陸相盆地高分辨率層序地層學概述

譚 平

(中國地質大學(武漢) 地球科學學院，湖北 武漢 430074)

1987年Haq B U，Hardenbol J，Vail P R 發(fā)表了題為Chronology of Fluctuating Sea Levels Since the Triassic的文章，標志著層序地層學正式誕生。隨著對層序地層學的深入研究，在理論上逐步形成Vail層序地層學學派、Galloway成因層序地層學學派和Cross高分辨率層序地層學學派。其中，高分辨率層序地層學自1995年由鄧宏文教授引入中國后，一直備受石油地質工作者的關注。

1 對高分辨率層序地層學的認識

本文所述高分辨率層序地層學源于經典層序地層學，由科羅拉多T. A. Cross教授提出。高分辨率層序地層學以巖芯、測井和高分辨率地震資料等為基礎，將地層進行高精度劃分對比，從而建立區(qū)域地層對比格架。這套理論為陸相盆地地層的劃分和對比提供了更為準確、實用的理論依據和方法。經典層序地層學主要是依據海(湖)平面的升降變化來控制地層內部層序劃分，將層序或體系域作為其基本單元，以三分體系域作為有利地層預測的基本單位。高分辨率層序地層學則是依據基準面的旋回變化來進行地層的劃分和對比。其中，高分辨率層序地層學中所涉及的基準面，并不等同于海(湖)平面，也不是海(湖)平面向陸地方向的延伸，它是一個相對于地球表面連續(xù)的、波狀起伏的、延盆地向海(湖)方向下傾的假想面。基準面的位置、升降變化受全球或區(qū)域性構造運動、海平面升降、沉積負荷及沉積通量等因素影響。

高分辨率層序地層學基本原理包括地層基準面原理、體積劃分原理、相分異原理和旋回等時對比法則。其理論核心為在旋回基準面變化過程中，由于沉積物可容納空間和沉積物供給量變化，使得在相同的沉積體系域中沉積物發(fā)生體積分配作用，進而導致沉積物的相序、堆積樣式、巖石類型及相組合等產生差異。不論是在海相地層還是在陸相地層中，沉積作用都具有旋回性，并且可以劃分出不同級次的旋回，高分辨率層序地層學正是利用這一點。在地層記錄中，不同級次的旋回反映了對應基準面的旋回，基準面的全旋回變化可以由基準面上升、下降這一個二分時間單元組成。但在實際研究中，這一變化過程可能會呈現全旋回形式，也可能只由不對稱的半旋回或反映侵蝕和非沉積作用的界面構成。

2 基準面旋回

2.1 基準面旋回級次劃分

高分辨率層序地層學理論在陸相盆地中應用的關鍵就是要識別出不同級次的基準面旋回。在Cross提出高分辨率層序地層學時，并未對基準面旋回級次進行詳細的劃分，僅僅是分為長期、中期、短期三種基準面旋回類型。后來經過長期的研究，中國地質石油工作者依據中國陸相盆地地層發(fā)育特點提出了更為詳細和實用的層序劃分方案。鄭榮才等人(2001)在詳細研究遼河斷陷盆地、川西前陸盆地、百色走滑盆地等地區(qū)的地層之后，應用高分辨率層序地層學方法提出6種基準面旋回劃分類型，分別為基準面巨旋回、超長期旋回、長期旋回、中期旋回、短期旋回和超短期旋回。前三類為低頻長周期旋回，后三類為高頻短周期旋回。一般來說，低頻長周期基準面旋回主要受控于全球性或區(qū)域性的構造運動及區(qū)域氣候變化，主要控制因素為構造因素；高頻短周期基準面旋回則主要受控于特定區(qū)域的氣候變化及局部構造運動，主要控制因素為天文因素。這種劃分方法將Cross高分辨率地層學地層層序劃分提高到高時間精度，并且完善了在旋回級次上層序劃分的標準。在實際勘探開發(fā)中，這種高頻中期、短期、超短期旋回與油氣田開發(fā)所涉及的砂組、小層砂體及單砂體具有良好的對應關系。

2.2 自旋回與他旋回

在高分辨率層序地層學中，基準面旋回是其理論核心，并且高分辨率層序地層主要是在三級層序內部識別出高頻層序旋回。三級層序內識別高頻基準面旋回時要注意區(qū)分自旋回和他旋回。

致使基準面旋回的因素有許多，包括基底沉降、氣候變化、沉積物供給量變化等。這些因素屬于外界控制因素，由外界因素控制的旋回層序為他旋回。當基準面處于上升的初期或下降晚期時，基準面處于低位，該段時期可容空間縮小，侵蝕范圍擴大，能夠沉積較大厚度的粗粒碎屑巖，當基準面上升，沉積區(qū)范圍擴大，可容空間增加，到達最大洪泛面位置時，該時期應該以泥巖沉積為主。但在實際觀測中可以發(fā)現，盆地沉積情況與理論存在差異，這是因為在高頻基準面旋回中，有自旋回的存在。自旋回作用在事件沉積、基準面升降緩慢沉積、高頻短周期旋回沉積或淺水湖盆沉積中對地層層序的影響較大。因此，在識別中長期旋回中的他旋回或自旋回所形成的粗碎屑巖性段時，要充分分析巖芯樣品，進行沉積相恢復，利用粒度、物性等研究區(qū)分自旋回與他旋回。

3 高分辨率層序地層學應用

高分辨率層序地層學的研究為區(qū)域地層高精度劃分和對比提供了方案，這一點恰恰滿足油氣田勘探開發(fā)過程中的應用。

上世紀90年代，高分辨率層序地層學剛剛被引入國內時，部分學者認為該方法在陸相含油氣盆地研究中具有一定適應性，但其研究方法對于鉆測井資料依賴程度較高，研究范圍有所局限，并且對局部出現的自旋回現象考慮不多。在該階段高分辨率層序地層學主要以理論研究為主，在實際應用中并未得到充分發(fā)揮。但是經過引入初期的理論探索，研究者發(fā)現高分辨率層序地層學將會在我國陸相含油氣盆地研究中發(fā)揮重要作用。該理論對指導剩余油氣藏的開發(fā)，隱蔽油氣藏的尋找，儲層精細描述預測及儲層非均質性的研究等方面都有重要意義。自二十一世紀初期，高分辨率層序地層學在全國各大含油氣盆地進行了實際操作應用，取得了大量的研究成果。以松遼盆地研究為例，孫春燕、胡明毅等人(2017)將松遼盆地北部州311地區(qū)泉三、四段劃分出2個長期基準面旋回、5個中期基準面旋回和12個短期基準面旋回，并在此基礎上進行沉積相和沉積砂體的精細刻畫。這些研究為區(qū)域乃至整個盆地地層的劃分和對比提供了更加詳盡的理論依據。

4 問題與展望

在油田開發(fā)進入中后期階段，巖性油氣藏的預測、儲層非均質性的研究、儲層流動單元分析等都顯得尤為重要，高分辨率層序地層學在這些方面的應用上都取得了不錯的效果。但是，在目前的發(fā)展來看，高分辨率層序地層學在其基準面旋回劃分上還存在問題?？偟膩碚f，基準面旋回層序的識別和劃分還是以定性分析為主，因此對同一剖面的劃分也會因人而異。另外，對不同類型的盆地，其構造作用的機制、幅度不同從而使盆地基準面旋回的判斷具有獨特性，因此應該更加系統地探討不同盆地基準面旋回的響應機制。

在高分辨率層序地層學未來的發(fā)展中，定量分析將成為其發(fā)展趨勢，已有不少學者在此方面取得了成就，苗小龍，王紅亮等人(2013)曾提出A/S(可容空間增速/沉積物供給速率)量化方法，對辮狀河沉積巖進行標準A/S定量研究從而劃分短期基準面旋回；李晨，樊太亮等人(2016)應用小波變換結合Fischer圖解方法來定量分析我國東部某油田X油層長期基準面旋回變化；楊應，楊巍等人(2018)應用總體經驗模態(tài)分解(EMMD)方法及Hilbert變換方法對東營凹陷地層進行定量層序劃分取得不錯效果，為層序劃分提供了新思路。另外，對不同類型陸相含油氣盆地，可以建立不同盆地基準面旋回模型，從而進行更為科學系統的層序劃分。