǔn)面上升與下降的轉(zhuǎn)換作用面(圖4和圖5)。

3.1.2基準(zhǔn)面下降到上升轉(zhuǎn)換面的識別

通過野外觀察和實測，總結(jié)出在辮狀河沉積露頭中識別基準(zhǔn)面下降到上升的轉(zhuǎn)換面(即旋回界面)的標(biāo)志如下。

(1)對地層疊加樣式具有控制作用、且具有地層意義的河道底部沖刷面。大型相互疊置、彼此切割的河道砂巖的發(fā)育是新的一期基準(zhǔn)面上升的結(jié)果，這期河道往往在基準(zhǔn)面下降到最低之后發(fā)育，從而對下部地層產(chǎn)生明顯的侵蝕與沖刷，而這種明顯的底部沖刷面正是層序界面的響應(yīng)，即基準(zhǔn)面下降到上升的轉(zhuǎn)換面，筆者認(rèn)為此類界面完全可以作為中期旋回的層序界面(圖4和圖5)。

(2)沖刷面之上具有相互疊置特征的河道沉積位置。基準(zhǔn)面下降到上升的轉(zhuǎn)換是一個時間過程段。在基準(zhǔn)面下降過程中，A/S比值逐漸趨于最小。在辮狀河沉積體系中，一定范圍內(nèi)明顯的河道化作用和辮狀河道的遷移可以看作是基準(zhǔn)面下降的結(jié)果?；诖耍练e剖面中出現(xiàn)多期辮狀河道相互切割時，認(rèn)為是辮狀河道遷移作用的結(jié)果，是層序界面的一種響應(yīng)，可以作為基準(zhǔn)面下降到上升的轉(zhuǎn)換面。筆者認(rèn)為這種界面可以作為短期旋回甚至中期旋回的層序界面(圖4和圖5)。

圖5　辮狀河剖面高分辨率層序地層格架Fig.5　High-resolution sequence stratigraphic framework of braided river section

圖6　延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面層序地層對比圖Fig.6　Sequence stratigraphic correlation of Yanqing Silicified Wood National Geopark

(3)在一定范圍內(nèi)具有可對比性且規(guī)模較大河道的位置。在低A/S比值條件下通常產(chǎn)生的辮狀河道砂體具有橫向上疊加成片、縱向上相互疊置的特點。當(dāng)侵蝕程度不斷增加時，沉積物保留能力相對降低，河道砂體的疊置程度增加、連通性較好，砂巖厚度較大，泥質(zhì)含量較少，均質(zhì)性較強(qiáng)，沉積相的類型也減少，其一般形成于基準(zhǔn)面處于較低位置，可以作為基準(zhǔn)面下降到上升的轉(zhuǎn)換面(圖4和圖5)。

3.2基準(zhǔn)面旋回的識別

劃分地層剖面多級次基準(zhǔn)面旋回時，首先要從短期基準(zhǔn)面開始，即要先識別構(gòu)成地層旋回的最基本的成因地層單元，然后對連續(xù)的成因地層單元縱向上的疊加樣式進(jìn)行分析，之后將短期旋回合并成為中期旋回。換言之，在更長期基準(zhǔn)面旋回中，可以通過短期旋回的疊加樣式、旋回對稱程度的變化、加厚或者減薄的變化趨勢、地層不連續(xù)界面的性質(zhì)和界面出現(xiàn)的頻率、巖石與界面出現(xiàn)的位置和比例來反映A/S比值的變化趨勢。

由于研究區(qū)為辮狀河道沉積，自旋回作用[9]明顯，而異旋回作用則控制著疊加樣式的變化，從而形成具有時間地層對比意義的成因地層單元，即基準(zhǔn)面變化旋回。因此，在建立辮狀河相層序地層格架時，識別與基準(zhǔn)面相關(guān)的異旋回[8]是關(guān)鍵，而識別自旋回是基礎(chǔ)。

根據(jù)高分辨率層序地層學(xué)觀點，通過對3條露頭剖面的觀察識別，可將該辮狀河沉積地層劃分為2個完整的中期旋回及多個組成中期旋回的短期旋回，并建立起了剖面的層序地層格架(詳見圖5)。

4　高分辨率層序地層對比

根據(jù)高分辨率地層對比原則與方法[7-8]，每一個中期基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換的位置均記錄了基準(zhǔn)面旋回變化中可容納空間增加到最大值或減小到最小值單向變化的極限位置，即基準(zhǔn)面旋回二分時間單元界線。因此，可以將基準(zhǔn)面旋回上升到下降或下降到上升的轉(zhuǎn)換點作為地層對比的優(yōu)選位置，從而將識別出的2個中期旋回劃分為4個在露頭剖面上可追蹤的時間地層單元，其中下部中期旋回由2個對稱的短期旋回組成，上部中期旋回由1個對稱旋回和5個上升半旋回組成(圖6)。

露頭觀測顯示，下部中期旋回的河道砂體可對比性相對較差，該時期的辮狀河道形成于可容納空間較高的時期，其河道沉積薄，側(cè)向連續(xù)性較差，而泛濫平原較發(fā)育，泥質(zhì)含量較高；上部中期旋回的河道砂體可對比性較好，其中下降半旋回是貫穿3個露頭剖面的、受火山影響的變質(zhì)砂巖，而上升半旋回是相互疊加的、多期辮狀河道沉積，厚度大且側(cè)向連續(xù)性好。

通過剖面對比可以得出：在低A/S比值條件下產(chǎn)生的橫向上疊加成片、縱向上相互疊置的辮狀河道砂體，其連通性相對較好，砂巖本身的厚度較大，泥質(zhì)含量較少，均質(zhì)性較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的可對比性；而在高A/S比值條件下產(chǎn)生的較少疊置或孤立河道砂巖，厚度較薄，橫向上延伸范圍有限，泥質(zhì)含量高，對比性較差。

5　結(jié)　論

本文通過對北京延慶硅化木國家地質(zhì)公園剖面辮狀河沉積露頭的觀察實測、剖面精細(xì)解剖及沉積觀察描述，得出以下幾點結(jié)論。

(1)研究區(qū)識別出了辮狀河道、決口扇、泛濫平原3種辮狀河沉積的微相類型。其中，辮狀河道整體粒度較粗，底部沖刷現(xiàn)象明顯，多期河道相互切割疊置，發(fā)育槽狀和板狀交錯層理以及平行層理；決口扇的粒度整體比較細(xì)，呈現(xiàn)出反粒序的特點，發(fā)育了小型槽狀交錯層理和平行層理；泛濫平原整體粒度較細(xì)，是一套暗色沉積，水平層理發(fā)育。

(2)辮狀河沉積體系內(nèi)基準(zhǔn)面上升到下降的轉(zhuǎn)換面的識別標(biāo)志：河間潮濕泛濫平原泥巖發(fā)育段(需要具有一定厚度和分布范圍)，河道之間疊置的決口扇(厚度較大處)及孤立的辮狀河道層段。辮狀河野外露頭基準(zhǔn)面下降到上升的轉(zhuǎn)換面的識別標(biāo)志：對地層疊加樣式具有控制作用、且具有地層意義的河道底部沖刷面；沖刷面之上具有相互疊置特征的河道沉積位置；在一定范圍內(nèi)具有可對比性且規(guī)模較大的河道的位置。

(3)利用高分辨率層序地層學(xué)的基準(zhǔn)面旋回變化原理，在所測剖面中劃分出了兩個完整的中期旋回和構(gòu)成中期旋回的多個短期旋回。在低A/S比值條件下產(chǎn)生的橫向上疊加成片、縱向上相互疊置的辮狀河道砂體，其連通性相對較好，砂巖的厚度較大，泥質(zhì)含量少，均質(zhì)性較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的可對比性；而在高A/S比值條件下產(chǎn)生的較少疊置或孤立河道砂巖，厚度較薄，橫向上延伸范圍有限，泥質(zhì)含量高，對比性較差。

通過以上研究結(jié)論初步形成了與露頭辮狀河沉積相有關(guān)的高分辨率層序地層劃分方法，為辮狀河沉積體系內(nèi)高精度等時對比格架的建立，儲層的識別與預(yù)測提供了依據(jù)。

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Application of High-resolution Sequence Stratigraphy to Braided River Facies：Taking the Yanqing Silicified Wood National Geopark Section in Beijing as An Example

WU Peng1,2,3, FAN Tailiang1,2, WANG Hongliang1

(1.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.KeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAccumulationMechanism,MinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 3.ChinaUnitedCoalbedMethaneCorporation,Ltd.，Beijing100011,China)

Through the observation and measurement on three braided river sedimentary outcrops of Yanqing Silicified Wood National Geopark Section in Beijing, three braided river microfacies of braided channel, floodplain and splay are been identified, and their sedimentary characteristics are analyzed. Two full medium-term cycles and some short cycles that constitute the medium-cycles are divided using the base-level cycles change principle of high-resolution sequence stratigraphy, and the stratigraphic framework is established. The cycle conversion surface identification of the braided river outcrop is summed up as the flooding surface and the sequence boundaries. Flooding surfaces include the wet floodplain shale development segments with a certain thickness and distribution, the splay stacked locations with a larger thickness and the isolated channel layers. Sequence boundaries include the locations with little or no development of flood plain mudstone, the locations of stacked river channel on the erosion surface and the positions of the river channel that can be correlated and has a big scale in a certain range. The braided channel sand bodies produced in low A/S ratio, are superimposed into a film horizontally and overlaid each other vertically, with good connectivity, big thickness, little mud, good heterogeneity and strong contractility. While the braided channel sand bodies that are produced in high A/S ratio, are isolated and less overlaid, with small thickness, limited range in horizon, high clay contain and poor connectivity. As a result, the high-resolution sequence stratigraphy of braided river facies is initially formed, which can provide the basis for the establishment of high accuracy correlation framework and the recognition and prediction of reservoir in outcrop braided river depositional system.

braided river; outcrop; high-resolution sequence stratigraphy; base-level cycle; facies; Yanqing

2015-10-15；改回日期：2016-01-15；責(zé)任編輯：孫義梅。

國家科技重大專項“復(fù)雜油氣田地質(zhì)與提高采收率技術(shù)”子課題“河流相層序地層技術(shù)規(guī)范及應(yīng)用”(2009ZX05009-002)。

吳鵬，男，博士研究生，1988年出生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事沉積學(xué)、層序地層學(xué)等方面的研究工作。Email：wupengcugb@163.com。

TE121.3；P618.130

A

1000-8527(2016)03-0635-08