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11第一章高分辨率层序地层学的理论基础与海相盆地或大区域规模级的经典层序地层学分析不同，高分辨率层序地层分析以地表三维露头、钻井岩芯、测井和高分辨率地震反射剖面为主要研究对象，其中尤以钻井岩芯和测井剖面资料为最重要的研究基础。通过各种资料的精细层序划分和对比技术，将钻井或露头，以及地震剖面中的一维或二维信息转换为三维地层关系的信息，从而建立区域、油田乃至区块或油藏级规模储层的等时成因地层对比骨架，大大提高储层、隔层及油层分布的预测和评价精度。这一层序分析工作主要基于下述4个基本原理。第一节基本原理一、地层基准面原理基准面是一个较古老的概念，Davis早在1902年就总结了关于基准面的不同定义，多达十几种。目前在地质学中引用的基准面概念主要有3种：①地貌学上的平衡剖面或侵蚀基准面，即基准面是侵蚀作用的终极状态；②地理学上的临界面，即基准面是一个颗粒在其之上无法停留下来，而在其下则发生沉积与埋藏作用的界面(Sloss，1962)，在实际应用中，人们常将沉积基准面看作是海洋环境中的海平面和陆地环境中的湖平面等具体物理面；③地层基准面（图1-1，Wheele,1964），在高分辨率层序地层学理论体系中，以T.A.Cross，教授为主的成因地层研究小组（1994）引用并发展了Wheele的基准面概念认为基准面既不是海平面（或湖平面），也不是相当海平面（或湖平面）向陆地延伸的一个水平面，而是一个相对于地球表面波状升降的、连续的、略向盆地方向下倾和呈抛物线状的抽象面（非物理面），其位置、运动方向及升降幅度不断随时间延续而变化（图1-1）。基准面在升、降变化过程中具有向其幅度的最大值或最小值单向移动的趋势，由此构成一个完整的上升与下降基准面旋回，是一个受湖平面（或海平面）升降和构造沉降，沉积负荷补偿，沉积物补给和沉积地形条件等多种综合因素制约的地层基准面旋回，因此，地层基准面并非为简单的海平面（或湖平面），分析基准面旋回与成因层序形成的过程－响应原理，是理解地层层序成因并进行层序划分的主要依据。需指出的是，基准面在升、降变化过程中总是具有向其幅度的最大值或最小值单向移动的趋势，因而一个完整的基准面旋回由上升与下降两个半旋回构成，或基准面的上12图1-1基准面、可容纳空间和反映可容纳空间与沉积物供给之间平衡时的地貌状态（据Cross，1994略作修改）升与下降半旋回的组合被合称为一个基准面旋回。基准面旋回的升、降可以完全发生在地表之上，或发生在地表之下，也可以穿越地表之上再摆动到地表之下然后再返回，后者称基准面穿越旋回（baseleveltransitcycle）。在地表的不同部位，于同一时间域发育的基准面旋回是等时的，在一个基准面旋回升、降运动变化过程中所保存下来的岩石即为这一基准面旋回时间域的成因地层单元，即成因层序，其以时间面为界面，因而为一个时间地层单元。从图1-1中可以看出地层基准面与沉积和侵蚀作用和如下关系：①当基准面位于地表之上时，提供了沉积物的堆积空间，沉积作用发生，任何侵蚀作用均是局部的或暂时的；②当基准面位于地表之下时，可容纳空间消失，任何沉积作用均是暂时的和局部的，而侵蚀作用占主导位置；③当基准面与地表一致（或重合）时，既无沉积作用又无侵蚀作用的发生，或沉积与侵蚀均是局部或暂时的，两种作用主要处于动态平衡状态，沉积物仅仅表现为路过（sedimentbypass）；④当基准面远离地表（或沉积界面）时，可容纳空间迅速扩大而处于沉积物非补偿沉积环境，可出现无沉积间断。由此可知，在基准面变化的同一时间域范围内（注意：时间是连续的），在地表的不同地理位置上可同时表现出四种地质作用状态，即沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过时产生的非沉积作用及沉积物非补偿（可容纳空间、沉积物供给量比值即dA/dS→∞）产生的饥饿性沉积作用乃至无沉积间断。在地层记录中代表基准面旋回变化的时间－13图1-2岩性地层剖面及侵蚀作用、沉积物路过、沉积作用和非补偿沉积作用的时空迁移对比关系图解（据Wheeler，1964）空间事件表现为岩石＋界面（间断面或相关整合面，图1-2）。因此，一个成因层序可以由基准面上升半旋回和基准面下降半旋回所形成的岩石组成，也可由单一的上升期或下降期沉积的岩石＋界面组成，正如邓宏文教授（1996）所描述的，“其深刻含义绝非一般经典层序地层学理论中的“准层序”所能正确反映的”。由于基准面始终处于不断上升和下降运动状态，当其位于地表之上并相对于地表处于持续上升状态时，可容纳空间逐渐增大、沉积物在该可容纳空间内堆积的潜在体积和速度增加，沉积物的堆积体积和速度同时受控于物质来源和搬运的地质过程限制。也就是说，可容纳空间控制了某一时间内，某一地理位置的沉积物堆积最大值。假定沉积物质供给速度不变，可容纳空间与沉积物供给量比值（A/S值）即决定了可容纳空间沉积物（有效可容纳空间）的最大堆积量、堆积速度、保存程度及内部结构特征。当基准面位于地表之下并进一步下降时，侵蚀作用的潜在速度和下切幅度将增加，侵蚀速度和下切幅度受基准面下降幅度和沉积物搬离地表过程的双重因素控制，在有地表径流作用的位置侵蚀速度相对较快和下切侵蚀幅度一般相对较大，延续时间较长，而无地表径流作用的部位在时间上相对滞后，侵蚀速度变慢和下切侵蚀幅度减小。因此，由基准面的升降运动可描述可容纳空间的形成或消失，及其与沉积作用之间的相互作用和变化过程。据此，可将基准面视为一个势能面，它反映了地球表面与力求与基准面平衡的地表过程14之间的不平衡程度；要达到平衡，地表要不断地通过沉积或侵蚀作用，改变其形态，并向靠近基准面的方向运动，以达到两者处于同一位置的平衡状态。二、体积划分原理1.几个基本概念基准面旋回及其伴随的可容纳空间变化的沉积动力学系统，控制着地层的结构与沉积特征。为了进一步理解这一地层过程与沉积响应关系，Cross（1994）提出了沉积物体积划分原理概念（volumetricpartitioning）。沉积物体积划分系指在成因地层内沉积物被划分成不同的相域过程，它是基准面升、降过程中，不同沉积环境内可容纳空间与沉积物供给量之间关系的四维（空间＋时间）动力学变化过程的状态与产物。因此，在讨论沉积物体积划分原理时，首先要明确可容纳空间（A）和沉积物供给量（S）和沉积通量（D）几个非常重要的基本概念。（1）可容纳空间所谓可容纳空间（A），泛指可供沉积物堆积的潜在空间（Jervery,1988）,大多数学者将其界定为位于基准面之下和地表之上的，可供沉积物充填的全部空间，因此，在基准面旋回的升、降过程中可容纳空间与基准面变化存在着直接的因果关系，即当基准面处于上升状态时可容纳空间逐渐加大，而当基准面处于下降状态时可容纳空间则逐渐减小，直至基准面穿越地表进入侵蚀状态。然而，无论是基准面处于上升状态还是处在下降状态，在每一个时间域内的可容纳空间体积大小都控制了该时间域内可被堆积的沉积物最大量值，也即在每一个特定的沉积环境中，某时间域堆积的沉积物最大量值不可逾越该时间域沉积环境的可容纳空间体积。（2）沉积物供给量和沉积通量所谓的沉积物供给量（S）和沉积通量（D），前者是指物源区能够供给可容纳空间沉积物的潜在量值，后者是指在有效可容纳空间（所谓有效可容纳空间系指可容纳空间中可被沉积物充填的那一部分空间，作者注）内沉积并被保存下来的沉积物堆积总量。物源区的沉积物供给量受到多种因素影响，包括母岩性质、气候和植被条件，以及物源区的风化与搬运作用类型和构造抬升强度等，这些因素影响主要通过沉积物供给方式和供给速率的变化来体现的。而沉积区域的沉积速率作用主要受沉积盆地的性质、流域面15积、搬运距离、地形条件和河流的落差等因素影响，与基准面升、降控制的可容纳空间关系密切，并通过沉积堆积速率和堆积总量的变化来加以实现的。但在某一个时间域内，物源区供给某一个可容纳空间的沉积物未必都能全部沉积下来，它取决于如下2个主要因素：①沉积物搬运过程中的赋存状态物源区供给的沉积物在搬运过程中有化学物质、胶体物质、碎屑物质和混合物质等多种赋存状态，一般以碎屑物质的沉积速率更接近机械搬运的沉积物供给速率；②沉积环境水动力条件沉积环境水动力条件越强，细碎屑物质的搬运和溢出作用越强，被沉积环境截留的沉积物也越粗、分选越好，而泥质含量则越低，对储层发育越有利。（3）A/S比值所谓的A/S比值系指可容纳空间（A）与沉积物供给量（S）之间的比值关系，这是一个直接控制沉积物体积划分的关键因素，以如下3种情况为典型代表：①A/S＜1在A/S＜1的条件下，由于沉积物的最大堆积体积不可逾越所在沉积环境的可容纳空间的体积，因此，多余的沉积物，特别是碎屑物质将通过水体的搬运作用溢出该沉积环境，从而产生有强烈充填和沉积相分异的进积作用，被可容纳空间截留的沉积物粒度、分选性和泥质含量视沉积环境的水动力条件而定，能量越高，沉积物粒度越粗、分选性越好和泥质含量越低，如冲积扇、河流和三角洲沉积体系中向盆地方向连续进积延伸的河道砂体。反之亦然，如广泛发育的泛滥平原以接受溢出堤岸的泥、粉砂质漫滩沉积为主；②A/S＝1在A/S＝1的条件下，由于沉积物的供给量与可容纳空间体积持平，理论上，所有沉积物将被所在的沉积环境完全接纳，由于沉积环境水深和能量条件很稳定，因而以产生缺乏沉积环境变迁和沉积相分异的加积作用为主，被截留的沉积物粒度、分选性和泥质含量变化虽然仍取决于沉积环境的水动力条件，但沉积韵律结构的变化取决于地层的自旋回过程；③A/S＞1在A/S＞1的条件下，由于沉积物的供给量小于可容纳空间体积，以产生沉积环境16处于水深持续加大、能量减弱的退积作用为主，被截留的沉积物出现粒度变细、分选性变差和泥质含量连续增多的变化。（4）地层堆积样式综上所述，沉积物体积划分是一个重要的概念，因为体积划分直接伴随着有效可容纳空间位置的迁移，及其由有效可容纳空间迁移所控制的原始地貌形态保存程度、沉积物厚度、沉积层序的内部结构，以及诸多此类的沉积学和地层学响应特征（图1-3）。在不同相域的地层旋回中，伴随着有效可容纳空间的迁移，滨岸或以水道化砂为主的三角洲沉积体系出现完全不同的沉积体积划分过程和地层堆积样式：如在滨岸或三角洲沉积体系的基准面下降半旋回相域期间，伴随基准面下降和有效可容纳空间向盆地方向渐减小至沉积速率与有效可容纳空间增加速率相等的位置为止，形成向盆地方向下超的进积序列（图1-4中的EHST→LEHST），而向陆方向则出现基准面开始穿越地表的位置暴露区和侵蚀作用；又如在基准面上升半旋回相域期间，伴随有效可容纳空间向陆方向迁移和陆上有效可容纳空间的逐渐增大，将大部分较粗粒的沉积物截留在陆上沉积区，从而形成滨岸或三角洲沉积体系向陆上超向盆地迁移的进积到单一向陆上超加积→退积序列（图1-4中的LST→TST→MFS）。由此可见，伴随基准面升、降变化的有效可容纳空间迁移和沉积体积划分与分配的过程，控制了地层结构与堆积图1-3有效可容纳空间迁移导致沉积物体积划分的变化(代号说明：LST.低位体系域；TST.海侵（或水进）体系域；EHST.早期高位体系域；LHST.晚期高位体系域。据Cross1994年资料，略作修改)17图1-4有效可容纳空间迁移导致成因地层堆积样式的变化（代号说明：SB.层序界面；TS1.首次海泛（或湖泛）面；MFS.最大海泛（或湖泛）面；SS.进积作用；VS加积作用；LS.退积作用；其余代号说明同图1-3，据Cross1994年资料，略作修改）样式（stackingpattern）的沉积动力学系统，因此，在较长期的基准面旋回层序内，地层的堆积样式及其地理位置的迁移，与其在基准面旋回中的位置密切相关（图1-4），其基本规律为：①向盆地方向迁移的进积堆积样式（seaward-stepping），形成于较长期基准面旋回的下降晚期至刚进入上升初始期的时间段；②相继产生的垂向连续加积的地层堆积样式（vertical-stepping），形成于基准面旋回上升的早、中期阶段；③而向陆方向迁移的地层退积堆积样式（landward-stepping），大部分出现在基准面持续