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层序地层学及其在油气勘探中的应用第五章非海相层序地层学第五章非海相层序地层学层序地层学原理起源于海相被动大陆边缘沉积地层的研究，原始资料大多数取材于地下，目前研究范围已经逐渐扩展到露头地层和非海相沉积盆地中。地层学的主要创始人P．R．Vail(1991)指出，根据他个人的经验，只要能在海相环境中应用的理论，在湖相环境中同样适应。引言第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据层序地层学的基本原理之所以能够在非海相沉积盆地中应用，依据如下:1．非海相沉积地层具有韵律性、旋回性、重复性或周期性有经验的地质工作者都曾注意到，无论是露头剖面还是岩心剖面，均会出现地层由厚到薄、粒径由粗到细或者地层由薄到厚、粒径由细到粗的规律性变化。这种规律性表现为旋回性、韵律性、重复性或周期性。例如英国西南的宾夕法尼亚系早威斯特伐利亚期，发育了一个由海盆分离出来的布德湖，其地层Bude组由厚约1300m的砂泥岩互层组成，沉积旋回可分辨至米级甚至分米级，一个完整的旋回由黑灰色泥岩→浅灰色粉砂质泥岩→厚层混合砂岩组成。松辽盆地泉头组～嫩江组地层具有十几米(最薄仅几米)的浅色粗粒沉积→黑色细粒沉积夹碳酸盐岩→浅色粗粒沉积的旋回。在渤海湾盆地中，普遍可以见到下红粗、中黑细、上粗杂的重复性旋回。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据任何具有旋回性或周期性的沉积地层，无论为海相成因或非海相成因，都能够应用层序地层学的基本概念进行解释研究(徐怀大，1992)。层序地层学在理论上的核心就是海平面(或基准面)的相对变化或可容纳空间增长速度的变化控制了地层的分布型式。虽然相对海平面变化是多种因素综合影响的结果，但这些影响因素最终以相对海平面(基准面)的变化表现出来。沉积地层的规律性变化，就是相对海平面(基准面)变化的物质记录。因而，层序地层学的主要任务之一就是在等时格架内研究沉积地层的分布型式。非海相沉积地层同样具有规律性变化，表明基准面曾发生过相对应的升降变化，能够根据地震、钻井和露头资料综合解释地层的分布型式。一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据2．沉积地层中存在不整合在中国东部盆地中，上第三系与下第三系之间、第三系与白垩系之间、白垩系与下伏地层之间都存在明显的巨大不整合或发生地层缺失现象。在非海相沉积盆地中，基准面的相对变化更快、周期更短，因而除了那些巨大不整合外，还具有许多次一级的不整合。相对基准面快速下降是形成不整合的主要原因。湖泊相对水域较小，一旦基准面迅速下降，盆地绝大部分出露地表甚至干枯，因而不整合的范围相对较大。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据2．沉积地层中存在不整合次一级的不整合（例如三级层序界面)不易识别的原因在于，基准面变化周期短，致使形成不整合的时间跨度较海相者小；更重要的原因是即使在盆地暴露期间，物源因素也很活跃，在盆地缓坡、长轴方向甚至各个部位，都可能存在沉积物的堆积作用，例如三角洲、沼泽、河流的沉积作用。后者的沉积物与湖泊沉积物、下伏高水位体系域的河流沉积物有时难以区分；扇三角洲、三角洲沉积体系亦有穿时现象。非海相沉积盆地中的沉积地层具有旋回性，能够识别出不整合，因此能够建立以不整合及横向上可以与之相当的整合面为界的、成因上有联系的、旋回性或周期性地层的年代地层格架。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据3．发生过多旋回的构造运动我国东部盆地中、新生代经历过复杂的构造运动，而且多数地质学家把它们与前人定义的各种周期性构造运动幕相联系。早在10多年前，黄汲清先生就把阿尔卑斯旋回，包括三叠纪(T)、朱罗纪(J)、白垩纪(K)、第三纪(E、N)和第四纪(Q)，分为印支、燕山和喜马拉雅三个亚旋回。印支旋回又分为三个构造运动幕(T2；T2末～J3早期，T3末～J初期)；燕山旋回包括三个亚旋回，即早燕山(J1～J2早期)、中燕山(J2晚期～Kl早期)和晚燕山(K1晚期～K2早期)亚旋回；喜马拉雅旋回含早(K2晚期～中新世中期)、晚(主要指中新世晚期～早更新世)两期。一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据无疑这些构造旋回与构造运动相联系。早燕山亚旋回顶界的构造运动，地质记录为龙爪沟群及其相当地层与下伏地层之间的不整合。中燕山亚旋回的地质记录表现为早白垩世地层超覆在中、晚侏罗世火成岩地层之上。松辽盆地四方台组之下的不整合是晚燕山运动形成的构造面。一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据早喜马拉雅旋回具有两次重要的构造运动，第一次(中始新世末)以华北沙河街组与孔店组、苏北戴南组与阜宁组之间的不整合为代表；第二次(渐新世末至中新世中期)以华北馆陶组与东营组、苏北盐城组与三垛组、松辽盆地大安组底界的不整合为其标志。晚喜马拉雅旋回以上、下第三系之间及第三系与第四系之间的不整合为其地质记录。从事石油地质研究的专家还把这些构造运动幕与成盆期地发育阶段相联系(表5-1)。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据4．基准面发生过升降变化我国东部盆地在中、新生代沉积基准面发生过规律性变化。徐怀大教授自80年代以来，先后对苏北、渤海湾、辽东、江汉、冀中、松辽等盆地的沉积基准面变化作了系统的研究，胡炳煊(江汉)等也作过类似的研究。由已有的成果分析，东部盆地的基准面出现过多期变化。尽管这些变化在各盆地表现强度不一、时间上略有差异，但是存在某种周期性或准周期性。一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据5．气候发生过周期性变化从事微体、超微和孢粉工作的专家都已发现，非海相沉积地层中存在着气候周期性变化的证据。这些周期性变化具有某种内在联系，并且与海相气候变化有所不同。第五章非海相层序地层学第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据宋之琛等(1985)研究了东海陆架盆地龙井构造带新生代的孢粉。该区早第三纪的孢粉组合为栎粉属～网面三沟粉～三瓣粉属(Quercoidites～Retitricolpites～Trilobapollis)，属于较干燥的亚热带气候；中新世时，早期含松科～菱粉属孢粉组合(Pinaceae～Sporotrapoidites)，中期有芸香粉属～三沟粉属～扁三沟粉属组合(Rutaceoipollis～Tricolpollenites～Tricolpites)，晚期为粗肋孢属～枫香粉属组合(Magnastriatites～Liquidambarpollenites)，反映在气候上属中亚热带～南亚热带型，早凉、中热、晚稍凉(相对于中新世中期热而言)；上新世的孢粉组合为蓼粉属～禾本属(Persicarioipolli～Graminidites，包括Polypodiaceaesporites和Retimultiporopollenites两个亚组合)，气候属略带干旱的北亚带型，气候比中新世变凉一些，第四纪的孢粉组合早期为刺甲藻属～多刺藻属(Spiniferites～Multispinula)，属于海相产物，晚期为水龙骨单缝孢属～杉科～菊科组合(Polypodiaceaesporites～Taxodiaceae～Compositae)，属北亚势带型。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据总之，由孢粉反映的古气候是冷热交替的过程。周昆叔等(1982)对中国晚更新世以来的古气候、古地理利用孢粉资料进行了研究，徐家声(1982)对黄海更新世以来的孢粉组合及其反映的古地理古气候有过探讨，李文漪(1982)对渭河、沧州地区的孢粉组合作过分析，王强等(1986)根据有孔虫、介形虫及孢粉资料建立了近15万年来渤海西、南岸的海侵～气候序列。这些研究均显示了古气候发生过冷与暖、干与湿的交替变化。我国东部盆地中新生代的气候变化见表5-2(郝诒纯，1981、高瑞琪等，1991)。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据6.沉积物供应速度具有重要作用在非海相沉积盆地中，沉积学家承认物源及沉积物供应速度对陆相地层有着特殊重要的作用。沉积物供应速度愈快，盆地充填愈迅速，砂岩沉积厚，水体深度愈来愈小。持续时间的快速充填，将导致盆地消亡；沉积物供应速度缓慢，盆地处于欠补偿状态，能够形成良好的生油层。换言之，沉积盆地的形成发展过程，始终存在着可供沉积物充填的可容纳空间的多寡与沉积物注入量之间的矛盾。沉积盆地由发生、发展到衰亡，实质上就是可容纳空间与沉积物补给之间矛盾的不断转化过程。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据综上所述，非海相沉积地层与海相地层一样，存在非常明显的韵律性、旋回性和周期性。物质是运动的，地球内部热能的聚集与释放、自身转动速度的变化、与外部星体之间引力的变化，都会引起构造运动。无论用哪种观点来解释，复杂的周期性构造运动是客观存在的统一的。构造运动形成正断层上盘下降、下盘上升或直接使底板下沉，为可容纳空间的增长创造了条件。气候的冷与暖、干与湿的交替变更，引起了湖泊水体深度的变化。沉积物供给速度的变化导致可容纳空间增长速度的变化。多种因素共同作用，必然引起基准面发生周期性变化，从而在基准面相对最低时形成不整合，在一个变化周期内基准面由下降到上升再下降，必然沉积相应的沉积体系并组成具有内在联系的空间分布型式。第五章非海相层序地层学一、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据由此可见，形成非海相沉积层序及其内部地层单元的几何形态仍然受构造沉降、基准面变化、沉积物供应速度和气候因素的控制，这也充分证明了层序地层学的基本原理在非海相沉积盆地中仍然适应。上述结论并不等于在非海相沉积盆地中必然照搬“经典”的海相地层学理论，相反是辩证的应用、发展、乃至总结出一套具有中国特色的层序地层学理论。科学理论来源于生产实践和科学实验，又回到实践中检验、应用、发展和完善。科学的核心是探索客体的存在现象、性质、揭示其运动、变化和发展的规律性，不断发现问题解决问题。非海相沉积盆地不同于单物源的海相盆地，沉积地层的分布型式除了受上述4大因素的控制外，还受到多物源方向、局部构造运动、盆地演化阶段、古地理位置、海水近侵和海洋气候，突发性和灾变性事件等因素影响。第五章非海相层序地层学二、非海相层序地层学理论与模式1.非海相盆地层序与体系域的识别标志由于陆相盆地水面变化快，再加上物源多，相变快，致使陆相盆地旋回性周期多，层序界面在钻井上识别变得困难；物源供给速率变化大，造成“首次海泛面”的识别难上加难。而层序界面、最大洪泛面、首次洪泛面的识别是层序和体系域识别的关键，因而，结合陆相盆地特点建立适合陆相盆地的“层序界面，最大洪泛面，首次海泛面”的识别标志，是开展陆相层序地层学研究的基础。第五章非海相层序地层学二、非海相层序地层学理论与模式（1）关于层序的识别标志问题层序是层序地层学研究的基本单位。层序界面在不同的资料上，盆地的不同部位，表现形式是不同的，因而识别标志也就不同。在盆地的中心部位，层序界面多表现为整合面。在测井曲线上的识别标志多为由前积型准层序组变为加积型或退积型准层序组之间；在岩心或综合录井资料上多位于较粗岩性中间；在地震剖面上则多表现为整合地震反射，一般不存在削截、顶超和上超现象。第五章非海相层序地层学二、非海相层序地层学理论与模式在盆地的边部，层序界面多表现为不整合面。由于不整合面的性质不同，因而在测井曲线上的表现也就不同。当不整合面为沉积不整合时，界面下为前积型准层序组，界面上为退积型准层序组；当高水位体系域沉积持续时间短且物源供给不充分时或不整合面是由盆地抬升遭受长期剥蚀所致时，前一个层序的高水位体系或被剥蚀掉，就可以形成水进体系域的相互叠置。此时，层序界面上、下均为退积型准层序组。松辽盆地梨树断陷的杨201井1432m深处的层序界面(SB5)的上下均为退积型准层序组(图5-1)。这是该层序界面遭受长期剥蚀的结果；当水进体系域沉积持续时间短且物源供给不充分时，就可以形成高水位体系域的相互叠置，此时的层序界面上、下均为前积型准层序组。第五章非海相层序地层学二、非海相层