地震沉积学第一章.

层序地层学及其在油气勘探中的应用第一章层序地层学的理论基础第一章层序地层学的理论基础一、层序地层学的基本论点层序地层学是根据地震、钻井和露头资料进行地层分布型式、沉积环境和岩相综合解释的一门科学。层序地层学的解释过程推出一个旋回式的、在成因上有联系的年代地层格架(chronostratigraphicframework)。这些地层以具有陆上侵蚀的明显沉积间断构成的不整合面及与之相当的整合面为界。在这个年代地层格架中，通过解释查清沉积环境及与之相伴的岩相分布。这些岩相单元可以限定在以层面为界的等时间段内，也可以是在高角度跨越层面的穿时间段内(P．R．Vail等1987)。Ⅰ型层序层序地层学模式不同部位构成层序的体系域明显不同:A-TST、HSTB-LST、TST、HSTC-LST、TST、HSTD-LST、TST、HST层序界面不都是反旋回与正旋回的分界面A-反/正旋回分界面B-块状砂岩与泥岩分界C-反旋回与泥岩分界D-泥岩内部钻、测井资料层序界面特征有差异A-暴露标志B-侵蚀面和下切谷C-连续沉积层D-远源泥质沉积物内部，或低位期盆底扇粗粒沉积物的底界面水进域底界面特征有差异A-层序底界面B-正旋回或泥质沉积层的底面C-较厚层泥质层的底面D-厚层泥质层的底面坡折带背景下的层序地层格架时间高程高水位体系域海平面下降，侵蚀低水位体系域海(湖)进体系域高水位体系域坡折带100FTSPRES准层序I型层序界面下切河谷充填海(湖)岸平原砂岩和泥岩浅海(湖)砂岩陆架和陆坡泥岩及薄砂岩盆底扇和有堤河道砂岩密集段沉积有陆架坡折的I型层序结构及形成过程高水位体系域加积、前积低水位体系域盆底扇、斜坡扇海(湖)进体系域退积低水位体系域低水位楔，前积SPRES100FT第一章层序地层学的理论基础一、层序地层学的基本论点层序地层学的基本观点是地层单元的几何形态、沉积作用和岩性受构造沉降、全球海平面升降、沉积物供给和气候四大参数的控制(表1—1)。表1—1层序地层学中基本变量及其作用变量控制作用构造沉降可容纳空间全球海平面升降地层和岩相分布型式沉积物供应沉积物充填和古水深气候沉积物类型第一章层序地层学的理论基础一、层序地层学的基本论点其中构造沉降和全球海平面升降共同作用引起海(湖)平面的相对变化，海平面或湖平面相对变化产生了可供潜在的沉积物堆积的可容纳空间(Accommodation)，构造沉降和气候因素控制了沉积物的类型和输入量，其结果是沉积物供应速率的变化。上述因素共同作用最终导致沉积盆地可容纳空间的变化，也就产生了层序。由此可以看出，构造沉降速度、全球海平面升降速度、沉积物供应速率和气候这四大因素控制了沉积盆地沉积地层单元的几何形态、沉积作用和岩相分布。这些因素相互影响、相互作用，最终必将导致某一地区海平面相对于该地区陆架边缘的相对变化及沉积体系域的发生、发展和变化。当海平面上升速率大于构造沉降速率而引起海水穿过陆架时，形成海进体系域；第一章层序地层学的理论基础一、层序地层学的基本论点随着海平面升高，相对上升速率减慢。在沉积物供给速率维持原速率时，单位时间内产生的可容纳空间减小，则由浅海相和非海相沉积物组成的岸线向盆地方向推进，从而形成高水位期海退体系域沉积；若海平面急剧下降并且下降速率大于构造沉降速率，海水退到陆架边缘之下的沉积为低水位体系域的产物。如果海平面下降速率小于陆架边缘处的构造沉降速率，则导致海平面相对下降或者海平面缓慢下降，内陆架暴露侵蚀而仅在外陆架出现缓慢沉积，则构成陆架边缘体系域(图1-l，图1-2)。藉以区分组成层序的体系域的关键部位是陆架坡折点(或称陆架边角，陆架边缘)。由沉积物分布于该点之上或其下划分为低水位体系域、海进体系域和高水位体系域。一、层序地层学的基本论点第一章层序地层学的理论基础一、层序地层学的基本论点第一章层序地层学的理论基础第一章层序地层学的理论基础一、层序地层学的基本论点层序是层序地层学研究的基本单位，层序是顶底以不整合面及其相当的整合面为界，相对整一成因上有联系的地层。层序由其底界面不整合面性质及内部体系域的组成不同而分为I型层序和Ⅱ型层序。当不整合面侵蚀范围延续到陆架边缘以下时称为I型不整合面，否则为Ⅱ型不整合面。I型层序其底界面为I型不整合面及其相当的整合面，体系域由低水位体系域、海进体系域和高水位体系域组成；Ⅱ型层序其底界面为Ⅱ型不整合面及其相当的整合面，体系域由陆架边缘体系域、海进体系域和高水位体系域组成。在层序内，体系域之间的分界面是非常重要的，低水位体系域和海进体系域之间的分界面称为首次海泛面。海进体系域和高水位体系域之间的分界面称为最大海泛面。在此面附近形成分布面积广，对油气勘探非常重要的密集段。有关概念的详细定义将在第二章中介绍。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响为了简化问题的研究，我们假设下列条件：①在剖面上任一简单的位置上的海底沉降速度维持恒定。海底沉降基本上是岩石圈冷却和沉积物负载的一个函数。各式各样沉积盆地地质历史分析说明，全球海平面变化比沉降作用变化发生的频率要大。因此，在一有限的时间段内，恒定沉降速度的假定，是可以接受的。②总沉降量在朝盆地方向增加。这是大多数发散型盆地边缘的特征。③沉积物是沿着以陆架、陆坡和盆地为特征的发散型大陆边缘发生的，沉积物供应保持恒定。实际上，不同的沉积物供应速度主要影响着沉积物朝海方向的延伸程度。④全球性海平面变化的趋势是曲线型的，接近于正弦波。虽然实际的全球性海平面变化趋势显然不是正弦波形，但无论如何，这种全球性海平面变化曲线，是可以用一系列正弦曲线加以分解的。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响有了以上4点假设就可讨论以下问题了：1．相对海平面变化与可容纳空间沉积物是在海(湖)底与沉积基准面(baselevel)之间的空间沉积的。这个可利用空间叫作可容纳空间，Jervey把它定义为“可供潜在沉积物堆积的空间，它是海面浮动和沉降作用二者的函数”。它实际上包括两部分，一部分是原有的可容纳空间，即早期沉积时未被充填遗留下的空间；另一部分是新增加的可容纳空间，即沉积同时形成的可供利用的空间。可容纳空间可以随着这个空间的上界和下界作向上或向下变化。其结果是产生一种可容纳空间包络(accommodationenvelope)，它限定了可供沉积物充填的空间(图l-3)。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响全球海平面(eustacy或globalsea-level)仅指海平面相对于一固定基准面的位置，例如地心，因此它和局部因素是无关的。而相对海平面是指海平面相对于一个处于或者靠近海底的一个面(例如基岩)的位置(图1-4)，它是由全球海平面和局部沉降(或上升)这两个因素决定的。海平面的相对上升或下降决定了是否有可供沉积物充填的新空间正在形成。海平面相对上升增加空间，而海平面相对下降则减少空间。因此，即使在全球性海平面停滞或者全球性海面缓慢下降期，由于局部沉降作用，相对海平面也可能继续上升并增加新的空间。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响这项参数与基底以上的沉积物堆积无关，也不应与水深混淆起来。而水深涉及到3个参数：沉积物供应与全球海平面及构造运动的结合。如图1-4中所示，水深可以描述为相对海平面减去堆积的沉积物厚度，因此，相对海平面持续上升，能为可容纳沉积物增加新的空间，然而，如果沉积物的堆积快于相对海平面上升，水深还可能同时减少。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响2．全球海平面变化曲线拐点的意义全球性海平面变化是以拐点隔开的一种曲线函数。这些拐点是海平面变化曲线上绝对斜率或者变化速率最大的地方。图1-5表示一个有两个拐点的假想海平面变化曲线，下降翼上的拐点用F表示，上升翼上的拐点用R表示。二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响第一章层序地层学的理论基础图1-6为盆地边缘某一点处由全球海平面变化和沉降作用导致相对海平面变化的示意图。相对海平面升降的幅度是由全球海平面升降幅度减去构造沉降的升降幅度，为了研究问题方便，我们来研究单位时间内海平面的变化幅度和构造沉降幅度，即全球海平面的变化速度和构造沉降速度。二者相减得到的单位时间内相对海平面变化的幅度，即相对海平面变化速度。二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响第一章层序地层学的理论基础在大陆(盆地)边缘上的任一地点上，在该处形成可供沉积物充填的新可容纳空间的速度，都决定于相对海平面变化速度。如果全球性海平面正在以某一速度下降，而海底也正在以同样速度沉降，则相对海平面保持不变，也就不会有可供利用的新可容纳空间形成。如果全球海平面正在下降，但是比正在沉降的海底慢得多，那最终效果将是相对海平面上升，结果是将会增加新的可容纳空间。二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响第一章层序地层学的理论基础在图1-6中，由于大多数的时间内沉降速度超过全球海平面变化速度，所以大多数时间段以海平面的相对上升为特征，因此，整个大多数时间间段都在增加新的可容纳空间。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响陆架(盆地)边缘的沉积作用涉及到充填海面与朝海的方向下倾的海底之间的楔形空间。在朝陆地方向，随着海底与基准面之间的空间被充填，地层分布模式通常表现为上超和加积，而朝盆地方向前积作用的极限，则是沉积物供应和盆地边缘几何形态的函数。因此盆地边缘的沉积地层的分布型式很大程度取决于可容纳空间的多少和新增加可容纳空间的速度及沉积物如何摆布于这些空间中。如果沉积物的供应足以持续加积直至沉积基准面。那么，随着新陆架空间增加速度的变慢，加积的速度也将逐渐降低。加积速度降低的结果是与缓慢上升的沉积基准面保持同步所需要的沉积物将逐渐减少，越来越多的沉积物将会用作前积作用。二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响第一章层序地层学的理论基础在图1-6中，由全球海平面升降曲线和构造沉降曲线得出的是可容纳空间变化速度。在F拐点处，新可容纳空间增加的速度达到极小值；在R拐点处，新可容纳空间增加的速度达到极大值。在拐点F处很少或没有新空间增加，所以这里可容纳的新沉积物相对极少（假定沉积物都堆积到沉积基准面以下)，拐点F处的加积作用将相对最低，其前积作用将相对最大。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响在拐点R处则发生相反的情况。最薄的顶积层出现在拐点F处(图1-7)，相反，最厚的顶积层(每单位时间)出现在拐点R处。因此，在沉积物供应速度恒定条件下，加积和前积作用的速度是反比关系。在拐点F之前，海退速度逐渐增加，而在拐点F之后海退速度逐渐降低。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响在拐点R处，由于容纳空间增加速度最快，加积速率最高，而前积速率最小，沉积物朝海(盆地)方向延伸最小(图l-8)，通常导致海进和非补偿(饥饿)沉积，形成密集段。二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响图l—8给出了密集段的形成时间(最大海泛面)与拐点R的关系，在全球海平面上升拐点处的顶积层达到最大厚度(每单位时间)，与此同时，其面积展布达到最小。随着这些地层向陆地方向上超的越来越远，每个地层朝盆地方向的尖灭点位置也朝陆地方向迁移，直至到T9。这一点标志着最大海泛的时间(TMF)。时间T9之后，随着海退作用的恢复，每个时间段朝海方向的边界逐渐向盆地方向迁移。因此，沉积地层朝陆地方向的最大海岸进侵称为最大海泛，通常发生在全球海平面上升时期拐点R稍后的某个时候，也正是在此时形成的地层称为密集段。第一章层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响3．可容纳空间与层序的关系前面讨论的是盆地边缘某一点处相对海平面变化对地层分布的影响，接下来我们研究在被动大陆边缘上，从陆架到盆地，沉降作用逐渐