層序地層學

層序地層學是研究以侵蝕面或無沉積作用面以及可與之對比的整合面為界的、有成因聯繫並具旋迴性的地層的年代地層格架內的岩石關係為主要內容的一門學科。它是於80 年代晚期在地震地層學的基礎上發展起來的。

層序地層學作為一種地學理論已在地質學界得到廣泛承認；而作為一種新的勘探方法，已被世界各大石油公司採用。在我國，層序地層學的研究也已廣泛展開，並取得了一批學術成果。

基本介紹

• 中文名：層序地層學
• 外文名：sequence stratigraphy
• 定義：整合面、不整合面、地層格架
• 基本原理：基於地震地層學，多種原理綜合
• 研究方法：測井、地震、古生物資料綜合研究
• 發展趨勢：深水層序、層序地層模擬

基本概念

概念的提出

層序地層學的前身是地震地層學，它同時也受益於生物地層學、年代地層學和沉積學。

早在20 世紀50 年代末和60 年代初，層序一詞在層序地層學鼻祖Sloss（1963）的文章—《北美克拉通內的層序》中就被強調和使用了，認為地層的頂、底界是不整合的單位。

美國地質學家在研究了大量資料的基礎上，於1965年提出了第一代的全球海平面相對變化曲線和地震地層學基本原理，成功地解決了北海盆地的中生代地層劃分，引起了石油地質界的重視，並於1977年出版了《地震地層學在油氣勘探中的套用》一書，它標誌著地震地層學的誕生和層序地層學的奠基。

1987年，美國哈克、韋爾、哈登博爾等，在總結各項成果的基礎上，提出第二代海平面相對變化曲線，並系統地提出層序地層學的基本理論與概念。出版了《層序地層學原理》，它標誌著層序地層學進入成熟和蓬勃發展階段。

層序地層學

層序地層學被定義為：研究以不整合面或與之相對應的整合面為邊界的年代地層格架中具有成因聯繫的地層。它是在地震地層學的基礎上發展起來的，它概括了地震地層學的基本概念和方法，並綜合了生物地層學、同位素地層學、磁性地層學、沉積學和構造地質學的最新成果。

理論體系

層序

1. 基本層序：層序是由不整合面或其對應的整合面限定的一組相對整合的、具有成因聯繫的地層序列。層序也稱基本層序、沉積層序，也稱為“三級層序”。

嵩山的層序分明的岩層

2. 巨層序或大層序：其與旋迴層序中的一級旋迴對應，包括若干個層序。 在層序地層分級體系中為一級層序。

3. 超層序：超層序是比層序大的且與二級旋迴相對應的二級層序。

4. 構造層序：構造層序是以古構造運動界面為邊界的一類層序，與巨層序或大層序相當，是一級層序。

5. 亞層序：是比層序小，比小層序大的層序。但這一級層序一般不單獨劃出，有時與小層序級別相當。

6. 小（準）層序和小層序組：小層序是由海泛面及其對應面所限定的一組相對連續的、有成因聯繫的層和層組。在層序中的特殊位置上，小層序可能要么上面、要么下面被層序界面所限定。

體系域

體系域是同時期各沉積體系（如河流、三角洲、斜坡等）形成的沉積序列總和，是組成層序的基本單元。體系域以整合或不整合面為界，由成因上相聯繫的相對整合的地層組成。

盆底扇

盆底扇是在低的斜坡和盆底沉積的以海底扇為特徵的低水位體系域的一部分。扇的形成與峽谷侵蝕到斜坡和河谷下切至大陸架有關。矽質碎屑沉積物通過河谷和峽谷穿過斜坡和大陸架形成盆底扇。

斜坡扇

斜坡扇是由濁積有堤水道和越岸沉積物組成的扇狀體，蓋在盆底扇上且被上覆的低水位楔下超形成的。

正常海退

地層疊置樣式以進積和加積為特徵，由濱線處負可容納空間造成的，沉積物供給速率大於可容納空間的增長速率，在基準面處於低位和高位時都可以發育。相對應於低位時的體系域名稱包括“晚期低水位體系域”和“低水位體系域”；而相對應於高位時的體系域名稱包括“早期高水位體系域”和“高水位體系域”。

海進體系域

地層疊置樣式以退積為特徵，由濱線處正可容納空間造成的，沉積物供給速率小於可容納空間的增長速率。相對應的體系域稱為“海侵體系域”，由於在濱線向陸遷移期間沉積物在河流和濱岸區域沉積較多，所以海侵體系域通常很薄（凝縮段）或缺失。

在完整的基準面旋迴中濱岸處發育的成因單元（體系域）的疊置樣式

高水位體系域

高水位體系域是層序最上部的體系域，是海平面高位期的沉積。小層序在向陸方向可上超在層序界面上，在向盆地方向則下超在海進體系域或低位體系域之上。

其他相關概念

1. 不整合面：是一個將新老地層分開的界面，沿著這個界面有證據表明存在指示重大沉積間斷的陸上侵蝕消截（或與之相對應的海底侵蝕）或陸上暴露現象。

興山大峽口加里東運動不整合面

2. 可容空間：由海平面上升或地殼下沉或這兩種作用聯合而形成的沉積物可以沉積的空間場所。指沉積物表面與沉積基準面之間或供沉積物充填的所有空間，包括老空間（早期未被充填遺留下的空間）和新增加的空間。這一空間是否完全被充填，取決於沉積物對盆地供給的速率。

3. 最大海泛面：指的是最大海侵時期形成密集段或下超面，在盆地內分布範圍最大，為劃分海侵體系域和高水位體系域的界面。

4. 全球海平面變化：全球海平面指一個固定的基準麵點，從地心到海表面的測量值。這個測量值隨洋盆和海水的體積變化而發生變化，與局部因素無關

5. 相對海平面變化：相對海平面是指海平面與局部基準面如基底之間的測量值。 一個地區相對海平面變化是全球海平面變化和當地盆地沉降速率的函式，相對海平面變化與沉積物堆積無關，不能與水深相混淆。

基本原理

1. 基本原理。遵循多個沉積學和地層學第一原理—沉積地層具有特定的形態和時空組合關係。這種形態和時空組合關係在地質歷史中周期性地出現，因而具有可預測性。層序地層學是地質學若干普遍性原理高度綜合的一門學科。

2. 理論基礎。層序地層學是在地震地層學的基礎上發展起來的，它繼承了地震地層學的理論基礎，即控制可容納空間的基準面的周期性變化，是形成不整合面或與之對應的整合面為邊界的、成因相關的沉積層序的根本原因。這個基準面是相對的，是由海平面（或者湖平面, 或者是陸地表面上的既不沉積也不侵蝕的不發生沉積作用的平衡表面）升降、構造運動、沉積物供應速度和氣候等4 種因素綜合作用的結果。

研究方法

1. 依據不同資料的層序地層學分析

目前，根據所用資料的不同，可以分為地震資料的層序地層學分析，測井資料的層序地層學分析，岩心、露頭資料的層序地層學分析，和古生物資料的層序地層學分析。但多種學科的綜合分析是發展趨勢。

（1）地震資料

地震資料有較強的連續性，便於進行區域對比，但垂直解析度較低，對高頻層序和海、湖平面變化幅度較小的盆地的研究效果差。

（2）測井資料

測井資料有較強的垂直解析度，但只有在鑽井密度大的條件下，才能建立區域性測井地層剖面，否則難以進行區域對比。

（3）岩心和露頭資料

岩心和露頭資料能提供第一性的地層界面與沉積特徵，但取心和露頭分布都有若干限制。

野外露頭剖面

（4）古生物資料

古生物資料可以提供沉積環境解釋和定年數據。但古生物資料不能提供很好的物理界面供區域對比。

因此，綜合多學科的資料進行層序地層學分析就顯得十分重要。即利用地震資料的高側向連續性、測井資料的高垂直解析度、岩心和露頭所提供的沉積特徵和古生物資料所提供的沉積環境與年代解釋，完整地劃分地層層序，重建沉積發展史和盆地演化史。

2.沉積層序分析和成因地層層序分析

根據層序界面的性質不同，可以分為沉積層序分析和成因地層層序分析。這兩種層序分析方法都考慮了沉積的旋迴性，但所選用的邊界不同。沉積層序以不整合面及與其可對比界面為邊界；而成因地層層序以最大洪泛面及可對比界面為邊界。它們都具有等時性的意義，即能把界面以下的老岩層和界面以上的新岩層分開。

3.層序地層學與工業製圖

層序地層學研究的主要目的就是建立等時地層格架，進而確定等時地層格架內的岩石關係。對於油氣勘探階段的研究來說，以體系域作圖是比較合適的尺度；在難以劃分體系域的情況下，則以層序為單位作圖。對於勘探程度高或較高盆地的勘探或開發階段，應以準層序或加積型準層序組作圖，這樣才能更好地反映沉積特徵。

油氣領域套用

層序地層學之所以能夠在油氣勘探中發揮重要作用，是因為它能夠在鑽前對有利於形成油氣藏的相帶、區塊及其優劣進行預測，並且已經初步形成了一套比較完整的思路與方法。如預測有利生油層段、找尋火山口、尋找複合密集段等方法。

在基準面發生重大下降過程中，相鄰兩個或多個層序的密集段彼此緊靠、相互配置，形成豐厚優質的生油岩和質量良好、配置合理的生儲蓋組合。層序地層學先進的成因模式，尤其是高解析度層序地層學提供的地層對比、相帶展布預測、砂體分布模式，極大地提高了石油的生、儲、蓋、運、圈、保系統的研究精度，提高了各種地層參數的預測能力，為尋找有利的地層—岩性圈閉提供了科學依據。

發展趨勢

針對現有問題及油氣勘探的需要，層序地層學未來發展趨勢為：理論上尋求突破；方法上尋求完善；套用上尋求效益。研究重點集中在以下幾個方面：

1. 深水層序地層研究，充分利用高精度地震資料反演、時頻分析等地球物理方法，結合伽馬能譜分析和地球化學元素(C、O、Sr同位素等)含量的旋迴分析，準確識別不整合面和相應的整合面，科學地建立等時地層格架；

2. 可容空間轉換系統的研究，強調可容空間的增大與減小之間的轉換，揭示變化不統一性的存在，作為新生概念，應加強推廣套用，檢驗其適用性；

3. 碳酸鹽岩層序地層學研究，尤其加強與儲層物性相關的成岩層序地層學研究，對尋找灘壩、生物礁儲層具有重要的指導意義；

4. 層序地層模擬研究，將層序研究由定性向半定量或定量發展，揭示影響層序發育的主控因素，增強對有效儲層的預測功能。